KR20140006353A - 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

Abstract

무선으로 전력을 전송하는 장치 및 무선으로 전력을 수신하는 장치에 관한 것으로, 무선 전력 전송 장치는 소스 어레이 레이어(array layer)에 저장된 전력을 타겟 디바이스와의 상호 공진을 통하여 무선으로 전송하고, 소스 공진기는 무선으로 상기 소스 어레이 레이어에 전력을 전송하며, 상기 소스 어레이 레이어는 복수의 공진 코일들로 구성될 수 있다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치{WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND WIRELESS POWER RECEPTION APPARATUS}

아래의 실시예들은 무선으로 전력을 전송하는 장치의 구조 및 무선으로 전력을 수신하는 장치의 구조에 관한 것이다.

IT기술의 발전과 함께 다양한 휴대용 전자제품이 출시됨에 따라, 개인이 소유하고 휴대할 수 있는 단말기의 수량이 급증하게 되었다. 휴대용 전자제품이 다양하고, 그 기능이 복잡해짐에 따라 전자제품의 배터리 및 배터리 충전이 이슈가 되고 있다. 배터리 충전의 한 방법으로 최근 전선을 사용하지 않고 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술(wireless power transmission)이 화제가 되고 있다.

무선 전력 전송 기술이 실용화가 된다면 현재 사용되고 있는 유선 충전 시스템의 많은 부분이 무선 충전 시스템으로 대체될 수 있을 것이다.

휴대용 전자제품의 종류가 다양한 만큼 전자제품을 구동시키는데 필요한 전력 또한 다양해지고, 무선의 장점을 살려 여러 개의 전자제품을 동시에 충전할 필요도 생기게 된다. 다양한 전력 레벨로 전력을 전송하고, 여러 개의 전자제품을 동시에 충전하기 위해서는 소스 기기에서 발생하는 필드의 세기가 상황에 따라 유동적으로 조절될 필요가 있다.

일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 소스 어레이 레이어(array layer)에 저장된 전력을 타겟 디바이스와의 상호 공진을 통하여 무선으로 전송하는 소스 어레이 공진부 및 상기 소스 어레이 레이어로부터 소정 거리에 위치하여 무선으로 상기 소스 어레이 레이어에 전력을 전송하는 소스 공진기를 포함하고, 상기 소스 어레이 레이어는 복수의 공진 코일들을 포함할 수 있다.

다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 상기 소스 공진기에서 발생하는 마그네틱 필드의 크기에 기초하여, 상기 복수의 공진 코일들의 배치를 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 공진 코일들은 물리적으로 연결되지 않고, 상호 간에 형성되는 마그네틱 필드에 기초하여 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제어부는 상기 소스 어레이 레이어와 상기 타겟 디바이스 간의 거리 및 상기 소스 어레이 레이어와 상기 타겟 디바이스가 이루는 각도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 공진 코일들의 배치를 결정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 타겟 디바이스의 필요 전력 및 상기 타겟 디바이스로 전송되는 전력의 수신효율 중 적어도 하나에 기초하여 상기 소스 공진기에 공급되는 전력량을 제어할 수 있다.

상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일은 원형, 다각형 및 스파이럴 형태 중 하나의 모양으로 형성될 수 있다.

상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일은 설정된 타겟 디바이스의 위치 및 설정된 타겟 디바이스의 필요 전력 중 적어도 하나에 기초하여 코일의 턴(coil turn) 수가 결정될 수 있다.

상기 제어부는 상기 공진 코일들 각각에 포함된 가변 캐패시터의 캐패시터 값을 조절하여 상기 소스 어레이 공진부의 공진 주파수를 제어할 수 있다.

상기 제어부는 상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일의 동작여부를 제어하여 상기 소스 어레이 공진부의 공진 주파수 및 임피던스 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

상기 제어부는 상기 소스 어레이 레이어의 어느 위치에서나 동일한 크기의 마그네틱 필드를 생성하도록 상기 공진 코일들의 가변 캐패시터 값, 상기 공진 코일들의 동작여부 및 상기 공진 코일들의 배치 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.

상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일은 상기 소스 어레이 레이어의 위치 별로 다른 크기의 마그네틱 필드를 생성하도록, 상기 소스 어레이 레이어의 위치별 공진 코일 개수, 상기 공진 코일의 사이즈, 모양 및 배치 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.

상기 제어부는 상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일 개수, 상기 공진 코일의 사이즈, 상기 공진 코일의 위치 변화 및 상기 공진 코일들 중 동작하는 공진 코일들 중 적어도 하나에 기초하여 마그네틱 필드의 발생 방향을 제어할 수 있다.

상기 소스 어레이 공진부는 복수의 소스 어레이 레이어들을 포함하는 멀티 어레이 레이어를 포함할 수 있다.

일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 소스 디바이스와 타겟 어레이 레이어(array layer) 간의 상호 공진을 통하여 전력을 무선으로 수신하는 타겟 어레이 공진부 및 상기 타겟 어레이 레이어로부터 무선으로 전력을 수신하는 타겟 공진기를 포함하고, 상기 타겟 어레이 레이어는 복수의 공진 코일들을 포함할 수 있다.

다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 상기 상호 공진을 통해 상기 타겟 어레이 레이어로 전달되는 마그네틱 필드의 크기에 기초하여, 상기 복수의 공진 코일들의 배치를 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 공진 코일들은 물리적으로 연결되지 않고, 상호 간에 형성되는 마그네틱 필드에 기초하여 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 타겟 어레이 공진부는 복수의 타겟 어레이 레이어들을 포함하는 멀티 어레이 레이어를 포함할 수 있다.

상기 멀티 어레이 레이어는 수신하는 전력을 증폭하여 상기 타겟 공진기로 전달할 수 있다.

도 1은 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치에 사용되는 어레이 레이어를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 어레이 레이어에서 발생하는 마그네틱 필드의 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일을 나타낸 도면이다.
도 6은 다른 일 실시 예에 따른 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일을 나타낸 도면이다.
도 7은 또 다른 일 실시 예에 따른 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일을 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 어레이 레이어를 이용하여 동일한 거리만큼 떨어진 타겟 디바이스들에게 전력을 전송하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 어레이 레이어를 이용하여 서로 다른 거리만큼 떨어진 타겟 디바이스들에게 전력을 전송하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 어레이 레이어를 이용하여 임의의 방향에 위치한 타겟 디바이스들에게 전력을 전송하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 멀티 어레이 레이어를 나타낸 도면이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 멀티 어레이 레이어를 이용하여 무선 전력을 송 수신하는 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.
도 15는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 피딩부의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.

이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

무선 전력은, 상호 공진을 통해 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 전달되는 에너지를 의미한다. 무선 전력 전송 시스템은, 전력을 무선으로 전송하는 소스 기기와 전력을 무선으로 수신하는 타겟 기기를 포함한다. 이때, 소스 기기를 무선 전력 전송 장치라 칭할 수 있다. 타겟 전자기기를 무선 전력 수신 장치라 칭할 수 있다.

소스 기기는 소스 공진기(source resonator)를 구비하고, 타겟 기기는 타겟 공진기(target resonator)를 구비한다. 소스 공진기와 타겟 공진기 사이에 마그네틱 커플링 또는 공진 커플링이 형성될 수 있다.

소스 기기의 임피던스와 타겟 디바이스의 임피던스가 최적으로 매칭되어야만 전력이 손실 없이 전달 될 수 있다. 임피던스의 매칭은 소스 기기에서 발생하는 마그네틱 필드의 영향을 받는다.

도 1은 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 소스(110) 및 타겟(120)을 포함한다. 소스(110)는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟(120)은 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 이때, 전자기기에는 패드, 단말, 태블릿, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등이 포함될 수 있다.

소스 디바이스(110)는 AC/DC 컨버터(111), 전력 검출부(Power Detecter)(113), 전력변환부(114), 제어 및 통신부(115) 및 소스 공진기(116)을 포함한다.

타겟 디바이스(120)는 타겟 공진기(121), 정류부(122), DC/DC 컨버터(123), 스위치부(124), 충전부(125) 및 제어 및 통신부(126)를 포함한다.

AC/DC 컨버터(111)는 전원 공급부(Power Supply)(112)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 정류하여 DC 전압을 생성한다. AC/DC 컨버터(111)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나, 제어 및 통신부(115)의 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다.

전력 검출부(Power Detecter)(113)는 AC/DC 컨버터(111)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 제어 및 통신부(115)로 전달한다. 또한, 전력 검출부(Power Detecter)(113)는 전력변환부(114)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수 도 있다.

전력변환부(114)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압를 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 즉, 전력변환부(114)는 공진 주파수를 이용하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 타겟 디바이스에서 사용되는 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 생성할 수 있다. 여기서, "통신용 전력"은 타겟 디바이스의 통신 모듈 및 프로세서를 활성화 시키기 위한 에너지를 의미한다. 상기 활성화 시키기 위한 에너지라는 의미에서 "통신용 전력"은 웨이크 업(wake-up)전력이라고 불리울 수 있다. "통신용 전력"은 CW(constant wave)의 형태로 일정 시간 동안 전송될 수 있다. "충전용 전력"은 타겟 디바이스와 연결된 또는 타겟 디바이스에 포함된 배터리를 충전 시키기 위한 에너지를 의미한다. "충전용 전력"은 소정 시간 동안 계속 전송될 수 있으며, "통신용 전력" 보다 높은 전력 레벨로 전송될 수 있다. 예를 들어, "통신용 전력"의 전력 레벨은 0.1~1Watt이고, "충전용 전력"의 전력 레벨은 1~20Watt일 수 있다.

제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 제어할 수 있다. 제어 및 통신부(115)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 전력변환부(114)를 제어함으로써, 타겟 디바이스(120)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제어 및 통신부(115)는 인-밴드 통신"을 통해 상기 타겟 디바이스에 다양한 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟 디바이스로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다.

제어 및 통신부(115)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.

한편, 제어 및 통신부(115)는 공진 주파수가 아닌 별도의 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수 도 있다. 제어 및 통신부(115)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟 디바이스(120)와 데이터를 송수신 할 수 있다.

소스 공진기(116)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 타겟 공진기(121)로 전달(transferring)한다. 즉, 소스 공진기(116)는 타겟 공진기(121)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟 디바이스(120)로 전달한다.

타겟 공진기(121)는 소스 공진기(116)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 즉, 타겟 공진기(121)는 소스 공진기(116)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스 디바이스(110)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신한다. 또한, 타겟 공진기(121)는 인-밴드 통신을 통해 상기 소스 디바이스로부터 다양한 메시지를 수신할 수 있다.

정류부(122)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 즉, 정류부(122)는 타겟 공진기(121)에 수신된 교류 전압을 정류한다.

DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 충전부(125)의 용량에 맞게 조정한다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다.

스위치부(124)는 제어 및 통신부(126)의 제어에 따라 온/오프 된다. 스위치부(124)가 오프되는 경우, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)는 반사파를 검출하게 된다. 즉, 스위치부(124)가 오프되는 경우, 소스 공진기(116)와 타겟 공진기(121) 사이의 마그네틱 커플링이 제거 될 수 있다.

충전부(125)는 배터리를 포함할 수 있다. 충전부(125)는 DC/DC 컨버터(123)로부터 출력되는 DC 전압을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.

제어 및 통신부(126)는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 제어 및 통신부(126)는 타겟 공진기(121)과 정류부(122) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류부(122)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 즉, 제어 및 통신부(126)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부는 타겟 공진기(121)의 임피던스를 조정함으로써, 소스 디바이스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부는 스위치부(124)의 온/오프를 통해 소스 디바이스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 도 있다. 간단한 예로, 제어 및 통신부(126)는 타겟 공진기(121)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)는 이진수 "0" 또는 "1"을 검출할 수 있다.

한편, 제어 및 통신부(126)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수 도 있다. 제어 및 통신부(126)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 제어 및 통신부(126)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스 디바이스(110)와 데이터를 송수신 할 수 있다.

도 2는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 블록도 이다.

도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(210)는 제어부(220) 및 전송부(230)를 포함할 수 있다. 전송부(230)는 소스 공진기(231) 및 소스 어레이 공진부(235)를 포함할 수 있다.

소스 공진기(231)는 전원 공급부(Power Supply)(233)로부터 전력을 공급받아 저장할 수 있다. 소스 공진기(231)는 저장된 전력을 소스 어레이 공진부(235)로 전달할 수 있다. 소스 공진기(231)는 전자기 유도 현상을 이용하여 소스 어레이 공진부(235)에 전력을 전달할 수 있다. 또는 소스 공진기(231)는 마그네틱 커플링을 통하여 소스 어레이 공진부(235)에 전력을 전달할 수 있다. 마그네틱 커플링이란 공진기에서 발생하는 마그네틱 필드에 의하여, 다른 공진기와 상호 공진하는 것을 의미한다. 마그네틱 커플링은 상호 공진과 동일한 의미를 가진다.

소스 어레이 공진부(235)는 공진 코일(237)로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 소스 어레이 공진부(235)는 어레이를 형성하도록 배치된 복수의 공진 코일(237)들을 포함할 수 있다. 복수의 공진 코일(237)들이 어레이를 형성하여 배치된 구조를 어레이 레이어(array layer)라고 정의할 수 있다.

소스 어레이 공진부(235)에서 사용되는 어레이 레이어는 소스 어레이 레이어라고 정의될 수 있다. 소스 공진기(231)로부터 공진 코일(237)로 전력이 전달되면, 소스 어레이 레이어에 전력이 저장될 수 있다.

소스 어레이 공진부(235)는 소스 어레이 레이어에 저장된 전력을 타겟 디바이스로 전송할 수 있다. 이때, 타겟 디바이스에는 공진기가 탑재될 것이 전제된다. 소스 어레이 공진부(235)는 공진 코일(237)과 타겟 디바이스의 공진기 간의 상호 공진을 통하여 전력을 전송할 수 있다. 소스 어레이 레이어는 복수개의 공진 코일(237)들로 구성되므로, 복수개의 공진 코일(237)들 중 타겟 디바이스의 공진기와 상호 공진하는 공진 코일들만 전력을 전송할 수 있다.

소스 어레이 공진부(235)는 복수개의 공진 코일(237)들 중에서 소정의 공진 코일들만 상호 공진하도록 함으로써, 특정 거리 또는 특정 방향에 위치한 타겟 디바이스에 전력을 선택적으로 전송할 수 있다.

소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일(237)들은 서로 물리적으로 연결되지 않고, 각각의 공진 코일(237)에서 발생하는 마그네틱 필드에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 소스 공진기(231)에서 발생하는 마그네틱 필드에 의해 공진 코일(237)에서도 마그네틱 필드가 발생할 수 있다.

공진 코일(237)들의 사이즈, 동작여부 및 배치에 따라, 소스 어레이 공진부(235)에서 발생하는 마그네틱 필드의 세기 및 분포가 달라질 수 있다.

제어부(220)는 소스 어레이 레이어와 타겟 디바이스 간의 거리 및 소스 어레이 레이어와 타겟 디바이스가 이루는 각도 중 적어도 하나에 기초하여 복수의 공진 코일(237)들의 배치를 결정할 수 있다.

제어부(220)는 타겟 디바이스의 필요 전력 및 타겟 디바이스의 전력 수신 효율 중 적어도 하나에 기초하여 소스 공진기(231)에 공급되는 전력량을 제어할 수 있다. 여기서, 전력 수신 효율이란, 소스 어레이 공진부(235)에서 전송된 전력량 중, 타겟 디바이스에서 수신하는 전력량의 비율을 의미한다.

제어부(220)는 공진 코일(237)들 각각에 포함된 가변 캐패시터의 캐패시터 값을 조절하여 소스 어레이 공진부(235)의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 공진 주파수는 공진 코일(237)의 캐패시터 성분 및 인덕터 성분에 기초하여 결정되므로, 제어부(220)는 가변 캐패시터를 통해 캐패시터 성분을 변화시킴으로써, 공진 주파수를 변화시킬 수 있다.

이때, 예를 들면, 소스 어레이 공진부(235)의 공진 주파수는 공진 코일(237) 하나의 공진 주파수를 의미할 수 있다. 또한, 소스 어레이 공진부(235)의 공진 주파수는 복수개의 공진 코일(237)들로 구성되는 소스 어레이 레이어의 공진 주파수를 의미할 수도 있다.

제어부(220)는 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일(237)들 중에서, 어느 공진 코일(237)을 동작시킬 것인지, 공진 코일(237)의 동작여부를 제어하여 소스 어레이 공진부(235)의 공진 주파수 및 임피던스를 제어할 수 있다. 공진 코일(237)의 동작여부는 스위치를 이용하여 제어될 수 있다. 동작하는 공진 코일(237)의 개수에 따라 소스 어레이 공진부(235)의 임피던스가 달라질 수 있다.

타겟 디바이스의 부하 임피던스가 변하거나, 타겟 디바이스가 이동하여 전력의 전송거리가 변하거나, 소스 기기에서 전송하는 전력 값이 변하는 경우와 같이 무선 전력 전송 시스템 환경이 변하는 경우, 제어부(220)는 공진 코일(237)의 배열을 변환하여 주파수 보상 및 임피던스 보상을 수행할 수 있다.

제어부(220)는 소스 어레이 레이어의 어느 위치에서나 동일한 크기의 마그네틱 필드를 생성하도록 공진 코일(237)들 각각의 가변 캐패시터 값, 동작여부 및 배치 중 적어도 하나를 결정할 수 있다. 예를 들면, 공진 코일(237)들 각각이 서로 동일한 가변 캐패시터 값을 가지고, 모두 동작하며, 동일한 간격으로 배치될 수 있다.

제어부(220)는 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일(237)의 개수, 공진 코일(237)의 사이즈, 공진 코일(237)의 위치 변화 및 공진 코일(237)들 중 동작하는 공진 코일들 중 적어도 하나에 기초하여 마그네틱 필드의 발생 방향을 제어할 수 있다.

공진 코일(237)의 개수가 달라지면 마그네틱 필드의 발생 방향이 달라질 수 있다. 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일(237)들의 사이즈가 서로 다르면 마그네틱 필드의 발생 방향이 특정 방향으로 설정될 수 있다. 공진 코일(237)의 위치가 변화됨에 따라 마그네틱 필드의 발생 방향이 특정 방향으로 설정될 수 있다. 공진 코일(237)들 중 동작하는 공진 코일들이 달라짐에 따라 특정 방향으로 마그네틱 필드가 집중될 수 있다.

도 2를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(240)는 수신부(250) 및 제어부(260) 를 포함할 수 있다. 수신부(250)는 타겟 어레이 공진부(251) 및 타겟 공진기(255)를 포함할 수 있다.

타겟 어레이 공진부(251)는 공진 코일(253)들로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 타겟 어레이 공진부(251)는 어레이를 형성하도록 배치된 복수의 공진 코일(253)들을 포함할 수 있다. 타겟 어레이 공진부(251)에서 사용되는 어레이 레이어는 타겟 어레이 레이어라고 정의될 수 있다.

타겟 어레이 공진부(251)는 소스 디바이스와 타겟 어레이 레이어(array layer) 간의 상호 공진을 통하여 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 이때, 소스 디바이스에는 공진기가 탑재될 것이 전제된다. 예를 들면, 타겟 어레이 공진부(251)는 소스 어레이 공진부(235)와 상호 공진을 통하여 전력을 수신할 수 있다. 도 2에서는 소스 어레이 공진부(235)가 도시되었지만, 타겟 어레이 공진부(251)가 상호 공진을 통하여 전력을 수신하는 경우는, 소스 어레이 공진부(235)에 한정되지 않는다. 타겟 어레이 공진부(251)는 어레이 레이어를 형성하지 않는 TX의 공진기로부터 전력을 수신할 수도 있다.

타겟 어레이 공진부(251)는 공진 코일(253)과 소스 디바이스의 공진기 간의 상호 공진을 통하여 전력을 수신할 수 있다. 타겟 어레이 레이어는 복수개의 공진 코일(253)들로 구성되므로, 복수개의 공진 코일(253)들 중 소스 디바이스의 공진기와 상호 공진하는 공진 코일들만 전력을 수신할 수 있다. 타겟 어레이 레이어에는 전력이 저장될 수 있다.

공진 코일(253)들은 서로 물리적으로 연결되지 않고, 각각의 공진 코일(253)에서 발생하는 마그네틱 필드에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 소스 디바이스로부터 발생하는 마그네틱 필드에 의해 공진 코일(253)에서도 마그네틱 필드가 발생할 수 있다.

타겟 어레이 레이어에 저장된 전력은 타겟 공진기(255)로 무선으로 전달될 수 있다. 타겟 어레이 공진부(251)는 전자기 유도 현상을 이용하여 타겟 공진기(255)에 전력을 전달할 수 있다. 또는 타겟 어레이 공진부(251)는 마그네틱 커플링을 통하여 타겟 공진기(255)에 전력을 전달할 수 있다.

타겟 공진기(255)에 전달된 전력은 타겟 디바이스의 부하(257)에 전달될 수 있다. 예를 들면, 부하(257)는 타겟 디바이스의 배터리에 해당할 수 있다. 또는 부하(257)는 실시간으로 충전되는 전력을 이용하여 구동되는 TV와 같은 방송용 어플리케이션들일 수 있다.

제어부(260)는 타겟 어레이 레이어로 전달되는 상호 공진에 의한 마그네틱 필드의 세기에 기초하여, 복수의 공진 코일(253)들의 배치를 결정할 수 있다.

공진 코일(253)의 사이즈, 형태 및 배치는 상호 공진에 유리하게 결정될 수 있다. 즉, 공진 코일(253)에 전달되는 마그네틱 필드의 세기가 커지도록 결정될 수 있다.

도 3은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치에 사용되는 어레이 레이어를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 소스 공진기(320)는 전원 공급부(Power Supply)(321)로부터 전력을 공급받아 소스 어레이 레이어(310)로 전달한다. 소스 어레이 레이어(310)는 복수개의 공진 코일(311)들로 구성될 수 있다.

공진 코일(311)들은 서로 물리적으로 연결되지 않으며, 마그네틱 필드에 의하여 전기적으로 연결되어 있다. 공진 코일(311)의 개수 및 공진 코일(311)들 간의 간격, 공진 코일(311)의 위치, 공진 코일(311)의 사이즈는 소스 어레이 레이어(310)에서 전송해야 할 전력의 양, 전력 전송 방향에 기초하여 결정될 수 있다.

또는 공진 코일(311)의 개수 및 공진 코일(311)들 간의 간격, 공진 코일(311)의 위치, 공진 코일(311)의 사이즈는 소스 공진기(320)로부터 최대 전력을 수신하도록 결정될 수 있다.

도 4는 일 실시 예에 따른 어레이 레이어에서 발생하는 마그네틱 필드의 분포를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 소스 공진기(410)는 전원 공급부(Power Supply)(415)로부터 전력을 공급받아 공진 코일(420), 공진 코일(430), 공진 코일(440) 및 공진 코일(450)로 전달한다.

소스 공진기(410)에 전력이 공급되면, 마그네틱 필드가 발생할 수 있다. 소스 공진기(410)에서 발생한 마그네틱 필드(461)는 공진 코일(420)에 마그네틱 필드(471)를 유도할 수 있다. 소스 공진기(410)에서 발생한 마그네틱 필드(462)는 공진 코일(430)에 마그네틱 필드(472)를 유도할 수 있다. 소스 공진기(410)에서 발생한 마그네틱 필드(463)는 공진 코일(440)에 마그네틱 필드(473)를 유도할 수 있다. 소스 공진기(410)에서 발생한 마그네틱 필드(464)는 공진 코일(450)에 마그네틱 필드를 유도할 수 있다.

마그네틱 필드(471)에 의하여 공진 코일(420)과 공진 코일(430)이 전기적으로 연결될 수 있다. 마그네틱 필드(472)에 의하여 공진 코일(430)과 공진 코일(440)이 전기적으로 연결될 수 있다. 마그네틱 필드(473)에 의하여 공진 코일(440)과 공진 코일(450)이 전기적으로 연결될 수 있다.

도 5는 일 실시 예에 따른 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 공진 코일은 다양한 크기의 원형(510), 사각형(520), 삼각형(530), 오각형(540), 육각형(550) 및 알파벳 C(560) 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.

공진 코일의 모양에 따라 어레이 레이어에서 발생되는 필드의 분포가 다양해 질 수 있다. 공진 코일의 모양을 경우에 따라 다르게 설정함으로써, 필드의 분포를 원하는 필드의 분포로 제어할 수 있다.

도 6은 다른 일 실시 예에 따른 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 공진 코일은 필요에 따라 다양한 턴 수(610, 620, 630)만큼 감긴 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 공진 코일의 턴(coil turn) 수는 타겟 디바이스의 위치 및 타겟 디바이스의 필요 전력에 기초하여 결정될 수 있다.

도 7은 또 다른 일 실시 예에 따른 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 어레이 레이어는 캐패시터를 포함하는 공진 코일(710), 가변 캐패시터를 포함하는 공진 코일(720), 스위치가 연결된 공진 코일(730), 가변 캐패시터의 연결 스위치를 포함하는 공진 코일(740), 서로 다른 방향과 크기를 가지는 공진 코일들(750, 760, 770)로 구성될 수 있다. 어레이 레이어는 위와 같은 공진 코일들에 기초하여 마그네틱 필드의 분포를 변화시킬 수 있고, 전력 전송 효율을 높이도록 주파수의 변환 및 임피던스 변환을 수행할 수 있다.

도 8은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 어레이 레이어를 이용하여 동일한 거리만큼 떨어진 타겟 디바이스들에게 전력을 전송하는 경우를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 전송부(830)는 소스 공진기(810) 및 소스 어레이 레이어(820)를 포함할 수 있다. 소스 공진기(810)는 전력을 소스 어레이 레이어(820)로 전달한다. 소스 어레이 레이어(820)는 공진 코일(821)들로 구성될 수 있다.

소스 어레이 레이어(820)의 위치에 따라 동일한 크기의 마그네틱 필드들(840, 850, 860)을 발생시킴으로써, 제1 타겟 디바이스, 제2 타겟 디바이스 및 제3 타겟 디바이스는 동일한 크기의 전력을 수신할 수 있다.

마그네틱 필드들(840, 850, 860)의 크기는 공진 코일(821)의 사이즈, 위치, 동작여부에 따라 결정될 수 있다. 상황에 따라 배치된 공진 코일(821)에 기초하여 소스 어레이 레이어(820)는 제1 타겟 디바이스, 제2 타겟 디바이스 및 제3 타겟 디바이스에게 동일한 크기의 전력을 전송함으로써, 효과적인 전력분배 시스템을 구축 할 수 있다.

도 9는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 어레이 레이어를 이용하여 서로 다른 거리만큼 떨어진 타겟 디바이스들에게 전력을 전송하는 경우를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 소스 어레이 레이어는 위치 별로 다른 크기의 마그네틱 필드들(910, 920, 930)을 발생시킴으로써, 제1 타겟 디바이스, 제2 타겟 디바이스 및 제3 타겟 디바이스는 서로 다른 크기의 전력을 수신할 수 있다.

마그네틱 필드들(910, 920, 930)의 크기는 위치별 공진 코일의 개수, 사이즈, 위치 및 동작여부에 따라 결정될 수 있다. 상황에 따라 설정된 공진 코일에 기초하여 소스 어레이 레이어는 서로 다른 거리만큼 떨어진 제1 타겟 디바이스, 제2 타겟 디바이스 및 제3 타겟 디바이스에게 서로 다른 크기의 전력을 전송함으로써, 효과적인 전력분배 시스템을 구축 할 수 있다. 또한, 소스 어레이 레이어는 서로 다른 거리만큼 떨어진 제1 타겟 디바이스, 제2 타겟 디바이스 및 제3 타겟 디바이스에게 동일한 크기의 전력을 전송할 수도 있다.

도 10은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 어레이 레이어를 이용하여 임의의 방향에 위치한 타겟 디바이스들에게 전력을 전송하는 경우를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일의 개수, 사이즈, 배열 위치, 동작여부 등의 조정에 따라 소스 어레이 레이어에서 발생하는 마그네틱 필드의 방향이 조절될 수 있다. 소스 어레이 레이어로부터 임의의 공간에 위치한 제1 타겟 디바이스 및 제2 타겟 디바이스의 방향으로 마그네틱 필드(1010, 1020)가 생성될 수 있다.

무선 전력 전송 장치는 임의의 방향으로 마그네틱 필드의 방향을 스티어링(steering)함으로써, 효율적으로 타겟 디바이스에 전력을 전송할 수 있다.

도 11은 일 실시 예에 따른 멀티 어레이 레이어를 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 소스 어레이 공진부는 복수의 소스 어레이 레이어들(1110, 1120, 1130)로 구성된 멀티 어레이 레이어(1140)를 포함할 수 있다. 타겟 어레이 공진부도 복수의 타겟 어레이 레이어들로 구성된 멀티 어레이 레이어를 포함할 수 있다.

멀티 어레이 레이어(1140)를 이용함으로써, 전달하는 전력이 증폭될 수 있다. 멀티 어레이 레이어(1140)를 이용함으로써, 마그네틱 필드의 발생 방향이 보다 정밀하게 제어될 수 있다.

소스 어레이 레이어(1110)를 구성하는 공진 코일의 모양, 사이즈, 배치는 소스 어레이 레이어(1120) 및 소스 어레이 레이어(1130)를 구성하는 공진 코일의 모양, 사이즈, 배치와 다를 수 있다. 즉, 다양한 형태, 사이즈 및 배치로 공진 코일은 소스 어레이 레이어들(1110, 1120, 1130)에 위치할 수 있다.

도 12는 일 실시 예에 따른 멀티 어레이 레이어를 이용하여 무선 전력을 송 수신하는 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템은 TX단(1210) 및 RX단(1220)을 포함할 수 있다. TX단(1210)은 소스 공진기 및 멀티 어레이 레이어(1215)를 포함할 수 있다. RX단(1220)은 타겟 공진기 및 멀티 어레이 레이어(1225)를 포함할 수 있다. 멀티 어레이 레이어(1215) 및 멀티 어레이 레이어(1225)는 복수개의 어레이 레이어들로 구성될 수 있다.

TX단(1210)은 멀티 어레이 레이어(1215)에서 발생하는 마그네틱 필드(1230)를 통해 RX단(1220)으로 전력을 전송할 수 있다.

멀티 어레이 레이어(1215)는 전송하는 전력을 증폭하여 RX단(1220)으로 전송할 수 있다. 멀티 어레이 레이어(1225)는 TX단(1210)으로부터 수신한 전력을 증폭하여 타겟 공진기로 전달할 수 있다.

멀티 어레이 레이어(1215) 및 멀티 어레이 레이어(1225)를 이용함으로써, TX단(1210)으로부터 RX단(1220)으로의 전력 전달 효율 및 전송 거리가 증가할 수 있고, 마그네틱 필드의 분포가 정교하게 제어될 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 복수의 공진 코일로 구성된 소스 어레이 레이어(array layer)를 이용함으로써, 다양한 거리 및 방향에 위치한 전자제품에 전력을 전달할 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전자제품의 필요전력 및 전력 전송 효율을 고려하여 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일의 배치가 조정될 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일들의 사이즈, 형태, 위치 및 배열을 조정함으로써, 상기 소스 어레이 레이어에서 발생하는 마그네틱 필드의 방향을 제어할 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 소스 어레이 레이어를 이용하여 마그네틱 필드의 방향을 제어함으로써, 소스 어레이 레이어로부터 임의의 거리에 위치한 하나 이상의 타겟 디바이스에 전력을 효율적으로 전송할 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 공진 코일의 크기, 턴 횟수, 동작여부 및 캐패시턴스 값의 변화를 조정함으로써, 무선 전력 전송 시스템의 환경변화에 대응하여 무선 전력 전송 장치의 공진 주파수 및 임피던스를 변화시킬 수 있다.

무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치 모두 공진 코일들로 구성된 어레이 레이어를 사용함으로써, 무선 전력의 전달 거리 및 최대전달전력의 크기를 증가시킬 수 있다.

무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치 모두 멀티 어레이 레이어를 사용함으로써, 싱글 어레이 레이어를 사용하는 경우보다 최대 전달 전력, 전력 전달 최대 거리를 증가시키고, 필드의 방향 전환을 보다 정밀하게 할 수 있다.

도 13 내지 도 15에서 "공진기"는 소스 공진기 및 타겟 공진기를 포함한다.

도 13내지 도 15의 공진기는 도 1 내지 도 12에서 설명된 공진기에 적용될 수 있다.

도 13은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.

별도의 피더를 통해 공진기가 전력을 공급받는 경우에는 피더에서 자기장이 발생하고, 공진기에서도 자기장이 발생한다.

도 13의 (a)를 참조하면, 피더(1310)에서 입력 전류가 흐름에 따라 자기장(1330)이 발생한다. 피더(1310) 내부에서 자기장의 방향(1331)과 외부에서 자기장의 방향(1333)은 서로 반대 위상을 가진다. 피더(1310)에서 발생하는 자기장(1330)에 의해 공진기(1320)에서 유도 전류가 발생한다. 이때 유도 전류의 방향은 입력 전류의 방향과 반대이다.

유도 전류에 의해 공진기(1320)에서 자기장(1340)이 발생한다. 자기장의 방향은 공진기(1320)의 내부에서는 동일한 방향을 가진다. 따라서, 공진기(1320)에 의해 피더(1310)의 내부에서 발생하는 자기장의 방향(1341)과 피더(1310)의 외부에서 발생하는 자기장의 방향(1343)은 동일한 위상을 가진다.

결과적으로 피더(1310)에 의해서 발생하는 자기장과 공진기(1320)에서 발생하는 자기장을 합성하면, 피더(1310)의 내부에서는 자기장의 세기가 약화되고, 피더(1310)의 외부에서는 자기장의 세기가 강화된다. 따라서, 도 13와 같은 구조의 피더(1310)를 통해 공진기(1320)에 전력을 공급하는 경우에, 공진기(1320) 중심에서 자기장의 세기가 약하고, 외곽에서 자기장의 세기가 강하다. 공진기(1320) 상에서 자기장의 분포가 균일(uniform)하지 않은 경우, 입력 임피던스가 수시로 변화하므로 임피던스 매칭을 수행하는 것이 어렵다. 또한, 자기장의 세기가 강한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘되고, 자기장의 세기가 약한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘 되지 않으므로, 평균적으로 전력 전송 효율이 감소한다.

도 13의 (b)는 공진기(1350)와 피더(1360)가 공통의 접지를 가진 무선 전력 전송 장치의 구조를 나타낸다. 공진기(1350)는 캐패시터(1351)를 포함할 수 있다. 피더(1360)는 포트(1361)를 통하여, RF 신호를 입력 받을 수 있다. 피더(1360)에는 RF 신호가 입력되어, 입력 전류가 생성될 수 있다. 피더(1360)에 흐르는 입력 전류는 자기장을 생성하고, 상기 자기장으로부터 공진기(1350)에 유도 전류가 유도된다. 또한, 공진기(1350)를 흐르는 유도 전류로부터 자기장이 발생한다. 이때, 피더(1360)에 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(1350)에 흐르는 유도 전류의 방향은 서로 반대 위상을 가진다. 따라서, 공진기(1350)와 피더(1360) 사이의 영역에서, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1371)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1373)은 동일한 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 강화된다. 반면에, 피더(1360)의 내부에서는, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1381)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1383)은 반대 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 공진기(1350)의 중심에서는 자기장의 세기가 약해지고, 공진기(1350)의 외곽에서는 자기장의 세기가 강화될 수 있다.

피더(1360)는 피더(1360) 내부의 면적을 조절하여, 입력 임피던스를 결정할 수 있다. 여기서 입력 임피던스는 피더(1360)에서 공진기(1350)를 바라볼 때, 보이는 임피던스를 의미한다. 피더(1360) 내부의 면적이 커지면 입력 임피던스는 증가하고, 내부의 면적이 작아지면 입력 임피던스는 감소한다. 그런데, 입력 임피던스가 감소하는 경우에도, 공진기(1350) 내부의 자기장 분포는 일정하지 않으므로, 타겟 디바이스의 위치에 따라 입력 임피던스 값이 일정하지 않다. 따라서, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하다. 입력 임피던스가 증가하는 경우에는 큰 입력 임피던스를 작은 출력 임피던스에 매칭시키기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요할 수 있다.

도 14는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.

도 14의 (a)를 참조하면, 공진기(1410)는 캐패시터(1411)를 포함할 수 있다. 피딩부(1420)는 캐패시터(1411)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 14의 (b)는 (a)의 구조를 좀 더 구체적으로 표시한 도면이다. 이때, 공진기(1410)는 제1 전송선로, 제1 도체(1441), 제2 도체(1442), 적어도 하나의 제1 캐패시터(1450)를 포함할 수 있다.

제1 캐패시터(1450)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1431)과 제2 신호 도체 부분(1432) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(1450)에 갇히게 된다. 일반적으로, 전송 선로는 상부에 적어도 하나의 도체, 하부에 적어도 하나의 도체를 포함하며, 상부에 있는 도체를 통해서는 전류가 흐르며, 하부에 있는 도체는 전기적으로 그라운드 된다(grounded). 본 명세서에서는 제1 전송 선로의 상부에 있는 도체를 제1 신호 도체 부분(1431)과 제2 신호 도체 부분(1432)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(1433)으로 부르기로 한다.

도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(1433)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)과 제1 그라운드 도체 부분(1433)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)을 통하여 흐른다.

또한, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1431)의 한쪽 단은 제1 도체(1441)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1450)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1432)의 한쪽 단은 제2 도체(1442)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1450)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1431), 제2 신호 도체 부분(1432) 및 제1 그라운드 도체 부분(1433), 도체들(1441, 1442)은 서로 연결됨으로써, 공진기는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.

제1 캐패시터(1450)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1캐패시터(1450)는 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(1450)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.

제1 캐패시터(1450)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 소스 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다.

대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.

이 때, 집중 소자로서 삽입된 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 소스 공진기가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 소스 공진기가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 소스 공진기가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스가 정해질 수 있다.

MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(1450)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.

또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(1450)에 집중되므로, 제1 캐패시터(1450)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(1450)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 큐-팩터는 무선 전력 전송에 있어서 저항 손실(ohmic loss)의 정도 또는 저항(resistance)에 대한 리액턴스의 비를 나타내는데, 큐-팩터가 클수록 무선 전력 전송의 효율이 큰 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도 14의 (b)에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.

도 14의 (b)를 참조하면, 피딩부(1420)는 제2 전송선로, 제3 도체(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481) 및 제6 도체(1482)를 포함할 수 있다.

제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(1463)을 포함한다. 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)과 제2 그라운드 도체 부분(1463)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)을 통하여 흐른다.

또한, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(1461)의 한쪽 단은 제3 도체(1471)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제5 도체(1481)와 연결된다. 그리고, 제4 신호 도체 부분(1462)의 한쪽 단은 제4 도체(1472)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제6 도체(1482)와 연결된다. 제5 도체(1481)는 제1 신호 도체 부분(1431)과 연결되고, 제6 도체(1482)는 제2 신호 도체 부분(1432)과 연결된다. 제5 도체(1481)와 제6 도체(1482)는 제1 캐패시터(1450)의 양단에 병렬로 연결된다. 이때, 제5 도체(1481) 및 제6 도체(1482)는 RF신호를 입력받는 입력 포트로 사용될 수 있다.

결국, 제3 신호 도체 부분(1461), 제4 신호 도체 부분(1462) 및 제2 그라운드 도체 부분(1463), 제3 도체(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481), 제6 도체(1482) 및 공진기(1410)는 서로 연결됨으로써, 공진기(1410) 및 피딩부(1420)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다. 제5 도체(1481) 또는 제6 도체(1482)를 통하여 RF 신호가 입력되면, 입력 전류는 피딩부(1420) 및 공진기(1410)에 흐르게 되고, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장에 의하여, 공진기(1410)에 유도 전류가 유도 된다. 피딩부(1420)에서 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(1410)에서 흐르는 유도 전류의 방향이 동일하게 형성됨으로써, 공진기(1410)의 중앙에서는 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(1410)의 외곽에서는 자기장의 세기가 약화된다.

공진기(1410)와 피딩부(1420) 사이 영역의 면적에 의해 입력 임피던스가 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크는 필요하지 않다. 매칭 네트워크가 사용되는 경우에도, 피딩부(1420)의 크기를 조절함으로써, 입력 임피던스를 결정할 수 있기 때문에, 매칭 네트워크의 구조는 단순해질 수 있다. 단순한 매칭 네트워크 구조는 매칭 네트워크의 매칭 손실을 최소화한다.

제2 전송 선로, 제3 도체(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481), 제6 도체(1482) 는 공진기(1410)와 동일한 구조를 형성할 수 있다. 즉, 공진기(1410)가 루프 구조인 경우에는 피딩부(1420)도 루프 구조일 수 있다. 또한, 공진기(1410)가 원형 구조인 경우에는 피딩부(1420)도 원형 구조일 수 있다.

도 15는 일 실시예에 따른 피딩부의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.

무선 전력 전송에서 피딩은, 소스 공진기에 전력을 공급하는 것을 의미한다. 또한, 무선 전력 전송에서 피딩은, 정류부에 AC 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. 도 15의 (a)는 피딩부에서 흐르는 입력 전류의 방향 및 소스 공진기에서 유도되는 유도 전류의 방향을 나타낸다. 또한, 도 15의 (a)는 피딩부의 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향 및 소스 공진기의 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향을 나타낸다. 도 15의 (a)는 도 14의 공진기(1410) 및 피딩부(1420)를 좀 더 간략하게 표현한 도면이다. 도 15의 (b)는 도 14의 피딩부(1420)와 공진기(1410)의 등가회로를 나타낸다.

도 15의 (a)를 참조하면, 도 14의 피딩부(1420)의 제5 도체(1481) 또는 제6 도체(1482)는 입력 포트(1510)로 사용될 수 있다. 입력 포트(1510)는 RF 신호를 입력 받는다. RF 신호는 전력 증폭기로부터 출력될 수 있다. 전력 증폭기는 타겟 디바이스의 필요에 따라 RF 신호의 진폭을 증감시킬 수 있다. 입력 포트(1510)에서 입력된 RF 신호는 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류의 형태로 표시될 수 있다. 피딩부(1420)를 흐르는 입력 전류는 피딩부(1420)의 전송선로를 따라 시계방향으로 흐른다. 그런데, 피딩부(1420)의 제5 도체(1481)는 공진기(1410)와 전기적으로 연결된다. 좀 더 구체적으로, 제5 도체(1481)는 공진기(1410)의 제1 신호 도체 부분(1431)과 연결된다. 따라서 입력 전류는 피딩부(1420) 뿐만 아니라 공진기(1410)에도 흐르게 된다. 공진기(1410)에서 입력 전류는 반시계 방향으로 흐른다. 공진기(1410)에 흐르는 입력 전류에 의하여 자기장이 발생하고, 상기 자기장에 의해 공진기(1410)에 유도 전류가 생성된다. 유도 전류는 공진기(1410)에서 시계방향으로 흐른다. 이때 유도 전류는 공진기(1410)의 캐패시터(1411)에 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 유도 전류에 의해 자기장이 발생한다. 도 15의 (a)에서 도 14의 피딩부(1420) 및 공진기(1410)에 흐르는 입력 전류는 실선으로 표시되고, 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류는 점선으로 표시되었다.

전류에 의해 발생하는 자기장의 방향은 오른나사의 법칙을 통해 알 수 있다. 도 14의 피딩부(1420) 내부에서, 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1521)과 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1523)은 서로 동일하다. 따라서, 피딩부(1420) 내부에서 자기장의 세기가 강화된다.

또한, 피딩부(1420)와 공진기(1410) 사이의 영역에서, 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1533)과 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1531)은 서로 반대 위상이다. 따라서, 피딩부(1420)와 공진기(1410) 사이의 영역에서, 자기장의 세기는 약화된다.

루프 형태의 공진기에서는 일반적으로 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약하고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 강하다. 그런데 도 15의 (a)를 참조하면, 피딩부(1420)가 공진기(1410)의 캐패시터(1411) 양단에 전기적으로 연결됨으로써 공진기(1410)의 유도 전류의 방향과 피딩부(1420)의 입력 전류의 방향이 동일해 진다. 공진기(1410)의 유도 전류의 방향과 피딩부(1420)의 입력 전류의 방향이 동일하기 때문에, 피딩부(1420)의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부(1420)의 외부에서는 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 루프 형태의 공진기(1410)의 중심에서는 피딩부(1420)로 인하여 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(1410)의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다. 그러므로 공진기(1410) 내부에서는 전체적으로 자기장의 세기가 균일해질 수 있다.

한편, 소스 공진기에서 타겟 공진기로 전달되는 전력 전송의 효율은 소스 공진기에서 발생하는 자기장의 세기에 비례하므로, 소스 공진기의 중심에서 자기장의 세기가 강화됨에 따라 전력 전송 효율도 증가할 수 있다.

도 15의 (b)를 참조하면, 피딩부(1540) 및 공진기(1550)는 등가회로로 표현될 수 있다. 피딩부(1540)에서 공진기 측을 바라볼 때 보이는 입력 임피던스 Zin은 다음의 수식과 같이 계산될 수 있다.

여기서, M은 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고, ω 는 피딩부(1540)와 공진기(1550) 간의 공진 주파수를 의미하고, Z는 공진기(1550)에서 타겟 디바이스 측을 바라볼 때 보이는 임피던스를 의미할 수 있다. Zin은 상호 인덕턴스 M에 비례할 수 있다. 따라서, 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이에 상호 인덕턴스를 조절함으로써 Zin을 제어할 수 있다. 상호 인덕턴스 M은 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이 영역의 면적에 따라 조절될 수 있다. 피딩부(1540)의 크기에 따라 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이 영역의 면적이 조절될 수 있다. Zin은 피딩부(1540)의 크기에 따라 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 임피던스 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하지 않다.

무선 전력 수신 장치에 포함된 공진기(1550) 및 피딩부(1540)도 위와 같은 자기장의 분포를 가질 수 있다. 무선 전력 수신 장치에 포함된 공진기(1550)는 타겟 공진기로 동작할 수 있다. 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 마그네틱 커플링을 통하여 무선 전력을 수신한다. 이때 수신되는 무선 전력을 통하여 타겟 공진기에서는 유도 전류가 생성될 수 있다. 타겟 공진기에서 유도 전류에 의해 발생한 자기장은 피딩부(1540)에 다시 유도 전류를 생성할 수 있다. 이때, 도 15의 (a)의 구조와 같이 공진기(1550)와 피딩부(1540)가 연결되면, 공진기(1550)에서 흐르는 전류의 방향과 피딩부(1540)에서 흐르는 전류의 방향은 동일해진다. 따라서, 피딩부(1540)의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이의 영역에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다.

도 16은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.

도 16을 참조하면, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 소스 시스템(1610), 소스 공진기(1620), 타겟 공진기(1630), 타겟 시스템(1640) 및 전기 자동차용 배터리(1650)을 포함한다.

전기 자동차 충전 시스템(1600)은 도 1의 무선 전력 전송 시스템과 유사한 구조를 가진다. 즉, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 소스 시스템(1610) 및 소스 공진기(1620)로 구성되는 소스를 포함한다. 또한, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 타겟 공진기(1630) 및 타겟 시스템(1640)로 구성되는 타겟을 포함한다.

이때, 소스 시스템(1610)은 도 1의 소스(110)와 같이, 가변 SMPS(Variable SMPS), 파워 증폭기(Power Amplifier), 매칭 네트워크, 제어부 및 통신부를 포함할 수 있다. 이때, 타겟 시스템(1640)은 도 1의 타겟(120)과 같이, 매칭 네트워크, 정류부, DC/DC 컨버터, 통신부 및 제어부를 포함할 수 있다.

전기 자동차용 배터리(1650)는 타겟 시스템(1640)에 의해 충전 될 수 있다.

전기 자동차 충전 시스템(1600)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용할 수 있다.

소스 시스템(1610)은 충전 차량의 종류, 배터리의 용량, 배터리의 충전 상태에 따라 전력을 생성하고, 생성된 전력을 타겟 시스템(1640)으로 공급할 수 있다.

소스 시스템(1610)은 소스 공진기(1620) 및 타겟 공진기(1630)의 정렬(alignment)를 맞추기 위한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 소스 시스템(1610)의 제어부는 소스 공진기(1620)와 타겟 공진기(1630)의 정렬(alignment)이 맞지 않은 경우, 타겟 시스템(1640)으로 메시지를 전송하여 정렬(alignment)을 제어할 수 있다.

이때, 정렬(alignment)이 맞지 않은 경우란, 타겟 공진기(1630)의 위치가 마그네틱 레조넌스(magnetic resonance)가 최대로 일어나기 위한 위치에 있지 않은 경우 일 수 있다. 즉, 차량이 정확하게 정차되지 않은 경우, 소스 시스템(1610)은 차량의 위치를 조정하도록 유도함으로써, 소스 공진기(1620)와 타겟 공진기(1630)의 정렬(alignment)이 맞도록 유도할 수 있다.

소스 시스템(1610)과 타겟 시스템(1640)은 통신을 통해, 차량의 식별자를 송수신할 수 있고, 각종 메시지를 주고 받을 수 있다.

도 2 내지 도 15에서 설명된 내용들은 전기 자동차 충전 시스템(1600)에 적용될 수 있다. 다만, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용하고, 전기 자동차용 배터리(1650)를 충전하기 위해 수십 watt이상의 전력 전송을 수행할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

1. 소스 어레이 레이어(array layer)에 저장된 전력을 타겟 디바이스와의 상호 공진을 통하여 무선으로 전송하는 소스 어레이 공진부; 및
   무선으로 상기 소스 어레이 레이어에 전력을 전송하는 소스 공진기
   를 포함하고,
   상기 소스 어레이 레이어는 복수의 공진 코일들을 포함하는
   무선 전력 전송 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소스 공진기에서 발생하는 마그네틱 필드의 크기에 기초하여, 상기 복수의 공진 코일들의 배치를 결정하는 제어부
   를 더 포함하는 무선 전력 전송 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 공진 코일들은
   물리적으로 연결되지 않고, 상호 간에 형성되는 마그네틱 필드에 기초하여 전기적으로 연결되는
   무선 전력 전송 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 소스 어레이 레이어와 상기 타겟 디바이스 간의 거리 및 상기 소스 어레이 레이어와 상기 타겟 디바이스가 이루는 각도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 공진 코일들의 배치를 결정하는
   무선 전력 전송 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 타겟 디바이스의 필요 전력 및 상기 타겟 디바이스로 전송되는 전력의 수신효율 중 적어도 하나에 기초하여 상기 소스 공진기에 공급되는 전력량을 제어하는
   무선 전력 전송 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일은
   원형, 다각형 및 스파이럴 형태 중 하나의 모양으로 형성되는 무선 전력 전송 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일은
   설정된 타겟 디바이스의 위치 및 설정된 타겟 디바이스의 필요 전력 중 적어도 하나에 기초하여 코일의 턴(coil turn) 수가 결정되는
   무선 전력 전송 장치.
8. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 공진 코일들 각각에 포함된 가변 캐패시터의 캐패시터 값을 조절하여 상기 소스 어레이 공진부의 공진 주파수를 제어하는
   무선 전력 전송 장치.
9. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일의 동작여부를 제어하여 상기 소스 어레이 공진부의 공진 주파수 및 임피던스 중 적어도 하나를 제어하는
   무선 전력 전송 장치.
10. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 소스 어레이 레이어의 어느 위치에서나 동일한 크기의 마그네틱 필드를 생성하도록 상기 공진 코일들의 가변 캐패시터 값, 상기 공진 코일들의 동작여부 및 상기 공진 코일들의 배치 중 적어도 하나를 결정하는
    무선 전력 전송 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일은
    상기 소스 어레이 레이어의 위치 별로 다른 크기의 마그네틱 필드를 생성하도록, 상기 소스 어레이 레이어의 위치별 공진 코일 개수, 상기 공진 코일의 사이즈, 모양 및 배치 중 적어도 하나가 결정되는
    무선 전력 전송 장치.
12. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 소스 어레이 레이어를 구성하는 공진 코일 개수, 상기 공진 코일의 사이즈, 상기 공진 코일의 위치 변화 및 상기 공진 코일들 중 동작하는 공진 코일들 중 적어도 하나에 기초하여 마그네틱 필드의 발생 방향을 제어하는
    무선 전력 전송 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 소스 어레이 공진부는
    복수의 소스 어레이 레이어들을 포함하는 멀티 어레이 레이어
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
14. 소스 디바이스와 타겟 어레이 레이어(array layer) 간의 상호 공진을 통하여 전력을 무선으로 수신하는 타겟 어레이 공진부; 및
    상기 타겟 어레이 레이어로부터 무선으로 전력을 수신하는 타겟 공진기
    를 포함하고,
    상기 타겟 어레이 레이어는 복수의 공진 코일들을 포함하는
    무선 전력 수신 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 상호 공진을 통해 상기 타겟 어레이 레이어로 전달되는 마그네틱 필드의 크기에 기초하여, 상기 복수의 공진 코일들의 배치를 결정하는 제어부
    를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 공진 코일들은
    물리적으로 연결되지 않고, 상호 간에 형성되는 마그네틱 필드에 기초하여 전기적으로 연결되는
    무선 전력 수신 장치.
17. 제14항에 있어서,
    상기 타겟 어레이 공진부는
    복수의 타겟 어레이 레이어들을 포함하는 멀티 어레이 레이어
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 멀티 어레이 레이어는
    수신하는 전력을 증폭하여 상기 타겟 공진기로 전달하는
    무선 전력 수신 장치.

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