KR20140129930A - 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법 - Google Patents

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KR20140129930A
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인텔렉추얼디스커버리 주식회사
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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기장을 집중시키는 자기장 렌즈를 이용하는 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 특정 주파수의 방사하는 전송 안테나; 및 상기 전송 안테나와 이격 배치되는 입체 구조물 및 상기 입체 구조물의 각 면에 미리 정해진 패턴에 따라 배열되고 상기 특정 주파수에 대한 자기 굴절율이 0 이하로 제공됨에 따라 상기 전송 안테나로부터 방사되는 특정 주파수의 자기장을 포커싱하는 복수의 셀을 포함하는 자기장 렌즈;를 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은, 상기 입체 구조물의 외면 또는 내면 중 어느 일면에 배치되는 제1 도체 라인, 상기 일면의 반대면인 타면 배치되는 제2 도체 라인 및 상기 일면으로부터 상기 타면으로 관통하여 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인의 양단을 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은 상기 외면에 수직한 방향에서 볼 때 그 양단은 동일한 지점에 위치하고 꼬인 형태의 경로를 형성하도록 제공되는 무선 전력 전송기가 제공될 수 있다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECEIVING WIRELESS POWER}
본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기장을 집중시키는 자기장 렌즈를 이용하는 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.
무선 전력 전송 기술은 전원 소스와 전자 기기 사이에 무선으로 전력을 전달하는 기술이다. 일 예로 무선 전력 전송 기술은 스마트폰이나 태블릿 등의 이동 단말기를 단지 무선 충전 패드 상에 올려놓는 것만으로 이동 단말기의 배터리의 무선으로 충전할 수 있도록 함으로써, 기존의 유선 충전 커넥터를 이용하는 유선 충전 환경에 비해 보다 뛰어난 이동성과 편의성 그리고 안전성을 제공할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송 기술은 이동 단말기의 무선 충전 이외에도 향후 가전 제품, 전기 자동차를 비롯하여 의료, 레저, 로봇 등의 다양한 분야에서 기존의 유선 전력 전송 환경을 대체할 것으로 주목받고 있다.
무선 전력 전송 기술은 전자기파 방사를 이용한 기술과 전자기 유도 현상을 이용한 기술로 분류될 수 있는데, 전자기파 방사를 이용하는 기술은 공기 중에서 소모되는 방사 손실(radiation loss)에 따른 효율의 한계를 가지고 있어 최근에는 주로 전자기 유도 현상을 이용한 기술이 많이 연구되고 있다.
전자기 유도 현상을 이용한 무선 전력 전송 기술은 크게 전자기 유도(inductive coupling) 방식과 자기 공명(resonant magnetic coupling) 방식으로 분류된다.
전자기 유도 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일 간의 전자기 결합에 따라 전송 측 코일에서 발생시킨 자기장로 인해 수신 측 코일에 유도되는 전류를 이용하여 에너지를 전송하는 방식이다. 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 기술은 전송 효율이 높은 장점을 가지고 있으나, 전력 전송 거리가 수 mm로 제한될 뿐 아니라 코일 간의 정합에 매우 민감하여 위치 자유도가 현저히 낮은 단점을 가지고 있다.
자기 공명 방식은 2005년 MIT의 마린 솔라비치 교수가 제안한 기술로서, 전송 측 코일과 수신 측 코일 간의 공진 주파수로 인가된 자기장에 의해 전송 측과 수신 측 양단에 자기장이 집중되는 현상을 이용하여 에너지를 전송하는 방식이다. 이에 따라 자기 공명 방식은 전자기 유도 방식에 비해 비교적 긴 수십 cm에서 수 m에 이르는 거리까지 에너지를 전송하는 것이 가능하여 진정한 코드프리(cord-free)를 구현할 무선 전력 전송 기술로 기대를 받고 있다.
그러나, 전자기 유도 방식에 비해 긴 전송 거리를 가지는 자기 공명 방식의 경우에도 전송 거리가 멀어질수록 전송 효율이 급격히 저하되기 때문에 여전히 전송 거리의 제약이 있는 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 일 과제는, 자기장 렌즈를 이용하여 전송 거리의 제약을 극복하고 충분한 전송 효율을 가지는 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 특정 주파수의 방사하는 전송 안테나; 및 상기 전송 안테나와 이격 배치되는 입체 구조물 및 상기 입체 구조물의 각 면에 미리 정해진 패턴에 따라 배열되고 상기 특정 주파수에 대한 자기 굴절율이 0 이하로 제공됨에 따라 상기 전송 안테나로부터 방사되는 특정 주파수의 자기장을 포커싱하는 복수의 셀을 포함하는 자기장 렌즈;를 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은, 상기 입체 구조물의 외면 또는 내면 중 어느 일면에 배치되는 제1 도체 라인, 상기 일면의 반대면인 타면 배치되는 제2 도체 라인 및 상기 일면으로부터 상기 타면으로 관통하여 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인의 양단을 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은 상기 외면에 수직한 방향에서 볼 때 그 양단은 동일한 지점에 위치하고 꼬인 형태의 경로를 형성하도록 제공되는 무선 전력 전송기가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 외부로부터 공급되는 전력을 교류에서 직류로 정류하는 AC-DC 변환기; 상기 직류로 정류된 전력을 특정 주파수로 발진시키는 주파수 발진기; 상기 발진된 전력을 이용하여 상기 특정 주파수의 자기장을 방사하는 전송 안테나; 및 상기 전송 안테나와 이격 배치되는 입체 구조물 및 상기 입체 구조물의 각 면에 미리 정해진 패턴에 따라 배열되고 상기 특정 주파수에 대한 자기 굴절율이 0 이하로 제공됨에 따라 상기 전송 안테나로부터 방사되는 특정 주파수의 자기장을 포커싱하는 복수의 셀을 포함하는 자기장 렌즈;를 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은, 상기 복수의 셀 각각은, 상기 입체 구조물의 외면 또는 내면 중 어느 일면에 배치되는 제1 도체 라인, 상기 일면의 반대면인 타면 배치되는 제2 도체 라인 및 상기 일면으로부터 상기 타면으로 관통하여 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인의 양단을 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은 상기 외면에서 수직한 방향에서 볼 때 그 양단은 동일한 지점에 위치하고 꼬인 형태의 경로를 형성하도록 제공되는 무선 전력 전송 장치가 제공될 수 있다 .
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단으로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 무선 전력 전송 시 전송 거리 및 전송 효율이 향상된다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 주파수 대역 별 유효 유전율 및 유효 투다율에 관한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자기장을 포커싱하는 자기장 렌즈에 관한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 정면 및 후면에 관한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 양 측면에 관한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 상면 및 배면에 관한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 셀의 등가 회로에 관한 도면이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제1 형태에 관한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제1 형태의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제1 형태의 배면도이다.
도 14는 도 12의 A 영역의 단면도이다.
도 15는 도 12의 B 영역의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제2 형태에 관한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제3 형태에 관한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제4 형태에 관한 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제5 형태에 관한 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제6 형태에 관한 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제7 형태에 관한 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제8 형태에 관한 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이고, 도면에 도시된 형상은 필요에 따라 본 발명의 이해를 돕기 위하여 과장되어 표시된 것이므로, 본 발명이 본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 특정 주파수의 방사하는 전송 안테나; 및 상기 전송 안테나와 이격 배치되는 입체 구조물 및 상기 입체 구조물의 각 면에 미리 정해진 패턴에 따라 배열되고 상기 특정 주파수에 대한 자기 굴절율이 0 이하로 제공됨에 따라 상기 전송 안테나로부터 방사되는 특정 주파수의 자기장을 포커싱하는 복수의 셀을 포함하는 자기장 렌즈;를 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은, 상기 입체 구조물의 외면 또는 내면 중 어느 일면에 배치되는 제1 도체 라인, 상기 일면의 반대면인 타면 배치되는 제2 도체 라인 및 상기 일면으로부터 상기 타면으로 관통하여 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인의 양단을 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은 상기 외면에 수직한 방향에서 볼 때 그 양단은 동일한 지점에 위치하고 꼬인 형태의 경로를 형성하도록 제공되는 무선 전력 전송기가 제공될 수 있다.
또 상기 입체 구조물은, 속이 빈 박스형으로 제공될 수 있다.
또 상기 입체 구조물은, 직육면체 형상으로 제공되고, 서로 마주보는 세 쌍의 기판을 포함하고, 상기 복수의 셀은, 상기 세 쌍의 기판에 배열될 수 있다.
또 상기 세 쌍의 기판 중 어느 하나의 기판은 상기 전송 안테나와 마주보도록 이격 배치될 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 볼 때 팔자 형태, 꼬인 리본 또는 무한대 기호 형태의 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 상기 제1 도체 라인이 형성하는 경로와 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로가 교차하도록 제공될 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 상기 제1 도체 라인이 형성하는 경로와 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로가 교차하는 지점을 중심으로 대칭되는 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 에어 캐패시터로 작용하는 적어도 하나의 갭이 형성될 수 있다.
또 상기 복수의 셀 각각은, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 삽입되는 적어도 하나의 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인 및 상기 제2 도체 라인 중 적어도 하나는, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 지그재그 형태로 제공되는 패턴 라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 외부로부터 공급되는 전력을 교류에서 직류로 정류하는 AC-DC 변환기; 상기 직류로 정류된 전력을 특정 주파수로 발진시키는 주파수 발진기; 상기 발진된 전력을 이용하여 상기 특정 주파수의 자기장을 방사하는 전송 안테나; 및 상기 전송 안테나와 이격 배치되는 입체 구조물 및 상기 입체 구조물의 각 면에 미리 정해진 패턴에 따라 배열되고 상기 특정 주파수에 대한 자기 굴절율이 0 이하로 제공됨에 따라 상기 전송 안테나로부터 방사되는 특정 주파수의 자기장을 포커싱하는 복수의 셀을 포함하는 자기장 렌즈;를 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은, 상기 복수의 셀 각각은, 상기 입체 구조물의 외면 또는 내면 중 어느 일면에 배치되는 제1 도체 라인, 상기 일면의 반대면인 타면 배치되는 제2 도체 라인 및 상기 일면으로부터 상기 타면으로 관통하여 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인의 양단을 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은 상기 외면에서 수직한 방향에서 볼 때 그 양단은 동일한 지점에 위치하고 꼬인 형태의 경로를 형성하도록 제공되는 무선 전력 전송 장치가 제공될 수 있다.
또 상기 입체 구조물은, 속이 빈 박스형으로 제공될 수 있다.
또 상기 입체 구조물은, 직육면체 형상으로 제공되고, 서로 마주보는 세 쌍의 기판을 포함하고, 상기 복수의 셀은, 상기 세 쌍의 기판에 배열될 수 있다.
또 상기 세 쌍의 기판 중 어느 하나의 기판은 상기 전송 안테나와 마주보도록 이격 배치될 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 볼 때 팔자 형태, 꼬인 리본 또는 무한대 기호 형태의 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 상기 제1 도체 라인이 형성하는 경로와 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로가 교차하도록 제공될 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 상기 제1 도체 라인이 형성하는 경로와 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로가 교차하는 지점을 중심으로 대칭되는 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 에어 캐패시터로 작용하는 적어도 하나의 갭이 형성될 수 있다.
또 상기 복수의 셀 각각은, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 삽입되는 적어도 하나의 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
또 상기 제1 도체 라인 및 상기 제2 도체 라인 중 적어도 하나는, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 지그재그 형태로 제공되는 패턴 라인을 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)에 관하여 설명한다.
무선 전력 전송 시스템(1000)은 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(1000)은 무선 전력 전송 장치(1100) 및 무선 전력 수신 장치(1200)를 포함한다. 무선 전력 전송 장치(1100)는 외부의 전원 소스(S)로부터 전원을 인가받아 자기장을 발생시킨다. 무선 전력 수신 장치(1200)는 발생된 자기장을 이용하여 전류를 발생시켜 무선으로 전력을 수신받는다.
여기서, 무선 전력 전송 장치(1100)는 고정형 또는 이동형으로 제공될 수 있다. 고정형의 예로는 실내의 천장이나 벽면 또는 테이블 등의 가구에 임베디드(embedded)되는 형태, 실외의 주차장, 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치되는 형태나 차량이나 기차 등의 운송 수단에 설치되는 형태 등이 있다. 이동형인 무선 전력 전송 장치(1100)는 이동 가능한 무게나 크기의 이동형 장치나 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 장치의 일부로 구현될 수 있다.
또 무선 전력 수신 장치(1200)는 배터리를 구비하는 각종 전자 기기 및 전원 케이블 대신 무선으로 전원을 공급받아 구동되는 각종 가전 기기를 포함하는 포괄적인 개념으로 해석되어야 한다. 무선 전력 수신 장치(1200)의 대표적인 예로는, 이동 단말기(portable terminal), 휴대 전화기(cellular phone), 스마트폰(smart phone), 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대 미디어 플레이어(PMP: Portable Media Player), 와이브로 단말기(Wibro terminal), 태블릿(tablet), 패블릿(pablet), 노트북(notebook), 디지털 카메라, 네비게이션 단말기, 텔레비전, 전기차량(EV: Electronic Vehicle) 등이 있다.
무선 전력 전송 시스템(1000)에는 무선 전력 수신 장치(1200)는 하나 또는 복수일 수 있다. 도 1에서는 무선 전력 전송 장치(1100)와 무선 전력 수신 장치(1200)가 일대일로 전력을 주고 받는 것으로 표현되고 있으나, 하나의 무선 전력 전송 장치(1100)가 복수의 무선 전력 수신 장치(1200)로 전력을 전달하는 것도 가능하다. 특히, 자기 공명 방식으로 무선 전력 전송을 수행하는 경우에는 하나의 무선 전력 전송 장치(1100)가 동시 전송 방식이나 시분할 전송 방식을 응용하여 동시에 여러 대의 무선 전력 수신 장치(1200)로 전력을 전달할 수 있다.
한편, 도 1에는 생략되어 있으나, 무선 전력 전송 시스템(1000)에는 무선 전력 전송 거리를 증대시키기 위한 중계기(relay)가 더 포함될 수 있다. 중계기로는 LC회로로 구현되는 패시브 타입의 공진 루프가 이용될 수 있다. 이러한 공진 루프는 대기 중으로 방사되는 자기장을 집속하여 무선 전력 전송 거리를 증대시킬 수 있다. 동시에 여러 대의 중계기를 이용하여 보다 넓은 무선 전력 전송 커버리지를 확보하는 것도 가능하다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(1100)에 관하여 설명한다.
무선 전력 전송 장치(1100)는 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(1100)의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(1100)는 AC-DC 변환기(1110), 주파수 발진기(1120), 전력 증폭기(1130), 임피던스 정합기(1140), 전송 안테나(1150) 및 자기장 렌즈(1160)를 포함할 수 있다.
AC-DC 변환기(1110)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. AC-DC 변환기(1110)는 외부의 전원 소스(S)로부터 교류 전력을 입력받고, 입력된 교류 전력의 파형을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. AC-DC 변환기(1110)는 출력하는 직류 전력의 전압값을 조정할 수 있다.
주파수 발진기(1120)는 직류 전력을 원하는 특정 주파수의 교류 전력으로 변환할 수 있다. 주파수 발진기(1120)는 AC-DC 변환기(1110)가 출력하는 직류 전력을 입력받고, 입력된 직류 전력을 특정 주파수의 교류 전력으로 변환하여 출력한다. 여기서, 특정 주파수는 공진 주파수일 수 있다. 이때, 주파수 발진기(1120)는 공진 주파수의 교류 전력을 출력할 수 있다.
전력 증폭기(1130)는 전력의 전압 또는 전류를 증폭시킬 수 있다. 전력 증폭기(1130)는 주파수 발진기(1120)가 출력하는 특정 주파수의 교류 전력을 입력받고, 입력된 특정 주파수의 교류 전력의 전압 또는 전류를 증폭시켜 출력한다.
임피던스 정합기(1140)는 임피던스의 정합을 수행할 수 있다. 임피던스 정합기(1140)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 연결을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 임피던스의 정합은 전송 안테나(1150)를 통해 전송되는 무선 전력의 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 스위칭 소자를 스위칭하여 캐패시터나 인덕터의 연결 상태를 조정하거나 캐패시터의 캐패시턴스를 조정하거나 인덕터의 인덕턴스를 조정함으로써 수행될 수 있다.
전송 안테나(1150)는 교류 전력을 이용하여 전자기장을 발생시킬 수 있다. 전송 안테나(1150)는 전력 증폭기(1130)에서 출력되는 특정 주파수의 교류 전력을 인가받고, 이에 따라 특정 주파수의 자기장을 발생시킬 수 있다. 발생된 자기장은 방사되는데, 무선 전력 수신 장치(1200)는 이를 수신하여 전류를 생성하게 된다. 다시 말해 전송 안테나(1150)는 무선으로 전력을 전송하는 것이다.
자기장 렌즈(1160)는 특정 주파수의 자기장을 포커싱할 수 있다. 자기장 렌즈(1160)는 특정 주파수의 자기장에 대하여 그 굴절율(refraction index)로 ‘0’의 굴절율(제로 굴절율) 또는 음의 굴절율(마이너스 굴절율)을 가질 수 있다. 자기장이 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가지는 자기장 렌즈(1160)를 통과하면 마치 광학 렌즈를 통과하는 광이 굴절되는 것과 유사한 효과가 발생한다. 즉, 자기장 렌즈(1160)는 방사상으로 퍼져나가는 자기장을 원하는 방향으로 집중시킬 수 있다.
이러한 효과를 이용하면 자기장 렌즈(1160)를 전송 안테나(1150)의 전면에 배치하여 전송 안테나(1150)에서 방사상으로 퍼져나가는 자기장을 자기장 렌즈(1160)에 수직한 방향으로 포커싱하거나 또는 자기장 렌즈(1160)의 중심을 향하는 방향으로 포커싱할 수 있다.
따라서, 자기장 렌즈(1160)를 이용하면 전송 안테나(1150)에서 방사되는 자기장이 자기장 렌즈(1160) 없는 경우에 비해 원하지 않는 대기 중으로 방사되는 비율이 감소되어 에너지 전달에 따른 방사 효율이 증가하고 결과적으로 자기장을 이용한 무선 전력 전송 시 전송 효율과 전송 거리가 향상될 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(1100)는 전송 안테나(1150)와 자기장 렌즈(1160)를 일체로 포함하는 무선 전력 전송기를 포함할 수 있다. 무선 전력 전송기는 자기장을 방사하고 포커싱하는 기능을 수행할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(1200)에 관하여 설명한다.
무선 전력 수신 장치(1200)는 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(1200)의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(1200)는 자기장 렌즈(1210), 수신 안테나(1220), 임피던스 정합기(1230), 정류기(1240), DC-DC 변환기(1250) 및 배터리(1260)를 포함할 수 있다.
자기장 렌즈(1210)는 특정 주파수의 자기장을 포커싱할 수 있다. 자기장 렌즈(1210)는 특정 주파수의 자기장에 대하여 ‘0’의 굴절율(제로 굴절율) 또는 음의 굴절율(마이너스 굴절율)을 가질 수 있다. 자기장이 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가지는 자기장 렌즈(1210)를 통과하면 마치 광학 렌즈를 통과하는 광이 굴절되는 것과 유사한 효과가 발생한다. 즉, 자기장 렌즈(1210)는 입사되는 자기장을 원하는 방향으로 집중시킬 수 있다.
이러한 효과를 이용하면 자기장 렌즈(1210)를 수신 안테나(1220)의 전면에 배치하여 전송 안테나(1150)로부터 방사되는 자기장을 포커싱하여 수신 안테나(1220)로 집중시킬 수 있다.
수신 안테나(1220)는 무선 전력 전송 장치(1100)에서 전송되는 무선 전력을 수신할 수 있다. 전송 안테나(1150)에서 자기장 렌즈(1210)에 의해 수신 안테나(1220)로 집중되는 자기장을 이용하여 전력을 수신할 수 있다. 여기서, 특정 주파수가 공진 주파수인 경우에는 전송 안테나(1150)와 수신 안테나(1220) 간에 자기 공명 현상이 발생하여 보다 효율적으로 전력을 전달받을 수 있다.
임피던스 정합기(1230)는 무선 전력 수신 장치(1200)의 임피던스를 조정할 수 있다. 임피던스 정합기(1230)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 조합을 스위칭하는 스위칭 소자로 구성될 수 있다. 임피던스의 정합은 수신되는 무선 전력의 전압값이나 전류값, 전력값, 주파수값 등에 기초하여 임피던스 정합기(1230)를 구성하는 회로의 스위칭 소자를 제어함으로써 수행될 수 있다.
정류기(1240)는 수신된 무선 전력을 정류하여 교류에서 직류로 변환할 수 있다. 정류기(1240)는 다이오드나 트랜지스터를 이용하여 교류를 직류로 변환하고, 캐패시터와 저항을 이용하여 이를 평활할 수 있다. 정류기(1240)로는 브릿지 회로 등으로 구현되는 전파 정류기, 반파 정류기, 전압 체배기 등이 이용될 수 있다.
DC-DC 변환기(1250)는 정류된 직류 전력의 전압을 원하는 레벨로 변환하여 출력할 수 있다. 정류기(1240)에서 정류된 직류 전원의 전압값이 배터리의 충전이나 전자 기기의 구동에 요구되는 전압값에 비하여 크거나 작은 경우에 DC-DC 변환기(1250)는 정류된 직류 전원의 전압값을 원하는 전압으로 변경할 수 있다.
배터리(1260)는 DC-DC 변환기(1250)로부터 출력되는 전력을 이용하여 에너지를 저장할 수 있다. 한편, 무선 전력 수신 장치(1200)에 배터리(1260)가 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리는 탈부착이 가능한 형태의 외부 구성으로 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(1200)에는 전자 기기의 다양한 동작을 구동하는 구동 수단이 배터리(1260) 대신 포함될 수도 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(1200)는 수신 안테나(1220)와 자기장 렌즈(1210)를 일체로 포함하는 무선 전력 수신기를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기는 방사되는 자기장을 포커싱하여 수신하는 기능을 수행할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)에서 전력이 무선으로 전송되는 과정에 관하여 설명한다.
전력의 무선 전송은 전자기 유도 방식이나 자기 공명 방식을 이용하여 수행될 수 있다. 이때 무선 전력 전송 장치(1100)의 전송 안테나(1150)와 무선 전력 수신 장치(1200)의 수신 안테나(1220) 사이에서 수행될 수 있다.
자기 공명 방식을 이용하는 경우에는 전송 안테나(1150)와 수신 안테나(1220)는 각각 공진 안테나 형태로 제공될 수 있다. 공진 안테나는 코일과 캐패시터를 포함하는 공진 구조를 가질 수 있다. 이때 공진 안테나의 공진 주파수는 코일의 인덕턴스와 캐패시터의 캐패시턴스에 의해 결정된다. 여기서, 코일은 루프의 형태로 이루어질 수 있다. 또 루프의 내부에는 코어가 배치될 수 있다. 코어는 페라이트 코어(ferrite core)와 같은 물리적인 코어나 공심 코어(air core)를 포함할 수 있다.
전송 안테나(1150)와 수신 안테나(1220) 간의 에너지 전송은 자기장의 공명 현상을 통해 이루어질 수 있다. 공명 현상이란 하나의 공진 안테나에서 공진 주파수에 해당하는 근접장이 발생할 때 주위에 다른 공진 안테나가 위치하는 경우, 양 공진 안테나가 서로 커플링되어 공진 안테나 사이에서 높은 효율의 에너지 전달이 일어나는 현상을 의미한다. 전송 안테나(1150)의 공진 안테나와 수신 안테나(1220)의 공진 안테나 사이에서 공진 주파수에 해당하는 자기장이 발생하면, 전송 안테나(1150)와 수신 안테나(1220)의 공진 안테나가 서로 공진하는 공명 현상이 발생되고, 이에 따라 일반적인 경우 전송 안테나(1150)에서 발생한 자기장이 자유 공간으로 방사되는 경우에 비해 보다 높은 효율로 수신 안테나(1220)를 향해 자기장이 집속되며, 따라서 전송 안테나(1150)로부터 수신 안테나(1220)에 높은 효율로 에너지가 전달될 수 있다.
전자기 유도 방식은 자기 공명 방식과 유사하게 구현될 수 있으나 이때에는 자기장의 주파수가 공진 주파수일 필요가 없다. 대신 전자기 유도 방식에서는 수신 안테나(1220)와 전송 안테나(1150)를 구성하는 루프 간의 정합이 필요하며 루프 간의 간격이 매우 근접해야 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 자기장 렌즈(1160, 1210)에 관하여 설명한다.
상술한 바와 같이 무선으로 전력 전송을 수행하는 경우, 전송 안테나(1150)에서 발생하는 근접장인 자기장이 방사상으로 퍼지기 때문에 전송 안테나(1150)와 수신 안테나(1220)의 거리가 멀어지면 전력 전송 효율이 저하될 수 있다. 자기장 렌즈(1160)는 전송 안테나(1150)로부터 방사되는 자기장이 방사상으로 퍼지는 대신 원하는 방향으로 방사되도록 자기장을 포커싱할 수 있다. 또 마찬가지로 자기장 렌즈(1210)는 전송 안테나(1150)에서 방사된 자기장이 수신 안테나(1220)로 집중되도록 포커싱할 수 있다.
자기장 렌즈(1160, 1210)는 메타 물질 구조체(metamaterial structure, 2000)로 구현될 수 있다. 여기서, 메타 물질 구조체(2000)는 메타 물질의 특성을 가지도록 제공되는 구조체를 의미할 수 있다.
메타 물질이란 일반적인 자연계에서 찾을 수 없는 특성을 갖도록 설계되는 인공 재료를 의미한다. 메타 물질은 주로 금속이나 플라스틱 등의 소재를 이용하여 특정 패턴을 형성함으로써 제작될 수 있으며, 메타 물질은 특징적인 물성은 그 소재가 아닌 특정 패턴에 의해 주어지게 된다. 메타 물질의 대표적인 예로는 유전율과 투자율이 모두 음의 값을 가지는 NIM(Negative Index Material)이나 유전율과 투자율 중 하나만 음의 값을 가지는 SNG(Single NeGative) 등을 들 수 있으며, SRR(Split Ring Resonator) 등의 패터닝에 의해 이러한 성질을 가질 수 있다.
이와 같은 메타 물질의 특성 중 대표적인 예로는 전자기장에 대한 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 들 수 있다. 전자기장에 대한 굴절율(n)은 유효 유전율(eeff)과 유효 투자율(ueff)에 대하여 다음과 같은 함수 관계를 가진다.
n = eeff x ueff
따라서 메타 물질의 유효 유전율이나 유효 투자율을 ‘0’으로 조정하면 메타 물질이 ‘0’의 굴절율을 갖게 된다. 마찬가지로 메타 물질의 유효 유전율이나 유효 투자율 중 어느 하나가 음의 값을 갖도록 조정하면 메타 물질이 음의 투자율을 가지도록 할 수 있다.
여기서, 유효 유전율(eeff)이나 유효 투자율(ueff)은 메타 물질 구조체(2000)를 이루는 특정 패턴의 크기, 형상, 간격, 패턴의 반복 회수, 인덕턴스와 캐패시턴스 등을 조정될 수 있다.
따라서, 유효 유전율(eeff)이나 유효 투자율(ueff) 중 어느 하나가 ‘0’이 되도록 메타 물질 구조체(2000)를 이루는 특정 패턴의 크기, 형상, 간격, 반복 회수, 인덕턴스나 캐패시턴스를 조정함으로써 메타 물질 구조체(2000)가 ‘0’의 굴절율을 가지도록 할 수 있다. 마찬가지로, 유효 유전율(eeff)이나 유효 투자율(ueff) 중 어느 하나가 음의 값을 가지도록 메타 물질 구조체(2000)를 이루는 특정 패턴의 크기, 형상, 간격, 반복 회수, 인덕턴스나 캐패시턴스를 조정함으로써 메타 물질 구조체(2000)가 음의 굴절율을 가지도록 할 수 있다.
한편, 메타 물질 구조체(2000)의 유효 유전율(eeff)이나 유효 투자율(ueff)은 주파수 대역 별로 상이하게 변동하므로 원하는 특정 주파수에 대해서는 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가지는 경우라도 그 외의 주파수 대역에서는 그렇지 않을 수 있음에 주의해야 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체(2000)의 주파수 대역 별 유효 유전율 및 유효 투다율에 관한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 메타 물질 구조체(2000)는 약 13.6Mhz 대역에서 유효 투자율의 값이 ‘0’이 될 수 있다. 따라서, 메타 물질 구조체(2000)는 13.6Mhz 대역에서 ‘0’의 굴절율을 가지게 된다. 마찬가지로, 메타 물질 구조체(2000)는 약 13.4Mhz 내지 13.6Mhz 대역에서 유효 투자율의 값이 음수가 될 수 있다. 따라서, 메타 물질 구조체(2000)는 해당 범위에서 음의 굴절율을 가지게 된다.
이상에서 상술한 메타 물질 구조체(2000)를 이용하여 자기장 렌즈(1160, 1210)을 구현하면 무선 전력 전송 장치(1160)로부터 방사되는 자기장을 무선 전력 수신 장치(1210)를 향해 포커싱할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자기장을 포커싱하는 자기장 렌즈(1160, 1210)에 관한 도면이다. 여기서, 도 5는 ‘0’의 굴절율을 가지는 자기장 렌즈(1160, 1210)를 이용하는 경우에 관한 도면이고, 도 6은 음의 굴절율을 가지는 자기장 렌즈(1160, 1210)를 이용하는 경우에 관한 도면이다.
도 5를 참조하면, 전송 안테나(1150)가 자기장을 방사하는 측에 자기장 렌즈(1160)가 배치되어 있고, 수신 안테나(1220)가 자기장을 수신하는 측에 자기장 렌즈(1210)가 배치되어 있다. 전송 안테나(1150)는 특정 주파수의 자기장을 방사한다. 여기서, 자기장 렌즈(1160, 1210)는 특정 주파수에 대하여 ‘0’의 굴절율을 가진다. 예를 들면, 특정 주파수는 13.6Mhz일 수 있으며, 자기장 렌즈(1160, 1210)는 해당 주파수 대역에서 ‘0’의 유효 투자율을 가짐으로써 ‘0’의 굴절율을 가질 수 있다. 자기장 렌즈(1160)는 방사되는 자기장을 수직한 방향으로 굴절시킨다. 굴절된 자기장을 더 이상 방사상으로 퍼지는 대신 직진성을 가지고 원하는 방향으로 포커싱된다. 포커싱된 자기장은 자기장 렌즈(1210)로 입사되고, 자기장 렌즈(1210)는 이를 굴절시켜 수신 안테나(1220)로 집중시킨다. 따라서, 자기장 렌즈(1160, 1210)가 없는 경우에 비해 더 많은 자계가 전송 안테나(1150)로부터 수신 안테나(1220)에 전달될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 5와 유사하게 전송 안테나(1150)가 자기장을 방사하는 측에 자기장 렌즈(1160)가 배치되어 있고, 수신 안테나(1220)가 자기장을 수신하는 측에 자기장 렌즈(1210)가 배치되어 있다. 전송 안테나(1150)는 특정 주파수의 자기장을 방사한다. 여기서, 자기장 렌즈(1160, 1210)는 특정 주파수에 대하여 음의 굴절율을 가진다. 예를 들면, 특정 주파수는 13.4Mhz 내지 13.6Mhz일 수 있으며, 자기장 렌즈(1160, 1210)는 해당 주파수 대역에서 음의 유효 투자율을 가지고 양의 유효 유전율을 가짐으로써 음의 굴절율을 가질 수 있다. 자기장 렌즈(1160)는 방사되는 자기장을 중앙 방향으로 굴절시킨다. 굴절된 자기장을 더 이상 방사상으로 퍼지는 자기장 렌즈(1210)에 집중되도록 포커싱된다. 포커싱된 자기장은 자기장 렌즈(1210)로 입사되고, 자기장 렌즈(1210)는 이를 다시 굴절시켜 수신 안테나(1220)로 집중시킨다. 따라서, 자기장 렌즈(1160, 1210)가 없는 경우에 비해 더 많은 자계가 전송 안테나(1150)로부터 수신 안테나(1220)에 전달될 수 있다.
따라서, 메타 물질 구조체(2000)로 제공되는 자기장 렌즈(1160, 1210)을 이용하면 무선 전력 전송 장치(2100)에서 방사되는 자기장이 원하지 않는 대기 중으로 방사되는 비율이 감소되어 무선 전력 전송 장치(2100)로부터 무선 전력 수신 장치(2200)로 전달되는 자기장의 방사 효율이 증가하고 결과적으로 자기장을 이용한 무선 전력 전송 시 전송 효율과 전송 거리가 향상될 수 있다.
여기서, 전송 안테나(1150) 수신 안테나(1220)는 방사되는 자기장의 특정 주파수는 무선 전력 전송 장치(1100)와 무선 전력 수신 장치(1210)의 공진 주파수일 수 있다. 이때에는 전송 안테나(1150)와 수신 안테나(1220) 간의 공명 현상이 발생하여 자기 공명 방식에 따라 무선으로 전력 전달이 이루어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 자기장 렌즈(1160, 1210)를 구현하는 메타 물질 구조체(2000)에 관하여 설명한다.
상술한 바와 같이 메타 물질 구조체(2000)는 전자기장에 대하여 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체(2000)의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 메타 물질 구조체(2000)는 입체 구조물(2100)과 각각 전자기장에 대하여 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가지는 복수의 셀(2200)로 구현될 수 있다.
입체 구조물(2100)은 입체 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 입체 구조물(2100)은 도 7에도시된 바와 같이 직육면체 형상으로 제공될 수 있다. 물론, 입체 구조물(2100)의 형상이 직육면체로 한정되는 것은 아니다.
입체 구조물(2100)의 각각의 면은 기판(2101)으로 제공될 수 있다. 기판(2101)은 평평한 형태로 제공될 수 있다. 기판(2101)은 기판(2101)의 일면과 그 반대면이 타면이 서로 평행하도록 제공될 수 있다. 또 기판(2101)은 자기장을 차폐하지 않는 소재로 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판(2101)은 CER-10이나 이와 유사한 재료로 제공될 수 있다.
직육면체 형상의 입체 구조물(2100)은 서로 마주보는 세 쌍의 기판(2101)을 포함할 수 있다.
메타 물질 구조체(2000)가 자기장 렌즈(1160)로 사용되는 경우 세 쌍의 기판(2101) 중 어느 하나의 기판(2101a)은 전송 안테나(1150)로부터 자기장이 방사되는 방향으로 이격되어 배치된다. 여기서, 이격 거리는 수 마이크로미터 내지 센티미터의 범위일 수 있다. 또 기판(2101a)은 전송 안테나(1150)를 이루는 코일의 루프와 마주보도록 배치될 수 있다. 즉, 기판(2101a)은 기판(2101a)이 이루는 평면과 코일의 루프가 이루는 평면이 서로 평행한 평면이 되도록 배치될 수 있다.
또 메타 물질 구조체(2000)가 자기장 렌즈(1160)로 사용되는 경우 메타 물질 구조체(2000)는 수신 안테나(1220)로부터 자기장이 수신되는 방향으로 이격되어 배치된다. 여기서, 이격 거리는 수 마이크로미터 내지 센티미터의 범위일 수 있다. 또 세 쌍의 기판(2101) 중 어느 하나(2101a)는 수신 안테나(1220)를 이루는 코일의 루프와 마주보도록 배치될 수 있다. 즉, 기판(2101a)은 기판(2101a)이 이루는 평면과 코일의 루프가 이루는 평면이 서로 평행한 평면이 되도록 배치될 수 있다.
복수의 셀(2200)은 기판(2101)에 배열되어 제공될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 정면 및 후면에 관한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 양 측면에 관한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체의 상면 및 배면에 관한 도면이다.
예를 들어, 정면 기판(2101a)와 그 반대면의 후면 기판(2101d)에는 복수의 셀(2200)이 도 8에 도시된 바와 같이 가로 3열 세로 4열로 총 12개가 제공될 수 있다.
또 양 측면 기판(2101b, 2101e)에는 복수의 셀(2200)이 도 9에 도시된 바와 같이 가로 2열 세로 4열로 총 8개가 제공될 수 있다.
또 상면 기판(2101c)와 배면 기판(2101f)에는 복수의 셀(2200)이 도 9에 도시된 바와 같이 가로 2열 세로 4열로 총 8개가 제공될 수 있다.
물론, 복수의 셀(2200)의 개수나 배열 방식이 반드시 도 7 및 도 8 내지 도 10에 도시된 것에 한정되는 것은 아니며, 복수의 셀(2200)의 개수는 필요에 따라 적절히 가감될 수 있으며, 그 배열 방식도 필요에 따라 적절히 변경될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)에 관하여 설명한다.
복수의 셀(2200)은 각각은 PLH(Purely Left-Handed) 구조로 제공되어야 한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 메타 물질 구조체(2000)의 셀(2200)의 등가 회로에 관한 도면이다. 도 11을 참조하면, 도 11의 (A)는 인덕터가 직렬 연결되고, 캐패시터가 병렬 연결되는 형태의 PRH(Purely Right-Handed) 구조의 등가 회로이고, 도 11의 (B)는 인덕터가 병렬 연결되고, 캐패시터가 직렬 연결되는 형태의 PLH 구조의 등가 회로이다. PRH 회로의 경우에는 베타값이 양수의 영역에 존재하므로 음의 굴절율을 가질 수 없다. 반면, PLH 회로의 경우에는 베타값이 음수의 영역에 존재하므로 음의 굴절율을 가질 수 있다. 따라서, 메타 물질 구조체(2000)를 구성하는 셀(2200)은 그 등가 회로가 직렬 인덕터와 병렬 캐패시터를 가지는 형태로 구현되어야 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)의 구조에 관하여 설명한다. 다만, 셀(2200)의 구조가가 후술하는 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제1 형태에 관한 도면으로, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제1 형태의 평면도이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 셀의 제1 형태의 배면도이고, 도 14는 도 12의 A 영역의 단면도이고, 도 15는 도 12의 B 영역의 단면도이다.
셀(2200)은 기판(2101)에 제공될 수 있다. 셀(2200)은 기판(2101)의 일면 또는 그 반대면인 타면에 부착되는 형태로 제공될 수 있다. 또는 셀(2200)은 기판(2101)에 양각 또는 음각으로 패터닝되어 제공될 수도 있다. 다시 말해, 셀(2200)은 입체 구조물(2100)의 외면 또는 내면 중 어느 일면에 제공될 수 있다.
각각의 셀(2200)은 제1 도체 라인(2210), 제2 도체 라인(2220), 연결 부재(2230) 및 캐패시터(2240)를 포함할 수 있다.
도 12 또는 도 13을 참조하면, 제1 도체 라인(2210)는 기판(2101)의 일면에 제공될 수 있다. 여기서, 기판(2101)의 일면은 입체 구조물(2100)의 외면 또는 내면 중 어느 일면일 수 있다. 예를 들어, 제1 도체 라인(2210)은 기판(2101)의 일면 상에 부착되는 형태로 제공될 수 있다. 또는 제1 도체 라인(2210)은 기판(2101)의 일면에 양각 또는 음각으로 패터닝되어 제공될 수 있다.
다시 도 12 또는 도 13을 참조하면, 제2 도체 라인(2220)은 기판(2101)의 타면에 제공될 수 있다. 여기서, 기판(2101)의 타면은 입체 구조물(2100)의 어느 일면의 반대면인 타면일 수 있다. 제2 도체 라인(2220)은 제1 도체 라인(2210)과 유사한 방식으로 기판(2101)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 도체 라인(2220)은 기판(2101)의 타면 상에 부착되는 형태로 제공될 수 있다. 또는 제2 도체 라인(2220)은 기판(2101)의 타면에 양각 또는 음각으로 패터닝되어 제공될 수 있다.
제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)은 상부에서 볼 때 그 양단이 동일한 지점에 위치하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)은 도 12의 A 영역과 도 12의 B 영역에서 그 양단이 위치하도록 배치될 수 있다.
연결 부재(2230)는 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)을 연결할 수 있다. 도 12 내지 도 13을 참조하면, 연결 부재(2230)는 상부에서 볼 때 제1 도체 라인(2210)의 양단과 제2 도체 라인(2220)의 양단이 만나는 지점에 배치될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(2230)는 도 12의 A 영역과 B 영역에 각각 하나씩 제공될 수 있다. 연결 부재(2230)는 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)의 양단이 만나는 지점에서 기판(2101)을 관통하여 제1 도체 라인(2210)으로부터 제2 도체 라인(2220)을 향하여 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이 연결 부재(2230a)는 제1 도체 라인(2210)의 일단과 제2 도체 라인(2220)의 일단을 A 영역에서 기판(2101)을 관통하여 연결할 수 있다. 또 도 15에 도시된 바와 같이 연결 부재(2230b)는 제1 도체 라인(2210)의 타단과 제2 도체 라인(2220)의 타단을 B 영역에서 기판(2101)을 관통하여 연결할 수 있다. 이에 따라 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)이 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)은 상부에서 볼 때 특정한 패턴을 형성하는 경로를 따라 배치될 수 있다. 여기서, 기판(2101)의 상부에서 보는 방향은, 입체 구조물(2100)의 각 면에 수직한 방향일 수 있다. 도 12 내지 도 13을 참조하면, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)은 상부에서 볼 때 꼬인 형태의 경로를 형성하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)은 상부에서 볼 때 팔자(‘8’) 형태, 꼬인 리본(twisted ribbon) 형태 또는 무한대 기호(‘∞’) 형태의 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제1 도체 라인(2210)은, 서로 이격되고, 평행한 양측 라인부(2211, 2212), 양측 라인부(2211, 2212)의 어느 하나의 상단(2211)으로부터 다른 하나의 하단(2212)으로 연결되는 제1 대각 라인부(2213), 양측 라인부(2211, 2212)의 상기 어느 하나의 하단(2211)으로부터 상기 다른 하나의 상단(2212)을 향하여 A 영역까지 연장되는 제2 대각 라인부(2214) 및 상기 다른 하나의 양측 라인부(2212)의 상단으로부터 상기 어느 하나 양측 라인부(2211)의 하단을 향하여 B 영역까지 연장되는 제3 대각 라인부(2215)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 대각 라인부(2214)는 A 영역으로부터 연장되어 어느 하나의 양측 라인부(2211)의 하단으로 연결되고, 다시 양측 라인부의 어느 하나(2211)는 그 상단에서 제1 대각 라인부(2213)로 연결되고, 제1 대각 라인부(2213)는 다시 양측 라인부의 다른 하나(2212)의 하단으로 연결되고, 다른 양측 라인부(2212)는 그 상단에서 제3 대각 라인부(2215)로 연결되고, 제3 대각 라인부(2215)는 다른 양측 라인부(2212)의 상단으로부터 A 영역까지 연장된다. 이로써, 양측 라인부(2211, 2212), 제1 대각 라인부(2213), 제2 대각 라인부(2214), 제3 대각 라인부(2215)는 A 영역의 일단으로부터 B 영역의 타단까지 하나의 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
다시 도 12 및 도 13을 참조하면, 제2 도체 라인(2220)은 A 영역으로부터 B 영역을 향하여 연장될 수 있다. 여기서, 제2 도체 라인(2220)은 도 14에 도시된 바와 같이 그 일단이 A 영역에서 연결 부재(2230a)에 의해 제1 도체 라인(2210)의 일단과 연결된다. 또 제2 도체 라인(2220)은 도 15에 도시된 바와 같이 그 타단이 B 영역에서 연결 부재(2230b)에 의해 제1 도체 라인(2210)의 타단과 연결된다.
이에 따라 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)은 전체적으로 서로 연결되고, 팔자(‘8’) 형태, 꼬인 리본(twisted ribbon) 형태 또는 무한대 기호(‘∞’) 형태의 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
다만, 여기서, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)의 형태가 반드시 상술한 예로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 제1 도체 라인(2210)은 서로 평행한 양측 라인부(2211, 2212)와 제1 대각 라인부(2213)만으로 구성되고, 제2 도체 라인(2220)은 양측 라인부 중 어느 하나(2211)의 하단으로부터 다른 하나(2212)의 상단까지 연장될 수도 있다. 물론, 이 경우에 연결 부재(2230)는 각각 양측 라인부의 어느 하나(2211)의 하단에서 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)을 연결하고, 양측 라인부의 다른 하나(2212)의 상단에서 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)을 연결할 수도 있다. 이러한 경우에도 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)는 상부에서 볼 때 전체적으로 서로 연결되고, 팔자(‘8’) 형태, 꼬인 리본(twisted ribbon) 형태 또는 무한대 기호(‘∞’) 형태의 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
다른 예를 들어, 제1 도체 라인(2210)는 양측 라인부 중 어느 하나(2211)과 제1 대각 라인부(2213)만으로 구성되고, 제2 도체 라인(2220)은 상부에서 볼 때 양측 라인부의 다른 하나(2212)의 위치에 배치되는 라인과 상부에서 볼 때 어느 하나(2211)의 하단으로부터 다른 하나(2212)의 상단으로 연결되는 위치에 배치되는 대각 라인부를 포함할 수 있다. 이 경우에도 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)는 상부에서 볼 때 전체적으로 서로 연결되고, 팔자(‘8’) 형태, 꼬인 리본(twisted ribbon) 형태 또는 무한대 기호(‘∞’) 형태의 경로를 형성하도록 제공될 수 있다.
다시 말해, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)은 서로 기판(2101)의 반대면에 배치되고, 상부에서 볼 때 그 양단이 동일한 지점에서 연결 부재(2230)에 의해 연결되고, 전체적으로 팔자(‘8’) 형태, 꼬인 리본(twisted ribbon) 형태 또는 무한대 기호(‘∞’) 형태의 경로를 형성하도록 배치되되, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)이 이어지는 지점은 그 경로 상의 어느 두 지점으로 임의적으로 선택될 수 있는 것이다.
캐패시터(2240)는 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)이 형성하는 경로 상에 제1 도체 라인(2210) 및 제2 도체 라인(2220) 중 어느 하나에 삽입되도록 제공될 수 있다. 캐패시터(2240)는 하나 또는 복수로 제공될 수 있다.
예를 들어, 도 12 내지 도 13을 참조하면, 캐패시터(2240)는 제1 도체 라인(2210)의 양측 라인부(2211, 2212)에 각각 삽입되어 배치되는 캐패시터(2240a, 2240b), 제1 도체 라인(2210)의 제1 대각 라인부(2213)에 삽입되어 배치되는 캐패시터(2240c) 및 제2 도체 라인(2220)에 삽입되어 배치되는 캐패시터(2240d)를 포함할 수 있다.
상술한 구조의 셀(2200)은 전자기장에 대하여 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가질 수 있다. 이상에서는 도 11을 참조하여 셀(2200)이 PLH 구조로 제공되는 경우에 셀(2200)이 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가지는 것에 대하여 설명한 바 있다.
도 12 내지 도 15의 구조를 가지는 셀(2200)의 경우에는 제1 도체 라인(2210) 또는 제2 도체 라인(2220) 상에 삽입되는 캐패시터(2240)에 의해 직렬 캐패시턴스가 발생할 수 있다. 또 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)이 연결 부재(2230)에 의해 연결되는 부분에서 병렬 인덕턴스가 발생할 수 있다. 이에 따라 도 12 내지 도 15의 구조로 제공되는 셀(2200)은 PLH 구조를 형성하여 전자기장에 대하여 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가질 수 있다.
한편, 여기서, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)은 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)에 의해 형성되는 경로가 상부에서 볼 때 전체적으로 대칭이 되도록 제공될 수 있다. 또한, 캐패시터(2240)가 복수인 경우에는 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)이 형성하는 경로의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 캐패시터(2240)는 상부에서 볼 때 1 도체 라인(1200)과 제2 도체 라인(2220)이 겹치는 부분에 배치되거나 또는 겹치는 부분을 중심으로 선대칭 또는 점대칭 되는 위치에 쌍으로 제공될 수 있다.
이처럼, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)이 형성하는 경로가 대칭 구조를 가지면 이에 따라 발생하는 인덕턴스가 발란스를 이루고, 또한 캐패시터(2240)가 대칭 배치되면 이에 따라 발생하는 캐패시턴스가 발란스를 이룸에 따라 전체적으로 전자기장을 안정적으로 굴절시키는 효과가 발생하여 보다 안정적인 전자기장의 포커싱이 가능해지는 장점이 생긴다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)가 제공되는 형태의 다양한 변형예에 관하여 설명한다.
도 12 내지 도 15의 셀(2200)의 제1 형태에서는 캐패시터(2240a, 2240b, 2240c, 2240d)가 각각 제1 도체 라인(2210)의 양측 라인부(2211, 2212)와 제1 대각선 라인부(2213) 및 제2 도체 라인(2220)에 배치되는 것으로 설명하였다. 여기서, 캐패시터(2240)는 반드시 상술한 위치에 배치되어야만 하는 것은 아니다.
예를 들어, 캐패시터(2240)는 그 개수가 적절이 가감될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)의 제2 형태에 관한 도면이다. 도 16을 참조하면, 캐패시터(2240)는 제1 도체 라인(2210)의 양측 부재 중 다른 하나(2212)에 배치되는 캐패시터(2240b) 하나만을 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)의 제3 형태에 관한 도면이다. 도 17을 참조하면, 캐패시터(2240)는 제2 도체 라인(2220)에 배치되는 캐패시터(2240d) 하나만을 포함할 수 있다.
이외에도 캐패시터(2240)는 원하는 지점에 원하는 개수로 적절히 배치되는 것도 가능하다. 예를 들어, 셀(2200)은 제1 캐패시터(2240a), 제2 캐패시터(2240b), 제3 캐패시터(2240c) 및 제4 캐패시터(2240d) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 캐패시터(2240)의 위치가 상술한 제1 캐패시터(2240a), 제2 캐패시터(2240b), 제3 캐패시터(2240c) 및 제4 캐패시터(2240d)의 위치로 한정되는 것도 아니며, 다른 위치에 원하는 개수로 배치되는 것도 가능하다.
한편, 캐패시터(2240) 대신 에어 캐패시터(air capacitor)를 이용하는 것도 가능하다. 다시 말해 캐패시터(2240)가 제공되는 위치에 갭(gap)을 형성할 수 있다. 갭은 에어 캐패시터로 작용할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)의 제4 형태에 관한 도면이다.
제1 캐패시터(2240a), 제2 캐패시터(2240b) 및 제4 캐패시터(2240d)가 배치되는 위치에 대신 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)에 제1 갭(2250a), 제2 갭(2250d) 및 제3 갭(2250d)가 형성될 수 있다. 여기서, 제3 캐패시터(2240c)는 생략될 수 있다.
물론, 상술한 바와 같이 캐패시터(2240)를 에어 캐패시터로 대체하는 경우에 모든 캐패시터(2240)가 반드시 에어 캐패시터로 대체되어야 하는 것은 아니며, 캐패시터(2240)의 전부 또는 일부가 에어 캐패시터로 대체되는 것도 가능하다.
여기서, 에어 캐패시터로 동작하는 갭(2250)은 상술한 예에 한정되지 않고, 원하는 위치에 원하는 개수로 적절하게 배치될 수 있다.
또한, 셀(2200)에서 에어 캐패시터인 갭(2250)과 캐패시터(2240)가 동시에 제공되는 것도 가능하다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)의 제5 형태에 관한 도면이다.
도 19를 참조하면, 셀(2200)에는 2개의 갭(2250a, 2250b)와 하나의 캐패시터(2240d)가 제공될 수 있다. 다시 말해, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)에는 원하는 위치와 원하는 지점에 적절하게 캐패시터(2240)와 갭(2250)이 조합되어 배치될 수 있는 것이다.
도 12 내지 도 19의 다양한 형태의 셀(2200)에 대하여 정리하면, 셀(2200)은 연결 부재(2230)에 의해 연결되고, 서로 기판(2101)의 반대면에 제공되고, 상부에서 볼 때 꼬인 경로를 형성하는 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)을 포함하며, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220) 상에는 원하는 위치와 원하는 지점에 적절한 개수로 캐패시터(2240)와 갭(2250)이 제공될 수 있다. 여기서, 캐패시터(2240)와 갭(2250)은 각각 전체적으로 상부에서 볼 때 대칭을 이루는 위치에 배치될 수 있으며, 제1 도체 라인(2210)과 제2 도체 라인(2220)에 의해 형성되는 꼬인 형태의 패턴 역시 상부에서 볼 때 대칭되는 구조를 가질 수 있다.
이하에서는 셀(2200)의 다른 변형예에 대하여 설명한다.
도 20 내지 도 22은 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)에 지그 재그 패턴이 추가되는 변형예에 관한 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)의 제6 형태에 관한 도면이다.
도 20을 참조하면, 제1 도체 라인(2210)에 지그 재그 패턴(2260)를 포함할 수 있다. 지그 재그 패턴부(2260)는 도 9의 제1 대각 라인부(2213)에 형성될 수 있다. 즉, 제1 대각 라인부(2213)는 그 중앙에 지그 재그로 형성되는 패턴을 가질 수 있다. 지그 재그 패턴부(2260)는 패턴을 이루는 경로 간의 커플링에 의한 캐패시턴스를 발생시켜 제1 도체 라인(2210) 상에 캐패시터(2240)가 삽입되는 것과 유사한 효과를 발생시킬 수 있다.
한편, 제1 도체 라인(2210)이 지그 재그 패턴부(2260)를 가지는 경우에도 캐패시터(2240)와 갭(2250)은 원하는 위치에 원하는 개수로 적절히 변경될 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)의 제7 형태에 관한 도면이다.
도 21을 참조하면, 도 17의 셀(2200) 비하여 제2 도체 라인(2220)에 캐패시터(2240d)가 추가된 것을 볼 수 있다. 이외에도 각각의 캐패시터(2240a, 2240b, 2240d) 중 일부가 생략되거나 각각의 캐패시터(2240a, 2240b, 2240d)가 에어 캐패시터인 갭(2250)으로 변경되는 것도 가능하며, 지그 재그 패턴부(2260) 상에 캐패시터(2240)가 삽입되는 것도 가능하다.
한편, 도 20과 도 21에서는 도 12의 제1 도체 라인(2210)에 지그 재그 패턴부(2260)가 형성되는 것으로 설명하였으나, 지그 재그 패턴부(2260)는 제2 도체 라인(2220)에 형성될 수도 있다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 셀(2200)의 제8 형태에 관한 도면이다.
도 22를 참조하면, 제1 도체 라인(2210)에는 제1 지그 재그 패턴부(2260a)가 제공되고, 제2 도체 라인(2220)에는 제2 지그 재그 패턴부(2260b)가 제공될 수 있다.
이상에서는 도 12 내지 도 22를 참조하여 다양한 형태의 셀(2200)에 관하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시에에 따른 셀(2200)의 형상이 상술한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 셀(2200)에서 캐패시터(2240), 에어 캐패시터인 갭(2250) 및 지그 재그 패턴부(2260)는 필요에 따라 적절한 위치에 적절한 숫자로 배치될 수 있다.
또한, 상술한 셀(2200)의 각 형태는 서로 조합되어 이용될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법에 관하여 설명한다. 무선 전력 전송 방법에 관해서는 상술한 무선 전력 전송 시스템(1000)을 이용하여 설명한다. 다만, 무선 전력 전송 방법에 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 동일 유사한 다른 시스템을 이용하여 수행될 수도 있다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 순서도이다.
도 23을 참조하면, 무선 전력 전송 방법은, 특정 주파수의 자기장을 방사하는 단계(S110), 특정 주파수의 자기장을 포커싱하는 단계(S120), 특정 주파수의 자기장을 수신하는 단계(S130) 및 수신된 자기장을 이용하여 전력을 수신하는 단계(S140)을 포함할 수 있다. 이하에서는 상술한 각 단계에 관하여 설명한다.
먼저 전송 안테나(1150)가 특정 주파수의 자기장을 방사한다(S110). 전송 안테나(1150)는 특정 주파수로 발진되는 교류 전력을 이용하여 특정 주파수의 자기장을 방사한다. 특정 주파수는 공진 주파수일 수 있다.
여기서, 전송 안테나(1150)에서 방사되는 자기장은 자기장 렌즈(1160)에 의해 무선 전력 수신 장치(1200)를 향해 포커싱될 수 있다. 여기서, 자기장 렌즈(1160)는 메타 물질 구조체(2000)일 수 있으며, 메타 물질 구조체(2000)는 기판(2101)에 복수의 셀(2200)이 어레이된 구조로 제공될 수 있다.
다음으로 수신 안테나(1220)의 전방에 배치된 자기장 렌즈(1210)가 방사되는 자기장을 수신 안테나(1220)로 포커싱한다(S120). 자기장 렌즈(1210)는 특정 주파수 대역의 전자기장에 대하여 ‘0’ 또는 음의 굴절율을 가질 수 있다. 이에 따라 방사되어 자기장 렌즈(1210)로 입사되는 전자기장은 수신 안테나(1220)로 집속될 수 있다. 여기서, 자기장 렌즈(1210)는 메타 물질 구조체(2000)일 수 있으며, 메타 물질 구조체(2000)는 기판(2101)에 복수의 셀(2200)이 어레이된 구조로 제공될 수 있다.
수신 안테나(1220)가 특정 주파수의 자기장을 수신한다(S130). 수신 안테나(1220)는 자기장 렌즈(1210)에 의해 집속되는 자계에 의해 전류를 발생시켜 전력을 수신할 수 있다(S140).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 무선 전력 전송 시스템
1100: 무선 전력 전송 장치
1110: AC-DC 변환기
1120: 주파수 발진기
1130: 전력 증폭기
1140: 임피던스 정합기
1150: 전송 앙테나
1160: 자기장 렌즈
1200: 무선 전력 수신 장치
1210: 자기장 렌즈
1220: 수신 안테나
1230: 임피던스 정합기
1240: 정류기
1250: DC-DC 변환기
1260: 배터리
2000: 메타 물질 구조체
2100: 입체 구조물
2101: 기판
2200: 셀
2210: 제1 도체 라인
2220: 제2 도체 라인
2230: 연결 부재
2240: 캐패시터
2250: 갭
2260: 지그 재그 패턴부
S: 전원 소스

Claims (20)

  1. 특정 주파수의 방사하는 전송 안테나; 및
    상기 전송 안테나와 이격 배치되는 입체 구조물 및 상기 입체 구조물의 각 면에 미리 정해진 패턴에 따라 배열되고 상기 특정 주파수에 대한 자기 굴절율이 0 이하로 제공됨에 따라 상기 전송 안테나로부터 방사되는 특정 주파수의 자기장을 포커싱하는 복수의 셀을 포함하는 자기장 렌즈;를 포함하고,
    상기 복수의 셀 각각은, 상기 입체 구조물의 외면 또는 내면 중 어느 일면에 배치되는 제1 도체 라인, 상기 일면의 반대면인 타면 배치되는 제2 도체 라인 및 상기 일면으로부터 상기 타면으로 관통하여 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인의 양단을 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은 상기 외면에 수직한 방향에서 볼 때 그 양단은 동일한 지점에 위치하고 꼬인 형태의 경로를 형성하도록 제공되는
    무선 전력 전송기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 입체 구조물은, 속이 빈 박스형으로 제공되는
    무선 전력 전송기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 입체 구조물은, 직육면체 형상으로 제공되고, 서로 마주보는 세 쌍의 기판을 포함하고,
    상기 복수의 셀은, 상기 세 쌍의 기판에 배열되는
    무선 전력 전송기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 세 쌍의 기판 중 어느 하나의 기판은 상기 전송 안테나와 마주보도록 이격 배치되는
    무선 전력 전송기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 볼 때 팔자 형태, 꼬인 리본 또는 무한대 기호 형태의 경로를 형성하도록 제공되는
    무선 전력 전송기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 상기 제1 도체 라인이 형성하는 경로와 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로가 교차하도록 제공되는
    무선 전력 전송기.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 상기 제1 도체 라인이 형성하는 경로와 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로가 교차하는 지점을 중심으로 대칭되는 경로를 형성하도록 제공되는
    무선 전력 전송기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 에어 캐패시터로 작용하는 적어도 하나의 갭이 형성되는
    무선 전력 전송기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 셀 각각은, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 삽입되는 적어도 하나의 캐패시터를 더 포함하는
    무선 전력 전송기.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인 및 상기 제2 도체 라인 중 적어도 하나는, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 지그재그 형태로 제공되는 패턴 라인을 포함하는
    무선 전력 전송기.
  11. 외부로부터 공급되는 전력을 교류에서 직류로 정류하는 AC-DC 변환기;
    상기 직류로 정류된 전력을 특정 주파수로 발진시키는 주파수 발진기;
    상기 발진된 전력을 이용하여 상기 특정 주파수의 자기장을 방사하는 전송 안테나; 및
    상기 전송 안테나와 이격 배치되는 입체 구조물 및 상기 입체 구조물의 각 면에 미리 정해진 패턴에 따라 배열되고 상기 특정 주파수에 대한 자기 굴절율이 0 이하로 제공됨에 따라 상기 전송 안테나로부터 방사되는 특정 주파수의 자기장을 포커싱하는 복수의 셀을 포함하는 자기장 렌즈;를 포함하고,
    상기 복수의 셀 각각은, 상기 복수의 셀 각각은, 상기 입체 구조물의 외면 또는 내면 중 어느 일면에 배치되는 제1 도체 라인, 상기 일면의 반대면인 타면 배치되는 제2 도체 라인 및 상기 일면으로부터 상기 타면으로 관통하여 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인의 양단을 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은 상기 외면에서 수직한 방향에서 볼 때 그 양단은 동일한 지점에 위치하고 꼬인 형태의 경로를 형성하도록 제공되는
    무선 전력 전송 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 입체 구조물은, 속이 빈 박스형으로 제공되는
    무선 전력 전송 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 입체 구조물은, 직육면체 형상으로 제공되고, 서로 마주보는 세 쌍의 기판을 포함하고,
    상기 복수의 셀은, 상기 세 쌍의 기판에 배열되는
    무선 전력 전송 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 세 쌍의 기판 중 어느 하나의 기판은 상기 전송 안테나와 마주보도록 이격 배치되는
    무선 전력 전송 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 볼 때 팔자 형태, 꼬인 리본 또는 무한대 기호 형태의 경로를 형성하도록 제공되는
    무선 전력 전송 장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 상기 제1 도체 라인이 형성하는 경로와 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로가 교차하도록 제공되는
    무선 전력 전송 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인은, 상기 외면에서 수직한 방향에서 상기 제1 도체 라인이 형성하는 경로와 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로가 교차하는 지점을 중심으로 대칭되는 경로를 형성하도록 제공되는
    무선 전력 전송 장치.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 에어 캐패시터로 작용하는 적어도 하나의 갭이 형성되는
    무선 전력 전송 장치.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 셀 각각은, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 삽입되는 적어도 하나의 캐패시터를 더 포함하는
    무선 전력 전송 장치.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 도체 라인 및 상기 제2 도체 라인 중 적어도 하나는, 상기 제1 도체 라인과 상기 제2 도체 라인이 형성하는 경로 상에 지그재그 형태로 제공되는 패턴 라인을 포함하는
    무선 전력 전송 장치.

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