KR20160116128A - 무선전력 전송소자의 다중공진 임피던스 정합 기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선전력 송수신소자에 있어서 송신회로부에서 발생하는 하모닉 성분을 송수신할 수 있는 다중공진 임피던스 정합 기술을 제공하는 것이 목적이다.

Description

무선전력 전송소자의 다중공진 임피던스 정합 기술{Multi Resonance Impedance Matching Technology for Wireless Power Transmission}

본 발명은 무선전력 송수신소자에 있어서 송신회로부에서 발생하는 하모닉 성분을 송수신할 수 있는 다중공진 임피던스 정합 기술을 제공하는 것이 목적이다.

공간 복사량이 작은 특성(이후 표기를 간단히 하기 위해 "극소복사"라고 표기하겠다)을 갖는 자기장 혹은 전기장 공진체(self resonator)를 이용한 무선전력 전송기기를 구현하는 시스템 구조는 제1도처럼 RF(Radio Frequency) 전력신호를 발생시키는 송신회로부, RF 전력 신호를 공간으로 전송하는 송신소자부, 공간에서 RF 전력 신호를 수신하는 수신소자부, 수신된 RF 전력 신호를 DC로 바꾸어 주거나 부하에 적합한 다른 주파수 신호를 바꾸어 주는 수신회로부로 구분이 가능하다. 이 외에도 제어 신호가 오갈 수 있지만 이는 그림1에서 생략하였다.

송신회로부는 DC 혹은 가정용 전기인 50Hz/60Hz 등의 전력 신호를 송수신소자부의 제1공진주파수와 일치하는 기본주파수(fundamental frequency)의 RF 전력신호로 변환하는 회로가 포함되어 있다. 송신회로부는 RF 인버터, D급 RF 증폭기, E급 RF 증폭기, F급 RF 증폭기, S급 RF 증폭기 등으로 구현이 가능하다.

송신소자부 혹은 수신소자부 중에 적어도 하나는 자기장 극소복사 공진주파수(self resonant frequency)를 갖는 공진체를 포함하는 구조를 갖고 있다.

수신회로부는 RF주파수를 DC신호로 바꾸는 정류회로와 리플을 제거하는 평활회로를 포함하고 있으며, 전기전자기기인 부하와 연결되어 있다.

상기와 같이 구성되는 무선전력전송 시스템의 경우, 송신회로부는 다이오드, FET 등 비선형소자, 공진회로 등을 포함하고 있기 때문에 필연적으로 기본주파수(fundamental frequency) 이외에 기본주파수의 배수가 되는 하모닉주파수(harmonic frequency)를 갖는 전력신호를 동시에 발생하는 근본적인 문제를 지니고 있다.

그러나 송신소자부와 수신소자부가 적어도 하나가 공간복사량이 매우 작은 극소복사 공진체로 구성되는 경우, 필연적으로 극소복사 공진체의 제1공진주파수와 제2공진주파수의 차는 최소 제1공진주파수의 1 배 이상 차이가 나는 특성을 갖는다(제4도 참조).

따라서 기본주파수에 가까운 하모닉주파수들(2배수, 3배수, 4배수 등)의 전력신호의 대다수가 반사되어 수신회로부에 전달되지 않는 특성을 갖고 있어, 에너지 전송효율을 저하시키는 근본적인 문제점을 지니고 있다.

수신회로부의 정류회로와 평활회로의 경우 통상 다이오드 혹은 FET 등으로 구성되어 광대역 특성을 지니고 있어, 하모닉주파수 전력신호의 경우도 DC신호로 변환되는 특성을 지니고 있으면서도 송수신소자부에서 하모닉성분의 신호들이 차단되어 에너지전송효율을 저하시키는 근본적인 원인이 되고 있다.

본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 송신회로부에서 필연적으로 발생하는 하모닉성분의 전력신호도 송수신할 수 있는 송수신소자의 다중공진 임피던스 정합기술을 제공하는 것이 목적이다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 공간복사가 미약하게 발생하는 극소복사 공진체를 활용하는 무선전력전송기술에 있어서, 송신부회로에서 발생하는 적어도 "기본주파수와 2배수 하모닉주파수"를 포함하는 다중 공진주파수가 발생되는 송수신부소자를 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송수신소자에 있어서 적어도 2개 이상의 공진체로 구성하여 공진주파수를 발생하는 구조적인 특징을 포함하는 무선전력전송기술.

적어도 하나 이상의 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

기본주파수를 포함하고, 2배수, 3배수, 4배수, 5배수 중에 적어도 하나 이상의 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

기본주파수를 포함하고 2배수 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

기본주파수를 포함하고 2배수 및 3배수 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

기본주파수를 포함하고 2배수, 3배수, 4배수 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송수신소자가 동시에 공진을 발생시켜 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송신소자가 공진체이고 수신소자가 비공진체 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

수신소자가 공진체이고 송신소자가 비공진체 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 유전체 내부에 공진체를 내장하여 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 공진체 길이를 달리하여 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 자성체 설치를 통해 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 캐패시터 및 인턱턴스 중에 적어도 하나 이상을 사용하여 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 턴수가 다른 공진체로 송수신소자를 구성하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 구조가 다른 공진체를 이용하여 송수신소자를 구성하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.

무선전력전송기술을 특징으로 하는 에너지사용기기, 전기사용기기, 2차전지사용기기, 운송기기, 또는 휴대기기.

본 발명에서는 복사량이 매우 작은 극소복사공진체 송수신소자를 이용하는 무선전력전송기술에 있어서, 송수신소자의 공진주파수가 송신회로부에서 발생하는 기본주파수 그리고 하모닉성분의 주파수와 일치하는 다중공진 정합기술을 제공하므로서, 송신회로부에서 필연적으로 발생하는 하모닉성분의 전력신호도 기본주파수 신호처럼 수신회로부로 전달시켜 DC 성분의 전력으로 변환하여 전력전송효율을 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있었다.

또한, 다수개의 공진체 배열을 통해 특정 방향에 대한 전기장 및 자기장의 세기를 낮추어 인체를 보호할 수 있는 효과를 갖게 되었다.

전기자동차, 휴대폰, 테블렛 PC 등을 포함한 2차 전지사용기기, 전기사용기기, 에너지사용기기의 무선전력전송기술을 본 발명에서 제시하는 기술을 활용한다면 보다 전력전송효율을 높일 수 있으며, 인체영향과 같은 문제점을 해결할 수 있을 것으로 사료된다.

제1도 극소복사 공진체를 활용 무선전력전송시스템 개략도.
제2도 수신회로부에 있어서, 정류회로에 (a) 평활회로가 없는 경우 스펙트럼, (b) 평활회로가 있는 경우 스펙트럼의 일 예.
제3도 기존 스파이럴 공진체의 송수신소자의 구성 일 예.
제4도 “제3도”의 기존 스파이럴 공진체의 S파라미터 특성의 일 예.
제5도 본 발명에 의한 다중 공진체에 의한 무선전력전송 일 예.
제6도 “제5도”의 본 발명에 의한 공진체의 S파라미터 특성.
제7도 “제5도”의 본 발명에 의한 공진체의 스미스차트 (그림에서 “1”은 기본주파수와 일치하는 제1공진주파수, “2”는 2배수 하모닉주파수와 일치하는 제2공진주파수).
제8도 “제5도” 실 예의 (a) 제1공진주파수에 대한 공진체 주변의 자기장 분포도, (b) 제2공진주파수에 대한 공진체 주변의 자기장 분포도.
제9도 본 발명에 의한 다중 공진체에 의한 무선전력전송 다른 실시 일 예.
제10도 본 발명에 의한 다중 공진체에 의한 무선전력전송 다른 실시 일 예.
제11도 본 발명에 의한 다중 공진체에 의한 무선전력전송 또 다른 실시 일 예.
제12도 본 발명에 의한 다중 공진체에 의한 무선전력전송또 다른 실시 일 예.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 무선전력 송수신소자에 있어서 송신회로부에서 발생하는 하모닉 성분을 송수신할 수 있는 다중공진 임피던스 정합 기술을 제공하는 것이 목적이다.

공간 복사량이 작은 특성을 갖는 자기장 혹은 전기장 공진체(self resonator)를 이용한 무선전력 전송기기를 구현하는 시스템의 송신회로부는 다이오드, FET 등 비선형소자, 공진회로 등을 포함하고 있기 때문에 필연적으로 기본주파수(fundamental frequency) 이외에 기본주파수의 배수가 되는 하모닉주파수(harmonic frequency)를 갖는 전력신호를 동시에 발생하는 근본적인 문제를 지니고 있다. 그러나 송신소자부와 수신소자부가 적어도 하나가 공간복사량이 매우 작은 극소복사 공진체로 구성되는 경우, 필연적으로 극소복사 공진체의 제1공진주파수와 제2공진주파수의 차는 최소 제1공진주파수의 1 배 이상 차이가 나는 특성을 갖는다. 따라서 기본주파수에 가까운 하모닉주파수들(2배수, 3배수, 4배수 등)의 전력신호의 대다수가 반사되어 수신회로부에 전달되지 않는 특성을 갖고 있어, 에너지 전송효율을 저하시키는 근본적인 문제점을 지니고 있다.

본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 이러한 하모닉성분의 전력신호도 송수신할 수 있는 송수신소자의 다중공진 임피던스 정합기술을 제공하는 것이다. 유전율, 공진체길이, 캐패시터 및 인턱터, 공진체 턴수, 굵기 및 간격 등을 조정하여 다수개의 공진체로 구성된 송수신소자를 통해 배수 공진이 발생하고 임피던스 정합이 이루어지는 구조 및 작용을 특징으로 하였다. 제5도에서는 유전율을 이용하여 구현되는 기술을 나타내었다.

송신회로부에서 필연적으로 발생하는 하모닉성분의 전력신호도 기본주파수 신호처럼 수신회로부로 전달시켜 DC 성분의 전력으로 변환하여 전력전송효율을 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있었다.

또한, 다수개의 공진체 배열을 통해 특정 방향에 대한 전기장 및 자기장의 세기를 낮추어 인체를 보호할 수 있는 효과를 갖게 되었다.

전기자동차, 휴대폰, 테블렛 PC 등을 포함한 2차 전지사용기기, 전기사용기기, 에너지사용기기의 무선전력전송기술을 본 발명에서 제시하는 기술을 활용한다면 보다 전력전송효율을 높일 수 있으며, 인체영향과 같은 문제점을 해결할 수 있을 것으로 사료된다.

본 발명을 설명하기 위한 그림은 아래와 같다.

제1도는 극소복사 공진체를 활용한 무선전력전송시스템 개략도를 나타내고 있으며,

제2도는 수신회로부에 있어서, 정류회로에 (a) 평활회로가 없는 경우 스펙트럼, (b) 평활회로가 있는 경우 스펙트럼의 특성 일 예를 나타내고 있으며,

제3도는 기존 스파이럴 공진체의 송수신소자의 구성 일 예를 나타내고 있으며,

제4도는 “제3도”의 기존 공진체의 S파라미터 특성의 일 예를 나타내고 있으며,

제5도는 본 발명에 의한 다중 공진체에 의한 무선전력전송 일 예를 나타내고 있으며,

제6도는 “제5도”의 본 발명에 의한 다중 공진체의 S파라미터 특성을 나타내고 있으며,

제7도는 “제5도”의 본 발명에 의한 다중 공진체의 스미스차트를 나타내고 있으며 (단, 그림에서 “1”은 기본주파수와 일치하는 제1공진주파수, “2”는 2배수 하모닉주파수와 일치하는 제2공진주파수를 나타냄),

제8도는 “제5도” 실 예의 (a) 제1공진주파수에 대한 공진체 주변의 자기장 분포도, (b) 제2공진주파수에 대한 공진체 주변의 자기장 분포도를 나타내고 있으며,

제9도는 본 발명에 의한 다중 정합 공진체에 의한 무선전력전송 다른 실시 일 예를 나타내고 있으며,

제10도는 본 발명에 의한 다중 정합 공진체에 의한 무선전력전송 또 다른 실시 일 예를 나타내고 있으며,

제11도는 본 발명에 의한 다중 공진체에 의한 무선전력전송 또 다른 실시 일 예를 나타내고 있으며,

제12도는 본 발명에 의한 다중 공진체에 의한 무선전력전송 다른 실시 일 예를 나타내고 있다.

본 발명의 구성을 설명하기에 앞서 발명의 목적을 보다 상세히 언급하고자 한다. 제2도는 수신회로부를 설계 제작한 결과의 일 예를 나타내고 있다. 수신회로부에서 수신된 RF신호가 정류회로를 거치면 제2도 (가)처럼 하모닉 성분이 발생하게 되는데, 이러한 신호에서 DC성분의 경우 전체 전력에 있어서 65% 밖에 전환되지 않는다는 것을 알 수가 있다. 정류회로에 평활회로를 설치하는 경우, 제2도 (나)와 같이 하모닉성분의 신호가 DC성분으로 전환되어 DC성분이 85%에 이르고 있음을 볼 수 있다. 이렇듯이 수신회로부의 경우, 광대역 특성을 지니고 있어 수신소자부에서 전달되는 각종 하모닉 성분도 DC 성분으로 변환된다는 것을 알 수 있다. 이러한 특성은 수신회로부에 도달한 기본주파수 이외의 하모닉주파수 성분의 전력신호도 대다수가 정류가 되어 DC성분으로 바꾸어주는 특성을 지니고 있음을 알 수 있다. 다이오드의 턴온(turn on)전압을 낮추면 95% 이상의 DC성분을 얻을 수 있다.

그러나 이러한 특성이 있으면서도 송신소자부와 수신소자부가 적어도 하나 이상을 극소복사 특성을 갖는 자기장 혹은 전기장 공진체를 지니는 구조에서는 필연적으로 제1공진주파수와 제2공진주파수의 차는 최소 제1공진주파수의 1 배 이상 차이가 나는 특성을 지니고 있고, 기본주파수에만 임피던스정합이 되어 있어 송신회로부에서 발생되는 하모닉성분의 신호들이 수신회로부에 전달되지 않아 전력전송효율이 저하되는 근본적인 문제점을 지니고 있다. 단, 상기에서 표기하고 있는 제1공진주파수는 공진체 2개가 인접에 설치되면 결합현상에 의해 발생되는 공진주파수 쪼개짐 현상으로 2개 공진주파수가 형성되는 데 이들 2개의 주파수를 제1공진주파수라고 정의한다.

제3도의 경우 기존 자기장공진체인 스파이럴 구조의 송수신소자의 구성도를 나타내고 있다. 하단에 설치된 송신시스템의 경우, 송신소자의 극소복사 자기장 공진체(1)와 극소복사 자기장 공진체를 둘러싸고 있는 유전체(1-A), 급전루프(3), 송신회로부(4)로 구성되며, 상부에 놓이는 수신시스템은 송신시스템의 송신소자부와 동일한 구조의 수신소자부 그리고 급전루프(3)을 통해 수신회로부(5)와 연결되어 있음을 볼 수 있다.

이러한 구조의 특성 일 예를 살펴보면, 제4도의 결과처럼 매우 협대역 특성을 지니는 공진주파수가 발생하고 있음을 볼 수가 있다. 또한 송신회로부의 기본주파수에 해당하는 제1공진주파수에서 임피던스 정합이 유지되는 특성을 지니고 있으며, 제1공진주파수의 약10배수 이상에서 제2공진주파수가 발생되고 있음을 볼 수가 있다. 심지어 제2공진주파수가 약10배수에서 발생한다고 하여도 임피던스정합이 이루어지지 않아 10배수의 하모닉주파수 전력신호는 대다수가 반사되는 문제점을 포함하고 있다. 이는 앞서 지적하였듯이 공간복사율이 높은 안테나와는 달리 공간복사율이 매우 낮은 극소복사 특성을 갖는 공진체로 제작되기 때문에 발생한다. 전기장 공진체도 이와 유사한 특성을 지닌다.

따라서, 송신회로부에서 발생되는 기본주파수를 제1공진주파수와 일치시켜 전송이 가능하도록 한다고 해도 2배수, 3배수, 4배수 ~9배수 하모닉성분의 전력신호들이 송수신소자부에서 반사되는 문제점을 피할 수가 없다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하는 방법과 구조에 대해 제안하고자 하는 것이다. 극소복사특성을 갖는 공진체(self resonator)를 이용한 기존의 무선전력 전송기술은 제3도처럼 송신소자와 수신소자 모두 동일한 구조의 공진체로 이루어진 “대칭 공진형 무선전력 전송기술”과 한쪽은 공진체로 다른 한쪽은 비공진체로 이루어지는 “비대칭 공진형 무선전력 전송기술”로 구분이 가능하다. 본 명세서에는 표기하지 않았지만 비대칭 공진형 무선전력 전송기술에서도 동일한 특성을 나타내고 있어 송신회로부에서 발생하는 하모닉성분의 전력신호를 송신회로부에 전송하지 못하는 동일한 근본적인 문제점을 지니고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법의 일 예를 제5도에 나타내었다. 제5도에서는 “비대칭 공진형 무선전력 전송기술” 방식의 문제점을 해결하는 방법을 나타내었다. 송신소자부의 구성은 기본주파수를 발생시키는 제1 공진소자(1)와 하모닉주파수를 발생시키는 제2 공진소자(2)로 구성하고 이 들 소자들에 동시에 급전하는 급전부(3)로 구성하도록 하였다. 급전부를 중심으로 하여 좌우에 제1공진 소자와 제2공진 소자를 배치하는 구조를 통해 하나의 급전부를 통해 2개의 공진소자를 동시에 급전할 수 있도록 하였다. 제1공진 소자의 제1공진주파수(기본주파수)를 제2공진주파수의 1/2이 되도록 공진소자를 둘러싸고 있는 “유전체의 유전율을 높여 공진주파수가 낮아지는 원리”를 이용하여 구현한 일 예이다. 이는 제1공진체와 제2공진체의 길이 및 구조를 동일하게 하였을 때의 유전율만을 변화시켜 얻어낸 결과를 나타내고 있다. 이러한 구조의 S파라미터 특성을 제6도에 나타내었는데, 유전율을 조절하여 제2공진 주파수가 제1공진주파수의 2배수에서 발생이 가능하며, 이들 모두 임피던스 정합이 잘 이루어져 있음을 볼 수 있다. 제7도에서는 상기 구조에 대한 스미스차트 일 예를 나타내고 있다. 제1공진 주파수와 제2공진 주파수에서 임피던스 정합이 잘 이루어져 있음을 볼 수가 있다.

상기와 같은 방법으로 구현되는 송수신소자를 사용하는 경우 송신회로에서 발생되는 기본주파수 전력신호뿐만 아니라 2배수 하모닉주파수의 전력신호가 수신회로부로 전달되어 정류회로와 수신회로를 거치면 DC신호로 바뀌게 되어 보다 높은 전력전달효율을 얻게 될 것이다.

제8도에서는 이러한 구조에서 제1공진 주파수와 제2공진 주파수가 여기되는 경우 공진체 주변의 자기장 분포를 나타내었다. 송수신소자가 제5도처럼 마주보는 경우 제1공진주파수를 발생시키는 제1공진체(1)가 외곽에 설치되고 제2공진주파수를 발생시키는 제2공진체(2)를 중심 방향에 설치하는 경우의 결과이다. 이러한 구조에서 제1공진주파수가 여기되는 경우는 제8도 (가)의 결과처럼 송수신소자부 사이에 자기장의 세기가 매우 작은 값을 갖고 있음을 볼 수가 있으며, 제2공진 주파수가 발생되는 주파수의 경우는 제8도 (나)의 결과처럼 송수신소자부 외곽의 자기장의 세기가 매우 낮게 분포하고 있음을 볼 수가 있다. 제1공진주파수는 기본주파수이므로 제2공진주파인 하모닉성분 보다는 전력신호의 세기가 큰 특성을 지니고 있어, 상기 모델의 경우는 송수신소자 사이의 자기장 혹은 전기장 세기를 낮게 분포시켜야 하는 기기에 매우 유용함을 볼 수 있다. 즉 이는 버스, 승용차, 골프카 등과 같은 소형전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거 등처럼 송수신소자 사이에 차폐나 혹은 격리와 같이 인체보호기술이 필요한 제품에 대해 적용한다면 인체보호기술이 보다 쉽게 구현이 가능하다는 것을 보여주고 있다. 이들의 위치를 반대로 설치하는 경우 외곽의 자기장 및 전기장의 세기를 작게 만들 수 있음을 알 수가 있는데, 휴대폰, 노트북, 테블렛 PC, DTV 등처럼 외곽의 전기장 및 자기장의 세기를 낮추어야 하는 제품에 사용한다면 인체보호 기술 구현이 쉽게 가능하다는 점을 알 수 있다. 이 외에도 의자, 책상, 거울 등을 비롯한 비전원을 갖는 기기에 무선으로 전원을 공급하는 곳에 활용한다면 사용방법 및 위치에 따라 전자를 선택하거나 후자를 선택하여 전파인체영향에 대한 문제점을 해결할 수 있을 것으로 보인다. 본 발명에 의한 기술은 전지를 사용하는 기기, 전기를 사용하는 기기, 에너지를 사용하는 기기 등 다양한 분야에 활용이 가능하다.

제5도와 동일한 방법으로 제1공진 소자의 공진주파수를 제2공진주파수의 1/3배 되도록 공진소자를 둘러싸고 있는 유전체의 유전율을 높여 공진주파수를 보다 낮출 수도 있다. 이 외에도 제5도와 같은 구성원리를 통해, 적어도 2개 이상의 다수의 공진소자 즉 제1공진 소자, 제2 공진 소자, 제3 공진 소자 등을 상기와 유사하게 다수 개를 설치하여 다중의 하모닉주파수의 공진주파수 출현이 가능하고 임피던스 정합이 가능한 제작도 가능하다. 또한 제5도의 원리를 적용한다면 적어도 2개 이상의 급전소자를 적어도 2개 이상의 공진소자의 인접설치를 통해 구현이 가능한데, 다수개의 급전소자는 별도의 송수신회로와 연결도 가능하고, 적어도 하나 이상의 직렬 및 병렬로 연결하여 구현도 쉽게 가능하다.

재9도에서는 본 발명에 의한 “비대칭 공진형 무선전력 전송기술”의 일 예를 나타내고 있는데, 송신소자부는 비공진체(6)로 구성되어 송신회로부(4)와 연결하고 수신소자부는 2개의 공진체(1, 2)로 구성하는 특징으로 하여 구현하였다. 이러한 구조도 “대칭 공진형 무선전력전송기술”과 동일하게 공진체를 갖는 송신소자 혹은 수신소자의 경우, 적어도 2개 이상의 다수의 공진소자 즉 제1공진 소자, 제2 공진 소자, 제3 공진 소자 등을 상기와 유사하게 다수 개를 설치하여 다중의 하모닉주파수의 공진주파수 출현이 가능하고 임피던스 정합이 가능한 제작도 가능하다. 또한 적어도 2개 이상의 급전소자를 적어도 2개 이상의 공진소자의 인접설치를 통해 구현이 가능한데, 다수개의 급전소자는 별도의 송수신회로와 연결도 가능하고, 적어도 하나 이상의 직렬 및 병렬로 연결하여 구현도 쉽게 가능하다.

비공진체의 경우 광대역 특성을 지니고 있는 반면 공진체는 협대역을 지니고 있어 다수개의 공진체를 이용하여 송신회로부에서 발생하는 하모닉성분의 주파수 전력신호 전송이 갖도록 임피던스 정합이 이루어지도록 제작이 가능하다. 제9도는 제1공진체와 제2공진체의 길이를 크게하면 저주파대역에서 공진이 출연하는 원리를 이용하여 기본주파수의 배수인 하모닉주파수를 포함하는 공진주파수가 발생하도록 제작하는 방법을 보여주고 있다. 이러한 경우 송신소자가 다수개의 공진체로 구성하고 수신소자를 비공진체로 제작하여도 본 발명에서 제시된 문제점을 해결할 수 있다. 제9도의 원리를 적용하는 경우 공진체 비공진체 주변의 전기장 혹은 자기장 분포를 살펴보면 송신소자인 비공진체 주변에는 낮은 세기의 전기장 및 자기장 분포를 갖게 된다. 게다가 제1공진주파를 발생시키는 제1공진체(1)가 외곽에 놓이게 되므로 송수신소자 사이의 영역에서 보다 작은 전기장 및 자기장 분포를 지니고 있는 특징을 나타내게 될 것이다. 이러한 구조는 특히 바닥으로부터 충전하는 무선충전 자동차 등처럼 송신소자부를 얇게 제작할 수 있고, 공진체인 수신소자가 자동차 밑바닥에 설치되어 특히 인체보호 기술을 구현하는 데에 매우 유리한 특성을 갖는다. 제9도와 같은 원리로 반대로 설치하는 경우, 즉 송신소자부는 공진체로 수신소자부는 비공진체로 제작되는 경우, 휴대폰, 테블렛 PC, 노트북 등처럼 휴대기기에 적용하는 경우 유리하다. 휴대기기에는 작은 수신소자로 설치하면 휴대기기의 작은 공간에서도 설치가 가능하고 무게를 줄일 수 있다. 또한 제1공진체(1)를 수신부가 존재하는 안쪽으로 설치한다면 송수신소자 마주하지 않는 외곽 방향으로 전기장 및 자기장의 세기가 낮게 분포하여 인체보호기술 적용에 매우 유리한 구조를 제공함을 쉽게 알 수가 있다.

제10도에서는 루프급전소자 없이도 직접급전(7)을 이용하여 구현되는 방법에도 적용이 가능함을 보이고 있다 제10도처럼 마주보는 경우 제1공진주파수를 발생시키는 제1공진체(1)가 외곽에 설치되고 제2공진주파수를 발생시키는 제2공진체(2)를 중심 방향에 설치하는 경우의 결과이다. 제1공진체와 제2공진체의 위치가 바뀌어도 동일한 특성을 갖는다. 상기와 같은 동일한 방식으로 직접급전(7)이 이루어진 제1공진체를 중심으로 좌우도 제2공진체와 제3공진체를 놓는 방법으로 하모닉스주파수에 해당한 공진주파수를 발생시키고 임피던스 정합이 이루어지는 기술이 가능하다. 이러한 방법으로 다수개의 공진체 설치가 가능한 송수신소자 제작이 가능하다.

제11도에는 송수신소자의 다른 구조 일 예를 나타내고 있는데 급전소자(3)을 중심으로 헬리컬 구조로 갖추어 제작도 가능하다. 이러한 경우 헬리컬 내부에 또 적어도 하나 이상의 헬리컬 공진체를 설치하여 다중의 공진주파수가 출현하도록 하여 하모닉성분의 공진주파수 정합이 가능하도록 제작이 가능하다. 혹은 헬리컬 공진체 내부에 공진주파수가 다른 헬리컬 구조를 겹겹이 설치하여 구현도 가능하다.

제12도는 송수신소자의 다른 구조 일 예를 또한 나타내고 있는데 급전소자(3)을 중심으로 헬리컬 구조와 스퍼이럴 구조의 공진체를 배치하여 제작하는 방법을 나타내고 있다. 이러한 경우 헬리컬 내부에 또 적어도 하나 이상의 헬리컬 공진체를 설치하여 다중의 공진주파수가 출현하도록 하여 하모닉성분의 공진주파수 정합이 가능하도록 제작이 가능하다. 혹은 헬리컬 공진체 내부에 공진주파수가 다른 헬리컬 구조를 겹겹이 설치하여 구현도 가능하다.

제1공진 소자의 공진주파수를 낮추는 방법은 유전체 이외에도 “자성체의 자화율을 높이면 공진주파수가 변하는 원리”, “공진체의 턴 수를 높이면 공진주파수가 낮아지는 원리”를 적용하거나, “공진소자의 굵기 혹은 소자간의 간격을 조정하여 공진체 자체의 캐피시턴스와 인덕턴스를 조정하면 공진주파수를 바뀌는 원리”을 사용하거나, “인덕터 혹은 캐패시터 소자 중에서 적어도 하나 이상을 직렬 혹은 병렬로 송수신소자 혹은 송수신회로부에 설치하여 공진주파수를 바꿀 수 있는 원리”로 제5도 및 제10도 등과 같은 동일한 발명의 효과를 얻을 수가 있다. 참고적으로 상기 기술은 필름타입, 구리판, 알루미늄판 등으로 공진체를 제작하는 경우에도 모두 적용 가능하다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (21)

1. 공간복사가 미약하게 발생하는 극소복사 공진체를 활용하는 무선전력전송기술에 있어서, 송신부회로에서 발생하는 적어도 "기본주파수와 2배수 하모닉주파수"를 포함하는 다중 공진주파수가 발생되는 송수신부소자를 특징으로 하는 무선전력전송기술.
   
2. 제1항에 있어서,
   송수신소자에 있어서 적어도 2개 이상의 공진체로 구성하여 공진주파수를 발생하는 구조적인 특징을 포함하는 무선전력전송기술.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   적어도 하나 이상의 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   기본주파수를 포함하고, 2배수, 3배수, 4배수, 5배수 중에 적어도 하나 이상의 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
   
5. 제4항에 있어서,
   기본주파수를 포함하고 2배수 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
   
6. 제4항에 있어서,
   기본주파수를 포함하고 2배수 및 3배수 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
   
7. 제4항에 있어서,
   기본주파수를 포함하고 2배수, 3배수, 4배수 하모닉주파수인 공진주파수에 대한 임피던스정합기술이 함께 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   송수신소자가 동시에 공진을 발생시켜 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
   
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   .
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신소자가 공진체이고 수신소자가 비공진체 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
    
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 유전체 내부에 공진체를 내장하여 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
    
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 공진체 길이를 달리하여 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 자성체 설치를 통해 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
    
14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 캐패시터 및 인턱턴스 중에 적어도 하나 이상을 사용하여 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
    
15. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 턴수가 다른 공진체로 송수신소자를 구성하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
    
16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신회로부의 하모닉주파수와 동일한 공진주파수를 얻기 위해 구조가 다른 공진체를 이용하여 송수신소자를 구성하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송기술.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 특징으로 하는 에너지사용기기.
    
18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 특징으로 하는 전기사용기기.
    
19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 특징으로 하는 2차전지사용기기.
    
20. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 특징으로 하는 운송기기.
    
21. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 특징으로 하는 휴대기기.
    

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