KR101197579B1

KR101197579B1 - 감쇄파 공진을 이용한 공간 적응형 무선전력전송 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101197579B1
Application number: KR1020100090388A
Authority: KR
Inventors: 박영진; 이순우; 강지명; 김진욱; 김관호
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-11-06
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: KR20110049659A; US20160104570A1; US9786430B2; US20120286584A1

Abstract

본 발명의 일면에 따른 자기 공진 무선전력전송 방법은, 소스 코일에서 전자기 유도 방식으로 송전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계, 상기 송전부 공진 코일에서 자기 공진 결합(coupling)에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수를 가지는 수전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계 및 상기 수전부 공진 코일에서 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 단계를 포함하고, 상기 송전부 공진 코일과 상기 수전부 공진 코일은 서로 수직하게 또는 임의의 일정 각도로 기울어지게 배열된다.

Description

감쇄파 공진을 이용한 공간 적응형 무선전력전송 시스템 및 방법{Space-adaptive Wireless Power Transmission System and Method using Resonance of Evanescent Waves}

본 발명은 무선전력전송 코일 주위에 발생하는 감쇄파의 자기 공진(또는 공명)을 이용한 무선전력전송 시스템 및 방법에 관한 것으로서,특히, 수전부 공진 코일을 송전부 공진 코일과 동일한 공진 주파수를 갖도록 하여, 송신 공진 코일과 수신 공진 코일 간에 자계 결합이 일어나도록 구성하고 수직 또는 임의의 각을 가지는 면에 위치시켜서, 수전부가 송전부와 중심 축이 일직선이 아닌 경우에도(수직 또는 임의의 각을 가져야 하는 경우) 전력 전송이 효율적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 수전부 디바이스 코일이 내장된 휴대폰 등의 전자기기를 송전부 근처에 가져가면 안정적으로 전력을 수전할 수 있는 공간 적응형 자기 공진 무선전력전송 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 저주파 대역에서 전자기 유도를 이용한 무선전력전송에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 하지만 수 cm 이내의 근거리에서만 전력전송을 할 수 있다는 단점이 있다. 또한, 이러한 전자기 유도 방식은 송신과 수신 코일의 배열이 서로 일치하지 않을 경우 효율이 급격히 떨어지기 때문에 무선전력전송 시스템의 활용에 많은 애로 사항들이 있었다.

대한민국등록특허번호 제10-0809461호에는 LC 공진을 이용한 전자기파 증폭 중계기를 이용하여 전력 수신 거리를 증가시키는 구성을 개시한다. 여기서는 자속을 증가시키기 위한 자성체에 유도 코일을 감은 솔레노이드 타입의 코일에 가변 커패시터를 사용하여 LC 공진을 시키는 방식을 사용한다. 이와 같은 방식은 기존의 전자기 유도에서의 구성과 달리 송신부와 수신부에 별도의LC 공진 코일을 사용한다. 이 특허에서도 언급한 것과 같이 전송거리 및 효율을 증가시킬 수 있다. 그러나, 여기서 개시된 발명은 가변 커패시터를 사용하여 송신과 수신 공진 코일의 공진 주파수를 튜닝하도록 하고 있다. 그러나, 공진 주파수에 부합되는 가변 커패시터의 값을 정밀하게 조정하기 어려운 단점이 있다. 또한, 이 선행 특허에서 다루고 있는 것은 공진 코일 사이의 평행 배열만을 이용한 무선전력전송을 개시하고 있어, 다양한 실생활에 적용시키기 어려운 문제점이 있다.

그리고, 미국 공개특허번호 US2009-0224856A1호에서는, 모두 자기 공명 방식을 사용한 무선 전력 전송 방식을 개시한다. 여기서 제안된 발명에서는 자기 공명 방식에 대한 전반적인 내용을 개시하며, Q-factor, 공진 주파수 등과 관련된 구성들을 개시한다. 여기서는 동일한 공진 주파수를 갖고, 매우 강력한 자계 결합을 갖는 자기 공진형 구조를 이용한 전력전송 효율 및 전송 거리 개선 방안을 제시하였다.

미국공개특허번호 US2009-0072629A1호에서는 국내등록특허 (등록번호:10-080941)와 유사한 방법으로 가변 커패시터를 사용하여 공진 코일을 구성하였다.

미국공개특허번호 US2009-0153273A1호에서는 송신과 수신 사이에 별도의 공진 코일을 송신과 수신이 배열이 일치하도록 하여 전송 거리 및 효율을 개선하는 방법을 제시하였다. 그러나, 이 방법에서는 코일간의 결합 상수를 고려하여 일렬 배열인 경우에 대한 것으로, 모든 공진 코일은 동일 평면상에 존재한다. 동일 평면에 모든 공진 코일이 존재할 경우, 코일간의 결합 상수는 떨어지고, 전송 효율이 떨어진다.

위와 같은 종래의 4개의 선행 특허들에서는, 코일의 배열에 관하여는 기재하지 않고 있으며, 모두 평행 배열임을 가정하고 전력전달 효율 개선 및 거리 개선 방안에 대한 접근을 시도 하였다. 하지만, 평행 배열만을 사용할 경우 실생활에서 공간적 제약으로 인해 적용시키기 어려운 부분이 많아 이에 대한 해결 방안이 필요하다. 또한, 전력 수신부의 자유로운 공간 배치를 위해서는 수직 배열 또는 송수신 코일 간의 다양한 배치에서도 전력 전송이 가능한 방법이 필요하나, 이에 대한 해결 방안이 없었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 무선전력전송 코일 주위에 발생하는 감쇄파의 자기 공진(magnetic resonance)이 일어나는 자기 공진 코일들의 방향성 특성에 대하여, 정량적, 정성적 특징을 분석하여 자기 공진 방식의 방향성에 대한 특성을 제시함으로써, 자기 공진을 갖는 코일들의 방향성 영향이 작은 특징을 기반으로, 자기 유도 방식에서의 방향성 문제를 해결하고, 송수신 간의 다양한 공간 배치에서도 전력전송이 가능한 공간 적응형 자기 공진 무선전력전송 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 자기 공진을 갖는 코일들의 방향성 영향이 작은 특징을 기반으로, 자기 공진을 갖은 코일들의 다양한 위치 조합을 통한 에너지 전송 거리를 확장시키기 위하여, 공진 코일 간의 다양한 배치를 통하여 다양한 수평, 수직 공간에 적합한 전력전송 방법을 제공하는 공간 적응형 자기 공진 무선전력전송 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

그리고, 공진 코일의 수직 또는 임의의 각을 가지는 배열을 통해 평행 배열이 가지는 공간상의 한계를 극복하고, 송수전 공진 코일을 개방된 형태로 공진되도록 하기 위한 헬리컬 또는 스파이럴 형태의 코일을 적용한 공간 적응형 자기 공진 무선전력전송 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 코일 주위에 발생하는 감쇄파의 자기 공진을 이용한 무선전력전송 방법은, 소스 코일에서 전자기 유도 방식으로 송전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계; 상기 송전부 공진 코일에서 자기 공진 결합 (coupling)에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수를 가지는 수전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계; 및 상기 수전부 공진 코일에서 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 단계를 포함하고, 상기 송전부 공진 코일과 상기 수전부 공진 코일은 서로 수직하게 또는 일정 각도로 기울어지게 배열된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 자기 공진 무선전력전송 방법은, 소스 코일에서 전자기 유도 방식으로 송전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계; 상기 송전부 공진 코일에서 자기 공진 결합 (coupling)에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수를 가지는 중계 공진 코일로 전력을 전달하는 단계; 상기 중계 공진 코일에서 자기 공진 메커니즘에 따라 상기 중계 공진 코일과 동일 공진 주파수를 가지는 수전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계; 및 상기 수전부 공진 코일에서 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 단계를 포함하고, 상기 중계 공진 코일은 상기 송전부 공진 코일 및 상기 수전부 공진 코일과 수직하게 또는 일정 각도로 기울어지게 배열된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 자기 공진 무선전력전송 시스템은, 소스로부터 전력을 인가받는 소스 코일; 상기 소스 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 송전부 공진 코일; 및 상기 송전부 공진 코일로부터 자기 공진 결합 (coupling)에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수로 전력을 전달받는 수전부 공진 코일을 포함하고, 상기 송전부 공진 코일과 상기 수전부 공진 코일은 서로 수직하게 또는 일정 각도로 기울어지게 배열되고, 상기 수전부 공진 코일이 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 자기 공진 무선전력전송 시스템은, 소스로부터 전력을 인가 받는 소스 코일; 상기 소스 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 송전부 공진 코일; 상기 송전부 공진 코일로부터 자기 공진 메커니즘에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수로 전력을 전달받는 중계 공진 코일; 및 상기 중계 공진 코일로부터 자기 공진 결합 (coupling)에 따라 상기 중계 공진 코일과 동일 공진 주파수로 전력을 전달받는 수전부 공진 코일을 포함하고, 상기 중계 공진 코일은 상기 송전부 공진 코일 및 상기 수전부 공진 코일과 수직하게 또는 일정 각도로 기울어지게 배열되고, 상기 수전부 공진 코일이 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 소스와 상기 소스 코일 사이, 또는 상기 디바이스 코일과 정류회로나 부하 사이에 임피던스 매칭을 위한 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 자기 공진 코일 및 중계 공진 코일의 양끝 위치나 중간 부분에 집중 인덕터 (Lumped inductor) 또는 커패시터(capacitor)와 같은 소자를 연결할 수 있다. 이 때 인덕터와 커패시터와 같은 소자는 기생적으로 생기는 저항이 수 오옴(ohm)이하일 것을 권장한다. 이러한 소자로서 높은 Q값을 갖는 집중 인덕터 (High Q lumped-inductor) 및 커패시터가 있으며, 이외에도, 동축선과 같은 정밀한 커패시터 값을 제공할 수 있는 구조를 사용할 수 있다.

위와 같이 제안된 커패시터를 사용함으로서 동일 공진 주파수(f=1/(LC)^0.5)에 대하여 상대적으로 낮은 코일 인덕턴스 값이 필요하게 되어, 코일의 길이 및 부피를 줄일 수 있고, 이는 다시 전체 공진 구조의 부피를 줄일 수 있다. 그러나, 커패시터를 사용할 경우 효율이 떨어지는 단점이 있을 수 있으나, 적절한 커패시터를 사용할 경우 자기 공진 구조에서 큰 문제가 되고 있는 송신 수신 공진 주파수 튜닝이 쉬워진다.

여기서 사용되는 커패시터의 커패시턴스 값은 인체 및 이 물질의 접촉 등의 영향에 의하여 커패시터가 변동되어 공진 주파수가 변화되지 않도록 하기 위해서, 코일에서 만들어지는 커패시터와 합하여 100pF이상의 값을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 높은 Quality factor (Q-factor)를 유지 하기 위하여 코일에서 만들어지지는 커패시터와 추가된 커패시터의 합이 10nF이하의 값을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 위와 같이 추가로 부착되는 커패시터는 공진 주파수의 미세한 튜닝을 위하여 사용할 수 있다. 즉, 송신과 수신공진 코일들의 정확한 공진 주파수 튜닝은 전력 전달에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 따라서, 시스템의 효율을 최대로 만들기 위해서는 공진주파수를 동일하게 맞추어야 하나, 실제 제작에서는 동일한 구조를 갖더라도 기생효과에 따라 공진 주파수가 달라지며, 이러한 결과로 효율이 급격히 떨어지기 때문에 송신과 수신 공진 코일들에 대한 공진 주파수 듀닝 과정이 필수적이다.

특히, 송수신 공진 코일 간의 공진 주파수를 정확히 맞추기 위하여 커패시터를 고정하고 손실이 적은 또는 높은 Q값을 갖는 인덕터를 사용해도 된다.

상기 전자기기는 상기 디바이스 코일로 유도된 전력을 이용하여 내부 회로를 작동하거나, 상기 디바이스 코일로 유도된 전력을 정류하여 배터리를 충전할 수 있다.

절연체 벽 내부에 상기 송전부 공진 코일을 설치하고, 상기 수전부 공진 코일을 상기 절연체 벽 주위의 책상이나 탁자 내부 또는 그 주위 공간, 다른 절연체 벽 내부, 패드 내부, 또는 용기 내부에 설치하여, 상기 수전부 공진 코일 주위의 전자기기가 전력을 공급받을 수 있다.

본 발명에 따른 공간 적응형 자기 공진 무선전력전송 시스템 및 방법에 따르면, 기존의 평행 배열(송수신 코일의 중심 축이 일치하는 경우)을 통해 전력을 전달하는 것의 실생활 적용 한계를 극복할 수 있다. 기존의 평행 배열의 경우 송신과 수신 간의 거리가 증가할 경우 송신과 수신 사이에 장애물이 존재할 경우나, 송신과 수신 사이에 공간상의 제약으로 송수신과 평행하게(코일의 중심축이 일치하는 경우) 새로운 중계 코일을 놓을 수 없을 경우가 빈번히 발생하기 때문에, 평행 배열로 전력을 수전하기 힘든 상황에서는 적용에 한계가 생겼다.

하지만 본 발명과 같이 수직 또는 임의의 각을 가지는 배열을 이용하면 송전부 전체가 벽면 또는 보이지 않는 곳에 내장되기 때문에 기존의 단점을 없앨 수 있다. 즉, 주위 환경에 적합하도록 공진 코일의 배치를 구성할 수 있어, 전력전송 거리 확장 및 전력전송 효율이 개선된다. 이는 자기 공명 방식의 특성상 벽면, 물 등의 장애물의 영향을 크게 받지 않는 특성을 이용한 것이고, 전력 전달이 이루어지는 공간을 수전부 공진 코일의 위치로 결정할 수 있기 때문에 원하는 임의의 장소에 송전부 공진 코일을 설치하여 사용할 수 있다. 수전부 공진 코일은 헬리컬 또는 스파이럴 형태의 코일이 단독으로 위치한 것이어서 전선이 부가적으로 연결될 필요가 없기 때문에 책상 밑이나 바닥 등에 내장시킬 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템의 등가회로이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템에서의 전력 전달 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2와 같이 송수전 공진 코일의 수직 배열 시의 자기장 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 시뮬레이션을 통해 본 S 파라미터 결과이다.
도 6은 도 3과 같이 송수전 공진 코일과 수직으로 배열된 중계 공진 코일이 있는 경우의 자기장 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 중계 공진 코일을 사용한 경우에 대하여 각 공진 코일에서의 감쇄파 모드들의 시간에 따른 변화를 나타낸다.
도 8a는 송전부 공진 코일과 수전부 공진 코일이 수직으로 배치되는 좌표계를 나타낸다.
도 8b는 수전부 공진 코일이 z축으로 변화됨에 따라 효율의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2의 변형예로서, 송수전 공진 코일들이 동일 평면상에 존재하지 않아 그 중심축들이 평행하지만 그 중심축들이 일치하지는 않도록 배치될 수 있는 구조를 나타낸다.
도 10은 도 3의 변형예로서, 중계 공진 코일이 송전부 공진 코일 및 수전부 공진 코일과 동일 평면상에 존재하지 않고 그 중심축들이 평행하지만 그 중심축들이 일치하지는 않도록 배치될 수 있는 구조를 나타낸다.
도 11은 900kHz에서 공진 주파수를 갖도록 제작된 헬리컬 코일이다.
도 12는 도 11과 같은 공진 코일을 송수전부에 사용했을 경우에 50%의 전력전송 효율이 보이는 영역(3dB 경계선)을 나타낸 그림이다.
도 13 내지 도 17은 송수전 공진 코일(114, 121)을 평행 배열이 아닌 수직 또는 임의의 각으로 배열하여 실생활에서 활용도를 높일 수 있도록 한 적용 예시들이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템(100)의 등가회로이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템(100)은, 송전부(110) 및 수전부(120)를 포함하고, 송전부(110)는 소스(111), 매칭회로(112), 소스 코일(113), 및 헬리컬(helical) 또는 스파이럴(spiral) 형태의 송전부 공진 코일(114)을 포함하며, 수전부(120)는 헬리컬 또는 스파이럴 형태의 수전부 공진 코일(121), 디바이스 코일(122), 정류 회로(123), 및 부하(124)를 포함한다. 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121)은 리츠(Litz) 와이어 등으로 이루어질 수 있으며, 헬리컬 또는 스파이럴 형태 이외에도 다양한 모양을 가질 수 있고, 전기 저항을 줄이기 위하여 초전도체 재료로 이루어질 수 있다. 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121)의 크기를 줄이기 위하여 소정 자성체에 소정 와이어를 감아 사용할 수도 있다. 이와 같은 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121)은 일정 커패시턴스 성분을 가질 수 있으며, 필요시 높은 Q값을 갖는 소정 커패시터 또는 인덕턴스를 갖는 집중(lumped) 커패시터 또는 인덕터 등의 소자가 해당 코일에 추가로 연결되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 송전부 공진 코일(114) 또는 수전부 공진 코일(121)에 연결되는 커패시터나 인덕터는 그 양쪽 전극이 해당 코일의 양끝 사이에 모두 연결될 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 양쪽 전극 중 어느 한쪽 전극 만을 공진 코일(114/121)의 양끝(양쪽 끝일 수도 있고 어느 한쪽 끝일 수도 있음.) 위치나 중간 부분에 연결하는 것을 포함한다. 이때, 각 공진 코일의 전체 커패시터 (Ct)는 코일 자체에의한 커패시터 (Co)와 공진 주파수 튜닝 및 외부 영향 감소 등을 위해 추가적으로 부착되는 커패시터 (Ca)로 구성된다 (그림에서는 Ct만 나타냄). 여기서, 인체 및 이 물질의 접촉 등의 영향에 의하여 커패시터가 변동되어 공진 주파수가 변화되지 않도록 하기 위해서 Co와 Ca의 커패시턴스를 합하여 100pF이상의 값을 갖는 것이 바람직하고, 높은 Quality factor (Q-factor)를 유지 하기 위하여 Co와 Ca의 커패시턴스를 합하여 10nF이하의 값을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 시스템 환경에 따라 Co와 Ca의 커패시턴스 합의 값이 100pF 이하나 10nF 이상의 값을 갖도록 할 수도 있다.

에너지 전송 메카니즘은 다음과 같다. 소스(111)로부터 공급되는 전력은 소스(111)와 매칭 회로(112)를 거쳐 소스 코일(113)로 인가된다. 매칭 회로(112)를 통하여 인가되는 시변 전류에 따라 소스 코일(113)은 송전부 공진 코일(114)에 전자기 유도 방식으로 전력을 전달한다. 송전부 공진 코일(114)은 자체 공진(Self-resonance)을 통해 전력을 저장하고 있다가 동일 공진 주파수를 가지는 수전부 공진 코일(121)이 있을 경우 송수신 공진 코일간의 감쇄파 자계 공진 결합을 통해 에너지 전달 채널을 형성하여 수전부 공진 코일(121)로 전력을 전달한다. 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121)은 백 kHz에서부터 수 MHz까지의 저주파 대역으로 전력을 전달할 수 있다.

송전부(110)에서 소스 코일(113)과 송전부 공진 코일(114) 간의 임피던스 매칭을 위하여, 소스(111)와 소스 코일(113) 사이에 매칭 회로(112)를 이용하지만, 매칭 회로(112)가 없이도 소스 코일(113)의 감은 횟수와 크기(직경) 등을 고려하여 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121) 또는 소스 코일(113)의 감은 횟수와 크기를 조절함으로써 공진 주파수에서 자동적으로 매칭이 이루어지도록 할 수도 있다. 마찬가지로, 도면에는 도시하지 않았지만, 필요시 디바이스 코일(122)의 양끝 사이, 예를 들어, 디바이스 코일(122)과 정류회로(123) 사이 또는 디바이스 코일(122)과 부하(124) 사이에도 임피던스 매칭 회로를 둘 수 있으며, 이 임피던스 매칭 회로 뒤에 정류 회로(123), 및 부하(124)가 오도록 할 수 있다. 이때에도, 디바이스 코일(122)의 감은 횟수와 크기를 조절함으로써 공진 주파수에서 자동적으로 매칭이 이루어지도록 할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템(100)에서의 전력 전달 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에서, 수직 또는 임의의 각을 가지도록 배열된 송수전 공진 코일(114, 121) 사이에는 자기 공명을 통해 에너지 전달이 이루어지고, 예를 들어, 전자기 유도 방식에 따라 송전부 공진 코일(114)이 에너지를 저장하고 있다가 같은 공진 주파수를 가지는 수전부 공진 코일(121)이 있을 경우 송수신 공진 코일간의 감쇄파 자계 공진 결합을 통해 에너지 전달 채널을 형성하여 수전부 공진 코일(121)로 전력을 전달하며, 수전부 공진 코일(121)로 전달된 전력은 인접한 디바이스 코일(122)로 유도될 수 있고, 정류 회로(123)에 의하여 정류된 전력이 디바이스의 부하(124)에서 사용될 수 있다. 디바이스 코일(122), 정류 회로(123), 및 부하(124)는 디바이스, 즉, 전기기기에 내장될 수 있으며, 부하(124)는 정류 회로(123)를 거쳐 전달되는 전력을 충전하기 위한 2차 전지 등 배터리일 수도 있다.

도 1 및 도 2 에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 전력 수전 방식은 송수전 공진 코일(114, 121) 사이에 일반적인 평행 배열이 아닌 수직 또는 임의의 각을 가지도록 일정 각도로 기울어지게 배치된 상태에서의 전력 수전 방식을 말한다. 수직 또는 임의의 각을 가지는 상태에서도 효율적으로 전력을 전달할 수 있도록, 같은 공진 주파수를 가지는 송수전 공진 코일(114, 121)을 사용한 자기 공명 방식을 사용하였다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템은, 도 1에서 설명한 송전부(110) 및 수전부(120) 이외에도, 송전부(110)와 수전부(120) 사이에 헬리컬 또는 스파이럴 형태의 중계 공진 코일(131)과 중계 디바이스 코일(132)을 포함한(필요에 따라 디바이스 코일을 생략할 수도 있음) 송전 중계부(130)를 더 포함할 수 있다. 중계 공진 코일(131)도 리츠(Litz) 와이어 등으로 이루어질 수 있으며, 헬리컬 또는 스파이럴 형태 이외에도 다양한 모양을 가질 수 있고, 전기 저항을 줄이기 위하여 초전도체 재료로 이루어질 수 있다. 중계 공진 코일(131)의 크기를 줄이기 위하여 소정 자성체에 소정 와이어를 감아 사용할 수도 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 중계 공진 코일(131)도 일정 커패시턴스 성분을 가질 수 있으며, 필요시 높은 Q값을 갖는 소정 커패시터 또는 인덕턴스를 갖는 집중(lumped) 인덕터 등의 소자가 해당 코일에 연결되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 중계 공진 코일(131)에 연결되는 커패시터나 인덕터는 그 양쪽 전극이 중계 공진 코일(131)의 양끝 사이에 모두 연결될 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 양쪽 전극 중 어느 한쪽 전극 만을 중계 공진 코일(131)의 양끝(양쪽 끝일 수도 있고 어느 한쪽 끝일 수도 있음.) 위치나 중간 부분에 연결하는 것을 포함한다. 이때 중계 공진 코일(131)의 전체 커패시터 (Ct)는 코일 자체에의한 커패시터 (Co)와 공진 주파수 튜닝 및 외부 영향 감소 등을 위해 추가적으로 부착되는 커패시터 (Ca)로 구성된다. 여기서, 인체 및 이 물질의 접촉 등의 영향에 의하여 커패시터가 변동되어 공진 주파수가 변화되지 않도록 하기 위해서 Co와 Ca의 커패시턴스를 합하여 100pF이상의 값을 갖는 것이 바람직하고, 높은 Quality factor (Q-factor)를 유지 하기 위하여 Co와 Ca의 커패시턴스를 합하여 10nF이하의 값을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 시스템 환경에 따라 Co와 Ca의 커패시턴스 합의 값이 100pF 이하나 10nF 이상의 값을 갖도록 할 수도 있다.

도 3에서, 송전 중계부(130)의 중계 공진 코일(131)은 송전부 공진 코일(114) 및 수전부 공진 코일(121)과 수직으로 배열된다. 이때, 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121)은 평행할 수도 있다. 다만, 중계 공진 코일(131)은 송전부 공진 코일(114) 및 수전부 공진 코일(121)과 일정 각도로 기울어지게 배열도 가능하므로, 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121)이 항상 평행하게 배열되는 것은 아니다. 이와 같은 중계 공진 코일(131)은 송전부 공진 코일(114)로부터의 전력을 중계시켜 전력 전달 거리를 증가시키는 동시에, 디바이스 코일(132)로 유도된 전력을 정류하여 부하에 사용할 수 있도록 송전 중계부(130) 자체가 수전부 역할을 할 수도 있다. 송전부 공진 코일(114)과 중계 공진 코일(131) 사이에 위에서 기술한 바와 같이 동일 공진 주파수에서 자기 공진에 의한 강한 자계 결합이 일어나며, 중계 공진 코일(131)에서 저장하고 있던 전력은 다시 수전부 공진 코일(121)로 자기 공진에 의한 강한 자계 결합을 통해 전달될 수 있다. 그리고, 수전부 공진 코일(121) 또는 중계 공진 코일(131) 근처에 디바이스 코일(132/122)이 위치할 경우, 전자기 유도 방식에 따라 디바이스 코일(132/122)로 전력이 전달될 수 있다.

도 4는 도 2와 같이 송수전 공진 코일의 수직 배열 시의 자기장 패턴을 설명하기 위한 도면이다.

도 4와 같은 자기장 세기의 등고선 분포에서, 등고선 간 간격이 좁을수록 자기장 세기가 큼을 의미한다. 도 4에서 알 수 있듯이 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121) 주위에서만 매우 큰 자기장이 형성되어 두 코일 간에 자기 공진이 발생함을 알 수 있다. 시뮬레이션을 위하여 사용한 헬리컬 형태의 송수신 공진 코일(114, 121)은 동일하며, 도선의 지름은 4mm, 감은 수는 5회, 코일 지름은 20cm, 피치는 0.54cm이다. 이론적인 계산으로는 공진 주파수가 28MHz지만, 실제로는 22MHz에서 공진하였다. 이론적인 값과 공진 주파수가 차이는 있지만 같은 공진 주파수를 가지는 코일 사이에 공진이 일어난다는 것을 확인할 수 있었다. 도 4에서 확인할 수 있듯이 동일 공진 주파수를 같은 공진 코일 사이에서는 자기장이 방사되지 않고, 코일 주위에 존재하는 감쇄파들의 꼬리가 서로 연결되어 있음을 알 수 있다. 이러한 상호간의 결합은 공진 코일 간의 배치 구조에 거의 영향이 없음을 알 수 있다.

도 5는 도 4의 시뮬레이션을 통해 본 스캐트링(Scattering) 파라미터 결과이다. 소스 코일(113)은 신호 여기(exciting)를 위하여 50Ω 임피던스를 갖는 포트(port)를 주었으며, 디바이스 코일(122)도 마찬가지로 50Ω의 임피던스를 가지도록 포트를 주었다. 도 5와 같이, 송수전 공진 코일(114, 121)의 공진 주파수인 22MHz에서 송전부(110)의 반사 계수는 -7.52dB, 수전부(120)의 반사 계수는 -9.4dB로 매칭이 이루어진 것을 알 수 있다. 이처럼 별도의 임피던스 매칭 회로를 추가하지 않고서도 송전부(110)의 소스 코일(113)과 공진 코일(114)(수전부에서는 디바이스 코일과 공진 코일) 사이의 간격과 소스 코일(디바이스 코일)의 형태(감은 횟수나 크기) 등을 조정하면 송수전 공진 코일(114, 121)의 공진 주파수에서 자동적으로 임피던스 매칭이 가능하다. 시뮬레이션 결과 송수전 공진 코일(114, 121) 사이의 거리 24cm에서 송수전부의 매칭에 의한 영향을 보상해주면 자기 공명에 의한 송수전 공진 코일(114, 121) 사이의 전력 전달 효율은 약 60%이다.

도 6은 도 3과 같이 송수전 공진 코일(114, 121)과 수직으로 배열된 중계 공진 코일(131)이 있는 경우의 자기장 패턴을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서 a는 측면에서 볼 때의 자기장 패턴이고, b는 위에 볼 때의 자기장 패턴이다. 도 6은 양끝 사이에 평판형 커패시터와 연결된 단일 루프를 중계 공진 코일(131)로 사용하여 자기 공진 현상을 시뮬레이션 한 결과이다. 여기서 중계 공진 코일(131)로 사용한 것은 참고문헌 US2007/0222542 A1 "Wireless non-radiative energy transfer"에 제시된 것이다. 도선의 두께는 2cm, 루프 지름은 60cm, 평판형 커패시터의 평판의 간격은 4mm, 평판 넓이는 138cm2, 유전율은 10이다. 이때의 루프의 공진 주파수는 7.8 MHz 이다. 송수전 공진 코일(114, 121) 사이의 거리는 1m인데, 수직 배열된 중계 공진 코일(131)로 인해서 수전부(120)에 까지 전력이 잘 전달될 수 있음을 알 수 있다.

좀 더 구체적으로, 기본적인 원리를 설명하면, 동일 공진주파수를 갖는 공진코일 간의 커플링 현상은 송전부 공진 코일(114) 주위에서 만들어지는 감쇄파가 인접한 수전부 공진 코일(121)과 결합되는 것이다. 이러한 결합 현상은 도 4와 도 6에 보여주고 있으며, 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121) 사이 중 가장 짧은 거리에서 결합이 일어난다. 이러한 결합의 크기는 작을 수 있으나, 감쇄파의 감쇄가 천천히 일어난다면, 작은 결합에 의해서도 작은 시간 동안 많은 양의 에너지가 수전부 쪽으로 전달된다. 이러한 결과는 도 7에서 보여 질 수 있다. 즉, 도 7과 같이, 도 6의 중계 공진 코일(131)을 사용한 경우에 대하여 각 공진 코일(114/121/131)에서의 감쇄파 모드들의 시간에 따른 변화를 나타낸다. 그림에서의 송전부 공진 코일(114)에서의 감쇄파 모드는 공진 주파수를 갖고 계속하여 오실레이션하고 있으며, 크기는 점차 작아진다. 중계 공진 코일(131)은 이와 같이 조금씩 에너지를 받고 있으며, 중계 공진 코일(131)에서 받은 에너지는 다시 수전부 공진 코일(121)로 전달된다. 물론 송전부 공진 코일(114)에서 수전부 공진 코일(121)로도 직접 전달될 수 있으나, 이는 중계 공진 코일(131)을 통과하여 전달되는 양에 비해 매우 작다. 그러나, 기존 전자기 유도에서는 이러한 커플링 현상 대신에 항상 큰 커플링이 되도록 해야 하기 때문에 커플링이 작은 수직 방향의 전력전달이 어려웠다.

제안 발명의 경우 평행 배열(코일의 중심축이 일치하는 배열)과는 달리, 수직 또는 임의의 각을 가지도록 공진 코일들을 배열하는 형태로서, 커플링이 급속도로 작은 부분에서는 전력 전달이 어려울 수 있다. 도 8은 이러한 공진 코일 간의 수직 배열에 대한 전달 특성을 나타낸다. 도 8a와 같이 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121)이 수직으로 배치되어 있고, 1/4분면 내에서 시뮬레이션한 것이다. 여기서 공진 코일로 사용한 것은 참고문헌 US2007/0222542 A1 "Wireless non-radiative energy transfer"에 제시된 것을 사용하였다. 도선의 두께는 2 cm, 루프 지름은 60 cm, 평판형 커패시터의 평판의 간격은 4 mm, 평판 넓이는 138 cm2, 유전율은 10이다. 이때의 루프의 공진 주파수는 7.8 MHz 이다. 도 8b와 같이, 수전부 공진 코일(121)의 위치가 z축으로 변화됨에 따라 효율이 변화됨을 알 수 있다. 그러나, 일정 거리 이하에서는 전송 효율이 80% 이상임을 확인할 수 있다. 그러나, x=0 근처의 경우에 대해서는 커플링 계수가 이론적으로 극히 작기 때문에 전력 전송 효율이 낮을 수 있다.

도 9는 도 2의 변형예로서, 송수전 공진 코일(114, 121)은 수직 또는 임의의 각을 가지도록 일정 각도로 기울어지게 배치될 수 있는데, 도 9에서는 그 코일들이 동일 평면상에 존재하지 않아 그 중심축들이 평행하지만 그 중심축들이 일치하지는 않도록 배치될 수도 있음을 나타낸다.

도 10은 도 3의 변형예로서, 중계 공진 코일(131)은 송전부 공진 코일(114) 및 수전부 공진 코일(121)과 수직 또는 임의의 각을 가지도록 일정 각도로 기울어지게 배치될 수 있는데, 도 10에서는 중계 공진 코일(131)이 송전부 공진 코일(114) 및 수전부 공진 코일(121)과 동일 평면상에 존재하지 않고 그 중심축들이 평행하지만 그 중심축들이 일치하지는 않도록 배치될 수도 있음을 나타낸다.

도 11은 900kHz에서 공진 주파수를 갖도록 제작된 헬리컬 코일의 구성과 사진을 나타내었다. 송전부 공진 코일(114)과 수전부 공진 코일(121)의 모양은 동일하게 할 수 있다. 이때 사용한 도선은 리츠(Litz) 와이어 직경 1mm이고, 코일의 지름은 26cm, 높이는 8cm, 감은 횟수는 78회이다. 이 코일의 저항은 3.2Ω이고, 인덕턴스는 2.074mH, Q-factor (2 f L/R: L=inductance, R: 전도 저항+방사저항)는 3670이다. 공진 코일과 자기 유도를 위한 송전부의 소스 코일과 수전부의 디바이스 코일의 감은 회수는 1회이다. 특히, 송전부 공진 코일(114), 수전부 공진 코일(121), 중계 공진 코일(131)에 대하여 동일한 공진 주파수를 얻기 위하여 그림에서 처럼 원통 모양의 구조체를 활용하여 코일을 감았다. 도 7과 같은 헬리컬 코일은 송수전 공진 코일(114, 121) 또는 중계 공진 코일(131)로 사용될 수 있다.

도 12는 도 11과 같은 공진 코일을 송수전부에 사용했을 경우에 50%의 전력전송 효율이 보이는 영역(3dB 경계선)을 나타낸 그림이다. 여기서, a의 3dB 경계선은 송수전 공진 코일(114, 121)을 평행하게 한 채 위치를 이동시키면서 효율을 측정한 결과이고, b의 3dB 경계선은 송수전 공진 코일(114, 121)을 도 1과 같이 수직으로 한 채 위치를 이동시키면서 효율을 측정한 결과이다. 어떤 크기의 송전부가 있을 경우 송전부 공진 코일(114)이 가지는 3 dB 경계 이내에서는 어떤 방향으로 수전부가 위치해도 50% 효율로 전력을 전달받을 수 있다. 도 12에서 점으로 표시된 선의 안쪽 공간이 3 dB 영역이다.

도 13 내지 도 17은 송수전 공진 코일(114, 121)을 평행 배열이 아닌 수직 또는 임의의 각으로 배열하여 실생활에서 활용도를 높일 수 있도록 한 적용 예시들이다. 이하에서 중계 공진 코일(113)이 도 3과 같이 송수전 공진 코일(114, 121) 주변의 적절한 위치에 배열될 수 있다.

예를 들어, 도 13과 같이, 절연체 벽 내부에 송전부 공진 코일(114)을 설치할 수 있고, 벽에 수직으로 접해있는 책상 내부 또는 책상 아래쪽 공간 등 주위에 수전부 공진 코일(121)을 설치할 수 있으며, 책상 위의 어떤 공간에 전자 기기(디바이스)를 놓아도 충전 등의 목적으로 전력을 공급 받을 수 있다. 여기서, 전자 기기는 디바이스 코일(122), 정류 회로(123), 및 부하(124)을 포함하는 디바이스일 수 있고, 수전부 공진 코일(121)로부터 디바이스 코일(122)로 유도되어 전달된 전력이 정류 회로(123)를 거쳐 부하(124), 예를 들어, 배터리에 충전될 수 있다.

또한, 도 14와 같이, 절연체 벽 내부에 송전부 공진 코일(114)을 설치할 수 있고, 벽에 수직으로 접해있는 책상 위 같은 곳에 크기가 작은 수전부 공진 코일(121)이 내장된 패드를 배치할 수 있으며, 전자 기기(디바이스)를 패드 위나 그 주변에 놓고 위와 같이 충전 등의 목적으로 전력을 공급 받을 수 있다.

또한, 도 15와 같이, 절연체 벽 내부에 송전부 공진 코일(114)을 설치할 수 있고, 벽에 수직으로 접해있는 책상 위 같은 곳에 수전부 공진 코일(121)이 내장된 바구니 또는 컵 등 용기를 배치할 수 있으며, 용기 속에 전자 기기(디바이스)를 담아 두어 위와 같이 충전 등의 목적으로 전력을 공급 받을 수 있다.

또한, 도 16과 같이, 한쪽의 절연체 벽 내부에 송전부 공진 코일(114)을 설치할 수 있고, 서로 수직이면서 접해있는 다른쪽 절연체 벽 내부에 수전부 공진 코일(121)을 설치할 수 있으며, 벽걸이 TV나 전자 액자 등의 벽에 걸 수 있는 전자 기기들에 전력을 공급할 수도 있다. 여기서, 벽걸이 TV나 전자 액자 등의 벽에 걸 수 있는 전자 기기는 디바이스 코일(122)을 포함하는 디바이스일 수 있고, 수전부 공진 코일(121)로부터 디바이스 코일(122)로 유도되어 전달된 전력이 전자 기기 내부 회로나 디스플레이 장치 등의 작동에 사용될 수 있다.

그리고, 도 17과 같이, 절연체 벽 내부에 송전부 공진 코일(114)을 설치할 수 있고, 벽에 가까운 곳 주위의 탁자에 수전부 공진 코일(121)을 내장하거나 그 주위에 수전부 공진 코일(121)을 설치하여 수전부 공진 코일(121)과 송전부 공진 코일(114)이 수직으로 배열되도록 하고, 탁자 위에 노트북이나 휴대폰 같은 전자 기기들에 전력을 공급하여 동작시킬 수도 있다.

수전부 공진 코일(121)과 송전부 공진 코일(114)이 수직(코일을 감아 나가는 방향이 수직)으로만 배열되어야 하는 것은 아니고, 경우에 따라서는 서로 평행하지는 않고 일정 각도로 기울어져 배열될 수도 있다.

이와 같이, 수직 또는 임의의 각으로 배열될 수 있는 수전부 공진 코일(121)과 송전부 공진 코일(114)을 이용하여, 수전부 공진 코일(121) 주변에 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받을 수 있도록 디바이스 코일(122)을 갖는 전자기기들을 올려놓고 각각의 전자기기로 전력을 공급하여, 충전 또는 전자기기를 작동 시킬 수 있게 된다. 이와 같은 방식은 벽 안에 송전부 공진 코일(114)이 설치되어 전선 케이블을 완전히 없앨 수 있기 때문에 미관상 전자기 유도 방식이나 수평 배열 방식보다 더 나은 장점을 가진다. 또한, 이와 같은 자기 공명 방식은 벽이나 책상 같은 물체에 의한 영향이 적기 때문에 전력 손실이 거의 없이 전달될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템(100)에서는, 코일에 인위적인 커패시터를 추가하여 LC 공진을 시키는 것이 아니라 헬리컬, 스파이럴 등의 코일이 가지는 자체 공진(self resonance)을 이용하여 송수전 공진 코일(114, 121)을 구성할 수 있으며, 이를 통해 송전부(110)와 수전부(120)를 수직 또는 임의 각을 갖고 일정 각도로 기울어지게 배열함으로써 종래의 평행 배열이 가지는 한계를 극복하면서 전자기 유도 방식에 비해 더 효율적으로 전력을 전달할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

공간 적응형 자기공진 무선전력전송 시스템(100)
송전부(110)
수전부(120)
소스(111)
매칭회로(112)
소스 코일(113)
송전부 공진 코일(114)
수전부 공진 코일(121)
디바이스 코일(122)
정류 회로(123)
부하(124)

Claims

소스 코일에서 전자기 유도 방식으로 송전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계;
상기 송전부 공진 코일에서 무방향성의 자기(magnetic) 감쇄파의 자기 공진 결합(coupling)에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수를 가지는 수전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계; 및
상기 수전부 공진 코일에서 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 단계를 포함하고,
방향성과 무관하게 전력 전송을 위하여, 상기 송전부 공진 코일과 상기 수전부 공진 코일은, 각 코일의 중심축이 평행하지 않도록 서로 수직하게 또는 일정 각도로 기울어지게 배열되거나, 그 중심축들이 평행하지만 그 중심축들이 일치하지는 않도록 배열된 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 방법.
소스 코일에서 전자기 유도 방식으로 송전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계;
상기 송전부 공진 코일에서 자기 공진 결합(coupling)에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수를 가지는 중계 공진 코일로 전력을 전달하는 단계;
상기 중계 공진 코일에서 자기 공진 결합(coupling)에 따라 상기 중계 공진 코일과 동일 공진 주파수를 가지는 수전부 공진 코일로 전력을 전달하는 단계; 및
상기 수전부 공진 코일에서 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 단계를 포함하고,
상기 중계 공진 코일은 상기 송전부 공진 코일 및 상기 수전부 공진 코일과 수직하게 또는 일정 각도로 기울어지게 배열된 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 방법.
소스로부터 전력을 인가받는 소스 코일; 상기 소스 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 송전부 공진 코일; 및 상기 송전부 공진 코일로부터 무방향성의 자기(magnetic) 감쇄파의 자기 공진 결합(coupling)에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수로 전력을 전달받는 수전부 공진 코일을 포함하고,
방향성과 무관하게 전력 전송을 위하여, 상기 송전부 공진 코일과 상기 수전부 공진 코일은, 각 코일의 중심축이 평행하지 않도록 서로 수직하게 또는 일정 각도로 기울어지게 배열되거나, 그 중심축들이 평행하지만 그 중심축들이 일치하지는 않도록 배열되고, 상기 수전부 공진 코일이 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
소스로부터 전력을 인가받는 소스 코일;
상기 소스 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 송전부 공진 코일;
상기 송전부 공진 코일로부터 자기 공진 메커니즘에 따라 상기 송전부 공진 코일과 동일 공진 주파수로 전력을 전달받는 중계 공진 코일; 및
상기 중계 공진 코일로부터 자기 공진 결합(coupling)에 따라 상기 중계 공진 코일과 동일 공진 주파수로 전력을 전달받는 수전부 공진 코일을 포함하고,
상기 중계 공진 코일은 상기 송전부 공진 코일 및 상기 수전부 공진 코일과 수직하게 또는 일정 각도로 기울어지게 배열되고, 상기 수전부 공진 코일이 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 소스와 상기 소스 코일 사이, 또는 상기 디바이스 코일과 상기 전자기기의 정류회로나 부하 사이에 임피던스 매칭을 위한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,
임피던스 매칭 회로 없이도, 상기 소스 코일 또는 상기 송전부 공진 코일과 상기 수전부 공진 코일의 감은 횟수와 크기를 조절하여, 임피던스 매칭이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 송전부 공진 코일 및 상기 수전부 공진 코일 중 적어도 어느 하나는,
두 전극이 상기 적어도 어느 하나의 양쪽 끝 사이에 연결되거나,
한 전극만이 상기 적어도 어느 하나의 양쪽 끝 중 한쪽이나 양쪽에 각각, 또는 상기 적어도 어느 하나의 중간 부분에 연결된 추가 집중 인덕터 또는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제4항에 있어서,
상기 송전부 공진 코일, 상기 수전부 공진 코일, 및 상기 중계 공진 코일 중 적어도 어느 하나는,
두 전극이 상기 적어도 어느 하나의 양쪽 끝 사이에 연결되거나,
한 전극만이 상기 적어도 어느 하나의 양쪽 끝 중 한쪽이나 양쪽에 각각, 또는 상기 적어도 어느 하나의 중간 부분에 연결된 추가 집중 인덕터 또는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 커패시터가 추가적으로 연결된 해당 코일의 자체 커패시턴스와 추가된 상기 커패시터의 커패시턴스를 합한 값은, 100pF이상 10nF이하인 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,
절연체 벽 내부에 상기 송전부 공진 코일을 설치하고, 상기 수전부 공진 코일을 상기 절연체 벽 주위의 책상이나 탁자 내부 또는 그 주위 공간, 다른 절연체 벽 내부, 패드 내부, 또는 용기 내부에 설치하여, 상기 수전부 공진 코일 주위의 전자기기가 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제3항에 있어서,
상기 송전부 공진 코일 또는 상기 수전부 공진 코일은 헬리컬 또는 스파이럴 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제4항에 있어서,
상기 송전부 공진 코일, 상기 수전부 공진 코일, 또는 상기 중계 공진 코일은 헬리컬 또는 스파이럴 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제11항에 있어서,
상기 송전부 공진 코일 또는 상기 수전부 공진 코일은 자성체에 소정 와이어가 감긴 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제12항에 있어서,
상기 송전부 공진 코일, 상기 수전부 공진 코일, 또는 상기 중계 공진 코일은 자성체에 소정 와이어가 감긴 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제4항에 있어서,
상기 송전부 공진 코일에서 상기 수전부 공진 코일로 직접 전력을 전달하고, 동시에 상기 중계 공진 코일에서 저장한 전력을 상기 수전부 공진 코일로 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.
제4항에 있어서,
상기 수전부 공진 코일이 전자기 유도 방식으로 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달함과 동시에 상기 중계 공진 코일에서도 전자기 유도 방식으로 다른 전자기기의 디바이스 코일로 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 자기 공진 무선전력전송 시스템.