KR101391927B1 - 무선 전력 수신 장치 및 송수신 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 전력 수신 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치는 LC 공진 및/또는 프로톤 공진을 이용함으로써, 수신 전력 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 파워 소스의 전원 오프 상태인 경우에도 지속적으로 전력을 수신할 수 있는 효과가 있다.
무선, 파워, 프로톤, 공진
Description
본 발명은 무선 전력 수신 장치 및 송수신 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 전원 소스에서 일정 거리만큼 떨어져 있는 장치로 전원을 공급하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
종래에는 유도 커플링 방식으로 전력을 주고 받았다. 이는 전극의 직접 접촉은 없으나 매우 근접되어야만 전력을 송수신할 수 있었다.
하지만, 최근 모바일 기기가 증가함에 따라, 이에 사용되는 배터리 수명에 대한 중요성이 점점 부각되고 있고, 배터리를 효과적으로 충전할 수 있는 방법 내지는 무선 전력 송수신에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한국공개특허 제2004-72581호는 페라이트 코어를 삽입한 유도 코일과 가변 콘덴서 및 중계 증폭기를 이용한 무선전력장치를 개시하고 있다. 또한, 한국공개특허 제2004-52878호는 유도 코일을 병렬로 연결하고, 원통형 보빈의 내부에 자성체를 삽입한 무선전력수신장치를 개시하고 있다.
전술한 공지기술들은 유도 코일을 이용하여 공기 중에 방사된 다양한 크기의 전자기파와 상호 유도 작용을 하여 전압과 전류를 유도하고, 유도 과정에서 발생한 전압 및 전류를 극대화하기 위하여 유도 코일과 병렬로 가변 커패시터를 설치한 공진 회로를 포함하는 구성이다.
하지만, 전술한 기술들은 무선전력수신 장치에 전력을 공급하는 외부의 전원 소스가 항상 파워 온 상태로 유지되고 있는 상태에서만 유도 코일을 통해서 전력을 수신할 수 있을 뿐, 외부의 전원 소스의 파워 오프 상태에서는 전력을 수신할 수 없을 뿐만 아니라, 파워 온/오프 상태가 반복적으로 이루어지는 상태에서는 전력 수신 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 한계 내지는 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 전원 소스에서 떨어져 있는 휴대용 기기로 전원을 공급할 수 있는 무선 전력 수신 장치 및 송수신 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 무선 전력 수신 장치는 비자성 재료의 파이프로 이루어지고, 상기 파이프의 내부는 다수의 프로톤이 존재하는 물질로 채워져 있고, 상기 무선 전력 수신 장치에 전자기파 에너지를 전송하는 파워 소스와 소정의 거리만큼 떨어져 배치된 유도 코일과, 상기 파이프의 내부의 프로톤을 회전시키는 자기장을 생성하고, 상기 유도 코일과 인접하여 배치된 자석과 상기 유도 코일과 병렬로 접속된 커패시터를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 무선 전력 송수신 시스템은 소정 주파수의 전자기파 에너지를 소정의 거리만큼 떨어져 있는 무선 전력 수신 장치에 전송하는 파워 소스와, 상기 파워 소스의 주파수와 공진 주파수 및 라머(lamor) 주파수를 일치시켜 상기 파워 소스로부터 전자기파 에너지를 수신하는 무선 전력 수신 장치를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 세부 및 개선 사항은 종속항에 개시된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치는 LC 공진 및/또는 프로톤 공진을 이용함으로써, 수신 전력 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 파워 소스의 전원 오프 상태인 경우에도 지속적으로 전력을 수신할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템은 파워 소스(100)와 무선 전력 수신 장치(110)로 이루어지며, 무선 전력 수신 장치(110)는 유도 코일(111), 커패시터(112) 및 자석(113)을 포함하여 이루어진다.
파워 소스(100)는 특정 주파수의 전자기파 에너지를 일정 거리만큼 떨어져 있는 무선 전력 수신 장치(110)에 전송한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 파워 소스(100)의 사용 가능한 자속 밀도는 지구 자기장 값에서부터 1테슬라(Tesla) 미만 정도라고 가정하므로, 파워 소스의 주파수는 수백Hz 내지 수십MHz의 범위에 있다. 또한, 파워 소스(100)의 하나 이상의 주파수를 가지는 전자기파를 전송할 수도 있다. 또한, 파워 소스(100)는 불연속적으로 전원을 공급하는 것이 바람직하다.
무선 전력 수신 장치(110)는 파워 소스(100)의 전송 주파수와 무선 전력 수 신 장치(110)의 LC 공진 주파수 또는 라머(lamor) 주파수를 조절하여 파워 소스(100)로부터 전자기파 에너지를 수신한다.
유도 코일(111)은 비자성 재료의 파이프로 이루어지고, 파이프의 내부는 프로톤이 많이 존재하는 물질로 채워져 있다. 또한, 전자기파 에너지를 전송하는 파워 소스(100)와 일정한 거리만큼 떨어져 배치된다. 여기서, 비자성 재료는 강자성체이면서 실내 온도에서 자기적 성질을 나타내지 아니하는 물질을 의미한다. 예를 들면, 황동, 알루미늄 등을 포함한다. 또한, 프로톤이 많이 존재하는 물질은, 자기장에 의한 자기공명효과를 증대시키기 위한 것으로, 예를 들면 프로톤 H1을 많이 함유한 물(H2O)을 포함한다.
커패시터(112)는 유도 코일(111)과 병렬로 접속되어, 유도 코일(111)과 함께 LC 공진을 하여 파워 소스(100)로부터 수신한 전자기파 에너지를 충전한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치(110)는 다음 수학식 1에 따라 코일(111)의 인덕턴스(L)와 커패시터(112)의 커패시턴스(C)의 값을 조절함으로써, 파워 소스(110)의 주파수와 공진 주파수(f)를 일치시킨다.
또한, 자석(113)은 유도 코일(111) 파이프 내부의 프로톤을 회전시키는 자기장을 생성한다. 여기서, 자기장의 세기를 나타내는 자속 밀도를 조절할 수 있다. 자속 밀도를 조절함으로써 파이프 내부 물질인 프로톤의 공진 주파수를 조절할 수 있다. 이는 라머 주파수(lamor frequency) 값으로 조절하는데, f(lamor) = 42.56MHz/1Tesla 를 적용한다. 여기서, 라머 주파수는 외부 교류 자기장을 주었을 때, 자기모멘트를 가지는 원자 내의 전자 혹은 핵 스핀 시스템이 어떤 특정한 주파수, 즉 공명 주파수의 에너지를 흡수하는 현상으로, 정자기장 하에서 자기모멘트를 지닌 원자핵 또는 전자는 자기장의 방향을 축으로 하여 특정 주파수로 회전운동을 한다. 이를 라머 세차운동이라 하고, 이 주파수를 라머 주파수라고 한다. 라머 세차운동을 하는 입자에 라머 주파수를 가지는 자기장을 걸면, 입자는 이 교류 자기장의 에너지를 흡수하는 공명 흡수 현상을 일으킨다.
즉, 파워 소스(110)의 자기장을 1테슬라로 가정한 경우에, 42.56MHz의 라머 주파수를 가지게 되며, 자석(113)의 자속 밀도를 조절함으로써 자기 공명 현상을 통해 파워 소스(110)의 에너지를 흡수할 수 있는 주파수인 42.56MHz에 맞추는 것이다.
무선 전력 수신 장치(110)의 공진 주파수 또는 라머 주파수를 파워 소스(100)의 주파수에 일치시킴으로써, 공간상에서 에너지를 전달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 파워 소스(100)에서 전송한 전자기파의 크기를 주파수별로 나타내고 있다. 여기서, 파워 소스(100)의 주파수는 전술한 바와 같이 대략적으로 수백 Hz 내지 수십 MHz이다. 또한, 파워 소스(100)는 불연속적으로 에너지를 공급 하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 파워 소스(100)로부터 전송된 에너지를 무선 전력 수신 장치(110)에서 수신하는 것을 설명한다. 도면 부호 300은 무선 전력 수신 장치(110)에서 유도 코일과 커패시터로 이루어진 LC 공진을 통해 에너지를 수신하거나 또는 파이프 내부의 프로톤의 회전에 의한 자기 공명 현상을 통해 흡수한 전력의 크기이다. 또한, LC 공진과 프로톤의 회전에 의한 자기 공명 현상을 함께 이용하여 수신할 수도 있다.
반면에, 도면 부호 310은 파워 소스(100)에서 전원 공급이 중단된 경우에 전력 수신을 나타낸다. 즉, 파워 오프 상태인 경우에는 무선 전력 수신 장치(110)에서 LC 공진은 중단되지만, 프로톤의 공진은 받은 에너지를 되돌리려한다. 이러한 되돌리는 에너지는 비 자성체 파이프로 전달되고, 유도 코일에 연결된 커패시터에 충전된다. 따라서, 파워 소스(100)의 파워 오프 상태인 경우에는 연속적으로 에너지를 축적할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 단계 400에서, 파워 소스에서 방출하는 전자기파의 주파수와 무선 전력 수신 장치의 주파수를 일치시킨다. 여기서, 무선 전력 수신 장치의 주파수는 LC 공진에 의한 공진 주파수를 이용하거나 또는 프로톤의 공진을 이용한 라머 주파수를 이용할 수도 있다. 단계 402에서, 파워 소스가 파워 온 상태인 경우에는 LC 공진 및/또는 프로톤 공진을 통해 에너지를 수신한다. 단계 404에서, 파워 소스가 파워 오프 상태인 경우에는 프로톤 공진에 의해 수신된 에너지에 대한 반환 에너지를 축적한다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신을 설명하기 위한 도면이다.
Claims (11)
- 무선 전력 수신 장치에 있어서,비자성 재료의 파이프로 이루어지고, 상기 파이프의 내부는 다수의 프로톤이 존재하는 물질로 채워져 있고, 상기 무선 전력 수신 장치에 전자기파 에너지를 전송하는 파워 소스와 소정의 거리만큼 떨어져 배치된 유도 코일;상기 파이프의 내부의 프로톤을 회전시키는 자기장을 생성하고, 상기 유도 코일과 인접하여 배치된 자석; 및상기 유도 코일과 병렬로 접속된 커패시터를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 유도 코일의 인덕턴스와 상기 커패시터의 커패시턴스는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자석의 자속 밀도는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 물질은 물(H2O)인 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 비자성 재료는 황동 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
- 무선 전력 송수신 시스템에 있어서,소정 주파수의 전자기파 에너지를 소정의 거리만큼 떨어져 있는 무선 전력 수신 장치에 전송하는 파워 소스; 및상기 파워 소스의 주파수와 공진 주파수 및 라머(lamor) 주파수를 일치시켜 상기 파워 소스로부터 전자기파 에너지를 수신하는 무선 전력 수신 장치를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템.
- 제 6 항에 있어서,상기 무선 전력 수신 장치는,비자성 재료의 파이프로 이루어지고, 상기 파이프의 내부는 다수의 프로톤이 존재하는 물질로 채워져 있고, 상기 파워 소스와 소정의 거리만큼 떨어져 배치된 유도 코일;상기 파이프의 내부의 프로톤을 회전시키는 자기장을 생성하고, 상기 유도 코일과 인접하여 배치된 자석; 및상기 유도 코일과 병렬로 접속된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서,상기 파워 소스는,불연속적으로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
- 제 7 항에 있어서,상기 물질은 물(H2O)인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
- 제 7 항에 있어서,상기 비자성 재료는 황동 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
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