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KR20110111796A - 무선 에너지 전송 구조체 - Google Patents

무선 에너지 전송 구조체 Download PDF

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KR20110111796A
KR20110111796A KR1020100031052A KR20100031052A KR20110111796A KR 20110111796 A KR20110111796 A KR 20110111796A KR 1020100031052 A KR1020100031052 A KR 1020100031052A KR 20100031052 A KR20100031052 A KR 20100031052A KR 20110111796 A KR20110111796 A KR 20110111796A
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KR
South Korea
Prior art keywords
conductor plate
wireless energy
meta
energy transmission
transmission structure
Prior art date
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Application number
KR1020100031052A
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Inventor
최재원
김응주
이광두
박철균
김정훈
윤정호
황상훈
서철헌
Original Assignee
삼성전기주식회사
숭실대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사, 숭실대학교산학협력단 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020100031052A priority Critical patent/KR20110111796A/ko
Priority to US12/833,662 priority patent/US8319473B2/en
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Abstract

본 발명은 무선 에너지 전송 구조체에 관한 것으로, 인쇄회로기판, 디스크부 및 와이어부를 포함한다. 상기 인쇄회로기판은 링 형태로 형성되고, 상기 디스크부는 서로 대응되는 곳에 소정 간격 이격되도록 상기 인쇄회로기판에 형성된 제 1 도체판과 제 2 도체판 및 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판 사이에 삽입된 유전물질로 이루어지며, 상기 와이어부는 상기 인쇄회로기판의 내곽과 외곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 메타물질 구조로 형성된 다수의 메타 셀들과 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판에 각각 연결되고 상기 다수의 메타 셀들을 둘러싸도록 형성된 전송선로로 이루어진다.

Description

무선 에너지 전송 구조체{Wireless Energy Transmission Structure}
본 발명은 무선 에너지 전송 구조체에 관한 것이다.
무선 통신 기술의 급속한 발전으로 인해 가상현실에서나 가능해 보였던 새로운 응용 분야들이 새로이 도전되고 많은 부분들이 빠르게 구현되어 현실화되어 가고 있다.
그중에서도 가장 주목받고 있는 부분이 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 이용한 U-시티, 홈 네트워크를 가능하게 하기 위한 펨토(Femto) 셀 분야, 가사 도우미의 역할을 담당하는 로봇, 전시 작전 중 비상 임무를 수행하는 무인기, 미래 에너지 및 환경문제를 해결할 수 있는 우주 태양광 발전 등이다.
이러한, 응용 분야들은 각각의 분야에서 정보를 수집하고 이를 이용하여 제반 사항에 대한 인지 및 예방, 제어를 가능하게 한다.
그러나, 이러한 응용 분야에 적용되고 있는 시스템들은 무선 통신은 가능하나, 에너지 공급 및 전송 측면에서 여전히 문제점을 드러내고 있어 진정한 의미에서의 무선 통신 시스템 또는 무선 시스템이라 할 수 없고, 배터리나 연료의 수명, 무선 전송 가능한 에너지량에 극히 지배적인 문제점을 가지고 있다.
한편, 전동 칫솔, 노트북, 워크맨 등에는 전자기 유도 방식이라 일컫는 전자기파에 의한 인덕턴스 커플링 기술이 사용되고 있으나, 이러한 전자기파에 의한 인덕턴스 커플링 기술은 인덕터의 결합 계수가 높지 않을 경우 에너지 전송 효율이 급격히 나빠지는 단점이 있어 특정 위치를 이탈할 경우 무선 에너지 전송이 불가능한 문제가 있다.
이에 따라, 저전력, 전송 거리 및 전송 가능한 에너지량, 지속 운용 가능 시간 등의 문제를 해결하기 위해 전자기 유도 방식과 유사하나 인덕터와 커패시터에 의해 특정 공진 주파수에서 에너지가 집중되도록 하여 자기 에너지 형태로 전력을 송신하는 자기 공명 기술이 개발되고 있다.
이러한, 자기 공명 기술을 이용한 무선 에너지 전송 구조체는 전자기 유도 방식에 비해 비교적 큰 전력을 수 미터까지 전송할 수 있는 장점이 있으나, 높은 공진 특성(High Quality Factor)을 요구하고 있다.
일반적으로, 자기 공명 기술을 이용한 무선 에너지 전송 구조체는 두 개의 도체판과 상기 두 개의 도체판 사이에 삽입된 유전체로 구성된 디스크부와 상기 디스크부의 양단에 연결된 링 형태의 와이어부를 포함하도록 구성된다.
이러한, 무선 에너지 전송 구조체는 무선 에너지 송신 장치의 와이어 양단에 에너지가 공급되면, 공급된 에너지에 따라 디스크의 커패시턴스에 의해 전계가 형성되고, 와이어의 인덕턴스에 의해 자계가 형성된다.
이때, 디스크에서 형성된 전계와 와이어에 의해 형성된 자계는 에너지를 주기적으로 교환하고, 에너지의 주기적인 교환으로 인해 무선 에너지 송신 장치와 무선 에너지 수신 장치 사이에는 자계가 형성된다.
이와 같이, 무선 에너지 송신 장치와 무선 에너지 수신 장치 사이에 형성된 자계는 무선 에너지 수신 장치의 와이어와 디스크에 각각 자계와 전계를 형성시킨다.
즉, 무선 에너지 송신 장치와 동일하게 무선 에너지 수신 장치에도 전계와 자계가 형성된다.
이로 인해, 상기 무선 에너지 수신 장치는 무선 에너지 송신 장치로부터 전송된 에너지를 와이어를 통해 전기 장치로 에너지를 공급하게 된다.
이와 같은 구조로 이루어진 자기 공명 기술을 이용한 무선 에너지 전송 구조체는 높은 공진 특성을 달성하기 위해서는 디스크부와 와이어부에서 발생 되는 전계와 자계의 세기가 커야 한다.
그러나, 종래의 무선 에너지 전송 구조체에서 전계와 자계의 세기를 크게 하기 위해서는 디스크부와 와이어부의 크기가 커야 하므로 실제 무선 에너지 송수신 장치로 적용하기에는 적합하지 않은 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 메타물질 구조로 와이어를 형성하고, 가변 커패시터를 사용함으로써 크기는 소형화하면서 제작이 용이하고, 전송 거리 및 전송 효율을 향상시킬 수 있는 무선 에너지 전송 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체는 링 형태의 인쇄회로기판; 서로 대응되는 곳에 소정 간격 이격되도록 상기 인쇄회로기판에 형성된 제 1 도체판과 제 2 도체판 및 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판 사이에 삽입된 유전물질로 이루어진 디스크부; 및 상기 인쇄회로기판의 내곽과 외곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 메타물질 구조로 형성된 다수의 메타 셀들과 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판에 각각 연결되고 상기 다수의 메타 셀들을 둘러싸도록 형성된 전송선로로 이루어진 와이어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 인쇄회로기판은 원형이나 사각형의 링 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 인쇄회로기판은 링 부분의 폭이 3㎝이고, 한 변의 길이가 30㎝인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 인쇄회로기판은 유전율이 4.4이고, 두께가 2.0㎜인 FR4로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 디스크부는 공진 주파수에 따라 커패시터 값이 가변 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 디스크부는 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판 사이에 설치되는 공진 주파수 보상용 커패시터에 의해 커패시터 값을 가변하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 유전물질은 공기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 유전물질은 9.2의 유전율을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판 사이의 폭은 0.28㎜이고, 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판의 반지름은 50㎜이며, 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판의 폭은 30㎜인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 메타 셀은, 상기 인쇄회로기판의 내곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 제 1 메타 셀; 및 상기 인쇄회로기판의 외곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 제 2 메타 셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 제 1 메타 셀과 제 2 메타 셀은 서로 병렬로 연결되어 한 쌍을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 제 1 메타 셀과 제 2 메타 셀의 간격은 2.0㎜이고, 상기 제 1 메타 셀과 제 2 메타 셀의 선 폭과 선 사이의 간격은 1.0㎜인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 메타 셀은 원형이나 사각형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 메타 셀은 나선형 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 메타 셀은 분할 링 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메타 셀은 두 개 이상의 분할 링으로 형성되고, 상기 분할 링의 분할된 부분은 서로 대향 되는 곳에 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 전송선로는 상기 메타 셀이 식각된 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 무선 에너지의 전송 거리와 전송 효율을 개선할 수 있고, 무선 에너지 전송 구조체를 소형화시킬 수 있으며, 무선 에너지 전송 구조체의 제작이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스크부에 공진 주파수 보상용 커패시터가 설치된 형상을 나타내는 상세도이다.
도 3은 도 1에 도시된 디스크부의 단면 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 무선 에너지 전송 구조체의 입출력 정합 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 무선 에너지 전송 구조체의 입출력 정합 회로를 나타내는 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명들과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 디스크부에 공진 주파수 보상용 커패시터가 설치된 형상을 나타내는 상세도이며, 도 3은 도 1에 도시된 디스크부의 단면 사시도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 링 형태의 인쇄회로기판(2), 서로 대응되는 곳에 소정 간격 이격되도록 상기 인쇄회로기판(2)에 형성된 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 및 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판 사이에 삽입된 유전물질(16)로 이루어진 디스크부(10), 및 상기 인쇄회로기판(2)의 내곽과 외곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 메타물질(Meta Material) 구조(즉, 음의 굴절률을 갖도록 형성된 구조)로 형성된 다수의 메타 셀(Meta Cell)(22)들과 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14)에 각각 연결되고 상기 다수의 메타 셀(22)들을 둘러싸도록 형성된 전송선로(24)로 이루어진 와이어부(20)를 포함하도록 구성된다.
인쇄회로기판(2)은 단면 또는 다층 구조 중 어느 하나의 구조로 갖도록 형성되고, 링 형태로 형성된다.
이러한, 인쇄회로기판(2)이 다층 구조로 이루어질 경우 상기 제 1 도체판(12), 제 2 도체판(14), 및 전송선로(24)는 비아홀(도시하지 않음)을 통해 서로 연결된다.
한편, 상기 링 형태의 인쇄회로기판(2)은 원형이나 사각형으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 동일한 반지름의 길이에서 원형에 비해 더 넓은 면적과 더 긴 와이어를 제공하도록 사각형으로 형성된다.
그리고, 상기 링 형태의 인쇄회로기판(2)에서 링의 폭(즉, 와이어부(20)가 형성된 부분의 폭)(W)은 2.5㎝ ~ 3.5㎝, 바람직하게는 3.0㎝이고, 한 변의 길이(L)는 27㎝ ~ 33㎝, 바람직하게는 30㎝이다.
또한, 상기 인쇄회로기판(2)은 유전율이 4.0 ~ 4.8, 바람직하게는 4.4이고, 두께(t)가 1.8㎜ ~ 2.2㎜, 바람직하게는 2.0㎜인 FR4로 형성된다.
상기 디스크부(10)는 자기장 기반의 LC 공진에 있어 커패시터(Capacitor) 역할을 수행하는 것으로, 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 및 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 사이에 삽입된 유전물질(16)로 이루어진다.
이러한, 디스크부(10)는 전원부(도시하지 않음)에서 공급되는 전원이 전송선로(24)를 통해 공급되면, 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 사이에서 전계가 발생 된다.
한편, 상기 디스크부(10)에는 무선 에너지 전송 구조체의 제작 시 발생하는 오차로 인해 공진 주파수가 틀어지는 것을 보상하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 사이에 공진 주파수 보상용 커패시터(18)가 설치될 수 있다.
즉, 상기 디스크부(10)는 상기 제 1 도체판(12), 제 2 도체판(14), 및 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 사이에 삽입된 유전물질(16)로 이루어진 커패시터와 공진 주파수 보상용 커패시터(18)를 이용하여 필요에 따라 커패시터 값을 가변할 수 있다.
한편, 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 사이에 삽입되는 유전물질(16)로는 공기(air)나 소정의 유전율(ε)을 갖는 별도의 유전체가 사용된다.
이러한, 디스크부(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 사이의 폭(d)이 0.2㎜ ~ 0.4㎜, 바람직하게는 0.28㎜이고, 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14)의 반지름(r)은 30㎜ ~ 80㎜, 바람직하게는 50㎜이며, 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14)의 폭(w)은 20㎜ ~ 40㎜, 바람직하게는 30㎜이다.
또한, 상기 유전물질(16)의 유전율은 8.6 ~ 10, 바람직하게는 9.2이다.
와이어부(20)는 자기장 기반의 LC 공진에 있어 인덕터(Inductor) 역할을 수행하는 것으로, 상기 인쇄회로기판(2)의 내곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 메타물질 구조로 형성된 다수의 제 1 메타 셀(22a)들, 상기 인쇄회로기판(2)의 외곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 메타물질 구조로 형성된 다수의 제 2 메타 셀(22b)들 및 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14)에 각각 연결되고 상기 다수의 제 1 메타 셀(22a)들과 제 2 메타 셀(22b)들을 둘러싸도록 형성된 전송선로(24)로 구성된다.
이때, 상기 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)은 서로 병렬로 연결되어 한 쌍을 이루도록 형성되고, 한 쌍을 이루는 형태가 직렬로 상기 인쇄회로기판(2)의 내곽과 외곽을 둘러싸도록 반복되게 된다.
이러한, 상기 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)은 원형 또는 사각형으로 형성되나, 바람직하게는 사각형으로 형성된다.
상기 메타 셀(22)이 사각형으로 형성되는 이유는 동일한 반지름의 길이에서 원형에 비해 더 넓은 면적을 얻을 수 있고, 메타물질 구조들 사이에 서로 맞닿는 부분이 원형보다 더 크고 더 넓기 때문이다.
이러한, 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 나선형 공진 구조로 형성된다.
이때, 상기 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)은 1.5㎜ ~ 2.5㎜, 바람직하게는 2.0㎜의 간격을 갖도록 이격되고, 상기 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)의 선 폭과 선 사이의 간격은 0.7㎜ ~ 1.3㎜, 바람직하게는 1.0㎜이다.
상기 전송선로(24)는 에너지를 공급받거나 에너지를 공급하는 것으로 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14)에 각각 연결되고, 나선형 공진 메타물질 구조 즉, 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)이 식각 된 구조로 형성된다.
즉, 상기 제 1 메타 셀(22a)과 상기 제 2 메타 셀(22b)은 상기 전송선로(24)가 식각 된 음각 구조로 형성된다.
이로 인해, 상기 전송선로(24)가 상기 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)을 둘러싸게 된다.
이러한, 전송선로(24)는 두께가 0.05㎜ ~ 0.09㎜, 바람직하게는 0.07㎜의 구리로 형성된다.
이와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 상기 디스크부(10) 및 와이어부(20)는 도 1과 같이 상기 인쇄회로기판(2)의 한 면에만 형성되거나 인쇄회로기판(2)의 양면에 모두 형성될 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 송수신부의 입출력단에서 반사되어 손실되는 전력을 줄이기 위해 도 4와 같은 입출력 정합 회로가 사용된다.
이때, 상기 입출력 정합 회로는 직렬 인덕터(L)와 병렬 커패시터(C1)로 구성되는데, 인덕터(L)의 값은 입출력 각각 3.07μH 및 3.90μH이고, 커패시터(C1) 값은 입출력 모두 430㎊이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체를 도 4와 같은 입출력 정합 회로에 결합할 경우에는 표 1과 같은 동작 특성 측정값을 얻을 수 있다.
동작 특성 단위 결과
공진 주파수 ㎒ 35.5 35.6
인가 전력 dBm 11.5 11.5
전송 거리 m 0.3 0.5
전송 이득 dB -2.7 -12.1
전송 효율 % 53.7 6.2
즉, 0.3m와 0.5m의 전송 거리에서 11.5dBm의 동일한 전력을 인가할 때 0.3m의 전송 거리에서의 전송 이득은 공진 주파수가 35.5㎒에서 약 -2.7dB이고, 0.5m의 전송 거리에서의 전송 이득은 공진 주파수가 35.6㎒에서 약 -12.1dB이며, 전송 효율은 0.3m의 전송 거리에서 약 53.7%이고, 0.5m의 전송 거리에서 약 6.2%이다.
표 1에서 알 수 있듯이, 무선 에너지 전송 구조체(1)는 송수신단 사이의 전송 거리가 멀어지면 송수신 구조체 사이의 상호 결합 특성 약화에 의해 상호 커패시턴스가 감소하기 때문에 공진 주파수가 증가함을 알 수 있다.
또한, 전송 거리가 0.5m인 지점에서 전송 효율이 급격히 떨어짐을 알 수 있는데, 이는 전송 거리가 0.5m인 지점부터 무선 에너지 전송 송수신 구조체 사이의 공진에 의한 결합 특성이 급격히 떨어졌기 때문이다.
그러나, 상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 와이어부(20)에 메타 셀(22)을 형성하기 때문에 전송 효율을 높일 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체와 동일한 구조로 형성하되, 와이어부에 메타 셀을 형성하지 않을 경우(즉, 종래의 무선 에너지 전송 구조체) 동작 특성은 표 2와 같이 측정되는데, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 종래의 무선 에너지 전송 구조체에 비해 0.3m의 전송 거리에서는 약 11%, 0.5m의 전송 거리에서는 약 2% 정도의 전송 효율이 개선됨을 알 수 있다.
동작 특성 단위 결과
공진 주파수 ㎒ 41.8 42.7
인가 전력 dBm 11.5 11.5
전송 거리 m 0.3 0.5
전송 이득 dB -3.7 -13.6
전송 효율 % 42.66 4.37
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 나선형 공진 메타물질 구조로 형성된 메타 셀을 와이어부(20)에 형성하기 때문에 종래의 무선 에너지 전송 구조체에 비해 공진 Q 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 전송 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 와이어부(20)에 형성된 나선형 공진 구조의 메타 셀로 인해 상호 결합 특성이 향상되어 상호 커패시턴스가 증가하기 때문에 종래의 무선 에너지 전송 구조체에 비해 공진 주파수를 낮출 수 있게 되어 무선 에너지 전송 구조체의 크기를 줄일 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체를 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 도 5에 도시된 바와 같이, 링 형태의 인쇄회로기판(2), 서로 대응되는 곳에 소정 간격 이격되도록 상기 인쇄회로기판(2)에 형성된 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14) 및 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판 사이에 삽입된 유전물질(16)로 이루어진 디스크부(10), 및 상기 인쇄회로기판(2)의 내곽과 외곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 메타물질 구조로 형성된 다수의 메타 셀(22)들과 상기 제 1 도체판(12)과 제 2 도체판(14)에 각각 연결되고 상기 다수의 메타 셀(22)들을 둘러싸도록 형성된 전송선로(24)로 이루어진 와이어부(20)를 포함하도록 구성된다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체와 비교하여 메타 셀의 형상만 다를 뿐 다른 모든 구성요소는 동일하므로 상세한 설명은 상술한 내용으로 대치하기로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에서 와이어부(20)에 형성된 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)은 도 5에 도시된 바와 같이 분할 링 구조로 형성되고, 안쪽에 형성된 링과 바깥쪽에 형성된 링의 분할된 부분은 서로 대향(즉, 반대쪽) 되는 곳에 형성된다.
이러한, 상기 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)은 분할 링 구조가 도 5와 같이 두 개 형성되거나 하나 또는 세 개 이상 형성될 수 있다.
상기 제 1 메타 셀(22a)과 제 2 메타 셀(22b)이 세 개 이상의 분할 링 구조로 형성될 경우 서로 인접한 곳에 형성된 분할 링의 분할 된 부분은 서로 대향 되는 곳에 형성된다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체(1)는 도 6과 같은 입출력 정합 회로와 결합 되고, 동작 특성은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체와 유사하나 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 구조체에 비해 더 낮은 공진 주파수를 갖는다.
1 : 무선 에너지 전송 구조체 2 : 인쇄회로기판
10 : 디스크부 12, 14 : 도체판
16 : 유전물질 18 : 공진 주파수 보상용 커패시터
20 : 와이어부 22a, 22b : 메타 셀
24 : 와이어

Claims (17)

  1. 링 형태의 인쇄회로기판;
    서로 대응되는 곳에 소정 간격 이격되도록 상기 인쇄회로기판에 형성된 제 1 도체판과 제 2 도체판 및 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판 사이에 삽입된 유전물질로 이루어진 디스크부; 및
    상기 인쇄회로기판의 내곽과 외곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 메타물질 구조로 형성된 다수의 메타 셀들과 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판에 각각 연결되고 상기 다수의 메타 셀들을 둘러싸도록 형성된 전송선로로 이루어진 와이어부를 포함하는 무선 에너지 전송 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 원형이나 사각형의 링 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 링 부분의 폭이 3㎝이고, 한 변의 길이가 30㎝인 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 유전율이 4.4이고, 두께가 2.0㎜인 FR4로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 디스크부는 공진 주파수에 따라 커패시터 값이 가변 되는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 디스크부는 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판 사이에 설치되는 공진 주파수 보상용 커패시터에 의해 커패시터 값을 가변하는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전물질은 공기인 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전물질은 9.2의 유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 도체판과 제 2 도체판 사이의 폭은 0.28㎜이고, 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판의 반지름은 50㎜이며, 상기 제 1 도체판과 제 2 도체판의 폭은 30㎜인 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 메타 셀은,
    상기 인쇄회로기판의 내곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 제 1 메타 셀; 및
    상기 인쇄회로기판의 외곽을 둘러싸도록 반복되게 형성된 제 2 메타 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 메타 셀과 제 2 메타 셀은 서로 병렬로 연결되어 한 쌍을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 메타 셀과 제 2 메타 셀의 간격은 2.0㎜이고, 상기 제 1 메타 셀과 제 2 메타 셀의 선 폭과 선 사이의 간격은 1.0㎜인 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 메타 셀은 원형이나 사각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 메타 셀은 나선형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 메타 셀은 분할 링 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 메타 셀은 두 개 이상의 분할 링으로 형성되고, 상기 분할 링의 분할된 부분은 서로 대향 되는 곳에 형성된 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 전송선로는 상기 메타 셀이 식각된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 구조체.
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