IT분야 기술소개서76

IT - 핵심부품

무선전력 충전을 위한 공진 장치

출 원 번 호 10-2016-0006612 출 원 일 자 2016-01-19

등 록 번 호 10-1756224 등 록 일 자 2017-07-04

출 원 인 인천대학교 산학협력단 대표발명자 강승택

01

02

기술개요 및 대표도면

기술의 특징 및 효과

◆ 기술의 특징

저주파 대역에서 높은 무선 전력 충전 효율을 담보할 수 있는 무선전력 충전을 위한 공진 장치이며 제1

공진부와 접하거나 또는 미리 결정된 간격만큼 이격되어 위치하는 제2 공진부 및 연결되어 전력을 분

배하는 전력분배부로 구성되며 전송 선로로부터 칩 인덕터가 삽입되고 칩 인덕터에는 칩 커패시터가

삽입됨. 이로써 공진 루프 어레이(resonance loop aray) 구성을 통해 자기장의 직진성을 증가시킴

◆ 기술의 효과

① 6MHz에 인접하는 저주파 대역에서 높은 무선 전력 충전 효율을 가짐

② 다수의 공진부 각각에 전력을 분배하는 전력 분배부의 소형화가 가능하여 무선 전력 충전을 위한 공

진 장치의 크기를 크게 줄일 수 있음

본 발명은 무선전력 충전을 위한 공진 장치에 관한 것이다. 보다

상세하게는 저주파 대역에서 높은 무선 전력 충전 효율을 담보할

수 있는 무선전력 충전을 위한 공진 장치에 관한 것이다. 본 발명

은 제1 공진부; 상기 제1 공진부와 접하거나 또는 미리 결정된 간

격만큼 이격되어 위치하는 제2 공진부; 및 상기 제1 공진부 및 상

기 제2 공진부와 연결되는 전력 분배부를 포함하는 것을 특징으로

한다. 본 발명에 의하면 단일 공진기 형태가 아닌 다수의 공진부를

포함하는 공진 루프 어레이(resonance loop aray) 구성을 기반으

로 함으로써 자기장의 직전성을 증가시켜 6MHz에 인접하는 저주

파 대역에서 높은 무선 전력 충전 효율을 담보할 수 있는 효과를

갖는다.

IT분야 기술소개서 77

IT(에

너지

고효

율화

네트

워크

) 기술

소개

서

03 기술·시장 동향

◆ 기술 동향

•�한국과학기술원(한국) : 다이폴 코일 공진방식(DCRS)를 이용한 20kHz의 주파수로 5m에서 209W

의 전력을 전송함

•�한국전기연구원(한국) : 송신공진기와 중계공진기를 서로 수직으로 배치하고 900kHz 공진주파수를

사용하여 송수신 공진기의 거리가 1m 떨어진 상태에서 에너지 중계가 가능한 시제품을 선보임

•�MIT(미국) : 30cm까지 전송이 가능한 Magnetic MIMO 기술을 2014년 발표함

•�Wibotic(미국) : 드론에 적용할 무선충전 플랫폼을 개발함

◆ 시장 동향

•�Grand View Research의 통계에 따르면 세계 무선전력전송 시장 규모는 2014년 11.2 억 달러에서

2019년 88.8억 달러까지 연평균 약 51%씩 성장할 것으로 전망함

•�무선전력전송시장의 응용분야별로 보면 소비가전이 58.5%로 가장 높고, 산업용 33.2%, 차량용

6.2%의 순으로 예측되었으며, 국내 무선전력전송 시장은 3차원 공간 무선전력전송 기술의 활성화에

힘입어 세계 시장의 30%를 점유할 것으로 예상됨

04 기술의 적용 분야 및 제품

◆ 적용 분야

•�무선 충전 기술

•�적용 제품 : 모바일 기기, 중계 공진기, 무인자율기기 등

IT분야 기술소개서78

05 기존기술 대비 특·장점6MHz에 인접하는 저주파 대역에서 높은 무선 전력 충전 효율을 가지고 다수의 공진부 각각에 전력을 분

배하는 전력 분배부의 소형화가 가능하여 무선 전력 충전을 위한 공진 장치의 크기를 크게 줄일 수 있음

06 기술개발 상태

1단계 2단계 3단계 4단계 5단계 6단계 7단계 8단계 9단계

기초 이론/실험

실용목적아이디어특허 등

개념정립

실험실규모의

기본성능검증

실험실규모의

소재부품시스템

핵심성능평가

확정된소재부품시스템제작 및

성능평가

파일롯규모

시작품제작 및

성능평가

신뢰성평가 및

수요기업평가

시제품인증 및표준화

사업화

기초연구단계 실험 단계 시작품 단계 실용화 단계 사업화 단계

◆ TRL 단계

07 대표 발명자 정보

◆ 주요 논문

Design of a UHF Wideband Antenna with a Compact Notch Filter, IET Microwaves Antennas

&Propagation , 제10권(집) , 제15호 , PP.1625~1632 , 2016.12.15

Portable Metamaterial Structure Antenna for Dual-Band and Polarization-Reconfigurability, 한국위

성정보통신학회논문지 , 제11권(집) , 제3호 , PP.127~132 , 2016.09.30

A novel dipole antenna backed by a thin and small-area AMC for good impedance match and low

SAR on human tissue, JOURNAL OF ELECTROMAGNETIC WAVES AND APPLICATIONS , 제30권(집)

, 제12호 , PP.1591~1602 , 2016.07.18

◆ 기술개발 주요 내용

•�무선전력전송 기술은 자기장 또는 전자기파를 이용하여 전력 에너지를 무선으로 전송하는 기술로서

자기유도 방식, 자기공명 방식 및 전자기파 방식으로 구분됨

•�무선전력전송 기술은 모바일 기기 분야를 중심으로 성장하여 왔으나 향후 가전, 전기자동차, 산업용

기기 등의 분야로 확산 될 것으로 예상됨

•�현재까지는 표준화, 충전효율 및 안전성 등 기술적 부문에 있어서는 자기유도 방식이 주도하고 있지

만, 향후에는 자기공명 방식의 무선충전 기술이 시장을 주도할 것으로 전망됨

•�무선전력전송 산업은 2020년까지 지속적인 고성장을 통해 새로운 성장 동력 산업이 될 것으로 전망

됨

IT분야 기술소개서 79

IT(에

너지

고효

율화

네트

워크

) 기술

소개

서

08 기술이전 문의

주 소인천광역시 연수구 아카데미로 119(송도동)

인천대학교 19호관 1층 107호 산학협력단

전화번호 032-835-9766 담 당 자 최정훈

이 메 일 cjh@inu.ac.kr

5세대 이동통신 단말기 탑재 저비용 단일 빔 밀리미터파 안테나의 설계, 융복합지식학회논문지 , 제4권(집)

, 제2호 , PP.59~65 , 2016.07.01

Evolution-strategy Optimized Dual-Band Antenna for UHF-band RFID/IoE Application, 융복합지식

학회논문지 , 제4권(집) , 제2호 , PP.67~72 , 2016.07.01

Design of a Compact Four MIMO Handset Antenna Structure, MICROWAVE JOURNAL , 제59권(집)

, 제4호 , PP.162~174 , 2016.06.13

Investigating Electromagnetic Power Transfer Ratio of Circular Polarizing Planar Metasurface

Lens, 한국위성정보통신학회논문지 , 제11권(집) , 제1호 , PP.37~40 , 2016.03.02

Novel and compact open-ended CRLH-TL notch filter, INTERNATIONAL JOURNAL OF RF AND

MICROWAVE COMPUTER-AIDED ENGINEERING , 제29권(집) , 제3호 , PP.247~253 , 2016.03.01

Design of A Waveguide Limiter Having an Improved Attenuation and a Broadened Bandwidth

by Using Multiple PIN-Diode Posts, 한국위성정보통신학회논문지 , 제10권(집) , 제3호 , PP.26~31

, 2015.10.01

Broadband Tunable Third-Order IMD Cancellation Using Left-Handed Transmission-Line-Based

Phase Shifter, IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS , 제25권(집) , 제7호

, PP.478~480 , 2015.07.01

이중대역 오프셋 카세그레인 반사판 안테나용 메타재질구조 모사 주파수 선택표면 부반사판 설계, 한국위성

정보통신학회논문지 , 제10권(집) , 제2호 , PP.34~39 , 2015.06.01

A Compact MIMO Antenna Using CRLH Configuration Double-Layered Folded Ring Radiators With

Planar Mushroom Decoupling Structure, IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION MAGAZINE , 제57

권(집) , 제2호 , PP.123~130 , 2015.04.15

An Orthogonally Polarized Negative Resonance CRLH Patch Antenna, Journal of Electrical

Engineering &Technology , 제10권(집) , 제1호 , PP.742~747 , 2015.01.01

외 다수

<저서>

Advanced Microwave and Millineter Wave Technologies, IN-Tech , 2010.03.01

Development and Implementation of RFID TECHNOLOGY, intechweb.org , 2009.01.01

IT분야 기술소개서80

IT - 핵심부품

무선전력전송용 평면형 프랙탈 메타물질 공진기 및 에너지 집속 장치

출 원 번 호 10-2015-0191269 출 원 일 자 2015-12-31

등 록 번 호 10-1700934 등 록 일 자 2017-01-23

출 원 인 인천대학교 산학협력단 대표발명자 강승택

01

02

기술개요 및 대표도면

기술의 특징 및 효과

◆ 기술의 특징

무선전력전송용 평면형 프랙탈 메타물질 공진기 및 에너지 집속 장치이며 내부 도체 및 상기 내부 도체

를 둘러싸는 외부 도체를 포함하는 프랙탈 분할 링 공진기(SRR: Split Ring Resonator) 및 캐퍼시터로

구성되며, 내외부도체가 프랙탈 구조로 확장됨

◆ 기술의 효과

① 6㎒, 6.78㎒, 13.56㎒를 포함하는 6㎒ 인접 영역의 주파수 및 6㎒ 이하의 주파수에서 공진하는 무선

전력전송용 공진기의 크기를 소형화할 수 있음

② 무선전력전송 효율을 향상시킴

본 발명의 일 실시예에 의한 무선전력전송용 평면형 프랙탈 메타

물질 공진기는, 기판; 및 상기 기판에 형성된 프랙탈 메타물질 공

진기를 포함하고, 상기 프랙탈 메타물질 공진기는, 내부 도체 및

상기 내부 도체를 둘러싸는 외부 도체를 포함하는 프랙탈 분할 링

공진기(SRR: Split Ring Resonator); 상기 내부 도체의 분할 갭에

형성된 집중 소자 형태의 제1 커패시터; 및 상기 외부 도체의 분할

갭에 형성된 집중 소자 형태의 제2 커패시터를 포함하며, 상기 내

부 도체 및 상기 외부 도체는 각각 프랙탈 구조로 확장되어, 6㎒,

6.78㎒, 13.56㎒를 포함하는 6㎒ 인접 영역의 주파수 및 6㎒ 이하

의 주파수에서 공진하는 무선전력전송용 공진기의 크기를 소형화

할 수 있고, 무선전력전송 효율을 향상시킬 수 있다.

IT분야 기술소개서 81

IT(에

너지

고효

율화

네트

워크

) 기술

소개

서

03 기술·시장 동향

◆ 기술 동향

•�한국과학기술원(한국) : 다이폴 코일 공진방식(DCRS)를 이용한 20kHz의 주파수로 5m에서 209W

의 전력을 전송함

•�한국전기연구원(한국) : 송신공진기와 중계공진기를 서로 수직으로 배치하고 900kHz 공진주파수를

사용하여 송수신 공진기의 거리가 1m 떨어진 상태에서 에너지 중계가 가능한 시제품을 선보임

•�MIT(미국) : 30cm까지 전송이 가능한 Magnetic MIMO 기술을 2014년 발표함

•�Wibotic(미국) : 드론에 적용할 무선충전 플랫폼을 개발함

◆ 시장 동향

•�Grand View Research의 통계에 따르면 세계 무선전력전송 시장 규모는 2014년 11.2 억 달러에서

2019년 88.8억 달러까지 연평균 약 51%씩 성장할 것으로 전망함

•�무선전력전송시장의 응용분야별로 보면 소비가전이 58.5%로 가장 높고, 산업용 33.2%, 차량용

6.2%의 순으로 예측되었으며, 국내 무선전력전송 시장은 3차원 공간 무선전력전송 기술의 활성화에

힘입어 세계 시장의 30%를 점유할 것으로 예상됨

04 기술의 적용 분야 및 제품

◆ 적용 분야

•�무선 충전 기술

•�적용 제품 : 모바일 기기, 중계 공진기, 무인자율기기 등

IT분야 기술소개서82

05 기존기술 대비 특·장점6MHz에 인접하는 저주파 대역에서 높은 무선 전력 충전 효율을 가지고 다수의 공진부 각각에 전력을 분

배하는 전력 분배부의 소형화가 가능하여 무선 전력 충전을 위한 공진 장치의 크기를 크게 줄일 수 있음

06 기술개발 상태

1단계 2단계 3단계 4단계 5단계 6단계 7단계 8단계 9단계

기초 이론/실험

실용목적아이디어특허 등

개념정립

실험실규모의

기본성능검증

실험실규모의

소재부품시스템

핵심성능평가

확정된소재부품시스템제작 및

성능평가

파일롯규모

시작품제작 및

성능평가

신뢰성평가 및

수요기업평가

시제품인증 및표준화

사업화

기초연구단계 실험 단계 시작품 단계 실용화 단계 사업화 단계

◆ TRL 단계

07 대표 발명자 정보

◆ 주요 논문

Design of a UHF Wideband Antenna with a Compact Notch Filter, IET Microwaves Antennas

&Propagation , 제10권(집) , 제15호 , PP.1625~1632 , 2016.12.15

Portable Metamaterial Structure Antenna for Dual-Band and Polarization-Reconfigurability, 한국위

성정보통신학회논문지 , 제11권(집) , 제3호 , PP.127~132 , 2016.09.30

A novel dipole antenna backed by a thin and small-area AMC for good impedance match and low

SAR on human tissue, JOURNAL OF ELECTROMAGNETIC WAVES AND APPLICATIONS , 제30권(집)

, 제12호 , PP.1591~1602 , 2016.07.18

◆ 기술개발 주요 내용

•�무선전력전송 기술은 자기장 또는 전자기파를 이용하여 전력 에너지를 무선으로 전송하는 기술로서

자기유도 방식, 자기공명 방식 및 전자기파 방식으로 구분됨

•�무선전력전송 기술은 모바일 기기 분야를 중심으로 성장하여 왔으나 향후 가전, 전기자동차, 산업용

기기 등의 분야로 확산 될 것으로 예상됨

•�현재까지는 표준화, 충전효율 및 안전성 등 기술적 부문에 있어서는 자기유도 방식이 주도하고 있지

만, 향후에는 자기공명 방식의 무선충전 기술이 시장을 주도할 것으로 전망됨

•�무선전력전송 산업은 2020년까지 지속적인 고성장을 통해 새로운 성장 동력 산업이 될 것으로 전망

됨

IT분야 기술소개서 83

IT(에

너지

고효

율화

네트

워크

) 기술

소개

서

08 기술이전 문의

주 소인천광역시 연수구 아카데미로 119(송도동)

인천대학교 19호관 1층 107호 산학협력단

전화번호 032-835-9766 담 당 자 최정훈

이 메 일 cjh@inu.ac.kr

5세대 이동통신 단말기 탑재 저비용 단일 빔 밀리미터파 안테나의 설계, 융복합지식학회논문지 , 제4권(집)

, 제2호 , PP.59~65 , 2016.07.01

Evolution-strategy Optimized Dual-Band Antenna for UHF-band RFID/IoE Application, 융복합지식

학회논문지 , 제4권(집) , 제2호 , PP.67~72 , 2016.07.01

Design of a Compact Four MIMO Handset Antenna Structure, MICROWAVE JOURNAL , 제59권(집)

, 제4호 , PP.162~174 , 2016.06.13

Investigating Electromagnetic Power Transfer Ratio of Circular Polarizing Planar Metasurface

Lens, 한국위성정보통신학회논문지 , 제11권(집) , 제1호 , PP.37~40 , 2016.03.02

Novel and compact open-ended CRLH-TL notch filter, INTERNATIONAL JOURNAL OF RF AND

MICROWAVE COMPUTER-AIDED ENGINEERING , 제29권(집) , 제3호 , PP.247~253 , 2016.03.01

Design of A Waveguide Limiter Having an Improved Attenuation and a Broadened Bandwidth

by Using Multiple PIN-Diode Posts, 한국위성정보통신학회논문지 , 제10권(집) , 제3호 , PP.26~31

, 2015.10.01

Broadband Tunable Third-Order IMD Cancellation Using Left-Handed Transmission-Line-Based

Phase Shifter, IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS , 제25권(집) , 제7호

, PP.478~480 , 2015.07.01

이중대역 오프셋 카세그레인 반사판 안테나용 메타재질구조 모사 주파수 선택표면 부반사판 설계, 한국위성

정보통신학회논문지 , 제10권(집) , 제2호 , PP.34~39 , 2015.06.01

A Compact MIMO Antenna Using CRLH Configuration Double-Layered Folded Ring Radiators With

Planar Mushroom Decoupling Structure, IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION MAGAZINE , 제57

권(집) , 제2호 , PP.123~130 , 2015.04.15

An Orthogonally Polarized Negative Resonance CRLH Patch Antenna, Journal of Electrical

Engineering &Technology , 제10권(집) , 제1호 , PP.742~747 , 2015.01.01

외 다수

<저서>

Advanced Microwave and Millineter Wave Technologies, IN-Tech , 2010.03.01

Development and Implementation of RFID TECHNOLOGY, intechweb.org , 2009.01.01