KR20120005113A - Apparatus and method for in-band wireless power transmission - Google Patents
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Abstract
Description
기술 분야는 별도의 정보 전송 장치 없이 정보를 전송 및 수신할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wireless power transmission apparatus and method capable of transmitting and receiving information without a separate information transmission apparatus.
최근 들어 IT기술 발전과 함께 다양한 휴대용 전자제품이 출시되었고, 이들의 보급도 늘고 있다. 휴대용 전자제품의 특성 상, 해당 휴대용 전자제품의 배터리 성능이 중요한 문제로 대두되고 있다. 휴대용 전자제품뿐 아니라 생활가전제품에서 데이터를 무선으로 전송하는 기능이 제공되고 있으나, 전력(power)은 전력선(power line)을 통하여 제공 받는다.Recently, with the development of IT technology, various portable electronic products have been released, and their spread is also increasing. Due to the characteristics of portable electronic products, battery performance of the portable electronic products has emerged as an important issue. In addition to portable electronic products, household appliances are provided with a function of wirelessly transmitting data, but power is provided through a power line.
또한, 최근 들어 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술 (wireless power transmission)이 연구되고 있다. 무선 환경의 특성 상, 무선 전력 전송 장치 및 단말기 사이의 거리가 시간에 따라 변할 가능성이 높고, 무선 전력 전송 장치 및 단말기 각각에 포함되는 공진기의 매칭(matching) 조건 역시 변할 수 있다. 따라서, 효율적으로 전력을 무선 전송하기 위해서는 무선 전력 전송 장치 및 단말기 사이에 전력 전송을 위한 정보의 교환이 필요하다.In addition, a wireless power transmission technology (wireless power transmission) that can supply power in recent years has been studied. Due to the characteristics of the wireless environment, the distance between the wireless power transmitter and the terminal is likely to change with time, and matching conditions of the resonators included in each of the wireless power transmitter and the terminal may also be changed. Therefore, in order to efficiently transmit power wirelessly, it is necessary to exchange information for power transmission between the wireless power transmitter and the terminal.
일 측면에 있어서, 인 밴드 무선 전력 전송 장치는 단말기로 전력을 무선 전송하는 전송부 및 상기 단말기로 전송하는 전송 정보에 대응하여, 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어하는 제어부를 포함한다.In one aspect, the in-band wireless power transmitter includes a transmitter for wirelessly transmitting power to a terminal and a control unit for controlling the amount of power wirelessly transmitted by the transmitter in response to transmission information transmitted to the terminal.
상기 제어부는 일정한 시간폭 및 진폭을 가지는 펄스의 위치를 시간에 따라 달리하여 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다.The controller may control the amount of power wirelessly transmitted by the transmitter by modulating the transmission information by varying the position of a pulse having a predetermined time width and amplitude with time.
또한, 상기 제어부는 일정한 진폭 및 위치를 가지는 펄스의 시간폭을 달리하여 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다.The controller may control the amount of power wirelessly transmitted by the transmitter by modulating the transmission information by varying a time width of a pulse having a constant amplitude and position.
또한, 상기 제어부는 일정한 시간폭 및 위치를 가지는 펄스의 진폭을 달리하여 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다.The controller may control the amount of power wirelessly transmitted by the transmitter by modulating the transmission information by changing amplitudes of pulses having a predetermined time width and position.
또한, 상기 제어부는 반송파의 주파수를 변화시켜 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다.The controller may control the amount of power wirelessly transmitted by the transmitter by changing a frequency of a carrier to modulate the transmission information.
또한, 상기 제어부는 변조에서 취할 수 있는 상태수를 2이상으로 다치화(Multi-level)하여 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다.The controller may control the amount of power transmitted by the transmitter wirelessly by modulating the transmission information by multi-leveling the number of states that can be taken in modulation to two or more.
일 측면에 있어서, 단말기는 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 무선 전송 받는 수신부 및 상기 무선 전력 전송 장치로 전송하는 단말 정보에 대응하여 내부 임피던스를 제어하는 제어부를 포함한다.In one aspect, the terminal includes a receiver for receiving power wirelessly transmitted from the wireless power transmitter and a controller for controlling the internal impedance in response to the terminal information transmitted to the wireless power transmitter.
또한, 상기 제어부는 일정한 시간폭 및 진폭을 가지는 펄스의 위치를 시간에 따라 달리하여 상기 단말 정보를 변조하는 방식으로 상기 내부 임피던스를 제어할 수 있다.The controller may control the internal impedance by modulating the terminal information by changing a position of a pulse having a predetermined time width and amplitude according to time.
또한, 상기 제어부는 일정한 진폭 및 위치를 가지는 펄스의 시간폭을 달리하여 상기 단말 정보를 변조하는 방식으로 상기 내부 임피던스를 제어할 수 있다.The controller may control the internal impedance by modulating the terminal information by changing a time width of a pulse having a constant amplitude and position.
또한, 상기 제어부는 일정한 시간폭 및 위치를 가지는 펄스의 진폭을 달리하여 상기 단말 정보를 변조하는 방식으로 상기 내부 임피던스를 제어할 수 있다.The controller may control the internal impedance by modulating the terminal information by varying an amplitude of a pulse having a predetermined time width and position.
또한, 상기 제어부는 변조에서 취할 수 있는 상태수를 2이상으로 다치화(Multi-level)하여 상기 단말 정보를 변조하는 방식으로 상기 내부 임피던스를 제어할 수 있다.The controller may control the internal impedance by modulating the terminal information by multi-leveling the number of states that can be taken in modulation to two or more.
일 측면에 있어서, 인 밴드 무선 전력 전송 방법은 단말기로 전력을 무선 전송하는 단계 및 상기 단말기로 전송하는 전송 정보에 대응하여 무선 전송하는 전력량을 제어하는 단계를 포함한다.In one aspect, the in-band wireless power transmission method includes the step of wirelessly transmitting power to the terminal and the step of controlling the amount of power for wireless transmission in response to the transmission information transmitted to the terminal.
전송하고자 하는 정보에 대응하여 무선 전력 전송 장치의 무선 전송하는 전력량을 제어함으로써, 정보 전송을 위한 별도의 추가 장치 없이 인 밴드에서 정보를 전송할 수 있는 방안이 제시된다. By controlling the amount of power for wireless transmission of the wireless power transmitter in response to the information to be transmitted, a method for transmitting information in-band without an additional device for information transmission is proposed.
전송 정보에 대응하여 다양한 변조 방식을 통하여 무선 전송하는 전력량을 제어함으로써, 전송 정보의 전송 속도를 증가시킬 수 있다.By controlling the amount of power wirelessly transmitted through various modulation schemes in response to the transmission information, the transmission speed of the transmission information can be increased.
전송하고자 하는 정보에 대응하여 단말기의 내부 임피던스를 제어하여, 무선 전력 전송 장치가 전송하는 전송 신호의 반사파를 제어함으로써, 정보 전송을 위한 별도의 추가 장치 없이 정보를 전송할 수 있는 방안이 제시된다.By controlling the internal impedance of the terminal in response to the information to be transmitted, by controlling the reflected wave of the transmission signal transmitted by the wireless power transmitter, a method for transmitting information without an additional device for information transmission is proposed.
별도의 추가 장치가 요구되지 않음으로써, 소비 전력량을 줄일 수 있고, 정보 교환을 위한 통신 영역과 전력을 무선 전송하기 위한 전송 영역이 일치하도록 하는 매칭(matching) 작업을 생략할 수 있다.Since no additional device is required, the amount of power consumption can be reduced, and a matching operation for matching a communication area for information exchange and a transmission area for wireless transmission of power can be omitted.
도 1은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4a는 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치에 적용된 제어방식을 나타내는 그래프이다.
도 4b는 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치에 적용된 제어방식을 나타내는 그래프이다.
도 4c는 또 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치에 적용된 제어방식을 나타내는 그래프이다.
도 4d는 또 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치에 적용된 제어방식을 나타내는 그래프이다.
도 5는 또 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 단말기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 단말기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 또 다른 일실시예에 따른 단말기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 11은 다른 일실시예에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 커패시터의 삽입 위치를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 13은 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a configuration of an in-band wireless power transmitter according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a configuration of an in-band wireless power transmitter according to another embodiment.
4A is a graph illustrating a control scheme applied to an in-band wireless power transmitter according to an embodiment.
4B is a graph illustrating a control scheme applied to an in-band wireless power transmitter according to another embodiment.
4C is a graph illustrating a control scheme applied to an in-band wireless power transmitter according to another embodiment.
4D is a graph illustrating a control scheme applied to an in-band wireless power transmitter according to another embodiment.
5 is a diagram illustrating a configuration of an in-band wireless power transmission device according to another embodiment.
6 is a diagram illustrating a configuration of a terminal according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating a configuration of a terminal according to another embodiment.
8 is a diagram illustrating a configuration of a terminal according to another embodiment.
9 illustrates a meta-structured resonator according to an embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the resonator illustrated in FIG. 9.
11 is a diagram illustrating a meta-structured resonator according to another embodiment.
12 is a view showing in detail the insertion position of the capacitor of FIG.
13 is a flowchart illustrating an in-band wireless power transmission method according to an embodiment.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1은 일실시예에 따른 무선 전력전송 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment.
도 1의 예에서, 무선 전력 전송 시스템을 통해 전송되는 무선 전력은 공진 전력(resonance power)이라 가정한다. In the example of FIG. 1, it is assumed that the wireless power transmitted through the wireless power transmission system is resonance power.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 즉, 무선 전력 전송 시스템은 소스에 해당하는 공진 전력 전송 장치(110)와 타겟에 해당하는 공진 전력 수신 장치(120)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a wireless power transmission system is a source-target structure consisting of a source and a target. That is, the wireless power transmission system includes a
공진 전력 전송 장치(110)는 외부의 전압 공급기로부터 에너지를 수신하여 공진 전력을 발생시키는 소스부(111) 및 소스 공진기(115)를 포함한다. 이때, 외부의 전압 공급원은 AC, DC 및 배터리 등이 될 수 있다. 또한, 공진 전력 전송 장치(110)는 공진주파수 또는 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 제어부(Matching control)(113)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 공진 전력 전송 장치(110)는 공진 주파수 대역을 이용하여 공진 전력 수신 장치(120)에 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 공진 전력 전송 장치(110)는 외부의 전압 공급원으로부터 무선 전력을 전송하는 안테나로 전달되는 전력이 최대가 되도록 하는 매칭 네트워크부(도시 되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이때 안테나로 인가된 전력은 안테나를 통해 전송되는 전송 전력과 다시 반사되어 돌아오는 반사 전력으로 구분된다. 전송 효율을 높이기 위해서는 반사 전력을 최소화하여야 하므로, 공진 전력 전송 장치(110)는 반사 전력을 측정할 수 있는 센싱부(도시 되지 않음) 및 반사 전력이 최소가 되도록 매칭 파라미터를 결정하는 프로세서부(도시 되지 않음)를 더 포함할 수 있다.The
소스부(111)는 외부의 전압 공급기로부터 에너지를 수신하여 공진 전력을 발생시킨다. 소스부(111)는 외부 장치로부터 입력되는 교류 신호의 신호 레벨을 원하는 레벨로 조정하기 위한 AC-AC Converter, AC-AC Converter로부터 출력되는 교류 신호를 정류함으로써 일정 레벨의 DC 전압을 출력하는 AC-DC Converter, AC-DC Converter에서 출력되는 DC 전압을 고속 스위칭함으로써 수 MHz ~ 수십MHz 대역의 AC 신호를 생성하는 DC-AC Inverter를 포함할 수 있다. 또한, 소스부(111)는 고정된 위치에 있는 것이 아니라 움직이는 이동체를 통하여 이동하면서 타겟부(125)에 공전 전력을 전송할 수 있다. 예를 들면, 소스부(111)는 이동하는 로봇장치에 포함될 수 있다.The
매칭 제어부(Matching control)(113)는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 소스 공진기(115)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 매칭 제어부(Matching control)(113)는 소스 공진 대역폭 설정부(도시 되지 않음) 또는 소스 매칭 주파수 설정부(도시 되지 않음) 중 적어도 하나를 포함한다. 소스 공진 대역폭 설정부는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth)을 설정한다. 소스 매칭 주파수 설정부는 소스 공진기(115)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 이때, 소스 공진기의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 소스 공진기의 임피던스 매칭 주파수 설정에 따라서 소스 공진기(115)의 Q-factor가 결정될 수 있다.The matching
소스 공진기(115)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 타겟 공진기로 전달(transferring)한다. 즉, 소스 공진기(115)는 타겟 공진기(121)와의 마그네틱 커플링(101)을 통해 공진 전력을 타겟 장치(120)로 전달한다. 이때, 소스 공진기(115)는 설정된 공진 대역폭 내에서 공진한다.The
공진 전력 수신 장치(120)는 타겟 공진기(121), 공진주파수 또는 임피던스 매칭을 수행하는 Matching control부(123) 및 수신된 공진 전력을 부하로 전달하기 위한 타겟부(125)를 포함한다. 또한, 공진 전력 수신 장치(120)는 공진 주파수 대역을 이용하여 공진 전력 전송 장치(110)로부터 데이터를 전송받을 수 있다.The
타겟 공진기(121)는 소스 공진기(115)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 이때, 타겟 공진기(121)는 설정된 공진 대역폭 내에서 공진한다.The
Matching control부(123)는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수 중 적어도 하나를 설정한다. Matching control부(123)는 타겟 공진 대역폭 설정부(도시 되지 않음) 또는 타겟 매칭 주파수 설정부(도시 되지 않음) 중 적어도 하나를 포함한다. 타겟 공진 대역폭 설정부는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth)을 설정한다. 타겟 매칭 주파수 설정부는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 이때, 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수 설정에 따라서 타겟 공진기(121)의 Q-factor가 결정될 수 있다.The matching
타겟부(125)는 수신된 공진 전력을 부하로 전달한다. 이때, 타겟부(125)는 소스 공진기(115)로부터 타겟 공진기(121)로 수신되는 AC 신호를 정류하여 DC 신호를 생성하는 AC-DC Converter와, DC 신호의 신호 레벨을 조정함으로써 정격 전압을 디바이스(device) 또는 부하(load)로 공급하는 DC-DC Converter를 포함할 수 있다. 상기 공진 전력을 수신할 수 있는 부하에는 디지털 액자, 스피커, 청소기, 드라이기, 면도기 등을 비롯한 다양한 가전제품, 노트북 PC, 컴퓨터 및 그 주변기기, 그리고 휴대폰, 디지털 카메라, 캠코더, MP3 player, PDA 등 각종 휴대기기, 이밖에 펨토셀 기지국, 다양한 센서 및 조명기기 등이 포함될 수 있다.The
소스 공진기(115) 및 타겟 공진기(121)는 헬릭스(helix) 코일 구조의 공진기 또는 스파이럴(spiral) 코일 구조의 공진기, 또는 meta-structured 공진기로 구성될 수 있다. meta-structured 공진기에 대한 설명은 도 6이하에서 상세히 설명한다.The
도 1을 참조하면, 큐-펙터의 제어 과정은, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 및 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭을 설정하고, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 사이의 마그네틱 커플링을 통해 전자기(electromagnetic) 에너지를 상기 소스 공진기(115)로부터 상기 타겟 공진기(121)로 전달(transferring)하는 것을 포함한다. 이때, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭은 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭 보다 넓거나 좁게 설정될 수 있다. 즉, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭이 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭 보다 넓거나 좁게 설정됨으로써, 소스 공진기의 BW-factor와 상기 타겟 공진기의 BW-factor는 서로 불평형(unbalance) 관계가 유지된다. Referring to FIG. 1, the control process of the cue-factor sets the resonance bandwidth of the
공진 방식의 무선 전력 전송에서, 공진 대역폭은 중요한 factor이다. 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 사이의 거리 변화, 공진 임피던스의 변화, 임피던스 미스 매칭, 반사 신호 등을 모두 고려한 Q-factor를 Qt라 할 때, Qt는 수학식 1과 같이 공진 대역폭과 반비례 관계를 갖는다. In resonant wireless power transmission, the resonance bandwidth is an important factor. When Qt is a Q-factor that considers the distance change between the
[수학식 1][Equation 1]
수학식 1에서, f0는 중심주파수, 는 대역폭, 는 공진기 사이의 반사 손실, BWS는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭, BWD는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭을 나타낸다. 본 명세서에서 BW-factor는 1/ BWS 또는 1/BWD를 의미한다.In
한편, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 간의 거리가 달라지거나, 둘 중 하나의 위치가 변하는 등의 외부 영향에 의하여, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 간의 임피던스 미스 매칭이 발생할 수 있다. 임피던스 미스 매칭은 전력 전달의 효율을 감소시키는 직접적인 원인이 될 수 있다. 매칭 제어부(Matching control)(113)는 전송신호의 일부가 반사되어 돌아오는 반사파를 감지함으로써, 임피던스 미스 매칭이 발생한 것으로 판단하고, 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 또한, 매칭 제어부(Matching control)(113)는 반사파의 파형 분석을 통해 공진 포인트를 검출함으로써, 공진 주파수를 변경할 수 있다. 여기서, 매칭 제어부(Matching control)(113)는 반사파의 파형에서 진폭(amplitude)이 최소인 주파수를 공진 주파수로 결정할 수 있다.
On the other hand, impedance mismatching between the
도 2는 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a configuration of an in-band wireless power transmitter according to an embodiment.
도 2을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)는 전송부(201) 및 제어부(202)를 포함한다.2, the in-band
인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)는 단말기(210)에게 전력을 무선 전송하는 모든 형태의 장치일 수 있다. 또한, 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)는 단말기(210)에 일 모듈(module)의 형태로 삽입되도록 구현될 수 있다. The in-band
단말기(210)는 TV, 핸드폰, 게임기, 냉장고 기타 전력에 의해 작동하는 모든 형태의 장치일 수 있다.The terminal 210 may be any type of device operated by a TV, a mobile phone, a game machine, a refrigerator, or other electric power.
전송부(201)는 단말기(210)로 전력을 무선 전송할 수 있다.The
제어부(202)는 단말기(210)로 전송하는 전송 정보(203)에 대응하여, 전송부(201)가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)는 단말기(210)에게 전송 정보(203)를 전송하기 위한 별도의 장치 없이, 단말기(210)로 무선 전송하는 전력량을 제어함으로써 전송 정보(203)를 단말기(210)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 전송 정보(203)가 0인 경우 제어부(202)는 전력량을 감소하도록 제어하고, 전송 정보(203)가 1인 경우 제어부(203)는 전력량을 증가하도록 제어할 수 있다. 또한, 전송 정보(203)는 무선 전송되는 전력과 동일한 주파수 대역을 통하여 전송된다. 이때 전송 정보(203)와 무선 전송되는 전력의 사용 주파수 대역이 같은 경우를 인 밴드 통신이라고 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(200)는 인 밴드 통신을 이용하여 동일한 주파수 대역에서 전력 및 전송 정보(203)를 전송하는 인 밴드 무선 전력 전송 장치이다.The
전송 정보(203)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)가 단말기(210)에 전송하고자 하는 정보이다. 전송 정보(203)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)의 ID, 기종, 타입 등 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)에 대한 정보, 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)가 전력을 무선 전송할 수 있는 전송 범위에 대한 정보 및 전력을 무선 전송하고 있는 경우 단말기(210)와의 사이에 매칭(matching)이 잘되고 있는지 여부에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 전송 정보(203)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)가 단말기(210)에게 전력을 무선 전송하기 위해 필요한 정보에 국한되지 않고, 전송하고자 하는 정보의 내용에 상관 없이 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)가 단말기(210)에게 전송하고자 하는 모든 정보를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 전송 정보(203)는 2진법의 데이터일 수 있다. The
본 발명의 일실시예에 따르면, 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)는 전송 정보(203)를 입력 받는 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the in-band
또한, 일실시예에 따른 제어부(202)는 전송 정보(203)에 대응하여 전송 주파수를 제어할 수 있다. 제어부(202)는 전송 주파수를 제어함으로써 단말기(210)에게 전송하는 전력량을 제어할 수 있다. 제어부(202)는 위상 고정 루프 회로(phase locked loop circuit, PLL circuit)를 포함하고, 상기 위상 고정 루프 회로를 이용하여 전송 주파수를 제어할 수 있다.In addition, the
또한, 일실시예에 따른 제어부(202)는 전송 정보(203)에 대응하여 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)의 내부 임피던스(impedance)를 제어할 수 있다. 제어부(202)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(200)의 내부 임피던스를 제어함으로써 단말기(210)에게 전송하는 전력량을 제어할 수 있다.In addition, the
도 3은 다른 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a configuration of a wireless power transmission apparatus according to another embodiment.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치(300)의 제어부(310)는 스위치(320)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
스위치(320)는 전송 정보(330)에 대응하여 단말기로 무선 전송하는 전력을 차단 또는 인가할 수 있다. 실시예에 따라서는, 전송 정보(330)가 0인 경우 스위치(320)가 오픈(open)되어 무선 전송하는 전력을 차단하고, 전송 정보(330)가 1인 경우 스위치(320)가 쇼트(short)되어 무선 전송하는 전력을 인가할 수 있다.The
도 4a는 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치에 적용된 제어방식을 나타내는 그래프이다.4A is a graph illustrating a control scheme applied to an in-band wireless power transmitter according to an embodiment.
일실시예에 따른 제어부는 일정한 시간폭 및 진폭을 가지는 펄스의 위치를 시간에 따라 달리하여 입력된 전송 정보를 변조하는 방식으로 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다. 도 4a를 참조하면, 데이터 1을 나타내는 펄스와 데이터 0을 나타내는 펄스의 위치가 시간에 따라 다르다. 다만 두 펄스의 시간폭 및 진폭은 동일하다. 전송부를 통해 무선 전송되는 전력량과 전송 정보를 표현하기 위해 제어된 전력량을 합산한 결과, 데이터 1과 데이터 0을 나타내는 부분만 전력량이 증가한다. 따라서, 제어부는 전력량을 증가시키는 시점에 따라 2진 데이터로 표현된 전송 정보를 변조할 수 있다. The control unit according to an embodiment may control the amount of power wirelessly transmitted by the transmitter by modulating input transmission information by varying the position of a pulse having a predetermined time width and amplitude with time. Referring to FIG. 4A, the positions of the
도 4b는 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치에 적용된 제어방식을 나타내는 그래프이다.4B is a graph illustrating a control scheme applied to an in-band wireless power transmitter according to another embodiment.
일실시예에 따른 제어부는 일정한 진폭 및 위치를 가지는 펄스의 시간폭을 달리하여 입력된 전송 정보를 변조하는 방식으로 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다. 도 4b를 참조하면, 데이터 1을 나타내는 펄스와 데이터 0을 나타내는 펄스의 시간폭(duration)이 다르다. 다만 두 펄스의 진폭 및 발생위치는 동일하다. 전송부를 통해 무선 전송되는 전력량과 전송 정보를 표현하기 위해 제어된 전력량을 합산한 결과, 데이터 1을 나타내는 부분이 데이터 0을 나타내는 부분보다 전력량이 증가한 범위가 더 길다. 따라서, 제어부는 전력량이 일정 크기 이상인 값의 지속시간을 통해 2진 데이터로 표현된 전송 정보를 변조할 수 있다.The control unit according to an embodiment may control the amount of power transmitted wirelessly by the transmitter in a manner of modulating input transmission information by varying a time width of a pulse having a constant amplitude and position. Referring to FIG. 4B, the duration of a
도 4c는 또 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치에 적용된 제어방식을 나타내는 그래프이다.4C is a graph illustrating a control scheme applied to an in-band wireless power transmitter according to another embodiment.
일실시예에 따른 제어부는 반송파의 주파수를 변화시켜 입력된 전송 정보를 변조하는 방식으로 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다. 도 4c를 참조하면, 데이터 1을 나타내는 펄스와 데이터 0을 나타내는 펄스의 주파수 크기가 다르다. 데이터 1을 나타내는 구간의 주파수가 데이터 0을 나타내는 구간의 주파수보다 크다. 따라서, 제어부는 변조에 사용되는 반송파 주파수의 크기에 따라 2진 데이터로 표현된 전송 정보를 변조할 수 있다. 여기서 반송파 주파수는 무선 전력 전송에 사용되는 전송 주파수를 포함할 수 있다.The control unit according to an embodiment may control the amount of power transmitted by the transmitter wirelessly by changing the frequency of the carrier to modulate the input transmission information. Referring to FIG. 4C, the frequency magnitudes of the
도 4d는 또 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치에 적용된 제어방식을 나타내는 그래프이다.4D is a graph illustrating a control scheme applied to an in-band wireless power transmitter according to another embodiment.
일실시예에 따른 제어부는 일정한 시간폭 및 위치를 가지는 펄스의 진폭을 달리하여 전송 정보를 변조하는 방식으로 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다. 도 4d를 참조하면, 데이터 1을 나타내는 펄스와 데이터 0을 나타내는 펄스의 진폭이 다르다. 전송부를 통해 무선 전송되는 전력량과 전송 정보를 표현하기 위해 제어된 전력량을 합산한 결과, 데이터 1을 나타내는 전력량의 진폭 A가 데이터 0을 나타내는 전력량의 진폭 B보다 큰 값을 가진다. 즉, 제어부는 데이터 1을 나타내는 펄스와 데이터 0을 나타내는 펄스의 진폭을 다르게 하여 2진 데이터로 표현된 전송 정보를 변조할 수 있다.According to an embodiment, the controller may control the amount of power wirelessly transmitted by the transmitter by modulating the transmission information by changing amplitudes of pulses having a predetermined time width and position. 4D, the amplitudes of the
또한, 일실시예에 따른 제어부는 변조에서 취할 수 있는 상태수를 2이상으로 다치화(multi-level)하여 전송 정보를 변조하는 방식으로 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다. 여기서 다치화란 전력량에 따라 전송 정보가 변조될 수 있는 상태수를 2이상의 경우로 구별하는 것이다. 제어부는 일정한 시간폭 및 위치를 가지는 펄스의 진폭을 달리하되, 진폭이 다른 경우의 수를 2이상으로 다치화하여 2진 데이터로 표현된 전송 정보를 변조할 수 있다. 즉, 제어부는 전력량을 조절하여 전력량의 값에 따라 다치화된 레벨을 통해 전송 정보를 변조할 수 있다. 예를 들면, 제어부는 데이터 00, 데이터 01, 데이터10, 데이터11을 나타내기 위해 펄스의 진폭을 4가지 경우로 다치화하여 변조할 수 있다. In addition, the controller according to an embodiment may control the amount of power transmitted by the transmitter wirelessly by modulating the transmission information by multi-leveling the number of states that can be taken in modulation to two or more. Here, multi-valued means to distinguish the number of states in which transmission information can be modulated according to the amount of power into two or more cases. The controller may modulate the transmission information represented by the binary data by varying the amplitude of the pulse having a predetermined time width and position, but multiplying the number of cases where the amplitude is different by two or more. That is, the controller may adjust the amount of power to modulate the transmission information through the multiplied level according to the value of the amount of power. For example, the controller may multiply and modulate the amplitude of the pulse in four cases to represent data 00, data 01, data 10, and data 11.
또한, 일실시예에 따른 제어부는 위상 편이 변조(PSK), 위상과 진폭을 조합한 변조인 직교 진폭 변조(QAM) 및 잔류 측파대 진폭 변조(VSB) 중 어느 하나를 이용하여 전송 정보를 변조할 수 있다. In addition, the control unit according to an embodiment modulates the transmission information using any one of phase shift modulation (PSK), quadrature amplitude modulation (QAM), which is a combination of phase and amplitude, and residual sideband amplitude modulation (VSB). Can be.
도 5는 또 다른 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of an in-band wireless power transmission device according to another embodiment.
도 5을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 장치(500)는 측정부(501) 및 분석부(502)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, an in-band
인 밴드 무선 전력 전송 장치(500)는 단말기(510)에게 전력을 무선 전송하기 위해 전송 신호(520)를 전송한다. 이 때, 전송 신호(520)의 일부가 반사(reflection)되어 돌아오는 반사파(530)가 존재할 수 있다.The in-band
측정부(501)는 단말기(510)로 전송하는 전송 신호(520)의 반사파(530)를 측정할 수 있다. 실시예에 따라서는, 측정부(501)는 반사파(530)를 측정하는 방향성 결합기(directional coupler)를 포함하고, 상기 방향성 결합기를 이용하여 반사파(530)를 측정할 수 있다.The
분석부(502)는 측정부(501)가 측정한 반사파(530)에 기반하여, 단말기(510)가 전송하는 단말 정보(511)를 분석할 수 있다. The
본 발명의 일실시예에 따른 단말기(510)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(500)에게 단말 정보(511)를 전송할 수 있다. 이하 도 6을 참조하여 단말 정보(511)를 전송하는 단말기(510)에 대해서 상세히 설명한다.The terminal 510 according to an embodiment of the present invention may transmit the
도 6은 일실시예에 따른 단말기의 구성을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a configuration of a terminal according to an embodiment.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단말기(600)는 수신부(601) 및 제어부(602)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the terminal 600 according to an embodiment of the present invention includes a
수신부(601)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)로부터 전력을 무선 전송 받을 수 있다.The
제어부(602)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)로 전송하는 단말 정보(603)에 대응하여 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 단말기(600)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)에게 단말 정보(603)를 전송하기 위한 별도의 장치 없이, 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어하여, 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)가 전송하는 전송 신호(620)의 반사파(630)를 제어함으로써, 단말 정보(603)를 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 단말 정보(603)가 0인 경우 제어부(602)는 반사파(630)의 파워(power)가 증가하도록 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어하고, 단말 정보(603)가 1인 경우 제어부(602)는 반사파(630)의 파워가 감소하도록 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어할 수 있다. The
또한, 제어부(602)는 단말 정보(603)에 대응하여 반사파의 진폭이 증가 또는 감소하도록 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어할 수 있다. 이때 제어부(602)는 일정한 시간폭 및 진폭을 가지는 펄스의 위치를 시간에 따라 달리하여 단말 정보(603)를 변조하는 방식으로 반사파의 진폭이 증가 또는 감소하도록 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(602)는 일정한 진폭 및 위치를 가지는 펄스의 시간폭을 달리하여 단말 정보(603)를 변조하는 방식으로 반사파의 진폭이 증가 또는 감소하도록 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(602)는 일정한 시간폭 및 위치를 가지는 펄스의 진폭을 달리하여 단말 정보(603)를 변조하는 방식으로 반사파의 진폭이 증가 또는 감소하도록 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(602)는 변조에서 취할 수 있는 상태수를 2이상으로 다치화하여 단말 정보(603)를 변조하는 방식으로 반사파의 진폭이 증가 또는 감소하도록 단말기(600)의 내부 임피던스를 제어할 수 있다. In addition, the
단말 정보(603)는 단말기(600)가 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)에게 전송하고자 하는 정보이다. 단말 정보(603)는 단말기(600)가 현재 전력을 필요로 하는지 여부에 대한 정보, 단말기(600)가 전력을 필요로 하는 경우 필요로 하는 전력량에 대한 정보, 전력을 무선 전송 받고 있는 경우 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)와의 사이에 매칭(matching)이 잘되고 있는지 여부에 대한 정보 및 단말기(600)의 충전율에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 단말 정보(603)는 단말기(600)가 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)로부터 전력을 무선 전송 받기 위해 필요한 정보에 국한되지 않고, 전송하고자 하는 정보의 내용에 상관 없이 단말기(600)가 인 밴드 무선 전력 전송 장치(610)에게 전송하고자 하는 모든 정보를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 단말 정보(603)는 2진법의 데이터일 수 있다.The
본 발명의 일측에 따르면, 단말기(600)는 단말 정보(603)를 입력 받는 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. According to one side of the present invention, the terminal 600 may further include an input unit (not shown) for receiving the
다시 도 5를 참조하면, 분석부(502)는 측정부(501)가 측정한 반사파(530)의 파워의 증감 또는 진폭의 증감 중 적어도 하나에 대한 정보에 기반하여, 단말기(510)가 전송하는 단말 정보(511)를 분석할 수 있다. 실시예에 따라서는, 인 밴드 무선 전력 전송 장치(500)는 분석부(502)가 분석한 단말 정보(503)를 출력하는 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 5, the
도 7은 다른 일실시예에 따른 단말기의 구성을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a configuration of a terminal according to another embodiment.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단말기(700)의 제어부(710)는 제1 로드(load)(720), 제2 로드(730) 및 스위치(740)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
스위치(740)는 단말 정보(750)에 대응하여 제1 로드(720) 및 제2 로드(730) 중 어느 하나에 결합할 수 있다. 실시예에 따라서는, 단말 정보(750)가 0인 경우 스위치(740)는 제1 로드(720)에 결합하고, 단말 정보(750)가 1인 경우 스위치(740)는 제2 로드(730)에 결합할 수 있다.The
도 8은 또 다른 일실시예에 따른 단말기의 구성을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating a configuration of a terminal according to another embodiment.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단말기(800)는 측정부(801) 및 분석부(802)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the terminal 800 according to an embodiment of the present invention may include a measuring
측정부(801)는 인 밴드 무선 전력 전송 장치(810)로부터 무선 전송 받는 전력량을 측정할 수 있다.The
분석부(802)는 측정부(801)가 측정한 전력량에 기반하여, 인 밴드 무선 전력 전송 장치(810)가 전송하는 전송 정보(811)를 측정할 수 있다. 분석부(802)는 측정부(801)가 측정한 전력량의 증감에 기반하여, 인 밴드 무선 전력 전송 장치(810)가 전송하는 전송 정보(811)를 분석할 수 있다. 실시예에 따라서는, 단말기(800)는 분석부(802)가 분석한 전송 정보(803)를 출력하는 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The
도 9는 일실시예에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.9 illustrates a meta-structured resonator according to an embodiment.
도 9을 참조하면, meta-structured 공진기는 전송 선로(910) 및 커패시터(920)를 포함한다. 여기서 커패시터(920)는 전송 선로(910)의 특정 위치에 직렬로 삽입되고, 전계(electric field)는 커패시터에 갇히게 된다. Referring to FIG. 9, the meta-structured resonator includes a transmission line 910 and a capacitor 920. Here, the capacitor 920 is inserted in series at a specific position of the transmission line 910, and the electric field is trapped in the capacitor.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이 meta-structured 공진기는 3차원 구조의 형태를 갖는다. 도 9에 도시된 것과 달리 공진기는 전송 선로가 x, z평면에 배치된 2차원 구조로의 구현될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 9, the meta-structured resonator has a three-dimensional structure. Unlike in FIG. 9, the resonator may be implemented in a two-dimensional structure in which transmission lines are arranged in x and z planes.
커패시터(920)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element), 예를 들어 interdigital 커패시터나 높은 유전율을 갖는 기판을 가운데다 둔 gap 커패시터 등의 형태로 전송 선로(910)에 삽입된다. 커패시터(920)가 전송 선로(910)에 삽입됨에 따라 상기 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. The capacitor 920 is inserted into the transmission line 910 in the form of a lumped element and a distributed element, for example, an interdigital capacitor or a gap capacitor centered on a substrate having a high dielectric constant. As the capacitor 920 is inserted into the transmission line 910, the resonator may have a metamaterial characteristic.
여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다. 대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 1보다 작은 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.Here, the metamaterial is a material having special electrical properties that cannot be found in nature, and has an artificially designed structure. The electromagnetic properties of all materials in nature have inherent permittivity or permeability, and most materials have positive permittivity and positive permeability. In most materials, the right-hand rule applies to electric fields, magnetic fields and pointing vectors, so these materials are called RHM (Right Handed Material). However, metamaterials are materials with a permittivity or permeability of less than 1, and according to the sign of permittivity or permeability, ENG (epsilon negative) material, MNG (mu negative) material, DNG (double negative) material, NRI (negative refractive index) Substances, and left-handed (LH) substances.
이 때, 집중 소자로서 삽입된 커패시터의 커패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 상기 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 커패시터의 커패시턴스를 적절히 조절함으로써, 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다.At this time, when the capacitance of the capacitor inserted as the lumped element is properly determined, the resonator may have the characteristics of the metamaterial. In particular, by appropriately adjusting the capacitance of the capacitor, the resonator may have a negative permeability, so that the resonator according to an embodiment of the present invention may be referred to as an MNG resonator.
상기 MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 커패시터를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.The MNG resonator may have a zero-order resonance characteristic having a frequency when the propagation constant is 0 as a resonance frequency. Since the MNG resonator may have a zeroth resonance characteristic, the resonant frequency may be independent of the physical size of the MNG resonator. That is, as will be described again below, in order to change the resonant frequency in the MNG resonator, it is sufficient to design the capacitor appropriately, so that the physical size of the MNG resonator may not be changed.
또한, 근접 필드(near field)에서 전계는 전송 선로(910)에 삽입된 직렬 커패시터(920)에 집중되므로, 직렬 커패시터(920)로 인하여 근접 필드에서는 자계(magnetic field)가 도미넌트(dominant)해진다. In addition, in the near field, the electric field is concentrated on the series capacitor 920 inserted in the transmission line 910, so that the magnetic field is dominant in the near field due to the series capacitor 920. FIG.
또한, MNG 공진기는 집중 소자로의 커패시터(920)을 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the MNG resonator may have a high Q-Factor using the capacitor 920 to the lumped element, thereby improving the efficiency of power transmission.
또한, MNG 공진기는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(930)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기(930)는 MNG 공진기와의 결합을 위해 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기(930)에 의해 MNG 공진기의 임피던스는 조절된다. 그리고, 전류는 커넥터(940)를 통하여 MNG 공진기로 유입되거나 MNG 공진기로부터 유출된다.In addition, the MNG resonator may include a matcher 930 for impedance matching. At this time, the matcher 930 is appropriately tunable to the strength of the magnetic field for coupling with the MNG resonator, the impedance of the MNG resonator is adjusted by the matcher 930. The current flows into or out of the MNG resonator through the connector 940.
또한, 도 9에 명시적으로 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 MNG 공진기가 갖는 특성들에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.
In addition, although not explicitly illustrated in FIG. 9, a magnetic core penetrating the MNG resonator may be further included. Such a magnetic core may perform a function of increasing a power transmission distance. The characteristics of the MNG resonator of the present invention will be described in detail below.
도 10은 도 9에 도시된 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the resonator illustrated in FIG. 9.
도 9에 도시된 공진기는 도 10에 도시된 등가 회로로 모델링될 수 있다. 도 10의 등가 회로에서 CL은 도 9의 전송 선로의 중단부에 집중 소자의 형태로 삽입된 커패시터를 나타낸다.The resonator shown in FIG. 9 may be modeled with the equivalent circuit shown in FIG. 10. In the equivalent circuit of FIG. 10, C L represents a capacitor inserted in the form of a lumped element in the middle of the transmission line of FIG. 9.
이 때, 도 9에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 영번째 공진 특성을 갖는다. 즉, 전파 상수가 0인 경우, 무선 전력 전송을 위한 공진기는 를 공진 주파수로 갖는다고 가정한다. 이 때, 공진 주파수 는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 여기서, MZR은 Mu Zero Resonator를 의미한다.At this time, the resonator for wireless power transmission shown in FIG. 9 has a zeroth resonance characteristic. That is, when the propagation constant is 0, the resonator for wireless power transmission Suppose we have a resonant frequency. At this time, the resonance frequency May be expressed as Equation 2 below. Here, MZR means Mu Zero Resonator.
[수학식 2][Equation 2]
상기 수학식 2를 참조하면, 공진기의 공진 주파수 는 에 의해 결정될 수 있고, 공진 주파수 와 공진기의 물리적인 사이즈는 서로 독립적일 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 공진 주파수 와 공진기의 물리적인 사이즈가 서로 독립적이므로, 공진기의 물리적인 사이즈는 충분히 작아질 수 있다.
Referring to Equation 2, the resonant frequency of the resonator Is Can be determined by the resonant frequency It can be seen that the physical size of the and the resonator may be independent of each other. Thus, resonant frequency Since the physical sizes of the and resonators are independent of each other, the physical sizes of the resonators can be sufficiently small.
도 11은 다른 일실시예에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.11 is a diagram illustrating a meta-structured resonator according to another embodiment.
도 11을 참조하면, meta-structured 공진기는 전송선로부(1110) 및 커패시터(1120)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진기는, 피딩부(1130)를 더 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 11, the meta-structured resonator includes a
전송선로부(1110)는 복수의 전송 선로 쉬트(Sheet)가 병렬로 배치된다. 복수의 전송 선로 쉬트가 병렬로 배치되는 구성은, 도 12를 통하여 보다 상세하기 설명하기로 한다. In the
커패시터(1120)는 전송선로부(1110)의 특정 위치에 삽입된다. 이때, 커패시터(1120)는 전송선로부(1110)의 중단에 직렬로 삽입될 수 있다. 이때, 공진기에 생성되는 전계(electric field)는 커패시터(1120)에 갇히게 된다.The
커패시터(1120)는 집중 소자(lumped element 및 분산 소자(distributed element), 예를 들어 interdigital 커패시터나 높은 유전율을 갖는 기판을 가운데다 둔 gap 커패시터 등의 형태로 전송선로부(1110)에 삽입될 수 있다. 커패시터(1120)가 전송선로부(1110)에 삽입됨에 따라, 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다.The
피딩부(1130)는 MNG 공진기에 전류를 공급(feeding)하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 피딩부(1130)는, 공진기로 공급되는 전류를 복수의 전송 선로 쉬트로 균등하게 분배되도록 설계될 수 있다.
The
도 12는 도 11의 커패시터의 삽입 위치를 상세하게 나타낸 도면이다. 12 is a view showing in detail the insertion position of the capacitor of FIG.
도 12를 참조하면, 커패시터(1120)는 전송선로부(1110)의 중단부에 삽입된다. 이때, 전송선로부(1110)의 중단부는 커패시터(1120)가 삽입될 수 있도록 오픈(open)된 형태일 수 있으며, 각각의 전송 선로 쉬트들(1110-1, 1110-2, 1110-n)은 중단부에서 서로 병렬 연결된 형태로 구성될 수 있다.
Referring to FIG. 12, the
도 13은 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.13 is a flowchart illustrating an in-band wireless power transmission method according to an embodiment.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무 인 밴드 선 전력 전송 방법은 단말기로 전력을 무선 전송할 수 있다(S1310).Referring to FIG. 13, the unmanned band line power transmission method according to an embodiment of the present invention may wirelessly transmit power to a terminal (S1310).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 방법은 단말기로 전송하는 전송 정보에 대응하여, 무선 전송하는 전력량을 제어할 수 있다(S1320). 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 방법은 단말기에 전송 정보를 전송하기 위한 별도의 장치 없이, 단말기로 무선 전송하는 전력량을 제어함으로써 전송 정보를 단말기로 전송할 수 있다. 예를 들어, 전송 정보가 0인 경우 전력량을 감소하도록 제어하고, 전송 정보가 1인 경우 전력량을 증가하도록 제어할 수 있다. In addition, the in-band wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention may control the amount of power for wireless transmission in response to the transmission information transmitted to the terminal (S1320). That is, the wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention can transmit the transmission information to the terminal by controlling the amount of power wirelessly transmitted to the terminal, without a separate device for transmitting the transmission information to the terminal. For example, when the transmission information is 0, it may be controlled to reduce the amount of power, and when the transmission information is 1, it may be controlled to increase the amount of power.
본 발명의 일측에 따르면, 인 밴드 무선 전력 전송 방법은 전송 정보를 입력 받는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one aspect of the invention, the in-band wireless power transmission method may further include receiving the transmission information.
일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 방법은 전송 정보에 대응하여 전송 주파수를 제어할 수 있다. 전송 주파수를 제어함으로써 단말기에게 전송하는 전력량을 제어할 수 있다. 또한, 위상 고정 루프 회로(phase locked loop circuit, PLL circuit)를 이용하여 전송 주파수를 제어할 수 있다.In-band wireless power transmission method according to an embodiment may control the transmission frequency in response to the transmission information. By controlling the transmission frequency, the amount of power transmitted to the terminal can be controlled. In addition, the transmission frequency may be controlled using a phase locked loop circuit (PLL circuit).
일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 방법은 전송 정보에 대응하여 내부 임피던스(impedance)를 제어할 수 있다. 내부 임피던스를 제어함으로써 단말기에게 전송하는 전력량을 제어할 수 있다.In-band wireless power transmission method according to an embodiment may control the internal impedance (impedance) in response to the transmission information. By controlling the internal impedance, the amount of power transmitted to the terminal can be controlled.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 방법은 단말기로 전송하는 전송 신호의 반사파를 측정할 수 있다. 실시예에 따라서는, 반사파를 측정하는 방향성 결합기(directional coupler)를 이용하여 반사파를 측정할 수 있다.In addition, the in-band wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention can measure the reflected wave of the transmission signal transmitted to the terminal. In some embodiments, the reflected wave may be measured using a directional coupler measuring the reflected wave.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인 밴드 무선 전력 전송 방법은 측정한 반사파에 기반하여, 단말기가 전송하는 단말 정보를 분석할 수 있다. 실시예에 따라서는, 측정한 반사파의 파워의 증감 또는 진폭의 증감 중 적어도 하나에 대한 정보에 기반하여, 단말기가 전송하는 단말 정보를 분석할 수 있다. 실시예에 따라서는, 인 밴드 무선 전력 전송 방법은 분석한 단말 정보를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the in-band wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention may analyze the terminal information transmitted by the terminal based on the measured reflected wave. According to an embodiment, the terminal information transmitted by the terminal may be analyzed based on the information on at least one of the increase or decrease of power or amplitude of the reflected wave. In some embodiments, the in-band wireless power transmission method may further include outputting the analyzed terminal information.
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.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
Claims (12)
상기 단말기로 전송하는 전송 정보에 대응하여 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어하는 제어부
를 포함하는 인 밴드 무선 전력 전송 장치.A transmitter for wirelessly transmitting power to a terminal; And
Control unit for controlling the amount of power transmitted by the transmitter in response to the transmission information transmitted to the terminal
In-band wireless power transmission device comprising a.
상기 제어부는
일정한 시간폭 및 진폭을 가지는 펄스의 위치를 시간에 따라 달리하여 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어하는 인 밴드 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
The control unit
An in-band wireless power transmission apparatus for controlling the amount of power transmitted by the transmitter wirelessly by modulating the transmission information by varying the position of a pulse having a predetermined time width and amplitude with time.
상기 제어부는
일정한 진폭 및 위치를 가지는 펄스의 시간폭을 달리하여 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어하는 인 밴드 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
The control unit
An in-band wireless power transmitter for controlling the amount of power transmitted by the transmitter wirelessly by modulating the transmission information by varying the time width of the pulse having a constant amplitude and position.
상기 제어부는
일정한 시간폭 및 위치를 가지는 펄스의 진폭을 달리하여 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어하는 인 밴드 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
The control unit
An in-band wireless power transmitter for controlling the amount of power transmitted by the transmitter wirelessly by modulating the transmission information by varying the amplitude of the pulse having a predetermined time width and position.
상기 제어부는
반송파의 주파수를 변화시켜 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어하는 인 밴드 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
The control unit
An in-band wireless power transmitter for controlling the amount of power transmitted by the transmitter wirelessly by changing the frequency of the carrier to modulate the transmission information.
상기 제어부는
변조에서 취할 수 있는 상태수를 2이상으로 다치화(Multi-level)하여 상기 전송 정보를 변조하는 방식으로 상기 전송부가 무선 전송하는 전력량을 제어하는 인 밴드 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
The control unit
An in-band wireless power transmitter for controlling the amount of power transmitted by the transmitter wirelessly by modulating the transmission information by multi-leveling the number of states that can be taken in modulation to two or more.
상기 무선 전력 전송 장치로 전송하는 단말 정보에 대응하여 내부 임피던스를 제어하는 제어부
를 포함하는 단말기.A receiver which wirelessly transmits power from a wireless power transmitter; And
Control unit for controlling the internal impedance in response to the terminal information transmitted to the wireless power transmission device
Terminal comprising a.
상기 제어부는
일정한 시간폭 및 진폭을 가지는 펄스의 위치를 시간에 따라 달리하여 상기 단말 정보를 변조하는 방식으로 상기 내부 임피던스를 제어하는 단말기.The method of claim 7, wherein
The control unit
And controlling the internal impedance by modulating the terminal information by changing the position of a pulse having a constant time width and amplitude with time.
상기 제어부는
일정한 진폭 및 위치를 가지는 펄스의 시간폭을 달리하여 상기 단말 정보를 변조하는 방식으로 상기 내부 임피던스를 제어하는 단말기.The method of claim 7, wherein
The control unit
And controlling the internal impedance by modulating the terminal information by varying a time width of a pulse having a constant amplitude and position.
상기 제어부는
일정한 시간폭 및 위치를 가지는 펄스의 진폭을 달리하여 상기 단말 정보를 변조하는 방식으로 상기 내부 임피던스를 제어하는 단말기.The method of claim 7, wherein
The control unit
And controlling the internal impedance by modulating the terminal information by changing amplitudes of pulses having a predetermined time width and position.
상기 제어부는
변조에서 취할 수 있는 상태수를 2이상으로 다치화(Multi-level)하여 상기 단말 정보를 변조하는 방식으로 상기 내부 임피던스를 제어하는 단말기.The method of claim 7, wherein
The control unit
A terminal for controlling the internal impedance by modulating the terminal information by multi-leveling the number of states that can be taken in the modulation to two or more.
상기 단말기로 전송하는 전송 정보를 변조하여 무선 전송하는 전력량을 제어하는 단계
를 포함하는 인 밴드 무선 전력 전송 방법.Wirelessly transmitting power to a terminal; And
Controlling the amount of power transmitted wirelessly by modulating the transmission information transmitted to the terminal
In-band wireless power transmission method comprising a.
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WO2014021636A1 (en) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 | Wireless power transmission network and wireless power transmission method |
KR101467211B1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-12-01 | 홍익대학교 산학협력단 | Wireless power transmission device, wireless power transmitter and method |
KR102542514B1 (en) | 2023-02-07 | 2023-06-13 | 주식회사 꿍스 | Dispersion seven rods for coffee powder type |
-
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014021636A1 (en) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 | Wireless power transmission network and wireless power transmission method |
US9722670B2 (en) | 2012-07-31 | 2017-08-01 | Intellectual Discovery Co., Ltd. | Wireless power transmission network and wireless power transmission method |
US10601257B2 (en) | 2012-07-31 | 2020-03-24 | Intellectual Discovery Co., Ltd. | Wireless power transmission network and wireless power transmission method |
KR101467211B1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-12-01 | 홍익대학교 산학협력단 | Wireless power transmission device, wireless power transmitter and method |
KR102542514B1 (en) | 2023-02-07 | 2023-06-13 | 주식회사 꿍스 | Dispersion seven rods for coffee powder type |
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