KR101347142B1 - 송수신 전극 시스템 및 이를 이용한 전력 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 송수신 전극 시스템 및 이를 이용한 전력 전송 방법에 관한 것으로, 상기 송수신 전극 시스템은, 제1 및 제2 전극 사이에 전력을 전송하는 동안 실시간으로 전압과 전류를 측정하는 전압/전류 검출부; 상기 전압/전류 검출부로부터 전달받은 전압/전류값을 기초로 가변소자값을 산출하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 가변소자를 변환하여 전력원의 임피던스를 조절하는 가변소자부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

송수신 전극 시스템 및 이를 이용한 전력 전송 방법 {TRANSMITTING AND RECEIVING ELECTRODE SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING POWER USING THE SAME}
본 발명은 송수신 전극 시스템 및 이를 이용한 전력 전송 방법에 관한 것으로서, 특히 실시간으로 측정된 전압과 전류의 위상차에 따라 전력원의 임피던스를 조절함으로써 전력 전송시 반사되는 에너지 손실을 최소화할 수 있는 송수신 전극 시스템 및 이를 이용한 전력 전송 방법에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부의 휴먼인지환경사업본부-신기술융합형 성장동력사업의 일환으로 수행된 연구[과제관리번호: 2011K000662, 과제명: 고속 인체통신 및 인체매질 전력전송 기술 개발]로부터 도출된 것이다.
송수신 전극 시스템을 통해 인체에 전력을 전송하는 경우, 다양한 요인들에 의해 인체의 임피던스가 실시간으로 변화하고, 이에 따라 시스템과 인체 고유의 임피던스 차이로 인해 반사 손실이 발생하게 된다.
따라서, 당해 기술분야에서는 송수신 전극 시스템을 이용하여 인체에 전력을 전송함에 있어 반사 손실을 최소화하여 전력 전송의 효율을 높이기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 태양은 송수신 전극 시스템을 제공한다. 상기 송수신 전극 시스템은, 제1 및 제2 전극 사이에 전력을 전송하는 동안 실시간으로 전압과 전류를 측정하는 전압/전류 검출부; 상기 전압/전류 검출부로부터 전달받은 전압/전류값을 기초로 가변소자값을 산출하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 가변소자를 변환하여 전력원의 임피던스를 조절하는 가변소자부를 포함하여 구성될 수 있다.
이 때, 상기 제어부는, 전압/전류 첨두치 시간차를 기 구성된 테이블과 비교하여 상기 가변소자값을 산출하는 가변소자값 산출부; 및 상기 가변소자값 산출부에 의해 산출된 가변소자값에 해당하는 제어신호를 상기 가변소자부로 출력하는 제어신호 출력부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 기 구성된 테이블은 상기 전압/전류 첨두치 시간차에 따라 최적 영역 및 복수의 주변 영역을 포함하며, 상기 전압/전류 첨두치 시간차가 속하는 영역에 따라 상기 최적 영역으로의 전환을 위한 가변소자값이 정의될 수 있다.
또한, 상기 기 구성된 테이블에서, 상기 최적 영역의 범위, 주변 영역의 범위 및 개수는 임피던스 조절의 정확도 및 상기 가변소자부의 구성 복잡도에 따라 조절 가능하다.
또한, 본 발명의 제2 태양은 전력 전송 방법을 제공한다. 상기 전력 전송 방법은, 제1 및 제2 전극 사이의 전압 및 전류를 검출하는 단계; 검출된 전압/전류의 첨두치 시간차가 기 구성된 테이블에서 최적 영역에 포함되는지 여부를 확인하는 단계; 상기 전압/전류의 첨두치 시간차가 상기 최적 영역에 포함되는 경우, 가변소자 변환을 위한 제어신호를 출력하는 단계; 상기 제어신호에 따라 가변소자를 변환하여 전력원의 임피던스를 조절하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전력을 인가하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 전압/전류의 첨두치 시간차가 상기 최적 영역에 포함되지 않는 경우, 상기 전압/전류 첨두치 시간차가 포함되는 영역을 탐지하는 단계; 및 상기 탐지된 영역에 해당하는 가변소자 변환을 위한 제어신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
실시간으로 측정된 전압과 전류의 위상차에 따라 전력원의 임피던스를 조절함으로써 전력 전송시 반사되는 에너지 손실을 최소화할 수 있는 송수신 전극 시스템 및 이를 이용한 전력 전송 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 태양에 따른 송수신 전극 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따라 최적의 전압/전류 첨두치 시간차를 갖도록 하기 위한 가변소자값의 산출을 위해 구성된 테이블 구조를 도시하는 도면, 그리고
도 3은 본 발명의 제2 태양에 따른 전력 전송 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 태양에 따른 송수신 전극 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 태양에 따른 송수신 전극 시스템(100)은 전압/전류 검출부(110), 제어부(120) 및 가변소자부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
전압/전류 검출부(110)는 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 전력을 전송하는 동안 인체를 통한 전압과 전류를 측정하기 위한 것으로, 전류 측정을 위한 전류계(111) 및 전압 측정을 위한 전압계(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 전압/전류 검출부(110)는 전력을 전송하는 동안 실시간으로 전압과 전류를 측정하여 그 결과를 제어부(120)로 전달해 준다.
제어부(120)는 전압/전류 검출부(110)로부터 전달받은 전압/전류값을 기초로 최적의 가변소자값을 산출하고 이에 따라 가변소자부(130)를 제어하기 위한 것으로, 가변소자값 산출부(121) 및 제어신호 출력부(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
가변소자값 산출부(121)는 전압과 전류의 첨두치 시간차를 비교하여 최적의 시간차를 갖도록 하는 가변소자값을 산출한다. 이를 위해, 가변소자값 산출부(121)는 도 2를 참조하여 후술하는 바와 같이 테이블을 구성하고, 이를 참조하여 실시간으로 변하는 위상차에 따라 최적의 가변소자값을 산출한다.
제어신호 출력부(122)는 가변소자값 산출부(121)에 의해 산출된 가변소자값에 해당하는 제어신호를 가변소자부(130)로 출력한다.
가변소자부(130)는 제어부(120)로부터 전달받은 제어신호에 따라 가변소자를 변환하여 전력원의 임피던스를 조절한다.
도 2는 본 발명에 따라 최적의 전압/전류 첨두치 시간차를 갖도록 하기 위한 가변소자값의 산출을 위해 구성된 테이블 구조를 도시하는 도면이다.
본 발명에 따르면, 최적의 전압/전류 첨두치 시간차를 갖도록 하는 가변소자값의 산출을 위해, 가변소자값 산출부(121)는 전력을 인가하기 전 사전의 측정을 통해 도 2에 도시된 바와 같은 테이블을 구성한다.
도 2를 참조하면, 테이블은 전압/전류 첨두치 시간차에 따라 최적 영역 및 복수의 주변 영역을 포함하여 구성되며, 전압/전류 첨두치 시간차가 속한 영역에 따라 최적 영역으로의 전환을 위한 가변소자값이 정의되어 있다.
여기서, 각 영역의 소자값은 일정하여 임피던스 값이 고정되므로, 각 영역의 범위를 작게 하고 영역의 개수를 늘리면 다양한 전압/전류 첨두치 시간차에 대한 임피던스 조절이 가능하게 된다.
그러나, 영역의 개수가 늘어날수록 소자값이 가져야 할 범위가 넓어지게 되므로 가변소자부(130)의 구성이 복잡해지게 된다.
따라서, 최적 영역의 범위, 주변 영역의 개수와 각 영역의 범위는 임피던스를 조절하고자 하는 정확도와 가변소자부(130) 구성의 복잡도를 고려하여 적절히 조절될 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 제2 태양에 따른 전력 전송 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우선, 전압/전류 검출부(110)가 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 전압과 전류를 검출하여 그 결과를 제어부(120)로 전달한다(S10).
이후, 제어부(120)는 검출된 전압/전류의 첨두치 시간차가 기 구성된 테이블에서 최적 영역에 포함되는지 여부를 확인한다(S20).
확인 결과, 전압/전류 첨두치 시간차가 최적 영역에 포함되는 경우, 가변소자부(130)로 가변소자 변환을 위한 제어신호를 출력한다(S40).
반면, 전압/전류 첨두치 시간차가 최적 영역에 포함되지 않는 경우, 전압/전류 첨두치 시간차가 포함되는 영역을 탐지한 후(S30), 그에 따라 가변소자부(130)로 가변소자 변환을 위한 제어신호를 출력한다(S40).
이후, 가변소자부(130)는 제어신호에 따라 가변소자를 변환하여 전력원의 임피던스를 조절한 후(S50), 전력을 인가한다(S60).
본 발명에 따르면, 전력을 인가하는 동안 상술한 각 단계를 반복 수행함으로써 실시간으로 변하는 전압/전류 위상차에 따라 전력원의 임피던스를 조절하여 매 순간 최적의 전력 전송이 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
1: 인체
11: 제1 전극 12: 제2 전극
100: 송수신 전극 시스템
110: 전압/전류 검출부
111: 전류계
112: 전압계
120: 제어부
121: 가변소자값 산출부
122: 제어신호 출력부
130: 가변소자부

Claims (6)

  1. 인체에 부착된 제1 및 제2 전극 사이에 전력을 전송하는 동안 실시간으로 인체를 통한 전압과 전류를 측정하는 전압/전류 검출부;
    상기 전압/전류 검출부로부터 전달받은 전압/전류값을 기초로 전압/전류 첨두치 시간차가 기 구성된 테이블에서 최적 영역에 포함되도록 하는 가변소자값을 산출하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 가변소자를 변환하여 전력원의 임피던스를 조절하는 가변소자부를 포함하는 송수신 전극 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전압/전류 첨두치 시간차를 상기 기 구성된 테이블과 비교하여 상기 가변소자값을 산출하는 가변소자값 산출부; 및
    상기 가변소자값 산출부에 의해 산출된 가변소자값에 해당하는 제어신호를 상기 가변소자부로 출력하는 제어신호 출력부를 포함하는 송수신 전극 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기 구성된 테이블은 상기 전압/전류 첨두치 시간차에 따라 최적 영역 및 복수의 주변 영역을 포함하며,
    상기 전압/전류 첨두치 시간차가 속하는 영역에 따라 상기 최적 영역으로의 전환을 위한 가변소자값이 정의된 송수신 전극 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기 구성된 테이블에서, 상기 최적 영역의 범위, 주변 영역의 범위 및 개수는 임피던스 조절의 정확도 및 상기 가변소자부의 구성 복잡도에 따라 조절 가능한 송수신 전극 시스템.
  5. 인체에 부착된 제1 및 제2 전극 사이에 전력을 전송하는 동안 인체를 통한 전압 및 전류를 검출하는 단계;
    검출된 전압/전류의 첨두치 시간차가 기 구성된 테이블에서 최적 영역에 포함되는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 전압/전류의 첨두치 시간차가 상기 최적 영역에 포함되는 경우, 가변소자 변환을 위한 제어신호를 출력하는 단계;
    상기 제어신호에 따라 가변소자를 변환하여 전력원의 임피던스를 조절하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전력을 인가하는 단계를 포함하는 전력 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전압/전류의 첨두치 시간차가 상기 최적 영역에 포함되지 않는 경우, 상기 전압/전류 첨두치 시간차가 포함되는 영역을 탐지하는 단계; 및
    상기 탐지된 영역에 해당하는 가변소자 변환을 위한 제어신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 전력 전송 방법.
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