KR101392866B1 - 에너지 존 운영을 위한 무선 전력 전송 시스템 - Google Patents

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Abstract

에너지 존 운영을 위한 무선 전력 전송 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 적어도 하나의 모바일 기기를 충전할 수 있는 구역인 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송하는 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치 및 적어도 하나의 모바일 기기에 각각 장착되며 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 적어도 하나의 모바일 기기를 각각 충전하는 적어도 하나의 무선 전력 수신 모듈을 포함한다. 이에 의해, 에너지 존 내에서 모바일 기기를 무선 충전할 수 있어, 야외에서 아무런 준비 없이도 간편하게 모바일 기기들을 충전할 수 있게 된다.

Description

에너지 존 운영을 위한 무선 전력 전송 시스템{Wireless Power Transmission System for Operating Energy Zone}
본 발명은 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특정 구역에 위치하고 있는 다수의 모바일 기기들에 무선으로 전력을 공급하기 위한 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
에너지 충전은 케이블을 이용하는 것이 대부분이고, 케이블의 인터페이스가 맞지 않을 때에는 충전을 할 수 없다. 자기장에 의한 무선 충전이 시도되고 있지만, 충전 거리가 매우 짧아 실효성이 떨어진다.
최근 오토 캠핑 등의 붐으로 인해 야외 활동이 많아지고 있지만, 야외에서 사용자들은 모바일 기기 충전에 대해 많은 불편을 겪고 있다. 배터리 팩, 차량 충전 등의 다양한 방법들이 있지만, 이 방법들을 사용자가 사전에 준비하지 않은 경우에는 무용지물이다.
이에 따라, 야외에서 준비 없이 간편하게 모바일 기기들을 충전하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 에너지 존 내에서 모바일 기기를 무선 충전할 수 있도록 운용하기 위한 무선 전력 전송 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 시스템은, 적어도 하나의 모바일 기기를 충전할 수 있는 구역인 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송하는 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치; 및 상기 적어도 하나의 모바일 기기에 각각 장착되며, 상기 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 상기 적어도 하나의 모바일 기기를 각각 충전하는 적어도 하나의 무선 전력 수신 모듈;을 포함한다.
그리고, 상기 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치는, 각기 다른 위치에 설치되며, 상기 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 각기 다른 방향으로 전송할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신 모듈은, 상기 에너지 존 서비스를 제공하는 서비스업자에 의해, 상기 적어도 하나의 모바일 기기의 사용자에 제공될 수 있다.
그리고, 상기 무선 전력 전송 장치는, 신재생 에너지를 통해 에너지를 생성하는 발전기; 상기 발전기에서 생성된 에너지를 저장하는 배터리; 및 상기 배터리에 저장된 에너지를 이용하여, 상기 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 전송 모듈은, 상기 배터리에 저장된 에너지를 이용하여 RF(Radio Frequency) 신호를 생성하는 오실레이터; 상기 오실레이터에서 생성된 RF 신호를 증폭하는 앰프; 및 상기 앰프에서 증폭된 RF 신호를 에너지 존으로 전송하는 지향성 안테나;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 오실레이터는, 상기 배터리에 저장된 에너지가 없으면, 전력망을 통해 공급되는 에너지를 이용하여 RF 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신 모듈은, 상기 지향성 안테나에서 전송되는 RF 신호를 수신하여, DC(Direct Current)로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터에서 출력되는 DC로 모바일 기기에 충전용 전원을 제공하는 부스터; 상기 부스터에서 출력되는 DC의 전압과 상기 모바일 기기의 충전 상태를 모니터링하여, 상기 DC를 상기 부스터로 전달할지 여부를 제어하는 모니터; 및 상기 모바일 기기가 완충 상태인 경우, 상기 컨버터에서 변환된 DC를 충전하는 에너지 스토리지;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 무선 전력 전송 방법은, 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치가, 적어도 하나의 모바일 기기를 충전할 수 있는 구역인 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 모바일 기기에 각각 장착되는 적어도 하나의 무선 전력 수신 모듈이, 상기 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 상기 적어도 하나의 모바일 기기를 충전하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 에너지 존 내에서 모바일 기기를 무선 충전할 수 있어, 야외에서 아무런 준비 없이도 간편하게 모바일 기기들을 충전할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 충전 구역을 에너지 존 내부로 한정함으로 인해 무선 충전 효율을 높일 수 있으며, 무선 충전에 필요한 전원을 신재생 에너지(태양광, 풍력 등)를 이용하여 충당하므로 에너지 수급 문제 해결에 일조할 수 있다.
또한, N:1, 1:N은 물론 N:N 충전이 가능하여, 동시 다발적으로 충전이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면,
도 2는, 도 1에 도시된 무선 전력 전송 장치의 상세 블럭도,
도 3은, 도 2에 도시된 무선 전력 전송 모듈의 상세 블럭도, 그리고,
도 4는, 도 1에 도시된 무선 전력 수신 모듈의 상세 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
1. 에너지 존 운영을 위한 무선 전력 전송 시스템
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 에너지 존(Energy Zone : EZ)에 무선으로 전력을 공급하기 위한 시스템으로, 무선 전력 전송 시스템에 의해 에너지 존(EZ) 내에 위치하고 있는 사용자들의 모바일 기기들(10-1, 10-2 및 10-3)은 케이블 연결 없이도 무선으로 충전이 가능해진다.
이와 같은 기능을 수행하는 무선 전력 전송 시스템은, 다수의 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3), 다수의 무선 전력 수신 모듈들(200-1, 200-2 및 200-3) 및 에너지 존 모니터링 서버(300)를 포함한다.
무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)은 에너지 존(EZ) 외각의 각기 다른 위치에 설치되어, 에너지 존(EZ)의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송한다. 설치 위치와 지향하는 방향이 각기 다르므로, 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)에 의한 무선 전력 전송 방향은 각기 다르다.
무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)의 설치 위치 및 방향에 의해 에너지 존(EZ)이 형성되는데, 도 1에서는 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)에 의한 에너지 존(EZ)의 반경은 현재 무선 전력 효율에 비추어 20m까지 가능하지만, 무선 전력 효율이 증가되면 반경은 더욱 증가할 수 있다.
무선 전송 전력을 충당하기 위해, 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)은 신재생 에너지를 이용한 자가 발전이 가능함은 물론, 전력망으로부터 에너지를 공급받을 수도 있다. 신재생 에너지에 의한 자가발전이 없거나 작은 경우에, 전력망으로부터 에너지를 공급받도록 운용함이 경제적으로 바람직하다.
무선 전력 수신 모듈들(200-1, 200-2 및 200-3)은 사용자들이 휴대하는 모바일 기기들(10-1, 10-2 및 10-3)에 각각 장착되는 모듈 형태로 구현된다. 무선 전력 수신 모듈들(200-1, 200-2 및 200-3)은 에너지 존 서비스를 제공하는 서비스업자가 허가된 사용자들에게만 제공하는 방식으로 배포되어 모바일 기기에 장착될 수 있다.
무선 전력 수신 모듈들(200-1, 200-2 및 200-3)은 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)로부터 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 자신이 장착된 모바일 기기들(10-1, 10-2 및 10-3)을 충전한다.
무선 충전은 모바일 기기가 사용중인 경우에도 수행될 수 있다. 무선 충전은 케이블 연결 없이 이루어지기 때문에, 사용자가 인식하지 못하는 상태에서 사용자의 모바일 기기가 자동으로 충전된다.
무선 전력 전송과 무선 전력 수신은 1:N, N:1 또는 N:N으로 이루어진다. 즉, 하나의 무선 전력 전송 장치가 다수의 무선 전력 수신 모듈들에 무선으로 전력을 전송, 하나의 무선 전력 수신 모듈이 다수의 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 전력을 수신 또는 다수의 무선 전력 전송 장치가 다수의 무선 전력 수신 모듈들에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
에너지 존 모니터링 서버(300)는 인터넷(I)을 통해 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)과 통신 가능하도록 연결되어, 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)로부터 무선 충전 관련 정보를 수신함은 물론, 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)의 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 에너지 존 모니터링 서버(300)는 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)의 무선 전력 상태를 모니터링 하고, 그 결과에 따라 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)의 무선 전력 전송량을 제어할 수 있다.
2. 무선 전력 전송 장치
이하에서는, 도 1에 도시된 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)에 대해, 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 1에 도시된 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)은 동일한 구성으로 구현하여도 무방하기 때문에, 도 2에서는 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)을 참조부호 "100"으로 대표하여 블럭도를 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 장치(100)는 풍력 발전기(110), 태양광 발전기(120), 배터리(130) 및 무선 전력 전송 모듈(140)을 구비한다.
풍력 발전기(110)와 태양광 발전기(120)는 신재생 에너지인 풍력과 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 발전기들이다. 풍력 발전기(110)와 태양광 발전기(120)에 의해 생성되는 전기 에너지는 배터리(130)에 저장된다.
무선 전력 전송 모듈(140)은 배터리(130)에 저장된 전기 에너지를 이용하여, 에너지 존(EZ)의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송한다. 무선 전력 전송 모듈(140)에 대해 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은, 도 2에 도시된 무선 전력 전송 모듈(140)의 상세 블럭도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 모듈(140)은 RF OSC(Radio Frequency OSCillator)(141), PA(Power Amp)(143), 지향성 안테나(145) 및 전원 공급기(Power Supply)(147)를 구비한다.
RF OSC(141)는 전원 공급기(147)로부터 전원을 공급받아 RF 신호를 생성하고, PA(143)는 RF OSC(141)에서 생성된 RF 신호를 증폭하며, 지향성 안테나(145)는 PA(143)에서 증폭된 RF 신호를 에너지 존으로 전송한다.
이에 의해, 무선 전력 전송 모듈(140)로부터 무선 전력 수신 모듈들(200-1, 200-2 및 200-3)에 전력이 무선으로 전달된다.
전원 공급기(147)는 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 배터리(130)에 저장된 에너지를 이용하여 RF OSC(141)와 PA(143)에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 뿐만 아니라, 전원 공급기(147)는 전력망을 통해 공급되는 전기 에너지를 이용하여 전원을 공급할 수도 있는데, 이 경우는 배터리(130)에 저장된 에너지가 없거나 매우 적은 경우에 수행되도록 함이 경제적으로 바람직하다.
3. 무선 전력 수신 모듈
이하에서는, 도 1에 도시된 무선 전력 수신 모듈들(200-1, 200-2 및 200-3)에 대해, 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 도 1에 도시된 무선 전력 수신 모듈들(200-1, 200-2 및 200-3)은 동일한 구성으로 구현하여도 무방하기 때문에, 도 4에서는 무선 전력 수신 모듈들(200-1, 200-2 및 200-3)을 참조부호 "200"으로 대표하여 블럭도를 도시하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신 모듈(200)은 RF/DC(Direct Current) 컨버터(210), 스위치(220), 부스터(230), 에너지 스토리지(240) 및 전압 모니터(250)를 포함한다.
RF/DC 컨버터(210)는 무선 전력 전송 장치들(100-1, 100-2 및 100-3)에서 전송되는 RF 신호를 수신하여 DC로 변환한다. 부스터(240)는 스위치(220)를 통해 RF/DC 컨버터(210)에서 출력되는 DC를 전달받아, 모바일 기기에 충전용 전원을 제공한다.
전압 모니터(250)는 부스터(240)에서 출력되는 DC의 전압과 모바일 기기의 충전 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 스위치(220)를 제어한다.
부스터(240)에서 출력되는 DC의 전압이 정격이고, 모바일 기기가 완충 상태가 아닌 경우, 전압 모니터(250)는 스위치(220)를 턴-온 시켜 RF/DC 컨버터(210)에서 생성되는 DC를 부스터(240)로 전달한다.
한편, 모바일 기기가 완충 상태인 경우, 전압 모니터(250)는 스위치(220)를 턴-오프 시켜 RF/DC 컨버터(210)에서 생성되는 DC를 에너지 스토리지(220)로 전달하여 충전되도록 한다.
4. 기타
위 실시예에 따라, 사용자는 무선 인터넷을 위해 WiFi 존을 찾듯이, 모바일 기기의 충전이 필요할 때 에너지 존을 찾아 충전 서비스를 받을 수 있게 된다. 에너지 존은 건물 내부는 물론, 야외에도 구축 가능하며, 야외 구축시에는 가로등과 같은 기존 시설물을 이용할 수 있다.
또한, On demand 방식으로 필요할 때에만 특정 모바일 기기에 에너지를 공급하여 동작시키고 이후에는 사용하지 않는 방식으로도 운용될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10-1, 10-2 및 10-3 : 모바일 기기
100-1, 100-2 및 100-3 : 무선 전력 전송 장치
200-1, 200-2 및 200-3 : 무선 전력 수신 모듈
300 : 에너지 존 모니터링 서버

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 모바일 기기를 충전할 수 있는 구역인 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송하는 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치; 및
    상기 적어도 하나의 모바일 기기에 각각 장착되며, 상기 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 상기 적어도 하나의 모바일 기기를 각각 충전하는 적어도 하나의 무선 전력 수신 모듈;을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 무선 전력 수신 모듈은,
    에너지 존 서비스를 제공하는 서비스업자에 의해, 상기 적어도 하나의 모바일 기기의 사용자에 제공되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치는,
    각기 다른 위치에 설치되며, 상기 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 각기 다른 방향으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    신재생 에너지를 통해 에너지를 생성하는 발전기;
    상기 발전기에서 생성된 에너지를 저장하는 배터리; 및
    상기 배터리에 저장된 에너지를 이용하여, 상기 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 모듈은,
    상기 배터리에 저장된 에너지를 이용하여 RF(Radio Frequency) 신호를 생성하는 오실레이터;
    상기 오실레이터에서 생성된 RF 신호를 증폭하는 앰프; 및
    상기 앰프에서 증폭된 RF 신호를 에너지 존으로 전송하는 지향성 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 배터리에 저장된 에너지가 없으면, 전력망을 통해 공급되는 에너지를 이용하여 RF 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 모듈은,
    상기 지향성 안테나에서 전송되는 RF 신호를 수신하여, DC(Direct Current)로 변환하는 컨버터;
    상기 컨버터에서 출력되는 DC로 모바일 기기에 충전용 전원을 제공하는 부스터;
    상기 부스터에서 출력되는 DC의 전압과 상기 모바일 기기의 충전 상태를 모니터링하여, 상기 DC를 상기 부스터로 전달할지 여부를 제어하는 모니터; 및
    상기 모바일 기기가 완충 상태인 경우, 상기 컨버터에서 변환된 DC를 충전하는 에너지 스토리지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  8. 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치가, 적어도 하나의 모바일 기기를 충전할 수 있는 구역인 에너지 존의 내부를 향해 무선으로 전력을 전송하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 모바일 기기에 각각 장착되는 적어도 하나의 무선 전력 수신 모듈이, 상기 적어도 하나의 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 상기 적어도 하나의 모바일 기기를 충전하는 단계;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 무선 전력 수신 모듈은,
    에너지 존 서비스를 제공하는 서비스업자에 의해, 상기 적어도 하나의 모바일 기기의 사용자에 제공되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
KR1020120079290A 2012-05-25 2012-07-20 에너지 존 운영을 위한 무선 전력 전송 시스템 KR101392866B1 (ko)

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