KR101561938B1 - 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 전송 시스템 - Google Patents
무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 전송 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101561938B1 KR101561938B1 KR1020130166414A KR20130166414A KR101561938B1 KR 101561938 B1 KR101561938 B1 KR 101561938B1 KR 1020130166414 A KR1020130166414 A KR 1020130166414A KR 20130166414 A KR20130166414 A KR 20130166414A KR 101561938 B1 KR101561938 B1 KR 101561938B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transmitter
- receiver
- distance
- wireless power
- information
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
- G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
- G01S11/06—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using intensity measurements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법은 송신기와 적어도 하나의 수신기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 수행된다. 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법은 (a) 상기 적어도 하나의 수신기에서 상기 송신기로부터 수신한 무선 전력에 대한 수신 강도 세기(RSSI: Received Signal Strength Indication)를 측정하는 단계; (b) 상기 송신기에서 상기 측정된 수신 강도 세기를 수신하는 단계; 및 (c) 상기 송신기의 상태 정보와 상기 수신한 수신 강도 세기를 기초로 상기 송신기와 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 거리를 산출하는 단계를 포함한다. 이를 통해, 무선 전력 전송 시스템은 송신기와 수신기 간의 거리를 측정할 수 있고, 보다 효율적인 무선 전력 전송을 가능하게 할 수 있다.
Description
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선 전력 전송 시스템 내 무선 전력을 송신하는 송신기와 무선 전력을 수신하는 수신기간의 거리를 측정하는 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
무선 전력 전송은 빛이나 적외선 이외의 전자파 방사를 통해 신호를 전송하는 기술에 해당한다. 무선 전력 전송은 전선으로부터 자유를 추구하는 것으로 전기기기 사용자들이 가장 원하는 기술 중의 하나이다.
보다 구체적으로, 무선 전력 전송은 전원과 전자기기 사이에 접점 없이 전력을 전달하는 방식으로, 전도 방식, 자기 유도 방식(inductive coupling), 자기 공진 유도 방식(resonant magnetic coupling) 및 전자기파 방식(RF-based wireless power) 등을 이용하여 구현되고 있으며, 광학 방식, 초음파 방식 등을 이용하는 방법 또한 연구되고 있다.
특히, 자기 공진 유도 방식은 전원 측에서 일정 주파수의 전자기장을 형성시키고, 전자기장 내에 같은 주파수로 공지되는 수신기를 위치시키면 일종의 에너지 터널이 형성되며, 이 에너지 터널을 이용하여 에너지를 전송하는 방식에 해당한다.
자기 공진 유도 방식의 적절한 조건은 파장, 거리(송신기와 수신기의 거리) 및 루프 반경의 비율이 100 : 10 : 1에 해당하는 경우이다. 예를 들어, 주파수가 10 MHz(파장은 30m)인 경우, 송전 거리는 3m, 루프의 직경은 60cm로 설계되는 것이 바람직하다.
한국등록특허 제1171938호(2012.08.01.등록)는 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 전력 전송 시스템 및 그 충전 방법에 관한 것으로, 송신기가 자기장 통신을 통하여 송신기로부터 각 수신기까지의 거리를 파악한 후, 일부 수신기를 리피터로 사용할 수 있도록 제어하거나 일부 수신기의 전력수신 기능을 차단함으로써 전체 멀티노드 무선 전력 전송 시스템의 효율적인 충전을 달성할 수 있는 효과를 개시하고 있다.
한국등록특허 제1110325호(2012.01.19.등록)는 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것으로 충전이 필요한 다수의 단말기들의 충전환경 정보를 모니터링하고 그 정보를 기반으로 단말기들을 동시에 또는 우선 순위별로 충전할 수 있도록 할 수 있다.
그러나, 이러한 선행기술들은 무선 전력 전송이 가능한 유효 거리를 측정하거나 또는 다수의 전자기기들 각각의 위치를 인식하는 방법을 개시하지 못하고 있다.
본 발명은 무선 전력 전송 시스템의 송신기 및 수신기 간의 거리를 측정할 수 있는 무선 전력 전송 기술을 제공하고자 한다.
본 발명은 수신기로 하여금 보다 효율적으로 무선 전력을 수신할 수 있도록 하는 무선 전력 전송 기술을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법은 송신기와 적어도 하나의 수신기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 수행된다. 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법은 (a) 상기 적어도 하나의 수신기에서 상기 송신기로부터 수신한 무선 전력에 대한 수신 강도 세기(RSSI: Received Signal Strength Indication)를 측정하는 단계; (b) 상기 송신기에서 상기 측정된 수신 강도 세기를 수신하는 단계; 및 (c) 상기 송신기의 상태 정보와 상기 수신한 수신 강도 세기를 기초로 상기 송신기와 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 거리를 산출하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 (b) 단계는 상기 송신기에서 상기 적어도 하나의 수신기에 의한 입력 임피던스의 변화 정보를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (c) 단계는 상기 수신 강도 세기가 특정 크기를 초과한 경우, 상기 입력 임피던스의 변화를 기초로 상기 송신기와 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 거리를 산출할 수 있다.
실시예들 중에서, 무선 전력 전송 시스템은 송신기와 적어도 하나의 수신기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수신기는 상기 송신기로부터 수신한 무선 전력에 대한 수신 강도 세기(RSSI: Received Signal Strength Indication)를 측정하는 전력 관리부; 및 상기 측정된 수신 강도 세기를 외부로 송신하는 무선통신부를 포함하고, 상기 송신기는 상기 적어도 하나의 수신기와 데이터를 송수신하는 무선통신부; 및 상기 송신기의 상태 정보와 상기 수신한 수신 강도 세기를 기초로 상기 송신기와 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 거리를 산출하는 제어부를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 기술은 무선 전력 전송 시스템 내 송신기의 입력 임피던스와 수신기의 수신 강도 세기를 기초로 송신기와 수신기 간의 거리를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 기술은 거리에 따라 차별적인 알고리즘을 통해 보다 정확하게 송신기와 수신기 간의 거리를 측정할 수 있다.
본 발명은 측정된 거리를 기초로 수신기의 위치 변경 요청 정보를 제공하여 수신기로 하여금 보다 효율적으로 무선 전력을 수신하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 있는 송신기와 수신기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 있는 송신기에서 바라 본 입력 임피던스를 설명하는 회로도이다.
도 4는 결합 상수와 거리간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5은 도 1에 있는 무선 전력송신 시스템에서 수행되는 무선 전력송신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 있는 송신기와 수신기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 있는 송신기에서 바라 본 입력 임피던스를 설명하는 회로도이다.
도 4는 결합 상수와 거리간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5은 도 1에 있는 무선 전력송신 시스템에서 수행되는 무선 전력송신 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력송신 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력송신 시스템은 자기장 영역 내에서 무선 전력을 전송하는 시스템으로, 송신기(110)(예를 들어, 무선 전력 송신 장치)와 복수의 수신기(120)(예를 들어, 무선 충전 기기)를 포함한다. 송신기(110)는 자기공진유도 방식을 통해 무선으로 전력을 공급하고, 수신기(120)는 송신기(110)와 임의의 거리만큼 이격되어 송신기(110)로부터 무선으로 전력을 공급받는다. 여기에서, 자기 공진 유도 방식은 앞서 설명한 바와 같이, 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 공진에 의하여 에너지의 무선 전송 효율을 극대화시킨 무선 전력 전송 방법에 해당한다. 송신기(110)와 수신기(120)는 상호 공진 주파수를 설정하여 공진 채널을 형성하고, 형성된 채널을 통해 무선 전력을 송신하거나 또는 수신할 수 있다.
송신기(110)는 전력을 자기장 영역 내에서 복수의 수신기(120)에게 무선 전력을 공급하고, 무선 전력송신 시스템을 관리하는 장치에 해당한다.
보다 구체적으로, 송신기(110)는 외부로부터 전력을 공급 받아 무선으로 송신할 무선 전력으로 변환하고, 무선 전력을 지기 공진 유도를 통해 수신기(120)에 송신한다. 또한, 송신기(110)는 복수의 수신기(120)부터 수신기(120)의 상태 정보를 수신하고, 송신기(110)의 상태를 모니터링하며, 수신된 수신기(120)의 상태 정보와 모니터링한 상태 정보를 기초로 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리(또는 수신기(120)의 위치)를 산출할 수 있다.
한편, 송신기(110)는 수신기(120)의 무선 통신을 통해 수신기(120)의 상태 정보를 수신할 수 있다. 여기에서, 무선 통신은 근거리 기기 간에 자기장 유도를 이용하여 양방향 데이터 통신이 가능한 자기장 통신에 해당할 수 있다. 특히, 주파수 사용의 효율성을 높이기 위하여 자기장 영역 내에서 무선전력전송과 같은 주파수를 무선 통신에 사용하는 in-band 자기장 통신에 해당할 수 있다.
또한, 수신기(120)의 상태 정보는 수신기(120)의 식별정보, 종류, 위치, 충전상태 및 수신 강도 세기(송신기(110)로부터 수신한 무선 전력의 크기)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 송신기(110)는 산출된 거리 정보를 기초로 복수의 수신기(120)에 대한 충전 여부, 충전 순서 등을 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 송신기(110)는 효과적으로 복수의 수신기(120)들을 관리를 위하여 통신이 가능한 지역에서 미리 수신기(120)를 인식 및 인증하고 무선 전력 전송에 필요한 데이터를 교환하여 무선 전력 전송을 위한 기본준비 절차가 선행되어야 한다. 따라서, 송신기(110)는 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리를 기초로 충전 지역과 통신 지역으로 구분된 가상의 공간을 설정하고, 송신기(110)는 통신 지역 안에 들어온 수신기(120)들에 대해 관리를 시작하며, 이들 중 무선 전력 전송이 가능한 지역인 충전 지역에 위치한 수신기(120)에 실제적인 무선 전력을 공급한다. 여기에서, 충전 지역은 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 가능한 지역에 해당하고, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작 주파수에 따라 변할 수 있다. 통신 지역은 자기장 영역 내에서 수신기(120)를 관리하기 위한 지역에 해당하고, 충전 지역보다 넓을 수 있다.
또한, 송신기(110)는 산출된 거리(또는 위치) 정보를 기초로 수신기(120)에 대한 위치 변경 정보를 제공할 수 있고, 위치 변경 정보는 예를 들어, 송신기(110)와 수신기(120)간의 이격 거리 정보 및 최적의 효율을 갖는 이격 거리 정보를 포함하고, 송/수신기(120)간의 거리와 충전 효율을 기초로 수신기(120)의 위치 변경을 요청하는 메시지에 해당할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 전송 시스템(100)은 보다 효율적인 무선전력 공급 및 충전을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 송신기(110)는 시분할 기반의 스케줄링 기법을 통해 복수의 수신기(120)에 무선전력을 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 송신기(110)는 고정형 또는 이동형으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 송신기(110)가 고정형으로 구현되는 경우, 실내에서는 천장이나 테이블 등의 가구 등에 설치될 수 있고, 실외에서는 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치될 수 있으며, 차량이나 기차, 지하철과 같은 이동체의 내부에 설치될 수도 있다. 다른 예를 들어, 송신기(110)가 이동형으로 구현되는 경우, 송신기(110) 자체가 별도의 이동형 장치로 구현될 수 있고, 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 디지털 기기의 일부로서 구현될 수도 있다.
수신기(120)는 송신기(110)에서 송신된 무선 전력을 자기 공진 유도를 통해 수신하여 부하에 공급하고, 수신기(120)의 상태를 모니터링하여 송신기(110)에 무선 통신을 통해 송신한다. 여기에서, 수신기(120)의 상태, 즉, 상태 정보는 송신기(110)로부터 수신한 무선 전력에 대한 수신 강도 세기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 수신기(120)는 각종 모바일 단말기, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등 배터리를 구비하는 모든 디지털 기기를 포함할 수 있고, 또한, 지중, 수중, 건물 내부 등 접근이 용이하지 않은 곳에 배치되는 센서 및 계측기 등의 전자기기를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 송신기(110)와 수신기(120)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 송신기(110)는 제1 공진 안테나(210), 전력 변환부(220), 무선 통신부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.
제1 공진 안테나(210)는 후술하는 전력 변환부(220)에서 생성한 무선 전력을 자기 공진 유도 방식을 통해 송신하고, 송신기(110)와 수신기(120)간에 데이터를 송수신한다.
예를 들어, 제1 공진 안테나(210)는 인덕터와 커패시터로 구성될 수 있고, 특히, 수신기(120)(의 제2 공진 안테나(250))와 자기 결합(Magnetic oupling)을 위해 가변 인덕터 및 가변 커패시터로 구성될 수 있다.
전력 변환부(220)는 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급 받아 송신기(110)와 수신기(120)간의 공진 주파수 대역을 갖는 AC 전력으로 변환한다.
일 실시예에서, 전력 변환부(220)는 변환된 무선 전력을 증폭하여 출력하는 전력 증폭기를 더 포함할 수 있고, 무선 전력의 세기 변화를 통해 무선 전력 전송의 효율을 높일 수 있다.
일 실시예에서, 전력 변환부(220)는 수신기(120)에 의한 입력 임피던스의 변화 정보를 측정할 수 있다. 여기에서, 입력 임피던스는 송시기에서 바라 본 임피던스에 해당하고, 도 3을 참조하여 후술한다.
보다 구체적으로, 전력 변환부(220)는 전력 공급원과 연결된 노드에서의 전압과 전류를 측정하여 입력 임피던스를 측정할 수 있다. 전력 변환부(220)는 측정된 입력 임피던스를 후술할 제어부(240)에 제공할 수 있다.
무선 통신부(230)는 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 수신기(120)와의 자기장 통신을 수행한다.
일 실시예에서, 무선 통신부(230)는 수신한 수신기(120)의 상태 정보를 자기장 신호 형태에서 송신기(110)에서 이용 가능한 형태의 신호로 변환하고, 수신기(120)에 송신할 신호(예를 들어, 후술할 위치 변경 정보)를 자기장 신호로 변환할 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 통신부(230)는 양방향 통신을 지원하며 송신기(110)에서 전송을 원하는 정보를 자기장 통신 프로토콜 패킷으로 생성한다. 생성된 패킷은 매체 접근 제어 계층(Media access control layer, MAC layer)과 디지털 신호 처리(DSP)를 거쳐 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 통해 아날로그 신호로 변환되고 증폭기를 통해 증폭될 수 있다. 한편, 증폭된 신호는 제1 공진 안테나(210)를 통해 증폭된 전류를 생성하고, 상기 전류는 수신기(120)의 제2 공진 안테나(250)에 유도 전류를 발생시켜 수신기(120)에 전달될 수 있다.
제어부(240)는 제1 공진 안테나(210), 전력 변환부(220) 및 무선 통신부(230) 각각을 제어하고, 상기 구성요소들간의 데이터 흐름을 제어한다. 또한, 제어부(240)는 무선 통신부(230)를 통해 수신한 수신기(120)의 수신 강도 세기와 전력 변환부(220)를 통해 모니터링된 상태 정보를 기초로 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리(또는 위치)를 산출한다. 제어부(240)의 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리 산출은 도 3 및 도 4를 참조하여 후술한다.
수신기(120)는 제2 공진 안테나(250), 전력 관리부(260), 무선 통신부(270) 및 제어부(280)를 포함한다.
제2 공진 안테나(250)는 송신기(110)에서 공급되는 무선 전력을 수신한다. 또한, 제2 공진 안테나(250)는 송신기(110)와 수신기(120) 간의 무선 통신에 사용될 수 있다.
전력 관리부(260)는 수신된 무선 전력을 부하에서 사용 가능한 전력으로 변환하여 공급한다. 여기에서, 부하는 수신기(120)의 배터리 등에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 관리부(260)는 수신기(120)의 상태를 모니터링 한다. 여기에서, 수신기(120)의 상태 정보는 충전 상태 및 수신 강도 세기(송신기(110)로부터 수신한 무선 전력의 크기)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(270)는 자기장 통신 프로토콜을 통해 수신기(120)의 상태 정보를 송신하거나 또는 송신기(110)로부터 위치 변경 정보를 수신할 수 있다. 무선 통신부(270)는 상태 정보를 자기장 신호로 변환하거나 또는 수신된 위치 변경 정보를 수신기(120)에서 이용 가능한 포맷의 신호로 변환할 수 있다. 무선 통신부(270)는 제2 안테나를 통해 전달된 자기장 신호를 증폭기를 통해 인식할 수 있는 규모의 파형으로 변형하고, 필터를 거쳐 노이즈가 제거하며, 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 통해 디지털화할 수 있다. 무선 통신부(230)는 디지털화된 신호를 매체 접근 제어 계층(Media access control layer, MAC layer)과 디지털 신호 처리(DSP)를 거쳐 패킷 데이터 형태로 변환 및 복원할 수 있다.
제어부(280)는 제2 공진 안테나(250), 전력 관리부(260), 무선 통신부(270) 각각을 제어할 수 있고, 상기 구성요소들간의 데이터 흐름을 제어한다.
일 실시예에서, 수신기(120)는 디스플레이부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 디스플레이부는 수신기(120)의 상태 정보 및 송신기(110)로부터 수신한 위치 변경 정보를 출력할 수 있다. 수신기(120)와 연관된 사용자는 디스플레이된 위치 변경 정보를 통해 수신기(120)의 위치를 조정할 수 있고, 이를 통해, 무선 전력 전송 시스템(100)은 보다 효율적인 무선 전력 전송이 가능하도록 할 수 있다.
도 3은 도 2에 있는 송신기(110)에서 바라 본 입력 임피던스를 설명하는 회로도이다.
도 3(a)를 참조하면, 송신기(110)는 제1 커패시터와 제1 인덕터로 구성되고, 수신기(120)는 제2 커패시터와 제2 인덕터로 구성된다. 송신기(110)와 수신기(120)간 상호 인덕턴스는 M에 해당한다.
도 3(b)를 참조하면, 송신기(110)에서 바라본 입력 임피던스(Zin)의 등가회로를 나타내고, 그 값은 하기의 수학식 1과 같다.
여기에서, Zi는 입력 임피던스, Z1는 송신기(110)의 임피던스, Z2는 수신기(120)의 임피던스, w는 각 주파수(공진 주파수), M은 Z1과 Z2의 상호 임피던스에 해당한다.
송신기(110)의 임피던스와 수신기(120)의 임피던스는 하기의 수학식 2와 3과 같이 인덕턴스와 커패시터의 결합으로 나타낼 수 있다.
여기에서, L1과 C1은 각각 송신기(110)의 제1 인덕터 및 제1 커패시터, L2와 C2는 각각 수신기(120)의 제2 인덕터 및 제2 커패시터에 해당하고, s는 복소 주파수에 해당한다. s는 j * w(각 주파수)로 나타낼 수 있다.
송신기(110)와 수신기(120)간의 상호 인덕턴스(M)는 하기의 수학식 4와 같다.
여기에서, k는 자기 결합 상수에 해당한다.
상기 상호 인덕턴스(M)은 자기 결합 상수(k)의 함수에 해당하고, 자기 결합 상수(k)는 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리 변화에 따라 변화한다. 특히, 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리가 멀어질수록 자기 결합 상수(k)의 크기는 작아지고, 입력 임피던스 또한 크기가 작아진다.
제1 인덕터 및 제1 커패시터 각각의 크기 공진 주파수는 송신기(110)의 요구 사양(specification)에 따라 기 설정될 수 있거나 또는 송신기(110)의 상태에 대한 모니터링을 통해 획득될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 인덕터 및 제2 커패시터 각각의 크기 또한, 수신기(120)의 사양에 따라 기 설정될 수 있거나 또는 수신기(120)에 대한 모니터링을 통해 획득될 수 있고, 송신기(110)는 무선 통신을 통해 상기 정보들을 수신할 수 있다.
송신기(110)는 전력 변환부(220)를 통해 입력 임피던스를 측정할 수 있고, 제어부(240)를 통해 수학식 1 내지 4를 통해 결합 상수(k)를 산출할 수 있다.
도 4는 결합 상수와 거리간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, X축과 Y축은 각각 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리(이하, '이격 거리'라 함) 및 결합 상수에 해당한다.
이격 거리를 제외한 무선 전력 전송 조건이 동일한 경우(예를 들어, 동일한 송신기(110) 및 수신기(120), 온도 등), 결합 상수는 이격 거리와 반비례하는 특성을 나타낸다. 특히, 이격 거리가 특정 거리를 초과하면, 결합 상수에는 거의 변화가 없음을 알 수 있다.
일 실시예에서, 송신기(110)는 결합 계수와 거리 간의 관계를 나타내는 매핑 테이블을 포함할 수 있다. 여기에서, 매핑 테이블은 무선 전력송신 환경 별로 이격 거리에 따른 결합 계수에 관한 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 기초로 생성될 수 있다.
제어부(240)는 산출된 거리와 매핑 테이블을 기초로 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리를 산출할 수 있고, 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리에 따라 차별된 알고리즘을 적용하여 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리를 재산출 또는 보정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(240)는 전력 변환부(220)에서 측정된 입력 임피던스의 변화 정도가 특정 범위 이내인 경우, 무선 전력의 크기와 수신 강도 세기를 기초로 송신기(110)와 수신기(120)에 대한 거리를 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 송신기(110)와 수신기(120)간의 이격거리가 특정 거리 이상에 해당하여 입력 임피던스가 로우(low) 임피던스에 해당하는 경우, 제어부(240)는 수신기(120)가 원거리에 위치한 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 무선 전력의 크기와 수신 강도 세기를 기초로 이격 거리를 산출할 수 있다.
송신기(110)는 송신기(110)에서 공급하는 무선 전력의 크기와 수신기(120)에서 측정된 수신 강도 세기간의 비율(ratio)을 저장한 거리 테이블을 별도의 데이터베이스에 저장할 수 있고, 제어부(240)는 저장된 거리 테이블과 무선 전력의 크기 대 측정된 수신 강도 세기의 비율을 기초로 송신기(110)와 수신기(120)간의 대략적인 이격거리를 산출할 수 있다.
한편, 제어부(240)는 산출된 이격거리에 따라 위치 변경 정보를 수신기(120)에 송신하도록 무선 통신부(230)를 제어할 수 있다. 여기에서, 위치 변경 정보는 이격거리가 원거리임에 따라 효율이 낮다는 내용을 포함하거나 또는 송신기(110) 측으로의 수신기(120)의 이동을 요청하는 내용을 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 제어부(240)는 입력 임피던스의 변화 정도가 특정 범위를 벗어난 경우, 입력 임피던스의 변화를 기초로 송신기(110)와 수신기(120)에 대한 거리를 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 송신기(110)와 수신기(120)간의 이격거리가 특정 거리 이내에 해당하여 입력 임피던스가 로우 임피던스를 초과하는 경우(또는 하이 임피던스에 해당하는 경우), 제어부(240)는 수신기(120)가 근거리에 위치한 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 입력 임피던스 또는 입력 임피던스의 변화를 기초로 이격 거리를 산출할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 수신 강도 세기를 반영하여 산출된 이격 거리를 산출할 수 있다.
도 5는 도 1에 있는 무선 전력 전송 시스템(100)에서 수행되는 무선 전력 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송수신기(120)간의 거리를 측정하는 방법은 무선 전력 전송 시스템(100)에서 수행된다.
수신기(120)는 송신기(110)로부터 수신한 무선 전력에 대한 수신 강도 세기(RSSI)를 측정한다(S510).
수신기(120)는 무선 통신부(230)를 통해 송신기(110)에 측정된 수신 강도 세기를 전송하고, 송신기(110)는 측정된 수신 강도 세기를 무선 통신부(230)를 통해 수신한다(S520).
일 실시예에서, 송신기(110)는 입력 임피던스를 측정할 수 있다. 여기에서, 입력 임피던스는 송신기(110) 측에서 바라본 등가회로의 임피던스에 해당하고, 송신기(110)는 외부 전력 공급원과 연결된 노드의 전압과 전류를 측정하여 입력 임피던스를 산출할 수 있다.
송신기(110)는 송신기(110)의 상태 정보와 수신한 수신 강도 세기를 기초로 송신기(110)와 수신기(120)간의 거리를 산출한다(S530).
여기에서, 송신기(110)의 상태 정보는 앞서 설명한 바와 같이, 공급하는 무선 전력의 크기, 송신기(110)의 위치 정보 및 수신기(120)에 의해 변동 가능한 입력 임피던스 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 수신한 수신 강도 세기가 특정 크기를 초과한 경우, 송신기(110)의 제어부(240)는 수신기(120)가 송신기(110)로부터 근거리에 위치한 것으로 판단하여, 임력 임피던스의 변화를 기초로 송신기(110)와 수신기(120)에 대한 거리를 산출할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 무선 전력 전송 시스템
110 : 송신기
120 : 수신기
210 : 제1 공진 안테나
220 : 전력 변환부
230 : 무선 통신부
240 : 제어부
250 : 제2 공진 안테나
260 : 전력 관리부
270 : 무선 통신부
280 : 제어부
110 : 송신기
120 : 수신기
210 : 제1 공진 안테나
220 : 전력 변환부
230 : 무선 통신부
240 : 제어부
250 : 제2 공진 안테나
260 : 전력 관리부
270 : 무선 통신부
280 : 제어부
Claims (10)
- 송신기와 적어도 하나의 수신기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 수행되는 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법에 있어서,
(a) 상기 적어도 하나의 수신기에서 상기 송신기로부터 수신한 무선 전력에 대한 수신 강도 세기(RSSI: Received Signal Strength Indication)를 측정하는 단계;
(b) 상기 송신기에서 상기 측정된 수신 강도 세기를 수신하고 상기 송신기에서 상기 적어도 하나의 수신기에 의한 입력 임피던스의 변화 정보를 측정하는 단계; 및
(c) 상기 송신기의 상태 정보와 상기 수신한 수신 강도 세기를 기초로 상기 송신기와 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 거리를 산출하는 단계를 포함하는 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 송신기의 상태 정보는
상기 송신기에서 공급하는 무선 전력의 크기, 상기 송신기의 위치 정보 및 상기 적어도 하나의 수신기에 의해 변동 가능한 입력 임피던스 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는
상기 수신 강도 세기가 특정 크기를 초과한 경우, 상기 입력 임피던스의 변화를 기초로 상기 송신기와 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법.
- 제1항 또는 제4항에 있어서,
수신기의 위치 변경을 요청하는 위치 변경 정보를 생성하고, 상기 위치 변경 정보는 송신기와 수신기간의 이격 거리 정보 및 최적의 효율을 갖는 이격 거리 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 측정된 거리를 기초로 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 무선 전력 전송 순위를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법.
- 송신기와 적어도 하나의 수신기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
상기 적어도 하나의 수신기는
상기 송신기로부터 수신한 무선 전력에 대한 수신 강도 세기(RSSI: Received Signal Strength Indication)를 측정하는 전력 관리부; 및
상기 측정된 수신 강도 세기를 외부로 송신하는 무선통신부를 포함하고,
상기 송신기는
상기 적어도 하나의 수신기와 데이터를 송수신하는 무선통신부;
상기 적어도 하나의 수신기에 의한 입력 임피던스의 변화 정보를 측정하는 임피던스 측정부; 및
상기 송신기의 상태 정보와 상기 수신한 수신 강도 세기를 기초로 상기 송신기와 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 거리를 산출하는 제어부를 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
- 삭제
- 제7항에 있어서, 상기 송신기의 제어부는
상기 수신 강도 세기가 특정 크기를 초과한 경우, 상기 입력 임피던스의 변화를 기초로 상기 송신기와 상기 적어도 하나의 수신기에 대한 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
- 제7항 또는 제9항에 있어서, 상기 송신기의 제어부는
수신기의 위치 변경을 요청하는 위치 변경 정보를 생성하고, 상기 위치 변경 정보는 송신기와 수신기간의 이격 거리 정보 및 최적의 효율을 갖는 이격 거리 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130166414A KR101561938B1 (ko) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 전송 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130166414A KR101561938B1 (ko) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 전송 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150077679A KR20150077679A (ko) | 2015-07-08 |
| KR101561938B1 true KR101561938B1 (ko) | 2015-10-20 |
Family
ID=53790384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130166414A KR101561938B1 (ko) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 전송 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101561938B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019093852A1 (ko) * | 2017-11-13 | 2019-05-16 | 삼성전자주식회사 | 복수개의 전자 장치들 간의 거리 측정 방법 및 그에 따른 전자 장치 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102554457B1 (ko) | 2016-09-20 | 2023-07-11 | 주식회사 위츠 | 무선 전력 송신 장치 및 그의 제어 방법 |
| KR102433881B1 (ko) * | 2018-02-14 | 2022-08-19 | 삼성전자주식회사 | 전자 장치 및 그 제어 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010066235A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Sony Corp | 距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラム |
| KR101257676B1 (ko) | 2012-12-07 | 2013-05-02 | 주식회사 에스엔파워콤 | 무선충전 시스템의 송수신 정렬상태 표시방법 및 장치 |
-
2013
- 2013-12-30 KR KR1020130166414A patent/KR101561938B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010066235A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Sony Corp | 距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラム |
| KR101257676B1 (ko) | 2012-12-07 | 2013-05-02 | 주식회사 에스엔파워콤 | 무선충전 시스템의 송수신 정렬상태 표시방법 및 장치 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019093852A1 (ko) * | 2017-11-13 | 2019-05-16 | 삼성전자주식회사 | 복수개의 전자 장치들 간의 거리 측정 방법 및 그에 따른 전자 장치 |
| US11275164B2 (en) | 2017-11-13 | 2022-03-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for measuring distance between multiple electronic devices, and electronic device therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150077679A (ko) | 2015-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20150077678A (ko) | 무선 전력 전송 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 송신기 | |
| CN110476362B (zh) | 在无线电力传输系统中执行通信的设备和方法 | |
| US11664688B2 (en) | Apparatus and method for performing power calibration in wireless power transmission system | |
| JP6042401B2 (ja) | 無線の場を介して、負荷に電力を供給するための装置、方法 | |
| KR101823172B1 (ko) | 무선 및 유선 충전을 위한 온도 센서 인터페이스 | |
| US9362778B2 (en) | Short distance wireless device charging system having a shared antenna | |
| KR20150073275A (ko) | 무선 전력 송수신 장치 | |
| CN104685797A (zh) | 用于检测无线充电发射特性的系统和方法 | |
| US11349345B2 (en) | Wireless power transmission device | |
| KR20170064380A (ko) | 무선 전력 수신기 및 그 제어 방법 | |
| US11848572B2 (en) | Wireless power reception apparatus, wireless power transmission apparatus, and foreign matter detection method using same | |
| KR20140129917A (ko) | 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법 | |
| KR101561938B1 (ko) | 무선 전력 송수신기의 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 전송 시스템 | |
| KR20160024366A (ko) | 무선 전력 전송 방법 및 이를 수행하는 무선 전력 송신기 | |
| KR20150006499A (ko) | 무선 충전 관리 서버, 무선 통신 충전 장치, 무선 충전 시스템 및 무선 충전 방법 | |
| US9762293B2 (en) | Wireless power repeater and wireless power transmitter | |
| KR20140129897A (ko) | 무선 전력 송수신 장치 및 무선 전력 송수신 방법 | |
| KR101795098B1 (ko) | 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법 | |
| KR101360550B1 (ko) | 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법 | |
| KR20140129906A (ko) | 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법 | |
| KR20130128801A (ko) | 무선 통신 대역의 무선 신호를 이용한 무선 충전 시스템 및 방법 | |
| KR102319972B1 (ko) | 무선으로 전력 및 영상 관련 데이터 전송을 지원하는 전자 장치 및 이를 포함하는 무선 통신 시스템 | |
| CN216390605U (zh) | 一种远距离无线充电装置 | |
| KR20140129896A (ko) | 무선 전력 송수신 장치 및 무선 전력 송수신 방법 | |
| KR20150066070A (ko) | 무선전력 전송 시스템 및 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181008 Year of fee payment: 4 |