KR101702914B1 - 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치 - Google Patents

공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치 Download PDF

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Abstract

공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치가 개시된다. 본 발명의 일측에 따른 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치는, 대상 공진기로 전력을 전송하는 전원 공진기 및 상기 대상 공진기로 전송된 전력에 대응하는 반사파를 검출하고, 검출된 반사파를 이용하여 전력을 생성하는 반사 전력 관리부를 포함한다.
공진 전력, 무선 전력 전송, 반사파

Description

공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치{REFLECTION POWER MANAGEMENT APPARATUS}
기술분야는 무선 전력 전송 시스템, 예를 들어 공진 전력 전송 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치가 개시된다.
IT 기술 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.
최근 들어 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술 (wireless power transmission)이 연구되고 있다. 무선 전력 전송 환경의 특성 상, 공진 전력 전송 시 내부 또는 외부에서 반사파 에너지는 항상 존재한다.
본 발명의 일측에 따른, 공전 전력 전송의 반사 에너지 관리 장치는, 대상 공진기로 전력을 전송하는 전원 공진기 및 상기 대상 공진기로 전송된 전력에 대응하는 반사파를 검출하고, 검출된 반사파를 이용하여 전력을 생성하는 반사 전력 관리부를 포함한다.
상기 반사 전력 관리부는, 상기 반사파를 커플링하는 커플러와, 상기 커플러에 의하여 커플링된 반사파를 정류하여 직류 전력을 생성하는 정류부; 및 상기 직류 전력을 저장하는 충전부를 포함할 수 있다.
상기 반사 전력 관리부는, 상기 반사파를 커플링하는 커플러와, 상기 커플러에 의하여 커플링된 반사파를 정류하여 직류 전압을 생성하는 정류부 및 상기 직류 전압을 공진 전력 전송 장치의 보조 전력으로 제공하기 위한 직류/직류 변환기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일측에 따른, 공전 전력 전송의 반사 에너지 관리 장치는, 공진 전력 전송 장치로부터 입력되는 전력을 상기 전원 공진기로 제공하고, 상기 반사파를 상기 반사 전력 관리부로 제공하는 서큘레이터를 더 포함할 수 있다.
공진 전력 전송 시스템의 내부 및 외부에서 발생하는 반사 전력을 효율적으로 재사용함으로써, 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한, 공진 전력 전송 시스템의 내부 및 외부에서 발생하는 반사 전력을 제3의 디바이스를 충전하거나, 전송시스템 통신용 모듈 보조 전력 사용, 공진 전력 전송 시스템 보조 전력으로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 관련기술에 따른 무선 전력 전송을 위한 공진기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 1은 공명 특성을 이용하는 무선 전력 전송 시스템은 소스(110) 및 데스티네이션(120)을 포함한다. 여기서, 소스(110)는 헬릭스(helix) 코일 구조의 공명기 또는 스파이럴(spiral) 코일 구조의 공명기를 이용하여 데스티네이션(120)으로 전력을 공급한다고 가정한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치를 나타낸다. 이때, 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치(200)는 무선 전력 전송 장치에 포함되는 구성일 수 있다.
도 2를 참조하면, 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치(200)는 AC 입력부(210), 소스부(220), 전원 공진기(230) 및 반사 전력 관리부(240)을 포함한다.
AC 입력부(210)는 AC 전원을 생성하여 소스부(220)로 제공한다.
소스부(220)는 AC 입력부(210)로부터 입력되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 전원 공진기(230)를 통해 전력을 전송하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 예 를 들어, 소스부(220)는 AC/DC 컨버터, 주파수 생성기, 전력 증폭기, 커플러 등을 포함할 수 있다.
전원 공진기(230)는, 공진 전력을 대상 공진기로 전송한다.
반사 전력 관리부(240)는 대상 공진기로 전송된 전력에 대응하는 반사파를 검출하고, 검출된 반사파를 이용하여 전력을 생성한다. 이때, 대상 공진기로 전송된 전력에 대응하는 반사파는 전원공진기(230)가 갖는 전압정재파비에 의해 결정될 수 있다. 본 명세서에서, 반사파에 의해 생성되는 전력은 반사파 전력 또는 반사파 에너지라 칭하기로 한다. 한편, 반사 전력에 의한 전력효율(PTE, Power transfer Efficiency)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112009081385952-pat00001
수학식 1에서, S11 은 반사전력을 의미하고, S21 은 전송 전력을 의미한다. 전력 효율은 결국 공진주파수에서의 임피던스 매칭(matching) 정도에 따라 결정될 수 있다.
도 3은 도 2의 반사 전력 관리부(240)의 구성 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 반사 전력 관리부(240)는, 커플러(341)와, 정류부(343) 및 충전부(341)를 포함할 수 있다.
커플러(341)는 대상 공진기로 전송된 전력에 대응하는 반사파를 커플링하여 정류부(343)로 전달한다.
정류부(343)는 커플러(341)에 의하여 커플링된 반사파를 정류함으로써, 직류 전력, 즉 직류 전류를 생성한다. 이때, 정류부(343)는 적어도 하나의 다이오드, 저항, 콘텐서, 코일을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 정류부(343)는 평활 회로를 포함하여 구성될 수 있으며, 평활 회로를 이용하여 고주파 신호를 직류 신호로 변환할 수 있다.
충전부(341)는 정류부(343)에 의하여 생성된 직류 전력을 저장한다. 충전부(341)에 저장된 에너지는 통신모듈(미 도시 함) 또는 메인 프로세서 등에 공급되거나, 공진 전력 전송 장치(200)의 보조 전력으로 제공될 수 있다.
도 4는 도 2의 반사 전력 관리부(240)의 다른 구성 예를 나타낸다.
도 4에 도시된 반사 전력 관리부(240)는 도 3과 달리, DC/DC 변환기(441)를 포함한다. 도 4에서, 정류부(443) 및 커플러(445)는 정류부(343) 및 커플러(341)와 동일한 구성 요소를 나타낸다.
DC/DC 변환기(441)는, 직류 전압을 공진 전력 전송 장치의 보조 전력으로 제공하기 위하여, 정류부(443)에 의하여 정류된 직류 전압을 충전기를 거치지 않고 통신 모듈 또는 메인 프로세서 등으로 공급할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 명시적으로 도시되지 않았으나, 반사 전력 관리부(240)는 DC/DC 변환기(441)와 충전부(341)를 동시에 구비할 수도 있다. 즉, 실 시 예에 따라서, DC/DC 변환기(441)에 의하여 직류/직류 변환된 전압은 충전부(341)에 저장될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치(500)는 소스부(520), 전원 공진기(530), 반사 전력 관리부(540) 및 서큘레이터(550)를 포함한다. 이때, 소스부(520), 전원 공진기(530) 및 반사 전력 관리부(540)는 각각 소스부(220), 전원 공진기(230) 및 반사 전력 관리부(240)와 동일한 기능을 수행한다.
서큘레이터(550)는, 공진 전력 전송 장치(500)로부터 입력되는 전력, 즉, 소스부(520)로부터 입력되는 전력을 전원 공진기로 제공(530)하고, 전원 공진기(530)에서 발생하는 반사파를 반사 전력 관리부(540)로 제공한다. 즉, 서큘레이터(550)의 제1 단자(501)는 소스부(520)의 출력 단자에 연결되고, 제2단자(503)는 전원 공진기(530) 측에 접속되고, 제3 단자(505)는 반사 전력 관리부(540)에 연결될 수 있다. 따라서, 서큘레이터(550)는 제1 단자(501)로부터 입력되는 신호를 전원 공진기(530)로 출력하고, 제3 단자(505)로부터 입력되는 반사파를 반사 전력 관리부(540)로 출력할 수 있다.
한편, 공진 전력 전송 시스템에서 반사 전력은 도 6에 도시된 바와 같이, 다양한 위치에서 발생될 수 있다.
도 6을 참조하면, 반사 저력은, 1) 송신 시스템의 소스부와 전원 공진기간(601), 2) 전원 공진기와 대상 공진기간(603, 605), 3) 수신 시스템의 대상 공진기와 정류부간(607), 4) 수신 시스템의 정류부와 부하단(load)간에 임피던스 미스 매칭(miss matching)에 의하여 발생될 수 있다. 이때, 반사전력 발생 위치(601, 603, 605, 607, 609)에서, 공진 전력 전송 시스템의 전체 반사 전력 중 대부분이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 전력 관리부는 반사전력 발생 위치(601, 603, 605, 607, 609)에 구비될 수 있다. 이때, 반사 전력 관리부는 공진 전력 전송 시스템에서 발생되는 반사파를 커플링하는 커플러와, 상기 커플러에 의하여 커플링된 반사파를 정류하여 직류 전력을 생성하는 정류부 및 직류 전력을 저장하는 충전부를 포함하여 구성될 수 있다.
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.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 관련기술에 따른 무선 전력 전송을 위한 공진기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치를 나타낸다.
도 3은 도 2의 반사 전력 관리부(240)의 구성 예를 나타낸다.
도 4는 도 2의 반사 전력 관리부(240)의 다른 구성 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치를 나타낸다.
도 6은 송수신 시스템에서 반사전력이 크게 발생되는 부분의 예들을 나타낸다.

Claims (5)

  1. 대상 공진기로 전력을 전송하는 전원 공진기; 및
    상기 대상 공진기로 전송된 전력에 대응하는 반사파를 검출하고, 검출된 반사파를 이용하여 반사 전력을 생성하는 반사 전력 관리부를 포함하고,
    전력 전송 효율은,
    공진 주파수에서 상기 전원 공진기와 상기 대상 공진기 사이에 발생하는 임피던스 미스 매칭의 정도를 기초로 결정되되, 상기 전원 공진기의 전송 전력의 제곱 및 상기 반사 전력의 제곱 사이의 비율을 기초로 연산되는, 공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 전력 관리부는,
    상기 반사파를 커플링하는 커플러;
    상기 커플러에 의하여 커플링된 반사파를 정류하여 직류 전력을 생성하는 정류부; 및
    상기 직류 전력을 저장하는 충전부를 포함하는,
    공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사 전력 관리부는,
    상기 반사파를 커플링하는 커플러;
    상기 커플러에 의하여 커플링된 반사파를 정류하여 직류 전압을 생성하는 정류부; 및
    상기 직류 전압을 공진 전력 전송 장치의 보조 전력으로 제공하기 위한 직류/직류 변환기를 포함하는,
    공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    공진 전력 전송 장치로부터 입력되는 전력을 상기 전원 공진기로 제공하고, 상기 반사파를 상기 반사 전력 관리부로 제공하는 서큘레이터를 더 포함하는,
    공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치.
  5. 공진 전력 전송 시스템에서 발생되는 반사파를 커플링하는 커플러;
    상기 커플러에 의하여 커플링된 반사파를 정류하여 직류 전력을 생성하는 정류부; 및
    상기 직류 전력을 저장하는 충전부를 포함하고,
    상기 공진 전력 전송 시스템의 전력 전송 효율은,
    전력을 대상 공진기로 전송하는 전원 공진기와 상기 대상 공진기 사이에 발생하는 임피던스 미스 매칭의 정도를 기초로 결정되되, 상기 전원 공진기의 전송 전력의 제곱 및 상기 직류 전력의 제곱 사이의 비율을 기초로 연산되는,
    공진 전력 전송의 반사파 에너지 관리 장치.
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