KR101730157B1 - 자기장의 다중 동기를 이용한 광역 무선전력 전송 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

자기장의 다중 동기를 이용한 광역 무선전력 전송 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 단일 또는 동기 제어되는 수 개의 송신 코일모듈을 사용하여 넓은 범위에 균등한 자기장을 제공하는 무선전력 전송장치 및 방법을 제공한다.

Description

자기장의 다중 동기를 이용한 광역 무선전력 전송 장치 및 방법{Method and Apparatus for Wide Area Wireless Power Transmission Using Multi Synchronization of Magnetic Field}

본 실시예는 자기장의 다중 동기를 이용하여 넓은 지역에 무선으로 전력을 전송하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

무선 전력 전송이란 종래의 유선으로 된 전력선 대신 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 기술을 말하며, 전원 케이블을 이용하여 전원이 필요한 장치를 전원 콘센트에 연결하지 않고도 무선으로 충전 가능하다는 장점 때문에 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 무선 전력 전송 기술에는 크게 자기유도방식 및 자기공진방식이 있다. 그러나 송신 코일모듈을 1개만을 사용하여 전력을 전송할 경우, 전력을 전송함에 있어 전송 거리가 길지 못하고, 또한 방향성에 있어서도 다양한 방향으로의 전송이 곤란하다. 따라서 송신 코일모듈을 둘 이상을 사용하며 둘 이상의 송신 코일모듈에서 발생하는 자기장을 동기화함으로써, 전력을 전송하는 거리를 증가시키고, 방향성에 있어서 다양한 방향으로 전력을 전송할 필요성이 있다.

본 실시예는, 단일 또는 동기 제어되는 수 개의 송신 코일모듈을 사용하여 넓은 범위에 균등한 자기장을 제공하는 데 주된 목적이 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 무선으로 전력을 전송하기 위한 장치에 있어서, 자기장을 균등하게 발생시켜 방사하거나 방사된 자기장을 수신하는 복수의 코일모듈과 상기 복수의 코일모듈에 각각 제공되는 교류전원의 주파수 또는 위상을 변환하는 복수의 인버터(Inverter)와 상기 복수의 코일모듈에서 기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈이 발생시키는 자기장, 상기 인접한 코일모듈이 발생시키는 자기장에 의해 상기 기 설정된 코일모듈에서 발생하는 유도 전류 및 상기 인접한 코일모듈과 연결된 제어장치가 송신하는 동기신호 중 어느 하나를 수신하는 복수의 수신장치와 상기 복수의 수신장치 각각이 수신한 것을 이용해 상기 복수의 코일모듈에서 각각 발생하는 자기장이 동일한 위상을 갖도록 상기 복수의 인버터를 각각 제어하는 복수의 제어장치와 상기 복수의 코일모듈에 각각 상기 교류전원을 제공하는 전원제공장치 및 상기 전원제공장치와 상기 복수의 인버터 각각의 사이에 위치하여 상기 전원제공장치와 상기 복수의 인버터 각각의 연결을 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선으로 전력을 전송하기 위한 장치에 있어서, 자기장을 균등하게 발생시켜 방사하거나 방사된 자기장을 수신하는 복수의 코일모듈과 상기 복수의 코일모듈에 각각 제공되는 교류전원의 주파수 또는 위상을 변환하는 복수의 인버터(Inverter)와 상기 복수의 코일모듈에서 각각 발생하는 자기장이 동일한 위상을 갖도록 상기 복수의 인버터를 한번에 제어할 수 있는 중앙제어장치와 상기 복수의 코일모듈에 각각 상기 교류전원을 제공하는 전원제공장치 및 상기 전원제공장치와 상기 복수의 인버터 각각의 사이에 위치하여 상기 전원제공장치와 상기 복수의 인버터 각각의 연결을 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선으로 전력을 전송하기 위한 방법에 있어서, 복수의 코일에 교류전원을 제공하는 제1 과정과 상기 복수의 코일에 각각 상기 교류전원의 제공 여부를 스위칭하는 제2 과정과 상기 교류전원의 주파수 또는 위상을 변환하는 제3 과정과 상기 복수의 코일이 각각 발생시키는 자기장이 동일한 위상을 갖도록 상기 각 코일에 제공되는 교류전원의 주파수 또는 위상의 변환을 제어하는 제4 과정 및 상기 복수의 코일이 각각 상기 제4 과정에서 주파수 또는 위상이 변환된 교류전원을 제공받아 균등한 자기장을 발생시키는 제5 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송방법을 제공한다.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선으로 전력을 전송하는 것을 제어하기 위한 장치에 있어, 기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈로부터 발생한 자기장 또는 상기 인접한 코일모듈로부터 발생한 자기장에 의해 상기 기 설정된 코일모듈에서 발생하는 유도전류를 수신하는 수신부와 상기 수신부에서 수신한 자기장 또는 유도전류를 이용해 상기 인접한 코일모듈의 자기장의 방향과 크기를 감지하는 감지부와 상기 감지부가 감지한 자기장의 방향과 크기를 판단하여, 상기 인접한 코일모듈의 기준 자기장을 선별하는 선별부와 상기 선별부가 선별한 기준 자기장의 위상을 판단하는 판단부 및 상기 판단부가 판단한 상기 기준 자기장의 위상을 갖도록 상기 기 설정된 코일모듈에 제공되는 교류전원의 위상을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 제어장치를 제공한다.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선으로 전력을 전송하는 것을 제어하기 위한 장치에 있어, 기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈과 연결된 무선전력전송 제어장치로부터 발생한 동기신호를 수신하는 수신부와 상기 수신부가 수신한 동기신호를 이용하여 상기 인접한 코일모듈과 동일한 위상을 갖는 자기장이 발생하도록 교류전원의 위상을 제어하는 제어부 및 상기 제어부가 상기 교류전원의 위상을 제어하는 동기신호를 인접한 다른 코일모듈에 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 제어장치를 제공한다.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선으로 전력을 전송하는 것을 제어하기 위한 방법에 있어, 기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈로부터 발생한 자기장의 방향과 크기를 감지하는 과정과 감지한 자기장의 방향과 크기를 판단하여, 상기 인접한 코일모듈의 기준 자기장을 선별하는 과정과 선별한 기준 자기장의 위상을 판단하는 과정 및 판단한 기준 자기장의 위상을 갖도록 상기 기 설정된 코일모듈과 연결된 인버터(Inverter)를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 제어방법을 제공한다.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선으로 전력을 전송하는 것을 제어하기 위한 방법에 있어, 코일모듈에 교류전원을 제공하기 위한 전원 통신선을 이용하여, 인버터(Inverter) 간의 동기 신호를 서로 주고 받는 과정 및 상기 코일모듈이 최대의 균등한 자기장을 발생시키도록 주고 받은 동기 신호를 이용하여 상기 기 설정된 코일모듈과 연결된 인버터를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 제어방법을 제공한다.

또한 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선으로 전력을 전송하는 것을 제어하기 위한 방법에 있어, 인버터(Inverter) 간의 무선 통신을 이용하여, 상기 인버터 간의 동기 신호를 서로 주고 받는 과정 및 상기 코일모듈이 최대의 균등한 자기장을 발생시키도록 주고 받은 동기 신호를 이용하여 상기 기 설정된 코일모듈과 연결된 인버터를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 제어방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 송신 코일에서 균등한 자기장을 최대로 발생시킬 수 있어, 전력을 장거리까지 전송할 수 있다.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 1b은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 블럭 구성도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 블럭 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일모듈을 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일모듈로부터 발생하는 자기장의 형태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송신 코일모듈의 형태와 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 코일모듈(110), 인버터(120), 스위치(130), 전원공급장치(140), 수신장치(150) 및 제어장치(160)를 포함한다.

코일모듈(110)은 전원공급장치(150)로부터 교류 전원을 수신하여, 자기장을 발생시키는 역할을 한다. 코일모듈(110)이 전원공급장치(150)로부터 교류 전원을 수신하여 자기장을 발생시키면, 수신단(미도시)은 발생한 자기장을 수신한다. 수신단(미도시)은 흘러들어간 자기장으로 인해 수신단(미도시)에 전위차가 유도된다.

인버터(120)는 전원공급장치가 코일모듈로 제공하는 교류 전원의 주파수 또는 위상을 변환하는 역할을 한다. 코일모듈이 균등한 자기장을 발생시키기 위해서, 코일모듈의 종류에 따라 위상 차가 없거나 일정한 위상 차를 갖는 교류 전원이 공급되어야 하는데, 인버터(120)는 이러한 코일모듈로 제공되는 교류 전원의 위상을 변환할 수 있다.

또한 인버터(120)는 공진 캐패시터(미도시)와 함께 연결될 수 있다. 송신부의 인덕턴스 성분을 상쇄시키는 역할을 한다. 공진 캐패시터 없이 코일모듈을 인버터에 연결하게 되면 권선의 리액턴스(2π*f*L)가 너무 커서 인버터가 감당해야 하는 피상전력이 커지게 된다. 캐패시터는 음의 리액턴스(-1/(2π*f*C))를 가지므로 직렬로 권선과 연결하면, 리액턴스가 상쇄되어 전체 임피던스는 작아지게 된다. 이에 따라 인버터는 더 적은 피상전력으로 권선을 구동할 수 있게 된다.

스위치(130)는 전원공급장치가 코일모듈로 제공하는 교류 전원의 제공 여부를 결정한다. 각 코일모듈과 전원공급장치 사이에 위치하여 각 스위치(140)가 켜지거나(On) 꺼짐(Off)에 따라 각 코일모듈에 교류 전원이 공급될 지 여부가 결정된다.

전원공급장치(140)는 코일모듈에서 자기장이 발생할 수 있도록 전원을 공급한다. 전원공급장치의 동작을 위한 교류전원으로 60 Hz를 갖는 교류 전원을 공급할 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

수신장치(150)는 인접한 제어장치로부터 발생하는 동기신호, 인접한 코일모듈로부터 발생하는 자기장 및 코일모듈로부터 발생하는 유도 전류 중 어느 하나를 수신하는 역할을 한다.

먼저, 수신장치(150)는 인접한 제어장치로부터 각각의 코일모듈에서 발생하는 자기장을 동기시키기 위한 동기신호를 수신할 수 있다. 이 경우 수신장치(150)는 인접한 제어장치의 동기신호를 전원공급장치가 코일모듈에 교류 전원을 전달하기 위한 전원 통신선 등의 유선통신으로 수신할 수 있고, 또는 무선통신으로 수신할 수 있다. 두번째로, 수신장치(150)는 별도의 자기장 감지장치를 구비하여, 인접한 코일모듈에서 발생하는 자기장을 수신할 수 있다. 마지막으로, 인접한 코일모듈에서 발생하는 자기장을 수신장치가 연결된 코일모듈이 수신하여 수신장치가 연결된 코일모듈이 자기장에 의해 유도전류를 발생시킨다. 수신장치(150)는 유도전류를 수신할 수 있다.

제어장치(160)는 수신장치에서 수신한 동기신호, 자기장 및 유도전류 중 어느 하나를 이용하여 코일모듈에서 발생하는 균등한 자기장이 최대값을 갖도록 인버터를 제어하는 역할을 한다. 수신단이 무선으로 전력을 수신할 수 있는 지역 내에서 언제 어디서든 무선으로 전력을 수신할 수 있어야 하므로, 무선으로 전력을 수신할 수 있는 지역에서는 자기장이 최대한 균등하게 분포되어야 한다. 복수의 코일모듈이 균등한 자기장을 발생시킨다 하더라도, 각 코일모듈에서 발생하는 균등한 자기장 간에 간섭이 발생할 수 있다. 따라서 이러한 간섭을 방지하고자 제어장치는 각 코일모듈에서 발생하는 자기장을 동기시키기 위해, 각 코일모듈과 연결된 인버터를 제어한다.

도 1b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한다.

도 1b를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 코일모듈(110), 인버터(120), 스위치(130), 전원공급장치(140) 및 중앙제어장치(170)를 포함한다.

중앙제어장치(170)는 각각의 인버터와 연결되어 모든 인버터를 한번에 제어하는 역할을 한다. 각각의 코일모듈에서 발생하는 자기장을 동기시키는 방법 중 하나로, 중앙제어장치가 한꺼번에 모든 인버터를 제어한다. 중앙제어장치가 한꺼번에 인버터를 제어하여 동일한 위상과 주파수를 갖는 교류 전원을 공급할 수 있으며, 동일한 위상과 주파수를 갖는 교류 전원을 공급받는 코일모듈은 동일한 위상의 균등한 자기장을 발생시키기 때문에 최대의 균등한 자기장을 발생시킨다. 도 1에서는 중앙제어장치는 제어장치와 유선으로 연결된 것으로 표시되어 있으나, 각 제어장치와 무선으로 연결될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 블럭 구성도이다.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치는 감지부(210), 선별부(220), 판단부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.

감지부(210)는 도 1에 도시된 수신장치(150)로부터 유도 전류 또는 자기장을 수신하여 자기장의 방향과 크기를 감지하는 역할을 한다. 감지부(210)는 도 1에 도시된 수신장치에서 발생한 유도 전류 또는 자기장을 수신하여, 수신한 유도 전류 또는 자기장으로부터 자기 센서를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 감지할 수 있다.

선별부(220)는 감지부가 감지한 자기장의 방향과 크기를 판단하여, 기준 자기장을 선별하는 역할을 한다.

감지부가 감지한 자기장이 하나 있는 경우, 감지한 자기장을 기준 자기장으로 선별하여 선별한 기준 자기장의 방향과 크기를 판단한다. 감지부가 감지한 자기장이 둘 이상인 경우, 감지한 자기장의 크기를 비교하여 가장 큰 자기장을 기준 자기장으로 선별하여 선별한 기준 자기장의 방향과 크기를 판단한다. 자기장의 세기가 동일한 경우에는 임의의 자기장을 기준 자기장으로 선별한다.

판단부(230)는 선별부가 선별한 방향과 크기를 갖는 기준 자기장의 위상을 판단한다. 판단부(230)는 선별된 기준 자기장의 위상을 판단하기 위해 PLL(Phase Locked Loop) 회로를 포함할 수 있다. 판단부(230)는 PLL 회로로부터 선별부가 선별한 기준 자기장의 위상을 판단할 수 있다.

제어부(240)는 판단부가 판단한 기준 자기장의 위상을 갖도록 인버터를 제어한다. 제어장치와 연결된 코일모듈이 기준 자기장의 위상을 가져 최대의 균등한 자기장을 발생시킬 수 있도록, 인버터를 제어하여 제어장치와 연결된 코일모듈에 제공되는 교류 전원의 위상을 제어하도록 한다.

제어부는 제어장치와 연결된 코일모듈이 인접한 코일모듈이 발생하는 자기장을 수신할 수 있도록, 인버터 또는 스위치를 제어하여 제어장치와 연결된 코일모듈이 자기장을 발생하는 권선의 역할을 동작주기 내의 일정 시간 동안 멈추도록 제어할 수 있다. 인버터가 교류 전원의 주파수를 높여 일정 시간 동안 제어장치와 연결된 코일모듈이 자기장을 발생하지 않도록 하거나, 스위치를 꺼서 제어장치와 연결된 코일모듈이 자기장을 발생하지 않도록 제어할 수 있다. 이 시간 동안, 제어장치와 연결된 코일모듈이 인접한 코일모듈이 발생하는 자기장을 수신하며, 이에 따라 발생한 유도 전류는 도 1에 도시된 수신장치가 수신한다. 제어부는 일정 시간 멈추도록 제어한 후, 다시 자기장을 발생하도록 제어하는 경우, 일정 시간 멈추었던 전원의 위상을 일정 기간 멈추지 않았다면 가질 수 있던 전원의 위상을 갖도록 제어한다. 이에 따라, 일정 시간 멈추기 전에 발생했던 자기장의 위상을 동일하게 갖도록 제어한다. 예를 들어, 제어부는 일정 시간 멈추도록 제어할 때, 제어부는 기존의 제어장치와 연결된 코일모듈에 제공되는 교류 전원의 위상을 기억하여, 다시 자기장을 발생하도록 제어함에 있어, 기억한 교류 전원의 위상에 따라 제어장치와 연결된 코일모듈에 교류 전원을 제공할 수 있다. 다만 제어부는 일정 시간 멈추도록 제어할 때, 제어장치와 연결된 코일모듈이 수신한 자기장으로부터 판단부(240)가 판단한 기준 자기장의 위상이 기억한 교류 전원의 위상에 따라 발생할 자기장의 위상과 다를 수 있다. 이 경우, 제어부는 제어장치와 연결된 코일모듈이 수신한 자기장으로부터 판단부(240)가 판단한 기준 자기장의 위상을 갖도록 인버터를 제어한다.

제어 장치(130)에 포함된 각 구성요소는 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.

도 2b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 블럭 구성도이다.

도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어장치는 제어부(250) 및 송신부(260)를 포함한다.

도 2b에 도시된 제어부(250)는 도 2a에 도시된 제어부(240)와 마찬가지로 인버터를 제어하는 역할을 하며, 제어장치와 연결된 코일모듈이 자기장을 발생하는 권선의 역할을 동작주기 내의 일정 시간 동안 멈추도록 제어할 수 있다. 다만 차이점은 도 2b에 도시된 제어부는 도 1a에 도시된 수신장치(150)로부터 동기신호를 수신한다. 수신한 동기신호로부터 인버터를 제어하여, 최대의 균등한 자기장이 발생하도록 한다.

송신부(260)는 제어부(250)가 인접한 코일모듈에 연결된 다른 제어부에 전송할 동기신호를 인접한 코일모듈에 연결된 다른 수신장치로 송신하는 역할을 한다.

제어 장치(130)에 포함된 각 구성요소는 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어방법을 도시한 순서도이다.

기 설정된 코일모듈이 기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈로부터 발생한 자기장의 방향과 크기 감지한다(S310). 기 설정된 코일모듈은 자기 센서가 제어장치의 수신부로부터 유도 전류를 수신하거나, 자기 센서가 직접 기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈로부터 발생한 자기장을 수신하여 자기장의 방향과 크기를 감지한다. 기 설정된 코일모듈은 제어장치의 수신부 내에서 발생하는 유도 전류를 수신할 수 있고 기 설정된 코일모듈로부터 유도 전류를 수신할 수 있다. 기 설정된 코일모듈로부터 유도 전류를 수신함에 있어, 기 설정된 코일모듈은 인버터 또는 스위치를 제어하여 자기장을 발생하는 권선의 역할을 일정 기간 멈추도록 제어한다. 인버터가 교류 전원의 주파수를 낮춰 일정 기간 동안 기 설정된 코일모듈이 자기장을 발생하지 않도록 하거나, 스위치를 꺼서 기 설정된 코일모듈이 자기장을 발생하지 않도록 제어할 수 있다. 이 기간 동안, 기 설정된 코일모듈이 인접한 코일모듈이 발생하는 자기장을 수신하며, 이에 따라 발생한 유도 전류를 제어장치의 수신부가 수신하여 이를 이용하여 인접한 코일모듈의 자기장의 방향과 크기 감지한다.

감지한 자기장의 방향과 크기를 판단하여 인접한 코일모듈의 기준 자기장을 선별한다(S320). 감지한 자기장이 하나 있는 경우, 감지한 자기장을 기준 자기장으로 선별한다. 감지한 자기장이 둘 이상인 경우, 감지한 자기장의 크기를 비교하여 가장 큰 자기장을 기준 자기장으로 선별한다. 자기장의 세기가 동일한 경우에는 임의의 자기장을 기준 자기장으로 선별한다.

선별한 기준 자기장의 위상을 판단한다(S330). 선별한 기준 자기장의 위상은 PLL회로를 통하여 판단할 수 있다.

판단한 기준 자기장의 위상을 갖도록 기 설정된 코일모듈과 연결된 인버터를 제어한다(S340). 기 설정된 코일모듈이 기준 자기장의 위상을 가져 최대의 균등한 자기장을 발생시킬 수 있도록, 인버터를 제어하여 기 설정된 코일모듈에 제공되는 교류 전원의 위상을 제어하도록 한다.

도 3b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어방법을 도시한 순서도이다.

코일모듈에 교류전원을 제공하기 위한 전원 통신선을 이용하여, 인버터 간의 동기 신호를 송수신한다(S350). 인접한 코일모듈로부터 자기장의 방향과 크기를 감지할 필요 없이, 각 제어장치는 인버터 동기 신호를 제어장치 상호 간에 송수신한다.

코일모듈이 최대의 균등한 자기장을 발생시키도록 주고 받은 동기 신호를 이용하여 상기 기 설정된 코일모듈과 연결된 인버터를 제어한다(S360). 제어장치는 수신부로부터 수신한 인접한 제어장치의 인버터 동기 신호를 이용하여 제어장치의 제어부는 수신한 동기 신호에 따라 인버터를 제어한다.

도 3c는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어방법을 도시한 순서도이다.

제어장치 간의 무선통신을 이용하여, 인버터 간의 동기 신호를 송수신한다(S370). 인접한 코일모듈로부터 자기장의 방향과 크기를 감지할 필요 없이, 각 제어장치는 무선통신을 이용하여 인버터 동기 신호를 제어장치 상호 간에 송수신한다.

코일모듈이 최대의 균등한 자기장을 발생시키도록 주고 받은 동기 신호를 이용하여 상기 기 설정된 코일모듈과 연결된 인버터를 제어한다(S380). 제어장치는 수신부로부터 수신한 인접한 제어장치의 인버터 동기 신호를 이용하여 제어장치의 제어부는 수신한 동기 신호에 따라 인버터를 제어한다.

도 3a, b 및 c에서는 과정 S310 내지 과정 S380을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 3a, b 및 c에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 과정 S310 내지 과정 S380 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 3a, b 및 c는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 도 3a, b 및 c에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일모듈을 도시한 도면이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일모듈로부터 발생하는 자기장의 형태를 나타낸 도면이다.

도 4a는 일자형 송신 코일모듈(410)의 투시도이다. 권선(420)을 페라이트 코어(430)에 나선형으로 감는다. 교류 저항을 최소화하기 위해, 권선(420)은 리츠 와이어(Litz Wire)이며 지름은 5mm로 설정될 수 있다. 일자형 송신 코일모듈(410)에 흐르는 전류가 자기장을 유도하고. 수신단(미도시)으로 흘러들어간 자기장으로 인해 수신단에 전위차가 유도된다.

일자형 송신 코일모듈(410)의 자속밀도는 코어의 중앙부분에서 최대치를 가지며, 끝으로 갈수록 낮아진다. 따라서 대부분의 히스테리시스 손실은 코어의 중앙부분에서 발생한다. 자속밀도는 쇄교하는 총 자속량을 투과하는 수직면적으로 나눈값이므로 가운데 부분의 단면적을 넓힌다면 자속밀도를 낮출 수 있다. 또한 코어의 양끝단은 가운데만큼 단면적이 넓을 필요가 없다. 따라서 중앙부분을 굵게 하고 양단으로 갈수록 가늘도록 형상을 만들면 자속밀도가 균일하게 유도된다.

장거리 전력 전송을 하기 위해서 강한 자기장을 생성하여야 한다. 그러나 권선 자체는 권선 내부 공간에 큰 자기저항이 발생하여 문제가 된다. 이 자기저항을 줄이기 위하여 긴 코어가 권선내부에 삽입된다. 코어가 삽입된 권선은 그렇지 않은 권선에 비해 자기저항의 감소를 통해 자속 밀도가 증가된다. 또한 일반적인 송신 코일모듈의 구조인 환형 송신 코일모듈의 경우, 자기장은 x축 방향에 대해 거리(R)의 세제곱(R³)에 반비례하게 된다. 하지만 일자형 송신 코일모듈(410)에서 발생하는 자기장은 x축 방향에 대해 거리(R) 내지 거리의 제곱(R²)에 반비례하게 된다. 따라서 도 4a의 송신 코일모듈은 페라이트 코어에 의해 자속 밀도가 증가하며, 발생하는 자기장의 거리에 따른 손실도 기존의 송신 코일모듈에 비해 증가함을 알 수 있다.

도 4b는 ANSOFT MAXWELL v14.0으로 시뮬레이션된 값을 기초로 도시되었다. 도 4b는 송신 코일모듈과 수신 코일모듈 주변의 자기력선도이다. 송신 코일모듈에서 생성된 복수의 자기력선이 수신 코일모듈에 쇄교되는 것을 볼 수 있다. 자기력선의 쇄교량을 늘리기 위해서는 더 긴 양극 코어가 사용되어야 한다. 페라이트 코어의 길이를 일반적인 코어와 달리 권선영역 밖까지 늘인 경우 권선의 결속 인자를 높여서 자기저항을 낮출 수 있다. 장거리 전송에 있어서 권선의 길이가 길수록 큰 자속밀도가 수신 코일모듈에서 측정된다. 수신 코일모듈에 유도된 전압은 그 권선을 지나는 자속밀도에 비례하므로 장거리 전송을 하기 위해서는 코어의 길이가 길어야 한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송신 코일모듈의 형태와 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송신 코일모듈(910)은 야기 안테나 형태를 갖는다. 일정한 기준 축을 중심으로, 기준 축과 수직인 방향으로 도 4a에 도시된 일자형 송신 코일모듈을 여러개 배치할 수 있다.

또한 송신 코일모듈에서 방사되는 자기장의 분포나 세기가 커짐에 따라 원치 않는 누설자기장이 외부로 누설되지 않도록 차단할 필요가 있다. 따라서 이를 방지하며 전력송신효율을 증가시킬 수 있도록, 자기장 반사용 코일모듈(920)을 추가로 설치할 수 있다. 도 9와 같이 자기장 반사용 코일모듈(920)은 자기장을 방사하는 송신 코일모듈과 수직하는 방향에 설치하거나 자기장을 방사하는 송신 코일모듈과 마주보도록 설치할 수 있다. 자기장 반사용 코일모듈(920)은 공진 캐패시터를 포함할 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110a 내지 c: 코일모듈 120a 내지 c: 인버터
130a 내지 c: 스위치 140: 전원공급장치
150a 내지 c: 수신장치 160a 내지 c: 제어장치
170: 중앙제어장치 210: 감지부
220: 선별부 230: 판단부
240: 제어부 250: 제어부
260: 송신부 410: 일자형 송신 코일모듈
420: 권선 430: 코어
910: 송신 코일모듈 920: 자기장 반사용 코일모듈

Claims (20)

1. 무선으로 전력을 전송하기 위한 장치에 있어서,
   자기장을 균등하게 발생시켜 방사하거나 방사된 자기장을 수신하는 복수의 코일모듈;
   상기 복수의 코일모듈에 각각 제공되는 교류전원의 주파수 또는 위상을 변환하는 복수의 인버터(Inverter);
   상기 복수의 코일모듈에서 기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈이 발생시키는 자기장 또는 상기 인접한 코일모듈이 발생시키는 자기장에 의해 상기 기 설정된 코일모듈에서 발생하는 유도 전류를 수신하는 복수의 수신장치;
   상기 복수의 수신장치 각각이 수신한 자기장이 하나인 경우, 상기 복수의 수신장치 각각이 수신한 자기장을 기준 자기장으로 선별하고, 상기 복수의 수신장치 각각이 수신한 자기장이 둘 이상인 경우, 상기 복수의 수신장치 각각이 수신한 자기장의 크기가 가장 큰 것을 상기 기준 자기장으로 선별하여, 상기 복수의 코일모듈에서 각각 발생하는 자기장이 상기 기준 자기장과 동일한 위상을 갖도록 상기 복수의 인버터를 각각 제어하는 복수의 제어장치;
   상기 복수의 코일모듈에 각각 상기 교류전원을 제공하는 전원제공장치; 및
   상기 전원제공장치와 상기 복수의 인버터 각각의 사이에 위치하여 상기 전원제공장치와 상기 복수의 인버터 각각의 연결을 단속하는 복수의 스위치
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코일모듈은,
   코어의 폭이나 두께보다 길이를 길게 한 코어와 상기 코어에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 인버터와 각각 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 공진 캐패시터(Capacitor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는,
   상기 수신장치가 수신한 자기장 또는 유도전류로부터 발생한 자기장의 방향과 크기를 감지하는 감지부;
   상기 감지부가 감지한 자기장의 방향과 크기를 판단하여, 상기 인접한 코일모듈의 기준 자기장을 선별하는 선별부;
   상기 선별부가 선별한 상기 기준 자기장의 위상을 판단하는 판단부; 및
   상기 판단부가 판단한 상기 기준 자기장의 위상을 갖도록 상기 인버터를 제어하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 무선으로 전력을 전송하기 위한 방법에 있어서,
   복수의 권선에 교류전원을 제공하는 제1 과정;
   상기 복수의 권선에 각각 상기 교류전원의 제공 여부를 스위칭하는 제2 과정;
   상기 교류전원의 주파수 또는 위상을 변환하는 제3 과정;
   상기 복수의 권선에서 기 설정된 권선에 인접한 권선이 발생시키는 자기장을 수신하여, 상기 복수의 권선 각각이 수신한 자기장이 하나인 경우, 상기 복수의 권선 각각이 수신한 자기장을 기준 자기장으로 선별하고, 상기 복수의 권선 각각이 수신한 자기장이 둘 이상인 경우, 상기 복수의 권선 각각이 수신한 자기장의 크기가 가장 큰 것을 상기 기준 자기장으로 선별하여, 상기 복수의 권선이 기준 자기장과 동일한 위상을 갖는 균등한 자기장을 방사하도록 상기 각 권선에 제공되는 교류전원의 주파수 또는 위상의 변환을 제어하는 제4 과정; 및
   상기 복수의 권선이 각각 상기 제4 과정에서 주파수 또는 위상이 변환된 교류전원을 제공받아 상기 동일한 위상을 갖는 균등한 자기장을 발생시키는 제5 과정
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제9항에 있어서,
    상기 제4 과정은,
    기 설정된 권선의 교류전원의 주파수 또는 위상의 변환을 제어하기 위해, 상기 기 설정된 권선에 인접한 권선에서 발생하는 자기장의 위상과 크기를 감지하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제4 과정은,
    상기 제2 과정에서 상기 기 설정된 권선에 상기 교류전원이 제공되지 않거나 상기 교류전원의 제공을 중단하는 경우, 상기 기 설정된 권선이 상기 기 설정된 권선에 인접한 권선에서 발생하는 자기장의 위상과 크기를 감지하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제4 과정은,
    상기 기 설정된 권선에 인접한 권선에서 발생하는 자기장에 의해 상기 기 설정된 권선에서 발생하는 유도전류를 이용하여, 상기 기 설정된 권선에 인접한 권선에서 발생하는 자기장의 위상과 크기를 감지하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송방법.
15. 무선으로 전력을 전송하는 것을 제어하기 위한 장치에 있어,
    기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈로부터 발생한 자기장 또는 상기 인접한 코일모듈로부터 발생한 자기장에 의해 상기 기 설정된 코일모듈에서 발생하는 유도전류를 수신하는 수신부;
    상기 수신부에서 수신한 자기장 또는 유도전류를 이용해 상기 인접한 코일모듈의 자기장의 방향과 크기를 감지하는 감지부;
    상기 감지부가 감지한 자기장의 방향과 크기를 판단하여, 상기 감지부가 감지한 자기장이 하나인 경우, 상기 감지부가 감지한 자기장을 기준 자기장으로 선별하고, 상기 감지부가 감지한 자기장이 둘 이상인 경우 상기 감지부가 감지한 자기장의 크기가 가장 큰 것을 상기 기준 자기장으로 선별하는 선별부;
    상기 선별부가 선별한 기준 자기장의 위상을 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부가 판단한 상기 기준 자기장의 위상을 갖도록 상기 기 설정된 코일모듈에 제공되는 교류전원의 위상을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 제어장치.
16. 삭제
17. 삭제
18. 무선으로 전력을 전송하는 것을 제어하기 위한 방법에 있어,
    기 설정된 코일모듈에 인접한 코일모듈로부터 발생한 자기장의 방향과 크기를 감지하는 과정;
    감지한 자기장의 방향과 크기를 판단하여, 감지한 자기장이 하나인 경우, 상기 감지한 자기장을 기준 자기장으로 선별하고, 감지한 자기장이 둘 이상인 경우 상기 감지한 자기장의 크기가 가장 큰 것을 상기 기준 자기장으로 선별하는 과정;
    선별한 기준 자기장의 위상을 판단하는 과정; 및
    판단한 기준 자기장의 위상을 갖도록 상기 기 설정된 코일모듈과 연결된 인버터(Inverter)를 제어하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 제어방법.
    
    
    
19. 삭제
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