KR101822213B1

KR101822213B1 - 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법

Info

Publication number: KR101822213B1
Application number: KR1020130016067A
Authority: KR
Inventors: 배수호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2018-01-25
Also published as: KR20130095224A

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치는 교류 전력을 공급하는 전력 소스와 상기 교류전력을 공진을 이용하여 상기 무선전력 수신장치의 수신 코일로 전송하는 송신 코일 및 상기 무선전력 수신장치의 출력 임피던스가 변경된 후, 상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합상태를 검출하는 검출부를 포함한다.

Description

무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법{APPARATUS FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER, APPARATUS FOR RECEIVING WIRELESS POWER, SYSTEM FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER AND METHOD FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER}

본 발명은 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법에 관한 것이다.

무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.

최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 자기 공진을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다.

자기 공진을 이용한 무선전력 전송 시스템은 송신 측과 수신 측에 형성된 전기신호가 코일을 통해 무선으로 전달되기 때문에 사용자는 휴대용 기기와 같은 전자기기를 손쉽게 충전할 수 있다.

무선전력을 전송하는 기술로는 공개특허공보 제10-2006-0031526호 '양방향 충전이 가능한 무선 충전용 패드 및 배터리팩' 과 같이 단순한 구조를 가지면서 동시에 높은 결합계수를 갖는 분리형 트랜스포머를 구현하여 무선 충전용 패드 측에서 상면에 올려진 휴대용 디바이스나 배터리팩을 검출하고 이를 통해 충전상태 감시 및 제어를 수행하는 방식이 제안되어 있다.

그러나, 종래 기술은 송신 측과 수신 측의 거리, 위치, 방향에 따라 변경되는 결합계수를 검출하지 않아, 전력 전송 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 송신 공진 코일과 수신 공진 코일간의 결합계수를 효과적으로 검출하여 부하단의 임피던스를 능동 제어할 수 있는 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치는 상기 무선전력 송신장치의 송신 코일로부터 공진을 이용하여 전력을 수신하는 수신 코일 및 상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합상태를 검출하기 위해 상기 무선전력 수신장치의 출력 임피던스를 변경시키는 임피던스 가변부를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

송신 공진 코일과 수신 공진 코일간의 결합계수의 효과적인 검출을 통해 부하단의 임피던스를 조절하여 무선전력 전송 시스템의 전력전송 효율을 향상시킬 수 있다.

한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)가 개방된 경우를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)가 단락된 경우를 보여준다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하단(400)의 임피던스를 조절하는 방법을 설명한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템(1000)의 무선전력 전송 방법의 흐름도이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(100)의 구성도이다.

도 1을 참고하면, 무선전력 전송 시스템(1000)은 전력 소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300), 부하단(400)을 포함할 수 있다.

무선전력 송신장치(200)는 송신부(210), 검출부(220)를 포함할 수 있다.

송신부(210)는 송신 유도 코일부(211), 송신 공진 코일부(212)를 포함할 수 있다.

무선전력 수신장치(300)는 수신부(310), 임피던스 가변부(320), 부하조절부(330)을 포함할 수 있다.

수신부(310)는 수신 공진 코일부(311), 수신 유도 코일부(312)를 포함할 수 있다. 전력소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 자기 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다. 무선전력 수신장치(300)로 전달된 전력은 정류회로(미도시)를 거쳐 부하단(400)으로 전달된다. 부하단(400)은 충전지 또는 기타 전력을 필요로 하는 임의의 장치를 의미할 수 있고, 본 발명의 실시 예에서는 부하저항을 RL로 나타낸다. 일 실시 예에서 부하단(400)은 무선전력 수신장치(300)에 포함될 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 전력소스(100)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스이다.

무선전력 송신장치(200)는 송신 유도 코일부(211)와 송신 공진 코일부(212)로 구성된다. 송신 유도 코일부(211)는 전력소스(100)와 연결되며, 교류 전류가 흐르게 된다. 송신 유도 코일부(211)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일부(212)에도 교류 전류가 유도된다. 송신 공진 코일부(212)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진 회로를 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.

임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 사이는 자기 공진에 의해 전력이 전송될 수 있다. 이와 같은 자기 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 더 높은 효율로 전력 전달이 가능하게 한다.

송신 유도 코일부(211)은 송신 유도 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 포함한다. 여기서, 캐패시터(C1)의 캐패시턴스는 고정된 값일 수 있다.

캐패시터(C1)의 일단은 전력소스(100)의 일단에 연결되고, 캐패시터(C1)의 타단은 송신 유도 코일(L1)의 일단에 연결된다. 송신 유도 코일(L1)의 타단은 전력소스(100)의 타단에 연결된다.

송신 공진 코일부(212)는 송신 공진 코일(L2), 캐패시터(C2), 저항(R2)를 포함한다. 송신 공진 코일(L2)은 캐패시터(C2)의 일단에 연결된 일단과 저항(R2)의 일단에 연결된 타단을 포함한다. 저항(R2)의 타단은 캐패시터(C2)의 타단에 연결된다. 저항(R2)는 송신 공진 코일(L2)에서 전력손실로 발생하는 양을 저항으로 나타낸 것이다.

검출부(220)는 전력소스(100)에서 무선전력 송신장치(200)측을 바라보았을 때 측정되는 임피던스인 제1 입력 임피던스(Z1)을 검출할 수 있다.

검출부(220)는 제1 입력 임피던스(Z1)를 통해 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)의 결합계수(K2)를 검출할 수 있다.

검출부(220)는 출력 임피던스에 기초하여 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)의 결합계수(K2)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 검출부(220)는 출력 임피던스가 0으로 가변된 경우, 0으로 가변된 출력 임피던스에 기초하여 결합계수를 검출할 수 있다. 일 실시 예에서 출력 임피던스는 수신부(310)에서 부하단(400)을 바라본 임피던스를 의미할 수 있다.

검출부(220)는 0으로 가변된 출력 임피던스에 기초하여 제1 입력 임피던스를 측정한 후, 측정된 제1 입력 임피던스를 이용해 결합계수(K2)를 검출할 수 있다.

결합계수(K2)는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간의 전자기적 결합의 정도를 표시하는 것으로, 무선전력 전송 시스템(1000)의 무선전력 송신장치(200) 및 무선전력 수신장치(300) 간의 거리, 방향, 위치 중 적어도 어느 하나에 의해 달라질 수 있는 값이다. 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)은 결합계수(K2)의 변화로 인해 전력전달 효율이 저하될 수 있는데 이는 부하단(400)의 임피던스를 능동 제어하여 전력전달 효율을 보상할 수 있다. 부하단(400)의 임피던스를 능동 제어하기 위해서는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)의 결합계수(K2)를 알아낼 필요가 있다. 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)의 결합계수(K2)를 검출하는 자세한 과정은 후술한다.

무선전력 수신장치(300)는 수신부(310), 임피던스 가변부(320), 부하 조절부(330)를 포함한다. 무선전력 수신장치(300)는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

수신부(310)는 수신 공진 코일부(311)와 수신 유도 코일부(312)를 포함한다.

수신 공진 코일부(311)는 수신 공진 코일(L3), 캐패시터(C3), 저항(R3)을 포함한다. 수신 공진 코일(L3)은 캐패시터(C3)의 일단에 연결된 일단과 저항(R3)의 일단에 연결된 타단을 포함한다. 저항(R3)의 타단은 캐패시터(C2)의 타단에 연결된다. 저항(R3)은 수신 공진 코일(L3)에서 전력손실로 발생하는 양을 나타낸 것이다.

수신 유도 코일부(312)는 양단이 각각 임피던스 가변부(320)의 양단에 연결되는 수신 유도 코일(L4) 및 캐패시터(C4)를 포함할 수 있다. 수신 유도 코일(L4)은 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 형성한다.

수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)와 공진주파수에서 자기 공진 상태를 유지한다. 즉, 수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)와 커플링(coupling)되어 교류전류가 흐르게 되고, 비방사(Non-Radiative) 방식으로 무선전력 수신장치(300)측에 전력을 전달할 수 있다.

수신 유도 코일부(312)는 수신 공진 코일부(311)로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하고, 수신 유도 코일부(312)로 수신된 전력은 정류회로(미도시)를 통해 정류되어 부하단(400)으로 전달된다.

임피던스 가변부(320)는 스위치(SW)와 캐패시터(C4)를 포함할 수 있다. 스위치(SW)는 캐패시터(C4)의 일단에 연결된 일단과 부하단(400)의 타단에 연결된 타단을 포함한다. 부하단(400)의 일단은 캐패시터(C4)의 타단에 연결된다.

임피던스 가변부(320)는 수신 유도 코일(L4)에서 부하단(400)을 바라본 출력 임피던스(ZL)를 가변시킬 수 있다. 임피던스 가변부(320)는 스위치(SW)를 통해 출력 임피던스(ZL)를 가변시켜 결과적으로 제1 입력 임피던스(Z1)를 변경시킨다.

스위치(SW)는 일정 주기로 일정 시간만큼 단락 될 수 있다. 일정 주기는 1초 일 수 있고, 일정 시간은 100us일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다. 제어부(미도시)는 스위치(SW)에 제어신호를 인가하여 스위치를 단락 또는 개방시킬 수 있다.

부하 조절부(330)는 검출된 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)를 기초로 부하단(400)의 임피던스를 변경시킬 수 있다.

부하 조절부(330)는 두 가지 방법을 통해 부하단(400) 양단의 임피던스를 변경시킬 수 있다. 상기 두 가지 방법은 도 4 내지 도 5에서 상세히 설명한다.

이하에서는, 임피던스 가변부(320)에 의해 제1 입력 임피던스(Z1)를 측정하여 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)를 검출하는 방법에 대해서 설명한다. 이를 위해 도 2 내지 도 3을 더 참고하여 설명한다.

후술할 제3 입력 임피던스(Z3) 및 제2 입력 임피던스(Z2)는 무선전력 수신장치(300)에 검출부(미도시)을 더 두어 검출될 수 있다.

제3 입력 임피던스(Z3)는 수신 공진 코일(L3)에서 부하단(400)을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

여기서, w는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 공진될 때의 공진주파수이고, M3는 수신용 공진 코일(L3)와 수신 코일(L4)간 상호 인덕턴스를 의미한다. 또한, ZL은 출력 임피던스를 의미한다. [수학식 1]은 주파수 영역을 기준으로 한 수식이고, 이하의 수식들도 주파수 영역을 기준으로 한다.

제2 입력 임피던스(Z2)는 무선전력 송신장치(200)에서 무선전력 수신장치(300)를 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

여기서, M2는 송신용 공진 코일(L2)와 수신용 공진 코일(L3)간의 상호 인덕턴스를 의미하고, C3는 수신 공진 코일부(311)를 등가회로로 변환 시 표현되는 캐패시터를 의미한다. 또한, R3는 수신 공진 코일(L3)에서 전력손실로 발생하는 양을 저항으로 나타낸 것이다.

캐패시터(C3), 저항(R3)은 고정된 값일 수 있으나, 상호 인덕턴스 M2는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간의 결합계수(K2)에 따라 변화될 수 있는 값이다.

제1 입력 임피던스(Z1)는 전력소스(100)에서 무선전력 송신장치(200) 측을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]

여기서, M1은 송신 유도 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)간 상호 인덕턴스를 의미한다.

[수학식 1] 내지 [수학식3]에서 R2, R3를 아주 작은 값을 가지는 것으로 가정하여 0옴으로 두고, 송신 유도 코일(L1)과 캐패시터(C1), 송신 공진 코일(L2)과 캐패시터(C2), 수신 공진 코일(L3)과 캐패시터(C3)가 모두 공진주파수 w에서 공진하도록 값을 정하면 제1 입력 임피던스(Z1)은 [수학식 4]와 같이 정리될 수 있다.

[수학식 4]

또한, [수학식 4]는 각 상호 인덕턴스와 각 결합계수의 관계를 나타내는 식인 [수학식 5] 내지 [수학식 7]을 이용하면, [수학식 8]로 정리될 수 있다.

[수학식 5]

M1은 송신 유도 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)간 상호 인덕턴스를 의미한다. K1은 송신 공진 코일(L1)과 송신 유도 코일(L2)간 결합계수를 의미한다.

[수학식 6]

M2는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)간 상호 인덕턴스를 의미한다. K2는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)간 결합계수를 의미한다.

[수학식 7]

M3는 수신 공진 코일(L3)과 수신 유도 코일(L4)간 상호 인덕턴스를 의미한다. K3는 수신 공진 코일(L3)과 수신 유도 코일(L4)간 결합계수를 의미한다.

[수학식 8]

[수학식 8]을 참고하면, 제1 입력 임피던스(Z1)는 출력 임피던스(ZL)가 변경됨에 따라 가변될 수 있다. 이 과정은 도 2 내지 도 3에서 상세히 설명한다.

제어부(미도시)는 임피던스 가변부(320)에 제어신호를 인가하여 임피던스 가변부(320)를 제어한다. 상기 제어신호는 스위치(SW)를 개방 또는 단락시키기 위한 구동 신호일 수 있다.

다음으로 도 2 내지 도 3을 참고하여, 스위치(SW)의 개방 또는 단락에 따른 출력 임피던스(ZL) 및 제1 입력 임피던스(Z1)의 변화를 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)가 개방된 경우를 보여준다.

스위치(SW)가 개방되면, 임피던스 가변부(320)는 도 2에서 도시한 회로도 표현될 수 있다.

이 때, 출력 임피던스(ZL)은 [수학식 9]와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 9]

수신 유도 코일(L4)과 캐패시터(C4)가 공진주파수 w에서 공진하도록 값을 정하면, 제1 입력 임피던스(Z1)은 [수학식 10]와 같이 정리될 수 있다.

[수학식 10]

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)가 단락된 경우를 보여준다.

스위치(SW)가 단락되면, 임피던스 가변부(320)는 도 3에서 도시한 회로도 표현될 수 있다.

이 때, 출력 임피던스(ZL)은 [수학식 11]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 11]

수신 유도 코일(L4)과 캐패시터(C4)가 공진주파수 w에서 공진하도록 값을 정하면, 제1 입력 임피던스(Z1)은 [수학식 12]와 같이 정리될 수 있다.

[수학식 12]

K1은 송신 유도 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)간 결합계수를 의미하고, K3는 수신 공진 코일(L3)과 수신 유도 코일(L4)간 결합계수를 의미한다. K1과 K3는 모두 고정된 값이고, 미리 알 수 있는 값이다. 또한, 공진주파수 w 및 송신 유도 코일(L1)의 인덕턴스 또한 고정된 값이면서, 미리 알 수 있는 값이다. 따라서, 검출부(220)를 통해 제1 입력 임피던스(Z1)를 측정하면, [수학식 12]에서 결합계수(K2)를 알 수 있게 된다. 결합계수(K2)를 알게 되면, 알아낸 결합계수(K2)에 기초하여 부하단(400)의 임피던스를 변경시켜 전력전달 효율을 증가시킬 수 있다. 부하단(400)의 임피던스는 능동제어를 통해 변경될 수 있다.

특히, 무선전력 송신장치(200)로부터 무선전력 수신장치(300)로의 전력전송 시작 전 또는 전력 전송 중 주기적으로 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)를 파악할 필요가 있는 경우에는 도 3과 같이 스위치(SW)를 단락시켜 결합계수(K2)를 파악할 수 있다.

그러나, 스위치(SW)가 단락 된 순간에는 무선전력 송신장치(200)로부터 무선전력 수신장치(300)로의 전력 전송이 이루어지지 않으므로, 스위치(SW)가 단락 되어 있는 상태의 시간을 매우 짧게 할 필요가 있다. 일 실시 예에서 스위치(SW) 는 1초를 주기로 100us동안 단락 될 수 있다. 이 경우, 전력전송이 되지 않는 비율은 1/10000이 되어 전체적인 전력전송에는 큰 영향이 없게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하 단의 임피던스를 조절하는 방법을 도시한 도면이다.

부하 조절부(330)는 위와 같은 방법으로 검출된 결합계수(K2) 값에 따라 부하단(400)의 임피던스를 변경시킬 수 있다. 부하단(400)의 임피던스 변경은 다음의 두 가지 방법이 사용될 수 있다.

첫 번째, 부하단(400)의 일단과 타단에 배터리 관리 소자(Battery Management IC, BMIC)(331)를 연결하고, 배터리 관리 소자(331)를 통해 부하단(400)의 임피던스를 변경시키는 방법이다.

배터리 관리 소자(331)는 배터리에 흐르는 전류량을 조정해주는 소자이다.

도 4의 (a)를 참조하면, 부하단(400)의 저항은 [수학식 13]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 13]

여기서, Ic는 배터리 관리 소자(BMIC, Battery Management IC)(331)를 통해 조절되는 전류이고, Vc는 부하단(400)의 임피던스(RL)에 걸리는 전압이다. RL은 배터리 장치일 수 있다.

임피던스(RL)에 입력되는 전류 Ic는 배터리 관리 소자(BMIC, Battery Management IC)(331)를 통해 조절될 수 있고, Vc를 알고 있다면, 부하단(400)의 임피던스는 변경될 수 있다.

두 번째는, 부하단(400)의 일단과 타단에 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)(332)를 위치시키고, 직류-직류 컨버터(332)를 통해 부하단(400)의 임피던스를 변경시키는 방법이다.

직류-직류 컨버터(Converter)(332)는 직류전압을 다른 직류전압으로 변환하는 역할을 하는 컨버터이고, 리니어 방식과 스위칭 방식이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 스위칭 방식의 DC-DC 컨버터(Converter)가 사용될 수 있다. 스위칭 방식은 교류전류에서 정류된 비안정적인 직류를 스위칭 회로에 의해 펄스전류로 변환하여 출력 측에서 적절한 직류를 얻는 방식이다.

도 4의 (b)를 참조하면, 부하단(400)의 임피던스(RL)는 [수학식 14]와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 14]

여기서, Ed는 DC-DC 컨버터(132b)의 효율을 의미하고, Vout은 임피던스(RL)에 걸리는 전압을 의미하고, Vin은 부하단(400)에 걸리는 전압을 의미하고, Rin은 Vin에서 직류-직류 컨버터(Converter)(332)를 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미한다.

일반적으로, DC-DC 컨버터(332)의 효율인 Ed, 부하단(400)에 걸리는 전압 Vin, 저항(RL)은 고정된 값이므로, 직류-직류 컨버터(332)를 통해 저항(RL)에 걸리는 전압을 변화시킴으로써 부하단(400)의 임피던스를 변화시킬 수 있다.

도 5 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 무선전력 전송 방법의 흐름도이다.

무선전력 전송 시스템(1000)의 구성은 도 1에서 설명한 것과 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

먼저, 임피던스 가변부(320)는 출력 임피던스를 가변시킬 수 있다(S101). 출력 임피던스(ZL)는 수신부(310)에서 부하단(400)을 바라보았을 때, 측정되는 임피던스 일 수 있다. 임피던스 가변부(320)는 스위치(SW)를 포함할 수 있고, 스위치(SW)를 통해 출력 임피던스를 가변시킬 수 있다. 특히, 제어부(미도시)는 임피던스 가변부(320)에 제어신호를 인가하여 스위치(SW)를 일정 주기로 일정 시간 동안 단락 된 상태로 유지시킬 수 있다. 일정 주기는 1초 일 수 있고, 일정 시간은 100us일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.

그 후, 검출부(220)는 가변된 출력 임피던스를 기초로 전력소스(100)에서 송신부(210)를 바라본 입력 임피던스를 측정한다(S103). 입력 임피던스는 도 1 내지 도 3에서 설명한 수학식들을 통해 측정될 수 있다.

그 후, 검출부(220)는 측정된 입력 임피던스를 이용하여 송신부(210)의 송신 공진 코일(L2)과 수신부(310)의 수신 공진 코일(L3)간 결합계수를 검출할 수 있다(S105).

그 후, 제어부(미도시)는 검출된 결합계수에 따라 부하단(400)의 저항 값을 결정할 수 있다(S107). 무선전력 전송 시스템(1000)은 결합계수와 부하단(400)의 저항 값이 대응관계를 갖는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 무선전력 송신장치(200)로부터 검출된 결합계수를 수신하여 부하단(400)의 임피던스를 결정할 수 있다.

그 후, 제어부(미도시)는 결정된 임피던스에 기초하여 부하단(400)에 전력을 전송한다(S109). 제어부(미도시)는 무선전력 송신장치(200)로부터 전력을 공급받아 결정된 임피던스에 기초하여 부하단(400)에 전력을 전송한다.

상기와 같은 과정을 통해 송신 공진 코일(L2)과 수신부(310)의 수신 공진 코일(L3)간 결합계수를 효과적으로 검출하여 검출된 결합계수를 기초로 부하단(400)의 임피던스를 변경시켜 전력전송 효율을 향상시킬 수 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 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

100: 전력 소스
200: 무선전력 송신장치
210: 송신부
211: 송신 유도 코일부
212: 송신 공진 코일부
220: 검출부
300: 무선전력 수신장치
310: 수신부
311: 수신 공진 코일부
312: 수신 유도 코일부
320: 임피던스 가변부
330: 부하 조절부
400: 부하단
1000: 무선전력 전송 시스템

Claims

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무선전력 송신장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치로서,
상기 무선전력 송신장치의 송신 코일로부터 공진을 이용하여 전력을 수신하는 수신 코일; 및
상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합상태를 검출하기 위해 상기 무선전력 수신장치의 출력 임피던스를 변경시키는 임피던스 가변부
상기 가변되는 출력 임피던스에 기초하여 상기 무선전력 송신장치에서 검출된 결합 상태에 따라 부하측의 임피던스를 가변하는 부하 임피던스 가변부;를 포함하고,
상기 출력 임피던스는 수신부에서 부하단을 바라본 임피던스이고
상기 임피던스 가변부는 상기 출력 임피던스 가변을 위해 동작하는 스위치;를 포함하는 무선전력 수신장치.
제5항에 있어서,
상기 스위치는
상기 출력 임피던스를 제거하게 동작하는 무선전력 수신장치.
제5항에 있어서,
상기 스위치는
일정 주기로 일정 시간 동안 단락되는 무선전력 수신장치.
제5항에 있어서,
상기 부하 임피던스 가변부는
배터리 관리 소자(BMIC) 또는 직류 직류 변환기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
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