KR101865857B1 - 이동체의 무선 전력 충전을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 실시예는 이동체가 진행하던 궤도를 이탈하여 정지하지 않고 이동 중에 무선으로 전력을 충전할 수 있도록 하되, 무선으로 전력이 충전되도록 함에 있어 현재 이동체가 위치하는 지점에서 측정된 유도 전압에 기초하여 이동체의 위치를 측위하고, 이를 기반으로 이동체의 위치를 제어함으로써 이동체가 최적의 충전을 위한 지점에 위치할 수 있도록 하는 이동체의 무선 전력 충전을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

이동체의 무선 전력 충전을 위한 장치 및 방법{Method and Apparatus for Moving Object Capable of Charging Power Wireless}
본 실시예는 이동체의 무선 전력 충전을 위한 장치 및 방법에 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 전기 자동차 등에 전원을 공급하는 기술을 말하며, 사용자의 전기사용 편의성 증대, 감전에 대한 위험 감소, 주변 미관 조성 등의 장점으로 인해 여러 형태의 무선전력전송이 개발되고 있다. 특히, 사용자의 편의성을 극대화할 수 있는 장거리 무선전력전송에 대한 관심이 증가하면서 이와 관련된 연구도 활발히 진행되고 있다.
무선 충전 기술 중 자기유도 방식은 무선전력 송신장치에서 교번하는 자기장을 발생시키고, 이를 통해 무선전력 수신장치에서 자기장의 변화에 따라 기전력이 유도되게 함으로써 에너지를 전달한다.
종래의 전기를 동력으로 하는 이동체(비행기, 철도, 잠수함, 자동차 등)에 전력을 공급하기 위해서는 진행하던 궤도를 이탈하여 정지를 한 후, 배터리를 교환하거나 또는 충전을 하는 방식이 적용되어 왔다. 그러나 진행하던 궤도를 이탈하여 이동체의 운행을 멈추는 방식은 충전에 불편이 따르고, 충전시간도 길어지는 한계를 갖는다.
본 실시예는, 이동체가 진행하던 궤도를 이탈하여 정지하지 않고 이동 중에 무선으로 전력을 충전할 수 있도록 하되, 무선으로 전력이 충전되도록 함에 있어 현재 이동체가 위치하는 지점에서 측정된 유도 전압에 기초하여 이동체의 위치를 측위하고, 이를 기반으로 이동체의 위치를 제어함으로써 이동체가 최적의 충전을 위한 지점에 위치할 수 있도록 하는 이동체의 무선 전력 충전을 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예는, 이동체의 위치 측위 및 무선 전력 충전을 위한 무선전력 송신장치에 있어서, 가로 및 세로로, 적어도 2개의 둥근 형태 또는 다각형 형태로 권취된 급전 코일을 구비하며, 각각의 급전 코일은 서로 동일한 주기를 갖는 전류가 인가되고, 상기 각각의 급전 코일 중 적어도 하나의 급전 코일은 상기 적어도 하나의 급전 코일을 제외한 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기 또는 형태를 갖는 전류가 인가되는 급전 코일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 복수 개의 급전 코일을 포함하는 무선전력 송신장치로부터 발생한 자기장을 수신하여 유도전압을 생성하는 집전 코일을 구비한 이동체의 제어장치에 있어서, 상기 집전 코일에서 생성된 상기 유도 전압을 수신하는 수신부; 상기 수신부로부터 수신된 유도 전압 및 기 설정된 특정 지점에 대응되는 유도 전압을 비교하여 유도 전압의 변화량을 산출하는 비교부; 및 상기 유도 전압의 변화량에 근거하여 상기 이동체가 현재 위치하는 지점과 상기 특정 지점 사이의 거리 정보를 산출하고, 산출된 거리 정보에 기초하여 상기 이동체의 현재 위치를 측위하는 측위부를 포함하는 이동체 제어장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 복수 개의 급전 코일을 포함하는 무선전력 송신장치로부터 발생한 자기장을 수신하여 유도전압을 생성하는 집전 코일을 구비한 이동체의 제어방법에 있어서, 상기 집전 코일에서 생성된 상기 유도 전압을 수신하는 과정; 상기 수신하는 과정으로부터 수신한 유도 전압 및 기 설정된 특정 지점에 대응되는 유도 전압을 비교하여 유도 전압의 변화량을 산출하는 과정; 및 상기 유도 전압의 변화량에 근거하여 상기 이동체가 현재 위치하는 지점과 상기 특정 지점 사이의 거리 정보를 산출하고, 산출된 거리 정보에 기초하여 상기 이동체의 현재 위치를 측위하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 이동체가 진행하던 궤도를 이탈하여 정지하지 않고 이동 중에 무선으로 전력을 충전할 수 있도록 하되, 무선으로 전력이 충전되도록 함에 있어 현재 이동체가 위치하는 지점에서 측정된 유도 전압에 기초하여 이동체의 위치를 측위하고, 이를 기반으로 이동체의 위치를 제어함으로써 이동체를 최적의 충전을 위한 지점에 위치시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, GPS 센서와 같은 별도의 측위 수단 없이도 현재 이동체가 위치하는 지점에서 측정된 유도 전압에 기초하여 이동체의 위치를 측위 가능하여, 이동체의 구성을 간소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 도시한 도면이다.
도 2a 내지 2b는 본 실시예에 따른 무선전력 송신장치의 급전 코일부의 형태를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 3c는 본 실시예에 따른 급전 코일부 내 각각의 급전 코일에 인가되는 전류를 예시한 예시도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 제어장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 이동체의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 이동체의 제어방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 충전 시스템(100)은 이동체(110) 및 무선전력 송신장치(120)를 포함한다.
본 실시예에 따른 무선 충전 시스템(100)은 이동체(110)의 운용 영역 내에 구비되며, 이동체(110)가 해당 영역에 위치 시 이동체(110)의 에너지 공급원인 배터리의 전력이 무선으로 충전 가능토록 하는 무선충전 환경을 제공한다.
본 실시예에 따른 이동체(110)는 무선 전력 전송방식을 이용하여 이동체(110)의 운행을 위한 전력을 제공하는 배터리를 충전한다. 이동체(110)는 적어도 하나의 집전 코일(112)을 구비하며, 구비된 집전 코일(112)에 유도되는 전력을 제어하여 이동체(110)의 배터리를 충전한다. 이러한, 이동체(110)는 무선으로 전력 충전이 가능한 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않고 무선 전력 전송방식을 이용하여 전력 충전이 가능한 이동체(ex: 철도, 잠수함, 자동차 등)라면 어떠한 이동체라도 무관한다.
집전 코일(112)은 무선으로 전송된 전력을 수신하는 장치로서, 기 설정된 무선 충전 영역 내 존재하는 무선전력 송신장치(120)가 무선으로 전력을 전송하기 위해 방사한 자기장을 수신하여 이로부터 전류를 유도하는 장치를 의미한다. 이러한, 집전 코일(112)은 집전 코어(미도시) 및 정류기(미도시) 등을 추가로 포함하는 집전장치로 구현될 수 있다.
본 실시예에 따른 이동체(110)는 이동체(110)의 제어를 위한 제어장치(114)를 구비하며, 구비된 제어장치(114)에 의해 이동체(110)의 현재 위치를 측위 가능할 뿐만 아니라, 무선 충전을 위한 최적의 충전 지점으로 그 위치가 이동될 수 있다.
제어장치(114)는 현재 이동체(110)가 위치하는 지점에서 무선전력 송신장치(120)로부터 수신한 자기장에 의해 집전 코일(112)에 형성된 유도 전압을 수신하고, 수신한 유도 전압에 기초하여 이동체(110)의 위치를 측위한다.
제어장치(114)는 집전 코일(112)로부터 수신한 유도 전압 및 제어장치(114)에 의해 산출된 이동체(110)의 위치에 근거하여 이동체(110)가 기 설정된 무선 충전을 위한 최적의 충전 지점에 위치할 수 있도록 제어한다.
이러한, 제어장치(114)가 이동체(110)의 위치를 측위하는 방법 및 이동체(110)의 위치를 제어하는 방법에 대해서는 도 4 및 도 5에서 보다 자세하게 설명토록 한다.
무선전력 송신장치(120)는 무선으로 전력을 전송하기 위한 장치로서, 전원장치로부터 전원을 인가받고, 인가받은 전원을 이용하여 기 설정된 무선 충전 영역 내 자기장을 방사하는 장치를 의미한다.
무선전력 송신장치(120)는 이동체(110)의 운용 영역 내 배치되며, 전원장치로부터 인가받은 전원을 통해 발생한 자기장을 무선 충전 영역 내에 위치하는 이동체(110)에 구비된 집전코일(112)로 유도시킴으로써 이동체(110)의 배터리가 무선으로 충전될 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 무선전력 송신장치(120)는 복수 개의 급전 코일로 구성된 급전 코일부(122) 및 인버터(124)를 포함하며, 이와 함께 급전 코어(미도시) 등을 추가로 포함할 수 있다. 이때, 급전 코일부(122)에 구비된 복수 개의 급전 코일은 서로 동일한 주기를 갖는 전류가 인가되되, 각각의 급전 코일 중 적어도 하나의 급전 코일은 적어도 하나의 급전 코일을 제외한 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기 또는 형태를 갖는 전류가 인가된다. 본 실시예의 경우 급전 코일부(112)에 구비된 복수 개의 급전 코일 중 적어도 하나의 급전 코일에 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기 또는 형태를 갖는 전류를 인가함으로써 이동체(110)에 구비된 제어장치(114)가 유도 전압 내 복수 개의 급전 코일에 대응되는 대응 전압을 각각 추출 가능토록 하며, 이를 기반으로 이동체(110)의 현재 위치를 측위할 수 있도록 한다.
이러한, 급전 코일부(122) 내 각각의 급전 코일에 인가되는 전류에 대해서는 도 3a 내지 3c에서 보다 자세하게 설명토록 한다.
도 2a 내지 2b는 본 실시예에 따른 무선전력 송신장치의 급전 코일부의 형태를 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 급전 코일부(122)는 기본적으로 가로 및 세로로 적어도 2개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)을 포함하는 형태로 구현된다. 이때, 가로 및 세로는 2차원 형태를 형성하기 위해 서로 직교하는 방향을 의미한다. 한편, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)은 상부에서 바라본 형상이 둥근 형태 또는 다각형 형태를 갖도록 권취된다.
본 실시예의 경우 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)은 서로 소정 간격을 두고 배치될 수도 있지만 그 일부분이 서로 겹쳐진 형태로 배치될 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 따른 급전 코일부(122)는 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)의 일부분들이 서로 중첩되도록 배치되어 급전 코일부(122)의 중앙에 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 간 중첩영역을 형성하도록 구성될 수 있다. 이러한, 중첩영역의 경우 다른 영역에 비해 수평 방향의 자기장이 강하게 형성되며, 이동체(110)가 해당 중첩영역에 위치하는 경우 이동체(110)에 대한 무선 충전의 효율성이 극대화될 수 있는 효과가 있다.
이하, 도 2a 및 도 2b에서는 급전 코일부(122) 내 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)이 그 일부분들이 서로 중첩되도록 배치되어 급전 코일부(112)의 중앙에 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 간의 중첩영역이 형성되는 형태로 구현된 경우를 예시하여 설명하도록 한다.
도 2a는 본 실시예에 따른 급전 코일부(122)의 제1 형태를 예시하였다.
도 2a 도시하듯이, 본 실시예에 따른 급전 코일부(122)는 가로 및 세로로 각 2개씩의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)을 포함한다. 이때, 4개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)은 각각 그 일부분들이 서로 중첩되도록 배치됨으로써 급전 코일부(112)의 중앙에 4개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 간의 중첩영역을 형성한다.
각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)은 기본적으로 상부에서 바라본 형상이 둥근 형태 또는 다각형 형태를 갖도록 권취된다. 한편, 본 실시예에 따른 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)은 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)의 일부분들이 서로 중첩되어 배치되는 경우 급전 코일부(112)의 중앙에 형성되는 중첩영역이 보다 넓은 영역을 가지며, 급전 코일부(112)에서 방사하는 자기장의 형태가 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)마다 차별화될 수 있도록 특정 형태로 구현될 수 있다.
예컨대, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)은 제1 권선(202), 제1 권선(202)의 일단부의 위치에서 연장되며 상부에서 바라본 형상이 제1 권선(202)과 수직한 형태로 배치되는 제2 권선(204)으로 이루어진 제1 권선 유닛 및 제1 권선(202)의 타단부에서 시작하여 제2 권선(204)의 일단부까지 연장되며 소정의 곡률반경을 갖는 원호상의 제3 권선(206)으로 이루어진 제2 권선 유닛을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
본 실시예에 따른 급전 코일부(122)의 제1 형태의 경우 각 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)의 제1 권선 유닛은 다른 급전 코일의 제1 권선 유닛과 중첩되지 않도록 배치되며, 4개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 4개의 제1 권선 유닛이 사각형의 형태를 이루도록 배치된다. 즉, 급전 코일부(122)는 각 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)의 제1 권선 유닛이 바깥쪽으로 향하도록 배치됨으로써 급전 코일부(122)의 중앙에 원형의 중첩영역이 생기도록 구현된다.
도 2b는 본 실시예에 따른 급전 코일부(122)의 제2 형태를 예시하였다.
도 2b에 도시하듯이, 본 실시예에 따른 급전 코일부(122)의 제2 형태는 급전 코일부(122) 내 각 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)의 형상이 제1 형태의 급전 코일부(122) 내 각 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)의 형상과 동일하게 구현되되, 각 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)의 배치 방향에 따라 급전 코일부(112)의 중앙에 형성되는 중첩영역의 모양에 있어 차이점이 존재한다.
본 실시예에 따른 급전 코일부(122)의 제2 형태의 경우 4개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 중 어느 하나의 급전 코일의 제1 권선이 다른 급전 코일의 제2 권선과 중첩되어 배치되되, 4개의 급전 코일의 제1 권선 유닛이 사각형의 형태를 이루도록 배치된다. 즉, 급전 코일부(122)는 각 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)의 제1 권선 유닛이 급전 코일부(122)의 안쪽을 향하도록 배치됨으로써 급전 코일부(122)의 중앙에 사각형의 중첩영역이 생기도록 구현된다.
도 3a 내지 3c는 본 실시예에 따른 급전 코일부 내 각각의 급전 코일에 인가되는 전류를 예시한 예시도이다. 한편, 본 실시예의 경우 급전 코일부(122)를 구성하는 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 서로 동일한 주기를 갖는 전류가 인가되되, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 중 적어도 하나의 급전 코일에는 적어도 하나의 급전 코일을 제외한 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기 또는 형태를 갖는 전류가 인가된다.
이하, 도 3a 내지 3c를 참조하여 본 실시예에 따른 급전 코일부(122) 내 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 인가되는 전류에 대해 자세히 설명한다.
도 3a는 본 실시예에 따른 급전 코일부(122) 내 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 인가되는 전류에 대한 제1 예시도이다.
도 3a에 도시하듯이, 본 실시예의 경우, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 서로 동일한 주기를 갖는 전류가 순차적으로 인가되되, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 중 어느 하나의 급전 코일에 어느 하나의 급전 코일을 제외한 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기를 갖는 전류가 인가된다. 도 3a를 참조하면, 급전 코일부(122)의 우측 상부에 위치하는 급전 코일(이하, 제1 급전 코일(200a)로 명시하여 설명하도록 한다.)을 시작으로 반시계 방향으로 위치하는 급전 코일 순으로(200a → 200b → 200c →200d) 동일 주기를 갖는 전류가 순차적으로 인가되되, 제1 급전 코일(200a)에 인가되는 전류의 크기가 다른 급전 코일에 인가되는 전류 대비 큰 값이 인가되는 것을 확인할 수 있다.
도 3b는 본 실시예에 따른 급전 코일부(122) 내 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 인가되는 전류에 대한 제2 예시도이다.
도 3b에 도시하듯이, 본 실시예의 경우, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)별로 서로 상이한 크기를 갖는 전류가 순차적으로 인가된다. 도 3b를 참조하면, 급전 코일부(122)의 우측 상부에 위치하는 제1 급전 코일(200a)을 시작으로 반시계 방향으로 위치하는 급전 코일 순으로(200a → 200b → 200c →200d) 동일 주기를 갖는 전류가 순차적으로 인가되되, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 인가되는 전류의 크기가 서로 상이한 것을 확인할 수 있다.
도 3c는 본 실시예에 따른 급전 코일부(122) 내 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 인가되는 전류에 대한 제3 예시도이다.
도 3c에 도시하듯이, 본 실시예의 경우, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 피크 값이 순차적으로 발생하도록 전류가 인가되되, 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 중 어느 하나의 급전 코일의 경우 어느 하나의 급전 코일의 제외한 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 피크 크기를 갖도록 하는 전류가 인가된다. 도 3c를 참조하면, 급전 코일부(122)의 우측 상부에 위치하는 급전 코일(이하, 제1 급전 코일(200a)로 명시하여 설명하도록 한다.)을 시작으로 반시계 방향으로 위치하는 급전 코일 순으로(200a → 200b → 200c →200d) 피크 값이 순차적으로 발생하도록 전류가 인가되되, 제2 급전 코일(200b)의 경우 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 피크 크기를 갖도록 하는 전류가 인가된다.
이와 같이, 본 실시예의 경우 급전 코일부(122) 내 구비된 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 중 적어도 하나의 급전 코일에 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기 또는 형태를 갖는 전류를 인가함으로써, 이후, 이동체(110)에 구비된 제어장치(114)가 유도 전압 내 복수 개의 급전 코일에 대응되는 대응 전압을 각각 추출 가능토록 하며, 이를 기반으로 이동체(110)의 현재 위치를 측위할 수 있도록 한다.
도 4는 본 실시예에 따른 제어장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 4에 도시하듯이, 본 실시예에 따른 제어장치(114)는 수신부(400), 비교부(410), 측위부(420) 및 제어부(430)를 포함한다.
수신부(400)는 이동체(110)에 구비된 집전 코일(112)과 전기적으로 연동되며, 집전 코일(112)이 무선전력 송신장치(120)로부터 수신한 자기장을 기반으로 생성한 유도 전압을 지속적으로 수신한다.
비교부(410)는 수신부(400)로부터 수신한 유도 전압 및 기 설정된 특정 지점에 대응되는 유도 전압을 비교하여 유도 전압의 변화량을 산출한다. 이때, 기 설정된 특정 지점은 무선전력 송신장치(120)로부터 수신한 자기장에 의해 이동체(110)의 집전 코일(112)에서 생성되는 유도 전압의 크기가 최대값을 갖는 지점을 의미한다. 이러한, 기 설정된 특정 지점은 무선전력 송신장치(120)의 급전 코일부(122)의 중앙부인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 기 설정된 특정 지점에 대응되는 유도 전압은 특정 지점에서 이동체(110)의 집전 코일(112)이 무선전력 송신장치(120)로부터 수신한 자기장을 기반으로 생성한 유도 전압에 대한 측정값을 의미하며, 사전에 기 파악되어 해당 특정 지점을 운용 영역 내에 포함하는 이동체(110)에 제공된다.
이하, 비교부(410)가 수신부(400)로부터 수신한 유도 전압 및 기 설정된 특정 지점에 대응되는 유도 전압을 비교하여 유도 전압의 변화량을 산출하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
비교부(410)는 수신부(400)로부터 수신한 유도 전압을 분석하여 유도 전압 내 무선전력 송신장치(120)에 구비된 복수 개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 대응 전압을 각각 추출한다. 한편, 본 실시예에 따른 무선전력 송신장치(120)는 급전 코일부(122) 내 구비된 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 중 적어도 하나의 급전 코일에 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기 또는 형태를 갖는 전류가 인가된다. 이에, 비교부(410)는 기 설정된 시간 단위로 수신부(400)로부터 수신한 유도 전압을 측정하되, 각 시간 단위의 유도 전압의 크기 및 각 시간 단위의 유도 전압의 측정 시점에 근거하여 유도 전압 내 복수 개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 대응 전압을 각각 추출할 수 있다. 도 3a를 참조하여 설명하자면, 비교부(410)는 기 설정된 시간 단위(=측위 시간 단위)로 수신부(400)로부터 수신한 유도 전압을 측정하되, 각 시간 단위에 측정된 유도 전압 중 다른 시간 단위에 측정된 유도 전압의 크기와 상이한 크기(혹은 그 차이값이 기 설정된 임계치를 초과하는)를 갖는 유도 전압이 산출되는 시점을 우선적으로 확인한다. 비교부(410)는 해당 시점에 측정되는 유도 전압을 제1 급전 코일(200a)에 대응되는 대응 전압으로서 산출한다. 비교부(410)는 제1 급전 코일(200a)에 대응되는 대응 전압이 산출된 시점을 기준으로 다음 시간 단위별로 검출되는 유도 전압을 순차적으로 제2, 제3, 제4 급전 코일에 대응되는 대응 전압으로서 산출한다. 이때, 기 설정된 시간 단위(=측위 시간 단위)는 수신부(400)로부터 수신한 유도 전압 내 복수 개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 대응 전압을 크기를 각각 측정할 수 있다면 어떠한 시간 단위로 설정되어도 무관하다.
비교부(410)는 기 설정된 특정 지점에서 측정된 유도 전압 내 복수 개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 대응 전압 및 수신부(400)로부터 수신한 유도 전압(=현재 지점에서 측정된 유도 전압) 내 복수 개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 대응 전압을 각각 비교하여, 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량을 각각 산출한다.
측위부(420)는 비교부(410)에서 산출된 유도 전압의 변화량에 근거하여 이동체(110)가 현재 위치하는 지점과 특정 지점 사이의 거리 정보를 산출하고, 산출된 거리 정보에 기초하여 이동체(110)의 현재 위치를 측위한다.
한편, 이동체(110)가 기 설정된 특정 지점에 위치하지 않는 경우에 집전 코일(112)에서 발생하는 유도 전압의 크기는 이동체(110)가 기 설정된 특정 지점에 위치하는 경우 집전 코일(112)에서 발생하는 유도 전압 대비 소정의 차이를 가지게 된다. 이러한, 특징을 고려하여, 본 실시예에 따른 측위부(420)는 현재 이동체(110)가 위치하는 지점과 기 설정된 특정 지점 사이의 거리 차이에 따른 유도 전압의 변화율을 이동체(110)의 위치를 산출하기 위한 파라미터로서 활용한다.
측위부(420)는 비교부(410)에서 산출된 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량에 근거하여 기 설정된 특정 지점 대비 이동체(110)가 현재 위치하는 지점에서의 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 간의 거리 변화량을 산출하고, 산출한 거리 변화량을 기 설정된 특정 지점의 좌표값에 반영하여 이동체(110)의 현재 위치를 측위한다. 이를 위해, 측위부(420)는 기 설정된 특정 지점에 대한 좌표값을 사전에 수집하여 저장한다.
제어부(430)는 측위부(420)에 의해 확인된 이동체(110)의 현재 위치 및 비교부(410)에서 산출된 유도 전압의 변화량에 근거하여 이동체(110)의 위치가 무선 충전을 위한 최적의 충전 지점 예컨대, 기 설정된 특정 지점에 위치되도록 제어한다.
제어부(430)는 측위부(420)에 의해 확인된 이동체(110)의 현재 위치 및 비교부(410)에서 산출된 유도 전압의 변화량에 근거하여 유도 전압의 변화량이 최소화되면서 동시에 이동체(110)의 현재 위치가 기 설정된 특정 지점의 좌표값에 가까워지는 방향으로 이동체(110)의 이동 방향을 제어한다. 이를 위해, 제어부(430)는 이동체(110)의 위치 변경 시마다 측위부(420) 및 비교부(410)로부터 각각 산출되는 이동체(110)의 현재 위치 및 유도 전압의 변화량을 지속적으로 수신한다. 제어부(430)는 보다 정확한 방향 제어를 위해 가장 최근에 수신한 이동체(110)의 현재 위치 및 유도 전압의 변화량을 바로 이전에 수신한 이동체(110)의 현재 위치 및 유도 전압의 변화량과 비교하고, 비교결과를 추가로 고려하여 이동체(110)의 이동 방향을 제어할 수도 있다.
제어부(430)는 측위부(420)에 의해 확인된 이동체(110)의 현재 위치 및 기 설정된 특정 지점의 좌표값에 기초하여 현재 위치로부터 기 설정된 특정 지점의 좌표값에 대응되는 방향으로 이동체(110)의 이동 방향을 제어할 수도 있다. 이를 위해, 이동체(110)는 방향 센서(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 이동체의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
제어장치(114)는 이동체(110)에 구비된 집전 코일(112)이 무선전력 송신장치(120)로부터 수신한 자기장을 기반으로 생성한 유도 전압을 수신한다(S502).
제어장치(114)는 단계 S502에서 수신한 유도 전압 및 기 설정된 특정 지점에 대응되는 유도 전압을 비교하여 유도 전압의 변화량을 산출한다(S504). 단계 S504에서 제어장치(114)는 단계 S502에서 수신한 유도 전압을 분석하여 유도 전압 내 무선전력 송신장치(120)에 포함된 복수 개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 대응 전압을 각각 추출한다. 이후, 제어장치(114)는 기 설정된 특정 지점에서 측정된 유도 전압 내 복수 개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 대응 전압 및 단계 S502에서 수신한 유도 전압 내 복수 개의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d)에 대응되는 대응 전압을 각각 비교하여, 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량을 각각 산출한다.
제어장치(114)는 단계 S504에서 산출한 유도 전압의 변화량에 근거하여 이동체(110)가 현재 위치하는 지점과 기 설정된 특정 지점 간의 거리 정보를 산출한다(S506). 단계 S506에서 제어장치(114)는 단계 S504에서 산출한 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량에 근거하여 기 설정된 특정 지점 대비 이동체(110)가 현재 위치하는 지점에서의 각각의 급전 코일(200a, 200b, 200c, 200d) 간의 거리 변화량을 산출한다.
제어장치(114)는 단계 S506에서 산출된 거리 정보에 기초하여 이동체(110)의 현재 위치를 측위한다(S508). 단계 S508에서 제어장치(114)는 단계 S506에서 산출한 거리 정보를 기 설정된 특정 지점의 좌표값에 반영하여 이동체(110)의 현재 위치를 측위한다.
제어장치(114)는 단계 S508에서 산출한 이동체(110)의 현재 위치 및 단계 S504에서 산출한 유도 전압의 변화량에 근거하여 이동체(110)의 위치가 기 설정된 특정 지점에 위치되도록 제어한다(S510).
여기서, 단계 S502 내지 S510은 앞서 설명된 제어장치(114)의 각 구성요소의 동작에 각각 대응되므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 실시예에 따른 이동체의 제어방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이동체(110)의 집전 코일(112)에서 발생하는 유도 전압은 이동체(110)가 현재 무선전력 송신장치(120)가 위치하는 방향을 기준으로 어느 방향에 위치하는지 또한 무선전력 송신장치(120)로부터 얼마만큼 떨어져 있는지 여부에 따라 서로 상이한 형태를 갖는다.
예컨대, 도 6을 참조하여 설명하자면, 이동체(110)가 위치 1에 위치하는 경우와 위치 3에 위치하는 경우 집전 코일(112)에서 발생하는 유도 전압은 각각 이동체(110)가 기 설정된 특정 지점(=무선전력 송신장치(120)의 급전 코일부(122)의 중앙부)에 위치하는 경우 집전 코일(112)에서 발생하는 유도 전압 대비 서로 상이한 유도 전압 변화량을 갖는다.
이러한, 특징을 반영하여, 본 실시예의 경우 현재 이동체(110)가 위치하는 지점과 기 설정된 특정 지점 사이의 위치 차이에 따른 유도 전압의 변화율을 확인하고, 이를 기반으로, 현재 이동체(110)가 위치하는 지점을 기준으로 무선전력 송신장치(120) 내 각 급전 코일과의 거리 차를 각각 산출함으로써 이동체(110)의 현재 위치를 측위할 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.
100: 무선 충전 시스템 110: 이동체
112: 집전 코일 114: 제어장치
120: 무선전력 송신장치 122: 급전 코일부
124: 인버터 400: 수신부
410: 비교부 420: 측위부
430: 제어부

Claims (17)

  1. 이동체의 위치 측위 및 무선 전력 충전을 위한 무선전력 송신장치에 있어서,
    가로 및 세로로, 적어도 2개의 둥근 형태 또는 다각형 형태로 권취된 급전 코일을 구비하며, 각각의 급전 코일은 서로 동일한 주기를 갖는 전류가 인가되고, 상기 각각의 급전 코일 중 적어도 하나의 급전 코일은 상기 적어도 하나의 급전 코일을 제외한 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기 또는 형태를 갖는 전류가 인가되는 급전 코일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각각의 급전 코일은,
    상기 각각의 급전 코일의 일부분들이 서로 중첩되도록 배치되어 상기 급전 코일부의 중앙에 상기 각각의 급전 코일 간의 중첩영역이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 각각의 급전 코일은,
    제1 권선, 상기 제1 권선의 일단부의 위치에서 연장되며 상부에서 바라본 형상이 상기 제1 권선과 수직한 형태로 배치되는 제2 권선으로 이루어진 제1 권선 유닛; 및
    상기 제1 권선의 타단부에서 시작하여 상기 제2 권선의 일단부까지 연장되며, 소정의 곡률반경을 갖는 원호상의 제3 권선으로 이루어진 제2 권선 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 급전 코일은 가로 및 세로로 각 2개씩 구비되며,
    상기 4개의 급전 코일 중 어느 하나의 급전 코일의 제1 권선이 다른 급전 코일의 제2 권선과 중첩되어 배치되되, 상기 4개의 급전 코일의 제1 권선 유닛이 사각형의 형태를 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 급전 코일은 가로 및 세로 각 2개씩 구비되며,
    각 급전 코일의 제1 권선 유닛은 다른 급전 코일의 제1 권선 유닛과 중첩되지 않도록 배치되며, 4개의 급전 코일에 대응되는 4개의 제1 권선 유닛이 사각형의 형태를 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 각각의 급전 코일에 전류를 인가하는 인버터를 더 포함하며,
    상기 인버터는, 상기 각각의 급전 코일에 순차적으로 전류를 인가하되, 상기 각각의 급전 코일 중 어느 하나의 급전 코일에 상기 어느 하나의 급전 코일을 제외한 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 크기를 갖는 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 각각의 급전 코일에 전류를 인가하는 인버터를 더 포함하며,
    상기 인버터는 상기 각각의 급전 코일에 서로 상이한 크기를 갖는 전류를 급전 코일별로 순차적으로 각각 인가하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 각각의 급전 코일에 전류를 인가하는 인버터를 더 포함하며,
    상기 인버터는, 상기 각각의 급전 코일에 피크 값이 순차적으로 발생하도록 전류를 인가하되, 상기 각각의 급전 코일 중 어느 하나의 급전 코일에 상기 어느 하나의 급전 코일을 제외한 다른 급전 코일에 가해지는 전류와 상이한 피크 크기를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  9. 복수 개의 급전 코일을 포함하는 무선전력 송신장치로부터 발생한 자기장을 수신하여 유도전압을 생성하는 집전 코일을 구비한 이동체의 제어장치에 있어서,
    상기 집전 코일에서 생성된 상기 유도 전압을 수신하는 수신부;
    상기 수신부로부터 수신된 유도 전압을 분석하여 유도 전압 내 상기 복수 개의 급전 코일에 대응되는 대응 전압을 각각 추출하고, 추출된 대응 전압 및 기 설정된 특정 지점에서 측정된 유도 전압 내 상기 복수 개의 급전 코일에 대응되는 대응 전압을 각각 비교하여, 상기 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량을 각각 산출하는 비교부;
    상기 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량에 근거하여 상기 이동체가 현재 위치하는 지점과 상기 특정 지점 사이의 거리 정보를 산출하고, 산출된 거리 정보에 기초하여 상기 이동체의 현재 위치를 측위하는 측위부
    를 포함하는 이동체 제어장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 측위부에 의해 확인된 상기 이동체의 현재 위치 및 상기 비교부에서 산출된 상기 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량에 근거하여 상기 이동체가 상기 기 설정된 특정 지점에 위치하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 기 설정된 특정 지점은,
    상기 무선전력 송신장치로부터 발생한 자기장에 의해 상기 이동체의 집전 코일에서 생성되는 유도전압의 크기가 최대값을 갖는 지점인 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
  12. 삭제
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 비교부는,
    기 설정된 시간 단위로 상기 수신부로부터 수신된 유도 전압을 측정하며, 각 시간 단위의 유도 전압의 크기 및 상기 각 시간 단위의 유도 전압의 측정 시점에 근거하여 상기 수신부로부터 수신된 유도 전압 내 상기 복수 개의 급전 코일에 대응되는 대응 전압을 각각 추출하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
  14. 삭제
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 측위부는,
    상기 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량에 근거하여 상기 기 설정된 특정 지점 대비 상기 이동체가 현재 위치하는 지점에서의 각각의 급전 코일 간의 거리 변화량을 산출하고, 상기 거리 변화량을 상기 기 설정된 특정 지점의 좌표값에 반영하여 상기 이동체의 현재 위치를 측위하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
  16. 복수 개의 급전 코일을 포함하는 무선전력 송신장치로부터 발생한 자기장을 수신하여 유도전압을 생성하는 집전 코일을 구비한 이동체의 제어방법에 있어서,
    상기 집전 코일에서 생성된 상기 유도 전압을 수신하는 과정;
    상기 수신하는 과정으로부터 수신한 유도 전압을 분석하여 유도 전압 내 상기 복수 개의 급전 코일에 대응되는 대응 전압을 각각 추출하고, 추출된 대응 전압 및 기 설정된 특정 지점에서 측정된 유도 전압 내 상기 복수 개의 급전 코일에 대응되는 대응 전압을 각각 비교하여, 상기 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량을 각각 산출하는 과정; 및
    상기 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량에 근거하여 상기 이동체가 현재 위치하는 지점과 상기 특정 지점 사이의 거리 정보를 산출하고, 산출된 거리 정보에 기초하여 상기 이동체의 현재 위치를 측위하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 측위하는 과정에서 확인된 상기 이동체의 현재 위치 및 상기 산출하는 과정에서 산출된 상기 복수 개의 급전 코일별 전압 변화량에 근거하여 상기 이동체가 상기 기 설정된 특정 지점에 위치하도록 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어방법.
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