KR101946995B1 - 무선충전 이동수단 및 이를 포함하는 무선전력 전송 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 자기 공진을 이용한 무선전력 전송 시스템은, 이동 수단과 상기 이동 수단을 거치할 수 있는 이동 수단 거치대 및 전력소스로부터 전력을 공급받는 송신 유도 코일을 포함하고,
상기 이동 수단 거치대는, 상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 송신 공진 코일을 포함하며,
상기 이동 수단은,
상기 송신 공진 코일로부터 비방사 방식으로 전력을 수신하는 수신 공진 코일과 상기 수신 공진 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하여 상기 이동 수단의 부하에 공급하는 수신 유도 코일을 포함한다.

Description

무선충전 이동수단 및 이를 포함하는 무선전력 전송 시스템{WIRELESS CHARGING VEHCILE AND TRANSMISSING WIRELESS POWER SYSTEM HAVING THEREOF}

본 발명은 무선전력 전송 시스템에 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.

그러나, 기존에는 이동 수단을 보관 중 별도로 충전할 수 있는 장치를 이동 수단 거치대에 활용하는데 제약이 있었다.

본 발명은 이동 수단의 보관 중에도 충전을 할 수 있어 사용자의 편의성을 높이는 무선전력 전송 시스템의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 자기 공진을 이용한 무선전력 전송 시스템은 이동 수단; 상기 이동 수단을 거치할 수 있는 이동 수단 거치대; 및 전력소스로부터 전력을 공급받는 송신 유도 코일을 포함하고, 상기 이동 수단 거치대는, 상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 송신 공진 코일을 포함하며, 상기 이동 수단은, 상기 송신 공진 코일로부터 비방사 방식으로 전력을 수신하는 수신 공진 코일; 및 상기 수신 공진 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하여 상기 이동 수단의 부하에 공급하는 수신 유도 코일을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 이동 수단의 단기간 또는 장기간 보관 시 충전을 하여 별도의 충전 시간이 필요하지 않다.

둘째, 공공 장소에 설치된 기존의 이동 수단 보관소에 적용할 수 있어 기존 시설에의 활용도를 높일 수 있다.

셋째, 이동 수단의 충전에 대한 정보를 근거리 무선통신 모듈을 통해 이용할 수 있어 사용자의 편의성이 증대된다,

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 소스(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가회로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320), 정류 회로(330) 및 부하(340)의 등가회로를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 구성 예이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.

전력 소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 자기 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.

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

무선전력 송신장치(200)는 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)로 구성된다. 송신 유도 코일(210)은 전력 소스(100)와 연결되며, 교류 전류가 흐른다. 송신 유도 코일(210)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일(220)에도 교류 전류가 유도된다. 송신 공진 코일(220)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.

무선전력 수신장치(300)는 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320), 정류회로(330) 및 부하(340)로 구성된다. 송신 공진 코일(220)에 의해 송신된 전력은 수신 공진 코일(310)에 의해 수신되어 수신 공진 코일(310)에 교류 전류가 흐르게 된다. 수신 공진 코일(310)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 유도 코일(320)로 전달된다. 수신 유도 코일(320)로 전달된 전력은 정류 회로(330)를 통해 정류되어 부하(340)로 전달된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 구성하게 된다. 캐패시터(C1)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 가변 캐패시터를 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)의 등가 회로도 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 소스(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가회로이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320), 정류회로(330) 및 부하(340)의 등가회로를 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(310)과 수신 유도 코일(320)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다. 정류회로(330)는 다이오드(D1)와 정류 캐패시터(C5)로 구성될 수 있으며, 교류 전력을 직류 전력을 변환하여 출력한다. 부하(340)는 1.3V의 직류 전원으로 표시되어 있으나, 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 구성 예이다.

도 5를 참고하면, 무선전력 전송 시스템은 전력소스(100), 송신 유도 코일(210), 이동 수단(300), 이동 수단 거치대(400)를 포함한다.

전력소스(100)는 교류전력을 송신 유도 코일(210)로 전송한다. 송신 유도 코일(210)은 전력소스(200)로부터 교류전력을 공급받아 송신 공진 코일(220)에 전자기 유도에 의해 전송한다.

전력소스(100) 및 송신 유도 코일(210)은 이동 수단 거치대(400)의 하단에 매립되어 설치될 수 있다.

이동 수단(400)은 자전거, 오토바이 등 이동 가능한 교통 수단을 의미할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 도 5에서는 이동 수단(400)이 자전거 인 경우를 예로 들었다.

이동 수단 거치대(500)는 이동 수단을 단기간 또는 장기간 동안 거치할 수 있는 장치이다. 도 5에서는 이동 수단 거치대(500)로 자전거 거치대를 예로 들었다.

이동 수단 거치대(500)는 송신 공진 코일(220), 근거리 무선통신 모듈(510), 디스플레이장치(520)을 더 포함할 수 있다.

송신 공진 코일(220)은 이동 수단 거치대(500)의 상단에 설치될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 구체적으로, 송신 공진 코일(220)은 이동 수단(400)이 거치되는 곳의 상단에 위치할 수 있다. 송신 공진 코일(220)은 한 개가 설치될 수 있으나, 이동 수단 거치대(500)의 개별적인 이동 수단의 거치대들 상단에 각각 설치될 수도 있다.

송신 공진 코일(220)은 송신 유도(210) 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신한다.

근거리 무선통신 모듈(510)은 이동 수단(400)과 무선 통신을 수행한다. 일 실시 예에서 근거리 무선통신 모듈(510)은 이동 수단(400)의 내부에 설치된 후술할 근거리 통신 모듈(410)을 통해서 전력을 수신 받을 위치를 인식하고, 이동 수단(400)의 식별 및 대금결제 등을 수행할 수 있다.

근거리 무선통신 모듈(510)은 각 개별 이동 수단 거치대의 일단에 설치될 수 있다.

근거리 무선통신 모듈(510)은 NFC(NEAR FIELD COMMUNICATION) 통신 규격을 이용할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

디스플레이 장치(520)는 근거리 무선통신 모듈(510)을 통해 이동 수단(410)의 이용과 관련된 이용정보를 표시할 수 있다. 일 실시 예에서 이동 수단(400)의 식별정보, 대금결제정보 및 충전예약시간, 현재 충전시간, 현재 이동 수단의 충전량과 같은 충전 정보들을 표시할 수 있다.

디스플레이 장치(520)는 전자잉크(E-ink), 터치를 감지할 수 있는 터치 스크린 또는 CRT(Cathod Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), HMD(Head Mounted Display) 등으로 구현 될 수 있다. 도 5에서는 근거리 무선통신 모듈(510)과 디스플레이 장치(520)가 별개로 구성된 예를 도시하였으나, 디스플레이 장치(520) 내부에 근거리 무선통신 모듈(510)을 포함할 수 있다.

이동 수단(400)은 수신 공진 코일(310), 부하(340), 근거리 무선통신 모듈(410)을 포함한다.

수신 공진 코일(310)은 송신 공진 코일(210)로부터 비방사 방식으로 전력을 수신한다. 송신 공진 코일(210)과 수신 공진 코일(310)은 자기 공진에 의해 먼 거리까지 전력 전송이 가능하다.

수신 공진 코일(310)은 이동 수단(400)의 바퀴에 배치될 수 있다. 즉, 수신 공진 코일(310)은 이동 수단(400)의 바퀴 형상을 따라 하나의 도선이 여러 번 감겨진 형태로 배치될 수 있다.

이동 수단(400)은 수신 유도 코일(미도시)을 더 포함할 수 있고, 수신 유도 코일은 수신 공진 코일(310)로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신한다.

이동 수단(400)은 수신 유도 코일로부터 전달된 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.

부하(340)는 정류회로로부터 변환된 직류전력을 수신한다. 부하(340)는 이동 수단(400)의 배터리일 수 있다.

근거리 무선통신 모듈(410)은 이동 수단 거치대(500)에 설치된 근거리 무선통신 모듈(510)과 통신을 수행한다.

근거리 무선통신 모듈(410)은 NFC(NEAR FIELD COMMUNICATION) 통신 규격을 이용할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

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: 송신 유도 코일
220: 송신 공진 코일
300: 무선전력 수신장치
310: 수신 공진 코일
320: 수신 유도 코일
330: 정류회로
340: 부하
400: 이동 수단
410: 근거리 무선통신 모듈
500: 이동 수단 거치대
510: 근거리 무선통신 모듈
520: 디스플레이 장치

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 자전거;
   상기 자전거를 거치할 수 있는 자전거 거치대; 및
   상기 자전거 거치대의 하단에 매립되어 설치된 전력 소스 및 송신 유도 코일을 포함하고,
   상기 자전거 거치대는
   상기 자전거를 거치하기 위한 복수의 개별적인 자전거 거치대;
   상기 자전거에 무선으로 전력을 송신하는 복수의 송신 공진 코일;
   상기 자전거의 충전 위치정보 및 충전 정보를 송수신하는 복수의 근거리 무선통신 모듈; 및
   상기 복수의 근거리 무선통신 모듈로부터 송수신되는 정보를 표시하는 복수의 표시장치;를 포함하고,
   상기 복수의 송신 공진 코일은 상기 자전거의 충전 위치에 기초하여 비방사 방식으로 전력을 송신하고,
   상기 송신 유도 코일은 상기 전력 소스로부터 교류 전력을 공급받아 상기 복수의 송신 공진 코일에 전자기 유도에 의해 전송하고,
   상기 복수의 송신 공진 코일은 상기 복수의 개별적인 자전거 거치대 상단에 각각 설치되고,
   상기 복수의 근거리 무선통신 모듈은 상기 복수의 개별적인 자전거 거치대 상단에 각각 설치되고,
   상기 복수의 표시장치는 상기 복수의 개별적인 자전거 거치대 상단과 상기 복수의 개별적인 근거리 통신 모듈 하단 사이에 각각 설치되고,
   상기 자전거는
   상기 자전거 거치대의 복수의 송신 공진 코일 중 어느 하나로부터 무선으로 전력을 수신하는 수신 공진 코일;
   상기 수신 공진 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일;
   상기 수신 유도 코일로부터 전달된 교류전력을 직류 전력으로 변환시키는 정류 회로;
   상기 정류 회로로부터 변환된 직류 전력을 수신하는 배터리; 및
   상기 자전거 거치대와 근거리 무선통신을 수행하고, 상기 근거리 무선통신을 통해 충전 위치정보 및 충전 정보를 송수신하는 근거리 무선통신 모듈;을 포함하고,
   상기 수신 공진 코일은 자전거의 바퀴 형상을 따라 하나의 도선으로 복수번 권선되게 형성되고,
   상기 근거리 무선통신 모듈은
   상기 자전거의 충전에 따른 대금결제 정보를 송수신하고, 상기 정보를 상기 표시장치에 표시하고,
   상기 수신 공진 코일은 상기 자전거의 전륜 또는 후륜 중 적어도 하나에 권선되어 형성되고,
   상기 근거리 통신 모듈은 상기 자전거의 손잡이 하단에 배치되고,
   상기 배터리는 상기 자전거의 페달과 인접하게 배치되는 무선전력 전송 시스템.
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7. 삭제
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