KR101958595B1 - 무선전력 전송 효율을 향상시키는 배열안테나 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

무선전력 전송 효율을 향상시키는 배열안테나 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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지상욱
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Abstract

배열안테나 제어장치 및 제어방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배열안테나 제어장치는 무선전력 신호를 출력하는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들과 상기 무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신기의 수신안테나 사이의 거리를 측정하는 거리 측정부와, 상기 측정된 거리에 기초하여 상기 단위안테나들 중 상기 무선전력 수신기와 최소거리에 배치된 중심안테나를 확인하는 중심안테나 확인부와, 상기 중심안테나를 기준으로 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나를 턴 온 시키는 단위안테나 제어부를 포함한다.

Description

무선전력 전송 효율을 향상시키는 배열안테나 제어장치 및 제어방법{CONTROL APPARTUS OF ARRAY ANTENNA FOR ENHANCING WIRELESS POWER TRANSMISSION EFFICIENCY AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 보다 구체적으로 균일 급전되는 단위안테나들을 턴 온 또는 턴 오프 시켜 전력전송 효율을 개선하는 배열안테나 제어장치에 관한 것이다.
무선 전력 전송 시스템은 전기 에너지를 무선으로 전송하는 무선전력 전송장치와 무선전력 전송장치로부터 전기 에너지를 수신하는 무선전력 수신장치를 포함한다.
무선 전력 전송 시스템을 이용하면, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결 하지 않고 단지 휴대폰을 충전 패드에 올려놓음으로써, 휴대폰의 배터리를 충전하는 것이 가능하다.
무선으로 전기 에너지를 전달하는 방식은, 전기 에너지를 전달하는 원리에 따라 자기 유도 방식, 자기 공진 방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있다.
자기 유도 방식은 송신부 코일과 수신부 코일 사이에서 전기가 유도되는 현상을 이용하여 전기 에너지를 전달하는 방식이다.
자기 공진 방식은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에 에너지가 집중적으로 전달되는 방식이다.
전자기파 또는 마이크로파 방식은 송신부에서 발생된 전자기파를 수신부에서 단일 또는 복수의 안테나를 이용하여 전자기파를 수신하여 전기 에너지로 변환하는 방식이다.
한편, 무선 전력 전송 기술은 송신부 코일과 수신부 코일의 자기 공진 결합(magnetic resonant coupling)의 형태 내지 강도에 따라 유연하게 결합된 무선 전력 전송 기술(flexibly coupled wireless power transfer technology, 이하 'flexibly coupled technology')과 단단하게 결합된 무선 전력 전송 기술(tightly coupled wireless power transfer technology, 이하 'tightly coupled technology ')으로 구분될 수 도 있다.
이때, 'flexibly coupled technology'의 경우 하나의 송신부 공진기와 다수의 수신부 공진기들 사이에 자기 공진 결합이 형성될 수 있기 때문에, 동시 다중 충전(Concurrent Multiple Charging)이 가능할 수 있다.
이때, 'tightly coupled technology '는 단지 하나의 송신부 코일과 하나의 수신부 코일 간의 전력 전송(one-to-one power transmission) 만이 가능한 기술일 수 있다.
무선 전력 전송 시스템은 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 시스템은 3차원 공간에서 비콘 측위기술 등을 바탕으로 배열 안테나의 3차원 빔패턴을 합성하여 무선기기/IoT 디바이스/웨어러블 기기를 충전하는 환경에도 적용될 수 있다.
원거리 무선 전력 전송 시스템은 배열안테나를 사용하며, 무선 전력 수신장치의 위치로 전력 전송을 극대화하기 위해 각 단위안테나에 공급되는 전력의 크기와 위상이 동시에 제어한다.
각 단위안테나에 공급되는 전력의 크기를 제어하기 위해선 배열된 단위안테나들의 개수만큼의 RF증폭기 또는 감쇄기를 사용하여 손실과 제작비용을 크게 증가시킬 수 있다.
따라서, 대부분의 경우 원거리 무선 전력 전송 시스템은 균일급전 위상배열안테나를 사용한다.
하지만, 빔 조향기술이 적용되는 원거리장 영역으로의 전력 전송이 아닌 빔 집속기술이 적용되는 근거리장 영역으로의 전력 전송의 경우 균일급전 위상배열안테나를 사용하면 전송효율이 극심하게 떨어진다.
한국공개특허 제10-2017-0070615호, "무선전력전송을 위한 무선전력전송시스템 및 이를 이용한 무선전력전송방법"(2017.06.22)
본 발명은 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있는 무선 전력 전송 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 패치 안테나에 원뿔 형태의 요철 구조를 적용하여 안테나 이득을 향상 시키고 전송 효율을 향상 시킬 수 있는 무선 전력 전송 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 균일 급전되는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들을 턴 온 또는 턴 오프 시켜 근거리장 영역으로의 전력전송 효율을 개선하는 배열안테나 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 단위안테나들로 공급되는 전력의 크기제어를 위한 별도의 증폭기 또는 감쇄기 없이 단위안테나들의 턴 온 또는 턴 오프 제어만으로 전력 효율을 개선할 수 있는 배열안테나 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 증폭기 또는 감쇄기에 의한 전력 손실 및 발열을 감소시키고, 무선전력전송 시스템을 안정적으로 운용 가능하게 하며, 비용을 절감시키는 배열안테나 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 원거리 전력전송 시스템을 이용하여 고효율의 근거리 전력전송 또한 가능하게 하여 별도의 근거리 충전을 위한 시스템의 추가 없이 높은 효율로 원근거리에서 동시에 사용 가능한 무선전력전송 시스템을 구현할 수 있는 배열안테나 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배열안테나 제어장치는 무선전력 신호를 출력하는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들과 상기 무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신기의 수신안테나 사이의 거리를 측정하는 거리 측정부와, 상기 측정된 거리에 기초하여 상기 단위안테나들 중 상기 무선전력 수신기와 최소거리에 배치된 중심안테나를 확인하는 중심안테나 확인부와, 상기 중심안테나를 기준으로 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나를 턴 온 시키는 단위안테나 제어부를 포함한다.
또한, 전력소스로부터 상기 배열안테나로 공급되는 전력은 상기 단위안테나들 각각에 균일하게 분배될 수 있다.
또한, 상기 기 설정된 영역은 상기 중심안테나를 중심으로 상기 최소거리의 두 배에 해당하는 반지름을 가지는 영역일 수 있다.
또한, 상기 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나들의 수는 상기 최소거리에 비례할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배열안테나 제어방법은 무선전력 신호를 출력하는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들과 상기 무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신기의 수신안테나 사이의 거리를 측정하는 단계와, 상기 측정된 거리에 기초하여 상기 단위안테나들 중 상기 무선전력 수신기와 최소거리에 배치된 중심안테나를 확인하는 단계와, 상기 중심안테나를 기준으로 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나를 턴 온 시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 가시 거리 및 비 가시거리 환경에서 3차원 선택적 공간에 대한 고효율 무선 전력 전송 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 패치 안테나에 원뿔 형태의 요철 구조를 적용하여 안테나 이득을 향상 시키고 전송 효율을 향상 시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 균일 급전되는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들을 턴 온 또는 턴 오프 시켜 근거리장 영역으로의 전력전송 효율을 개선하는 배열안테나 제어장치 및 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단위안테나들로 공급되는 전력의 크기제어를 위한 별도의 증폭기 또는 감쇄기 없이 단위안테나들의 턴 온 또는 턴 오프 제어만으로 전력 효율을 개선할 수 있는 배열안테나 제어장치 및 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 증폭기 또는 감쇄기에 의한 전력 손실 및 발열을 감소시키고, 무선전력전송 시스템을 안정적으로 운용 가능하게 하며, 비용을 절감시키는 배열안테나 제어장치 및 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원거리 전력전송 시스템을 이용하여 고효율의 근거리 전력전송 또한 가능하게 하여 별도의 근거리 충전을 위한 시스템의 추가 없이 높은 효율로 원근거리에서 동시에 사용 가능한 무선전력전송 시스템을 구현할 수 있는 배열안테나 제어장치 및 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템이 적용되는 환경을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 도 1과 같은 환경에서 다양한 방식으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에서 무선 충전 패드부의 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 충전 패드부의 무선 충전 패드의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 무선 충전 패드에 충전 대상 디바이스가 놓인 경우 무선 충전 패드의 동작 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 구동 제어부 및 코일 구동부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 코일 구동부의 구성 예 및 소형 전력 전송 코일과 코일 구동부의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2에서 근접장 전력 전송부의 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 배열안테나 제어장치의 블록도이다.
도 10은 배열안테나 제어장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 턴 온 된 단위안테나의 수에 따른 효율을 보여주는 그래프를 나타낸다.
도 12는 배열안테나와 무선전력 수신기 간 거리에 따른 효율이 가장 높아 지도록 하는 턴 온 되는 단위안테나의 개수를 나타낸 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 배열안테나 제어방법의 흐름도이다.
도 14a는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 설명하기 위한 도면이고, 도 14b는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나에 구비된 요철을 설명하기 위한 도면이다.
도 15a는 기존의 마이크로스트립 패치 안테나를 적용하는 경우의 수신 전력을 설명하기 위한 도면이고, 도 15b는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 적용하는 경우의 수신 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 15c는 기존의 마이크로스트립 패치 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 도면이고, 도 15d는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 16a 내지 도 16b는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나에서 각 요철의 반지름, 높이의 변화에 따른 안테나의 특성 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 17a 내지 도 17d는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나에 포함된 각 요철의 반지름 및 높이의 변화에 따른 최대 수신 전력비의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 2에서 마이크로파 전력 전송부의 구성 및 동작 환경을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 “실시예”, “예”, “측면”, “예시” 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템이 적용되는 환경을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 환경은 가정의 거실, 룸(room), 사무실, 공항, 열차와 같은 3차원 공간일 수 있다.
3차원 공간 상에서 전력 전송은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식의 근접 장 전송(Near field Wireless Power Transform)을 사용할 수 있다. 또한, 전력 수신 장치의 위치나 종류에 따라 근거리 및 원거리를 커버할 수 있는 전자기파 방식이 사용될 수 있다.
한편, 전력 수신 장치는 통신 디바이스일 수 있고, 3차원 공간 상에는 전자기파로부터 에너지를 수집할 수 있는 RF Harvesting Device가 구비될 수 도 있다.
도 9에 도시된 배열안테나의 제어장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템은 도 1을 참조하여 설명한 무선 전력 전송 환경에서 사용될 수 있다.
도 2는 도 1과 같은 환경에서 다양한 방식으로 전력을 전송할 수 있는 무선전력 전송장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 무선전력 전송장치는 전력 전송장치, 무선전력 송신기 등으로 칭할 수 있다.
도 1을 참조하면, 전력 전송장치는 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다시 말해, 도 2에 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230)가 모두 도시되어 있으나, 3차원 공간 환경에 따라 어느 하나의 전력 전송 방식을 사용하는 전력 전송장치만이 구비될 수 도 있다.
따라서, 이하의 설명에서 무선전력 전송장치 또는 전력 전송장치는 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제어부(240)는 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(240)는 3차원 공간의 환경을 모니터링할 수 있고, 모니터링 결과에 기초하여 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(240)는 원거리 전송이 필요 없는 경우 무선 충전 패드부(210) 및 근접장 전력 전송부(220)를 동작하도록 하고, 마이크로파 전력 전송부(230)는 동작하지 않도록 제어 기능을 수행할 수 있다.
무선 충전 패드부(210)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송할 수 있다.
근접장 전력 전송부(220)는 자기 공진 방식으로 3차원 공간에 전력을 전송할 수 있다.
마이크로파 전력 전송부(230)는 마이크로파 전력 전송 방식으로 3차원 공간에 전력을 전송할 수 있다.
한편, 원거리 장(Far Field)은 송수신단 사이의 거리가 '2x(안테나길이)2/파장' 이상인 경우로 정의될 수 있다.
도 3은 도 2에서 무선 충전 패드부의 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 장치는 무선 충전 패드(도시 되지 않음)와 무선 충전 패드 구동 장치(210)를 포함할 수 있다. 이때, 무선 충전 패드는 도 4와 같이 구성될 수 있다.
무선 충전 패드 구동장치는 구동 제어부(315) 및 코일 구동부(317)를 포함한다. 무선 충전 패드 구동장치는 코일 결정부(313) 및 스캐닝 제어부(311)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 충전 패드 구동장치는 복수의 소형 전력 전송 코일로 구성된 무선 충전 패드의 소형 전력 전송 코일들 각각을 독립적으로 구동 제어하는 구동 제어부(315) 및 구동 제어부(315)에서 입력되는 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호에 따라 복수의 소형 전력 전송 코일 각각을 구동하는 복수의 구동 모듈로 구성될 수 있다.
스캐닝 제어부(311)는 복수의 소형 전력 전송 코일들로 구성된 무선 충전 패드 위의 충전 대상 디바이스를 검출하기 위해 상기 무선 충전 패드를 스캐닝한다.
스캐닝 제어부(311)는 각각의 소형 전력 전송 코일들의 임피던스 변화, 압력 변화 중 적어도 어느 하나를 이용하여 해당 소형 전력 전송 코일 위에 충전 대상 디바이스가 놓여 있는지를 검출 할 수 있다.
코일 결정부(313)는 복수의 소형 전력 전송 코일 들 중 상기 충전 대상 디바이스의 하부에 위치하는 구동 대상 전력 전송 코일들을 확인하고, 상기 복수의 소형 전력 전송 코일 들 중 상기 구동 대상 전력 전송 코일들을 감싸는 주변 전력 전송 코일들을 확인한다.
구동 제어부(315)는 상기 구동 대상 전력 전송 코일들에 제1 위상을 갖는 제1 구동 전압을 인가하도록 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 주변 전력 전송 코일들에 상기 제1 위상과 다른 위상을 갖는 제2 구동 전압을 인가하도록 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 구동 대상 전력 전송 코일은 충전 대상 디바이스에 매칭되는 소형 전력 전송 코일 일 수 있다. '충전 대상 디바이스에 매칭된다'는 것은 충전 대상 디바이스의 하부에 위치하거나 충전 대상 디바이스로 전력을 전송할 수 있도록 충전 대상 디바이스의 주변에 있는 것을 의미할 수 있다.
이때, 제1 제어 신호는 도 6 및 도 7에서 'A'로 표시한 신호와 'A' 신호와 위상이 반대인 'B' 신호 중 'A' 신호를 선택하도록 코일 구동부(317)를 제어하는 'Select' 신호 일 수 있다.
또한, 제2 제어 신호는 도 6 및 도 7에서 'A'로 표시한 신호와 'A' 신호와 위상이 반대인 'B' 신호 중 'B' 신호를 선택하도록 코일 구동부(317)를 제어하는 'Select' 신호 일 수 있다.
코일 구동부(317)는 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호를 무선 충전 패드에 인가한다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 충전 패드부의 무선 충전 패드의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 복수의 소형 전력 전송 코일들(410)은 무선 충전 패드 상에 겹쳐지지 않는 구조인 테셀레이션(tesselation) 구조로 배치될 수 있다.
또한, 도 5는 무선 충전 패드상에 충전 대상 디바이스인 'DEVICE'가 놓여 있는 예를 나타낸다.
이때, 전체 소형 전력 전송 코일 들 중 'DEVICE'가 위치하고 있는 육각형 굵은 선 내부의 소형 전력 전송 코일 들만 동작 하도록 제어 될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 무선 충전 패드에 충전 대상 디바이스가 놓인 경우 무선 충전 패드의 동작 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 스캐닝 제어부(311)는 각각의 소형 전력 전송 코일들의 임피던스 변화, 압력 변화 중 적어도 어느 하나를 이용하여 해당 소형 전력 전송 코일 위에 충전 대상 디바이스가 놓여 있는지를 검출 할 수 있다.
예를 들어, 임피던스 변화를 이용하여 스캐닝하는 경우 충전 대상 디바이스가 놓인 코일의 경우 기 설정된 범위를 벗어나는 임피던스 변화가 발생하면 해당 코일 위에 충전 대상 디바이스가 놓인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 각각의 소형 전력 전송 코일에 압력 감지 센서가 구비된 경우 충전 대상 디바이스가 놓인 압력 감지 센서는 압력 변화를 통해 디바이스를 검출 할 수 있다.
스캐닝 제어부(311)는 무선 충전 패드를 스캐닝함으로써, 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들 위에 충전 대상 디바이스가 위치하고 있음을 검출할 수 있다.
스캐닝 제어부(311)에서 스캐닝을 수행한 결과, 충전 대상 디바이스가 놓인 위치의 하부에 구비된 코일들이 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들로 검출된 경우, 코일 결정부(313)는 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들 각각이 구동 대상 전력 전송 코일들임을 확인할 수 있다.
또한, 코일 결정부(313)는 복수의 소형 전력 전송 코일 들 중 상기 구동 대상 전력 전송 코일들인 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들을 감싸는 2, 3, 4, 5, 6, 9, 14, 16, 22, 24, 29, 32, 33, 34, 35, 36번 코일들이 주변 전력 전송 코일들임을 확인할 수 있다.
도 5에 도시된 예에서, 시계 방향 화살표는 제1 위상을 의미하고, 반 시계 방향 화살표는 제2 위상을 의미한다.
코일 구동부(317)는 제1 제어 신호를 입력 받은 경우 제1 구동 신호를 해당 소형 전력 전송 코일로 출력하고, 제2 제어 신호를 입력 받은 경우 제2 구동 신호를 해당 소형 전력 전송 코일로 출력할 수 있다.
예를 들어, 코일 구동부(317)는 구동 대상 전력 전송 코일들인 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들 각각에 제1 구동 신호를 출력하고, 주변 전력 전송 코일들인 2, 3, 4, 5, 6, 9, 14, 16, 22, 24, 29, 32, 33, 34, 35, 36 코일들 각각에 제2 구동 신호를 출력할 수 있다.
이와 같이, 충전 대상 디바이스가 위치한 곳에 놓인 코일들을 동작 시킴으로써 충전 대상 디바이스에 전력이 전송되도록 하고, 충전 대상 디바이스가 위치한 코일들 주변의 코일들은 반대 위상을 갖도록 동작 시킴으로써, 충전 대상 디바이스로 향하는 자기력 선이 증가하고 외부로 퍼지는 자기력 선은 감소시킬 수 있다.
따라서, 충전 대상 디바이스로 전송하는 전력을 증가시키는 경우에도 전력 전송 효율을 유지하고 외부에 자기력선이 미치는 영향을 줄일 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 구동 제어부 및 코일 구동부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 예는 하나의 구동 제어부(제1 구동 제어부, 631)가 4개의 구동 모듈들(642, 643, 645, 647)을 제어하는 예를 나타낸다.
다시 말해, 도 6에 도시되지는 않았지만, 구동 제어부는 제1 구동 제어부(931)외에 제2 구동 제어부 및 제3 구동 제어부 등 복수로 구비될 수 있다.
이때, 제1 구동 제어부(931)는 8개의 출력 신호 단자(601~908)를 갖는 쉬프트 레지스터일 수 있다.
따라서, 쉬프트 레지스터와 같은 제1 구동 제어부(931)를 캐스케이딩 형태로 연결하는 경우 소형 전력 전송 코일들을 개별적으로 구동시키기 위한 회로는 선형적으로 확장될 수 있다.
구동 모듈들(642, 643, 645, 647) 각각은 소형 전력 전송 코일에 연결 될 수 있다.
예를 들어, 제1 구동 모듈(642)은 제1 소형 전력 전송 코일에 연결되고, 제2 구동 모듈(643)은 제2 소형 전력 전송 코일에 연결되고, 제3 구동 모듈(645)은 제3 소형 전력 전송 코일에 연결되고, 제4 구동 모듈(647)은 제4 소형 전력 전송 코일에 연결될 수 있다.
따라서, 무선 충전 패드에 36개의 소형 전력 전송 코일이 구비된 경우, 무선 충전 구동 장치는 36개의 구동 모듈 및 9개의 구동 제어부를 포함할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 무선 충전 패드의 구동 장치는 복수의 소형 전력 전송 코일로 구성된 제1 무선 충전 모듈의 소형 전력 전송 코일들 각각을 독립적으로 구동 제어하는 제1 구동 제어부 및 복수의 소형 전력 전송 코일로 구성된 제2 무선 충전 모듈의 소형 전력 전송 코일들 각각을 독립적으로 구동 제어하는 제2 구동 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 제2 구동 제어부의 일단은 상기 제1 구동 제어부에 연결되고, 상기 제2 구동 제어부의 타단은 제3 구동 제어부에 연결되어 무선 충전 모듈의 확장을 지원할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 코일 구동부는 복수의 소형 전력 전송 코일들 각각에 연결되는 복수의 구동 모듈들(642, 643, 645, 647)을 포함한다.
또한, 코일 구동부는 제1 위상을 갖는 제1 스위칭 신호(A) 및 상기 제2 위상을 갖는 제2 스위칭 신호(B)를 상기 복수의 구동 모듈(642, 643, 645, 647) 각각에 인가하는 2개의 버스 라인을 포함할 수 있다.
제1 구동 제어부(631)는 각각의 구동 모듈로 해당 구동 모듈이 동작하도록 제어하는 인에이블(enable) 신호와 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호를 인가한다.
제1 구동 제어부(631)는 구동 대상 전력 전송 코일들 및 상기 주변 전력 전송 코일들 각각에 연결된 구동 모듈들에 인에이블(enable) 신호를 인가하고, 상기 제1 제어 신호 또는 상기 제2 제어 신호를 상기 인에이블(enable) 신호가 인가되는 구동 모듈들에 인가할 수 있다.
예를 들어, 제1 구동 모듈(642)이 구동 대상 전력 전송 코일에 연결된 구동 모듈인 경우, 참조부호 601단자로 인에이블 신호가 출력되고, 참조부호 602 단자로 제1 제어 신호가 출력될 수 있다.
예를 들어, 제4 구동 모듈(647)이 주변 전력 전송 코일에 연결된 구동 모듈인 경우, 참조부호 607단자로 인에이블 신호가 출력되고, 참조부호 608 단자로 제2 제어 신호가 출력될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 코일 구동부의 구성 예 및 소형 전력 전송 코일과 코일 구동부의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 참조부호 710은 하나의 소형 전력 전송 코일의 등가 회로를 나타낸다.
소형 전력 전송 코일(710)의 일단은 구동전압 Vcc 가 연결되고 타 단은 코일 구동부 내에 구비된 스위칭 소자(720)에 연결될 수 있다.
이때, 코일 구동부는 소형 전력 전송 코일(710)에 연결되는 스위칭 소자(720), 멀티플렉서(750) 및 앤드 게이트(And gate) 소자(760)를 포함할 수 있다.
코일 구동부는 참조부호 730 단자를 통해 인에이블 신호를 입력 받고, 참조부호 740 단자를 통해 제어 신호를 입력 받을 수 있다.
이때, 멀티플렉서(750)는 740 단자를 통해 입력되는 제어신호가 제1 제어 신호인 경우 제1 스위칭 신호인 A 신호를 출력하고, 740 단자를 통해 입력되는 제어신호가 제2 제어 신호인 경우 제2 스위칭 신호인 B 신호를 출력할 수 있다.
앤드 게이트(And gate) 소자(760)는 730 단자를 통해 입력되는 인에이블 신호 및 멀티플렉서(750)의 출력신호를 입력 받아 스위칭 소자(720)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 소형 전력 전송 코일(710)이 구동 대상 전력 전송 코일인 경우, 740 단자로 제1 제어 신호가 입력되고, 스위칭 소자(720)는 도 11에 도시된 A 신호와 같은 스위칭 신호에 의해 온/오프(On/Off)될 수 있다.
스위칭 소자(720)의 온/오프(On/Off)에 따라 구동 전압 Vcc가 소형 전력 전송 코일(710)에 인가됨으로써, 소형 전력 전송 코일(710)은 제1 위상을 갖는 제1 구동 전압으로 동작하게 된다.
예를 들어, 스위칭 소자(720)가 NMOS 트랜지스터인 경우, NMOS 트랜지스터가 온(On)되는 시간 구간에서 소형 전력 전송 코일(710)의 캐패시터는 충전이 되고, NMOS 트랜지스터가 오프(Off)되는 시간 구간에서 소형 전력 전송 코일(710)의 캐패시터는 방전이 일어나게 되며, 이러한 충전 및 방전의 반복을 통해 인덕터의 자기장이 제어될 수 있다.
도 8은 도 2에서 근접장 전력 전송부의 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 근접장 전력 전송부는 복수의 전력 전송 코일을 포함하는 코일부(810), 전력 분배기(815), 제1 증폭부(820), 제2 증폭부(830), 위상 변위기(840) 및 제어부(850)을 포함할 수 있다.
코일부(810)는 자기 공진 방식으로 수신 코일로 무선 전력을 전송한다.
예를 들어, 코일부(810)는 2개의 자기 공진 코일(811, 813)을 포함할 수 있다.
제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)은 각각 단일 수신 코일과 자기 결합을 형성함으로써, 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
이와 같이 복수의 송신 코일과 단일 수신 코일로 구성되는 환경을 Multi Input Single Output(MISO) 시스템이라 표현할 수 있다.
한편, 단일 송신 코일 또는 단일 송신기와 단일 수신 장치로 구성되는 환경은 Single Input Single Output(SISO) 시스템이라 표현할 수 있다.
MISO 시스템은 SISO 시스템에 비해 효율적으로 전력을 전송할 수 있고, 전력 수신 장치가 이동하는 환경에서도 SISO 시스템에 비해 우수한 성능을 가질 수 있다.
다만, MISO 시스템도 송신 코일과 수신 코일의 정렬 상태에 따라 자기 결합이 크게 영향을 받을 수 있다.
제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)로 공급되는 전류의 위상을 다르게 제어하는 경우, 송신 코일과 수신 코일의 정렬 상태에 크게 영향을 받지 않고 자기 결합이 형성될 수 있다.
전력 분배기(815)는 전원으로부터 공급되는 전력을 분배하고, 분배된 전력을 제1 증폭부(820)와 위상 변위기(840)로 출력할 수 있다.
위상 변위기(840)는 입력된 전력의 위상을 변경할 수 있다.
위상 변위기(840)는 입력 전류의 위상을 조정함으로써, 제2 증폭부(830)로 공급되는 전류의 위상을 조정할 수 있다.
따라서, 제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)로 공급되는 전류의 위상은 다르게 조정될 수 있다.
예를 들어, 제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)로 공급되는 전류의 위상차는 0~180도(degree)로 설정될 수 있다.
이러한 위상 제어를 통해 MISO 시스템에서 수신기의 움직임에 의한 효율 저하 문제를 해소할 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명하는 일 실시예에 따른 배열안테나 제어장치는 도 2에 도시된 제어부(240)에 포함될 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 17d를 참조하여 설명하는 일 실시예에 따른 배열안테나 제어장치가 제어하는 배열안테나는 도 2에 도시된 근접장 전력 전송부(220)의 일 예일 수 있다.
즉, 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명하는 일 실시예에 따른 배열안테나 제어장치가 제어하는 배열안테나는 도 8에 도시된 근접장 전력 전송부의 구성 예와 다른 구성 예일 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 배열안테나 제어장치의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 배열안테나 제어장치(900)는 거리 측정부(910)와, 중심안테나 확인부(920)와 단위안테나 제어부(930)를 포함한다.
거리 측정부(910)는 무선전력 신호를 출력하는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들과 무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신기의 수신안테나 사이의 거리를 측정할 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 무선전력 송신기에서 무선전력 수신기로 전력을 전송하는 환경에서 작동할 수 있다.
무선전력 송신기는 무선전력 신호를 출력하는 배열안테나를 포함할 수 있다.
즉, 무선전력 송신기는 배열안테나를 통해 무선전력 수신기에 무선전력 신호를 출력할 수 있다.
배열안테나는 복수개의 단위안테나로 구성될 수 있다.
전력소스로부터 배열안테나로 공급되는 전력은 단위안테나들 각각에 균일하게 분배될 수 있다.
예를 들면, 배열안테나를 구성하는 단위안테나가 N개이고, 턴 온 된 단위안테나의 개수가 M일 때, 전력은 각각의 단위안테나로 1/N 만큼 균일 급전되고, 전력 전송은 M/N으로 수행될 수 있다.
이때, 균일 급전은 기본적으로 공급되는 전력량이 동일한 것을 의미하고, 위상은 동일하거나 빔 조향에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
무선전력 수신기는 무선전력 신호를 수신하는 수신안테나를 포함할 수 있다.
이하에서, 수신안테나는 무선전력 수신기로 칭할 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 무선전력 송신기에 포함될 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 단위안테나들 각각과 수신안테나 사이의 거리를 측정할 수 있다.
예를 들면, 거리 측정부(910)는 단위안테나들과 수신안테나 사이의 신호 송수신 시간차에 의해 거리를 측정할 수 있다.
이때, 배열안테나 제어장치(900)는 수신안테나에 신호 도착 시간을 수신안테나로부터 수신할 수 있다.
중심안테나 확인부(920)는 측정된 거리에 기초하여 단위안테나들 중 무선전력 수신기와 최소거리에 배치된 중심안테나를 확인할 수 있다.
중심안테나 확인부(920)는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들 중 중심안테나를 확인할 수 있다.
중심안테나는 무선전력 수신기와 최소거리에 배치된 단위안테나일 수 있다.
즉, 중심안테나 확인부(920)는 측정된 거리들 중 최소거리 및 최소거리에 배치된 단위안테나를 확인할 수 있다.
단위안테나 제어부(930)는 중심안테나를 기준으로 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나를 턴 온 시킬 수 있다.
기 설정된 영역은 0.5파장 x 0.5파장 크기를 갖는 패치 단위안테나를 이용한 전력전송의 경우 중심안테나를 중심으로 최소거리의 두 배에 해당하는 반지름을 가지는 영역일 수 있다.
기 설정된 영역은 배열안테나의 특성과 배열 형상, 그리고 무선전력 수신기의 수신안테나의 종류에 따라 중심안테나를 중심으로 다른 배율의 반지름을 가지는 영역일 수 있다.
기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나들의 수는 최소거리에 비례할 수 있다.
단위안테나 제어부(930)는 중심안테나를 기준으로 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나들을 턴 온 시킬 수 있다.
또한, 단위안테나 제어부(930)는 전력전송 효율관리부(미도시)에 의해 경계안테나들을 턴 온 시키거나 턴 오프 시킬 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 전력전송 효율관리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
전력전송 효율관리부는 기 설정된 영역에 일부분을 포함하는 경계안테나들을 턴 온 또는 턴 오프 시키고, 그에 따른 전력전송 효율을 비교할 수 있다.
일부분을 포함하는 경계안테나는 기 설정된 영역에 단위안테나 전부가 포함되지 않는 단위안테나일 수 있다.
전력전송 효율관리부는 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나들과, 경계안테나들을 단위안테나 제어부(930)에 의해 턴 온 시켜 전력전송 효율을 계산할 수 있다.
전력전송 효율관리부는 단위안테나 제어부(930)에 의해 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나들을 턴 온 시키고, 경계안테나들을 턴 오프 시켜 전력전송 효율을 계산할 수 있다.
전력전송 효율관리부는 경계안테나들을 턴 온 시켜 계산한 전력전송 효율과, 경계안테나들을 턴 오프 시켜 계산한 전력전송 효율을 비교할 수 있다.
전력전송 효율관리부는 전력전송 효율의 비교 결과에 기초하여 최적의 전력전송 효율을 갖도록 단위안테나 제어부(930)가 경계안테나들을 턴 온 또는 턴 오프 시키도록 할 수 있다.
도 10은 배열안테나 제어장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 9에 도시된 배열안테나 제어장치(900)가 제어하는 배열안테나(1010-1 내지 1010-12)는 무선전력 수신기(1020)에 무선전력 신호를 출력할 수 있다.
배열안테나(1010-1 내지 1010-12)는 12 개의 단위안테나들로 구성될 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들과 무선전력 수신기(1020) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
예를 들면, 배열안테나 제어장치(900)는 단위안테나 1(1010-1)과 무선전력 수신기(1020) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 단위안테나 2(1010-2)와 무선전력 수신기(1020) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 단위안테나 12(1010-12)와 무선전력 수신기(1020) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
즉, 배열안테나 제어장치(900)는 단위안테나들(1010-1 내지 1010-12) 각각과 무선전력 수신기(1020) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 측정된 거리들 중 최소거리(ZRX)에 배치된 단위안테나 6(1010-6)을 중심안테나(1010-6)로 확인할 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 중심안테나(9010-6)를 중심으로 최소거리(ZRX)의 두 배에 해당하는 반지름(2ZRX)을 가지는 영역에 포함되는 단위안테나를 턴 온 시켜 무선전력 신호를 출력할 수 있다.
즉, 배열안테나 제어장치(900)는 단위안테나 4 내지 단위안테나 8(1010-4 내지 1010-8)을 턴 온 시켜 무선전력 신호를 출력할 수 있다.
이와 같이, 배열안테나 제어장치(900)는 단위안테나들(1010-4 내지 1010-8)을 턴 온 시켜 무선전력 전송 효율을 개선할 수 있다.
또한, 배열안테나 제어장치(900)는 기 설정된 영역에 일부분이 포함된 경계안테나들(1010-3, 1010-9)을 턴 온 또는 턴 오프 시켜 전력 효율을 계산하고, 턴 온 시킨 경우와 턴 오프 시킨 경우의 전력 효율을 비교하여 경계안테나들(1010-3, 1010-9)을 턴 온 또는 턴 오프 시킬 수 있다.
예를 들면, 배열안테나 제어장치(900)는 경계안테나들(1010-3, 1010-9)을 턴 온 시키는 것이 전력전송 효율이 더 좋은 경우 턴 온 시키고, 턴 오프 시키는 것이 전력전송 효율이 더 좋은 경우 턴 오프 시킬 수 있다.
도 11은 턴 온 된 단위안테나의 수에 따른 효율을 보여주는 그래프를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 배열안테나에서 k번째 위치한 단위안테나 k로부터 무선전력 수신기까지의 거리(
Figure 112018059301179-pat00001
)는 아래 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018059301179-pat00002
이때, 배열안테나의 중심이 원점에 위치해 있을 때 단위안테나의 위치는
Figure 112018059301179-pat00003
, 수신안테나의 위치는 (
Figure 112018059301179-pat00004
,
Figure 112018059301179-pat00005
)이다.
송수신 안테나 사이의 전력전송 효율(
Figure 112018059301179-pat00006
)은 아래 [수학식 2]에 의해 단위안테나의 전력전송 효율을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018059301179-pat00007
이때,
Figure 112018059301179-pat00008
,
Figure 112018059301179-pat00009
이고,
Figure 112018059301179-pat00010
는 송신안테나의 이득을,
Figure 112018059301179-pat00011
는 수신안테나의 이득이고, 최대 이득의 방향이 0 도에서 나타나는 경우 그 이득은
Figure 112018059301179-pat00012
이고,
Figure 112018059301179-pat00013
는 최대 이득의 방향으로부터 기울어진 방향일 수 있다.
배열안테나를 이용하여 위상제어를 통해 빔 집속을 할 때, 배열안테나 중 수신안테나와 가까운 M개의 단위안테나만을 턴 온한 경우 전력전송 효율은 하기 [수학식 3]에 의해 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112018059301179-pat00014
위상 제어를 통해 빔을 집속하면, 각 단위안테나의 이득과 수신 안테나까지의 거리를 이용해 각 단위안테나가 수신안테나의 위치에 형성하는 전자기파 크기를 계산할 수 있고, 이를 이용하여 수학식 3와 같이 배열안테나의 전력전송 효율을 계산할 수 있다.
도 11에 도시된 그래프는 수학식 3에 의해 도시된 그래프이다.
거리가 특정된 경우 효율이 가장 높아지는 턴 온 된 단위안테나의 개수를 확인할 수 있다. 그래프의 형상에 나타난 것처럼 거리가 특정되었을 때 효율이 가장 높아지는 턴 온 된 단위안테나의 최적의 개수가 존재함을 알 수 있다.
즉, 도 9에 도시된 배열안테나 제어장치(900)는
Figure 112019006390811-pat00015
의 최소거리에서는 중심안테나를 중심으로 약 10개의 안테나를 턴 온 시켜 전력 전송 효율을 최적화할 수 있다.
이때,
Figure 112018059301179-pat00016
는 배열안테나가 출력하는 무선전력 신호의 출력 파장일 수 있다.
또한, 배열안테나 제어장치(900)는
Figure 112019006390811-pat00017
의 최소거리에서는 중심안테나를 중심으로 약 20개의 단위안테나들을 턴 온 시켜 전력 전송 효율을 최적화 할 수 있다.
도 12는 배열안테나와 무선전력 수신기 간 거리에 따른 효율이 가장 높아 지도록 하는 턴 온 되는 단위안테나의 개수를 나타낸 그래프이다.
도 12를 참조하면, 거리에 따라 최적의 효율을 갖기 위한 턴 온 되는 단위안테나 개수도 증가함을 알 수 있다.
또한, 거리가 가까울수록 수신기에 가까운 안테나만을 턴 온 시켜 빔 집속 시키는 것이 효율적임을 알 수 있다. 단위안테나의 크기가
Figure 112018059301179-pat00018
인 것을 고려할 때, 무선전력 수신기로부터 배열안테나까지의 거리(ZRX)가 정해지면 무선전력 수신기와 가장 가까운 단위안테나를 중심으로 ZRX-의 두배의 반지름을 갖는 면적에 포함되는 단위안테나들을 턴 온 시키면 최적의 전력전송효율을 갖는 것을 알 수 있다.
이는 배열 형상 및 배열에 사용된 안테나의 타입에 따라 바뀔 수 있으며 이는 Full-wave simulation을 통해 확인할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 배열안테나 제어방법의 흐름도이다.
도 13에 도시된 배열안테나 제어방법은 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명한 배열안테나 제어장치(900)에 의해 수행될 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 S1310 단계에서 무선전력 신호를 출력하는 배열안테나를 구성하는 단위안테나들과 무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신기의 수신안테나 사이의 거리를 측정할 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 S1320 단계에서 측정된 거리에 기초하여 단위안테나들 중 무선전력 수신기와 최소거리에 배치된 중심안테나를 확인할 수 있다.
배열안테나 제어장치(900)는 S1330 단계에서 중심안테나를 기준으로 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나를 턴 온 시킬 수 있다.
도 13을 참조하여 설명한 배열안테나 제어방법은 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명한 배열안테나 제어장치(900)의 동작 방법과 동일하므로 이외 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 14a 내지 도 17d를 참조하여, 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명한 배열안테나의 다른 실시예에 대해 설명하기로 한다.
이하, 도 14a 내지 도 17d를 참조하여 설명한 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 도 9를 참조하여 설명한 배열안테나를 구성하는 단위안테나일 수 있다.
도 14a는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 설명하기 위한 도면이고, 도 14b는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나에 구비된 요철을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 내지 도 14b를 참조하면, 도 9 내지 도 13에서 설명한 배열안테나는 하나 이상의 마이크로스트립 패치 안테나(1400)를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 마이크로스트립 패치 안테나(1400)는 무선 전력 전송 안테나 및 무선 전력 수신 안테나 중 적어도 하나의 안테나에 적용될 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나(1400)는 무선전력 전송 장치뿐만 아니라, 무선전력 수신장치에서도 사용될 수 있다.
구체적으로, 무선전력전송 시스템의 전송 효율은 무선 전력 전송 안테나 및 무선 전력 수신 안테나의 이득에 따라 결정될 수 있다.
즉, 전송 효율 향상을 위해서는 안테나 이득 개선이 필수적이며, 레이더 시스템과 같이 배열안테나를 사용하는 경우에 각 안테나의 방사소자는 다이폴, 마이크로스트립 패치 등이 사용되고 있다.
본 발명은 원뿔 형태의 요철 구조를 적용한 마이크로스트립 패치 안테나(1400)를 사용함으로써, 안테나 이득을 향상 시키고 전송 효율을 향상 시킬 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나(1400)는 기판(1410), 패치(1420) 및 복수의 요철(1430)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 패치(1420)는 기판(1410)의 상부에 위치할 수 있다.
일실시예에 따른 복수의 요철(1430)은 패치(1420)의 상부에 위치할 수 있으며, 원뿔 형태로 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 요철(1430)의 내부는 도전체(conductor) 또는 유전체(dielectric)로 채워지거나, 진공(vacuum)상태로 비워져 있을 수도 있다.
예를 들어, 복수의 요철(1430)의 외부는 도전체로 형성될 수 있다.
구체적으로, 각각의 요철(1430) 내부는 구리와 같은 도전체 또는 부도체로 채워질 수 있고, 진공(vacuum)상태로 비워져 있을 수도 있으며, 각각의 요철(1430)에 채워지는 물질에 따라 안테나 이득 및 주파수 특성과 같은 안테나 특성이 달라질 수 있다.
또한, 안테나 이득과 주파수 특성과 같은 안테나 특성은 복수의 요철(1430)의 반지름(1431), 높이(1432) 및 복수의 요철(1430)의 개수에 따라서도 달라질 수 있다.
도 15a는 기존의 마이크로스트립 패치 안테나를 적용하는 경우의 수신 전력을 설명하기 위한 도면이고, 도 15b는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 적용하는 경우의 수신 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 15a 내지 도 15b를 참조하면, 참조부호 1510은 요철 구조를 적용하지 않은 기존의 마이크로스트립 패치 안테나 2개를 이용하여 약 1m 거리에서 송/수신 전력을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
참조부호 1520은 요철의 개수가 9개이고, 각 요철의 반지름은 2mm이며, 각 요철의 높이는 2.5mm인 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 무선 전력 수신 안테나로 사용하였을 때 송/수신 전력을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
참조부호 1510의 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 각 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실은 약 -12.95dB이고, 1m 거리의 안테나에 전달된 전압을 의미하는 삽입손실은 약 -28.96dB로 측정되었다.
즉, 참조부호 1510에 따르면, 기존의 마이크로스트립 패치 안테나 2개를 이용한 무선 전력 전송 시스템은 입력 전력의 약 0.13% 전력이 전달된 것으로 나타났다.
다음으로, 참조부호 1520의 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 기존의 마이크로스트립 패치 안테나를 무선 전력 송신 안테나, 그리고 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 수신 안테나로 이용하는 경우는 기존 2개의 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하는 참조부호 1510의 시뮬레이션 결과보다 수신 전력이 약 2dB이 증가 하였고 최대 전력은 수신 받는 주파수대역이 다소 낮은 주파수로 이동함을 알 수 있다.
즉, 참조부호 1520에 따르면, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 무선 전력 수신 안테나로 사용한 무선 전력 전송 시스템은 입력 전력의 약 0.18%의 전력이 전달된 것을 나타났다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하면, 무선 전력의 전송 효율을 향상 시킬 수 있다.
도 15c는 기존의 마이크로스트립 패치 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 도면이고, 도 15d는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 15c 내지 도 15d를 참조하면, 참조부호 1530은 기존의 마이크로스트립 패치 안테나의 방사패턴 측정 결과를 나타내고, 참조부호 1540은 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 방사패턴 측정 결과를 나타낸다.
참조부호 1530에 따르면, 기존의 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하는 경우에 정방향에 대한 안테나 이득은 약 1.59dB이고, 참조부호 1540에 따르면, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하는 경우에 정방향에 대한 안테나 이득은 약 1.72dB인 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하면, 기존에 사용하던 마이크로스트립 패치 안테나 보다 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.
도 16a 내지 도 16b는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나에서 각 요철의 반지름, 높이의 변화에 따른 안테나의 특성 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 16a 내지 도 16b를 참조하면, 참조부호 1610는 요철의 개수가 9개인 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 각 요철의 반지름 및 높이를 0.5mm 단위로 변화시킬 때, 안테나의 특성 변화를 나타내고, 참조부호 1620는 요철의 개수가 16개인 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 각 요철의 반지름 및 높이를 0.5mm 단위로 변화시킬 때, 안테나의 특성 변화를 나타낸다.
참조부호 1610 및 1620에 따르면, 마이크로스트립 패치 안테나에 들어가는 요철의 개수 변화에 따라서 안테나의 송/수신 전력을 증가시킬 수 있다. 또한, 가장 많은 전력을 수신할 수 있는 요철의 개수, 반지름 및 높이는 주파수에 따라 상이한 것으로 나타났으며, 요철의 개수, 반지름 및 높이가 증가할 때마다 수신할 수 있는 전력이 반드시 높아지는 것은 아닌 것으로 나타났다.
구체적으로, 참조부호 1620에서 안테나의 수신전력이 최대가 되는 경우는 삽입손실이 약 -26.48dB인 경우로, 이 경우에 입력 전력의 약 0.18% 전력이 전달 되어, 도 15a의 참조부호 1510에서의 시뮬레이션 결과인 0.13% 보다 수신 전력이 높은 것으로 나타났다.
일측에 따르면, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 복수의 요철의 개수, 각각의 요철의 반지름 및 높이 중 적어도 하나의 값을 안테나의 수신 전력이 최대가 되는 값으로 결정할 수 있다.
구체적으로, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 요철의 개수, 각각의 요철의 반지름 및 높이는 하기의 도 17a 내지 도 17d에 도시된 실험 데이터로부터 결정될 수 있다.
도 17a 내지 도 17d는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나에 포함된 각 요철의 반지름 및 높이의 변화에 따른 최대 수신 전력비의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
하기에서 설명하는 도 17a 내지 17d는 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 수신 전력을 극대화하기 위하여 마이크로스트립 패치 안테나의 요철의 개수, 각각의 요철의 반지름 및 높이를 최적화하는 예시를 설명하는 도면으로서, 수신 전력을 극대화하기 위한 요철의 개수, 반지름 및 높이는 주파수 또는 다른 기타 요인에 의하여 변경될 수 있다.
따라서, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 요철의 개수, 각각의 요철의 반지름 및 높이는 도 17a 내지 17d에서 설명하는 실험 데이터에 한정되지 않는다.
도 17a 내지 도 17d를 참조하면, 참조부호 1710은 요철의 개수가 4개인 경우의 최대 수신 전력비(S21)를 나타내고, 참조부호 1720은 요철의 개수가 9개인 경우의 최대 수신 전력비(S21)를 나타내며, 참조부호 1730은 요철의 개수가 16개인 경우의 최대 수신 전력비(S21)를 나타내고, 참조부호 1740은 요철의 개수가 25개인 경우의 최대 수신 전력비(S21)를 나타낸다.
일측에 따르면, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 복수의 요철은 요철의 개수가 4개이고, 각 요철의 높이를 1.5mm 내지 3mm의 범위에 포함되는 값으로 결정하면, 각 요철의 반지름을 0.5mm 내지 1.5mm의 범위에 포함되는 값으로 결정할 수 있다.
구체적으로, 참조부호 1710에서 각 요철의 높이(Height)가 1.5mm 내지 3mm의 범위 내에 있는 값으로 결정될 때, 수신 전력비(S21)는 요철의 반지름이 0.5mm인 경우에 최대가 되는 것으로 나타났으며, 요철의 반지름이 1.5mm인 경우와 1mm인 경우에도 수신 전력비(S21)가 높게 측정되었다.
다시 말해, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 요철의 개수가 4개이고 요철의 높이가 1.5mm 내지 3mm의 범위에 포함되는 값으로 결정되면 요철의 반지름을 0.5mm로 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 복수의 요철은 요철의 개수가 9개이고, 각 요철의 높이를 2mm 내지 3mm의 범위에 포함되는 값으로 결정하면, 각 요철의 반지름을 0.5mm 내지 2mm의 범위에 포함되는 값으로 결정할 수 있다.
구체적으로, 참조부호 1720에서 각 요철의 높이(Height)가 2mm 내지 3mm의 범위 내에 있는 값으로 결정될 때, 수신 전력비(S21)는 요철의 반지름이 2mm인 경우에 최대가 되는 것으로 나타났으며, 요철의 반지름이 0.5mm인 경우에도 수신 전력비(S21)가 높게 측정되었다.
다시 말해, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 요철의 개수가 9개이고 요철의 높이가 2mm 내지 3mm의 범위에 포함되는 값으로 결정되면 요철의 반지름을 2mm로 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 복수의 요철은 요철의 개수가 16개이고, 각 요철의 높이가 2mm 내지 2.5mm의 범위에 포함되는 값으로 결정되면, 각 요철의 반지름을 1.5mm 내지 2.5mm의 범위에 포함되는 값으로 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 복수의 요철은 요철의 개수가 16개이고, 각 요철의 높이가 1.5mm 내지 2mm의 범위에 포함되는 값으로 결정되면, 각 요철의 반지름 값을 2.5mm로 결정할 수 있다.
구체적으로, 참조부호 1730에서 각 요철의 높이(Height)가 2mm 내지 2.2mm의 범위 내에 있는 값으로 결정될 때, 수신 전력비(S21)는 요철의 반지름이 2.5mm인 경우에 최대가 되는 것으로 나타났으며, 각 요철의 높이(Height)가 2.2mm 내지 2.5mm의 범위 내에 있는 값으로 결정될 때, 수신 전력비(S21)는 요철의 반지름이 1.5mm인 경우에 최대가 되는 것으로 나타났다.
또한, 참조부호 1730에서 각 요철의 높이(Height)가 1.5mm 내지 2mm의 범위에 포함되는 값으로 결정 때, 수신 전력비(S21)는 요철의 반지름이 2.5mm인 경우에 최대가 되는 것으로 나타났다.
다시 말해, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 요철의 개수가 16개이고 요철의 높이가 1.5mm 내지 2.2mm의 범위에 포함되는 값으로 결정되면 요철의 반지름을 2.5mm로 결정할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 요철의 개수가 16개이고 요철의 높이가 2.2mm 내지 2.5mm의 범위에 포함되는 값으로 결정되면 요철의 반지름을 1.5mm로 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 복수의 요철은 요철의 개수가 25개이고, 각 요철의 높이를 1.5mm 내지 2mm의 범위에 포함되는 값으로 결정하면, 각 요철의 반지름 값을 2.5mm로 결정할 수 있다.
구체적으로, 참조부호 1540에서 각 요철의 높이(Height)가 1.5mm 내지 2mm의 범위 내에 있는 값으로 결정될 때, 수신 전력비(S21)는 요철의 반지름이 2.5mm인 경우에 최대가 되는 것으로 나타났다.
다시 말해, 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 요철의 개수가 25개이고 요철의 높이가 1.5mm 내지 2mm의 범위에 포함되는 값으로 결정되면 요철의 반지름을 2.5mm로 결정할 수 있다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 복수의 요철 각각의 반지름, 높이 및 요철의 개수를 수신 전력이 최대가 되는 값으로 결정함으로써, 안테나 이득을 향상 시키고 전송 효율을 향상 시킬 수 있다.
도 18은 도 2에서 마이크로파 전력 전송부의 구성 및 동작 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 마이크로파 전력 전송부는 복수의 안테나 소자(element 1 내지 element N)를 포함하는 어레이 안테나부(1830)를 포함할 수 있다.
어레이 안테나부(1830)는 복수의 안테나 소자들 각각에 대한 위상 및 분포 전류의 크기 등을 제어함으로써, 방사 특성을 조정할 수 있다.
이때, 각각의 방사 소자의 급전 위상을 조절하여, 수신 안테나의 위치에서 전기장이 동위상으로 더해지게 함으로써 수신 전력을 최대화 할 수 있다.
일반적으로, 배열 안테나로부터 수신 안테나 사이의 거리는 매우 먼 거리로 가정한다. 따라서, 안테나 사이의 전력 전송 효율은 배열 안테나의 각 안테나 소자로부터 수신 안테나 사이의 거리는 같다고 가정한 후에 수학식 4의 Friis 공식을 적용하여 계산될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112018059301179-pat00019
수학식 4에서, Pr은 수신 전력, Pt는 송신 전력, R은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 거리, Gt는 송신 안테나의 이득, Gr은 수신 안테나의 이득을 나타낸다.
그러나, 무선 전력 전송을 위한 환경에서 배열 안테나의 각 안테나 소자로부터 수신 안테나 사이의 거리는 서로 다르기 때문에 일반적인 Friis 공식을 적용할 수 없다.
따라서, 도 2의 제어부(240) 또는 마이크로파 전력 전송부(230)는 전력 전송 효율을 계산함에 있어서, 실제 무선 전력 전송을 위한 환경을 고려하여 전력 전송 효율을 계산한다.
도 2의 제어부(240) 또는 마이크로파 전력 전송부(230)는 전력 수신 장치와의 통신을 통해 수신 전력에 대한 정보를 수신하고, 하기 수학식 5에 기초하여 전력 전송 효율을 계산할 수 있다.
즉, 각 송신 방사소자에서 입력전력의 크기가 각각 P1, P2,…,PN이고 수신 안테나와 각각의 방사 소자 사이의 거리는 R1, R2,…,RN이며 각 방사소자가 동일한 이득 Gt0 를 갖고, 안테나 이득이 Gr인 수신 안테나로의 전력전송 효율은 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112018059301179-pat00020
수학식 5에서, 송신단의 방사소자와 수신안테나 사이의 거리의 평균을 수학식 6과 같이 정의할 수 있고, 일 실시예에 따른 전력 전송 효율 계산 방식은 수학식 7와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112018059301179-pat00021
[수학식 7]
Figure 112018059301179-pat00022
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 3차원 공간의 무선 전력 전송 환경에서 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치에 있어서,
    자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 무선 충전 패드부;
    자기 공진 방식으로 3차원 공간에 전력을 전송하는 근접장 전력 전송부;
    마이크로파 전력 전송 방식으로 3차원 공간에 전력을 전송하는 마이크로파 전력 전송부; 및
    상기 3차원 공간의 환경을 모니터링하고 모니터링 결과에 기초하여 상기 무선 충전 패드부, 상기 근접장 전력 전송부 및 상기 마이크로파 전력 전송부 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 무선 충전 패드부는,
    복수의 소형 전력 전송 코일이 겹치지 않는 테셀레이션(tesselation) 구조로 배치된 무선 충전 패드;
    상기 무선 충전 패드에 포함된 복수의 소형 전력 전송 코일들 각각을 순차적으로 스캔하거나, 상기 복수의 소형 전력 전송 코일들 중 기 설정된 복수의 표본 코일을 순차적으로 스캔하는 스캐닝 제어부; 및
    상기 스캐닝 제어부의 스캔 수행 결과에 기초하여 상기 무선 충전 패드에 포함된 복수의 소형 전력 전송 코일들 중 충전 대상 디바이스의 하부에 위치하는 구동 대상 전력 전송 코일들을 결정하고, 상기 구동 대상 전력 전송 코일들을 감싸는 주변 전력 전송 코일들을 확인하는 코일 결정부를 포함하고,
    상기 구동 대상 전력 전송 코일들과 상기 주변 전력 전송 코일들에 서로 반대의 위상을 갖는 구동 전압을 인가하는 것을 특징으로 하고,
    상기 근접장 전력 전송부는,
    복수개의 단위 안테나들을 포함하고, 전력 소스로부터 공급되는 전력은 상기 단위 안테나들 중 턴 온 된 단위 안테나 각각에 균일하게 분배되고, 상기 턴 온 된 단위 안테나를 통해 무선전력 신호를 출력하는 배열안테나;
    상기 배열안테나를 구성하는 단위안테나들과 상기 무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신기의 수신안테나 사이의 거리를 측정하는 거리 측정부;
    상기 측정된 거리에 기초하여 상기 단위안테나들 중 상기 무선전력 수신기와 최소거리에 배치된 중심안테나를 확인하는 중심안테나 확인부; 및
    상기 중심안테나를 기준으로 상기 최소거리의 두 배에 해당하는 반지름을 가지는 영역에 포함되는 단위안테나를 턴 온 시키는 단위안테나 제어부를 포함하는
    무선 전력 전송 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단위 안테나의 크기는 상기 무선전력 신호의 파장이
    Figure 112019006390811-pat00049
    일 때, 0.5
    Figure 112019006390811-pat00050
    X 0.5
    Figure 112019006390811-pat00051
    인
    무선 전력 전송 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 영역에 포함되는 단위안테나들의 수는 상기 최소거리에 비례하는 무선 전력 전송 장치.
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