KR101967580B1 - 무선 전력 전송 시스템에서 수신기 자유도 개선을 위한 입력 전류의 크기 및 위상 제어 장치 및 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서 수신기 자유도 개선을 위한 입력 전류의 크기 및 위상 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수신기 자유도 개선을 위한 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일을 포함하는 전력 전송 코일부와, 상기 제1 전력 전송 코일에 제1 위상을 갖는 제1 구동 전압을 인가하도록 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제2 전력 전송 코일에 제2 위상을 갖는 제2 구동 전압을 인가하도록 제2 제어 신호를 생성하는 구동 제어부 및 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호를 상기 제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일에 인가하는 코일 구동부를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 수신기 자유도 개선을 위한 입력 전류의 크기 및 위상 제어 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING INPUT CURRENT AND INPUT PHASE FOR IMPROVING DEGREE OF FREEDOM OF RECEIVER IN WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 축의 오정렬에 대한 민감도를 감소하면서도 각 오정렬에 대한 문제까지 해결하는 무선 전력 전송이 가능한 시스템에 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 여러 개의 렉테나를 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.
현재 상용화된 제품으로 많이 나오는 자기유도방식의 경우 초단거리의 접촉식 무선 전력 전송 방식이기 때문에 휴대용 단말기를 사용 중에 충전하기에는 제한이 있다. 또한 자기공진방식 무선 전력 전송의 경우에는 거리에 따른 의존성이 어느 정도 개선이 되나 단일의 송/수신기를 가질 경우에는 수신기의 위치, 각도에 따라 결합계수가 0이 되어 전력을 수신 받지 못하는 Dead Zone이 발생하고, 그 근처에서도 수신전력이 상대적으로 급격히 감소하는 현상이 나타난다.
예를 들면, 수신기를 이동 시킬 경우 결합계수가 양의 값에서 음으로 바뀌는 구간에서 Dead Zone이 발생한다. 또한, 송/수신기가 이루는 각도가 직각이 될 때에도 Dead Zone이 발생한다.
이렇게 오정렬로 발생하는 Dead Zone은 단일 송/수신기를 사용하는 구조에서는 해결할 수 없다. 따라서, 이를 해결하기 위해서는 다수의 송신기를 사용할 필요성이 있다.
이러한 필요에 따라, 다중 송신기를 사용하는 경우에 축의 오정렬에 대한 민감도가 감소한다. 하지만 이러한 방법만으로는 각 오정렬에 대한 문제까지는 해결할 수가 없다.
한국공개특허 제2017-0083886호, "무선전력 수신장치, 그를 포함하는 무선전력 전송 시스템 및 수신단의 유효부하저항 변환비율을 자동으로 제어하는 방법" 한국공개특허 제2016-0047560호, "위상 진폭 제어 알고리즘을 이용한 무선전력송신기 및 무선전력수신기"
본 발명은 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있는 무선 전력 전송 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 축의 오정렬에 대한 민감도를 감소하면서도, 각 오정렬에 대한 문제까지 해결할 수 있는 무선 전력 전송이 가능한 시스템을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전원으로부터 공급되는 전력을 분배하는 전력 분배기, 상기 분배된 제1 위상의 전력을 증폭하는 제1 증폭부, 상기 분배된 제1 위상의 전력을 제2 위상으로 조정하되, 인덕터에 직렬 연결되는 제1 가변 커패시터와 커패시터에 병렬 연결되는 제2 가변 커패시터를 이용하여 상기 제2 위상으로 조정하는 위상 변위기, 상기 제2 위상으로 증폭된 전력을 증폭하는 제2 증폭부, 및 상기 증폭된 제1 위상의 전력 및 상기 증폭된 제2 위상의 전력을 서로 다른 공진 코일을 통해 수신측으로 전송하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 상기 제1 증폭부와 상기 제2 증폭부는 상기 분배된 전력을 서로 다른 크기로 증폭할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 제어부는, 수신측 제어부로부터 수신 전력 및 부하 저항에 기초하는 수신 전력 정보를 수신하고, 상기 수신된 수신 전력 정보에 기초하여 위상과 전력의 크기를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 위상 변위기는, 상기 분배된 제1 위상의 전력을 제2 위상으로 조정하되, 0도에서 360도 사이에서 상기 제2 위상을 조정할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 제어부는, 최대 전력을 수신하게 하는 최적부하저항을 고려하여 수신측의 부하저항을 제어하도록 수신측에 요청하고, 상기 수신측에서는 가변 커패시터를 이용하여 인덕터와 커패시터를 동시 제어하여 부하저항을 조절하거나, 선택된 매칭 회로를 통해 부하저항을 조절할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 동작 방법은 전력 분배기에서, 전원으로부터 공급되는 전력을 분배하는 단계, 제1 증폭부에서, 상기 분배된 제1 위상의 전력을 증폭하는 단계, 위상 변위기에서, 상기 분배된 제1 위상의 전력을 제2 위상으로 조정하되, 인덕터에 직렬 연결되는 제1 가변 커패시터와 커패시터에 병렬 연결되는 제2 가변 커패시터를 이용하여 상기 제2 위상으로 조정하는 단계, 제2 증폭부에서, 상기 제2 위상으로 증폭된 전력을 증폭하는 단계, 및 제어부에서, 상기 증폭된 제1 위상의 전력 및 상기 증폭된 제2 위상의 전력을 서로 다른 공진 코일을 통해 수신측으로 전송하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 동작 방법은 상기 제1 증폭부와 상기 제2 증폭부는 상기 분배된 전력을 서로 다른 크기로 증폭할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 제어하는 단계는, 수신측 제어부로부터 수신 전력 및 부하 저항에 기초하는 수신 전력 정보를 수신하는 단계, 및 상기 수신된 수신 전력 정보에 기초하여 위상과 전력의 크기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 제2 위상으로 조정하는 단계는, 상기 위상 변위기에서, 상기 분배된 제1 위상의 전력을 제2 위상으로 조정하되, 0도에서 360도 사이에서 상기 제2 위상을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있는 무선 전력 전송 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 축의 오정렬에 대한 민감도를 감소하면서도, 각 오정렬에 대한 문제까지 해결할 수 있는 무선 전력 전송이 가능한 시스템을 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 도 2에서 마이크로파 전력 전송부의 구성 및 동작 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 근접장 전력 전송부의 구성 중에서 위상 변위기의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성 예를 나타낸다.
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 원거리 전송(Far field Wireless Power Transform)이 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 2는 도 1과 같은 환경에서 다양한 방식으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력 전송 장치는 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 전송 장치만이 구비될 수 도 있다.
따라서, 이하의 설명에서 무선 전력 전송 장치 또는 전력 전송 장치는 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 9에 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 9를 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. 이때, 분배된 전력은 제1 위상으로서, 제1 증폭부(820)는 분배된 제1 위상의 전력을 증폭할 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.
보다 구체적으로, 위상 변위기(840)는 분배된 제1 위상의 전력을 제2 위상으로 조정할 수 있다. 일례로, 위상 변위기(840)는 인덕터에 직렬 연결되는 제1 가변 커패시터와 커패시터에 병렬 연결되는 제2 가변 커패시터를 이용하여 상기 제2 위상으로 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.
제1 증폭부(820)와 제2 증폭부(830)는 서로 다른 크기로 분배된 전력을 증폭할 수 있다. 즉, 제1 위상의 전력과 제2 위상의 전력은 서로 다른 크기, 서로 다른 위상으로 구분될 수 있다.
이러한 송신 방식을 통하여 두 송신기의 크기와 위상이 임의로 조절 가능하다. 수신측의 제어부는 수신 전력을 확인 및 부하 저항을 조절 하고, 송신측의 제어부와 통신을 통하여 수신 전력 정보를 넘겨주며, 송신측의 제어부는 정보를 바탕으로 위상과 전력의 크기를 제어하는 역할을 한다.
도 9는 도 2에서 마이크로파 전력 전송부의 구성 및 동작 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 마이크로파 전력 전송부는 복수의 안테나 소자(element1, element2, ? elementN)를 포함하는 어레이 안테나부(930)를 포함할 수 있다.
어레이 안테나부(930)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 1의 Friis 공식을 적용하여 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018063931511-pat00001
수학식 1에서, 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 2에 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 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018063931511-pat00002
수학식 2에서, 송신단의 방사소자와 수신안테나 사이의 거리의 평균을 수학식 3과 같이 정의할 수 있고, 일 실시예에 따른 전력 전송 효율 계산 방식은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112018063931511-pat00003
[수학식 4]
Figure 112018063931511-pat00004
도 10은 도 8에서 위상 변위기의 구성 예를 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템은 송신부의 신호를 전력 분배기를 통하여 2개의 전력으로 나누어 준 후 한 쪽에만 위상 변위기(840)를 부착하여 두 송신기(811, 813)간 위상차를 제어할 수 있다.
위상차 조절을 위한 위상 변위기(840)는 선로의 길이를 이용한 일반적인 방식으로 구성하기에는 주파수대역이 낮아, 규격이 커지기에 어려움이 있다. 따라서 이를 해결하기 위하여 도 10과 같은 구조를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는 전원으로부터 공급되는 전력을 분배하고, 제1 증폭부를 통해 분배된 제1 위상의 전력을 증폭할 수 있다. 또한, 위상 변위기를 통해 분배된 제1 위상의 전력을 제2 위상으로 조정한 후 제2 증폭부를 통해 제2 위상의 전력을 증폭하고, 증폭된 제1 위상의 전력 및 증폭된 제2 위상의 전력을 서로 다른 공진 코일을 통해 수신측으로 전송하도록 제어할 수 있다.
도 10에서 보는 바와 같이, 위상 변위기(840)는 제1 위상의 전력을 제2 위상으로 조정하기 위해, 가변 커패시터들을 이용할 수 있다.
구체적으로, 위상 변위기(840)는 도면부호 1001에서 보는 바와 같이, 인덕터(L0/2)에 직렬 연결되는 제1 가변 커패시터(2Cv1)와, 도면부호 1002의 커패시터(C0)에 병렬 연결되는 제2 커패시터(Cv2)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터를 이용해서 분배된 제1 위상의 전력을 제2 위상으로 위상 조정할 수 있다.
즉, 위상 변위기(840)는 낮은 주파수에서도 동작을 하기 위하여 Lumped소자를 사용하여 설계한 위상천이 장치이다. 또한, 가변 커패시터들을 직렬과 병렬에 연결함으로써, 직렬 연결된 인덕터와 병렬 연결된 커패시터를 동시에 제어하는 방식을 통하여 보다 넓은 위상변이 폭을 가지는 위상천이 장치이다.
이렇게 변이된 위상과 전력 분배기에서 출력된 전력은 2개의 전력 증폭기를 통하여 각각 다른 크기의 전력으로 만들어 낸 후 송신기에 전력을 공급될 수 있다.
일례로, 이러한 송신 방식을 통하여 두 송신기의 크기와 위상을 임의로 조절 가능하다. 수신부의 제어부는 수신 전력을 확인 및 부하 저항을 조절 하고, 송신부의 제어부와 통신을 통하여 수신 전력 정보를 넘겨주며, 송신부의 제어부는 정보를 바탕으로 위상과 전력의 크기를 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는 수신부 부하저항을 조절할 수 있다.
송수신기간 MCU(Micro Controller Unit) 통신을 전제로 예를 들면, 송수신기 간 정렬이 틀어져서 효율이 일정값 이하로 떨어질 수 있다. 이 경우에, 위상차를 다르게 해주고 추가적으로 이 상태에서 수신기 부하 저항을 가변하여 최대 효율이 되는 상태를 찾아갈 수 있다.
일실시예에 따른 제어부는 최대 전력을 수신하게 하는 최적부하저항을 고려하여 수신측의 부하저항을 제어하도록 수신측에 요청할 수 있다. 이때, 수신측에서는 가변 커패시터를 이용하여 인덕터와 커패시터를 동시 제어하여 부하저항을 조절하거나, 선택된 매칭 회로를 통해 부하저항을 조절할 수 있다.
다른 예로, 제어부는 최대 효율이 되는 상태를 찾아갈 수 있도록 일정 시간을 주기로 수신측 부하 저항을 조절하도록 요청할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부는 송수신 간 효율 및 일정 주기를 모두 고려하여 수신측의 부하 저항을 조절할 수도 있다.
일실시예에 따르면, 수신기의 자세(수신기와 송신기가 이루는 각도), 및 송, 수신기 간의 거리에 따라 송, 수신기 간 결합계수가 변화하고, 이는 최대 전력을 수신하게 하는 최적부하저항을 변화 시킨다. 따라서, 송신들 간 위상 차와 전력의 크기 제어 외에도 수신측의 부하저항을 제어하여야 할 필요가 있다. 따라서 수신측의 부하저항이 변화할 때마다 송신부의 크기와 위상을 바꾸어 주며 최대의 효율이 나오는 상태를 찾아야 한다.
수신측의 부하저항은 LC매칭 회로를 통해 입력 임피던스를 조절하는 형태로 구현 가능하다. 일례로, 수신측에서는 위상 천이기에서처럼 가변 커패시터를 이용하여 LC를 동시에 제어하는 방법도 가능하다. 뿐만 아니라, 수신측에서는 몇 가지 매칭회로를 선택하여 구현하고, 스위치를 통하여 매칭 회로를 선택하는 형태로도 구현이 가능하다.
한편, 다중 송신기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 다중 송신기의 입력 전류 및 위상 제어는 도 6 및 도 7에 도시된 회로를 통해서도 가능하다. 도 6 및 도 7에 도시된 회로는 본 명세서에서 강제 진동 탱크 회로라 칭할 수 있다.
예를 들어, 강제 진동 탱크 회로를 도 8의 다중 송신기 구조에 적용하는 경우 무선 전력 전송 장치는 도 11과 같이 구성될 수 있다.
이때, 도 8의 제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)은 각각 제1 구동 모듈(1141)과 제2 구동 모듈(1143)에 포함될 수 있다.
이때, 제1 구동 모듈(1141)과 제2 구동 모듈(1143)은 각각 제1 증폭부(820), 제2 증폭부(830)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일을 포함하는 전력 전송 코일부와, 구동 제어부(1131) 및 코일 구동부(1140)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 전력 전송 코일은 제1 자기 공진 코일(811)이고 제2 전력 전송 코일은 제2 자기 공진 코일(813)일 수 있다. 한편, 도 7에서 참조 부호 710은 소형 전력 전송 코일의 등가 회로를 나타 내었으나, 도 11에 도 7의 회로를 적용하는 경우 참조부호 710은 제1 전력 전송 코일 또는 제2 전력 전송 코일의 등가 회로 임은 명백하다.
따라서, 도 11에 전력 전송 코일부를 명시적으로 도시하지 않았으나, 전력 전송 코일부에 포함되는 제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일은 각각 제1 구동 모듈(1141)과 제2 구동 모듈(1143)에 포함되거나 별도로 구비될 수 있음은 명백하다.
도 6 및 도 7에서 설명된 회로는 도 11에 별다른 변형 없이 그대로 적용될 수 있다.
따라서, 구동 제어부(1131)는 상기 제1 전력 전송 코일에 제1 위상을 갖는 제1 구동 전압을 인가하도록 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제2 전력 전송 코일에 제2 위상을 갖는 제2 구동 전압을 인가하도록 제2 제어 신호를 생성한다.
코일 구동부(1140)는 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호를 상기 제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일에 인가한다.
또한, 코일 구동부(1140)는 상기 제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일 각각에 연결되는 복수의 구동 모듈(1141, 1143) 및 상기 제1 위상을 갖는 제1 스위칭 신호 및 상기 제2 위상을 갖는 제2 스위칭 신호를 상기 복수의 구동 모듈 각각에 인가하는 2개의 버스 라인(A, B)을 포함한다.
구동 제어부(1131)는 상기 제1 전력 전송 코일 및 상기 제2 전력 전송 코일 각각에 연결된 구동 모듈들에 인에이블(enable) 신호를 인가하고, 상기 제1 제어 신호 또는 상기 제2 제어 신호를 상기 인에이블(enable) 신호가 인가되는 구동 모듈에 인가할 수 있다.
이때, 복수의 구동 모듈(1141, 1143) 각각은 일단에 구동전압이 연결된 전력 전송 코일의 타 단에 연결된 스위칭 소자; 상기 제1 제어 신호가 입력된 경우 상기 제1 스위칭 신호를 출력하고, 상기 제2 제어 신호가 입력된 경우 상기 제2 스위칭 신호를 출력하는 멀티플렉서 및 상기 인에이블 신호 및 상기 멀티플렉서의 출력을 입력 받아 상기 스위칭 소자를 제어하는 소자를 포함할 수 있다.
한편, 다중 송신기를 갖는 무선 전력 전송 장치는 오 정렬을 감지한 경우에만 다중 송신기 각각에 서로 다른 위상 및 전류가 입력되도록 제어할 수 도 있다. 따라서, 구동 제어부(1131)는 전력 수신 코일과 상기 전력 전송 코일부 사이의 오 정렬이 감지되면 상기 제1 위상과 상기 제2 위상이 다른 위상을 갖도록 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 도 있다.
이때, 오 정렬의 기준은 시스템의 설정 또는 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기의 수신 전력량을 모니터링하여 전력 수신 효율이 일정 값 이하로 떨어지면 오 정렬로 판단할 수 도 있다.
한편, 제1 위상과 제2 위상은 0도 보다 크고 180도 보다 작은 범위에서 설정될 수 도 있다.
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.
810: 코일부 815: 전력 분배기
820: 제1 증폭부 830: 제2 증폭부
840: 위상 변위기 850: 제어부

Claims (6)

  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,
    제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일을 포함하는 전력 전송 코일부;
    상기 제1 전력 전송 코일에 제1 위상을 갖는 제1 구동 전압을 인가하도록 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제2 전력 전송 코일에 제2 위상을 갖는 제2 구동 전압을 인가하도록 제2 제어 신호를 생성하는 구동 제어부; 및
    상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 상기 제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일에 인가하는 코일 구동부를 포함하고,
    상기 마이크로파 전력 전송부는 복수의 안테나 소자(element1, element2, ? elementN)를 포함하는 어레이 안테나부를 포함하고, 상기 복수의 안테나 소자와 수신 안테나 사이의 거리의 평균(Rmean)을 하기 수학식에 의해 계산하고, 상기 Rmean에 기초하여 전력 전송 효율을 계산하는,
    [수학식]
    Figure 112019018358683-pat00017

    여기서, R1, R2,…,RN은 수신 안테나와 각각의 안테나 소자 사이의 거리인,
    무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일 구동부는,
    상기 제1 전력 전송 코일 및 제2 전력 전송 코일 각각에 연결되는 복수의 구동 모듈; 및
    상기 제1 위상을 갖는 제1 스위칭 신호 및 상기 제2 위상을 갖는 제2 스위칭 신호를 상기 복수의 구동 모듈 각각에 인가하는 2개의 버스 라인을 포함하는
    무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 제어부는 상기 제1 전력 전송 코일 및 상기 제2 전력 전송 코일 각각에 연결된 구동 모듈들에 인에이블(enable) 신호를 인가하고, 상기 제1 제어 신호 또는 상기 제2 제어 신호를 상기 인에이블(enable) 신호가 인가되는 구동 모듈에 인가하고,
    상기 복수의 구동 모듈들 각각은,
    일단에 구동전압이 연결된 전력 전송 코일의 타 단에 연결된 스위칭 소자;
    상기 제1 제어 신호가 입력된 경우 상기 제1 스위칭 신호를 출력하고, 상기 제2 제어 신호가 입력된 경우 상기 제2 스위칭 신호를 출력하는 멀티플렉서; 및
    상기 인에이블 신호 및 상기 멀티플렉서의 출력을 입력 받아 상기 스위칭 소자를 제어하는 소자를 포함하는
    무선 전력 전송 장치.
  4. 삭제
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  6. 삭제
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