KR102040757B1 - 무선 전력 전송을 이용한 하이패스 시스템, 단말기 및 방법 - Google Patents

무선 전력 전송을 이용한 하이패스 시스템, 단말기 및 방법 Download PDF

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Abstract

무선 전력 전송을 이용한 하이패스 시스템, 단말기 및 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 하이패스 단말기는 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 통신제어부로 전달하는 전력단 및 요금 부과 과정을 수행하기 위해 상기 전력을 이용하여 요금소 설치 장비와 통신하는 통신제어부를 포함한다.

Description

무선 전력 전송을 이용한 하이패스 시스템, 단말기 및 방법{METHOD, TERMINAL AND HI-PASS SYSTEM USING WIRELESS POWER TRANSFER}
필요한 경우에만 전력을 무선으로 발생시키는 하이패스 시스템, 단말기 및 방법이 개시된다.
요금소에서 차량이 요금 납부를 위해 정차하였다가 다시 출발하는 과정으로부터 불필요한 에너지가 낭비 될 수 있고, 도로의 정체현상을 유발하기도 한다. 이러한 요금 납부 방법에 따라 불가피하게 발생하는 문제점들을 해결하기 위하여 하이패스 시스템이 개발되었다.
하이패스 시스템은 고속도로나 유료도로를 통과할 때 요금을 납부하기 위해 정차할 필요 없이 차량 내에 위치한 후불신용카드나 선불카드를 이용하여 요금을 납부할 수 있는 시스템이다.
이러한 하이패스 시스템은 선택사양이나, 최근에 출시되는 대부분의 차량에서는 소비자의 선택에 의해 쉽게 적용이 가능하다. 또한, 이전에 출시된 차량에서도 간단히 단말기를 추가하는 것만으로도 하이패스 시스템의 사용이 가능하여, 국내에서도 이미 많은 사용자가 있으며 사용자가 점차 증가하고 있는 추세이다.
일 실시예에 따르면 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 통신제어부로 전달하는 전력단 및 요금 부과 과정을 수행하기 위해 전력을 이용하여 요금소 설치 장비와 통신하는 통신제어부를 포함하는 하이패스 단말기가 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 미리 정한 조건은, 차량이 요금소에 도착하는 경우, 차량이 요금소를 통과하는 경우 중 적어도 하나를 포함하는 하이패스 단말기가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 요금소 설치 장비가 미리 정한 조건에 따라 발생시킨 전력을 무선 전력 전송으로 수신하는 전력수신부를 포함하는 하이패스 단말기가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 전력단은, 통신제어부로 전달되는 전력을 미리 충전하는 전력저장부를 포함하는 하이패스 단말기가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 전력저장부를 충전하는 전력을 생산하는 전력수확부를 더 포함하는 하이패스 단말기가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 하이패스 관련정보를 차량의 운전자에게 제공하는 부가기능부를 더 포함하는 하이패스 단말기가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면 미리 정한 조건에 따라 차량도착정보를 발생시키는 차량감지장치, 차량도착정보에 기초하여 차량에 설치된 하이패스 단말기로 전력을 전달하는 전력송신장치 및 전력송신장치로부터 수신한 전력을 이용하여 요금 부과 과정을 수행하는 하이패스 단말기를 포함하는 하이패스 시스템이 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 미리 정한 조건은 차량감지장치가 차량의 도착을 감지하는 경우 및 차량의 통과를 감지하는 경우 중 적어도 하나를 포함하는 하이패스 시스템이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 전력송신장치는, 하이패스 단말기로 무선으로 전력을 송신하는, 하이패스 시스템이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 차량감지장치는, 차량분류장치, 영상촬영장치, 중량센서 중 적어도 하나를 포함하는 하이패스 시스템이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 차량도착정보는, 차량의 속도, 위치, 크기, 도착한 시간 및 통과 예상 시간 중 적어도 하나를 포함하는 하이패스 시스템이 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 수신하는 단계 및 요금 부과 과정을 수행하기 위해 전력을 이용하여 요금소 설치 장비와 통신하는 단계를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법이 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 수신하는 단계는, 요금소 설치 장비가 차량의 도착 또는 차량의 통과를 감지하면 발생되는 전력을 수신하는 단계를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 수신하는 단계는, 요금소 설치 장비로부터 무선으로 전력을 수신하는 단계를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법이 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면 미리 정한 조건에 따라 차량도착정보를 발생시키는 단계, 차량도착정보에 기초하여 전력을 하이패스 단말기로 전송하는 단계 및 요금 부과 과정을 수행하기 위해 전송된 전력으로 구동되는 하이패스 단말기와 통신하는 단계를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법이 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 미리 정한 조건에 따라 차량도착정보를 발생시키는 단계는, 차량의 도착을 감지하거나 차량의 통과를 감지하는 경우, 차량도착정보를 발생시키는 단계를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 차량도착정보에 기초하여 전력을 하이패스 단말기로 전송하는 단계는, 하이패스 단말기로 전력을 무선으로 전송하는 단계를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법이 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면 하이패스 시스템 전력 공급 방법을 수행하도록 하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장매체가 제공될 수 있다.
도 1은 일반적인 하이패스 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 단말기의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 하이패스 시스템의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 하이패스 시스템에서 요금소 설치 장비의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 하이패스 단말기의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한다.
도 7는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 피더의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 도시한다.
도 1은 일반적인 하이패스 시스템의 구조를 도시한 도면이다. 일반적인 하이패스 시스템은 시스템이 필요로 하는 전력을 차량(190)의 배터리로부터 공급받으나, 일 실시예에 따른 하이패스 시스템은 시스템이 요구하는 전력을 차량(190) 외부에서 공급받을 수 있다.
도시된 바에 따르면 차량(190)의 종류에 따라 부과되는 요금의 차이가 있기 때문에 차량(190)을 분류하기 위한 차량분류장치(110)가 처음에 위치할 수 있다. 사고 상황이나 요금을 납부하지 않는 차량(190)에 추후 요금 부과를 위한 영상촬영장치(120)가 있으며, 다양한 상황을 안내하기 위한 안내전광판(130)이 있을 수 있다. 실제 차량(190)이 지나가면서 차량(190) 내부의 하이패스 단말기(On Board Unit, OBU)와 통신을 통하여 요금을 부과하는 안테나(140) 설비, 운전자에게 요금 정보를 알려주는 운전자표시기(150) 및 차로를 통과하는 차량(190)을 제어하는 통합차로제어기(160)로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면 일반적인 하이패스 시스템은 다음과 같이 동작할 수 있다. 우선 차량(190)이 요금소에 도착하게 되면, 차량분류장치(110)가 해당 차량(190)의 종류를 확인할 수 있고, 영상촬영장치(120)가 차량(190)의 영상을 촬영할 수 있다. 이후 다음과 같은 요금 부과 과정이 수행될 수 있다.
요금 부과 과정은 우선 차량(190)에 설치된 단말기에서 적외선이나 주파수(RF)를 이용하여 정보를 송신할 수 있다. 그리고 요금소에 설치된 안테나(140)가 해당 정보를 수신하여 차량(190)에 해당하는 요금을 부과할 수 있다. 요금이 정상적으로 부과된 경우, 차단기(170)가 열려 차량(190)이 통과할 수 있다.
여기서 일반적인 하이패스 시스템은 차량(190)에 비치된 단말기에서 요금소에 설치되어 있는 안테나(140)에 적외선 또는 주파수를 이용하는 무선통신으로 정보를 전달할 수 있다. 따라서, 차량(190)에서 정보를 발생시키지 못하는 경우에는 하이패스 시스템이 정상적으로 동작하지 못하는 비정상 동작 이슈가 나타날 수 있다.
예를 들어, 하이패스 단말기에 카드가 삽입되지 않은 경우, 또는 단말기의 전원이 공급되지 않은 경우가 있을 수 있다. 이 중 카드가 삽입되지 않은 경우에는 요금을 부과해야 할 목적 대상이 없는 상황이기 때문에 통신이 이루어지더라도 하이패스 시스템이 제대로 동작하지 않을 수 있다. 하지만 단말기의 전원이 공급되지 않는 경우는 정상적으로 카드가 삽입되어 있더라도 차량(190)의 단말기로부터 안테나(140)로 정보를 송신할 수 없기 때문에 하이패스 시스템이 동작하지 않을 수 있다.
여기서, 단말기의 전원이 공급되지 않는 경우는 차량(190) 내부의 시스템 문제로 발생하는 경우도 있지만, 사용자의 실수로 전원이 제거되어 발생하는 경우도 있을 수 있다. 이를테면, 사용자의 의도와 상관없이 단말기의 전원 버튼이 눌러져서 전원이 꺼지는 경우, 요금소를 통과할 때 차단기(170)의 작동에 의해 사용자가 당황하여 급정거하게 되면 사고의 원인이 될 수 있다.
또한, 단말기는 동작이 필요 없는 상황에서도 계속적으로 차량(190)의 내부전원을 소모하게 될 수 있다. 이는 차량(190)이 요금소를 지나는 통과 시점 등에 대한 정보가 없기 때문일 수 있다. 이로부터, 불필요한 전력 소모가 계속적으로 발생할 수 있다. 이러한 전력 소모 이슈를 해결하기 위해서 사용자가 단말기의 전원을 임의적으로 제한하는 경우, 전원의 연결 상태 조절을 위해 사용자에게 부가적인 동작이 요구될 수 있다. 또한, 사용자의 실수로 단말기의 동작이 필요한 상태에서 전원을 연결하지 않은 경우에는 상술한 바와 같은 비정상 동작 이슈가 발생할 수 있다.
일 실시예에 따르면 이러한 일반적인 하이패스 시스템의 각 이슈에 따라, 신호 전송을 위한 단말기의 전원을 차량(190)의 배터리나 발전기에서 생성된 전력으로부터 공급받는 대신, 차량(190) 외부에서 하이패스 단말기의 동작이 필요한 경우에만 전력을 공급받을 수 있다.
구체적으로는 차량(190)이 요금소를 지나는 경우, 각 차량(190)에 맞는 적절한 요금을 부과하기 위해서 차량분류장치(110)가 작동할 수 있다. 여기서 차량분류장치(110)는 적외선 장치, 압력 센서, 윤폭비 감지 장치 및 영상촬영장치(120) 중 적어도 하나 포함할 수 있다. 이를테면 영상촬영장치(120)는 차량(190)이 요금소를 지나고 있음을 확인할 수 있다. 이렇게 차량(190)이 요금소에 도착하였음을 확인할 수 있는 차량도착정보를 활용하여, 차량(190)의 요금소 도착을 확인한 후, 요금소에 위치한 전력 송신부에서 차량용 하이패스 단말기로 전력을 공급할 수 있다.
차량(190) 내부에 위치한 하이패스 단말기는 외부에서 공급된 전력을 이용함으로써 기존의 차량(190) 내부 전원을 이용하여 동작하던 것과 동일한 기능을 수행할 수 있다. 하이패스 단말기가 필요로 하는 전력을 실제 동작이 일어나는 동안만 공급해줌으로써 일반적인 단말기에서의 전력 소모 이슈가 나타나지 않을 수 있다. 그리고 사용자가 전력 낭비를 막기 위해서 하이패스 단말기의 전원을 제어하지 않아도 되므로 사용자의 편의성이 증대될 수 있다. 또한 하이패스 단말기에 전력을 공급하기 위해서 전선이 필요하지 않으므로 하이패스 단말기를 차량(190)의 어느 곳이더라도 자유롭게 설치가 가능하므로 차량(190)을 디자인함에 있어서 자유도가 증가할 수 있다.
도 2는 일반적인 단말기(200)의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다. 여기서 일반적인 단말기(200)는 전원 회로(210) 및 통신 모듈(220)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 일반적인 단말기(200)에 포함되는 전원 회로(210)는 차량에 존재하는 전력원으로부터 전원을 유선으로 공급 받거나 단말기(200) 내부의 배터리를 전력원으로 사용할 수 있다.
일반적인 하이패스 시스템의 경우 차량이 요금소에 도착하는 시점에 대한 정보가 없기 때문에 요금 부과 과정을 수행하기 위한 통신 모듈(220)에 전원이 계속적으로 공급되어야 할 수 있다. 따라서 일반적인 단말기(200)는 전력 소비가 필요 없는 상황에서도 전력을 낭비할 수 있다. 사용자가 전력 소비를 줄이기 위해서 단말기(200)의 전원을 인위적으로 제어할 수도 있지만, 이 경우 사용자가 단말기(200)를 사용할 때 마다 전원 제어를 해주어야 하는 불편함이 발생할 수 있다. 만약 사용자가 적절한 전원 제어를 하지 못한 경우 단말기(200)가 동작하지 않아서 요금소의 차단기에 의해 차량의 통행에 방해를 초래할 수 있다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
일 실시예에 따른 하이패스 시스템은 전력을 하이패스 단말기(OBU)에 전달하고, 이 전달된 전력으로부터 하이패스 시스템이 동작될 수 있다. 여기서 실제 요금을 부과할 때 카드가 사용될 수 있고, 하이패스 단말기에 내장된 칩에 저장된 정보를 이용할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 하이패스 시스템의 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 일 실시예에 따른 하이패스 단말기는 요금소에 위치한 전력송신장치로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있다. 이러한 하이패스 시스템의 동작은 도 3에 도시된 바와 같을 수 있다.
단계(310)에서는 차량이 요금소에 도착할 수 있다. 여기서 요금소 설치 장비에 포함된 차량감지장치가 차량의 도착을 감지할 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면 차량감지장치는 차량의 통과를 감지할 수 있다.
그리고 단계(320)에서는 미리 정한 조건에 따라 차량감지장치의 프로세서를 통해 차량도착정보를 발생시킬 수 있다. 이를테면 차량이 요금소에 도착한 경우로서, 차량감지장치가 차량의 도착을 감지하는 경우 또는 차량의 통과를 감지하는 경우에 차량도착정보를 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면 일반적인 하이패스 시스템에서와 같이 차량감지장치는 차량분류장치, 영상촬영장치 및 기타 감지장치를 포함할 수 있다. 여기서 차량분류장치나 영상촬영장치가 차량도착정보를 발생시킬 수 있다. 여기서 차량도착정보는 차량검출신호에 기반한 것으로서 차량이 도착 내지 통과하는 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 차량도착정보는 차량의 속도, 위치, 크기, 도착한 시간 및 통과 예상 시간 등을 포함할 수 있다.
이어서 단계(330)에서는 전력송신장치는 차량도착정보를 바탕으로 전력을 발생시킬 수 있다. 이를테면 전력송신장치는 차량도착정보에 기초하여 발생된 전력을 하이패스 단말기로 전송할 수 있다. 여기서 전력송신장치는 일반적인 안테나 또는 다른 전력 송신 장치를 이용할 수도 있다.
그리고 단계(340)에서는 하이패스 단말기가 전력수신부를 통해 발생된 전력을 수신할 수 있다. 이를테면 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 무선 전력 전송을 통해 수신할 수 있다.
이어서 단계(350)에서는 수신된 전력을 이용하여 하이패스 단말기가 동작될 수 있다. 여기서 하이패스 단말기는 수신된 전력으로 요금 부과 과정을 수행하는 통신제어부를 동작시킬 수 있다.
그리고 단계(360)에서는 통신제어부가 요금 부과 과정을 수행하기 위해 수신된 전력을 이용하여 요금소 설치 장비와 통신할 수 있다. 요금소 설치 장비는 요금 부과 과정을 수행하기 위해 전송된 전력으로 구동되는 하이패스 단말기와 통신할 수 있다. 여기서 요금 부과 과정은 일반적인 하이패스 시스템에서 수행되는 결제 방법으로서 도 1에서 상술한 과정과 유사할 수 있다.
이어서 단계(370)에서는 요금 부과가 완료된 하이패스 단말기를 장착한 차량이 요금소를 통과할 수 있다. 여기서 요금소 설치 장비는 요금 부과 과정이 완료되면 차량이 통과할 수 있도록 차단기를 올릴 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 하이패스 시스템(400)에서 요금소 설치 장비의 구성을 도시한 블럭도이다. 여기서 요금소 설치 장비는 차량감지장치(420) 및 전력송신장치(410)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 하이패스 시스템(400)은 요금소 설치 장비 및 하이패스 단말기(430)를 포함하고, 하이패스 단말기(430)는 차량(431)에 장착될 수 있다. 하이패스 단말기(430)의 구성은 하기 도 5에서 상세히 설명한다.
전력송신장치(410)는 도 4에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 이를테면 전력송신장치(410)는 전력원(411), SMPS(Switching-Mode Power Supply)(413), 제어부(412)를 포함할 수 있다. 여기서 SMPS(413)는 송신용 공진기(414), 파워 앰프(Power Amp)(415), 주파수 발진기(416) 및 DC/DC 컨버터(417)를 포함할 수 있다. 전력원(411)은 전력송신장치(410)로 전력을 공급할 수 있다. 제어부(412)는 전력송신장치(410)의 전력 전송을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력송신장치(410)는 차량도착정보에 기초하여 차량에 설치된 하이패스 단말기로 전력을 전달할 수 있다. 여기서 전력송신장치(410)는 일반적인 무선 전력 전송 장치의 송신부의 구성과 유사한 것으로서, 송신 공진기(414)를 이용하는 SMPS(413)는 하기 도 6 내지 도 9에서 상세히 설명한다.
차량감지장치(420)는 미리 정한 조건에 따라 차량도착정보를 발생시킬 수 있다. 여기서 차량감지장치(420)는 차량분류장치, 차량감지기, 영상촬영장치, 중량센서, 광학센서 및 기타 감지장치를 포함할 수 있다. 예를 들면 차량도착정보는 차량의 속도, 위치, 크기, 도착한 시간, 통과 시점 및 통과 예상 시간 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 요금소 설치 장비는 상술한 도 3에 따른 하이패스 시스템 전력 공급 방법을 수행하도록 하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장매체를 포함할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 하이패스 단말기(500)의 구성을 도시한 블럭도이다. 여기서 하이패스 단말기(500)는 전력수신부(510), 전력단(power stage)(520), 통신제어부(530) 및 부가기능부(540)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이패스 단말기(500)가 전력송신장치에서 발생된 전력을 수신하여 사용하기 위해서는 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 여기서 하이패스 단말기(500)는 전력송신장치로부터 수신한 전력을 이용하여 요금 부과 과정을 수행할 수 있다.
전력수신부(510)는 요금소 설치 장비가 미리 정한 조건에 따라 발생시킨 전력을 무선 전력 전송으로 수신할 수 있다. 여기서 미리 정한 조건은 차량이 요금소에 도착하는 경우, 차량이 요금소를 통과하는 경우를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전력수신부(510)는 수신 공진기(511) 및 정류기(rectifier)(512)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 전력수신부(510)는 수신 공진기(511)를 통해 전력을 수신하는 바, 공진을 통한 구체적인 무선 전력 전송 과정은 하기 도 6 내지 도 9에서 상세히 설명한다.
전력단(520)은 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 통신제어부(530)로 전달할 수 있다. 구체적으로는 수신된 전력을 하이패스 단말기(500)가 필요로 하는 적절한 전압으로 제어할 수 있다. 이를테면 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 전력단(520)은 전력수신부(510)가 무선으로 수신한 전력을 통신제어부(530)로 전달할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 하이패스 단말기(500)가 장착된 차량이 요금소에 도착했을 때, 전력단(520)은 요금소 설치 장비로부터 전력수신부(510)를 통해 무선으로 수신한 전력을 직접 통신제어부(530)로 전달할 수 있다. 따라서 하이패스 단말기(500)는 배터리 등을 내장하지 않더라도 요금 부과 과정을 수행할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 전력단(520)은 통신제어부(530)로 전달되는 전력을 미리 충전하는 전력저장부를 포함할 수 있다. 여기서 전력저장부는 배터리를 포함할 수 있다. 예를 들면 전력저장부는 요금소에 도착하여 요금 부과 과정을 수행하기 전에 미리 전력을 충전할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 하이패스 단말기(500)는 전력저장부를 충전하는 전력을 생산하는 전력수확부(energy harvesting unit)를 포함할 수 있다. 여기서 전력수확부는 솔라 셀(solar cell), 풍력 발전 장치 및 기타 전력공급원을 포함할 수 있다.
예를 들면, 하이패스 단말기(500)는 평상시에 전력수확부를 통해 에너지 저장부에 전력을 충전하고, 요금소에 도착하면 충전된 에너지를 사용하여 통신제어부(530)를 동작시킬 수 있다. 다른 예를 들면 하이패스 단말기(500)는 평상시에 차량의 내부 전력을 통해 에너지 저장부에 전력을 충전하고, 요금소에 도착하면 충전된 에너지를 사용하여 통신제어부(530)를 동작시킬 수 있다. 또 다른 예를 들면, 하이패스 단말기(500)는 평상시에는 동작하지 않고, 요금소에 도착하면 차량의 내부 전력을 이용하여 통신제어부(530)를 동작시킬 수 있다.
통신제어부(530)는 요금 부과 과정을 수행하기 위해 전력단(520)으로 전달된 전력을 이용하여 요금소 설치 장비와 통신할 수 있다. 구체적으로는 요금소 설치 장비와 통신을 통해, 하이패스 단말기(500)의 정보와 신용카드 정보 등을 포함하는 결제정보를 이용하여 요금 부과 과정을 수행할 수 있다.
부가기능부(540)는 하이패스 관련정보를 차량의 운전자에게 제공할 수 있다. 구체적으로는 하이패스 단말기(500)의 기능 동작을 위한 장치로서, 디스플레이 출력부 및 음성출력부 등을 포함할 수 있다. 여기서 디스플레이 출력부는 LCD를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 부가기능부(540)를 동작시키기 위해 전력단(520)의 전력저장부가 필요할 수 있다. 예를 들어, LCD 액정을 이용하여 사용자에게 정보를 계속 제공하고자 하는 경우에는 내부 배터리가 요구될 수 있다. 이러한 부가기능을 제공하지 않는 경우에는 배터리가 불필요할 수 있다. 여기서 하이패스 관련정보는 톨게이트 비용, 결제 잔액, 결제 비용, 하이패스 단말기 기종 정보 및 결제관련정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 하이패스 단말기(500)는 상술한 도 3에 따른 하이패스 시스템 전력 공급 방법을 수행하도록 하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장매체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이패스 단말기에서 전력이 수신되면, 이 전력을 이용하여 하이패스 단말기와 요금소 사이의 요금 부과 과정이 발생함으로써 일반적인 하이패스 단말기의 동작을 수행할 수 있다. 차량이 요금소를 지나간 이후에는 전력 공급이 중단되므로 이후에는 하이패스 단말기가 동작하지 않아, 더 이상 전력 소비를 하지 않을 수 있다. 이 때, 하이패스 단말기가 배터리를 내장하는 경우에는 배터리에 충전된 전력을 소비할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이패스 시스템은 일반적인 하이패스 시스템과 달리 요금 부과를 위해 필요한 전력을 요금소에 도착한 경우에만 사용할 수 있다. 배터리가 있는 시스템처럼 하이패스 단말기가 부가기능을 위해 전력을 계속 소비하는 경우더라도, 요금 부과를 위해 필요한 전력은 요금소에서 하이패스 단말기로 무선 전력 전송으로 전달할 수 있다. 따라서 하이패스 단말기의 전원이 제거된 상태, 이를테면 배터리가 방전되거나 전원선이 제거된 상태라도 요금소에 차량이 도착하게 되면, 요금소 설치 장비에 포함된 전력송신장치가 하이패스 단말기가 동작할 수 있는 전력을 공급할 수 있다.
일반적인 하이패스 시스템은 차량의 운전자에게 도로 교통 요금을 납부하는데 있어서 다양한 편리성을 제공하고 있지만, 단말기의 전원을 차량 내부의 전력원으로부터만 공급받을 수 있다. 일 실시예에 따른 하이패스 시스템은 하이패스 단말기의 전원을 차량 외부에서 무선 전력 전송을 이용하여 공급할 수 있다. 차량이 요금소를 지나면서 실제로 하이패스 단말기의 동작이 요구되는 상황에서만 하이패스 단말기에 전력을 공급해주기 때문에 일반적인 하이패스 시스템의 전력 낭비가 해소될 수 있다.
또한, 일반적인 시스템이 사용자가 전원을 차단한 이후에 재연결하지 않는 등의 여러 상황에서 전력이 공급되지 않아 발생할 수 있는 차단기 동작에 대해서도, 일 실시예에 따른 하이패스 시스템은 차량 외부에서 하이패스 단말기로 전력을 공급해주기 때문에 해결이 가능할 수 있다.
그리고 일반적인 유선 전력공급 방식의 경우 단말기의 위치를 선정함에 있어서 제한적이게 되지만, 일 실시예에 따른 하이패스 단말기는 무선 전력 전송 방식을 이용함으로써 자유롭게 위치될 수 있다. 이를 통해 차량을 좀 더 자유롭게 디자인 할 수 있다.
내장형 배터리가 탑재된 단말기의 경우 위치의 자유도는 있지만, 배터리의 교환이 필요하며, 동작이 필요 없는 상황에서도 계속적으로 전력이 소비될 수 있다. 이와 달리 일 실시예에 따른 하이패스 시스템은 배터리의 교환이 필요 없고 전력 낭비도 해소될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다. 소스(source)와 타겟(target) 간에 통신을 수행하는 방식은 인 밴드 통신 방식과 아웃 밴드 통신 방식을 포함할 수 있다. 인 밴드 통신 방식은 소스와 타겟이 전력의 전송에 이용하는 주파수와 동일한 주파수에서 통신하는 방식이고, 아웃 밴드 통신 방식은 소스와 타겟이 전력 전송에 이용되는 주파수와는 다른 별도의 주파수를 이용하여 통신하는 방식이다.
도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 소스(610) 및 타겟(620)을 포함할 수 있다. 소스(610)는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟(620)은 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 단말, TV, 차량, 세탁기, 라디오, 전등 등 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다.
소스(source)(610)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(611), 전력 증폭기(power amplifier)(612), 매칭 네트워크(matching network)(613), Tx 제어부(Tx control logic)(614) 및 통신부(615)를 포함할 수 있다.
가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply)(611)는 전력 공급기(power supply)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭하여 DC 전압을 생성할 수 있다. 가변 SMPS(Variable SMPS)(611)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나 Tx 제어부(Tx control logic)(614)의 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다.
전력 검출기(power detector)(616)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(611)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 Tx 제어부(614)로 전달할 수 있다. 또한, 전력 검출기(power detector)(616)는 전력 증폭기(power amplifier)(612)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수도 있다.
전력 증폭기(612)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압을 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기(612)는 기준 공진 주파수 FRef를 이용하여 전력 증폭기(612)에 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 복수의 타겟 디바이스들에서 사용되는 통신용 전력 또는 충전용 전력을 생성할 수 있다.
여기서, 통신용 전력은 0.1~1mWatt의 작은 전력을 의미하고, 충전용 전력은 타겟 디바이스의 디바이스 로드에서 소비되는 1mWatt~200Watt의 큰 전력을 의미할 수 있다. 본 명세서에 있어서, "충전"이라는 용어는 전력을 충전하는 유닛(unit) 또는 요소(element)에 전력을 공급하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, "충전"이라는 용어는 전력을 소비하는 유닛(unit) 또는 요소(element)에 전력을 공급하는 의미로도 사용될 수 있다. 여기서, 유닛(unit) 또는 요소(element)는, 예를 들어 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서, 각종 센서들을 포함한다.
한편, 본 명세서에서 "기준 공진 주파수"는 소스(610)가 기본적으로 사용하는 공진 주파수일 수 있다. 또한, "트래킹 주파수"는 기 설정된 방식에 따라 조정된 공진 주파수일 수 있다.
Tx 제어부(Tx control logic)(614)는 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"에 대한 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 타겟 공진기(target resonator)(633)와 소스 공진기(source resonator)(631) 사이의 미스매칭(mismatching)을 검출할 수 있다. Tx 제어부(614)는 반사파의 포락선(envelop)을 검출함으로써 미스매칭을 검출하거나, 또는 반사파의 전력량을 검출함으로써 미스매칭을 검출할 수 있다.
매칭 네트워크(matching network)(613)는 Tx 제어부(614)의 제어에 따라 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 간의 임피던스 미스매칭을 최적의 매칭으로 보상할 수 있다. 매칭 네트워크(613)는 캐패시터 또는 인덕터의 조합으로 Tx 제어부(614)의 제어에 따라 스위치를 통해 연결될 수 있다.
Tx 제어부(614)는 소스 공진기(631) 또는 전력 증폭기(power amplifier)(612)의 출력 전압의 레벨 및 상기 반사파의 전압 레벨에 기초하여 전압정재파비(VSWR, Voltage standing wave ratio)를 계산하고, 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 작으면 상기 미스매칭이 검출된 것으로 결정할 수 있다.
또한, Tx 제어부(614)는 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 작으면 기 설정된 N개의 트래킹 주파수 각각에 대한 전력 전송 효율을 계산하고, 상기 N개의 트래킹주파수 중 전력 전송 효율이 가장 좋은 트래킹 주파수 FBest를 결정하고, 상기 FRef를 상기 FBest로 조정할 수 있다.
또한, Tx 제어부(614)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 조정할 수 있다. Tx 제어부(614)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. Tx 제어부(614)는 전력 증폭기(power amplifier)(612)를 제어함으로써, 타겟(620)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 통신부(615)는 인-밴드 통신을 통해 타겟(620)에 다양한 데이터(640)를 전송할 수 있다. 또한, Tx 제어부(614)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟(620)으로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다.
Tx 제어부(614)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. Tx 제어부(614)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, Tx 제어부(614)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. Tx 제어부(614)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.
한편, 통신부(615)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(615)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(615)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟(620)에 데이터(640)를 전송할 수 있다.
소스 공진기(631)는 전자기 에너지(electromagnetic energy)(630)를 타겟 공진기(633)로 전송(transferring)한다. 예를 들어, 소스 공진기(631)는 타겟 공진기(633)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟(620)으로 전달할 수 있다.
타겟(target)(620)은 매칭 네트워크(matching network)(621), 정류기(rectifier)(622), DC/DC 컨버터(DC/DC converter)(623), 통신부(624) 및 Rx 제어부(Rx control logic)(625)를 포함할 수 있다.
타겟 공진기(633)는 소스 공진기(631)로부터 (electromagnetic energy)(630)를 수신한다. 예를 들어, 타겟 공진기(633)는 소스 공진기(631)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스(610)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신할 수 있다. 또한, 타겟 공진기(633)는 인-밴드 통신을 통해 소스(610)로부터 다양한 데이터(640)를 수신할 수 있다.
매칭 네트워크(621)는 소스(610) 측으로 보이는 입력 임피던스와 부하(Load)측으로 보이는 출력 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 매칭 네트워크(621)는 캐패시터와 인덕터의 조합으로 구성될 수 있다.
정류기(622)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 예를 들어, 정류기(622)는 타겟 공진기(633)에 수신된 교류 전압을 정류할 수 있다.
DC/DC 컨버터(623)는 정류기(622)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 부하(Load)에서 필요로 하는 용량에 맞게 조정할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(623)는 정류기(622)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다.
전력 검출기(power detector)(627)는 DC/DC 컨버터(623)의 입력단(626)의 전압과 출력단의 전류 및 전압을 검출(detect)할 수 있다. 검출된 입력단(626)의 전압은 소스에서 전달되는 전력의 전송 효율을 계산하는데 사용될 수 있다. 검출된 출력단의 전류 및 전압은 제어부(Rx Control Logic)(625)가 부하(Load)에 전달되는 전력을 계산하는데 사용될 수 있다. 소스(610)의 Tx 제어부(614)는 부하(Load)의 필요전력과 부하(Load)에 전달되는 전력을 고려하여, 소스(610)에서 전송해야 할 전력을 결정할 수 있다.
통신부(624)를 통해 계산된 출력단의 전력이 소스(610)로 전달되면, 소스(610)는 전송해야 할 전력을 계산할 수 있다.
통신부(624)는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, Rx 제어부(Rx control logic)(625)는 타겟 공진기(633)과 정류기(622) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류기(622)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 예를 들어, Rx 제어부(Rx control logic)(625)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, Rx 제어부(Rx control logic)(625)는 매칭 네트워크(621)를 통하여 타겟 공진기(633)의 임피던스를 조정함으로써, 소스(610)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 간단한 예로, Rx 제어부(Rx control logic)(625)는 타겟 공진기(633)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스(610)의 Tx 제어부(614)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스(610)의 Tx 제어부(614)는 이진수 "0" 또는 "1"을 검출할 수 있다.
통신부(624)는 "해당 타겟의 제품의 종류", "해당 타겟의 제조사 정보", "해당 타겟의 모델명", "해당 타겟의 배터리 유형(battery type)", "해당 타겟의 충전 방식", "해당 타겟의 로드(Load)의 임피던스 값", "해당 타겟의 타겟 공진기의 특성에 대한 정보", "해당 타겟의 사용 주파수 대역에 대한 정보", "해당 타겟의 소요되는 전력량", "해당 타겟의 고유의 식별자" 및 "해당 타겟의 제품의 버전 또는 규격 정보" 중 적어도 하나를 포함하는 응답 메시지를 소스(610)의 통신부(615)로 전송할 수 있다. 응답 메시지에 포함되는 정보의 종류는 구현에 따라 변경될 수 있다.
한편, 통신부(624)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(624)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(624)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스(610)와 데이터(640)를 송수신 할 수 있다.
통신부(624)는 소스(610)로부터 웨이크-업 요청 메시지를 수신하고, 전력 검출기(power detector)(627)는 타겟 공진기(633)에 수신되는 전력의 양을 검출하며, 통신부(624)는 타겟 공진기(633)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보를 소스(610)로 전송할 수 있다. 이때, 타겟 공진기(633)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보는, "정류기(622)의 입력 전압 값 및 전류 값", "정류기(622)의 출력 전압 값 및 전류 값" 또는 "DC/DC 컨버터(623)의 출력 전압 값 및 전류 값"이다.
도 6에서, Tx 제어부(614)는 소스 공진기(631)의 공진 대역폭(resonance bandwidth)을 설정할 수 있다. 소스 공진기(631)의 공진 대역폭(resonance bandwidth)의 설정에 따라서, 소스 공진기(631)의 큐-팩터(Q-factor) QS가 결정될 수 있다.
또한, Rx 제어부(Rx control logic)(625)는 타겟 공진기(633)의 공진 대역폭(resonance bandwidth)을 설정할 수 있다. 타겟 공진기(633)의 공진 대역폭(resonance bandwidth)의 설정에 따라서, 타겟 공진기(633)의 큐-팩터(Q-factor) QS가 결정될 수 있다. 이때, 소스 공진기(631)의 공진 대역폭은 타겟 공진기(633)의 공진 대역폭 보다 넓거나 좁게 설정될 수 있다.
공진 방식의 무선 전력 전송에서, 공진 대역폭은 중요한 팩터(factor)이다. 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 사이의 거리 변화, 공진 임피던스의 변화, 임피던스 미스매칭, 반사 신호 등을 모두 고려한 큐-팩터(Q-factor)를 Qt라 할 때, Qt는 수학식 1과 같이 공진 대역폭과 반비례 관계를 갖는다.
Figure 112013032903465-pat00001
수학식 1에서, f0는 중심주파수,
Figure 112013032903465-pat00002
는 대역폭,
Figure 112013032903465-pat00003
는 공진기 사이의 반사 손실, BWS는 소스 공진기(631)의 공진 대역폭, BWD는 타겟 공진기(633)의 공진 대역폭을 나타낼 수 있다.
한편, 무선 전력 전송에 있어서, 무선 전력 전송의 효율 U는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013032903465-pat00004
여기서, K는 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 사이의 에너지 커플링에 대한 결합 계수,
Figure 112013032903465-pat00005
는 소스 공진기(631)에서의 반사계수,
Figure 112013032903465-pat00006
는 타겟 공진기(633)에서의 반사계수,
Figure 112013032903465-pat00007
는 공진 주파수, M은 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 사이의 상호 인덕턴스, RS는 소스 공진기(631)의 임피던스, RD는 타겟 공진기(633)의 임피던스, QS는 소스 공진기(631)의 Q-factor, QD는 타겟 공진기(633)의 Q-factor, QK는 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 사이의 에너지 커플링에 대한 Q-factor일 수 있다.
상기 수학식 2를 참조하면, 큐-팩터(Q-factor)는 무선 전력 전송의 효율과 관련이 높다.
따라서, 무선 전력 전송의 효율을 높이기 위하여 큐-팩터(Q-factor)는 높은 값으로 설정될 수 있다. 이때, QS 와 QD가 각각 지나치게 높은 값으로 설정된 경우, 에너지 커플링에 대한 결합 계수 K의 변화, 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 사이의 거리 변화, 공진 임피던스의 변화, 임피던스 미스 매칭 등에 의하여 무선 전력 전송의 효율이 감소하는 현상이 발생할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송의 효율을 높이기 위해, 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 각각의 공진 대역폭을 지나치게 좁게(narrow) 설정하면, 외부의 작은 영향에도 임피던스 미스매칭 등이 쉽게 발생할 수 있다. 임피던스 미스매칭을 고려하면, 수학식 1은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013032903465-pat00008
소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 간의 공진 대역폭 또는 임피던스 매칭 주파수의 대역폭을 불평형(unbalance) 관계로 유지하는 경우, 결합 계수 K의 변화, 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 사이의 거리 변화, 공진 임피던스의 변화, 임피던스 미스매칭 등에 의하여 무선 전력 전송의 효율이 감소하는 현상이 발생할 수 있다.
수학식 1 및 수학식 3에 따르면, 소스 공진기(631)와 타겟 공진기(633) 간의 공진 대역폭 또는 임피던스 매칭 주파수의 대역폭을 불평형(unbalance) 관계로 유지하면, 소스 공진기(631)의 큐-팩터와 타겟 공진기(633)의 큐-팩터는 서로 불평형(unbalance) 관계가 유지된다.
도 6에서, 소스(610)는 타겟(620)의 웨이크-업을 위한 웨이크 업 전력을 무선으로 전송하고, 무선 전력 전송 네트워크를 구성하기 위한 구성 신호(configuration signal)를 브로드캐스트할 수 있다. 소스는(610)는 상기 구성 신호(configuration signal)의 수신 감도 값을 포함하는 서치 프레임을 상기 타겟(620)으로부터 수신하고, 상기 타겟(620)의 조인을 허락하고, 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 타겟(620)을 식별하기 위한 식별자를 상기 타겟(620)으로 전송하고, 전력 제어를 통해 충전 전력을 생성하고, 상기 충전 전력을 무선으로 상기 타겟(620)에 전송할 수 있다.
또한, 타겟(620)은 복수의 소스 디바이스들 중 적어도 하나로부터 웨이크 업 전력을 수신하고, 상기 웨이크-업 전력을 사용하여 통신 기능을 활성화하고, 상기 복수의 소스 디바이스들 각각의 무선 전력 전송 네트워크를 구성하기 위한 구성 신호를 수신하고, 상기 구성 신호의 수신 감도에 기초하여 소스(610)를 선택하고, 상기 선택된 소스(610)로부터 전력을 무선으로 수신할 수 있다.
도 7 내지 도 9에서 "공진기"는 소스 공진기 및 타겟 공진기를 포함할 수 있다.
도 7는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.
별도의 피더를 통해 공진기가 전력을 공급받는 경우에는 피더에서 자기장이 발생하고, 공진기에서도 자기장이 발생한다.
도 7의 (a)를 참조하면, 피더(710)에서 입력 전류가 흐름에 따라 자기장(730)이 발생한다. 피더(710) 내부에서의 자기장의 방향(731)과 외부에서의 자기장의 방향(733)은 서로 반대 위상을 가질 수 있다. 피더(710)에서 발생하는 자기장(730)에 의해 공진기(720)에서 유도 전류가 발생할 수 있다. 이때 유도 전류의 방향은 입력 전류의 방향과 반대일 수 있다.
유도 전류에 의해 공진기(720)에서 자기장(740)이 발생한다. 자기장의 방향은 공진기(720)의 내부에서는 동일한 방향을 가진다. 따라서, 공진기(720)에 의해 피더(710)의 내부에서 발생하는 자기장의 방향(741)과 피더(710)의 외부에서 발생하는 자기장의 방향(743)은 동일한 위상을 가진다.
결과적으로 피더(710)에 의해서 발생하는 자기장과 공진기(720)에서 발생하는 자기장을 합성하면, 피더(710)의 내부에서는 자기장의 세기가 약화되고, 피더(710)의 외부에서는 자기장의 세기가 강화된다. 따라서, 도 7과 같은 구조의 피더(710)를 통해 공진기(720)에 전력을 공급하는 경우에, 공진기(720) 중심에서 자기장의 세기가 약하고, 외곽에서 자기장의 세기가 강하다. 공진기(720) 상에서 자기장의 분포가 균일(uniform)하지 않은 경우, 입력 임피던스가 수시로 변화하므로 임피던스 매칭을 수행하는 것이 어렵다. 또한, 자기장의 세기가 강한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘되고, 자기장의 세기가 약한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘 되지 않으므로, 평균적으로 전력 전송 효율이 감소한다.
도 7의 (b)는 소스 공진기(750)와 피더(760)가 공통의 접지를 가진 무선 전력 전송 장치의 구조를 도시한다. 소스 공진기(750)는 캐패시터(751)를 포함할 수 있다. 피더(760)는 포트(761)를 통하여, RF 신호를 입력 받을 수 있다. 피더(760)에는 RF 신호가 입력되어, 입력 전류가 생성될 수 있다. 피더(760)에 흐르는 입력 전류는 자기장을 생성하고, 상기 자기장으로부터 소스 공진기(750)에 유도 전류가 유도될 수 있다. 또한, 소스 공진기(750)를 흐르는 유도 전류로부터 자기장이 발생한다. 이때, 피더(760)에 흐르는 입력 전류의 방향과 소스 공진기(750)에 흐르는 유도 전류의 방향은 서로 반대 위상을 가진다. 따라서, 소스 공진기(750)와 피더(760) 사이의 영역에서, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(771)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(773)은 동일한 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 강화된다. 반면에, 피더(760)의 내부에서는, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(781)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(783)은 반대 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 소스 공진기(750)의 중심에서는 자기장의 세기가 약해지고, 소스 공진기(750)의 외곽에서는 자기장의 세기가 강화될 수 있다.
피더(760)는 피더(760) 내부의 면적을 조절하여, 입력 임피던스를 결정할 수 있다. 여기서 입력 임피던스는 피더(760)에서 소스 공진기(750)를 바라볼 때, 보이는 임피던스를 의미한다. 피더(760) 내부의 면적이 커지면 입력 임피던스는 증가하고, 내부의 면적이 작아지면 입력 임피던스는 감소한다. 그런데, 입력 임피던스가 감소하는 경우에도, 소스 공진기(750) 내부의 자기장 분포는 일정하지 않으므로, 타겟 디바이스의 위치에 따라 입력 임피던스 값이 일정하지 않다. 따라서, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하다. 입력 임피던스가 증가하는 경우에는 큰 입력 임피던스를 작은 출력 임피던스에 매칭시키기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요할 수 있다.
타겟 공진기가 소스 공진기(750)와 같은 구성이고, 타겟 공진기의 피더가 피더(760)와 같은 구성인 경우에도 별도의 매칭 네트워크가 필요할 수 있다. 타겟 공진기에서 흐르는 전류의 방향과 타겟 공진기의 피더에서 흐르는 유도 전류의 방향은 서로 반대 위상을 가지기 때문이다.
도 8은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 공진기(810)는 캐패시터(811)를 포함할 수 있다. 피더(820)는 캐패시터(811)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 구조를 좀 더 구체적으로 표시한 도면이다. 이때, 공진기(810)는 제1 전송선로, 제1 도체(841), 제2 도체(842), 적어도 하나의 제1 캐패시터(850)를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(850)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(831)과 제2 신호 도체 부분(832) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(850)에 갇히게 된다. 일반적으로, 전송 선로는 상부에 적어도 하나의 도체, 하부에 적어도 하나의 도체를 포함하며, 상부에 있는 도체를 통해서는 전류가 흐르며, 하부에 있는 도체는 전기적으로 그라운드 된다(grounded). 본 명세서에서는 제1 전송 선로의 상부에 있는 도체를 제1 신호 도체 부분(831)과 제2 신호 도체 부분(832)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(833)으로 부르기로 한다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 공진기는 2 차원 구조의 형태를 가질 수 있다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(831) 및 제2 신호 도체 부분(832)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(833)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(831) 및 제2 신호 도체 부분(832)과 제1 그라운드 도체 부분(833)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(831) 및 제2 신호 도체 부분(832)을 통하여 흐른다.
또한, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(831)의 한쪽 단은 제1 도체(841)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(850)와 연결될 수 있다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(832)의 한쪽 단은 제2 도체(842)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(850)와 연결될 수 있다. 결국, 제1 신호 도체 부분(831), 제2 신호 도체 부분(832) 및 제1 그라운드 도체 부분(833), 도체들(841, 842)은 서로 연결됨으로써, 공진기는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다'고 함은 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
제1 캐패시터(850)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1 캐패시터(850)는 제1 신호 도체 부분(831) 및 제2 신호 도체 부분(832) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(850)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(850)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 소스 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 가질 수 있다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다.
대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.
이 때, 집중 소자로서 삽입된 제1 캐패시터(850)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(850)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 제1 캐패시터(850)의 캐패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 소스 공진기가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 소스 공진기가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 소스 공진기가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 제1 캐패시터(850)의 캐패시턴스가 정해질 수 있다.
MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 예를 들어, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(850)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(850)에 집중되므로, 제1 캐패시터(850)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(850)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 큐-팩터는 무선 전력 전송에 있어서 저항 손실(ohmic loss)의 정도 또는 저항(resistance)에 대한 리액턴스의 비를 나타내는데, 큐-팩터가 클수록 무선 전력 전송의 효율이 큰 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도 8의 (b)에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 피더(820)는 제2 전송선로, 제3 도체(871), 제4 도체(872), 제5 도체(881) 및 제6 도체(882)를 포함할 수 있다.
제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(861) 및 제4 신호 도체 부분(862)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(863)을 포함할 수 있다. 제3 신호 도체 부분(861) 및 제4 신호 도체 부분(862)과 제2 그라운드 도체 부분(863)은 서로 마주보게 배치될 수 있다. 전류는 제3 신호 도체 부분(861) 및 제4 신호 도체 부분(862)을 통하여 흐른다.
또한, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(861)의 한쪽 단은 제3 도체(871)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제5 도체(881)와 연결될 수 있다. 그리고, 제4 신호 도체 부분(862)의 한쪽 단은 제4 도체(872)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제6 도체 (882)와 연결될 수 있다. 제5 도체(881)는 제1 신호 도체 부분(831)과 연결되고, 제6 도체 (882)는 제2 신호 도체 부분(832)과 연결될 수 있다. 제5 도체(881)와 제6 도체(882)는 제1 캐패시터(850)의 양단에 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 제5 도체(881) 및 제6 도체(882)는 RF 신호를 입력 받는 입력 포트로 사용될 수 있다.
결국, 제3 신호 도체 부분(861), 제4 신호 도체 부분(862) 및 제2 그라운드 도체 부분(863), 제3 도체(871), 제4 도체(872), 제5 도체(881), 제6 도체(882) 및 공진기(810)는 서로 연결됨으로써, 공진기(810) 및 피더(820)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 가질 수 있다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다. 제5 도체(881) 또는 제6 도체(882)를 통하여 RF 신호가 입력되면, 입력 전류는 피더(820) 및 공진기(810)에 흐르게 되고, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장에 의하여, 공진기(810)에 유도 전류가 유도된다. 피더(820)에서 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(810)에서 흐르는 유도 전류의 방향이 동일하게 형성됨으로써, 공진기(810)의 중앙에서는 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(810)의 외곽에서는 자기장의 세기가 약화된다.
공진기(810)와 피더(820) 사이 영역의 면적에 의해 입력 임피던스가 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크는 필요하지 않다. 매칭 네트워크가 사용되는 경우에도, 피더(820)의 크기를 조절함으로써, 입력 임피던스를 결정할 수 있기 때문에, 매칭 네트워크의 구조는 단순해질 수 있다. 단순한 매칭 네트워크 구조는 매칭 네트워크의 매칭 손실을 최소화한다.
제2 전송 선로, 제3 도체(871), 제4 도체(872), 제5 도체(881), 제6 도체(882) 는 공진기(810)와 동일한 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 공진기(810)가 루프 구조인 경우에는 피더(820)도 루프 구조일 수 있다. 또한, 공진기(810)가 원형 구조인 경우에는 피더(820)도 원형 구조일 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 피더의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
무선 전력 전송에서 피딩은, 소스 공진기에 전력을 공급하는 것을 의미한다. 또한, 무선 전력 전송에서 피딩은, 정류기에 AC 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. 도 9의 (a)는 피더에서 흐르는 입력 전류의 방향 및 소스 공진기에서 유도되는 유도 전류의 방향을 도시한다. 또한, 도 9의 (a)는 피더의 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향 및 소스 공진기의 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향을 나타낸다. 도 9의 (a)는 도 9의 공진기(910) 및 피더(920)를 좀 더 간략하게 표현한 도면이다. 도 9의 (b)는 피더와 공진기의 등가회로를 나타낸다.
도 9의 (a)를 참조하면, 피더의 제5 도체 또는 제6 도체는 입력 포트(910)로 사용될 수 있다. 입력 포트(910)는 RF 신호를 입력 받는다. RF 신호는 전력 증폭기로부터 출력될 수 있다. 전력 증폭기는 타겟 디바이스의 필요에 따라 RF 신호의 진폭을 증감시킬 수 있다. 입력 포트(910)에서 입력된 RF 신호는 피더에 흐르는 입력 전류의 형태로 표시될 수 있다. 피더를 흐르는 입력 전류는 피더의 전송선로를 따라 시계방향으로 흐른다. 그런데, 피더의 제5 도체는 공진기와 전기적으로 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제5 도체는 공진기의 제1 신호 도체 부분과 연결될 수 있다. 따라서 입력 전류는 피더 뿐만 아니라 공진기에도 흐르게 된다. 공진기에서 입력 전류는 반시계 방향으로 흐른다. 공진기에 흐르는 입력 전류에 의하여 자기장이 발생하고, 상기 자기장에 의해 공진기에 유도 전류가 생성된다. 유도 전류는 공진기에서 시계방향으로 흐른다. 이때 유도 전류는 공진기의 캐패시터에 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 유도 전류에 의해 자기장이 발생한다. 도 9의 (a)에서 피더 및 공진기에 흐르는 입력 전류는 실선으로 표시되고, 공진기에 흐르는 유도 전류는 점선으로 표시되었다.
전류에 의해 발생하는 자기장의 방향은 오른나사의 법칙을 통해 알 수 있다. 피더 내부에서, 피더에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(921)과 공진기에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(923)은 서로 동일하다. 따라서, 피더 내부에서 자기장의 세기가 강화된다.
또한, 피더와 공진기 사이의 영역에서, 피더에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(933)과 소스 공진기에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(931)은 서로 반대 위상이다. 따라서, 피더와 공진기 사이의 영역에서, 자기장의 세기는 약화된다.
루프 형태의 공진기에서는 일반적으로 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약하고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 강하다. 그런데 도 9의 (a)를 참조하면, 피더가 공진기의 캐패시터 양단에 전기적으로 연결됨으로써 공진기의 유도 전류의 방향과 피더의 입력 전류의 방향이 동일해 진다. 공진기의 유도 전류의 방향과 피더의 입력 전류의 방향이 동일하기 때문에, 피더의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피더의 외부에서는 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 루프 형태의 공진기의 중심에서는 피더로 인하여 자기장의 세기가 강화되고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다. 그러므로 공진기 내부에서는 전체적으로 자기장의 세기가 균일해질 수 있다.
한편, 소스 공진기에서 타겟 공진기로 전달되는 전력 전송의 효율은 소스 공진기에서 발생하는 자기장의 세기에 비례하므로, 소스 공진기의 중심에서 자기장의 세기가 강화됨에 따라 전력 전송 효율도 증가할 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, 피더(940) 및 공진기(950)는 등가회로로 표현될 수 있다. 피더(940)에서 공진기 측을 바라볼 때 보이는 입력 임피던스 Zin은 다음의 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013032903465-pat00009
여기서, M은 피더(940)와 공진기(950) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고, ω는 피더(940)와 공진기(950) 간의 공진 주파수를 의미하고, Z는 공진기(950)에서 타겟 디바이스 측을 바라볼 때 보이는 임피던스를 의미할 수 있다.
Zin은 상호 인덕턴스 M에 비례할 수 있다. 따라서, 피더(940) 및 공진기(950) 간의 상호 인덕턴스를 조절함으로써 Zin을 제어할 수 있다. 상호 인덕턴스 M은 피더(940)와 공진기(950) 사이 영역의 면적에 따라 조절될 수 있다. 피더(940)의 크기에 따라 피더(940)와 공진기(950) 사이 영역의 면적이 조절될 수 있다. Zin은 피더(940)의 크기에 따라 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 임피던스 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하지 않다.
무선 전력 수신 장치에 포함된 타겟 공진기 및 피더도 위와 같은 자기장의 분포를 가질 수 있다. 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 마그네틱 커플링을 통하여 무선 전력을 수신할 수 있다. 이때 수신되는 무선 전력을 통하여 타겟 공진기에서는 유도 전류가 생성될 수 있다. 타겟 공진기에서 유도 전류에 의해 발생한 자기장은 피더에 다시 유도 전류를 생성할 수 있다. 이때, 도 9의 (a)의 구조와 같이 타겟 공진기와 피더가 연결되면, 타겟 공진기에서 흐르는 전류의 방향과 피더에서 흐르는 전류의 방향은 동일해진다. 따라서, 피더의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피더와 타겟 공진기 사이의 영역에서는 자기장의 세기가 약화될 수 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 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. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 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.
400: 하이패스 시스템
410: 전력송신장치
420: 차량감지장치
430: 하이패스 단말기
431: 차량

Claims (18)

  1. 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 통신제어부로 전달하는 전력단; 및
    요금 부과 과정을 수행하기 위해 상기 전력을 이용하여 요금소 설치 장비와 통신하는 통신제어부; 및
    상기 요금소 설치 장비가 상기 미리 정한 조건에 따라 발생시킨 전력을 무선 전력 전송으로 수신하는 전력수신부
    를 포함하는 하이패스 단말기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정한 조건은,
    차량이 요금소에 도착하는 경우, 상기 차량이 상기 요금소를 통과하는 경우 중 적어도 하나
    를 포함하는 하이패스 단말기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력단은,
    상기 통신제어부로 전달되는 전력을 미리 충전하는 전력저장부
    를 포함하는 하이패스 단말기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력저장부를 충전하는 전력을 생산하는 전력수확부
    를 더 포함하는 하이패스 단말기.
  6. 제4항에 있어서,
    하이패스 관련정보를 차량의 운전자에게 제공하는 부가기능부
    를 더 포함하는 하이패스 단말기.
  7. 미리 정한 조건에 따라 차량도착정보를 발생시키는 차량감지장치;
    상기 차량도착정보에 기초하여 차량에 설치된 하이패스 단말기로 전력을 전달하는 전력송신장치; 및
    상기 전력송신장치로부터 수신한 전력을 이용하여 요금 부과 과정을 수행하는 하이패스 단말기
    를 포함하는 하이패스 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 미리 정한 조건은
    상기 차량감지장치가 차량의 도착을 감지하는 경우 및 차량의 통과를 감지하는 경우 중 적어도 하나
    를 포함하는 하이패스 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전력송신장치는,
    상기 하이패스 단말기로 무선으로 전력을 송신하는,
    하이패스 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 차량감지장치는,
    차량분류장치, 영상촬영장치, 중량센서 중 적어도 하나
    를 포함하는 하이패스 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 차량도착정보는,
    차량의 속도, 위치, 크기, 도착한 시간 및 통과 예상 시간 중 적어도 하나
    를 포함하는 하이패스 시스템.
  12. 하이패스 단말기가 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 수신하는 단계; 및
    상기 하이패스 단말기가 요금 부과 과정을 수행하기 위해 상기 전력을 이용하여 요금소 설치 장비와 통신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 수신하는 단계는,
    상기 하이패스 단말기가 상기 요금소 설치 장비로부터 무선으로 전력을 수신하는 단계
    를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 미리 정한 조건에 따라 발생되는 전력을 수신하는 단계는,
    상기 요금소 설치 장비가 차량의 도착 또는 차량의 통과를 감지하면 발생되는 전력을 수신하는 단계
    를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법.
  14. 삭제
  15. 요금소 설치 장비가 미리 정한 조건에 따라 차량도착정보를 발생시키는 단계;
    상기 요금소 설치 장비가 상기 차량도착정보에 기초하여 전력을 하이패스 단말기로 전송하는 단계; 및
    상기 요금소 설치 장비가 요금 부과 과정을 수행하기 위해 상기 전송된 전력으로 구동되는 상기 하이패스 단말기와 통신하는 단계
    를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 미리 정한 조건에 따라 차량도착정보를 발생시키는 단계는,
    차량의 도착을 감지하거나 상기 차량의 통과를 감지하는 경우, 상기 차량도착정보를 발생시키는 단계
    를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 차량도착정보에 기초하여 전력을 하이패스 단말기로 전송하는 단계는,
    상기 하이패스 단말기로 전력을 무선으로 전송하는 단계
    를 포함하는 하이패스 시스템 전력 공급 방법.
  18. 제12항, 제13항, 제15항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장매체.
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