KR102106995B1 - 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법에 관한 것으로, 자로로 활용되는 건물 내 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 송신 공진기, 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 수신 공진기 및 복수개의 송신 공진기를 제어하여 전력에 대응되는 전자파를 복수개의 수신 공진기로 전송하는 프로세서를 포함할 수 있고, 다른 실시 예로도 적용이 가능하다.

Description

건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법{System and Method for Wireless Power Transfer Using Structure in Building}

본 발명은 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법에 관한 것으로, 건물 내 구조물인 H자형 빔을 자로(magnetic path)로 이용하여 자기공진방식으로 전력을 무선 전송하는 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법에 관한 것이다.

주민들의 편의 및 건물의 효율적인 관리를 위하여 아파트, 사무실 등의 건물에는 조명, 폐쇄회로카메라, 적외선 센서, 온도 센서, 에어컨디셔너, 컴퓨터 등 전기를 이용하여 동작하는 다양한 제품들이 설치된다. 이와 같은 제품들을 동작시키기 위해서 건물 내부에는 제품들에 전원을 공급하기 위해 배전을 설계하고, 각 배전에 콘센트 박스를 연결해야 한다. 이로 인해, 건물 내부에 배전 설비가 점점 복잡해지고 있는 추세이다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 최근에는 복잡한 배전을 최소화하여 제품들에 전원을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술이 개발되고 있다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시 예들은 건물 내 구조물인 H자형 빔을 자로로 이용하여 건물 내 배전을 최소화할 수 있는 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예들은 H자형 빔에 다수의 송신 공진기와 수신 공진기를 구현하여 실시간으로 전력을 배분할 수 있는 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템은, 자로로 활용되는 건물 내 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 송신 공진기, 상기 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 수신 공진기 및 상기 복수개의 송신 공진기를 제어하여 전력에 대응되는 전자파를 상기 복수개의 수신 공진기로 전송하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 구조물은, 상기 건물 내 설치된 H자형 빔인 것을 특징으로 한다.

또한, 전력을 공급하는 전력원을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 프로세서는, 상기 건물 내 전력소비량을 확인하고, 추가 전력이 필요한 위치를 확인하는 것을 특징으로 한다.

또한, 프로세서는, 상기 확인된 위치에 대응되는 상기 수신 공진기로 상기 전자파를 전송하는 적어도 하나의 송신 공진기를 확인하는 것을 특징으로 한다.

또한, 프로세서는, 상기 확인된 적어도 하나의 송신 공진기를 제어하여 상기 전자파의 위상, 주파수 및 상기 송신 공진기에 커플링된 상기 수신 공진기의 개수 중 적어도 하나를 변환하는 것을 특징으로 한다.

또한, 프로세서는, 상기 전력원에서 공급되는 전력이 변환된 상기 전자파를 상기 자로마다 기설정된 비율로 분배하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 방법은, 프로세서가 자로로 활용되는 건물 내 구조물마다 분배해야 하는 기설정된 전자파의 비율을 확인하는 단계 및 상기 프로세서가 상기 비율에 따라 상기 전자파를 분배하고, 상기 프로세서의 제어를 기반으로 상기 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 송신 공진기가 상기 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 수신 공진기로 상기 전자파를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전자파를 전송하는 단계 이후에, 상기 프로세서가 지속적으로 건물 내 전력소비량을 확인하는 단계, 상기 프로세서가 추가 전력이 필요한 위치를 확인하는 단계, 상기 프로세서가 상기 확인된 위치에 대응되는 상기 수신 공진기로 상기 전자파를 전달하는 적어도 하나의 송신 공진기를 확인하는 단계 및 상기 프로세서가 상기 적어도 하나의 송신 공진기를 제어하여 상기 전자파의 위상, 주파수 및 상기 송신 공진기에 커플링된 상기 수신 공진기의 개수 중 적어도 하나를 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법은, 건물 내 구조물인 H자형 빔을 자로로 이용하여 건물 내 존재하는 제품에 무선으로 전력을 전송함으로써, 건물 내의 배전 설비가 복잡해지는 문제점을 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법은, H자형 빔에 다수의 송신 공진기와 수신 공진기를 구현함으로써, 실시간으로 전력을 배분할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 H자형 빔을 자로로 이용한 무선 전력 전송 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 송신 공진기와 하나의 수신 공진기의 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 H자형 빔을 자로로 이용한 무선 전력 전송 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 송신 공진기와 하나의 수신 공진기의 회로를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(이하, 시스템이라 함)은 건물 내 구조물인 H자형 빔(10), 복수개의 송신 공진기(110) 및 복수개의 수신 공진기(111)를 포함할 수 있다. 이때, H자형 빔(10)은 도 1과 같이 교차되면서 설치되고, 수신 공진기(111)는 송신 공진기(110)가 형성된 H자형 빔과 교차되어 설치된 H자형 빔에 형성될 수 있다.

건물은 복수의 층으로 구성되어 복수의 공간(예컨대, 방)이 형성될 수 있고, 도 1은 하나의 층에 구성된 두 개의 공간(A, B)(예컨대, 방)을 예로 도시한 것이다. 각 공간(A, B)에는 전력을 소비하는 제품들이 구비되어 있다. 각 제품들에는 하기에서 설명되는 전자파에 의해 전력이 공급된다. 건물 내에는 전력을 공급하는 전력원(미도시)이 구비될 수 있고, 전력원과 연결된 전자파발생부(미도시)는 전력원에서 공급되는 전력을 전자파로 변환한다. 이때, 전력원은 적어도 하나의 송신 공진기와 연결된 전자파발생부로 전력을 제공할 수 있다.

전자파발생부에서 변환된 전자파는 자로(magnetic path)로 이용되는 H자형 빔(10)을 통해 송신 공진기(110)로 분배될 수 있고, 수신 공진기(111)는 복수의 송신 공진기(110)로부터 전자파를 수신할 수 있다. 이때, 복수개의 송신 공진기(110)와 복수개의 수신 공진기(111)는 H자형 빔(10)에는 권선된 코일에 의해 형성되고, 특정 주파수를 통해 송신 공진기(110)에서 수신 공진기(111)로 전자파가 전송될 수 있다. 이를 위해, 프로세서는 제1 공간(A)에 형성된 제1 수신 공진기(111a)와 제2 수신 공진기(111b)에 연결된 제품들을 사용할 때 필요한 전력의 양을 확인하고, 제2 공간(B)에 형성된 제3 수신 공진기(111c)와 제4 수신 공진기(111d)에 연결된 제품들을 사용할 때 필요한 전력의 양을 확인할 수 있다.

프로세서는 확인된 전력의 양을 기반으로 H자형 빔(10)마다 전자파를 분배해야 하는 비율을 확인하고, 송신 공진기(110)를 제어하여 각 수신 공진기(111)에 전자파를 전송한다. 예컨대, 제1 수신 공진기(111a)에 연결된 제품들 사용시 필요한 전력이 800W일 경우, 제1 수신 공진기(111a)는 제1 송신 공진기(110a), 제2 송신 공진기(110b), 제3 송신 공진기(110c) 및 제4 송신 공진기(110d)로부터 각각 200W의 전력에 대응되는 전자파가 전송될 수 있다. 또한, 제2 수신 공진기(111b)에 연결된 제품들 사용시 필요한 전력이 600W일 경우, 제2 수신 공진기(111b)는 제2 송신 공진기(110b) 및 제3 송신 공진기(110c)로부터 각각 300W의 전력에 대응되는 전자파를 전달받을 수 있다. 아울러, 제1 송신 공진기(110a)와 제2 송신 공진기(110b)가 연결된 전력원이 600W일 경우, 전자파발생부는 프로세서의 제어에 의해 600W가 변환된 전자파를 2:3의 비율로 분배하여 제1 송신 공진기(110a)와 제2 송신 공진기(110b)로 각각 전송할 수 있다. 이와 같이, 제3 수신 공진기(111c)는 제3 송신 공진기(110c) 및 제6 송신 공진기(110f)로부터 전자파를 전달받고, 제4 수신 공진기(111d)는 제3 송신 공진기(110c), 제4 송신 공진기(110d), 제5 송신 공진기(110e) 및 제6 송신 공진기(110f)로부터 전자파를 전달받는다.

수신 공진기(111)는 전달된 전자파를 전력으로 변환하여 수신 공진기(111)에 연결된 콘센트 박스에 유선으로 연결되어 동작하는 제품으로 전달할 수 있고, 콘센트 박스는 축전장치를 포함할 수 있다. 축전장치는 콘센트 박스에 제품이 연결되지 않아 전력을 소모하지 않을 때 송신 공진기(110)로부터 수신된 전력을 저장할 수 있다. 아울러, 제2 송신 공진기(110b), 제3 송신 공진기(110c) 및 제2 수신 공진기(111b)에 대한 회로는 도 2와 같다. 제2 송신 공진기(110b) 및 제3 송신 공진기(110c)는 프로세서에 의해 제2 수신 공진기(111b)로 전자파의 제공을 활성화/비활성화할 수 있다. 도 2와 같이 송신 공진기(110)와 수신 공진기(111)는 직렬형태로 설계될 수 있고, 병렬형태로 설계될 수도 있다.

프로세서는 지속적으로 제1 수신 공진기(111a), 제2 수신 공진기(111b), 제3 수신 공진기(111c) 및 제4 수신 공진기(111d)에서 소비되는 전력소비량을 확인한다. 즉, 프로세서는 각 수신 공진기(111)에 무선으로 연결되거나, 수신 공진기(111)에 연결된 콘센트 박스에 유선으로 연결되어 동작하는 제품에서의 전력소비량을 지속적으로 확인할 수 있다.

프로세서는 전력소비량을 기반으로 추가 전력이 필요한 위치를 확인할 수 있고, 확인된 위치에 형성된 수신 공진기를 확인할 수 있다. 예컨대, 프로세서는 제2 수신 공진기(111b)에 연결된 제품이 기설정된 전력의 양보다 더 많은 양의 전력 소비가 필요한 것으로 확인된 경우, 프로세서는 제2 수신 공진기(111b)에 추가 전력이 필요한 것으로 확인할 수 있다.

프로세서는 제2 수신 공진기(111b)에 전자파를 제공하는 송신 공진기가 제2 송신 공진기(110b)와 제3 송신 공진기(110c)임을 확인할 수 있다. 프로세서는 제2 송신 공진기(110b) 및 제3 송신 공진기(110c) 중 적어도 하나의 공진기에서 전자파를 전달하는 주파수의 위상 천이, 주파수의 진폭 변화 및 송수신기의 구조 변경 중 적어도 하나를 통해 제2 수신 공진기(111b)로 추가 전력을 제공할 수 있다. 예컨대, 프로세서는 제2 송신 공진기(110b) 및 제3 송신 공진기(110c) 중 적어도 하나의 공진기에서 전자파를 전달하는 주파수의 위상 천이를 통해 제2 수신 공진기(111b)로 전송하고, 제2 수신 공진기(111b)는 수신된 전자파를 전력으로 변환하여 콘센트 박스에 유선으로 연결된 제품으로 전달할 수 있다. 또한, 프로세서는 제2 송신 공진기(110b)와 커플링된 제1 수신 공진기(111a) 및 제2 수신 공진기(111b) 중에서 제2 송신 공진기(110b)가 제2 수신 공진기(111b)와 커플링되도록 수신 공진기의 개수를 제어함으로써 송수신기의 구조를 변경하여 제2 수신 공진기(111b)로 추가 전력을 제공할 수 있다. 아울러, 본 발명에서는 수신 공진기의 개수를 제어하여 송수신기의 구조를 변경하는 것을 예로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 프로세서는 추가 전력이 필요한 수신 공진기와 커플링된 송신 공진기의 개수를 제어함으로써 수신 공진기에 추가 전력을 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 301단계에서 프로세서(미도시)는 기설정된 건물 내에서 필요한 전력의 양을 확인하고, 확인된 전력의 양을 기반으로 H자형 빔(H-Beam)마다 전자파를 분배해야 하는 분배비율을 확인한다. 303단계에서 프로세서는 확인된 분배비율로 전력이 변환된 전자파를 분배한다. 보다 구체적으로, 건물 내에서 전력은 무선으로 전송되고, 이를 위해 무선 전력 전송 시스템은 전력원(미도시)에서 공급되는 전력을 전자파로 변환하기 위한 전자파발생부(미도시)를 포함할 수 있다. 전력이 변환된 전자파는 자로(magnetic path)로 동작하는 건물 내 구조물 즉, H자형 빔(10)에 감긴 코일에 의해 형성된 송신 공진기(110) 및 수신 공진기(111)를 통해 건물 내에서 분배될 수 있다.

305단계에서 프로세서는 실시간으로 건물 내 전력소비량을 확인하고, 307단계를 수행한다. 307단계에서 프로세서는 추가 전력의 필요 여부를 확인한다. 307단계의 확인결과, 추가 전력이 필요한 것으로 확인되면 프로세서는 309단계를 수행하고, 추가 전력이 필요하지 않은 것으로 확인되면 305단계로 회귀하여 지속적으로 건물 내 전력소비량을 확인할 수 있다. 309단계에서 프로세서는 추가 전력이 필요한 수신 공진기(111)를 확인하고, 확인된 수신 공진기(111)로 전자파를 분배하는 적어도 하나의 송신 공진기(110)를 제어한다. 보다 구체적으로, 프로세서는 추가 전력이 필요한 수신 공진기를 확인하고, 확인된 수신 공진기로 전자파를 전송하는 적어도 하나의 송신 공진기를 확인할 수 있다. 프로세서는 추가 전력을 수신 공진기에 연결된 콘센트 박스로 제공할 수 있도록 확인된 적어도 하나의 송신 공진기에서 전자파를 출력할 때 주파수의 위상 천이, 주파수의 진폭 변화 및 송신 공진기와 커플링된 수신 공진기의 개수 제어 중 적어도 하나를 통해 수신 공진기로 추가 전력을 제공할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (9)

1. 자로로 활용되는 건물 내 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 송신 공진기;
   상기 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 수신 공진기; 및
   상기 복수개의 송신 공진기를 제어하여 전력에 대응되는 전자파를 상기 복수개의 수신 공진기로 전송하고, 상기 건물 내 전력소비량을 확인하여 추가 전력이 필요한 위치를 확인하는 프로세서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구조물은,
   상기 건물 내 설치된 H자형 빔인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전력을 공급하는 전력원;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 확인된 위치에 대응되는 상기 수신 공진기로 상기 전자파를 전송하는 적어도 하나의 송신 공진기를 확인하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 확인된 적어도 하나의 송신 공진기를 제어하여 상기 전자파의 위상, 주파수 및 상기 송신 공진기와 커플링된 상기 수신 공진기의 개수 중 적어도 하나를 변환하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
7. 제3항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 전력원에서 공급되는 전력이 변환된 상기 전자파를 상기 자로마다 기설정된 비율로 분배하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
8. 프로세서가 자로로 활용되는 건물 내 구조물마다 분배해야 하는 기설정된 전자파의 비율을 확인하는 단계; 및
   상기 프로세서가 상기 비율에 따라 상기 전자파를 분배하고, 상기 프로세서의 제어를 기반으로 상기 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 송신 공진기가 상기 구조물에 권선된 코일에 의해 형성된 복수개의 수신 공진기로 상기 전자파를 전송하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 전자파를 전송하는 단계 이후에,
   상기 프로세서가 지속적으로 건물 내 전력소비량을 확인하는 단계;
   상기 프로세서가 추가 전력이 필요한 위치를 확인하는 단계;
   상기 프로세서가 상기 확인된 위치에 대응되는 상기 수신 공진기로 상기 전자파를 전달하는 적어도 하나의 송신 공진기를 확인하는 단계; 및
   상기 프로세서가 상기 적어도 하나의 송신 공진기를 제어하여 상기 전자파의 위상, 주파수 및 상기 송신 공진기에 커플링된 상기 수신 공진기의 개수 중 적어도 하나를 변환하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.

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