KR102108919B1 - 무선전력의 전송 효율을 개선하는 장치 및 그 방법 - Google Patents

무선전력의 전송 효율을 개선하는 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR102108919B1
KR102108919B1 KR1020180158333A KR20180158333A KR102108919B1 KR 102108919 B1 KR102108919 B1 KR 102108919B1 KR 1020180158333 A KR1020180158333 A KR 1020180158333A KR 20180158333 A KR20180158333 A KR 20180158333A KR 102108919 B1 KR102108919 B1 KR 102108919B1
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wireless power
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이범선
나세훈
김건영
김용욱
부승현
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경희대학교 산학협력단
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling

Abstract

본 발명은 무선전력의 전송 효율을 개선하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 무선전력 제어장치는 복수의 송신기 및 적어도 하나 이상의 수신기 사이에서 무선전력의 수신 효율을 측정하고, 측정된 수신 효율에 기초하여 복수의 송신기의 입력전압 값 및 적어도 하나 이상의 수신기의 부하저항 값을 결정하는 전력 결정부와, 결정된 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율이 최대가 되는 부하저항 값인 최적 부하저항 값을 도출하는 부하저항 조정부를 포함한다.

Description

무선전력의 전송 효율을 개선하는 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING TRANSMISSION EFFICIENCY OF WIRELESS POWER}
본 발명은 무선전력의 전송 효율을 개선하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선전력 전송 시스템에서 송신기의 전력을 제어하여 최대 전송 효율을 가지도록 하는 기술적 사상에 관한 것이다.
무선 전력 전송 시스템은 전기 에너지를 무선으로 전송하는 무선전력 송신기와 무선전력 송신기로부터 전기 에너지를 수신하는 무선전력 수신기를 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.
한편, 전자기파 방식의 무선 전력 전송 시스템을 상용화하기 위해 최우선적으로 고려해야할 사안은 인체에 대한 유해성을 최소화하는 것이다.
구체적으로, 기존에는 비콘을 이용하여 충전기기의 위치를 전달받고 레트로 다이렉티브(Retro-directive) 안테나 또는 빔 포밍을 통하여 무선전력을 전송하는 무선전력 송신기가 존재하였다.
한편, 현재 개발되고 있는 자기 공진 방식의 무선전력전송 기술은 무선전력 송신기 및 수신기 간의 거리가 변화함에 따라 전력 전송 효율이 크게 변화하여 근거리에서만 무선 충전이 가능 하다는 단점이 있다.
또한, 수신기의 위치를 보다 자유롭게 충전하기 위해 개발되고 있는 다중 송신 다중 수신 무선전력 전송 기술의 경우에도 기존의 적응형 임피던스 매칭 방법만으로는 수신기 위치가 변화할 때 전력 전송 효율이 급감하는 위치가 발생하여 수신기의 위치가 한정된다는 한계가 있다.
한국공개특허 제10-2015-0004474호 "중계 공진기를 포함하는 무선 전력 전송 방법 및 시스템" 한국등록특허 제10-1445082호 "시스템 성능 지수와 다수의 송신 코일을 이용한 적응형 매칭 기술에 기반한 무선 전력전송 시스템"
본 발명은 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있는 무선전력 전송 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 무선전력 송신기와 수신기 사이의 성능지수 비율에 따라 송신기의 전력 및 수신기의 부하저항을 제어함으로써, 수신기의 위치를 보다 자유롭게 이동하며 보다 높은 효율로 전력을 전송할 수 있는 무선전력 전송 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율을 극대화할 수 있는 무선전력 전송 시스템을 제공하고자 한다.
일실시예에 따른 무선전력 제어장치는 복수의 송신기 및 적어도 하나 이상의 수신기 사이에서 무선전력의 수신 효율을 측정하고, 측정된 수신 효율에 기초하여 복수의 송신기의 입력전압 값 및 적어도 하나 이상의 수신기의 부하저항 값을 결정하는 전력 결정부와, 결정된 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율이 최대가 되는 부하저항 값인 최적 부하저항 값을 도출하는 부하저항 조정부를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 무선전력 제어장치는 결정된 입력전압 값을 복수의 송신기에 적용하고, 결정된 부하저항 값을 적어도 하나 이상의 수신기에 적용하는 전력 제어부를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 전력 결정부는 복수의 송신기 각각으로부터 적어도 하나 이상의 수신기로 송출되는 각각의 파일럿 신호에 따른 수신 효율을 순차적으로 측정하고, 순차적으로 측정된 수신 효율에 기초하여, 복수의 송신기와 적어도 하나 이상의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, 추정된 성능 지수를 고려하여 입력전압 값 및 부하저항 값을 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 전력 결정부는 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)에 M번째 송신기의 손실 저항(RM)을 반영한 값들로부터 산출되는 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 입력전압 값을 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 전력 결정부는 하기의 수학식1을 통해 산출되는 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 입력전압 값을 결정할 수 있다.
[수학식1]
Figure 112018123587908-pat00001
여기서, VM은 M번째 송신기의 입력 전압, FMN은 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수, RM은 M번째 송신기의 손실저항을 의미한다.
일측에 따르면, 전력 결정부는 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)의 제곱승을 반영한 값들로부터 산출되는 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 부하저항 값을 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 전력 결정부는 하기의 수학식2를 통해 산출되는 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 부하저항 값을 결정할 수 있다.
[수학식2]
Figure 112018123587908-pat00002
여기서,
Figure 112018123587908-pat00003
는 N번째 수신기의 최적 부하저항비, FMN은 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수를 의미한다.
일측에 따르면, 부하저항 조정부는 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가 또는 감소시키는 미세 조정을 수행하면서 수신효율을 측정하여 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 최대가 되는 지점을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 최적 부하저항 값을 도출할 수 있다.
일측에 따르면, 부하저항 조절부는 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가 또는 감소시키는 미세 조정을 수행하면서 수신효율을 측정하고 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 기설정된 오차 범위를 초과하면, 전력 결정부로 제어 신호를 출력하고, 전력 결정부는 제어 신호를 수신하면, 입력전압 값 및 부하저항 값을 재결정할 수 있다.
일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 결정부에서 복수의 송신기 및 적어도 하나 이상의 수신기 사이에서 무선전력의 수신 효율을 측정하고, 측정된 수신 효율에 기초하여 복수의 송신기의 입력전압 값 및 적어도 하나 이상의 수신기의 부하저항 값을 결정하는 단계와, 부하저항 조정부에서 결정된 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율이 최대가 되는 부하저항 값인 최적 부하저항 값을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 무선전력 제어방법은 전력 제어부에서 결정된 입력전압 값을 복수의 송신기에 적용하고, 결정된 부하저항 값을 적어도 하나 이상의 수신기에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 부하저항 값을 결정하는 단계는 전력 결정부에서 복수의 송신기 각각으로부터 적어도 하나 이상의 수신기로 송출되는 각각의 파일럿 신호에 따른 수신 효율을 순차적으로 측정하는 단계와, 전력 결정부에서 측정된 수신 효율로부터 복수의 송신기 및 적어도 하나 이상의 수신기 사이의 성능지수를 추정하는 단계 및 전력 결정부에서 성능지수룰 고려하여 수신 전력 및 부하저항 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 부하저항 값을 결정하는 단계는 전력 결정부에서 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, 전력 결정부에서 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)에 M번째 송신기의 손실 저항(RM)을 반영한 값들로부터 산출되는 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 입력전압 값을 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 부하저항 값을 결정하는 단계는 전력 결정부에서 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, 전력 결정부에서 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)의 제곱승을 반영한 값들로부터 산출되는 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 부하저항 값을 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 최적 부하저항 값을 도출하는 단계는 부하저항 조정부에서 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가 또는 감소시키는 미세 조정을 수행하면서 수신효율을 측정하여 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 최대가 되는 지점을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 최적 부하저항 값을 도출할 수 있다.
일실시예에 따르면, 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 무선전력 송신기와 수신기 사이의 성능지수 비율에 따라 송신기의 전력 및 수신기의 부하저항을 제어함으로써, 수신기의 위치를 보다 자유롭게 이동하며 보다 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다.
일실시예에 따르면, 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템이 적용되는 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1과 같은 환경에서 다양한 방식으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 송신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 MIMO 무선전력 전송 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 무선전력 제어장치를 도시하는 도면이다.
도 5는 MISO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 수신기의 위치 변화에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6b는 MISO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 전압비와 부하저항에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 MISO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 주파수에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 MIMO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 전압비와 부하저항에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 MIMO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 수신기의 이동에 따른 최적화 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 무선전력 제어방법을 도시하는 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 무선전력 제어방법에서 입력전압 값 및 부하저항 값을 결정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일실시예에 따른 무선전력 제어방법에서 부하저항 값을 미세조정 하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템이 적용되는 환경을 설명하기 위한 도면이다.
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 Transfer)을 사용할 수 있다. 또한, 전력 수신 장치의 위치나 종류에 따라 근거리 및 원거리를 커버할 수 있는 원거리 전송(Far Field Wireless Power Transfer)이 사용될 수 있다.
한편, 무선전력 수신기는 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 송신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선전력 송신기는 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 송신기만이 구비될 수도 있다.
따라서, 이하의 설명에서 무선전력 송신기는 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 MIMO 무선전력 전송 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 참조부호 300은 MIMO(Multi Input Multi Output) 무선전력 전송 환경을 나타낸다.
또한, 제1 내지 제M 송신기 및 제M+1 내지 제M+N 수신기를 구비하는 MIMO 환경에서 VM은 제M 송신기의 입력전압, IM은 제M 송신기에 흐르는 전류, IM +N은 제M+N 수신기에 흐르는 전류, CM은 제M 송신기의 공진을 위한 캐패시턴스, CM+N은 제M+N 수신기의 공진을 위한 캐패시턴스, RM은 제M 송신기의 손실저항, RM +N은 제M+N 수신기의 손실저항, RL,M은 제M 송신기의 부하저항, RL,M +N은 제M+N 수신기의 부하저항, LM은 제M 송신기의 인덕턴스, LM+N은 제M+N 수신기의 인덕턴스, rM은 제M 송신기의 반경, rM+N은 제M+N 수신기의 반경을 나타낸다.
이하에서 설명하는 무선전력 송신기 및 무선전력 수신기는 무선전력 송신 안테나 및 무선전력 수신 안테나를 의미할 수도 있다.
보다 구체적으로, 참조부호 300의 MIMO 무선전력 전송 환경은 복수의 무선전력 송신기(310) 및 복수의 무선전력 수신기(320)가 구비되고, 각각의 송신기 및 각각의 수신기 사이에서 무선전력의 전송이 이루어질 수 있다.
또한, 복수의 송신기(310) 및 수신기(320)는 내부 인덕턴스(L1, L2, ?, LM, LM+1, ?, LM+N)에 맞추어 공진하기 위한 캐패시턴스(C1, C2, ?, CM, CM+1, ?, CM+N)를 추가로 구비하여 무선전력 전송 시스템의 전송 효율을 높일 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 무선전력 제어장치를 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일실시예에 따른 무선전력 제어장치(400)는 무선전력 송신기와 수신기 사이의 성능지수 비율에 따라 송신기의 전력 및 수신기의 부하저항을 제어함으로써, 수신기의 위치를 보다 자유롭게 이동하며 보다 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다.
또한, 무선전력 제어장치(400)는 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율을 극대화할 수 있다.
이를 위해, 무선전력 제어장치(400)는 전력 결정부(410) 및 부하저항 조정부(420)를 포함할 수 있다. 또한, 무선전력 제어장치(400)는 전력 제어부(430)를 더 포함할 수도 있다.
구체적으로, 일실시예에 따른 전력 결정부(410)는 복수의 무선전력 송신기 및 적어도 하나 이상의 무선전력 수신기 사이에서 무선전력의 수신 효율을 측정하고, 측정된 수신 효율에 기초하여 복수의 송신기의 입력전압 값 및 적어도 하나 이상의 수신기의 부하저항 값을 결정할 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 무선전력 제어장치(400)는 MISO(Multi Input Single Output) 또는 MIMO(Multi Input Multi Output)의 무선전력 전송 환경에서 적용될 수 있다.
또한, 무선전력 제어장치(400)는 어느 하나의 무선전력 송신기 또는 수신기에 구비될 수 있으며, 무선전력 송신기 및 수신기와는 별도로 분리된 장치로 구현될 수도 있다.
일측에 따르면, 전력 결정부(410)는 복수의 송신기 각각으로부터 적어도 하나 이상의 수신기로 송출되는 각각의 파일럿 신호에 따른 수신 효율을 순차적으로 측정할 수 있다.
또한, 전력 결정부(410)는 순차적으로 측정된 수신 효율에 기초하여, 복수의 송신기와 적어도 하나 이상의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, 추정된 성능 지수를 고려하여 입력전압 값 및 부하저항 값을 결정할 수 있다.
구체적으로, 전력 결정부(410)는 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기와 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이에서 순차적으로 수신 효율을 측정하고, 수신 효율 측정을 통해 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 결합계수(
Figure 112018123587908-pat00004
), M번째 송신기의 Q-팩터(Q-Factor;
Figure 112018123587908-pat00005
) 및 N번째 수신기의 Q-팩터(
Figure 112018123587908-pat00006
)를 산출할 수 있다.
또한, 전력 결정부(410)는 산출된 결합계수(
Figure 112018123587908-pat00007
), M번째 송신기의 Q-팩터(
Figure 112018123587908-pat00008
) 및 N번째 수신기의 Q-팩터(
Figure 112018123587908-pat00009
)를 통해, M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(
Figure 112018123587908-pat00010
)를 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 전력 결정부(410)는 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)에 M번째 송신기의 손실 저항(RM)을 반영한 값들로부터 산출되는 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 입력전압 값을 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 전력 결정부(410)는 하기의 수학식1을 통해 산출되는 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 입력전압 값을 결정할 수 있다.
[수학식1]
Figure 112018123587908-pat00011
여기서, VM은 M번째 송신기의 입력 전압, FMN은 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수, RM은 M번째 송신기의 손실저항을 의미한다.
일측에 따르면, 전력 결정부(410)는 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)의 제곱승을 반영한 값들로부터 산출되는 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 부하저항 값을 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 전력 결정부(410)는 하기의 수학식2를 통해 산출되는 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 부하저항 값을 결정할 수 있다.
[수학식2]
Figure 112018123587908-pat00012
여기서,
Figure 112018123587908-pat00013
는 N번째 수신기의 최적 부하저항비, FMN은 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수를 의미한다.
예를 들면, N개의 수신기 각각은 수학식2를 통해, 모두 동일한 최적 부하저항비(
Figure 112018123587908-pat00014
)가 적용될 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 전력 결정부(410)는 무선전력 전송 효율을 극대화할 수 있는 송신기의 입력전압 값 및 수신기의 부하저항 값을 전술한 수학식1과 수학식2를 통해 도출할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 결정부(410)에서 송신기의 입력전압비와 최적 부하저항비를 산출하는 수학식1 및 수학식2는 이후 실시예 도 5 내지 도 9를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
또한, 일실시예에 따른 전력 결정부(410)에서 입력전압 값 및 부하저항 값을 결정하는 상세한 동작은 이후 실시예 도 11을 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
일측에 따르면, 전력 제어부(430)는 결정된 입력전압 값을 복수의 송신기에 적용하고, 결정된 부하저항 값을 적어도 하나 이상의 수신기에 적용할 수 있다.
즉, 본 발명을 이용하면, 무선전력 송신기와 수신기 사이의 성능지수 비율에 따라 송신기의 전력 및 수신기의 부하저항을 제어함으로써, 수신기의 위치를 보다 자유롭게 이동하며 보다 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다.
다음으로, 일실시예에 따른 부하저항 조정부(420)는 전력 결정부(410)를 통해 결정된 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율이 최대가 되는 부하저항 값인 최적 부하저항 값을 도출할 수 있다.
일측에 따르면, 부하저항 조정부(420)는 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가 또는 감소시키는 미세 조정을 수행하면서 수신효율을 측정하여, 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 최대가 되는 지점을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 최적 부하저항 값을 도출할 수 있다.
일측에 따르면, 부하저항 조정부(420)는 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가 또는 감소시키는 미세 조정을 수행하면서 수신효율을 측정하고 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 기설정된 오차 범위를 초과하면, 전력 결정부(410)로 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 전력 결정부(410)는 제어 신호를 수신하면, 입력전압 값 및 부하저항 값을 재결정할 수 있다.
다시 말해, 전력 결정부(410)는 제어 신호를 수신하면, 전술한 입력전압 값 및 부하저항 값을 결정하는 과정을 재수행할 수 있다.
일실시예에 따른 부하저항 조정부(420)에서 부하저항 값을 미세조정하는 상세한 동작은 이후 실시예 도 12를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
즉, 본 발명을 이용하면 전술한 수학식2를 통해 결정된 부하저항 값을 다시 한번 미세 조정함으로써, 무선전력의 수신 효율을 극대화할 수 있다.
도 5는 MISO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 수신기의 위치 변화에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 참조부호 500은 각 송신기 및 각 수신기 사이의 결합계수가 매우 작아 그 영향이 작은 2개의 송신기 및 1개의 수신기를 구비한 무선전력 전송 시스템에서 성능지수 F2가 변화하는 경우에, 수신기의 부하저항 값에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율을 나타낸다.
예를 들면, 무선전력 전송 시스템의 효율은 무선전력의 전송효율 또는 수신 효율의 측정을 통해 결정될 수 있다.
이하에서 도 5를 통해 설명하는 실시예에서는 2개의 송신기 각각을 제1 기기 및 제2 기기로 명명하고, 1개의 수신기는 제3 기기로 명명하여 설명하기로 한다.
또한, 참조부호 500에서
Figure 112018123587908-pat00015
는 수신기의 최적 부하저항비를 나타내며,
Figure 112018123587908-pat00016
는 도 4에서 설명한 수학식2를 통해 산출될 수 있다.
참조부호 500에 따르면, 송신기의 전력을 조절하지 않는 경우에는 성능지수(F2)가 더 커지더라도 전송 효율이 오히려 감소하는 것을 알 수 있다.
다시 말해, 무선전력 전송 시스템에서 무선전력의 전송 효율을 개선 하기 위해서는 송신기의 송신전력 조절이 필수적이라는 사실을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 2개의 송신기(제1 기기, 제2 기기) 및 1개의 수신기(제3 기기)를 구비한 무선전력 전송 시스템에서 송신기의 전력을 제어하기 위한 효율식은 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식3]
Figure 112018123587908-pat00017
여기서, m = 1, 2, 3이고 n= 1, 2, 3(m≠n) 일때,
Figure 112018123587908-pat00018
은 무선전력전송 시스템의 전체 수신 효율, Vn은 제n 기기의 입력전압,
Figure 112018123587908-pat00019
은 제n 기기의 부하저항비, Rn은 제n 기기의 손실저항, Fmn은 제m 기기와 제n 기기 사이의 성능지수를 의미한다.
전술한 수학식3은 각 송신기의 입력전압 및 수신기의 부하저항의 함수로 표현되는데 변수를 줄이기 위하여 송신기의 입력전압을 비율로 표현하면 효율식은 하기의 수학식4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식4]
Figure 112018123587908-pat00020
또한, 수학식4를 통해 최대 효율 조건은 하기의 수학식5와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식5]
Figure 112018123587908-pat00021
한편, 전술한 수학식4 내지 수학식5를 만족시키는 입력전압비와 부하저항비는 하기의 수학식6과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식6]
Figure 112018123587908-pat00022
여기서, m = 1, 2, 3이고 n= 1, 2, 3(m≠n) 일때, Mmn은 제m 기기 및 제n 기기 사이의 상호 인덕턴스를 의미한다.
도 6a 내지 도 6b는 MISO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 전압비와 부하저항에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 참조부호 610 내지 620은 2개의 송신기 및 1개의 수신기를 구비한 무선전력 전송 시스템에서 송신기간의 전압비와 수신기의 부하저항에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율을 나타낸다.
이하에서 도 6a 내지 도 6b을 통해 설명하는 실시예에서는 2개의 송신기 각각을 제1 기기 및 제2 기기로 명명하고, 1개의 수신기는 제3 기기로 명명하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 2개의 송신기 및 1개의 수신기의 위치 및 규격 성능지수는 하기의 표1과 같이 나타낼 수 있다.
Loop Center positions (x , y) cm Radius (cm) Q-factor Fi3
제1 기기 (0 , 0) 8 633 9.9
제2 기기 (15, 8) 5 575 -1.8
제3 기기 (0, 12) 3 479 -
표1의 성능지수를 전술한 수학식6에 대입하면, 제1 기기와 제2 기기의 입력전압비(
Figure 112018123587908-pat00023
)는 -0.14, 제3 기기의 부하저항비(
Figure 112018123587908-pat00024
)는 10.11로 참조부호 610 내지 620에 도시된 결과와 부합하는 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 전술한 수학식3 내지 수학식6을 통해 산출되는 값들은 신뢰성이 높은 것으로 확인 되었다.
도 7은 MISO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 주파수에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 참조부호 700은 2개의 송신기와 1개의 수신기를 구비한 MISO 무선전력 전송 시스템에서 송신기 간의 커플링이 있을 때 주파수에 따른 무선전력 전송 효율을 나타낸다.
이하에서 도 7을 통해 설명하는 실시예에서는 2개의 송신기 각각을 제1 기기 및 제2 기기로 명명하고, 1개의 수신기는 제3 기기로 명명하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 참조부호 700에 따르면, 제1 기기와 제3 기기 사이의 성능지수(F13)는 7.9, 제2 기기와 제3 기기 사이의 성능 지수(F23)는 4.2, 제1 기기의 손실저항(R1)은 0.0340Ω, 제2 기기의 손실저항(R2)은 0.0170Ω, 제3 기기의 손실저항(R3)은 0.0170Ω으로 나타났다.
한편, 전술한 수학식3 내지 수학식6을 통해 산출된 제1 기기와 제3 기기 사이의 성능지수(F13), 제2 기기와 제3 기기 사이의 성능 지수(F23) 및 제1 내지 제3 기기의 손실저항(R1, R2, R3) 값 역시 참조부호 700을 통해 산출된 값들과 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
다시 말해, 전술한 수학식3 내지 수학식6을 통해 산출되는 값들은 송신기 간의 커플링이 발생되는 경우에도 신뢰성이 높은 것으로 확인 되었다.
한편, 전술한 수학식3 내지 수학식6을 통해, 제1 내지 제M 송신기(여기서, M은 자연수)와 제M+1 수신기를 구비한 MISO 무선전력 전송 시스템에서는 M개의 송신기의 입력전압비(
Figure 112018123587908-pat00025
), M개의 송신기의 입력전력비(
Figure 112018123587908-pat00026
), 제M+1 수신기의 최적 부하저항비(
Figure 112018123587908-pat00027
) 및 입력 임피던스(
Figure 112018123587908-pat00028
)를 하기의 수학식7과 같이 일반화할 수 있다.
[수학식7]
Figure 112018123587908-pat00029
여기서,
Figure 112018123587908-pat00030
는 M개의 송신기의 입력전압비, FM,M + 1는 제M 송신기와 제M+1 수신기 사이의 성능지수, RM은 제M 송신기의 손실저항,
Figure 112018123587908-pat00031
는 M개의 송신기의 입력전력비,
Figure 112018123587908-pat00032
는 제M+1 수신기의 최적 부하저항비,
Figure 112018123587908-pat00033
는 입력 임피던스를 나타낸다.
전술한 수학식7을 실제 무선전력 전송 환경에 적용하면, 무선전력 전송 시스템이 최대 효율을 보일때와 부합되는 것으로 나타났다. 즉, 일실시예에 따른 무선전력 전송 시스템은 성능지수를 추정하고, 추정한 성능지수를 수학식7에 적용하는 것만으로 무선전력 전송 시스템의 최대 효율을 구현하는 파라미터의 설계값들을 용이하게 도출할 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 MIMO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 전압비와 부하저항에 따른 무선전력 전송 시스템의 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8b를 참조하면, 참조부호 810 내지 820은 2개의 송신기와 2개의 수신기를 구비한 MIMO 무선전력전송 시스템에서 송신기의 전압비와 수신기의 부하저항에 따른 효율을 나타낸다.
이하에서 도 8a 내지 도 8b를 통해 설명하는 실시예에서는 2개의 송신기 각각을 제1 기기 및 제2 기기로 명명하고, 2개의 수신기 각각을 제3 기기 및 제4 기기로 명명하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 2개의 송신기 및 1개의 수신기의 위치 및 규격 성능지수는 하기의 표2와 같이 나타낼 수 있다.
Loop Center positions (x, y) cm Radius (cm) Q-factor F i3 F i4
제1 기기 (0 , 0) 8 633 9.9 5.4
제2 기기 (15, 8) 5 575 -1.8 6.3
제3 기기 (0, 12) 3 479 - -
제4 기기 (8, 12) 3 479 - -
참조부호 810 내지 820에 따르면, 시스템의 전송 효율이 부하저항값과 전압비에 의해 변화하고, 특정 값에서 최대 효율을 보임을 알 수 있으며 전압비를 조절하지 않았을 때 보다 전압비를 알맞게 조절하였을 때 가장 높은 효율을 보임을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 무선전력 전송 시스템의 효율을 개선하는 제1 기기와 제2 기기의 입력전압비(V2/V1)와 제3 기기와 제4 기기의 최적 부하저항비(
Figure 112018123587908-pat00034
)는 하기의 수학식8과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식8]
Figure 112018123587908-pat00035
예를 들면, 제3 기기의 최적 부하저항비(
Figure 112018123587908-pat00036
)와 제4 기기의 최적 부하저항비(
Figure 112018123587908-pat00037
)는 동일한 최적 부하저항비(
Figure 112018123587908-pat00038
)가 적용될 수 있다.
도 9는 MIMO 환경 하에서 동작하는 무선전력 전송 시스템에서 수신기의 이동에 따른 최적화 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 참조부호 900은 2개의 송신기와 2개의 수신기를 구비한 MIMO 무선전력 전송 시스템에서 수신기가 이동할 때 최적화 프로그램을 통해 산출된 최적값과, 전술한 수학식3 내지 수학식8을 통해 산출한 최적값의 비교 결과를 나타낸다.
예를 들면, 최적값은 무선전력 전송 시스템의 최대 효율을 구현하는 파라미터들의 최적값일 수 있다.
한편, 참조부호 900에서 GA는 무선전력 전송 시스템의 전체 효율을 최대가 되게 하는 최적화된 부하저항 값을 의미한다.
참조부호 900에 따르면, 최적화 프로그램을 통해 산출되는 최적값과 수학식을 통해 산출되는 최적값은 MISO 시스템의 경우와 달리 완전히 일치하지는 않으나, 허용 가능한 오차 범위 내에서 비교적 잘 부합하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 전술한 수학식3 내지 수학식8은 MIMO 환경에서도 용이하게 활용될 수 있으며, MIMO 환경 하에서 송신기의 입력전압비는 도 4에서 설명한 수학식1로 일반화될 수 있고, 수신기의 최적 부하저항비는 도 4에서 설명한 수학식2로 일반화될 수 있다.
한편, 제1 내지 제M 송신기 및 제M+1 내지 제M+N 수신기를 구비한 MIMO 무선전력 전송 시스템에서 송신기의 입력전력비(
Figure 112018123587908-pat00039
)와, 입력 임피던스(
Figure 112018123587908-pat00040
)는 하기의 수학식9와 같이 일반화할 수 있다.
[수학식9]
Figure 112018123587908-pat00041
도 10은 일실시예에 따른 무선전력 제어방법을 도시하는 도면이다.
다시 말해, 도 10은 도 4를 통해 설명한 일실시예에 따른 무선전력 제어장치를 이용한 무선전력의 제어방법을 설명하는 도면으로서, 이하에서 도 10을 통해 설명하는 내용 중 일실시예에 따른 무선전력 제어장치를 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 1010단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 결정부에서 복수의 송신기 및 적어도 하나 이상의 수신기 사이에서 무선전력의 수신 효율을 측정하고, 측정된 수신 효율에 기초하여 복수의 송신기의 입력전압 값 및 적어도 하나 이상의 수신기의 부하저항 값을 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 1010단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 결정부에서 복수의 송신기 각각으로부터 적어도 하나 이상의 수신기로 송출되는 각각의 파일럿 신호에 따른 수신 효율을 순차적으로 측정할 수 있다.
또한, 1010단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 결정부에서 측정된 수신 효율로부터 복수의 송신기 및 적어도 하나 이상의 수신기 사이의 성능지수를 추정할 수 있다.
또한, 1010단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 결정부에서 성능지수룰 고려하여 수신 전력 및 부하저항 값을 결정할 수 있다.
일측에 따르면, 1010단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 결정부에서 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정할 수 있다.
다음으로, 1010단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 결정부에서 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)에 M번째 송신기의 손실 저항(RM)을 반영한 값들로부터 산출되는 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 입력전압 값을 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, M개의 송신기의 입력전압비는 도 4에서 설명한 수학식1을 통해 산출될 수 있다.
한편, 1010단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 결정부에서 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)의 제곱승을 반영한 값들로부터 산출되는 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 부하저항 값을 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, N번째 수신기의 최적 부하저항비는 도 4에서 설명한 수학식2를 통해 산출될 수 있다.
일실시예에 따른 무선전력 제어방법의 1010단계에서 입력전압 값 및 부하저항 값을 결정하는 과정은 이후 실시예 도 11을 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
일측에 따르면, 1020단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 전력 제어부에서 결정된 입력전압 값을 복수의 송신기에 적용하고, 결정된 부하저항 값을 적어도 하나 이상의 수신기에 적용할 수 있다.
다음으로, 1030단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 부하저항 조정부에서 결정된 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율이 최대가 되는 부하저항 값인 최적 부하저항 값을 도출할 수 있다.
일측에 따르면, 1030단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 부하저항 조정부에서 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가 또는 감소시키는 미세 조정을 수행하면서 수신효율을 측정하여 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 최대가 되는 지점을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 최적 부하저항 값을 도출할 수 있다.
일실시예에 따른 무선전력 제어방법의 1030단계에서 최적 부하저항 값을 도출하는 과정은 이후 실시예 도 12를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 11은 일실시예에 따른 무선전력 제어방법에서 입력전압 값 및 부하저항 값을 결정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 11은 도 10에서 설명한 일실시예에 따른 무선전력 제어방법의 1010단계에서 수행될 수 있다.
도 11을 참조하면, 1110단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 부하저항 값을 고정할 수 있다.
다시 말해, 1110단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 부하저항 값을 기설정된 값으로 초기화할 수 있다.
다음으로, 1120단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 제1 송신기에서 제1 내지 제N 수신기로 각각 파일럿 신호를 송신할 수 있다.
다시 말해, 1120단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 M개의 송신기 중 제1 송신기에서 N개의 수신기 각각에 순차적으로 파일럿 신호를 송신할 수 있다.
다음으로, 1130단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 순차적으로 인가된 파일럿 신호에 기초하여 제1 내지 제N 수신기 각각의 수신효율을 측정할 수 있다.
다음으로, 1140단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 제1 내지 제N 수신기 각각의 수신효율을 통해 제1 송신기와 각 수신기 사이의 성능지수를 추정할 수 있다.
다음으로, 1150단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 다음 송신기의 존재 여부를 판단하고, 다음 송신기가 존재하면 1160단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 다음 송신기에서 제1 내지 제N 수신기 각각으로 파일럿 신호를 송신할 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 제N 송신기에서 송신하는 파일럿 신호에 기초하여 성능지수를 추정할 때까지 1130단계 내지 1160단계를 반복 수행할 수 있다.
다음으로, 1150단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 다음 송신기가 존재하지 않는 경우에 1170단계를 진행하고, 1170단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 추정된 성능지수들을 통해 송신기의 입력전압 값 및 수신기의 부하저항 값을 결정할 수 있다.
예를 들면, 1150단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 도 4에서 설명한 수학식1 내지 수학식2를 통해 송신기의 입력전압 값 및 수신기의 부하저항 값을 결정할 수 있다.
도 12는 일실시예에 따른 무선전력 제어방법에서 부하저항 값을 미세조정 하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 12는 도 10에서 설명한 일실시예에 따른 무선전력 제어방법의 1030단계에서 수행될 수 있다.
도 12를 참조하면, 1210단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가시키는 미세조정을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 1210단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 부하저항 값이 기설정된 값만큼 증가할 때마다 수신 효율을 측정할 수 있다.
다음으로, 1220단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율의 증가 여부를 판단할 수 있다.
일측에 따르면, 1220단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율이 증가하지 않은 것으로 판단될 때까지 1210단계를 반복 수행할 수 있다.
다음으로, 1230단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율이 증가하지 않은 것으로 판단되면, 측정된 수신 효율과 직전에 측정된 수신 효율의 차이가 1% 미만인지 판단할 수 있다.
일측에 따르면, 1230단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율의 차이가 1% 미만인 경우에, 부하저항 값의 미세조정을 종료할 수 있다.
다음으로, 1240단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 수신 효율의 차이가 1% 이상인 경우에, 수신 효율의 차이가 10% 이상인지 판단할 수 있다.
일측에 따르면, 1250단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 수신 효율의 차이가 10% 이상이면, 입력전압 값 및 부하저항 값을 재결정하는 도 10의 1010단계를 수행할 수 있다.
다시 말해, 1240단계 내지 1250단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율이 기설정된 오차 범위를 초과하면, 입력전압 값 및 부하저항 값을 재설정할 수 있다.
다음으로, 1260단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 감소시키는 미세조정을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 1260단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 부하저항 값이 기설정된 값만큼 감소할 때마다 수신 효율을 측정할 수 있다.
다음으로, 1270단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율의 증가 여부를 판단할 수 있다.
일측에 따르면, 1270단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율이 증가하지 않은 것으로 판단될 때까지 1260단계를 반복 수행할 수 있다.
다음으로, 1280단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율이 증가하지 않은 것으로 판단되면, 측정된 수신 효율과 직전에 측정된 수신 효율의 차이가 1% 미만인지 판단할 수 있다.
일측에 따르면, 1280단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 측정된 수신 효율의 차이가 1% 미만인 경우에, 부하저항 값의 미세조정을 종료할 수 있다.
다음으로, 1290단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 수신 효율의 차이가 1% 이상인 경우에, 수신 효율의 차이가 10% 이상인지 판단할 수 있다.
일측에 따르면, 1290단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 수신 효율의 차이가 10% 이상이면 1250단계를 재수행할 수 있다.
또한, 1290단계에서 일실시예에 따른 무선전력 제어방법은 수신 효율의 차이가 10% 이하면 1210단계를 재수행할 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하면 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있다.
또한, 무선전력 송신기와 수신기 사이의 성능지수 비율에 따라 송신기의 전력 및 수신기의 부하저항을 제어함으로써, 수신기의 위치를 보다 자유롭게 이동하며 보다 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다.
또한, 부하저항 값의 미세 조정을 통해 수신 효율을 극대화할 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, FPGA(field programmable gate 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 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: 무선전력 제어장치 410: 전력 결정부
420: 부하저항 조정부 430: 전력 제어부

Claims (15)

  1. 복수의 송신기 및 적어도 하나 이상의 수신기 사이에서 무선전력의 수신 효율을 측정하고, 상기 측정된 수신 효율에 기초하여 상기 복수의 송신기의 입력전압 값 및 상기 적어도 하나 이상의 수신기의 부하저항 값을 결정하는 전력 결정부 및
    상기 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가 또는 감소시키는 미세 조정을 통해 상기 수신 효율이 최대가 되는 부하저항 값인 최적 부하저항 값을 도출하는 부하저항 조정부
    를 포함하고,
    상기 전력 결정부는
    상기 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고,
    M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)에 상기 M번째 송신기의 손실 저항(RM)을 반영한 값들로부터 산출되는 상기 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 상기 입력전압 값을 결정하며,
    상기 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)의 제곱승을 반영한 값들로부터 산출되는 상기 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 상기 부하저항 값을 결정하는
    무선전력 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정된 입력전압 값을 상기 복수의 송신기에 적용하고, 상기 결정된 부하저항 값을 상기 적어도 하나 이상의 수신기에 적용하는 전력 제어부
    를 더 포함하는 무선전력 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 결정부는
    상기 복수의 송신기 각각으로부터 상기 적어도 하나 이상의 수신기로 송출되는 각각의 파일럿 신호에 따른 상기 수신 효율을 순차적으로 측정하고, 상기 순차적으로 측정된 상기 수신 효율에 기초하여, 상기 복수의 송신기와 상기 적어도 하나 이상의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고, 상기 추정된 성능 지수를 고려하여 상기 입력전압 값 및 상기 부하저항 값을 결정하는 무선전력 제어장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 결정부는
    하기의 수학식1을 통해 산출되는 상기 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 상기 입력전압 값을 결정하는
    [수학식1]
    Figure 112019133505023-pat00042

    여기서, VM은 M번째 송신기의 입력 전압, FMN은 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수, RM은 M번째 송신기의 손실저항인,
    무선전력 제어장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 결정부는
    하기의 수학식2를 통해 산출되는 상기 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 상기 부하저항 값을 결정하는
    [수학식2]
    Figure 112019133505023-pat00043

    여기서,
    Figure 112019133505023-pat00044
    는 N번째 수신기의 최적 부하저항비, FMN은 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수인,
    무선전력 제어장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 부하저항 조정부는
    상기 미세 조정을 수행하면서 상기 수신효율을 측정하여 상기 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 최대가 되는 지점을 판단하고, 상기 판단 결과에 기초하여 상기 최적 부하저항 값을 도출하는
    무선전력 제어장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 부하저항 조정부는
    상기 미세 조정을 수행하면서 상기 수신효율을 측정하고 상기 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 기설정된 오차 범위를 초과하면, 상기 전력 결정부로 제어 신호를 출력하고,
    상기 전력 결정부는
    상기 제어 신호를 수신하면, 상기 입력전압 값 및 상기 부하저항 값을 재결정하는
    무선전력 제어장치.
  10. 전력 결정부에서 복수의 송신기 및 적어도 하나 이상의 수신기 사이에서 무선전력의 수신 효율을 측정하고, 상기 측정된 수신 효율에 기초하여 상기 복수의 송신기의 입력전압 값 및 상기 적어도 하나 이상의 수신기의 부하저항 값을 결정하는 단계 및
    부하저항 조정부에서 상기 결정된 부하저항 값을 기설정된 값만큼 증가 또는 감소시키는 미세 조정을 통해 상기 수신 효율이 최대가 되는 부하저항 값인 최적 부하저항 값을 도출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 부하저항 값을 결정하는 단계는
    상기 측정된 수신 효율에 기초하여 M개(여기서, M은 자연수)의 송신기 및 N개(여기서, N은 자연수)의 수신기 사이의 성능지수를 추정하고,
    M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)에 상기 M번째 송신기의 손실 저항(RM)을 반영한 값들로부터 산출되는 상기 M개의 송신기의 입력전압비를 통해 상기 입력전압 값을 결정하며,
    상기 M번째 송신기와 N번째 수신기 사이의 성능지수(FMN)의 제곱승을 반영한 값들로부터 산출되는 상기 N번째 수신기의 최적 부하저항비를 통해 상기 부하저항 값을 결정하는
    무선전력 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    전력 제어부에서 상기 결정된 입력전압 값을 상기 복수의 송신기에 적용하고, 상기 결정된 부하저항 값을 상기 적어도 하나 이상의 수신기에 적용하는 단계
    를 더 포함하는 무선전력 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 부하저항 값을 결정하는 단계는
    상기 전력 결정부에서 상기 복수의 송신기 각각으로부터 상기 적어도 하나 이상의 수신기로 송출되는 각각의 파일럿 신호에 따른 상기 수신 효율을 순차적으로 측정하는 단계;
    상기 전력 결정부에서 상기 측정된 수신 효율로부터 상기 복수의 송신기 및 상기 적어도 하나 이상의 수신기 사이의 성능지수를 추정하는 단계 및
    상기 전력 결정부에서 상기 추정된 성능지수를 고려하여 상기 입력전압 값 및 상기 부하저항 값을 결정하는 단계
    를 포함하는 무선전력 제어방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 최적 부하저항 값을 도출하는 단계는
    상기 부하저항 조정부에서 상기 미세 조정을 수행하면서 상기 수신효율을 측정하여 상기 미세 조정을 수행하면서 측정된 수신 효율이 최대가 되는 지점을 판단하고, 상기 판단 결과에 기초하여 상기 최적 부하저항 값을 도출하는
    무선전력 제어방법.
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