KR102123829B1 - 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

무선으로 전력을 전송하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들과 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하고, 상기 복수의 소스 공진기들에 전력을 공급하는 피딩부에 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법{WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND WIRELESS POWER TRANSMISSION METHOD}
아래의 실시 예들은 무선으로 전력을 전송하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 전력전송에 대한 연구는 전기 자동차(electric vehicle) 및 휴대기기를 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선전력공급의 불편함 증가 및 기존 battery 용량의 한계 봉착 등을 극복하기 위해 시작되었다. 무선 전력 전송 기술들 중 하나는 RF 소자들의 공진(resonance) 특성을 이용한다. 공진 특성을 이용하는 무선 전력 전송 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 복수의 소스 공진기들을 포함하는 전력 전송부, 상기 복수의 소스 공진기들에 전력을 공급하는 피딩부 및 상기 피딩부에서 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 N 포트 네트워크의 입력단과 연결된 상기 복수의 소스 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크의 출력단과 연결된 상기 타겟 공진기의 관계에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하고, 상기 임피던스 파라미터에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
상기 복수의 소스 공진기들은 각각의 소스 공진기가 서로 결합된 형태 및 각각의 소스 공진기가 서로 분리된 형태 중 적어도 하나일 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 상기 복수의 소스 공진기들에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하는 계산부, 상기 임피던스 파라미터에 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 조건으로 하여 최적화를 수행하는 최적화부 및 상기 최적화의 결과에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
상기 최적화부는 상기 피딩부에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 순차적으로 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다.
상기 최적화부는 상기 피딩부에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 랜덤하게 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다.
상기 최적화부는 상기 피딩부에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 룩업 테이블에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다.
상기 최적화부는 상기 N 포트 네트워크에서 유도되는 N 포트 매트릭스 관계식 및 상기 임피던스 파라미터에 기초하여 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하는 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 추정할 수 있다.
상기 복수의 소스 공진기들 각각은 제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분과, 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분에 대응되는 제1 그라운드 도체 부분을 포함하는 제1 전송 선로, 상기 제1 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제1 도체, 상기 제1 그라운드 도체 부분으로부터 이격되어 상기 제2 신호 도체 부분과 전기적으로 연결된 제2 도체 및 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 적어도 하나의 제1 캐패시터를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 타겟 공진기로의 전력 전송 효율에 기초하여 상기 전압 세기(magnitude) 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
상기 복수의 소스 공진기들은 xy평면과 평행한 면을 포함하는 제1 소스 공진기, yz평면과 평행한 면을 포함하는 제2 소스 공진기 및 zx평면과 평행한 면을 포함하는 제3 소스 공진기를 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 복수의 소스 공진기들을 포함하는 전력 전송부, 상기 복수의 소스 공진기들에 전력을 공급하는 피딩부 및 상기 피딩부에서 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 N 포트 네트워크의 입력단과 연결된 상기 복수의 소스 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크의 출력단과 연결된 상기 타겟 공진기의 관계에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하고, 상기 임피던스 파라미터에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 상기 복수의 소스 공진기들에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하는 계산부, 상기 임피던스 파라미터에 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 조건으로 하여 최적화를 수행하는 최적화부 및 상기 최적화의 결과에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 타겟 공진기로의 전력 전송 효율에 기초하여 상기 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 방법은 복수의 소스 공진기들로 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는 단계, 상기 복수의 소스 공진기들로 전력을 공급하는 단계 및 상기 복수의 소스 공진기들을 통하여 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 전력 전송 효율에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 N 포트 네트워크의 입력단과 연결된 상기 복수의 소스 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크의 출력단과 연결된 상기 타겟 공진기의 관계에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하는 단계 및 상기 임피던스 파라미터에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 방법은 상기 복수의 소스 공진기들에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 상기 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하는 단계, 상기 임피던스 파라미터에 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 조건으로 하여 최적화를 수행하는 단계 및 상기 최적화의 결과에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 전력 전송 효율에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치가 사용될 수 있는 무선 충전 환경을 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 N 포트 네트워크를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들과 타겟을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 공진기에 공급하는 전압의 위상에 따라 무선 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들의 배치를 나타낸 도면이다.
도 11은 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기의 구조를 나타낸다.
도 12는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.
도 14는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 피더의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
소스와 타겟 간에 통신을 수행하는 방식에는 인 밴드 통신 방식과 아웃 밴드 통신 방식이 있다. 인 밴드 통신 방식은 소스와 타겟이 전력 전송에 이용하는 주파수와 동일한 주파수에서 통신하는 것을 의미하고, 아웃 밴드 통신 방식은 소스와 타겟이 전력 전송에 이용하는 주파수와는 별도의 주파수를 이용하여 통신하는 것을 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 소스(110) 및 타겟(120)을 포함한다. 소스(110)는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟(120)은 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 이때, 전자기기에는 패드, 단말, 태블릿, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등이 포함될 수 있다.
소스(110)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(111), 파워 증폭기(Power Amplifier)(112), 매칭 네트워크(113), 송신 제어부(114) 및 통신부(115)를 포함할 수 있다.
가변 SMPS(Variable SMPS, Variable Switching Mode Power Supply)(111)는 파워 공급기(Power Supply)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭하여 DC 전압을 생성한다. 가변 SMPS(Variable SMPS)(111)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나 송신 제어부(Tx Control Logic)(114)의 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다.
가변 SMPS(111)는 Class-E 타입의 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하게 할 수 있다.
가변 SMPS(111) 대신에 일반적으로 사용되는 상용 SMPS를 사용하는 경우에는, 추가적으로 가변 DC/DC(Variable DC/DC) 변환기를 사용해야 한다. 상용 SMPS와 가변 DC/DC(Variable DC/DC)변환기는 Class-E 타입의 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하게 할 수 있다.
파워 검출기(Power Detector)(116)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(111)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 송신 제어부(114)로 전달할 수 있다. 또한, 파워 검출기(Power Detector)(116)는 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수도 있다.
파워 증폭기(Power Amplifier)(112)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압를 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 즉, 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)는 기준 공진 주파수 FRef를 이용하여 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)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 수 밀리(m)Watt~ 수 킬로(K)Watt의 큰 전력을 의미한다. 본 명세서에서, "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 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "기준 공진 주파수"는 소스(110)가 기본적으로 사용하는 공진 주파수의 의미로 사용된다. 또한, "트래킹 주파수"는 기 설정된 방식에 따라 조정된 공진 주파수의 의미로 사용된다.
송신 제어부(114)는 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"에 대한 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 타겟 공진기(Target Resonator)(133)와 소스 공진기(Source Resonator)(131) 사이의 미스매칭(mismatching)을 검출한다. 송신 제어부(114)는 반사파의 포락선(envelop)을 검출함으로써, 미스 매칭을 검출하거나 반사파의 전력량을 검출함으로써 미스매칭을 검출할 수 있다.
매칭 네트워크(113)는 송신 제어부(114)의 제어에 따라 소스 공진기(131)와 타겟 공진기(133) 간의 임피던스 미스매칭을 최적의 매칭으로 보상할 수 있다. 매칭 네트워크(113)는 캐패시터 또는 인덕터의 조합으로 송신 제어부(114)의 제어에 따라 스위치를 통해 연결될 수 있다.
송신 제어부(114)는 소스 공진기(131) 또는 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 출력 전압의 레벨 및 상기 반사파의 전압 레벨에 기초하여 전압정재파비(VSWR, Voltage standing wave ratio)를 계산하고, 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 커지면 상기 미스매칭이 검출된 것으로 결정할 수 있다.
또한, 송신 제어부(114)는 상기 전압정재파비(VSWR)가 기 설정된 값보다 커지면 기 설정된 N개의 트래킹 주파수 각각에 대한 전력 전송 효율을 계산하고, 상기 N개의 트래킹주파수 중 전력 전송 효율이 가장 좋은 트래킹 주파수 FBest를 결정하고, 기준 공진 주파수FRef를 상기 FBest로 조정할 수 있다.
또한, 송신 제어부(114)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 조정할 수 있다. 송신 제어부(114)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. 송신 제어부(114)는 는 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)를 제어함으로써, 타겟(120)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 즉, 통신부(115)는 인-밴드 통신을 통해 타겟(120)과 다양한 데이터(140)를 전송할 수 있다. 또한, 송신 제어부(114)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟(120)으로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다.
송신 제어부(114)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 송신 제어부(114)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, 송신 제어부(114)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. 송신 제어부(114)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.
송신 제어부(114)는 소스(110)의 온도변화, 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화를 고려하여 타겟(120)으로 전송할 초기 무선 전력을 결정할 수 있다.
소스(110)는 온도 변화를 감지하기 위한 온도 측정 센서(도시 되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화에 대한 정보는 통신을 통해 타겟(120)으로부터 수신할 수 있다.
즉, 타겟(120)의 온도 변화는 타겟(120)으로부터 수신된 데이터에 기초하여 검출될 수 있다.
이때, 송신 제어부(114)는 소스(110)의 온도의 변화에 따라 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)로 공급되는 전압의 조정 량이 저장된 룩업-테이블을 이용하여 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)로 공급되는 전압을 조정할 수 있다. 예를 들어, 소스(110)의 온도가 상승한 경우, 송신 제어부(114)는 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)로 공급되는 전압을 낮출 수 있다.
한편, 통신부(115)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(115)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(115)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟(120)과 데이터(140)를 전송할 수 있다.
소스 공진기(131)는 전자기(electromagnetic) 에너지(130)를 타겟 공진기(133)로 전달(transferring)한다. 소스 공진기(131)는 타겟 공진기(133)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟(120)으로 전달한다.
타겟(120)은 매칭 네트워크(121), 정류부(122), DC/DC 컨버터(123), 통신부(124) 및 수신 제어부(Rx Control Logic)(125)를 포함할 수 있다.
타겟 공진기(133)는 소스 공진기(131)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 즉, 타겟 공진기(133)는 소스 공진기(131)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스(110)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신할 수 있다. 또한, 타겟 공진기(133)는 인-밴드 통신을 통해 소스(110)로부터 다양한 데이터(140)를 수신할 수 있다.
타겟 공진기(133)는 소스(110)의 온도변화, 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화를 고려하여 결정된 초기 무선 전력을 수신한다.
매칭 네트워크(121)는 소스(110) 측으로 보이는 입력 임피던스와 부하(Load)측으로 보이는 출력 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 매칭 네트워크(121)는 캐패시터와 인덕터의 조합으로 구성될 수 있다.
정류부(122)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 즉, 정류부(122)는 타겟 공진기(133)에 수신된 교류 전압을 정류할 수 있다.
DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 Load에서 필요로 하는 용량에 맞게 조정한다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다.
파워 검출기(Power Detector)(127)는 DC/DC 컨버터(123)의 입력단(126)의 전압과 출력단의 전류 및 전압을 검출할 수 있다. 검출된 입력단(126)의 전압은 소스에서 전달되는 전력의 전송 효율을 계산하는데 사용될 수 있다. 검출된 출력단의 전류 및 전압은 수신 제어부(Rx Control Logic)(125)가 로드(Load)에 전달되는 전력을 계산하는데 사용될 수 있다. 소스(110)의 송신 제어부(114)는 로드(Load)의 필요전력과 로드(Load)에 전달되는 전력을 고려하여, 소스(110)에서 전송해야 할 전력을 결정할 수 있다.
통신부(124)를 통해 계산된 출력단의 전력이 소스(110)로 전달되면, 소스(110)는 전송해야 할 전력을 계산할 수 있다.
통신부(124)는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 수신 제어부(125)는 타겟 공진기(133)과 정류부(122) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류부(122)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 즉, 수신 제어부(125)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, 수신 제어부(125)는 매칭 네트워크(121)를 통하여 타겟 공진기(133)의 임피던스를 조정함으로써, 소스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 간단한 예로, 수신 제어부(125)는 타겟 공진기(133)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스(110)의 송신 제어부(114)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스(110)의 송신 제어부(114)는 제1 값(예를 들어, 이진수 "0") 또는 제2 값(예를 들어, 이진수 "1")을 검출할 수 있다.
통신부(124)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"를 포함하는 응답 메시지를 소스(110)의 통신부(115)로 전송할 수 있다.
한편, 통신부(124)는 별도의 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(124)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(124)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스(110)와 데이터(140)를 송수신 할 수 있다.
통신부(124)는 소스(110)로부터 웨이크-업 요청 메시지를 수신하고, 파워 검출기(Power Detector)(127)는 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양을 검출하며, 통신부(124)는 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보를 소스(110)로 전송할 수 있다. 이때, 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보는, "정류부(122)의 입력 전압 값 및 전류 값", "정류부(122)의 출력 전압 값 및 전류 값" 또는 "DC/DC 컨버터(123)의 출력 전압 값 및 전류 값"이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치가 사용될 수 있는 무선 충전 환경을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 하나의 소스로부터 다양한 위치와 방향에 위치한 타겟들로 전력의 전송이 필요한 3D(Dimension) 무선 충전 환경이 앞으로 도래할 것이다.
도 2와 같은 3D 무선 충전 환경에서는 타겟이 소스로부터 특정 거리 및 방향에 위치한 것이 아니라, 임의의 거리 및 방향에 있는 경우에도 소정의 효율 이상으로 전력이 충전될 필요가 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력 전송부(310), 피딩부(320), 제어부(330)를 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 통신부(340)를 더 포함할 수 있다.
전력 전송부(310)는 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)을 포함할 수 있다. 여기서는 3개의 소스 공진기들이 표시되었지만, 3개에 한정되는 것은 아니고, 2개 이상의 소스 공진기들이 전력 전송부(310)에 포함될 수 있다.
피딩부(320)는 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)에 전력을 공급할 수 있다. 피딩부(320)는 전원(power supply)로부터 공급받은 전력을 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)로 전달할 수 있다.
제어부(330)는 피딩부(320)에서 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(330)는 전원의 전압 세기 또는 전류 세기를 제어할 수 있다. 제어된 상태의 전력이 전원으로부터 피딩부(320)로 공급되고, 피딩부(320)는 공급받은 전력을 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)로 전달할 수 있다.
예를 들면, 제어부(330)는 N 포트 네트워크(N port network)(도시되지 않음)의 입력단과 연결된 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 및 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 출력단과 연결된 타겟 공진기(도시되지 않음)의 관계에서 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다. 임피던스 파라미터의 예로는 Z 파라미터, h 파라미터, a파라미터 b파라미터 등 다양한 N 포트 네트워크의 입력과 출력의 관계를 나타내는 파라미터가 포함될 수 있다. N포트 네트워크에 대해서는 도 5에서 좀 더 상세하게 설명한다.
제어부(330)는 계산된 임피던스 파라미터에 기초하여 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)은 각각의 소스 공진기(311), 소스 공진기(313) 및 소스 공진기(315)가 서로 결합된 형태 및 각각의 소스 공진기(311), 소스 공진기(313) 및 소스 공진기(315)가 서로 분리된 형태 중 적어도 하나의 형태일 수 있다. 서로 결합된 형태의 예는 도 6 및 도 7에 도시된 형태일 수 있고, 서로 분리된 형태의 예는 도 10에 도시된 형태일 수 있다.
통신부(340)는 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치(도시되지 않음)의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다. 통신부(340)는 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)에 테스트 전력이 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 전력에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이때, 수신하는 전력에 대한 정보는 수신 전류에 대한 정보 및 수신 전압에 대한 정보를 포함할 수 있다. 통신부(340)는 무선 전력 수신 장치와 인 밴드 통신 방식 또는 아웃 밴드 통신 방식으로 통신할 수 있다.
제어부(330)는 타겟 공진기(도시되지 않음)로의 전력 전송 효율에 기초하여 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(330)는 통신부(340)를 통하여 수신하는 무선 전력 수신 장치의 수신 전력에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율을 계산할 수 있다.
제어부(330)는 기 설정된 전력 전송 효율을 만족하도록, 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들면, 전력 전송 효율로 80%가 기 설정되었다면, 제어부(330)는 80%가 되도록 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(330)는 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 서로 다른 전압 세기 또는 전류 세기로 전력을 공급할 수도 있고, 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 서로 동일한 전압 세기 또는 전류 세기로 전력을 공급할 수도 있다.
제어부(330)는 피딩부(320)에서 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 제어부(330)는 타겟 공진기(도시되지 않음)로의 전력 전송 효율에 기초하여 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(330)는 기 설정된 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하도록 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
제어부(330)는 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 임피던스 파라미터를 계산하고, 임피던스 파라미터에 기초하여 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 공급하는 전력의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
제어부(330)는 전압 세기 또는 전류 세기를 제어할 때마다, 통신부(340)로부터 무선 전력 수신 장치의 수신 전력에 대한 정보를 전달 받아, 전력 전송 효율을 계산하고, 기 설정된 목표 값과 비교할 수 있다. 제어부(330)는 전압 세기 또는 전류 세기를 조절하여, 전력 전송 효율을 계산하고, 기 설정된 목표 값을 만족시키는 경우의 전압 세기 또는 전류 세기를 소스 공진기들(311, 313, 315)에 공급할 전압 세기 또는 전류 세기로 결정할 수 있다. 제어부(330)는 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는 경우에도, 전력 전송 효율과 비교하여, 기 설정된 목표 값을 만족시키는 최적의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
제어부(330)는 소스 공진기들(311, 313, 315) 별로 조절이 가능한 전압 세기의 범위 또는 전류 세기의 범위에서, 시뮬레이션을 수행하여, 최적의 전압 세기 또는 전류 세기를 추정할 수 있다. 이때, 시뮬레이션은 소프트웨어 상의 측정으로 최적화 툴(optimization tool), 최적화 알고리즘을 이용하여 실행될 수 있다. 제어부(330)는 시뮬레이션 결과, 추정된 전압 세기 또는 전류 세기를 최적의 전압 세기 또는 전류 세기로 결정할 수 있다. 제어부(330)는 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는 경우에도, 시뮬레이션을 이용하여, 최적 값으로 계산된 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 최적의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나로 결정할 수 있다.
복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각은 제1 전송선로, 제1 도체, 제2 도체 및 제1 캐패시터를 포함할 수 있다.
제1 전송선로는 제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분과, 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분에 대응되는 제1 그라운드 도체 부분을 포함할 수 있다.
제1 도체는 제1 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하고, 제2 도체는 제1 그라운드 도체 부분으로부터 이격되어 제2 신호 도체 부분과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 캐패시터는 제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분 사이에 삽입될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각은 도 14에서 도시된 구조를 가질 수 있다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력 전송부(410), 피딩부(420), 제어부(430)를 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 통신부(440)를 더 포함할 수 있다.
전력 전송부(410)는 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 복수의 소스 공진기들(411, 413)을 포함할 수 있다. 여기서는 2개의 소스 공진기들이 표시되었지만, 2개에 한정되는 것은 아니고, 2개 이상의 소스 공진기들이 전력 전송부(410)에 포함될 수 있다.
피딩부(420)는 복수의 소스 공진기들(411, 413)에 전력을 공급할 수 있다. 피딩부(420)는 전원(power supply)로부터 공급받은 전력을 복수의 소스 공진기들(411, 413)로 전달할 수 있다.
제어부(430)는 피딩부(420)에서 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(430)는 전원의 전압 세기 또는 전류 세기를 제어할 수 있다. 제어된 상태의 전력이 전원으로부터 피딩부(420)로 공급되고, 피딩부(420)는 공급받은 전력을 복수의 소스 공진기들(411, 413)로 전달할 수 있다.
예를 들면, 제어부(430)는 N 포트 네트워크(N port network)(도시되지 않음)의 입력단과 연결된 복수의 소스 공진기들(411, 413) 및 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 출력단과 연결된 타겟 공진기(도시되지 않음)의 관계에서 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다. 임피던스 파라미터의 예로는 Z 파라미터, h 파라미터, a파라미터 b파라미터 등 다양한 N 포트 네트워크의 입력과 출력의 관계를 나타내는 파라미터가 포함될 수 있다. N포트 네트워크에 대해서는 도 5에서 좀 더 상세하게 설명한다.
제어부(430)는 계산된 임피던스 파라미터에 기초하여 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
복수의 소스 공진기들(411, 413)은 각각의 소스 공진기(411) 및 소스 공진기(413)가 서로 결합된 형태 및 각각의 소스 공진기(411) 및 소스 공진기(413) 가 서로 분리된 형태 중 적어도 하나의 형태일 수 있다. 서로 결합된 형태의 예는 도 6 및 도 7에 도시된 형태일 수 있고, 서로 분리된 형태의 예는 도 10에 도시된 형태일 수 있다.
통신부(440)는 복수의 소스 공진기들(411, 413)에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치(도시되지 않음)의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다. 통신부(440)는 복수의 소스 공진기들(411, 413)에 테스트 전력이 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 전력에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이때, 수신하는 전력에 대한 정보는 수신 전류에 대한 정보 및 수신 전압에 대한 정보를 포함할 수 있다. 통신부(440)는 무선 전력 수신 장치와 인 밴드 통신 방식 또는 아웃 밴드 통신 방식으로 통신할 수 있다.
제어부(430)는 계산부(431), 최적화부(433) 및 결정부(435)를 포함할 수 있다.
계산부(431)는 통신부(440)에서 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다. 전력 전송 효율은 전력 전송부(410)에서 전송하는 전력 대비, 통신부(440)에서 수신하는 전류, 전압에 의해 계산된 무선 전력 수신 장치(도시되지 않음)의 수신 전력을 비교하여 계산될 수 있다. 임피던스 파라미터는 N 포트 네트워크의 입력단과 출력단에 임피던스 파라미터 별로 계산에 필요한 조건을 적용하여 계산될 수 있다.
최적화부(433)는 계산부(431)에서 계산된 임피던스 파라미터에 전력 전송 효율의 목표 값을 조건으로 하여 최적화를 수행할 수 있다. 임피던스 파라미터 값이 계산되면, 최적화부(433)는 목표 값으로 설정된 전력 전송 효율을 만족시키는 전압 세기, 전류 세기, 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 추정할 수 있다. 또는 최적화부(433)는 목표 값으로 설정된 전력 전송 효율을 만족시키는 전압 세기, 전류 세기, 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 두 개 이상으로 구성된 조합을 추정할 수 있다.
결정부(435)는 최적화의 결과에 기초하여 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
최적화부(433)는 피딩부(420)에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 순차적으로 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다.
최적화부(433)는 임피던스 파라미터 및 목표 값으로 설정된 전력 전송 효율을 조건으로 하여, 최적화 알고리즘을 실행시킴으로써, 최적화를 수행할 수 있다. 이때, 변수로써, 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 순차적으로 변경된 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
최적화부(433)는 피딩부(420)에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 랜덤하게 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다. 이때, 최적화부(433)는 변수로써, 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 랜덤하게 변경된 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
최적화부(433)는 피딩부(420)에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 룩업 테이블에 기초하여 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다. 이때, 최적화부(433)는 변수로써, 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 룩업 테이블에 기초하여 변경된 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 룩업 테이블은 전력 전송 효율 별로 전압 세기, 전류 세기, 전압 위상 및 전류 위상이 통계적으로 매칭된 테이블을 의미할 수 있다. 또는 기타, 전력 분배의 조건을 만족시키는 경우의 통계적 자료가 반영된 테이블을 의미할 수 있다.
최적화부(433)는 N 포트 네트워크(도시되지 않음)에서 유도되는 N 포트 매트릭스 관계식 및 임피던스 파라미터에 기초하여 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하는 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 추정할 수 있다. 즉, 최적화 알고리즘의 조건으로써, N 포트 매트릭스 관계식, 임피던스 파라미터, 전력 전송 효율의 목표 값이 반영될 수 있다.
결정부(435)는 최적화부(433)의 최적화의 결과에 기초하여 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
제어부(430)는 타겟 공진기(도시되지 않음)로의 전력 전송 효율에 기초하여 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(430)는 통신부(440)를 통하여 수신하는 무선 전력 수신 장치의 수신 전력에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율을 계산할 수 있다.
제어부(430)는 기 설정된 전력 전송 효율을 만족하도록, 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들면, 전력 전송 효율로 80%가 기 설정되었다면, 제어부(430)는 80%가 되도록 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(430)는 소스 공진기들(411, 413) 각각에 서로 다른 전압 세기 또는 전류 세기로 전력을 공급할 수도 있고, 소스 공진기들(411, 413) 각각에 서로 동일한 전압 세기 또는 전류 세기로 전력을 공급할 수도 있다.
제어부(430)는 피딩부(420)에서 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 제어부(430)는 타겟 공진기(도시되지 않음)로의 전력 전송 효율에 기초하여 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(430)는 기 설정된 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하도록 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 N 포트 네트워크를 나타낸다.
도 5는 소스 공진기가 3개이고, 타겟 공진기가 1개인 경우의 N 포트 네트워크를 나타낸다. N 포트의 N 값은 입력단의 개수와 출력단의 개수에 따라 결정되는 것으로 N 포트 네트워크의 입력단에 3개의 소스 공진기가 연결되고, 출력단에 1개의 타겟 공진기가 연결되어 4포트 네트워크(550)가 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 전원(510), 3개의 소스 공진기들을 포함할 수 있다. 전원(510)은 각각의 소스 공진기에 전력을 공급할 수 있다. 각각의 소스 공진기는 제1 포트(520), 제2 포트(530) 및 제3 포트(540)에 위치할 수 있다. 일 예로 전원(510)은 Vs1, Vs2, Vs3과 같이 각 포트 별로 위치할 수 있다. Zs1는 Vs1의 임피던스, Zs2는 Vs2의 임피던스, Zs3는 Vs3의 임피던스를 나타낸다.
무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기 및 부하를 포함할 수 있다. 타겟 공진기는 제4 포트(560)에 위치할 수 있다. 부하는 Zload로 표시될 수 있다. 타겟 공진기 및 부하에 인가되는 전압은 V4, 타겟 공진기로부터 출력되는 전류는 I4로 표시될 수 있다.
제1 포트(520)에 인가되는 전압은 V1, 출력되는 전류는 I1, 제1 포트(520)의 입력 임피던스는 Zin1을 나타낸다.
제2 포트(530)에 인가되는 전압은 V2, 출력되는 전류는 I2, 제2 포트(530)의 입력 임피던스는 Zin2을 나타낸다.
제3 포트(540)에 인가되는 전압은 V3, 출력되는 전류는 I3, 제3 포트(540)의 입력 임피던스는 Zin3을 나타낸다.
4포트 네트워크(550)에서 입력단과 출력단은 임피던스 파라미터를 이용하여 4 포트 매트릭스 관계식으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 임피던스 파라미터가 Z 파라미터라면, [수학식 1]과 같이 정리될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013006052449-pat00001
[수학식 1]을 이용하면, 전력 전송 효율을 [수학식 2]와 같이 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112013006052449-pat00002
Pavs는 소스 공진기별로 공급되는 전력, PL은 부하에 전달되는 전력을 나타낸다.
[수학식 2]를 살펴보면, 전력 전송 효율은 전원(510)에서 각 소스 공진기로 공급하는 전압의 절대 값 및 부하에 흐르는 전류의 절대 값의 영향을 받음을 알 수 있다.
전원(510)에서 테스트 전원이 공급되면, Z 파라미터 값이 계산될 수 있다. Z파라미터 값을 이용하여, I4는 Vs1, Vs2, Vs3의 관계식으로 표시될 수 있다. 결과적으로 전력 전송 효율은 소스 공진기로 공급하는 전압의 절대 값의 영향을 받을 수 있다. 전압의 절대 값은 전압의 세기와 전압의 위상에 따라 결정될 수 있다.
따라서, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기에 공급하는 전압의 세기 및 전압의 위상을 조절함으로써, 전력 전송 효율을 조절할 수 있다. 소스 공진기에 공급하는 전력은 전류의 세기 및 전류의 위상의 영향도 받을 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기에 흐르는 전류의 세기 및 전류의 위상을 조절함으로써, 전력 전송 효율을 조절할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들에 인가하는 전압 또는 전류의 세기 또는 위상을 조절함으로써, 3D 무선 충전 환경과 같은 복잡한 환경에서도 전력 전송 효율을 유지할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 전송 장치의 전력 전송부는 복수의 소스 공진기들(610, 620, 630)을 포함할 수 있다. 소스 공진기(610)는 xy평면과 평행한 면을 포함하고, 소스 공진기(620)는 yz평면과 평행한 면을 포함하고, 소스 공진기(630)는 및 zx평면과 평행한 면을 포함할 수 있다. 소스 공진기(610), 소스 공진기(620) 및 소스 공진기(630)는 결합된 구조를 가진다.
타겟(640)은 복수의 소스 공진기들(610, 620, 630)과의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 이때, 타겟(640)이 위치한 곳에서 타겟(640)과 복수의 소스 공진기들(610, 620, 630)이 이루는 각도를 0도라고 가정한다.
타겟(640)은 소스 공진기(630)와 마주보며 위치하고 있다.
각각의 소스 공진기들(610, 620, 630)에 공급하는 전압의 세기 또는 위상, 전류의 세기 또는 위상이 조절됨으로써, 타겟(640)으로 전달되는 전력의 전송 효율이 타겟(640)의 위치가 변하는 경우에도, 일정 효율 이상으로 유지될 수 있다.
도 6에서는 3개의 소스 공진기들(610, 620, 630)이 사용되었지만, 공진기의 개수는 2개 이상인 경우 모두 적용될 수 있다. 또한, 타겟(640)이 여러 개인 경우에도 복수의 소스 공진기들에 공급하는 전압의 세기 또는 위상, 전류의 세기 또는 위상이 조절됨으로써, 각 타겟 별로 전력 분배가 조절될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들과 타겟을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 타겟(740)은 소스 공진기들(710, 720, 730)과 30도의 각도를 이루며 위치해 있다. 도 6의 경우와 비교하여, 도 7의 경우에도, 소스 공진기들(710, 720, 730)에 공급하는 전압의 세기 또는 위상, 전류의 세기 또는 위상이 조절됨으로써, 타겟(740)으로의 전력 전송 효율이 유지될 수 있다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 공진기에 공급하는 전압의 위상에 따라 무선 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 6의 경우에 소스 공진기들(610, 620, 630)로부터 타겟(640)으로의 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다. 이때, 소스 공진기들(610, 620, 630)에 공급되는 전압의 세기(magnitude)는 동일하고, 소스 공진기(620) 및 소스 공진기(630)에 공급되는 전압의 위상이 변한다. 도 8의 그래프는 위와 같이 소스 공진기(620) 및 소스 공진기(630)에 공급되는 전압의 위상을 변화시키는 시뮬레이션을 통해 생성될 수 있다.
소스 공진기(620) 및 소스 공진기(630)에 공급되는 전압의 위상이 변함에 따라 전력 전송 효율도 변한다. 그래프에서 명암이 진해질수록 전력 전송 효율이 높음을 나타낸다. 대략적으로 소스 공진기(620)에 공급되는 전압의 위상이 70도(810)이고, 소스 공진기(630)에 공급되는 전압의 위상이 100도(820)인 경우에 전력 전송 효율이 가장 크다고 추정될 수 있다.
도 8에서는 두 개의 소스 공진기에 공급되는 전압의 위상을 변화시키는 경우에 대한 그래프만 도시되었지만, 세 개의 소스 공진기에 공급되는 전압의 위상을 모두 변화시키는 경우, 세 개의 소스 공진기에 공급되는 전압의 세기를 모두 변화시키는 경우, 전압의 위상 및 전압의 세기를 모두 변화시키는 경우에 대해서도 시뮬레이션을 통해서 그래프가 생성될 수 있다.
도 9는 도 7의 경우에 소스 공진기들(710, 720, 730)로부터 타겟(740)으로의 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 9는 타겟(740)이 소스 공진기들(710, 720, 730)과 30도만큼 각도를 이루며 위치한 경우의 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다. 이때, 소스 공진기들(710, 720, 730)에 공급되는 전압의 세기(magnitude)는 동일하고, 소스 공진기(720) 및 소스 공진기(730)에 공급되는 전압의 위상이 변한다.
대략적으로 소스 공진기(720)에 공급되는 전압의 위상이 170도(910)이고, 소스 공진기(730)에 공급되는 전압의 위상이 100도(920)인 경우에 전력 전송 효율이 가장 크다고 추정될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들의 배치를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 전송 장치의 소스 공진기들은 분리된 형태를 가질 수 있다. 소스 공진기(1010) 및 소스 공진기(1020)는 피딩부로부터 전력을 공급받지만, 서로 결합된 형태가 아닌, 서로 분리된 형태일 수 있다.
소스 공진기(1010) 및 소스 공진기(1020)로부터 타겟(1030)은 마그네틱 커플링을 통해 무선으로 전력을 전달 받을 수 있다. 피딩부에서 소스 공진기(1010) 및 소스 공진기(1020)로 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 조절함으로써, 타겟(1030)으로 전달되는 전력의 전송 효율이 타겟(1030)의 충전에 필요한 조건 이상으로 유지될 수 있다.
또는 피딩부에서 소스 공진기(1010) 및 소스 공진기(1020)로 공급하는 전력의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써, 타겟(1030)으로 전달되는 전력의 전송 효율이 기 설정된 목표 효율 이상으로 유지될 수 있다.
도 11은 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기의 구조를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 전송 장치의 소스 공진기는 육면체의 형태일 수 있다. 이때 소스 공진기는 복수개의 공진기들로 구성될 수 있는데, 공진기(1110)와 공진기(1140)는 서로 평행하고, 공진기(1120)와 공진기(1150)는 서로 평행하며, 공진기(1130)와 공진기(1160)는 서로 평행한 면을 가질 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 흐름도이다.
1210단계에서, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들로 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력 전송 효율에 기초하여 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 N 포트 네트워크의 입력단과 연결된 복수의 소스 공진기들 및 N 포트 네트워크의 출력단과 연결된 상기 타겟 공진기의 관계에서 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 임피던스 파라미터에 기초하여 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 임피던스 파라미터에 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 조건으로 하여 최적화를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 최적화의 결과에 기초하여 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력 전송 효율에 기초하여 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
1220단계에서, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들로 전력을 공급할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 피더를 통하여 복수의 소스 공진기들로 전력을 공급할 수 있다.
1230단계에서, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들을 통하여 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들 각각에 인가되는 전압의 세기, 전압의 위상을 조절함으로써, 타겟 공진기로의 전력 전송 효율을 조절할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들 각각에 흐르는 전류의 세기 및 전류의 위상을 조절함으로써, 타겟 공진기로의 전력 전송 효율을 조절할 수 있다.
도 13 내지 도 16에서 "공진기"는 소스 공진기 및 타겟 공진기를 포함한다.
도 13내지 도 16의 공진기는 도 1 내지 도 12에서 설명된 공진기에 적용될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.
별도의 피더를 통해 공진기가 전력을 공급받는 경우에는 피더에서 자기장이 발생하고, 공진기에서도 자기장이 발생한다.
도 13의 (a)를 참조하면, 피더(1310)에서 입력 전류가 흐름에 따라 자기장(1330)이 발생한다. 피더(1310) 내부에서 자기장의 방향(1331)과 외부에서 자기장의 방향(1333)은 서로 반대 위상을 가진다. 피더(1310)에서 발생하는 자기장(1330)에 의해 공진기(1320)에서 유도 전류가 발생한다. 이때 유도 전류의 방향은 입력 전류의 방향과 반대이다.
유도 전류에 의해 공진기(1320)에서 자기장(1340)이 발생한다. 자기장의 방향은 공진기(1320)의 내부에서는 동일한 방향을 가진다. 따라서, 공진기(1320)에 의해 피더(1310)의 내부에서 발생하는 자기장의 방향(1341)과 피더(1310)의 외부에서 발생하는 자기장의 방향(1343)은 동일한 위상을 가진다.
결과적으로 피더(1310)에 의해서 발생하는 자기장과 공진기(1320)에서 발생하는 자기장을 합성하면, 피더(1310)의 내부에서는 자기장의 세기가 약화되고, 피더(1310)의 외부에서는 자기장의 세기가 강화된다. 따라서, 도 13과 같은 구조의 피더(1310)를 통해 공진기(1320)에 전력을 공급하는 경우에, 공진기(1320) 중심에서 자기장의 세기가 약하고, 외곽에서 자기장의 세기가 강하다. 공진기(1320) 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 13의 (b)는 공진기(1350)와 피더(1360)가 공통의 접지를 가진 무선 전력 전송 장치의 구조를 나타낸다. 공진기(1350)는 캐패시터(1351)를 포함할 수 있다. 피더(1360)는 포트(1361)를 통하여, RF 신호를 입력 받을 수 있다. 피더(1360)에는 RF 신호가 입력되어, 입력 전류가 생성될 수 있다. 피더(1360)에 흐르는 입력 전류는 자기장을 생성하고, 상기 자기장으로부터 공진기(1350)에 유도 전류가 유도된다. 또한, 공진기(1350)를 흐르는 유도 전류로부터 자기장이 발생한다. 이때, 피더(1360)에 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(1350)에 흐르는 유도 전류의 방향은 서로 반대 위상을 가진다. 따라서, 공진기(1350)와 피더(1360) 사이의 영역에서, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1371)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1373)은 동일한 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 강화된다. 반면에, 피더(1360)의 내부에서는, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1381)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1383)은 반대 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 공진기(1350)의 중심에서는 자기장의 세기가 약해지고, 공진기(1350)의 외곽에서는 자기장의 세기가 강화될 수 있다.
피더(1360)는 피더(1360) 내부의 면적을 조절하여, 입력 임피던스를 결정할 수 있다. 여기서 입력 임피던스는 피더(1360)에서 공진기(1350)를 바라볼 때, 보이는 임피던스를 의미한다. 피더(1360) 내부의 면적이 커지면 입력 임피던스는 증가하고, 내부의 면적이 작아지면 입력 임피던스는 감소한다. 그런데, 입력 임피던스가 감소하는 경우에도, 공진기(1350) 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.
도 14는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.
도 14의 (a)를 참조하면, 공진기(1410)는 캐패시터(1411)를 포함할 수 있다. 피딩부(1420)는 캐패시터(1411)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 14의 (b)는 (a)의 구조를 좀 더 구체적으로 표시한 도면이다. 이때, 공진기(1410)는 제1 전송선로, 제1 도체(1441), 제2 도체(1442), 적어도 하나의 제1 캐패시터(1450)를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(1450)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1431)과 제2 신호 도체 부분(1432) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(1450)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(1431)과 제2 신호 도체 부분(1432)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(1433)으로 부르기로 한다.
도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(1433)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)과 제1 그라운드 도체 부분(1433)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)을 통하여 흐른다.
또한, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1431)의 한쪽 단은 제1 도체(1441)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1450)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1432)의 한쪽 단은 제2 도체(1442)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1450)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1431), 제2 신호 도체 부분(1432) 및 제1 그라운드 도체 부분(1433), 도체들(1441, 1442)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 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
제1 캐패시터(1450)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1캐패시터(1450)는 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(1450)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(1450)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 갖는다. 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(1450)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 제1 캐패시터(1450)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(1450)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. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(1450)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(1450)에 집중되므로, 제1 캐패시터(1450)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(1450)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 14의 (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 14의 (b)를 참조하면, 피딩부(1420)는 제2 전송선로, 제3 도체(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481) 및 제6 도체(1482)를 포함할 수 있다.
제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(1463)을 포함한다. 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)과 제2 그라운드 도체 부분(1463)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)을 통하여 흐른다.
또한, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(1461)의 한쪽 단은 제3 도체(1471)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제5 도체(1481)와 연결된다. 그리고, 제4 신호 도체 부분(1462)의 한쪽 단은 제4 도체(1472)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제6 도체(1482)와 연결된다. 제5 도체(1481)는 제1 신호 도체 부분(1431)과 연결되고, 제6 도체(1482)는 제2 신호 도체 부분(1432)과 연결된다. 제5 도체(1481)와 제6 도체(1482)는 제1 캐패시터(1450)의 양단에 병렬로 연결된다. 이때, 제5 도체(1481) 및 제6 도체(1482)는 RF신호를 입력받는 입력 포트로 사용될 수 있다.
결국, 제3 신호 도체 부분(1461), 제4 신호 도체 부분(1462) 및 제2 그라운드 도체 부분(1463), 제3 도체(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481), 제6 도체(1482) 및 공진기(1410)는 서로 연결됨으로써, 공진기(1410) 및 피딩부(1420)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다. 제5 도체(1481) 또는 제6 도체(1482)를 통하여 RF 신호가 입력되면, 입력 전류는 피딩부(1420) 및 공진기(1410)에 흐르게 되고, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장에 의하여, 공진기(1410)에 유도 전류가 유도 된다. 피딩부(1420)에서 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(1410)에서 흐르는 유도 전류의 방향이 동일하게 형성됨으로써, 공진기(1410)의 중앙에서는 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(1410)의 외곽에서는 자기장의 세기가 약화된다.
공진기(1410)와 피딩부(1420) 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, 피딩부(1420)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(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481), 제6 도체(1482)는 공진기(1410)와 동일한 구조를 형성할 수 있다. 즉, 공진기(1410)가 루프 구조인 경우에는 피딩부(1420)도 루프 구조일 수 있다. 또한, 공진기(1410)가 원형 구조인 경우에는 피딩부(1420)도 원형 구조일 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 피딩부의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
무선 전력 전송에서 피딩은, 소스 공진기에 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신에서 피딩은, 정류부에 AC 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. 도 15의 (a)는 피딩부에서 흐르는 입력 전류의 방향 및 소스 공진기에서 유도되는 유도 전류의 방향을 나타낸다. 또한, 도 15의 (a)는 피딩부의 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향 및 소스 공진기의 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향을 나타낸다. 도 15의 (a)는 도 14의 공진기(1410) 및 피딩부(1420)를 좀 더 간략하게 표현한 도면이다. 도 15의 (b)는 도 14의 피딩부(1420)와 공진기(1410)의 등가회로를 나타낸다.
도 15의 (a)를 참조하면, 도 14의 피딩부(1420)의 제5 도체(1481) 또는 제6 도체(1482)는 입력 포트(1510)로 사용될 수 있다. 입력 포트(1510)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(1510)에서 입력된 RF 신호는 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류의 형태로 표시될 수 있다. 피딩부(1420)를 흐르는 입력 전류는 피딩부(1420)의 전송선로를 따라 시계방향으로 흐른다. 그런데, 피딩부(1420)의 제5 도체(1481)는 공진기(1410)와 전기적으로 연결된다. 좀 더 구체적으로, 제5 도체(1481)는 공진기(1410)의 제1 신호 도체 부분(1431)과 연결된다. 따라서 입력 전류는 피딩부(1420) 뿐만 아니라 공진기(1410)에도 흐르게 된다. 공진기(1410)에서 입력 전류는 반시계 방향으로 흐른다. 공진기(1410)에 흐르는 입력 전류에 의하여 자기장이 발생하고, 상기 자기장에 의해 공진기(1410)에 유도 전류가 생성된다. 유도 전류는 공진기(1410)에서 시계방향으로 흐른다. 이때 유도 전류는 공진기(1510)의 캐패시터(1511)에 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 유도 전류에 의해 자기장이 발생한다. 도 15의 (a)에서 도 14의 피딩부(1420) 및 공진기(1410)에 흐르는 입력 전류는 실선으로 표시되고, 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류는 점선으로 표시되었다.
전류에 의해 발생하는 자기장의 방향은 오른나사의 법칙을 통해 알 수 있다. 도 14의 피딩부(1420) 내부에서, 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1521)과 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1523)은 서로 동일하다. 따라서, 피딩부(1420) 내부에서 자기장의 세기가 강화된다.
또한, 피딩부(1420)와 공진기(1410) 사이의 영역에서, 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1533)과 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1531)은 서로 반대 위상이다. 따라서, 피딩부(1420)와 공진기(1410) 사이의 영역에서, 자기장의 세기는 약화된다.
루프 형태의 공진기에서는 일반적으로 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약하고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 강하다. 그런데 도 15의 (a)를 참조하면, 피딩부(1420)가 공진기(1410)의 캐패시터(1411) 양단에 전기적으로 연결됨으로써 공진기(1410)의 유도 전류의 방향과 피딩부(1420)의 입력 전류의 방향이 동일해 진다. 공진기(1410)의 유도 전류의 방향과 피딩부(1420)의 입력 전류의 방향이 동일하기 때문에, 피딩부(1420)의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부(1420)의 외부에서는 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 루프 형태의 공진기(1410)의 중심에서는 피딩부(1420)로 인하여 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(1410)의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다. 그러므로 공진기(1410) 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 15의 (b)를 참조하면, 피딩부(1540) 및 공진기(1550)는 등가회로로 표현될 수 있다. 피딩부(1540)에서 공진기 측을 바라볼 때 보이는 입력 임피던스 Zin은 다음의 수식과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013006052449-pat00003
여기서, M은 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고, ω 는 피딩부(1540)와 공진기(1550) 간의 공진 주파수를 의미하고, Z는 공진기(1550)에서 타겟 디바이스 측을 바라볼 때 보이는 임피던스를 의미할 수 있다. Zin은 상호 인덕턴스 M에 비례할 수 있다. 따라서, 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이에 상호 인덕턴스를 조절함으로써 Zin을 제어할 수 있다. 상호 인덕턴스 M은 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이 영역의 면적에 따라 조절될 수 있다. 피딩부(1540)의 크기에 따라 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이 영역의 면적이 조절될 수 있다. Zin은 피딩부(1540)의 크기에 따라 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 임피던스 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하지 않다.
무선 전력 수신 장치에 포함된 공진기(1550) 및 피딩부(1540)도 위와 같은 자기장의 분포를 가질 수 있다. 무선 전력 수신 장치에 포함된 공진기(1550)는 타겟 공진기로 동작할 수 있다. 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 마그네틱 커플링을 통하여 무선 전력을 수신한다. 이때 수신되는 무선 전력을 통하여 타겟 공진기에서는 유도 전류가 생성될 수 있다. 타겟 공진기에서 유도 전류에 의해 발생한 자기장은 피딩부(1540)에 다시 유도 전류를 생성할 수 있다. 이때, 도 15의 (a)의 구조와 같이 공진기(1550)와 피딩부(1540)가 연결되면, 공진기(1550)에서 흐르는 전류의 방향과 피딩부(1540)에서 흐르는 전류의 방향은 동일해진다. 따라서, 피딩부(1540)의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이의 영역에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.
도 16을 참조하면, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 소스 시스템(1610), 소스 공진기(1620), 타겟 공진기(1630), 타겟 시스템(1640) 및 전기 자동차용 배터리(1650)을 포함한다.
전기 자동차 충전 시스템(1600)은 도 1의 무선 전력 전송 시스템과 유사한 구조를 가진다. 즉, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 소스 시스템(1610) 및 소스 공진기(1620)로 구성되는 소스를 포함한다. 또한, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 타겟 공진기(1630) 및 타겟 시스템(1640)로 구성되는 타겟을 포함한다.
이때, 소스 시스템(1610)은 도 1의 소스(110)와 같이, 가변 SMPS(Variable SMPS), 파워 증폭기(Power Amplifier), 매칭 네트워크, 제어부 및 통신부를 포함할 수 있다. 이때, 타겟 시스템(1640)은 도 1의 타겟(120)과 같이, 매칭 네트워크, 정류부, DC/DC 컨버터, 통신부 및 제어부를 포함할 수 있다.
전기 자동차용 배터리(1650)는 타겟 시스템(1640)에 의해 충전 될 수 있다.
전기 자동차 충전 시스템(1600)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용할 수 있다.
소스 시스템(1610)은 충전 차량의 종류, 배터리의 용량, 배터리의 충전 상태에 따라 전력을 생성하고, 생성된 전력을 타겟 시스템(1640)으로 공급할 수 있다.
소스 시스템(1610)은 소스 공진기(1620) 및 타겟 공진기(1630)의 정렬(alignment)를 맞추기 위한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 소스 시스템(1610)의 제어부는 소스 공진기(1620)와 타겟 공진기(1630)의 정렬이 맞지 않은 경우, 타겟 시스템(1640)으로 메시지를 전송하여 정렬(alignment)을 제어할 수 있다.
이때, 정렬(alignment)이 맞지 않은 경우란, 타겟 공진기(1630)의 위치가 마그네틱 레조넌스(magnetic resonance)가 최대로 일어나기 위한 위치에 있지 않은 경우 일 수 있다. 즉, 차량이 정확하게 정차되지 않은 경우, 소스 시스템(1610)은 차량의 위치를 조정하도록 유도함으로써, 소스 공진기(1620)와 타겟 공진기(1630)의 정렬(alignment)이 맞도록 유도할 수 있다.
소스 시스템(1610)과 타겟 시스템(1640)은 통신을 통해, 차량의 식별자를 송수신할 수 있고, 각종 메시지를 주고 받을 수 있다.
도 2 내지 도 15에서 설명된 내용들은 전기 자동차 충전 시스템(1600)에 적용될 수 있다. 다만, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용하고, 전기 자동차용 배터리(1650)를 충전하기 위해 수십 watt이상의 전력 전송을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 공진기에 공급하는 전력의 전압 세기, 전압 위상, 전류 세기 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써, 충전하고자 하는 디바이스의 수, 충전하고자 하는 디바이스의 위치, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 거리 및 위치 변화와 같은 다양한 환경에서도 최적의 전력 전송 효율을 유지 시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 공진기에 공급하는 전력의 전압 세기, 전압 위상, 전류 세기 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써, 공진기에서 발생하는 자기장으로 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 소스 또는 타겟의 위치 이동이 가능한 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 전기 자동차의 무선 충전 시, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 서로 정렬이 되지 않은 경우에도, 전력 전송 효율이 유지될 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 공진기에 공급하는 전력의 전압 세기, 전압 위상, 전류 세기 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써, 매칭 네트워크의 개수를 줄일 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 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (23)

  1. 무선 전력 전송 장치에 있어서,
    타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 복수의 소스 공진기들을 포함하는 전력 전송부;
    상기 복수의 소스 공진기들에 전력을 공급하는 피딩부;
    상기 피딩부에서 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는 제어부; 및
    무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는 통신부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 정보에 기초하여 전력 전송 효율을 획득하고,
    상기 전력 전송 효율에 기초하여 상기 전압 세기, 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는,
    무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    N 포트 네트워크의 입력단과 연결된 상기 복수의 소스 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크의 출력단과 연결된 상기 타겟 공진기의 관계에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하고, 상기 임피던스 파라미터에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는
    무선 전력 전송 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 소스 공진기들은
    각각의 소스 공진기가 서로 결합된 형태 및 각각의 소스 공진기가 서로 분리된 형태 중 적어도 하나의 형태인
    무선 전력 전송 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 복수의 소스 공진기들에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는,
    무선 전력 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하는 계산부;
    상기 임피던스 파라미터에 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하는 최적의 전압 세기, 전류 세기 중 적어도 하나를 추정하는 최적화부; 및
    상기 추정된 결과에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 결정하는 결정부
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최적화부는
    상기 피딩부에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 순차적으로 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 상기 전송 효율의 목표 값을 만족하는 최적의 전압 세기, 전류 세기 중 적어도 하나를 추정하는
    무선 전력 전송 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 최적화부는
    상기 피딩부에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 랜덤하게 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 상기 전송 효율의 목표 값을 만족하는 전압 세기, 전류 세기 중 적어도 하나를 추정하는
    무선 전력 전송 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 최적화부는
    상기 피딩부에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 룩업 테이블에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 상기 전송 효율의 목표 값을 만족하는 전압 세기, 전류 세기 중 적어도 하나를 추정하는
    무선 전력 전송 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 최적화부는
    상기 N 포트 네트워크에서 유도되는 N 포트 매트릭스 관계식 및 상기 임피던스 파라미터에 기초하여 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하는 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 추정하는
    무선 전력 전송 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 소스 공진기들 각각은
    제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분과, 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분에 대응되는 제1 그라운드 도체 부분을 포함하는 제1 전송 선로;
    상기 제1 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제1 도체;
    상기 제1 그라운드 도체 부분으로부터 이격되어 상기 제2 신호 도체 부분과 전기적으로 연결된 제2 도체; 및
    상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 적어도 하나의 제1 캐패시터
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 타겟 공진기로의 전력 전송 효율에 기초하여 상기 전압 세기(magnitude) 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는
    무선 전력 전송 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 소스 공진기들은
    xy평면과 평행한 면을 포함하는 제1 소스 공진기;
    yz평면과 평행한 면을 포함하는 제2 소스 공진기; 및
    zx평면과 평행한 면을 포함하는 제3 소스 공진기
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  13. 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 복수의 소스 공진기들을 포함하는 전력 전송부;
    상기 복수의 소스 공진기들에 전력을 공급하는 피딩부;
    상기 피딩부에서 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절하는 제어부; 및
    무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는 통신부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 정보에 기초하여 전력 전송 효율을 획득하고,
    상기 전력 전송 효율에 기초하여 상기 전압 위상, 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는,
    무선 전력 전송 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    N 포트 네트워크의 입력단과 연결된 상기 복수의 소스 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크의 출력단과 연결된 상기 타겟 공진기의 관계에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하고, 상기 임피던스 파라미터에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는
    무선 전력 전송 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 통신부는
    상기 복수의 소스 공진기들에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는,
    무선 전력 전송 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하는 계산부;
    상기 임피던스 파라미터에 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하는 전압 위상, 전류 위상 중 적어도 하나를 추정하는 최적화부; 및
    상기 추정된 결과에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 결정하는 결정부
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 타겟 공진기로의 전력 전송 효율에 기초하여 상기 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는
    무선 전력 전송 장치.
  18. 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는 단계;
    복수의 소스 공진기들로 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는 단계;
    상기 복수의 소스 공진기들로 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 복수의 소스 공진기들을 통하여 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하는 단계;
    상기 임피던스 파라미터에 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하는 최적의 전압 세기, 전류 세기 중 적어도 하나를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 결과에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 결정하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    전력 전송 효율에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는
    무선 전력 전송 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    N 포트 네트워크의 입력단과 연결된 상기 복수의 소스 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크의 출력단과 연결된 상기 타겟 공진기의 관계에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산하는 단계; 및
    상기 임피던스 파라미터에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 소스 공진기들에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신하는 단계
    를 더 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  22. 삭제
  23. 제18항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    전력 전송 효율에 기초하여 상기 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는
    무선 전력 전송 방법.
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