KR102376240B1 - 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템 - Google Patents

유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 발진할 수 있는 하이브리드 무선 전력 전송 장치, 상기 하이브리드 무선 전력 전송 장치로부터의 전력 신호를 수신할 수 있는 무선 전력 수신 장치를 포함하는 하이브리드 무선 전력 전송 시스템으로서, 상기 하이브리드 무선 전력 전송 장치는, 상기 유도 전력 신호를 발진하기 위하여 구성되는 전송 코일; 상기 공명 전력 신호를 발진하기 위하여 구성되는 전송 안테나; 상기 전송 코일과 상기 전송 안테나에 연결되는 제 1 가변 커패시터 블록; 상기 무선 전력 수신 장치가 유도 전력 수신 장치인 경우, 상기 전송 코일을 동작시킴과 더불어서 상기 제 1 가변 커패시터 블록을 제어하여 유도 메인 임피던스 매칭이 되도록 하고, 상기 무선 전력 수신 장치가 자기 공명 수신 장치인 경우, 상기 전송 안테나를 동작시킴과 더불어서 상기 제 1 가변 커패시터 블록을 제어하여 공명 메인 임피던스 매칭이 되도록 하는 전송 제어부를 포함하고, 상기 무선 전력 수신 장치는, 공명 전력 신호 및 상기 유도 전력 신호를 중 적어도 하나를 수신할 수 있는 수신블록; 상기 수신 블록과 연결되는 제 2 가변 커패시터 블록; 및 상기 무선 전송 장치와 보조 임피던스 매칭을 하도록 상기 제 2 가변 커패시터 블록을 제어하는 수신 제어부를 포함할 수 있다.

Description

유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템{WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTME WHICH ENABLES TO TRANSMIT AND RECEIVE INDUCED POWER SIGNAL AND RESONANCE POWER SIGNAL}
본 발명은, 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
무선 통신 기술의 발달로 언제 어디서나 누구나 원하는 모든 정보를 주고 받을 수 있는 유비쿼터스 정보 환경이 되고 있다. 하지만, 아직까지 통신 정보 기기들은 대부분 배터리에 의존하고 있고, 유선 전원 코드에 의한 전원을 공급받아 통신 정보 기기의 사용이 제한을 받고 있다.
따라서, 무선 정보 네트워크 환경은 단말기 전원에 대한 문제를 해결하지 않고서는 진정으로 자유로워질 수 없다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 무선으로 전력을 전달하기 위한 많은 방식이 개발되고 있는데, 전파(Microwave)를 이용한 전파 수신형 방식, 자기장을 이용한 자기 유도 방식 또는 자기장과 전기장의 에너지 전환에 의한 자기 공명 방식 등이 대표적이다.
여기서, 전파 수신형 방식은 안테나를 통해 전파를 공기 중으로 방사함으로써 먼 거리까지 전력 전송 가능한 장점이 있으나, 공기 중에서 소모되는 방사 손실(Radiation loss)이 매우 커서 전력 전송의 효율성에 한계가 있다.
또한, 자기 유도 방식은 송신기로 전송 코일을 사용하고, 수신기로 2차 코일을 사용하여 1차 및 2차 코일에 의한 자기 에너지 결합을 이용한 기술로 높은 전력 전송의 효율성을 갖는 장점이 있으나, 전력 전송을 위해서 1차 및 2차 코일이 수 ㎜ 정도의 짧은 거리에 인접해 있어야 하며, 1차 및 2차 코일의 정렬에 따라 전력 전송의 효율성이 급격하게 변하는 단점이 있다.
따라서, 최근에 자기 유도 방식과 유사하나 코일형의 인덕터(L)와 커패시터(C)에 의한 특정 공진 주파수에 에너지가 집중되게 하여 자기 에너지 형태로 전력을 송신하는 자기 공명 방식이 개발되고 있다. 이러한 자기 공명 방식은 비교적 큰 에너지를 수 미터까지 보낼 수 있다는 장점이 있으나, 높은 공진 특성(High quality factor)을 요구하고 있다. 즉, 자기 공명 방식은 임피던스 정합 여부, 공진 주파수 일치 여부에 따라 효율이 급격하게 변하는 단점이 있다.
또한 이러한 임피던스 정합을 이루는데 있어서, 다수의 커패시터가 필요하게 되고, 이에 따라 부품 점수가 많아지고, 이를 위한 제어 프로그램이 복잡해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 무선 전력 전송 시스템의 임피던스 정합에 있어서, 무선 전력 수신 장치에도 그 역할을 일부 부여함으로써, 제어 효율을 높히고, 구성을 간소화할 수 있는, 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하연 안출된, 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 발진할 수 있는 하이브리드 무선 전력 전송 장치, 상기 하이브리드 무선 전력 전송 장치로부터의 전력 신호를 수신할 수 있는 무선 전력 수신 장치를 포함하는 하이브리드 무선 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 하이브리드 무선 전력 전송 장치는, 상기 유도 전력 신호를 발진하기 위하여 구성되는 전송 코일; 상기 공명 전력 신호를 발진하기 위하여 구성되는 전송 안테나; 상기 전송 코일과 상기 전송 안테나에 연결되는 제 1 가변 커패시터 블록; 및 상기 무선 전력 수신 장치가 유도 전력 수신 장치인 경우, 상기 전송 코일을 동작시킴과 더불어서 상기 제 1 가변 커패시터 블록을 제어하여 유도 메인 임피던스 매칭이 되도록 하고, 상기 무선 전력 수신 장치가 자기 공명 수신 장치인 경우, 상기 전송 안테나를 동작시킴과 더불어서 상기 제 1 가변 커패시터 블록을 제어하여 공명 메인 임피던스 매칭이 되도록 하는 전송 제어부를 포함하고, 상기 무선 전력 수신 장치는, 공명 전력 신호 및 상기 유도 전력 신호를 중 적어도 하나를 수신할 수 있는 수신블록; 상기 수신 블록과 연결되는 제 2 가변 커패시터 블록; 및 상기 무선 전송 장치와 보조 임피던스 매칭을 하도록 상기 제 2 가변 커패시터 블록을 제어하는 수신 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 가변 커패시터 블록은, 상기 전송 코일과 연결되는 제 1 메인 커패시터 블록; 상기 전송 안테나와 연결되는 제 2 메인 커패시터 블록; 및 상기 전송제어부의 제어에 의해 상기 제 1 메인 커패시터 블록 및 상기 제 2 메인 커패시터 블록 중 하나를 선택하게 하는 메인 스위칭부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 메인 커패시터 블록은, 복수의 메인 유도 커패시터, 상기 메인 유도 커패시터들은 상호 직병렬로 연결되고, 상기 메인 유도 커패시터사이에 배치되는 유도 전송 스위치를 포함하고, 상기 전송 제어부는, 상기 유도 전송 스위치를 온오프시켜 상기 유도 메인 임피던스 매칭이 되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 메인 커패시터 블록은, 복수의 메인 공명 커패시터, 상기 메인 공명 커패시터들은 상호 직병렬로 연결되고, 상기 메인 공명 커패시터사이에 배치되는 공명 전송 스위치를 포함하고, 상기 전송 제어부는, 상기 공명 전송 스위치를 온오프시켜 상기 공명 메인 임피던스 매칭이 되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 수신 블록은, 상기 유도 전력 신호를 수신하기 위한 수신 코일; 및 상기 공명 전력 신호를 수신하기 위한 수신 안테나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 가변 커패시터 블록은, 상기 수신 코일과 연결되는 제 1 보조 커패시터 블록; 상기 수신 안테나와 연결되는 제 2 보조 커패시터 블록; 및 상기 수신 제어부의 제어에 의해 상기 제 1 보조 커패시터 블록 및 상기 제 2 보조 커패시터 블록 중 하나를 선택하게 하는 보조 스위칭부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 보조 커패시터 블록은, 복수의 보조 유도 커패시터, 상기 보조 유도 커패시터들은 상호 직병렬로 연결되고, 상기 보조 유도 커패시터사이에 배치되는 유도 수신 스위치를 포함하고, 상기 수신 제어부는, 상기 유도 수신 스위치를 온오프시켜 유도 보조 임피던스 매칭이 되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 보조 커패시터 블록은, 복수의 보조 공명 커패시터, 상기 보조 공명 커패시터들은 상호 직병렬로 연결되고, 상기 보조 공명 커패시터사이에 배치되는 공명 수신 스위치를 포함하고, 상기 수신 제어부는, 상기 공명 수신 스위치를 온오프시켜 공명 보조 임피던스 매칭이 되도록 할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예인, 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 무선 전력 전송 장치는, 무선 전력 신호를 전송하기 위한 전송 블록; 상기 전송 블록에 연결되는 제 1 가변 커패시터 블록; 및 상기 무선 전력 수신 장치가 충전 위치에 놓이면, 메인 임피던스 매칭을 위하여 상기 제 1 가변 커패시터 블록을 제어하는 전송 제어부를 포함하고, 상기 무선 전럭 수신 장치는, 상기 무선 전력 신호를 수신하기 위한 수신 블록; 상기 수신 블록에 연결되는 제 2 가변 커패시터 블록; 및 상기 전송 블록과 보조 임피던스 매칭하도록 상기 제 2 가변 커패시터 블록을 제어하는 수신 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 가변 커패시터 블록은, 복수의 메인 커패시터, 상기 메인 커패시터들은 상호 직병렬로 연결되고, 상기 메인 커패시터사이에 배치되는 전송 스위치를 포함하고, 상기 전송 제어부는, 상기 전송 스위치를 온오프시켜 상기 메인 임피던스 매칭이 되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 가변 커패시터 블록은, 복수의 보조 커패시터, 상기 보조 커패시터들은 상호 직병렬로 연결되고, 상기 보조 커패시터사이에 배치되는 수신 스위치를 포함하고, 상기 수신 제어부는, 상기 수신 스위치를 온오프시켜 상기 보조 임피던스 매칭이 되도록 할 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따르면, 임피던스 정합에 있어서, 그 역할을 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치가 나눔으로써, 임피던스 정합을 위한 제어 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 임피던스 정합을 위한 커패시턴스의 변화를 직병렬회로와 스위치로 간단하게 조합함으로써 보다 적은수의 커패시터와 스위치로도 다양한 값의 커패시턴스 값을 설정할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 전자적인 구성을 설명하는 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템에서 하이브리드 수신 장치의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 하이브리드 무선 전력 전송 장치의 제 1 가변 커패시터 블록의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 하이브리드 수신 장치 중 제 2 가변 커패시턴스 블록의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 가변 커패시터 블록의 회로도.
이하, 본 발명인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 전자적인 구성을 설명하는 블록 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 시스템은 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르는 하이브리드 무선 전력 전송 장치(100)는, 전송 코일(110)과 전송 안테나(120), 제 1 가변 커패시터 블록(130), 및 전송 제어부(140)를 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신 장치(200)로는 유도 전력 수신 장치(201), 자기 공명 수신 장치(202) 및 하이브리드 수신 장치(203)가 될 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 전송 코일(110)은 전자기 유도에 의한 무선 전력 신호이 유도 전력 신호를 발진하기 위한 것이며, 전송 안테나(120)는 자기 공명 현상에 의한 무선 전력 신호인 공명 전력 신호를 발진하기 위한 것이다.
상기 전송 코일(110)과 상기 전송 안테나(120)에 연결되는 제 1 가변 커패시터 블록(130)은, 무선 전력 수신 장치(200)가 충전 위치(유도 전력 수신 장치의 경우), 또는 충전 거리(자기 공명 수신 장치의 경우)에 위치하게 되면, 이들과 임피던스 정합을 위한 유도 메인 임피던스 매칭 또는 공명 메인 임피던스 매칭을 하기 위한 구성요소이다.
전송 제어부(140)는, 충전 위치에 유도 전력 수신 장치가 놓이게 되는 경우, 상기 전송 코일(110)을 동작시킴과 더불어서 상기 제 1 가변 커패시터 블록(130)을 제어하여 유도 메인 임피던스 매칭이 되도록 하고, 충전 거리에 자기 공명 수신 장치가 위치하는 경우, 상기 전송 안테나(120)를 동작시킴과 더불어서 상기 제 1 가변 커패시터 블록(130)을 제어하여 공명 메인 임피던스 매칭이 되도록 하는 기능을 한다.
여기서 메인 임피던스 매칭이란, 무선 전력 수신 장치(200)에서 이루어지는 보조 임피던스 매칭에 대응되는 의미로서, 임피던스 매칭에서 비교적 큰 커패시턴스의 변경이 이루어지는 것을 의미한다. 또한 보조 임피던스 매칭이란, 무선 전력 수신 장치(200)의 제 2 가변 커패스터 블록(230)에서 무선 전력 전송 장치(100)의 전송 블록(A)과 임피던스 매칭을 함에 있어 비교적 작은 커패시턴스의 변경을 의미한다.
이상과 같이 무선 전력 전송 장치(100)를 구성하게 됨으로써, 무선 전력 수신 장치(200)가 유도전력 수신 장치(201)인 경우, 제 1 가변 커패시터 블록(130)에서 유도 메인 임피던스 매칭이 되도록 하며, 무선 전력 수신 장치(200)가 자기 공명 수신 장치(202)인 경우, 제 1 가변 커패시터 블록(130)에서는 공명 메인 임피던스 매칭이 이루어지도록 한다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따르면, 수신 장치가 공명식이던지, 유도 방식이던지 간에 모두 충전이 가능하게 될 뿐 아니라. 수신 장치와의 임피던스 매칭 작업을 전송 장치와 수신 장치가 함께 하기 때문에, 전송 장치측의 임피던스 매칭 작업의 부담을 줄여줄 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템에서 하이브리드 수신 장치의 전자적인 구성에 대하여 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템에서 하이브리드 수신 장치의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드 수신 장치(203)의 경우, 수신 블록(B), 제 2 가변 커패스터 블록(230), 및 수신 제어부(240)를 포함할 수 있다.
수신 블록(B)은 수신 코일(210)과 수신 안테나(220)로 구성될 수 있다. 수신 코일(210)은 저주파 신호인 유도 전력 신호를 수신하여 전자기 유도 방식에 의해 교류 전력을 생성하기 위한 구성요소이며, 수신 안테나(220)는 고주파 신호인 공명 전력 신호를 수신하여 교류 전력 신호를 수신하기 위한 구성요소이다.
제 2 가변 커패시터 블록(230)은 보조 임피던스 매칭을 하기 위한 구성요소이다. 즉, 전송 블록(A)의 전송 코일(110) 또는 전송 안테나(120)와 수신 코일(210) 또는 수신 안테나(220)가 임피던스 매칭을 함에 있어서, 보조적인 임피던스 매칭을 위하여 커패시턴스를 변경하는 것이다. 수신 제어부(240)의 제어하에, 제 2 가변 커패스터 블록(230)의 커패시턴스값은 보조적으로, 즉 작은 크기(제 1 가변 커패시터 블록(130)에 비하여 작은 크기라는 의미)로 변경되어서 임피던스 정합이 이루어지도록 한다.
여기서는 하이브리드 수신 장치(203)를 중심으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 유도 전력 수신 장치 및 자기 공명 수신 장치에도 이용될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 즉, 도 2에서는 수신 코일(210) 및 수신 안테나(220)가 모두 있으나, 이 중 하나가 제거되면, 유도 전력 수신 장치(201) 또는 자기 공명 수신장치(202)에 해당하게 되며, 이 경우에도 임피던스 매칭을 위해 제 2 가변 커패시터 블록(230)이 작은 크기의 값으로 커패시턴스가 변경되게 된다.
이하에서는 하이브리드 무선 전력 전송 장치(100)의 제 1 가변 커패시터 블록(130) 및 무선 전력 수신 장치(200)의 제 2 가변 커패스터 블록(230)의 전자적인 구성에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 하이브리드 무선 전력 전송 장치의 제 1 가변 커패시터 블록의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 하이브리드 수신 장치 중 제 2 가변 커패시턴스 블록의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
우선, 도 3을 참조하면, 제 1 가변 커패시터 블록(130)은 제 1 메인 커패스터 블록(131), 제 2 메인 커패시터 블록(133), 및 메인 스위칭부(135)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 메인 커패시터 블록(131)은 전송 코일(110)과 연결되어서, 전송 코일(110)과 수신 코일(210)간의 임피던스 정합인 유도 메인 임피던스 매칭을 이루기 위하여 커패스턴스값이 전송 제어부(140)의 제어에 의해 변경된다.
제 2 메인 커패시터 블록(133)은 전송 안테나(120)와 연결되어서, 전송 안테나(120)와 수신 안테나(220)간의 임피던스 정합인 공명 메인 임피던스 매칭을 이루기 위하여 커패스턴스값(비교적 큰값)이 전송 제어부(140)의 제어에 의해 변경된다.
메인 스위칭부(135)는, 전송 제어부(140)가 상기 전송 블록(A)를 통해 외부 물체 감지 신호를 발신하고, 이에 대응하는 무선 전력 수신 장치(200)로부터의 신호를 검출하여 무선 전력 수신 장치의 종류가 확인되면, 그 수신 장치의 종류에 따라 상기 제 1 메인 커패스터 블록(131) 및 제 2 메인 커패시터 블록(133) 중 하나를 선택하는 기능을 한다. 즉, 전송 제어부(140)는, 전송 블록(A)에서 발진되는 외부 물체 감지 신호를 이용하여 외부 물체가 유도 전력 수신 장치(201)인지 자기 공명 수신 장치(202)인지를 확인하고, 이에 따라 보조 스위칭부(235)를 동작하여 이에 맞는 메인 커패시터 블록을 선택하여 무선 전력 신호를 전송하게 된다.
그리고, 이렇게 선택된 메인 커패스터 블록은 메인 임피던스 매칭을 위하여 그 커패시턴스 값이 수신 장치의 아이디 신호에 기초하여 변경되게 된다
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 하이브리드 수신 장치(203)의 제 2 가변 커패시터 블록(230)은 제 1 보조 커패스터 블록(231), 제 2 보조 커패시터 블록(233), 및 보조 스위칭부(235)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 보조 커패시터 블록(231)은 수신 코일(210)과 연결되어서, 전송 코일(110)과 수신 코일(210)간의 임피던스 정합인 유도 보조 임피던스 매칭을 이루기 위하여 커패스턴스값이 수신 제어부(240)의 제어에 의해 변경된다.
제 2 보조 커패시터 블록(233)은 수신 안테나(220)와 연결되어서, 전송 안테테나(120)와 수신 안테나(220)간의 임피던스 정합인 공명 보조 임피던스 매칭을 이루기 위하여 커패스턴스값(비교적 적은 값)이 수신 제어부(240)의 제어에 의해 변경된다.
보조 스위칭부(235)는, 수신 제어부(240)가 상기 전송 블록(A)를 통해 외부 물체 감지 신호를 감지하고 이에 따라 무선 전력 전송 장치(100)의 종류가 확인되면, 그 전송 장치(100)의 종류에 따라 상기 제 1 보조 커패스터 블록 (231)및 제 2 보조 커패시터 블록(233) 중 하나를 선택하는 기능을 한다. 즉, 수신 제어부(240)는, 전송 블록(A)에서 발진되는 외부 물체 감지 신호를 이용하여 전송 장치(100)가 유도 전력 전송 장치인지 자기 공명 전송 장치인지를 확인하고, 이에 따라 보조 스위칭부(235)를 동작하여 이에 맞는 보조 커패시터 블록을 선택하여 임피던스 정합이 이루게 되어서, 최적의 무선 전력 신호를 수신하게 된다.
이하에서는 가변 커패시터 블록의 회로구성에 대하여 도 5를 참조하여 설명하도록 한다. 도5에서 설명하는 가변 커패스터 블록은 도 1 내지 4에서 설명한 제 1 및 제 2 메인 커패시터 블록, 제 1 및 제 2 보조 커패시터 블록에 모두 적용될 수 있는 예들이다. 특허 청구범위에서는 도 5의 가변 커패시터 블록이 어디에 이용되는가에 따라 커패시터를 "메인 커패시터, 메인 유도 커패시터, 메인 공명 커패시터, 보조 커패시터, 보조 유도 커패시터, 보조 공명 커패시터"라 명명하고, 스위치는 "전송 스위치, 유도 전송 스위치, 공명 전송 스위치, 수신 스위치, 유도 수신 스위치, 공명 수신 스위치"라고 명명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 가변 커패시터 블록의 회로도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 가변 커패시터 블록은, 다수의 직병렬로 연결되는 커패시터(C1~C4)와, 커패시터 사이에 배치되는 스위치(S1,S2)로 구성될 수 있다. 이상과 같이 구성함으로써 보다 적은수의 커패시터로도 다양한 값의 커패시턴스를 조합할 수 있게 된다. 이에 따라 부품 점수가 적게 되어서, 제품의 경량화 및 박형화에 기여할 수 있게 된다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따르면, 임피던스 정합에 있어서, 그 역할을 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치가 나눔으로써, 임피던스 정합을 위한 제어 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 임피던스 정합을 위한 커패시턴스의 변화를 직병렬회로와 스위치로 간단하게 조합함으로써 보다 적은수의 커패시터와 스위치로도 다양한 값의 커패시턴스 값을 설정할 수 있게 된다.
100 : 무선 전력 전송 장치(하이브리드 타입)
110 : 전송 코일
120 : 전송 안테나
A : 전송 블록
130 : 제 1 가변 커패시터 블록
131 : 제 1 메인 커패시터 블록
133 : 제 2 메인 커패시터 블록
135 : 메인 스위칭부
140 : 전송 제어부
200 : 무선 전력 수신 장치
201 : 유도전력 수신 장치
202 : 자기 공명 수신 장치
203 : 하이브리드 수신 장치
210 : 수신 코일
220 : 수신 안테나
230 : 제 2 가변 커패시터 블록
231 : 제 1 보조 커패시터 블록
233 : 제 2 보조 커패시터 블록
235 : 보조 스위칭부
240 : 수신 제어부
C1, C2, C3, C4 : 커패시터
S1, S2 : 스위치

Claims (10)

  1. 하이브리드 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치를 포함하는 하이브리드 무선 전력 전송 시스템으로서,
    상기 하이브리드 무선 전력 전송 장치는,
    유도 전력 신호 및 공명 전력 신호 중 적어도 하나를 발진할 수 있는 전송 블록;
    상기 전송 블록에 연결되는 제 1 가변 커패시터 블록;
    유도 메인 임피던스 매칭 및 공명 메인 임피던스 매칭 중 적어도 하나의 메인 임피던스 매칭이 되도록 상기 제 1 가변 커패시터 블록을 제어하는 전송 제어부를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    공명 전력 신호 및 상기 유도 전력 신호 중 적어도 하나를 수신할 수 있는 수신 블록;
    상기 수신 블록과 연결되는 제 2 가변 커패시터 블록; 및
    상기 하이브리드 무선 전력 전송 장치와 보조 임피던스 매칭을 수행하도록 상기 제 2 가변 커패시터 블록을 제어하는 수신 제어부를 포함하고,
    상기 제 1 가변 커패시터 블록은,
    상기 유도 메인 임피던스 매칭이 되도록 구성되는 제 1 메인 커패시터 블록;
    상기 공명 메인 임피던스 매칭이 되도록 구성되는 제 2 메인 커패시터 블록; 및
    상기 전송 제어부의 제어에 의해 상기 제 1 메인 커패시터 블록 및 상기 제 2 메인 커패시터 블록 중 하나를 선택하도록 구성되는 메인 스위칭부를 포함하는 것인, 하이브리드 무선 전력 전송 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 메인 커패시터 블록은,
    복수의 메인 유도 커패시터 - 상기 복수의 메인 유도 커패시터는 상호 직병렬로 연결됨 - ; 및
    상기 메인 유도 커패시터 사이에 연결되는 유도 전송 스위치를 포함하고,
    상기 전송 제어부는, 상기 유도 전송 스위치를 온오프시켜 상기 메인 임피던스 매칭을 수행하는 것인, 하이브리드 무선 전력 전송 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 메인 커패시터 블록은,
    복수의 메인 공명 커패시터 - 상기 복수의 메인 공명 커패시터는 상호 직병렬로 연결됨 - ; 및
    상기 메인 공명 커패시터 사이에 연결되는 공명 전송 스위치를 포함하고,
    상기 전송 제어부는, 상기 공명 전송 스위치를 온오프시켜 상기 메인 임피던스 매칭을 수행하는 것인, 하이브리드 무선 전력 전송 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 블록은,
    상기 유도 전력 신호를 수신하기 위한 수신 코일; 및
    상기 공명 전력 신호를 수신하기 위한 수신 안테나를 포함하는 것인, 하이브리드 무선 전력 전송 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 가변 커패시터 블록은,
    상기 수신 코일과 연결되는 제 1 보조 커패시터 블록;
    상기 수신 안테나와 연결되는 제 2 보조 커패시터 블록; 및
    상기 수신 제어부의 제어에 의해 상기 제 1 보조 커패시터 블록 및 상기 제 2 보조 커패시터 블록 중 하나를 선택하도록 구성되는 보조 스위칭부를 포함하는 것인, 하이브리드 무선 전력 전송 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 보조 커패시터 블록은,
    복수의 보조 유도 커패시터 - 상기 복수의 보조 유도 커패시터는 상호 직병렬로 연결됨 -; 및
    상기 보조 유도 커패시터 사이에 연결되는 유도 수신 스위치를 포함하고,
    상기 수신 제어부는, 상기 유도 수신 스위치를 온오프시켜 유도 보조 임피던스 매칭을 수행하는 것인, 하이브리드 무선 전력 전송 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 보조 커패시터 블록은,
    복수의 보조 공명 커패시터 - 상기 복수의 보조 공명 커패시터는 상호 직병렬로 연결됨 - ; 및
    상기 보조 공명 커패시터 사이에 연결되는 공명 수신 스위치를 포함하고,
    상기 수신 제어부는, 상기 공명 수신 스위치를 온오프시켜 공명 보조 임피던스 매칭을 수행하는 것인, 하이브리드 무선 전력 전송 시스템.
  8. 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    무선 전력 신호를 전송하기 위한 전송 블록;
    상기 전송 블록에 연결되는 제 1 가변 커패시터 블록; 및
    메인 임피던스 매칭을 위하여 상기 제 1 가변 커패시터 블록을 제어하는 전송 제어부를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    상기 무선 전력 신호를 수신하기 위한 수신 블록;
    상기 수신 블록에 연결되는 제 2 가변 커패시터 블록; 및
    상기 전송 블록과의 보조 임피던스 매칭을 위해 상기 제 2 가변 커패시터 블록을 제어하는 수신 제어부를 포함하고,
    상기 제 1 가변 커패시터 블록은,
    상기 전송 블록과 연결되는 제 1 메인 커패시터 블록;
    상기 전송 블록과 연결되는 제 2 메인 커패시터 블록; 및
    상기 전송 제어부에 의해 제어되는 메인 스위칭부를 포함하는 것인, 무선 전력 전송 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 커패시터 블록 및 제 2 가변 커패시터 블록 중 적어도 하나는,
    복수의 메인 커패시터 - 상기 복수의 메인 커패시터는 상호 직병렬로 연결됨 - ; 및
    상기 메인 커패시터 사이에 연결되는 전송 스위치를 포함하고,
    상기 전송 제어부는, 상기 전송 스위치를 온오프시켜 상기 메인 임피던스 매칭을 수행하는 것인, 무선 전력 전송 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 가변 커패시터 블록은,
    복수의 보조 커패시터 - 상기 복수의 보조 커패시터는 상호 직병렬로 연결됨 - ; 및
    상기 보조 커패시터 사이에 연결되는 수신 스위치를 포함하고,
    상기 수신 제어부는, 상기 수신 스위치를 온오프시켜 상기 보조 임피던스 매칭을 수행하는 것인, 무선 전력 전송 시스템.

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