KR102489981B1 - 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템 - Google Patents

무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 및 수신분야에서, 무선 전력 전송방법, 전송장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 상기 무선 전력 전송장치로부터 광 에너지를 수신하는 전력 수신부와 상기 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제1 전력 변환부와 상기 제1 전력 변환부와 마주보도록 형성된 제2전력 변환부와 상기 제1 및 제2 전력 변환부 사이에 배치된 복수의 광분산부를 포함하고, 상기 복수의 광분산부는 상기 광 에너지가 분산되어, 상기 제1 및 제2 전력 변환부의 서로 다른 영역 상에 도달하도록, 상기 제1 및 제2 전력 변환부와 특정 각도를 이루며, 서로 이격하여 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템{WIRELESS POWER TRANSFER METHOD, APPARATUS AND SYSTEM}
본 발명은 무선 전력 전송 및 수신분야에서, 무선 전력 전송방법, 전송장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
전통적으로 무선 전력 수신장치들에게 유선으로 전기 에너지를 공급하는 방법 대신에, 최근에는 접촉 없이 무선으로 전기 에너지를 공급하는 방법이 사용된다. 무선으로 에너지를 수신하는 무선 전력 수신장치는 상기 수신된 무선 전력에 의하여 직접 구동되거나, 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력에 의하여 구동될 수 있다.
무선 충전 방식은 우리 생활에서 이미 자주 접하고 있다. 예를 들어, 전자기유도를 이용한 무선 충전 방식은 전동 칫솔, 무선커피포트 등에서 상용화되어 활용되고 있다.
이러한 무선 전력을 전송하는 방식은 다양한 방식들이 개발되었다. 예를 들어, 전자기유도를 이용한 방식, 자기공명을 이용한 방식, 전자기파(RF, Radio Frequency)를 이용하는 방식, 레이저(laser)를 이용한 방식 등이 있다.
상기 레이저를 이용한 방식은, 다른 방식들에 비하여 원거리로 에너지를 전송할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 레이저의 경우, 광 에너지를 수신하기 위한 모듈의 부피가 크고, 나아가 발열로 인하여, 에너지 변환 효율이 급격하게 떨어지는 단점이 존재하였다.
이에, 본 발명에는 에너지 변환 효율을 높이고, 부피를 감소시킬 수 있는 레이저를 이용한 무선 충전을 위한 무선 전력 전송장치, 무선 전력 수신장치 및 그 시스템을 제안한다.
본 발명은 레이저를 통하여, 무선 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 에너지 변환 효율이 높이며, 레이저로 인한 발열을 낮추는 무선 전력 수신장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 레이저로 인한 발열을 에너지에 활용하는 무선 전력 수신장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 무선 전력 전송 및 수신분야에서, 무선 전력 전송방법, 전송장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 상기 무선 전력 전송장치로부터 광 에너지를 수신하는 전력 수신부와 상기 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제1 전력 변환부와 상기 제1 전력 변환부와 마주보도록 형성된 제2전력 변환부와 상기 제1 및 제2 전력 변환부 사이에 배치된 복수의 광분산부를 포함하고, 상기 복수의 광분산부는 상기 광 에너지가 분산되어, 상기 제1 및 제2 전력 변환부의 서로 다른 영역 상에 도달하도록, 상기 제1 및 제2 전력 변환부와 특정 각도를 이루며, 서로 이격하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 광분산부는 상기 광 에너지 중 일부 에너지가 상기 제1 및 제2 전력 변환부의 일 영역에 도달하고, 상기 일부 에너지를 제외한 나머지 에너지가 상기 제1 및 제2 전력 변환부의 상기 일 영역과 다른 영역에 도달하도록, 상기 일부 에너지를 반사시키고, 상기 나머지 에너지를 투과시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 수신장치는 상기 수신부에서 수신한 광 에너지가 상기 복수의 광분산부에 도달되도록, 상기 광 에너지의 광 경로를 변경하는 거울부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 광분산부는 일 방향으로 서로 이격하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 광분산부는 어느 하나의 광분산부에서 투과한 광 에너지가 다른 하나의 광 분산부에 도달하도록, 서로 특정 각도를 이루며, 배치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 전력 변환부와 마주보는 제3전력 변환부를 더 포함하고, 상기 복수의 광분산부는, 제1 및 제2 전력변환부의 사이 및 상기 제2 및 제3 전력 변환부 사이의 빈 공간에 배치되어, 층 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무선으로 전력을 송수신하는 무선 충전 시스템에 있어서, 전기 에너지를 광 에너지로 변환하여, 광 에너지를 이용하여, 전력을 전송하도록 형성되는 무선 전력 전송장치와 상기 무선 전력 전송장치로부터 광 에너지를 수신하여, 전기 에너지로 변환하는 무선 전력 수신장치를 포함하고, 상기 무선 전력 수신장치는, 상기 무선 전력 전송장치로부터 광 에너지를 수신하는 수신부와 상기 광 에너지를 전기 에너지로 변환시키며, 일 측에 연장된 제1 전력 변환부와 상기 일 측과 마주보는 타 측에 연장된 제2 전력 변환부와 상기 제1 및 제2 전력 변환부 사이에 배치된 복수의 광분산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 광분산부는 상기 광 에너지가 분산되어, 상기 제1 및 제2 전력 변환부 상의 서로 다른 영역 상에 도달하도록, 상기 전력 변환부와 특정 각도를 이루며, 서로 이격하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 수신장치는, 상기 광 에너지의 광 경로를 변경하는 거울부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 전송장치는, 전기 에너지를 광 에너지로 변환하는 전력 변환부 및 상기 광 에너지를 상기 무선 전력 수신장치에 송신하는 전력 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송장치는 전기 에너지를 광 에너지로 변환하여, 광 에너지를 통하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신장치는 광 에너지를 분산시켜, 전기 에너지로 변환함으로써, 에너지 전환 효율을 높이고, 발열을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신장치는 일 방향으로 서로 이격하여 배치됨으로써, 무선 전력 수신 장치의 부피를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 2a 및 2b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4 및 도 5는, 광분산부 및 거울부의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치를 나타낸 개념도들이다.
본 명세서에 개시된 기술은 무선 전력 전송(wireless power transmission)에 적용된다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 전력 전송 시스템 및 방법, 무선 충전회로 및 방법, 그 외 무선으로 전송되는 전력을 이용하는 방법 및 장치에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하에서는, 송신기 및 수신기를 각각 송신장치 및 수신장치와 동일한 의미이며, 이들 용어는 혼용될 수 있다.
무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치 개념도
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 필요로 하는 무선으로 전력을 전달하는 전력 전달 장치일 수 있다 .
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 전달함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 배터리를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있다.
그 밖에도, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 무선 전력 수신장치(200)에게 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.
상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기이다. 또한, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 설명되는 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신장치는 휴대가 가능한 모든 전자 기기, 예컨대 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 출력장치 등의 입출력장치를 비롯하여, 휴대폰, 셀룰러폰, 스마트 폰(smart phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player)와, 태블릿, 혹은 멀티미디어 기기 등을 포괄하는 의미로 해석되어야 한다.
상기 무선 전력 수신장치(200)는, 후술하는 바와 같이, 이동 통신 단말기(예컨대 휴대폰, 셀룰러폰, 태블릿) 또는 멀티미디어 기기일 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 특정 무선 전력 전달 방법을 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로 상호 간 접촉이 없이 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전기 에너지를 광 에너지로 변환하여, 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 여기에서, 상기 광 에너지는 유도 방출에 의한 광을 증폭한 형태, 즉, 레이저(laser, light amplification by simulated emission of radiation)의 형태로 전력을 전달한다.
이하에서는 본 명세서에 개시된 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)에 관한 실시 예들을 구체적으로 설명한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.
도 2a 및 2b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
무선 전력 전송장치
도 2a를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전력 송신부(Power Transmission Unit)(120), 전력 송신 제어부(180), 전력 변환부(110) 및 전원 공급부(190)를 포함하도록 구성된다.
전원 공급부(190)는 전기 에너지를 무선 전력 전송장치(100)의 전력 송신부(120)에 공급할 수 있다.
상기 전력 송신부(120)는 전력 변환부(Power Conversion Unit)(110)에서 수신한 광 에너지를 무선 전력 수신장치(200)에 무선으로 전송할 수 있다.
상기 전력 변환부(110)는 송신측 전원 공급부(190)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전달한다. 상기 전력 변환부(110)에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 광 에너지가 유도 방출에 의하여, 증폭된 상태인 레이저의 형태로 형성된다. 이를 위하여 상기 전력 변환부(110)는 전기 에너지를 광 에너지로 변환하고, 상기 광 에너지를 증폭시키기 위한 레이저 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 레이저 모듈은 광 에너지를 반복적으로 반사시키면서, 유도 방출을 반복하여, 일정 수준이상으로 광 에너지를 증폭시킬 수 있다. 이러한 레이저 모듈은 광 에너지를 증폭시키는 방법에 따라, 기체 레이저, 액체 레이저, 고체 레이저 및 반도체 레이저 등이 될 수 있다. 여기에서, 레이저는 광이 특정 파장 및 위상을 갖춘 광선을 의미한다.
한편 상기 광 에너지는, 파장에 따라 자외선, 가시광선, 적외선으로 분류될 수 있다. 이때, 본 발명에서는, 인체의 유해성과 거리에 따른 에너지 효율을 고려하여, 적외선을 사용할 수 있다.
한편, 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 인가되는 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
전력 송신 제어부(180)는 상기 전력 전달부(110)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 공급 장치(100)를 제어하는 다른 제어부(미도시)와 통합되도록 구현될 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역은 두 가지로 구분될 수 있다. 먼저, 활동 영역(active area)은 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전달하는 무선 전력 신호가 통과하는 영역을 말한다. 다음으로, 감지 영역(semi-active area)은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 감지할 수 있는 관심 영역을 말한다.
여기서, 상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치(placement)되거나 제거(removal)되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있다. 구체적으로, 상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 전력 변환부(110)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나, 별도로 구비된 센서에 의하여 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다. 예컨대, 상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 감지 영역에 존재하는 상기 무선 전력 수신장치(200)로 인하여 상기 무선 전력 신호가 영향을 받아, 상기 전력 변환부(110)의 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 검출할 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)를 식별하는 과정을 수행하거나, 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부를 결정할 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 상기 전력 변환부(110)의 광 에너지의 파장, 진폭, 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다. 상기 특성의 결정은 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 조건에 의하여 또는 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 조건에 의하여 이루어질 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 수신된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 변환부(110)의 광 에너지의 파장, 진폭, 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있으며, 그 밖에 상기 전력 제어 메시지를 기초로 다른 제어 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 정류된 전력량 정보, 충전 상태 정보 및 식별 정보 중 하나 이상을 포함하는 전력 제어 메시지에 따라 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 광 에너지의 파장, 진폭, 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다.
또한, 상기 전력 제어 메시지를 이용하는 그 밖의 다른 제어 동작으로서, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선 전력 전달과 관련된 일반적인 제어 동작을 상기 전력 제어 메시지를 기초로 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 제어 메시지를 통하여 상기 무선 전력 수신장치(200)와 관련된 청각적 또는 시각적으로 출력할 정보를 수신하거나, 기기간의 인증 등에 필요한 정보를 수신할 수도 있다.
이와 같은 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 전력 송신 제어부(180)는 사용자 데이터를 수신하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 예컨대, 상기 전력 송신 제어부(180)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 수신함으로써 전력 제어 메시지를 획득할 수도 있다.
무선 전력 수신장치
도 2B를 참조하면, 상기 무선 전력 수신장치는(200)는 전력 수신부(220), 광분산부(230), 거울부(240), 전력 변환부(210), 전력 수신 제어부(280), 충전부(270) 및 배터리(290)를 포함할 수 있다.
상기 전력 수신부(220)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전달되는 전력을 수신한다. 상기 전력 수신부(220)는 무선 전력 전달 방식에 따라 상기 무선 전력 신호를 수신하기 위해 필요한 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(220)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신할 수 있으며, 이 경우 상기 전력 수신부(220)는 각 방식에 따라 필요한 서로 구성 요소들을 함께 포함할 수 있다.
먼저, 상기 전력 수신부(220)는 광 에너지를 수신할 수 있도록 형성된 광 수신모듈을 포함할 수 있다. 상기 광 수신모듈은 무선 전력 전송장치(100)로부터 전송된 광 에너지를 수신하여, 전력 변환부(210)로 전송할 수 있다.
다만, 상기 전력 수신부(220)가 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신하는 경우, 상기 전력 수신부(220)는 각 전력 전달 방식에 적합한 모듈을 더 구비할 수 있다.
광분산부(230)는 광 에너지를 전력 변환부(210)에 분산시켜 도달하도록 형성될 수 있다. 이러한 광분산부(230)는 광 에너지의 일부를 반사시키고, 나머지 일부를 투과시키는 스플리터(splitter)로 구성될 수 있다.
거울부(240)는 전력 변환부(210) 또는 광분산부(230)에 광 에너지가 도달되도록 광 에너지를 반사시켜, 광 경로를 변경하도록 형성될 수 있다.
전력 변환부(210)는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 형성될 수 있다. 이러한 전력 변환부(210)의 일 예로, 전력 변환부는 복수의 광기전력 셀(photovoltaic cell, PV cell)로 형성될 수 있다. 이러한, 광기전력셀은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 반도체로, 태양광전지에 사용될 수 있다.
또한, 상기 전력 변환부(210)는 상기 광 에너지에 포함된 무선 전력 신호를 직류로 변환하기 위한 정류 회로(rectifier) 및 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(220)는 수신된 전력 신호에 의하여 과전압 또는 과전류가 발생하지 않도록 방지하는 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 수신 제어부(280)는 무선 전력 수신장치(200)에 포함된 각 구성요소를 제어한다.
구체적으로, 상기 전력 수신 제어부(280)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 무선 전력 신호의 전달을 개시하거나 종료하도록 지시하는 것일 수 있다. 또한 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 상기 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 지시하는 것일 수 있다.
이와 갈은 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 전력 수신 제어부(292)는 사용자 데이터를 통하여 전송하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 전송함으로써 전력 제어 메시지를 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 수도 있다.
그 밖에, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 충전부(270) 및 배터리(290)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전달된 전력에 의하여 동작하거나, 또는 상기 전달된 전력을 이용하여 상기 배터리(290)를 충전한 후 상기 배터리(290)에 충전된 전력에 의하여 동작할 수 있다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(280)는 상기 전달된 전력을 이용하여 충전을 수행하도록 상기 충전부(290)를 제어할 수 있다.
이상에서는, 본 발명에 따른 무선 전력 전송장치(100)와 무선 전력 수신장치(200)에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명에 따른 무선 전력 수신장치(200)에서 광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 과정을 설명한다.
도 3은 광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 방법을 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 무선 전력 수신장치(200)는, 전력 변환부(210)에서, 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
전력 변환부(210)는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위하여, 복수의 광기전력셀을 포함할 수 있다. 광기전력셀은 광전 효과(보다 구체적으로, 광기전력 효과)를 이용하여, 광 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있다. 상기 광기전력효과는 상기 광기전력셀에 광 에너지가 도달하는 경우, 상기 광기전력셀의 일 측면과 타측면에 접촉전위차가 발생하게 된다. 이러한 기전력을 이용하는 것을 광기전력효과라고 한다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 상기 광기전력셀은 음극(111)과 양극(115)을 포함하고, 상기 음극과 양극 사이에 반사방지층(anti-relection coating, 112), N-type silicon(113) 및 P-type silicon(114)이 위치할 수 있다.
이때, 상기 광기전력셀에 광 에너지가 도달하게 되면, 반도체에 포함된 양극과 음극이 서로 반대쪽으로 이동하여, 광기전력셀에 음극과 양극이 발생하게 된다.
이를 통하여, 무선 전력 수신장치(200)는 무선 전력 전송장치로부터 수신된 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
이상에서는, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방법에 대하여 설명하였다. 이외에도, 본 발명은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 다양한 방법들이 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 무선 전력 수신장치(200)의 광분산부 및 거울부의 구조를 보다 구체적으로 살펴본다. 도 4 및 도 5는, 광분산부 및 거울부의 구조를 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 무선 전력 수신장치(200)는 무선 전력 전송장치(100)로부터 광 에너지가 수신된 경우, 상기 수신된 광 에너지가 전력 변환부(210)의 복수의 영역 상에 분산되어 도달되도록, 상기 수신된 광 에너지를 분산시킬 수 있다.
이때, 전력 변환부(210)는, 광 에너지를 분산하여 수신하도록, 일 측에 연장되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(210)는 특정 넓이를 가질 수 있다.이에, 전력 변환부(21)는 일 영역에 한정되지 않고, 복수의 영역에서 광 에너지를 수신할 수 있다.
또한, 상기 전력 변환부(210)는, 복수로 구비될 수 있다. 이 경우, 각 전력 변환부(210)는, 서로 이격하여 배치될 수 있다. 또한, 각 전력 변환부(210)는, 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 전력 변환부(210)는 제1전력 변환부(210a) 및 제2전력 변환부(210b)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 제1전력 변환부(210a)와 제2전력 변환부(210b)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1전력 변환부(210a)가 일 측에 배치된 경우, 상기 제2전력 변환부(210b)는 일 측과 마주보는 타 측에 배치될 수 있다.
또한, 광 에너지의 분산시켜, 전력 변환부에 도달시키기 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 제1전력 변환부(210a) 및 제2전력 변환부(210b) 사이에 광분산부(230)를 구비할 수 있다.
상기 광분산부(230)는 제1전력 변환부(210a) 또는 제2전력 변환부(210b) 중 어느 하나에 광 에너지를 도달시키도록, 제1전력 변환부(210a) 또는 제2전력 변환부(210b) 중 어느 하나와 특정 각도로 이루며 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광분산부(230)는, 광분산부에서 반사된 광 에너지가 제1전력 변환부(210a) 또는 제2전력 변환부(210b) 중 어느 하나에 도달되도록, 특정 각도를 가지며 배치될 수 있다.
상기 광분산부(230)는 기 설정된 비율로 광 에너지의 일부를 반사시키고, 상기 반사된 일부를 제외한 나머지를 투과시킬 수 있다. 여기에서, 기 설정된 비율은 광분산부(230)의 형태에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 광분산부(230)는, 광분산부(230)에 입사된 광 에너지의 20%만을 반사시키고, 나머지 80%를 투과시킬 수 있다.
이때, 상기 반사된 일부의 광 에너지는, 전력 변환부(220)의 일 영역에 도달하고, 나머지 광 에너지는 상기 반사된 일부의 광 에너지가 도달한 일 영역과 다른 영역에 도달할 수 있다.
상기 광분산부(230)는, 복수로 구비될 수 있다. 또한, 상기 복수의 광분산부(230)는 전력 변환부(220)의 서로 다른 영역에 광 에너지가 도달하도록 특정 각도를 가지며, 서로 이격하여 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수의 광분산부(230)는 전력 변환부(210)가 배치된 일 측에 연장된 방향과 대응되는 일 방향으로 서로 이격하여 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 무선 전력 수신장치(200)는 복수의 광분산부(230a, 230b) 및 복수의 전력 변환부(210a, 210b)를 구비할 수 있다.
이때, 제1광분산부(230a)는 제1전력 변환부(210a)의 특정 각도를 이루고, 제2광분산부(230b)는 제2전력 변환부(210b)와 특정 각도를 이룰 수 있다. 여기에서, 특정 각도는 무선 전력 수신장치의 설계자에 의하여 결정될 수 있다.
또한, 제1광분산부(230a)는 제2광분산부(230b)는 소정 각도를 가지며, 서로 이격하여 배치될 수 있다. 이때, 제1광분산부(230a)에 도달한 광 에너지는 기 설정된 비율로 일부가 반사되어, 제1전력 변환부(210a)에 도달하고, 나머지 일부가 투과되어, 제2광분산부(230b)에 도달할 수 있다. 여기에서, 소정 각도는 무선 전력 수신장치의 설계자에 의하여 결정될 수 있다.
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 복수의 광분산부가 서로 평행하게 이격하여, 배치될 수도 있다.
또한, 상기 제2광분산부(230b)에 도달한 나머지 일부의 광 에너지는 다시 기 설정된 비율로 일부가 반사되어, 제1광분산부(230a)에 도달한 일부의 광 에너지가 도달한 제1전력 변환부(210a)와 다른 제2전력 변환부(210b)에 도달하고, 나머지 일부가 투과될 수 있다.
즉, 광분산부(230)에 도달한 광 에너지는 전력 변환부(210)의 서로 다른 영역 상에 도달할 수 있다. 한편, 앞선 설명에서는, 서로 다른 전력 변환부에 도달하는 실시 예에 대하여 설명하지만, 제1전력 변환부(210a) 중 서로 다른 영역에 도달하는 경우에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 상기 복수의 광분산부는 동일한 비율로 광 에너지를 분산시킬 수도 있지만, 전력 변환부에 도달하는 광 에너지의 양이 일정하도록 서로 다른 비율로 광 에너지를 분산시킬 수 있다. 예를 들어, 광 에너지의 양을 100이라고 가정할 때, 제1광분산부(230a)에서 1 대 4로 광 에너지를 반사 및 투과시켜, 절대값이 20만큼의 광 에너지를 전력 변환부(210)에 도달시킨 경우, 제2광분산부(230b)도 절대값이 20만큼의 광 에너지를 전력 변환부(210)에 도달시키기 위하여, 1 대 3의 비율로 광 에너지를 반사 및 투과시킬 수 있다.
이를 통하여, 본 발명은 광 에너지를 분산시켜 수신함으로써, 광 에너지의 입사로 인한 발열을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 광 에너지를 분산하여 수신함으로써, 에너지 밀도를 낮추며, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
나아가 본 발명은, 광분산부를 이격 배치함으로써, 광분산부의 가로 길이를 감소시켜 좁고 긴 공간에 적합한 형태를 가질 수 있다. 이에, 본 발명은 티비(TV)나 냉장고와 같은 큰 가전의 일 측에 자체 부피에 대한 거부감없이 부착되어, 무선으로 전원을 공급할 수 있다.
상기 무선 전력 전송장치는, 광 에너지가 전력 변환부(210) 또는 광분산부(230)에 도달하도록 광 경로를 변경하는 거울부(240)를 더 포함할 수 있다.
상기 거울부(240)는 거울부(240)에 입사된 광 에너지를 입사각을 기준으로, 입사된 방향과 다른 방향으로 반사시킬 수 있다. 이를 이용하여, 거울부(240)는, 무선 전력 수신장치(200)에 수신된 광 에너지가 광분산부(230)에 도달하도록 광 경로를 변경하거나, 광분산부(230)에서 투과된 광 에너지를 전력 변환부(210)에 도달하도록 광 경로를 변경할 수 있다. 이를 통하여, 무선 전력 수신장치는, 광분산부(230) 또는 전력 변환부(210)에 광 에너지가 도달되도록 광 에너지를 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 무선 전력 수신장치(200)는 제1 및 제2 거울부(240a, 240b)를 복수의 광 분산부가 배치된 영역의 가장자리에 배치할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1거울부(240a)에 입사된 광 에너지는 광 경로가 변경되어, 제1광분산부(230a)에 도달(또는 입사)할 수 있다. 또한, 제2거울부(240b)에 입사된 광 에너지는 모두 반사되어, 제1전력 변환부(210)에 도달(또는 입사)할 수 있다. 즉, 제2거울부(240b)는 광분산부에서 투과되어, 아직 전력 변환부에 도달하지 않은 광 에너지를 모두 전력 변환부에 도달시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 무선 전력 수신장치는, 광 에너지를 모두 전력 변환부에 전달할 수 있다.
한편, 앞선 설명에서는, 광분산부가 일 측으로 나열된 경우에 대하여 설명하지만, 본 발명은 광분산부가 레이어 구조(적층 구조)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 전력 변환부(210a, 210b, 210c)가 서로 마주보며 배치될 수 있다. 이때, 3개의 전력 변환부의 사이에 광분산부(230) 및 거울부(240)가 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1전력 변환부(210a) 및 제2전력 변환부(210b) 사이에 광분산부(230a, 230b)가 배치되고, 및 제2전력 변환부(210b) 및 제3전력변환부(210c) 사이에 광분산부(230c, 230d)가 배치될 수 있다.
이때, 광 에너지는, 각각의 광분산부에서 반사 및 투과되어, 전력 변환부에 도달할 수 있다.
한편, 광분산부(230)의 형태에 따라 무선 전력 수신장치의 형태가 결정될 수 있다. 예를 들어, 광분산부(230)가 일 측에 연장된 방향으로 배치된 경우, 무선 전력 수신장치 또한 일 측으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 또 다른 예로, 광분산부(230)가 레이어 구조를 가지는 경우, 무선 전력 수신장치 또한, 레이어 구조의 형태를 가질 수 있다.
광분산부(230)가 레이어 구조를 가지는 경우, 무선 전력 수신장치(200)는 광 에너지를 레이어 구조를 가지지 않을 때보다 더 많이 분산시킬 수 있다.
이상에서는, 무선 전력을 광 에너지로 전송하는 무선 충전 시스템에 있어서, 무선 전력 수신장치가 광 에너지를 분산시켜 수신하는 방법에 대하여 설명하였다.
이를 통하여, 본 발명은 광 에너지를 분산시킬 수 있으며, 이에 따라 에너지 변환 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 광 에너지를 여러 영역에서 수신받을 수 있는 구조를 가짐으로써, 일 영역에서만 수신할 때보다 무선 전력 수신장치의 부피를 감소시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치를 설명한다. 도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치를 나타낸 개념도들이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치는, 광 에너지를 열 에너지로 변환하고, 열 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
이를 위하여, 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치는, 전력 수신부(220), 전력 변환부(210), 냉각부(250) 및 전력 수신 제어부(280)를 포함할 수 있다. 동일한 도면 부호를 사용한 구성은 앞선 설명으로 대체한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치의 전력 수신부(220)는 열 변환부(211) 및 전기 에너지 변환부(212)를 포함할 수 있다.
열 변환부(211)는 광 에너지를 열로 변환시킬 수 있다. 이를 위하여, 도 7을 참조하면, 광 흡수부(221)를 더 포함할 수 있다.
상기 전기 에너지 변환부는, 열 변환부(211)에서 변환된 열 에너지와, 냉각부(250)에서 제공하는 열 에너지의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.
냉각부(250)는 전기 에너지 생성을 위한 차가운 기체를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치는, 광에너지를 열에너지로 변환하고, 이를 다시 전기 에너지로 변환하기 위하여, 도 7과 같은 구조를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 광 흡수부(221)와 열 변환부(211)를 접촉시킬 수 있다. 또한, 상기 열 변환부(211)와 냉각부(250)를 접촉시킬 수 있다.
상기 열변환부(211)는, 흡수된 열 에너지와 냉각부(250)의 열 에너지의 온도차를 이용하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 온도차(ΔT)가 클수록 더 많은 전기 에너지가 생성될 수 있다.
이에, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치는 발열을 이용하여, 전기 에너지를 생성하기 때문에, 발열에 의하여, 에너지 변환 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송장치는 전기 에너지를 광 에너지로 변환하여, 광 에너지를 통하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신장치는 광 에너지를 분산시켜, 전기 에너지로 변환함으로써, 에너지 전환 효율을 높이고, 발열을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신장치는 일 방향으로 서로 이격하여 배치됨으로써, 무선 전력 수신 장치의 부피를 감소시킬 수 있다.
이상 개시된 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치의 구성은 무선 충전기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 도킹 스테이션(docking station), 단말기 크래들 장치(cradle device), 기타 전자 장치 등과 같은 장치에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.

Claims (10)

  1. 무선 전력 전송장치로부터 광 에너지를 수신하는 전력 수신부;
    상기 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제1 전력 변환부;
    상기 제1 전력 변환부와 마주보도록 형성된 제2 전력 변환부;
    상기 제1 및 제2 전력 변환부와 마주보는 제3 전력 변환부;및
    상기 제1 및 제2 전력 변환부 사이에 배치된 복수의 광분산부를 포함하고,
    상기 복수의 광분산부는
    상기 광 에너지가 분산되어, 상기 제1 및 제2 전력 변환부의 서로 다른 영역 상에 도달하도록, 상기 제1 및 제2 전력 변환부와 특정 각도를 이루며, 서로 이격하여 배치되고,
    상기 제1 및 제2 전력변환부의 사이 및 상기 제2 및 제3 전력 변환부 사이의 빈 공간에 배치되어, 층 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광분산부는
    상기 광 에너지 중 일부 에너지가 상기 제1 및 제2 전력 변환부의 일 영역에 도달하고, 상기 일부 에너지를 제외한 나머지 에너지가 상기 제1 및 제2 전력 변환부의 상기 일 영역과 다른 영역에 도달하도록, 상기 일부 에너지를 반사시키고, 상기 나머지 에너지를 투과시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신장치는
    상기 수신부에서 수신한 광 에너지가 상기 복수의 광분산부에 도달되도록, 상기 광 에너지의 광 경로를 변경하는 거울부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광분산부는
    일 방향으로 서로 이격하여 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광분산부는,
    어느 하나의 광분산부에서 투과한 광 에너지가 다른 하나의 광 분산부에 도달하도록, 서로 특정 각도를 이루며, 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신장치.
  6. 삭제
  7. 무선으로 전력을 송수신하는 무선 충전 시스템에 있어서,
    전기 에너지를 광 에너지로 변환하여, 광 에너지를 이용하여, 전력을 전송하도록 형성되는 무선 전력 전송장치; 및
    상기 무선 전력 전송장치로부터 광 에너지를 수신하여, 전기 에너지로 변환하는 무선 전력 수신장치를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신장치는,
    상기 무선 전력 전송장치로부터 광 에너지를 수신하는 수신부;
    상기 광 에너지를 전기 에너지로 변환시키며, 일 측에 연장된 제1 전력 변환부 ;
    상기 일 측과 마주보는 타 측에 연장된 제2 전력 변환부;
    상기 제1 및 제2 전력 변환부 사이에 배치된 복수의 광분산부; 및
    상기 광 에너지의 광 경로를 변경하는 거울부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 광분산부는
    상기 광 에너지가 분산되어, 상기 제1 및 제2 전력 변환부 상의 서로 다른 영역 상에 도달하도록, 상기 전력 변환부와 특정 각도를 이루며, 서로 이격하여 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송장치는,
    전기 에너지를 광 에너지로 변환하는 전력 변환부; 및
    상기 광 에너지를 상기 무선 전력 수신장치에 송신하는 전력 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
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