KR20110094382A - 시간 분할 방식을 이용한 다중 무선 전력 전송 방법 및 시스템 - Google Patents

시간 분할 방식을 이용한 다중 무선 전력 전송 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시간 분할 방식을 이용한 다중 무선 전력 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 시간 분할 방식을 이용하여 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 다중 무선 전력 전송 방법으로서, (a) 상기 복수의 수신기 중 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당하는 단계, 및 (b) 상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 수신기 중 하나인 제i 수신기에 할당된 독점적인 전력 전송 시간 동안에는, 상기 제i 수신기의 수신 상태가 ON 상태로 설정되도록 하고, 상기 제i 수신기를 제외한 나머지 모든 수신기의 수신 상태가 OFF 상태로 설정되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 복수의 수신기에 대하여 높고 균일한 전력 전송 효율을 유지한 채 무선으로 전력을 전송할 수 있게 되는 효과가 달성된다.

Description

시간 분할 방식을 이용한 다중 무선 전력 전송 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MULTIPLE WIRELESS POWER TRANSMISSION USING TIME DIVISION SCHEME}
본 발명은 시간 분할 방식을 이용한 다중 무선 전력 전송 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 수신기 각각에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당하고 특정 수신기에 할당된 전력 전송 시간 동안에는 상기 특정 수신기의 수신 상태만이 ON 상태로 설정되도록 함으로써 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 다중 무선 전력 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근에 무선 전력 전송 기술에 관한 많은 연구가 진행되고 있으며, 공진 등의 원리를 이용하여 근거리에서 무선으로 전력을 전송하는 기술이 이미 소개된 바 있다.
하지만, 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 경우에는 서로 근접하는 복수의 수신기에 의해 간섭이 발생할 수 있기 때문에, 주파수에 따라 복수의 수신기에 대하여 전체적으로 높은 전력 전송 효율로 전력을 전송하도록 하는 것이 어려울뿐더러 각각의 수신기의 효율의 차가 작도록 조절하는 것도 어렵게 된다.
도 1은 종래의 기술에 따라 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 경우의 전력 전송 효율을 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, 도 1은 동시에 두 개의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 경우에 두 개의 수신기의 전력 전송 효율(Power Transmission Efficiency: PTE)의 합과 차를 그래프로 표현한 것인데, 여기서, 사각형으로 표시된 그래프(110)는 두 개의 수신기의 전력 전송 효율의 합을 가리키고 원으로 표시된 그래프(120)는 두 개의 수신기의 전력 전송 효율의 차의 절대값을 가리킨다. 참고로, 도 1의 종래 기술의 예에서는, 송신기와 제1 수신기 및 제2 수신기 사이의 거리가 각각 0.15m와 0.10m로 설정되었다.
도 1을 참조하면, 전체 전력 전송 효율(110)(즉, 제1 및 제2 수신기의 전력 전송 효율의 합)은 약 13.5MHz, 약 13.9MHz 및 약 15MHz 부근에서만 부분적으로 높게 나타날 뿐 주파수 대역에 따라 편차가 크고 전체적으로 볼 때 높지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 1을 참조하면, 각 수신기의 전력 전송 효율의 차(120)(즉, 제1 및 제2 수신기의 전력 전송 효율의 차의 절대값)가 상당 부분의 주파수 대역에서 0보다 훨씬 큰 값을 갖는 것을 확인할 수 있는데, 이는 제1 및 제2 수신기 중 어느 하나의 전력 전송 효율만 높다는 것을 의미하는 것이며, 각 수신기의 전력 전송 효율이 균일하게 유지되지 않고 있음을 의미하는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 다중 무선 전력 전송 기술에 따르면 전체 전력 전송 효율이 낮아지고 각 수신기의 전력 전송 효율도 균일하지 않게 된다는 문제점이 있었다. 따라서, 복수의 수신기에 대하여 전체적으로 높은 전력 전송 효율을 달성할 수 있고 각 수신기의 전력 전송 효율이 균등한 정도로 배분될 수 있는 무선 전력 전송 방법 및 시스템의 개발의 필요성이 요구된다고 하겠다.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송함에 있어서 시간 분할 방식을 이용하여 동시에 전력이 전송되는 수신기의 개수를 단수로 함으로써, 무선 전력 전송 시에 발생하기 마련인 복수의 수신기 사이의 간섭으로 인한 영향을 제거하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 시간 분할 방식을 이용하여 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 다중 무선 전력 전송 방법으로서, (a) 상기 복수의 수신기 중 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당하는 단계, 및 (b) 상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 수신기 중 하나인 제i 수신기에 할당된 독점적인 전력 전송 시간 동안에는, 상기 제i 수신기의 수신 상태가 ON 상태로 설정되도록 하고, 상기 제i 수신기를 제외한 나머지 모든 수신기의 수신 상태가 OFF 상태로 설정되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 시간 분할 방식을 이용하여 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 다중 무선 전력 전송 시스템에 포함되는 송신기로서, 상기 복수의 수신기 중 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당함으로써, 상기 복수의 수신기 중 하나인 제i 수신기에 할당된 독점적인 전력 전송 시간 동안에는 상기 제i 수신기의 수신 상태가 ON 상태로 설정되도록 하고 상기 제i 수신기를 제외한 나머지 모든 수신기의 수신 상태가 OFF 상태로 설정되도록 하는 시간 분할부, 및 상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송부를 포함하는 송신기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 시간 분할 방식을 이용하여 송신기로부터 무선으로 전력을 전송 받기 위한 다중 무선 전력 전송 시스템에 포함되는 복수 개의 수신기로서, 상기 복수 개의 수신기에 포함되는 각 수신기는, 자신에 할당된 독점적인 전력 전송 시간 동안에는 수신 상태가 ON 상태로 설정되도록 하고, 상기 독점적인 전력 전송 시간 이외에는 수신 상태가 OFF 상태로 설정되도록 제어하는 수신 상태 제어부, 및 상기 ON 상태로 동작되도록 하기 위해 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로를 켜고, 상기 OFF 상태로 동작되도록 하기 위해 상기 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로를 끄는 스위칭부를 포함하는 수신기가 제공된다.
본 발명에 의하면, 시간 분할 방식을 이용하여 동시에 한 개의 수신기에 대하여만 전력을 전송함으로써 무선 전력 전송 시 복수의 수신기 사이의 간섭으로 인한 영향을 받지 않도록 할 수 있으므로, 복수의 수신기 전체의 전력 전송 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 수신기 각각의 전력 전송 효율이 비슷하게 유지되도록 할 수 있는 효과가 달성된다.
도 1은 종래의 기술에 따라 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 경우의 전력 전송 효율을 나타내는 도면이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 무선 전력 전송 시스템(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 수신기의 수신 상태에 따른 수신기의 등가 모델을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 무선 전력 전송 시스템(200)의 동작 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 실험을 수행하기 위하여 사용된 송신기 및 수신기의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 두 개의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 경우에 측정된 제1 수신기의 전력 전송 효율을 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 두 개의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 경우에 측정된 제2 수신기의 전력 전송 효율을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일 또는 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
다중 무선 전력 전송 시스템의 구성
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 무선 전력 전송 시스템(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 다중 무선 전력 전송 시스템(200)은 송신기(210) 및 수신기(220)를 포함할 수 있는데, 보다 구체적으로는, 송신기(210)는 시간 분할부(211), 무선 전력 전송부(212) 및 통신부(213)를 포함할 수 있고 수신기(220)는 수신 상태 제어부(221), 스위칭부(222) 및 통신부(223)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다중 무선 전력 전송 시스템(200)은 시간 분할 방식을 이용하여 동시에 한 개의 수신기(220)에 대하여만 전력을 전송할 수 있는데, 보다 구체적으로는, 복수의 수신기(220) 각각에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당하고, 제i 수신기에 할당된 전력 전송 시간 동안에는 상기 제i 수신기의 수신 상태만을 ON 상태로 설정하고 나머지 모든 수신기의 수신 상태는 OFF 상태로 설정한 채로 제i 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 기능을 수행할 수 있다.
이하에서는, 다중 무선 전력 전송 시스템(200)의 송신기(210)의 각 구성요소에 대하여 상세히 살펴본 후에 수신기(220)의 각 구성요소에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 송신기(210)의 시간 분할부(211)는 복수의 수신기(220)에 대한 전력 전송 시간을 분할하여 각 수신기(220)에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당하는 기능을 수행할 수 있다. 후술할 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 분할부(211)에 의하여 독점적으로 할당된 전력 전송 시간 동안에는 해당 수신기의 수신 상태만 ON 상태로 설정되고 해당 수신기를 제외한 나머지 수신기의 수신 상태는 OFF 상태로 설정될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제i 수신기에 대하여 할당된 전력 전송 시간 동안에는 송신기(210)와 제i 수신기 사이에서만 독점적으로 무선 전력 전송이 이루어지게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 분할부(211)는 송신기(210)의 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 복수의 수신기(220)를 검색하고, 검색된 복수의 수신기(220)에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당할 수 있으며, 독점적인 전력 전송 시간에 대한 정보를 포함하는 코드(code)를 각각 생성할 수 있다. 이와 같이 생성된 코드는 통신부(213)를 통하여 복수의 수신기(220) 각각에 송신될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시간 분할부(211)는 송신기(210)의 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 복수의 수신기(220) 중 일부 수신기에 대하여만 독점적인 전력 전송 시간을 할당할 수도 있음은 물론이라 할 것이다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 송신기(210)의 무선 전력 송신부(212)는 복수의 수신기(220)에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 기능을 수행할 수 있는데, 보다 구체적으로, 송신기(210)와 수신기(220) 사이의 공진 주파수를 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 동시에 한 개의 수신기(220)의 수신 상태만이 ON 상태로 설정되므로 무선 전력 송신부(212)에 의한 전력 송신은 어느 시간대에서든지 송신기(210)와 수신기(220)가 1:1인 상태에서 이루어질 수 있게 된다.
한편, 송신기(210)와 수신기(220)가 닫힌 공간에서 서로 강하게 커플링(coupling)되어 있는 경우에 송신기(210)와 수신기(220) 사이의 공진 주파수는 결합 모드 이론(Coupled Mode Theory: CMT)에 의하여 분석될 수 있는데, 이러한 결합 모드 이론에 따르면 송신기(210)와 수신기(220)가 서로 커플링되어 있을 때 공진 주파수는 우 모드(even mode) 및 기 모드(odd mode)로 나뉠 수 있으며 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
<수학식 1>
Figure pat00001

위의 수학식 1에 있어서, ω는 공진 주파수를 가리키고 ω1 및 ω2는 각각 송신기(210)와 수신기(220)의 자가 공진 주파수를 가리키며 k는 커플링 상수를 가리킨다.
짝을 이루고 있는 공진기(즉, 송신기(210)와 수신기(220)) 사이의 거리가 변화하면 상호 인덕턴스의 값이 변화하고 커플링 상수(k)의 값이 변화하게 되는데, 수학식 1에 따르면 이러한 변화로 인하여 결과적으로 송신기(210)와 수신기(220) 사이의 공진 주파수(ω)가 변하게 되므로 무선 전력 전송 시 사용하는 주파수가 고정되어 있는 경우에는 전력 전송 효율도 변화(대부분의 경우 감소함)할 수 밖에 없게 된다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송부(212)는, 송신기(210)와 수신기(220) 사이의 거리 변화에 따라(즉, 송신기(210)와 수신기(220) 사이의 커플링 정도에 따라) 전력 전송 효율이 낮아지는 것을 방지하고 항상 높은 수준의 전력 전송 효율을 유지하기 위하여, 무선 전력 전송 주파수가 공진 주파수와 일치되도록 무선 전력 전송 주파수를 적응적으로 보정함으로써 송신기(210)와 수신기(220) 사이에서 공진이 이루어지도록 하는 기능을 수행할 수도 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송부(212)는, 송신기(210)의 입력단으로 입력되는 신호의 반사파의 진폭이나 위상을 측정하고 이를 참조로 하여 현재 무선 전력 전송 주파수가 공진 주파수와 일치하는지 여부(즉, 현재 송신기(210)와 수신기(220) 사이에서 공진이 이루어지고 있는지 여부)를 판단할 수 있다. 상기 판단 결과, 무선 전력 전송 주파수가 공진 주파수와 일치하지 않는 것으로 판단되면(즉, 현재 송신기(210)와 수신기(220) 사이에서 공진이 이루어지고 있지 않은 것으로 판단되면), 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신부(212)는 송신기(210)에 인가되는 직류 전압의 크기를 조절하거나 위상 동기 회로(Phase Locked Loop: PLL)를 이용하여 위상을 동기화함으로써 무선 전력 전송 주파수를 공진 주파수와 일치시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 전송부(212)는 송신기(210)와 수신기(220) 사이의 거리가 가까운 경우(즉, 송신기(210)와 수신기(220)가 강하게 커플링되어 있는 경우)에 무선 전력 전송 주파수가 기 모드(odd mode) 공진 주파수와 일치되도록 무선 전력 전송 주파수를 적응적으로 보정할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 무선 전력 전송부(212)의 무선 전력 전송 방법이 반드시 상기 언급한 방법에 한정되는 것은 아니며, 자기 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling), 안테나 공진 구조를 이용하는 방법 등 무선으로 전력을 전송할 수 있는 방법이라면 얼마든지 본 발명의 무선 전력 전송 방법으로서 채용될 수 있음을 밝혀 둔다.
다음으로는, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기(220)의 구성요소에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신기(220)의 수신 상태 제어부(221)는 앞서 언급한 시간 분할부(211)에 의하여 할당된 전력 전송 시간을 참조로 하여 각각 수신기의 수신 상태가 ON 상태 또는 OFF 상태로 설정되도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 상태 제어부(221)는 해당 수신기의 독점적인 전력 수신 시간에 대한 정보를 포함하는 코드를 통신부(223)를 통하여 송신기(210)로부터 수신하고 이 코드를 참조로 하여 해당 수신기의 수신 상태를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신기(220)의 수신 상태는 수신기(220)의 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로를 켜거나(short) 끄는(open) 것에 의하여 설정될 수 있는데, 이와 같은 회로의 개폐 동작은 수신 상태 제어부(221)에 의해 그 동작이 제어되는 스위칭부(222)에 의하여 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부(222)는, 수신 상태 제어부(221)에 의해 수신 상태가 ON 상태로 결정된 경우에는 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로를 켜서 해당 수신기가 송신기(210)로부터 무선으로 전력을 전송 받을 수 있도록 할 수 있고, 수신 상태 제어부(221)에 의해 수신 상태가 OFF 상태로 결정된 경우에는 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로를 꺼서 해당 수신기가 송신기(210)로부터 전력 전송을 받지 않도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 수신기의 수신 상태에 따른 수신기의 등가 모델을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기(220)는, 특정 시간대에서 수신 상태가 ON 상태로 결정된 경우에는 부하 임피던스(224)에 연결된 스위칭 회로가 단락된 것으로서 등가적으로 나타낼 수 있고, 특정 시간대에서 수신 상태가 OFF 상태로 결정된 경우에는 부하 임피던스(224)에 연결된 스위칭 회로가 차단된 것으로서 등가적으로 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스위칭부(222)는 단순히 회로를 열고 닫는 스위치 소자인 것으로만 한정 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 임의의 필요한 회로 구성요소를 포함하여 구성될 수 있음을 밝혀 둔다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 무선 전력 전송 시스템(200)의 동작 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 먼저 송신기(210)는 수신기(220)의 식별자 등을 참조로 하여 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 복수의 수신기(220)를 검색할 수 있다(S610). 다음으로, 송신기(210)는 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 것으로 검색된 복수의 수신기(220) 각각에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당할 수 있으며, 이를 위해 독점적인 전력 전송 시간에 관한 정보를 포함하는 코드를 복수의 수신기(220)마다 대응되도록 생성하고 이를 복수의 수신기(220)에 송신할 수 있다(S620). 다음으로, 각 수신기(220)는 송신기(210)로부터 수신 받은 코드에 포함된 정보를 참조로 하여 할당된 전력 전송 시간에 따라 각 수신기(220)의 스위칭부(222)를 제어할 수 있다(S630). 다음으로, 한 주기 동안의 전력 전송이 완료된 후에 송신기(210)는 복수의 수신기(220)에 대하여 할당되었던 독점적인 전력 전송 시간에 대한 정보를 주기적으로 또는 비주기적으로 갱신할 수도 있다(S640).
다만, 상기 동작 과정에 관한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명에 따른 다중 무선 전력 전송 시스템(200)이 반드시 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음을 밝혀 둔다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 다중 무선 전력 전송 시스템(200)에 의하면, 시간 분할 방식을 이용하여 어느 시간대에서건 한 개의 수신기에 대하여만 전력이 전송되도록 함으로써 무선 전력 전송 시 복수의 수신기(220) 사이의 간섭으로 인한 영향을 받지 않도록 할 수 있으므로 복수의 수신기(220) 전체의 전력 전송 효율을 높일 수 있고 복수의 수신기(220) 각각의 전력 전송 효율이 서로 대등한 수준으로 유지되도록 할 수 있는 효과가 달성된다.
실험 방법 및 결과
이하에서는, 본 발명에 따른 다중 무선 전력 전송 시스템(200)의 전력 전송 효율에 대하여 실험을 수행한 결과를 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 실험을 수행하기 위하여 사용된 송신기 및 수신기의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다. 참고로, 본 실험에서는 송신기 및 수신기로서 나선형의 안테나(710)가 사용되었는데, 나선형 안테나(710)의 높이와 직경은 각각 0.06m 및 0.07m로 설정되었고, 나선형 안테나(710)의 부하 임피던스는 50Ω으로 설정되었으며, 나선형 안테나(710)의 자가 공진 주파수는 13.52MHz로 설정되었다. 또한, 송신기(711)와 제1 수신기(712) 사이의 거리(r1)는 0.15m로 설정되었고, 송신기(711)와 제2 수신기(713) 사이의 거리(r2)는 0.20m 또는 0.10m로 설정되었으며, 송신기(711)를 기준으로 할 때 제1 수신기(712)와 제2 수신기(713)가 이루는 사이각은 60°로 설정되었다. 다만, 상기에서 언급된 안테나의 높이와 직경, 거리, 공진 주파수, 사이각, 부하 임피던스 등의 수치는 하나의 예시에 불과할 뿐 다양한 변형된 수치에도 적용될 수 있음은 물론이라 할 것이다.
먼저, 도 8 및 도 9는 두 개의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 경우에 측정된 제1 수신기(712)의 전력 전송 효율을 나타내는 도면이다. 참고로, 도 8은 송신기(711)와 제2 수신기(713) 사이의 거리가 0.20m인 경우에 해당하고 도 9는 송신기(711)와 제2 수신기(713) 사이의 거리가 0.10m인 경우에 해당한다. 또한, 도 8 및 도 9에 있어서, 사각형으로 표시된 그래프(810, 910)는 제2 수신기(713)가 존재하지 않을 경우의 제1 수신기(712)의 전력 전송 효율을 가리키고, 원으로 표시된 그래프(820, 920)는 제2 수신기(713)의 수신 상태가 ON 상태인 경우의 제1 수신기(712)의 전력 전송 효율을 가리키며, 삼각형으로 표시된 그래프(830, 930)는 제2 수신기(713)의 수신 상태가 OFF 상태인 경우의 제1 수신기(712)의 전력 전송 효율을 가리킨다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제2 수신기(713)의 수신 상태가 ON 상태인 경우(820, 920)에는, 제2 수신기(713)가 존재하지 않는 경우(810, 910)와 비교하여 제1 수신기(712)의 전력 전송 효율이 현저히 낮게 나타나는 반면에, 제2 수신기(713)의 수신 상태가 OFF 상태인 경우(830, 930)에는, 제2 수신기(713)가 존재하지 않는 경우(810, 910)와 비슷한 수준으로 제1 수신기(712)의 전력 전송 효율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이러한 경향은 송신기(711)와 제2 수신기(713) 사이의 거리가 좁을수록 더욱 분명하게 나타난다. 즉, 도 8 및 도 9의 실험 결과에 따르면, 본 발명의 다중 무선 전력 송신 시스템(200)은 제2 수신기(713)로 인한 간섭을 최소화하여 높은 전력 전송 효율로 송신기(711)와 제1 수신기(712) 사이의 무선 전력 전송을 수행할 수 있는 것으로 평가할 수 있다.
다음으로, 도 10 및 도 11은 두 개의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 경우에 측정된 제2 수신기의 전력 전송 효율을 나타내는 도면이다. 참고로, 도 10은 송신기(711)와 제2 수신기(713) 사이의 거리가 0.20m인 경우에 해당하고 도 11은 송신기(711)와 제2 수신기(713) 사이의 거리가 0.10m인 경우에 해당한다. 또한, 도 10 및 도 11에 있어서, 사각형으로 표시된 그래프(1010, 1110)는 제1 수신기(712)가 존재하지 않을 경우의 제2 수신기(713)의 전력 전송 효율을 가리키고, 원으로 표시된 그래프(1020, 1120)는 제1 수신기(712)의 수신 상태가 ON 상태인 경우의 제2 수신기(713)의 전력 전송 효율을 가리키며, 삼각형으로 표시된 그래프(1030, 1130)는 제1 수신기(712)의 수신 상태가 OFF 상태인 경우의 제2 수신기(713)의 전력 전송 효율을 가리킨다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 수신기(712)의 수신 상태가 ON 상태인 경우(1020, 1120)에는, 제1 수신기(712)가 존재하지 않는 경우(1010, 1110)와 비교하여 제2 수신기(713)의 전력 전송 효율이 현저히 낮게 나타나는 반면에, 제1 수신기(712)의 수신 상태가 OFF 상태인 경우(1030, 1130)에는, 제1 수신기(712)가 존재하지 않는 경우(1010, 1110)와 비슷한 수준으로 제2 수신기(713)의 전력 전송 효율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 10 및 도 11의 실험 결과에 따르면, 본 발명의 다중 무선 전력 송신 시스템(200)은 제1 수신기(712)로 인한 간섭을 최소화하여 높은 전력 전송 효율로 송신기(711)와 제2 수신기(713) 사이의 무선 전력 전송을 수행할 수 있는 것으로 평가할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
200: 다중 무선 전력 전송 시스템
210: 송신기
211: 시간 분할부
212: 무선 전력 전송부
213: 통신부
220: 수신기
221: 수신 상태 제어부
222: 스위칭부
223: 통신부

Claims (15)

  1. 시간 분할 방식을 이용하여 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 다중 무선 전력 전송 방법으로서,
    (a) 상기 복수의 수신기 중 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당하는 단계, 및
    (b) 상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 단계
    를 포함하되,
    상기 복수의 수신기 중 하나인 제i 수신기에 할당된 독점적인 전력 전송 시간 동안에는, 상기 제i 수신기의 수신 상태가 ON 상태로 설정되도록 하고, 상기 제i 수신기를 제외한 나머지 모든 수신기의 수신 상태가 OFF 상태로 설정되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 ON 상태는 해당 수신기에 포함된 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로가 켜지는 것에 의하여 설정되고, 상기 OFF 상태는 수신기에 포함된 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로가 꺼지는 것에 의하여 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대한 상기 독점적인 전력 전송 시간에 관한 정보를 포함하는 코드를 생성하고
    상기 (b) 단계에서,
    상기 코드를 참조로 하여 상기 적어도 하나의 수신기의 수신 상태를 ON 또는 OFF 상태로 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    (c) 상기 코드를 주기적 또는 비주기적으로 갱신하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    무선 전력 전송 주파수가 상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대응되는 공진 주파수와 일치하도록 상기 무선 전력 전송 주파수를 적응적으로 보정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 송신기의 입력단으로 입력되는 신호의 반사파의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 참조로 하여, 상기 무선 전력 전송 주파수가 상기 공진 주파수와 일치하는지 여부를 판단하는 단계, 및
    (b2) 상기 무선 전력 전송 주파수가 상기 공진 주파수와 일치하지 않는 것으로 판단되면, 직류 전압의 크기를 조절하거나 위상을 동기화함으로써 상기 무선 전력 전송 주파수를 상기 공진 주파수와 일치시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    송신기와 상기 수신기 사이의 커플링(coupling)으로 인하여 공진 주파수가 우 모드(even mode)의 공진 주파수와 기 모드(odd mode)의 공진 주파수로 분할되는 경우, 무선 전력 전송 주파수가 상기 기 모드의 공진 주파수와 일치하도록 상기 무선 전력 전송 주파수를 적응적으로 보정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 시간 분할 방식을 이용하여 복수의 수신기에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 다중 무선 전력 전송 시스템에 포함되는 송신기로서,
    상기 복수의 수신기 중 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 독점적인 전력 전송 시간을 할당함으로써, 상기 복수의 수신기 중 하나인 제i 수신기에 할당된 독점적인 전력 전송 시간 동안에는 상기 제i 수신기의 수신 상태가 ON 상태로 설정되도록 하고 상기 제i 수신기를 제외한 나머지 모든 수신기의 수신 상태가 OFF 상태로 설정되도록 하는 시간 분할부, 및
    상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대하여 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송부
    를 포함하는 송신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시간 분할부는,
    상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대한 상기 독점적인 전력 전송 시간에 관한 정보를 포함하는 코드를 생성하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시간 분할부는,
    상기 코드를 주기적 또는 비주기적으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송부는,
    무선 전력 전송 주파수가 상기 적어도 하나의 수신기 각각에 대응되는 공진 주파수와 일치하도록 상기 무선 전력 전송 주파수를 적응적으로 보정하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송부는,
    상기 송신기의 입력단으로 입력되는 신호의 반사파의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 참조로 하여 상기 무선 전력 전송 주파수가 상기 공진 주파수와 일치하는지 여부를 판단하고, 상기 무선 전력 전송 주파수가 상기 공진 주파수와 일치하지 않는 것으로 판단되면 직류 전압의 크기를 조절하거나 위상을 동기화함으로써 상기 무선 전력 전송 주파수를 상기 공진 주파수와 일치시키는 것을 특징으로 하는 송신기.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송부는,
    상기 송신기와 상기 수신기 사이의 커플링(coupling)으로 인하여 공진 주파수가 우 모드(even mode)의 공진 주파수와 기 모드(odd mode)의 공진 주파수로 분할되는 경우, 무선 전력 전송 주파수가 상기 기 모드의 공진 주파수와 일치하도록 상기 무선 전력 전송 주파수를 적응적으로 보정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 시간 분할 방식을 이용하여 송신기로부터 무선으로 전력을 전송 받기 위한 다중 무선 전력 전송 시스템에 포함되는 복수 개의 수신기로서,
    상기 복수 개의 수신기에 포함되는 각 수신기는,
    자신에 할당된 독점적인 전력 전송 시간 동안에는 수신 상태가 ON 상태로 설정되도록 하고, 상기 독점적인 전력 전송 시간 이외에는 수신 상태가 OFF 상태로 설정되도록 제어하는 수신 상태 제어부, 및
    상기 ON 상태로 동작되도록 하기 위해 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로를 켜고, 상기 OFF 상태로 동작되도록 하기 위해 상기 부하 임피던스와 연결된 스위칭 회로를 끄는 스위칭부
    를 포함하는 수신기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수신 상태 제어부는,
    상기 독점적인 전력 전송 시간에 관한 정보를 포함하는 코드를 참조로 하여 수신 상태를 ON 또는 OFF 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
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