KR20120011956A - 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기, 및 그것들을 이용한 무선 전력 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 방법은, 무선 전력 송신기에서 소정의 값에 따라 송신 주파수를 변조하는 단계; 및 상기 무선 전력 송신기에서 상기 변조된 송신 주파수에 따른 고주파 신호를 적어도 하나의 무선 전력 수신기로 전송하고, 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 수신된 고주파 신호의 전력 값에 대응하는 정보에 따라 상기 소정의 값을 다시 결정하는 단계;를 반복한다. 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 수신된 전력 값에 따라 최적의 송신 주파수를 결정함으로써, 전송 효율을 향상시킨다.

Description

무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기, 및 그것들을 이용한 무선 전력 전송 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER, WIRELESS POWER RECEIVER, AND METHOD FOR WIRELESS POWER TRANSFER USING THEM}
본 발명은 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기, 및 그것들을 이용한 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.
최근에 전자제품의 성능 및 수는 놀라울 만큼 많이 늘어났다. 특히 휴대용 전자 장치들은 반도체 및 디스플레이 기술의 눈부신 성장에 의해 소형화되었다. 그러나 전자 장치의 단점은 전력을 선을 통하여 공급받아야 한다는 것이다. 충전기를 사용하기도 하나, 충전용량의 한계 상 일정시간 사용 후 에는 다시금 전선을 통하여 전력을 공급받아야 한다. 이들 단점을 보안하고자 무선으로 충전하는 기술들이 많이 발전되어 왔다. RF(Radio Frequency)를 사용하거나, 자기 유도를 사용하는 경우 등이 그러한 예이다.
특히 자기 유도를 이용한 경우는 필립스에서 생산한 면도기 등에 상용화가 이루어졌다. 무선으로 전력을 공급하는 경우 물에 의한 쇼트 가능성이 없어지므로 안전하게 사용할 수 있고, 거추장스러운 선을 없앨 수 있어서 미관에도 많은 도움이 된다. 그러나 자기 유도는 작용하는 거리가 극히 작으므로 여러 가지 불편한 점을 나타내었다. 이를 극복하고자 RF를 사용하거나 공진형 무선 전력 전송 기술을 사용하는 것이 나타났다.
본 발명의 목적은 최적의 송신 주파수에 따라 전력을 전송하는 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기 및 그것들을 이용하는 무선 전력 전송 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 충전 시간을 줄일 수 있는 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기, 및 그것들을 이용하는 무선 전력 전송 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 방법은, 무선 전력 송신기에서 소정의 값에 따라 송신 주파수를 변조하는 단계; 및 상기 무선 전력 송신기에서 상기 변조된 송신 주파수에 따른 고주파 신호를 적어도 하나의 무선 전력 수신기로 전송하고, 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 수신된 고주파 신호의 전력 값에 대응하는 정보에 따라 상기 소정의 값을 다시 결정하는 단계;를 반복한다.
실시 예에 있어서, 상기 송신 주파수는, 독립된 공진 주파수의 10% 내외로 변조된다.
실시 예에 있어서, 상기 전력 값에 대한 정보는 적어도 하나의 무선 전력 수신기로부터 생성되는 피드백 신호에 포함된다.
실시 예에 있어서, 상기 피드백 신호는 크기 변조하는 방식으로 생성된다.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기에서는, 상기 피드백 신호를 전송하는 단계; 및 상기 전송된 고주파 신호를 이용하여 직류 전원을 생성하고 상기 생성된 직류 전원을 이용하여 부하를 구동하는 단계;가 반복된다.
실시 예에 있어서, 상기 피드백 신호를 전송하는 단계는, 상기 송신 주파수를 변조하는 단계와 동시에 수행된다.
실시 예에 있어서, 상기 직류 전원을 생성하고 상기 부하를 구동하는 단계는, 상기 송신 주파수를 결정하고 상기 고주파 신호를 생성하는 단계와 동시에 수행된다.
실시 예에 있어서, 상기 송신 주파수는 무선 전력 수신기들의 개수에 따라 변조된다.
실시 예에 있어서, 상기 송신 주파수는 무선 전력 수신기들의 위치에 따라 변조된다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는, 교류 전원을 입력받아 고주파 직류 전원을 생성하는 전원 생성부; 적어도 하나의 무선 전력 수신기로부터 입력된 피드백 신호에 근거로 하여 상기 고주파 직류 전원의 송신 주파수를 결정하고 변조하는 주파수 변조부; 및 상기 고주파 직류 전원을 비방사형 전자파로 전송하는 송신 코일부;를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 피드백 신호는 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 입력된 전력 값에 대응하는 정보를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 송신 코일부는, 상기 고주파 직류 전원에 대응하는 전류가 흐르는 전원 코일; 및 상기 전원 코일에 흐르는 전류가 자기 유도되고, 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기와 공진 주파수가 동일할 때 상기 비방사형 전자파를 생성하는 전송 코일;을 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 주파수 변조부가 상기 송신 주파수를 결정할 때 전송되는 전력량과 상기 주파수가 상기 송신 주파수를 결정한 후 전송되는 전력량을 가변하는 출력 시간 조절부를 더 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 출력 시간 조절부는, 펄스 폭 모듈레이션(Pulsed Width Modulation) 방식으로 전력을 전송하도록 구현된다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는, 고주파 신호를 수신하는 수신 코일부; 상기 수신 코일부에 수신된 교류 전원을 이용하여 직류 전원을 생성하는 전원 생성부; 상기 생성된 직류 전원을 이용하여 구동되는 부하부; 및 상기 수신된 고주파 신호의 전력 값에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 피드백 신호 생성부;를 포함하고, 상기 고주파 신호는 상기 피드백 신호에 따라 변조된 송신 주파수를 갖는다.
실시 예에 있어서, 상기 고주파 신호는 비방사형 전자파이다.
실시 예에 있어서, 상기 수신 코일부는, 상기 고주파 신호를 입력받아 고주파 전류가 흐르는 수신 코일; 및 상기 수신 코일에 고주파 전류가 흐름에 따라 자기 유도되는 부하 코일을 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 피드백 신호 생성부는, 크기를 변조하는 방식으로 상기 피드백 신호를 생성한다.
실시 예에 있어서, 상기 피드백 신호는 상기 전력 값에 대응하는 디지털 신호이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 수신된 전력 값에 따라 최적의 송신 주파수를 결정함으로써, 전송 효율을 향상시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템에 대한 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 전송 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 무선 전력 송신기의 출력 시간 조절부에서 전송되는 전력량을 조절하는 것을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 무선 전력 수신기의 신호 생성부에서 생성되는 피드백 신호를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 수신기가 하나일 때 전력 전달 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템에서 두 개의 무선 전력 수신기들이 서로 멀리 떨어져 있을 때 전력 전달 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 전력 전송 시스템에서 두 개의 무선 전력 수신기들이 서로 가까이 있을 때 전력 전달 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 응용된 통신 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 최적의 송신 주파수를 실시간으로 결정하고, 결정된 송신 주파수에 따라 전력을 전송하도록 구현됨으로써, 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)에 대한 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(10)은 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기들(210, 2N0)을 포함한다. 여기서, N은 자연수이다.
실시 예에 있어서, 본 발명의 무선 전력 전송 시스템(10)은 비방사형 무선 전력 전송 기술(Non-radiative Wireless Power Transfer Technology)에 따라 전송될 수 있다. 이러한 비방사형 무선 전력 전송 기술은 일반적인 전자기 유도(Electromagnetic Induction) 보다 먼 거리에서, 전자기 방사(Electromagnetic Radiation) 보다 더 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다. 여기서, 비방사형 무선 전력 전송 기술은 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우에 전자파가 근거리 전자장을 통하여 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합(evanescent wave coupling)에 기반을 두고 있다. 이때 두 매체 사이의 공진 주파수가 동일할 때만 전력이 전송되고, 사용되지 않는 전력은 공기 중으로 방사되지 않고 전자장으로 재흡수된다. 이로써, 비방사형 무선 전력 기술에 사용되는 전자파는 다른 전자파와는 달리 주변의 다른 기계나 인체에 무해하다.
무선 전력 송신기(100)는 전원부(110), 출력전원 생성부(120), 주파수 변조부(130), 출력시간 조절부(140), 및 송신 코일부(150)를 포함한다.
전원부(110)는 AC 플러그로부터 전력을 입력받는다. 여기서 입력되는 전력은 교류 전력이다. 예를 들어, 전원부(110)에 입력되는 전력은 220V/60Hz 이거나 110V/60Hz 일 수 있다.
출력전원 생성부(120)는 전원부(110)로부터 제공되는 전력을 고주파로 변환시킴으로써 고주파 신호를 생성한다. 실시 예 있어서, 출력전원 생성부(120)는 인버터 형태로 구현되거나, 증폭기 형태로 구현됨으로써 1MHz~15MHz의 고주파 신호를 생성할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 출력전원 생성부(120)는 벡터 네트워크 해석기(Vector Network Analyzer)를 이용함으로써 1MHz~21MHz의 고주파 신호를 생성할 수 있다.
주파수 변조부(130)는 수신기들(210~2N0)로부터 입력된 피드백 신호들(FB1, FBn)을 이용하여 최적의 송신 주파수를 결정하고, 출력 신호의 송신 주파수를 변조시킨다. 여기서 피드백 신호들(FB1, FBn)은 수신된 전력 값에 대응하는 정보를 포함한다. 실시 예에 있어서, 주파수 변조부(130)는 독립된 공진 주파수의 10% 내외에서 변조될 수 있다. 여기서 독립된 공진 주파수는 무선 전력 전송을 위하여 무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기들(210,2N0) 사이에 공진을 일으키는 주파수이다. 만약, 독립된 공진 주파수가 9.6MHz일 때, 최적의 주파수는 8.7~9,7MHz가 될 수 있다.
출력시간 조절부(140)는 무선 전력 송신기(100)로부터 출력되는 고주파 신호의 출력 시간을 조절한다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)가 최적의 주파수를 탐색할 때, 출력시간 조절부(140)는 짧은 시간 동안만 고주파 신호를 출력하도록 제어한다. 반면에, 무선 전력 송신기(110)가 최적의 주파수가 결정된 후에는, 출력시간 조절부(140)는 대부분 시간 동안 고주파 신호를 출력하도록 제어한다.
송신 코일부(150)는 출력전원 생성부(120)에서 생성된 고주파 신호를 수신 코일부들(211,2N1)에 전송한다. 송신 코일부(150)는 전원 코일(151) 및 전송 코일(152)을 포함한다.
전원 코일(151)은 출력전원 생성부(120)에서 생성된 고주파 신호에 대응하는 고주파 전류를 입력받는다. 전원 코일(151)은 저항에 의한 손실을 줄이기 위하여 지름이 3mm 이상인 코일을 사용할 수 있다. 도 1에 도시된 전원 코일(151)의 턴 수(Turn Number)가 1이지만, 본 발명의 전원 코일의 턴 수가 여기에 국한되지는 않는다.
전송 코일(152)은 자기 유도에 의해 전원 코일(151)의 고주파 전류가 유도되고, 복수의 수신 장치들(210~2N0)로 고주파 신호, 즉, 비방사형 전자파를 발생시킨다. 전송 코일(152)는 저항에 의한 손실을 줄이기 위하여 지름이 3mm 이상인 코일을 사용할 수 있다. 전송 코일(152)은 목표로 하는 공진 주파수에 맞도록 턴 수 및 턴 간격이 조절된다. 전송 코일(152)은 자기 유도에 따라 전력 전송을 수행하기 때문에 전원 코일(151)에 최대한 가깝게 위치하도록 구현된다. 전송 코일(152)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 헤리컬(Helical) 구조로 구현될 수 있다.
무선 전력 수신기들(210,2N0)은 무선 전력 송신기(100)로부터 무선으로 전력을 전송받는 장치들이다. 즉, 무선 전력 수신기들(210, 2N0)은 무선 전력 송신기(100)으로부터 전력을 갖는 고주파 신호를 입력받는 장치이다. 실시 예에 있어서, 본 발명에 따른 무선 전력 수신기들(210,2N0)은 비방사형 전자파를 통하여 전송되는 전력을 수신하도록 구현된다.
무선 전력 수신기들(210, 2N0)은 이동통신 단말기(Mobile Phone), 휴대용 컴퓨터(Portable Computer) 등 다양한 종류의 전자 장치(Electronic Device)가 될 수 있다. 한편, 이러한 전자 장치들에는 비방사형 전자파를 통해 수신된 전력으로 충전되는 배터리가 구비된다.
무선 전력 수신기(210)는 수신 코일부(211), 전원 생성부(212), 부하부(213), 및 피드백 신호 생성부(214)를 포함한다.
수신 코일부(211)는 수신 코일(2111) 및 부하 코일(2112)을 포함한다.
수신 코일(2111)은 전송 코일(152)로부터 전송된 고주파 신호를 입력받는다. 실시 예에 있어서, 수신 코일(2111)은 스피럴(Spiral) 구조일 수 있다. 다른 실시 에에 있어서, 수신 코일(2111)은 헤리컬 구조일 수 있다.
부하 코일(2112)은 자기 유도에 의하여 수신 코일(2111)로부터 고주파 전류가 유도된다. 부하 코일(2112)는 자기 유도에 의해 전력 전송이 이루어지기 때문에 수신 코일(2111)과 최대한 가깝게 위치하도록 구현된다.
전원 생성부(212)는 부하 코일(2112)로부터 고주파 전류를 입력받아, 직류 전원을 생성한다. 생성된 직류 전원은 무선 전력 수신기(210)의 배터리(도시되지 않음)를 충전하는데 이용될 수 있다.
부하부(213)는 생성된 직류 전원을 사용하는 장치이다.
피드백 신호 생성부(214)는 수신된 전력 값에 대응하는 피드백 신호(FB1)를 생성한다. 피드백 신호 생성부(214)는 수동(Passive) 형태의 RFID(Radio Frequency IDentification)으로 구현될 수 있다.
무선 전력 수신기(2N0)는 무선 전력 수신기(210)에 도시된 수신 코일부(211), 전원 생성부(212), 부하부(213), 및 피드백 신호 생성부(214) 각각에 대응하여 동일한 동작과 구성을 갖는 수신 코일부(2N1), 전원 생성부(2N2), 부하부(2N3) 및 피드백 신호 생성부(2N4)를 갖는다.
일반적인 공진형 무선 전력 전송 방법은 공진 주파수를 맞추어야 전력 전송 효율이 높으나, 이러한 공진 주파수가 무선 전력 수신기들의 개수, 무선 전력 수신기들의 위치에 등에 따라 변경된다는 문제점이 있다.
반면에 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)은 실시간으로 입력되는 무선 전력 수신기들의 피드백 신호들(FB1, FBn)을 근거로 하여 전력 전송을 위하여 최적의 송신 주파수를 결정하고, 결정된 최적의 송신 주파수로 변조된 고주파 신호를 전송하도록 구현된다. 이에, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)은 전력 전송을 효율적으로 수행함으로써, 무선 전력 수신기들(210,2N0)의 충전 시간을 줄일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)은 복수의 무선 전력 수신기들(210, 2N0)를 동시에 충전시킴으로써, 하나씩 무선 전력 수신기를 충전하는 것과 비교하여 충전시간을 대폭적으로 줄일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템(10)에서 무선 전력 전송 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2의 (a)는 무선 전력 송신기(100, 도 1 참조)에서의 무선 전력 전송 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2의 (a)를 참조하면, 무선 전력 송신기(100)의 무선 전력 전송 방법은 주파수 변조하는 단계와, 최적 주파수 결정 및 고주파 신호를 전송하는 단계를 반복적으로 수행한다.
주파수 변조하는 단계에서, 주파수 변조부(130, 도 1 참조)는 소정의 값에 따라 송신 주파수를 변조한다. 여기서, 소정의 값은, 전력을 최대로 전송하도록 결정되거나, 사전에 이미 결정될 수 있다.
최적 주파수 결정 및 고주파 신호 전송하는 단계에서, 주파수 변조기(130)는 무선 전력 수신기들(210, 2N0, 도 1 참조)로부터 수신된 피드백 신호들(FB1, FBn)을 이용하여 최적의 송신 주파수를 결정하고, 송신 코일부(150, 도 1 참조)는 변조된 송신 주파수로 비방사형 고주파 신호를 무선 전력 수신기들(210, 2N0)로 전송한다. 여기서, 최적의 송신 주파수는 무선 전력 수신기들(210, 2N0)에 전력을 최대로 전송하는 주파수일 수 있다. 또한, 최적의 송신 주파수를 결정하는 것은, 주파수 변조하는 단계의 소정의 값을 다시 결정하는 것이다.
상술 된 무선 전력 전송 방법은, 실시간으로 송신 주파수를 변조함으로써, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2의 (b)는 무선 전력 수신기(210, 도 1 참조)에서의 무선 전력 전송 방법을, 도 2의 (c)는 무선 전력 수신기(2N0, 도 1 참조)에서의 무선 전력 전송 방법을 보여주는 도면이다.
도 2의 (b) 및 (c)를 참조하면, 무선 전력 수신기들(210, 2N0) 각각의 무선 전력 전송 방법은, 피드백 신호 전송하는 단계와, 전원 생성 및 부하 구동하는 단계를 반복적으로 수행한다.
피드백 신호 전송하는 단계에서, 무선 전력 수신기들(210, 2N0)의 피드백 신호 생성부들(214, 2N4, 도 1참조) 각각은 수신된 고주파 신호의 전력 값에 대응하는 피드백 신호들(FB1, FBn)을 무선 전력 송신기(100, 도 1 참조)로 전송한다. 여기서, 피드백 신호들(FB1, FBn)은 전력 값에 대응하는 데이터를 갖는 디지털 신호일 수 있다.
전원 생성 및 부하 구동하는 단계에서, 전원 생성부들(212, 2N2) 각각은 수신된 고주파 신호에 대응하는 직류 전원을 생성하고, 부하들(213, 2N3)은 생성된 직류 전원을 통하여 구동된다. 여기서 부하들(213, 2N3)은 배터리일 수 있다.
본 발명에 따른 전력 수신 방법은, 실시간으로 전력 값에 대응하는 피드백 신호들(FB1, FBn)을 무선 전력 송신기(100)에 전송함으로써, 최적의 전력 전송을 수행하는데 유리하다.
실시 예에 있어서, 무선 전력 송신기(100)의 주파수 변조하는 단계와 무선 전력 수신기들(210, 2N0)의 피드백 신호 전송하는 단계는 동시에 수행될 수 있다.
실시 예에 있어서, 무선 전력 송신기(100)의 최적 주파수 결정 및 고주파 신호 전송하는 단계와 무선 전력 수신기들(210, 2N0)의 전원 생성 및 부하 구동하는 단계는 동시에 수행될 수 있다.
상술 된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(100)의 무선 전력 전송 방법은, 실시간으로 최적화된 주파수를 결정하고, 결정된 주파수에 적합한 고주파 신호를 전송함으로써, 전력 전송을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)은 조건에 따라 전력 전송량을 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100, 도 1 참조)가 최적의 주파수를 탐색하는 동안에는 전력 전송량을 줄이고, 무선 전력 송신기(100)가 최적의 주파수를 결정된 후에는 전력 전송량을 증가시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 무선 전력 송신기(100)의 출력 시간 조절부(140)에서 전송되는 전력량을 조절하는 것을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 3의 (a)는 소출력의 전력 전송을 보여주고, 도 3의 (b)는 중출력의 전력 전송을 보여주며, 도 3의 (c)는 대출력의 전력 전송을 보여준다. 실시 예에 있어서, 소출력의 전력 전송은, 주파수 변조하는 단계에서 이용되고, 대출력의 전력 전송은 고주파 신호 전송하는 단계에서 이용될 수 있다.
도 3의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 방법은, PWM(Pulsed Width Modulation) 방식으로 전력을 전송한다. 이때, 주파수는 일정하게 유지되고, 진폭(Width)을 변화시킴으로써 전송되는 전력량이 조절된다.
다른 실시 예에 있어서, 본 발명의 무선 전력 송신기(100)는 조건에 따라 전체 전력의 출력을 조절시킬 수도 있다. 이때 진폭은 일정하게 유지된다.
도 4는 도 1에 도시된 무선 전력 수신기들(210, 2N0)의 신호 생성부(214, 2N4)에서 생성되는 피드백 신호들(FB1, FBn)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 피드백 신호들(FB1, FBn) 각각은, 전력 값에 대응하는 디지털 신호이다. 이때, 피드백 신호들(FB1, FBn)의 주파수는 수신된 고주파 신호의 주파수보다 훨씬 느리다. 참고로, 무선 전력 송신기(100, 도 1 참조)는 수신된 피드백 신호들(FB1, FBn)을 디코딩하여, 수신된 전력 값을 판별한다.
실시 예에 있어서, 무선 전력 수신기의 신호 생성은 크기(Amplitude)를 방식을 이용할 수 있다. 무선 전력 수신기에서 전달된 피드백 신호는 작아도 된다. 따라서 소출력 방식에 크기를 변조하는 방식으로 전송된다. 크기를 변조시키는 방법은, 주파수가 일정하기 때문에 전력 전송에 문제를 야기시키지 않는다. 이렇게 무선 전력 수신기로부터부터 전송된 피드백 신호들은, 주파수 변조부(130, 도 1 참조)에서 디모듈레이션(Demodulation)됨으로써 최적의 주파수를 탐색하는 정보로 이용된다.
한편, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)은 무선 전력 수신기들의 개수 및 위치에 따라 최적의 주파수를 결정할 수 있다. 도 5 내지 도 7에서는 무선 전력 수신기들의 개수 및 위치에 따른 최적의 전력 전송을 위한 주파수에 대하여 설명하겠다.
도 5는 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템(10)에서 무선 전력 수신기가 하나일 때 전력 전달 특성을 설명하기 위한 도면이다. 무선 전력 전송 시스템(10)의 코일부는 얇은 필름과 스피럴 코일로 구성되고, 전원 코일(151, 도 1 참조)은 40 cm/1 turn 이고, 전송 코일(152, 도 1 참조)는 40 cm/8 turn 이고, 수신 코일(2111, 도 1 참조)은 9.2 cm/32 turn 이고, 부하 코일(2112, 도 1 참조)는 9 cm/1 turn 이라고 가정하겠다.
도 5를 참조하면, 하나의 무선 전력 수신기(210)가 무선 전력 송신기(100)으로부터 20 cm 떨어져 있을 때, 9.34 MHz 근처에서 전력 전송이 최대이다. 따라서, 무선 전력 송신기(100)는 9.34 MHz의 신호로 전력을 전송해야 한다.
도 6은 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템(10)에서 두 개의 무선 전력 수신기들이 서로 멀리 떨어져 있을 때 전력 전달 특성을 설명하기 위한 도면이다. 무선 전력 전송 시스템(10)의 코일부는 얇은 필름과 스피럴 코일로 구성되고, 전원 코일(151, 도 1 참조)은 40 cm/1 turn 이고, 전송 코일(152, 도 1 참조)는 40 cm/8 turn 이고, 수신 코일들(2111, 2N11, 도 1 참조)은 9.2 cm/32 turn 이고, 부하 코일들(2112, 2N12, 도 1 참조)는 9 cm/1 turn 이라고 가정하겠다. 무선 전력 수신기들(210, 2N0)은 무선 전력 송신기(100)로부터 각각 8cm 떨어져 있으며, 동시에 서로 멀리 떨어져 있다고 가정하겠다.
도 6을 참조하면, 두 개의 무선 전력 수신기들(210, 2N0)이 서로 멀리 떨어져 있을 때, 9.2 MHz 근처에서 전력 전송이 최대이다. 따라서, 무선 전력 송신기(100)는 9.2 MHz의 신호로 전력을 전송해야 한다.
도 7은 도 1에 도시된 전력 전송 시스템(10)에서 두 개의 무선 전력 수신기들이 서로 가까이 있을 때 전력 전달 특성을 설명하기 위한 도면이다. 무선 전력 전송 시스템(10)의 코일부는 얇은 필름과 스피럴 코일로 구성되고, 전원 코일(151, 도 1 참조)은 40 cm/1 turn 이고, 전송 코일(152, 도 1 참조)는 40 cm/8 turn 이고, 수신 코일들(2111, 2N11, 도 1 참조)은 9.2 cm/32 turn 이고, 부하 코일들(2112, 2N12, 도 1 참조)는 9 cm/1 turn 이라고 가정하겠다. 무선 전력 수신기들(210, 2N0)은 무선 전력 송신기(100)로부터 각각 8cm 떨어져 있으며, 동시에 무선 전력 수신기(210)가 무선 전력 수신기(2N0) 위에 바로 위치해 있다고 가정하겠다.
도 7을 참조하면, 두 개의 무선 전력 수신기들(210, 2N0) 겹쳐 있을 때, 9.65 MHz 근처에서 전력 전송이 최대이다. 따라서, 무선 전력 송신기(100)는 9.65 MHz의 신호로 전력을 전송해야 한다.
본 발명의 무선 전력 전송 시스템은 무선 통신 시스템에 적용가능하다.
도 8은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템이 응용되는 통신 시스템(20)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 통신 시스템(20)은 무접촉 전원 공급 장치(301), 단말 장치(302), 및 네트워크에 연결된 워크스테이션(303)을 포함한다.
무선 접촉 전원 공급 장치(301)는, 워크스테이션(303)에 연결되고, 도 1에 도시된 무선 전력 송신기(100)와 동일한 동작 및 구성으로 구현된다. 무선 접촉 전원 공급 장치(301)는 단말 장치(302)와 워크스테이션(303) 사이의 통신 링크를 확립할 수 있다. 여기서 통신 링크는 단말 장치(302)로/부터 데이터를 전송하는데 이용된다. 단말 장치(302)는 도 1에 도시된 무선 전력 수신기(210)와 동일한 동작 및 구성으로 구현된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 무선 전력 전송 시스템
100: 전력 전송기
210, 2N0: 무선 전력 수신기
110: 전원부
120: 출력전원 생성부
130: 주파수 변조부
140: 출력 시간 조절부
150: 송신 코일부
151: 전원 코일
152: 전송 코일
211, 2N1: 수신 코일부
2111, 2N11: 수신 코일
2112, 2N12: 부하 코일
212, 2N2: 전원 생성부
213, 2N3: 부하부
214, 2N4: 피드백 신호 생성부
20: 통신 시스템

Claims (19)

  1. 무선 전력 송신기에서 소정의 값에 따라 송신 주파수를 변조하는 단계; 및
    상기 무선 전력 송신기에서 상기 변조된 송신 주파수에 따른 고주파 신호를 적어도 하나의 무선 전력 수신기로 전송하고, 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 수신된 고주파 신호의 전력 값에 대응하는 정보에 따라 상기 소정의 값을 다시 결정하는 단계를 반복하는 무선 전력 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 주파수는, 독립된 공진 주파수의 10% 내외로 변조되는 무선 전력 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 값에 대한 정보는 적어도 하나의 무선 전력 수신기로부터 생성되는 피드백 신호에 포함되는 무선 전력 전송 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 피드백 신호는 크기 변조하는 방식으로 생성되는 무선 전력 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기에서는,
    상기 피드백 신호를 전송하는 단계; 및 상기 전송된 고주파 신호를 이용하여 직류 전원을 생성하고 상기 생성된 직류 전원을 이용하여 부하를 구동하는 단계가 반복되는 무선 전력 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 피드백 신호를 전송하는 단계는, 상기 송신 주파수를 변조하는 단계와 동시에 수행되는 무선 전력 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 직류 전원을 생성하고 상기 부하를 구동하는 단계는, 상기 송신 주파수를 결정하고 상기 고주파 신호를 생성하는 단계와 동시에 수행되는 무선 전력 전송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신 주파수는 무선 전력 수신기들의 개수에 따라 변조되는 무선 전력 전송 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신 주파수는 무선 전력 수신기들의 위치에 따라 변조되는 무선 전력 전송 방법.
  10. 교류 전원을 입력받아 고주파 직류 전원을 생성하는 전원 생성부;
    적어도 하나의 무선 전력 수신기로부터 입력된 피드백 신호에 근거로 하여 상기 고주파 직류 전원의 송신 주파수를 결정하고 변조하는 주파수 변조부; 및
    상기 고주파 직류 전원을 비방사형 전자파로 전송하는 송신 코일부를 포함하는 무선 전력 송신기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 피드백 신호는 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 입력된 전력 값에 대응하는 정보를 포함하는 무선 전력 송신기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 송신 코일부는,
    상기 고주파 직류 전원에 대응하는 전류가 흐르는 전원 코일; 및
    상기 전원 코일에 흐르는 전류가 자기 유도되고, 상기 적어도 하나의 무선 전력 수신기와 공진 주파수가 동일할 때 상기 비방사형 전자파를 생성하는 전송 코일;을 포함하는 무선 전력 송신기.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 주파수 변조부가 상기 송신 주파수를 결정할 때 전송되는 전력량과 상기 주파수가 상기 송신 주파수를 결정한 후 전송되는 전력량을 가변하는 출력 시간 조절부를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 출력 시간 조절부는, 펄스 폭 모듈레이션(Pulsed Width Modulation) 방식으로 전력을 전송하도록 구현되는 무선 전력 송신기.
  15. 고주파 신호를 수신하는 수신 코일부;
    상기 수신 코일부에 수신된 교류 전원을 이용하여 직류 전원을 생성하는 전원 생성부;
    상기 생성된 직류 전원을 이용하여 구동되는 부하부; 및
    상기 수신된 고주파 신호의 전력 값에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 피드백 신호 생성부를 포함하고,
    상기 고주파 신호는 상기 피드백 신호에 따라 변조되는 송신 주파수를 갖는 무선 전력 수신기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 고주파 신호는 비방사형 전자파인 무선 전력 수신기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 수신 코일부는,
    상기 고주파 신호를 입력받아 고주파 전류가 흐르는 수신 코일; 및
    상기 수신 코일에 고주파 전류가 흐름에 따라 자기 유도되는 부하 코일을 포함하는 무선 전력 수신기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 피드백 신호 생성부는, 크기를 변조하는 방식으로 상기 피드백 신호를 생성하는 무선 전력 수신기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 피드백 신호는 상기 전력 값에 대응하는 디지털 신호인 무선 전력 수신기.
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