KR20130032208A - 무선 전력 수신 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 장치는 유도코일 및 공진코일을 포함하며, 상기 무선전력 장치의 동작 모드에 따라 전력을 송/수신하는 송수신 코일부; 상기 송수신 코일부로부터 제공된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 충전하고, 상기 충전된 직류 전력을 부하로 제공하는 충전부; 상기 충전부로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 수신 코일부로 제공하는 전송부; 및 상기 수신 장치의 동작 모드를 결정하고, 상기 동작 모드에 따라 경로 전환을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

무선 전력 수신 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템{A WIRELESS POWER RECEPTION APPARATUS AND A WIRELESS CHARGING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히 자기 공진 현상을 이용하여 에너지를 효율적으로 송/수신하는 무선 전력 수신 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오 파(radio wave)나 레이저(laser)와 같은 전자기파를 방사해서 전기 에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동 칫솔이나 일부 무선 면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.
최근에 이슈가 되고 있는 단거리 무선 전력 전송 기술의 응용 분야를 보면, 건물 내에 무선 전력 송신 장치를 설치하고, 건물 내부에서 사용자가 휴대폰이나 노트북 등과 같은 모바일 기기 내에 무선 전력 수신 장치를 사용하면 별도의 전원 케이블을 연결하지 않아도 계속해서 충전이 수행되는 경우가 대표적이다.
그런데, 종래의 무선 전력 수신 장치는 송신 장치로부터 전력을 수신만 하고, 내부에 저장된 전력을 다른 수신 장치로 전송하지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구된다.
본 발명은 자기 공진 현상을 이용하여 에너지를 송수신하는 무선 전력 수신 장치 및 그 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 양 방향 무선 전력 전송을 이용하여 수신 장치 간에 전력을 공유하는 무선 전력 수신 장치 및 그 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 양 방향 무선 전력 전송 기능을 갖는 무선 전력 수신 장치를 이용하여 지역 별 에너지 편차를 감소하는 무선 충전 시스템 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 유도코일 및 공진코일을 포함하며, 상기 무선전력 장치의 동작 모드에 따라 전력을 송/수신하는 송수신 코일부; 상기 송수신 코일부로부터 제공된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 충전하고, 상기 충전된 직류 전력을 부하로 제공하는 충전부; 상기 충전부로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 수신 코일부로 제공하는 전송부; 및 상기 수신 장치의 동작 모드를 결정하고, 상기 동작 모드에 따라 경로 전환을 제어하는 제어부를 포함하는 무선 전력 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 무선 전력 장치의 동작 모드를 결정하는 단계; 상기 동작 모드에 따라 송신 장치로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전력을 배터리에 충전하는 단계; 및 상기 동작 모드에 따라 배터리에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전력을 인접한 다른 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하는 무선 전력 송수신 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 송신 장치로부터 전력을 수신하거나, 인접한 다른 수신 장치로 전력을 전송하는 복수의 수신 장치들; 자신이 관할하고 있는 영역 내에 존재하는 복수의 수신 장치들에게 무선 전력을 제공하고, 상기 복수의 수신 장치들과 인 밴드(In-band) 통신을 통해 상기 수신 장치들의 배터리 상태를 확인하는 복수의 전력 AP(Access Point)들; 및 상기 복수의 수신 장치들의 배터리 상태를 기반으로, 상기 복수의 전력 AP들이 상기 복수의 수신 장치들로 무선 전력을 전송하는 것을 제어하는 전력 관리 서버를 포함하는 무선 충전 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 전력 수신 장치는 송신 장치로부터 전력을 수신할 뿐만 아니라 다른 수신 장치로 전력을 전송함으로써, 수신 장치 간에 무선 전력을 효율적으로 공유할 수 있다.
또한, 본 발명은 양 방향 무선 전력 전송 기능을 갖는 수신 장치를 이용함으로써, 지역 별 에너지 편차를 감소할 있고, 전력 운용을 효율적으로 수행할 수 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 코일부의 등가 회로도;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 등가 회로도;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치의 등가 회로도;
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성도;
도 6은 도 5의 무선 전력 수신 장치가 가변 캐패시터를 포함하는 구성을 나타낸 도면;
도 7은 양 방향 무선 전력 전송 기능을 갖는 전기 자동차를 이용하여 지역 별 에너지 편차를 감소하는 무선 충전 시스템의 일 시나리오를 나타낸 도면;
도 8은 회사/공공기관 내의 전력 운용을 효율적으로 관리하기 위한 무선 충전 시스템의 구성도.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 전력 소스(10), 전력 송신부(20), 전력 수신부(30), 정류 회로(40) 및 부하(50)를 포함한다.
전력 소스(10)에서 생성된 전력은 전력 송신부(20)로 전달되고, 자기 공진 현상에 의해 전력 송신부(20)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 전력 수신부(30)로 전달된다. 전력 수신부(30)로 전달된 전력은 정류 회로(40)를 거쳐 부하(50)로 전달된다. 이때, 상기 부하(50)는 충전지 또는 기타 전력을 필요로 하는 임의의 장치일 수 있다.
좀 더 구체적으로, 전력 소스(10)는 소정의 주파수를 갖는 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스이다.
전력 송신부(20)는 송신 코일부(21)와 송신 공진 코일부(22)로 구성된다. 송신 코일부(21)는 전력 소스(10)와 연결되며, 교류 전류가 흐르게 된다. 송신 코일부(21)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일부(22)에도 교류 전류가 유도된다. 송신 공진 코일부(22)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 전력 송신부(20)와 공진 회로를 이루는 전력 수신부(30)로 전달된다.
자기 공진에 의한 전력 전송은 임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 간에 전력이 전송되는 현상으로써, 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 먼 거리까지 높은 효율로 전력을 전달할 수 있다.
전력 수신부(30)는 수신 공진 코일부(31)과 수신 코일부(32)로 구성된다. 송신 공진 코일부(22)에 의해 송신된 전력은 수신 공진 코일부(31)에 의해 수신되어 수신 공진 코일부(31)에 교류 전류가 흐르게 된다. 수신 공진 코일부(31)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 코일부(32)로 전달된다. 수신 코일부(32)로 전달된 전력은 정류 회로(40)를 통해 정류되어 부하(50)로 전달된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 코일부(21)의 등가 회로이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 송신 코일부(21)는 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 구성하게 된다.
상기 캐패시터(C1)는 고정 캐패시터 또는 가변 캐패시터일 수 있다. 상기 캐패시터(C1)가 가변 캐패시터인 경우, 전력 송신부(20)는 가변 캐패시터를 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 한편, 송신 공진 코일부(22), 수신 공진 코일부(31), 수신 코일부(32)의 등가 회로도 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 등가 회로이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 전력 소스(10)와 전력 송신부(20)를 포함하고, 상기 전력 송신부(20)는 송신 코일부(21) 및 송신 공진 코일부(22)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 송신 코일부(21)와 송신 공진 코일부(22)는 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.
특히, 송신 공진 코일부(22)의 캐패시터(C2)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 전력 송신부(20)는 상기 가변 캐패시터를 조절하여 자기 공진을 위한 공진 주파수 값을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치의 등가 회로이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 전력 수신부(30), 정류 회로(40) 및 부하(50)를 포함하고, 상기 전력 수신부(30)는 수신 공진 코일부(31) 및 수신 코일부(32)를 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수신 공진 코일부(31)와 수신 코일부(32)는 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다.
정류 회로(40)는 다이오드(D1)와 평활 캐패시터(C5)로 구성될 수 있으며, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. 부하(50)는 1.3V의 직류 전원으로 표시되어 있으나, 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다.
한편, 이하 본 발명의 제1 실시 예에서는, 양 방향 무선 전력 전송을 이용하여 수신 장치 간에 전력을 공유하는 무선 전력 수신 장치 및 그 방법에 대해 설명한다.
제1 실시 예
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(60)는 수신 공진 코일부(61), 수신 코일부(62), 충전부(63), 전송부(66), 부하(69), 제어부(70) 및 스위치 부(71)를 포함한다.
무선 전력 수신 장치(60)는 제어부(70)의 제어에 따라 수신 모드 또는 전송 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 즉, 수신 장치의 동작 모드가 수신 모드인 경우, 무선 전력 수신 장치(60)는 송신 장치로부터 전력을 수신하여 자신의 고유한 기능을 수행하게 된다. 반면, 상기 수신 장치의 동작 모드가 전송 모드인 경우, 무선 전력 수신 장치(60)는 내부에 저장된 전력을 다른 수신 장치로 전송하게 된다.
수신 공진 코일부(61) 및 수신 코일부(62)는 자기 공진 현상을 통해 전력을 수신하거나 전송하는 역할을 수행한다.
가령, 수신 장치의 동작 모드가 수신 모드인 경우, 상기 수신 공진 코일부(61) 및 수신 코일부(62)는 송신 장치로부터 전송된 전력을 수신하여 충전부(63)로 제공하는 역할을 수행한다.
또한, 수신 장치의 동작 모드가 송신 모드인 경우, 상기 수신 공진 코일부(61) 및 수신 코일부(62)는 내부에 저장된 전력을 다른 수신 장치로 전송하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 수신 공진 코일부(61) 및 수신 코일부(62)는 송신 공진 코일부 및 송신 코일부와 동일한 동작을 수행하게 된다.
상기 수신 공진 코일부(61)는 가변 캐패시터를 더 포함할 수 있다. 가령, 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신 장치(60)는 제어부(70)의 제어에 따라, 가변 캐패시터를 조절하여 자체 공진 주파수를 변경할 수 있다.
충전부(63)는 정류 회로(64) 및 배터리(65)를 포함하며, 수신 코일부(62)로부터 제공된 교류 전력을 직류 전력으로 변화하여 충전하는 역할을 수행한다.
좀 더 구체적으로, 상기 정류 회로(64)는 다이오드와 평활 캐패시터로 구성될 수 있으며, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. 그리고, 배터리(65)는 상기 정류 회로(64)에서 제공된 직류 전력을 저장한다.
부하(69)는 상기 충전부(63)로부터 전원을 제공받아, 수신 장치 고유의 기능을 수행한다. 이때, 상기 부하(69)는 수신 장치의 종류에 따라 가변될 수 있으며, 이를 제한하지는 않는다.
전송부(66)는 인버터(68) 및 전력 증폭기(67)를 포함하며, 상기 충전부(63)로부터 제공받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 수신 코일부(62)로 제공하는 역할을 수행한다.
좀 더 구체적으로, 상기 인버터(68)는 상기 충전부(63)로부터 제공된 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 그리고, 상기 전력 증폭기(67)는 상기 변환된 교류 전력을 증폭하여 수신 코일부(62)로 제공한다.
스위치 부(71)는 무선 전력 수신 장치의 동작 모드에 따라 경로를 전환하는 역할을 수행한다. 가령, 수신 장치의 동작 모드가 수신 모드인 경우, 상기 스위치 부(71)는 수신 코일부(62)와 충전부(63)를 연결하고, 수신 코일부(62)와 전송부(66)를 개방한다. 반면, 수신 장치의 동작 모드가 전송 모드인 경우, 상기 스위치 부(71)는 수신 코일부(62)와 전송부(66)가 연결하고, 수신 코일부(62)와 충전부(63)를 개방한다.
제어부(70)는 무선 전력 수신 장치(60)의 전반적인 동작을 제어한다. 또한, 상기 제어부(70)는 수신 장치의 동작 모드에 따라 상기 스위치 부(71)의 동작을 제어하게 된다.
이때, 상기 제어부(70)는 충전부(63)에 저장된 전력량, 근처에 송신 장치 및 다른 수신 장치들이 존재하는지 여부 등에 따라 수신 장치의 동작 모드를 결정할 수 있다.
가령, 무선 전력 수신 장치(60) 내부에 저장된 전력의 양이 미리 결정된 임계값 보다 작은 경우, 상기 제어부(70)는 자신의 동작 모드를 수신 모드로 전환할 수 있다. 이때, 상기 제어부(70)는 자신의 동작 모드를 수신 모드로 전환하기 전에, 주변에 송신 장치가 존재하는지 여부를 확인할 수도 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치(60) 내부에 저장된 전력의 양이 미리 결정된 임계값 보다 많은 경우, 상기 제어부(70)는 자신의 동작 모드를 전송 모드로 전환할 수 있다. 이때, 상기 제어부(70)는 전송 모드로 전환하기 전에, 주변에 다른 수신 장치들이 존재하는지 여부를 확인할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(70)는 수신 공진 코일부(61)의 가변 캐패시터(72)를 조절하여, 수신 장치의 공진 주파수를 변경할 수 있게 된다. 이를 통해, 상기 제어부(70)는 인접한 수신 장치의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 갖도록 제어할 수 있다.
이하, 무선 전력 수신 장치(60)가 수신 모드 또는 전송 모드인 경우, 해당 무선 전력 수신 장치의 동작에 대해 간략히 설명하도록 한다.
먼저, 수신 장치의 동작 모드가 수신 모드인 경우, 송신 장치에 의해 전송된 전력은 수신 공진 코일부(61)에 의해 수신되어 해당 수신 공진 코일부(61)에 교류 전류가 흐르게 된다. 그리고, 상기 수신 공진 코일부(61)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 코일부(62)로 전달된다.
상기 수신 코일부(62)에서 제공된 교류 전력은 정류 회로(64)를 통해 직류 전력으로 변환된다. 그리고, 상기 변환된 직류 전력은 배터리(65)에 저장된다.
상기 배터리(65)에 저장된 전력은 부하(69)로 제공되어, 수신 장치의 고유 동작을 수행하도록 한다.
한편, 수신 장치의 동작 모드가 송신 모드인 경우, 상기 배터리(65)에 저장된 전력은 전송부(66)로 제공된다. 즉, 상기 전송부(66)로 제공된 직류 전력은 인버터(68)를 통해 교류 전력으로 변환된다. 그리고, 상기 변환된 교류 전력은 전력 증폭기를 통해 증폭되어 수신 코일부(62)로 제공된다.
상기 수신 코일부(62)는 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 수신 공진 코일부(61)로 교류 전류를 유도한다. 그리고, 수신 공진 코일부(61)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 자신과 공진 회로를 이루는 다른 수신 장치로 전송된다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 수신 장치(60)는 송신 장치로부터 전력을 수신할 뿐만 아니라 다른 수신 장치로 전력을 전송함으로써, 수신 장치 간에 무선 전력을 효율적으로 공유할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예에서는, 양 방향 무선 전력 전송 기능을 갖는 무선 전력 수신 장치를 이용하여 지역 별 에너지 편차를 감소하는 무선 충전 시스템 및 그 방법에 대해 설명한다.
제2 실시 예
도 7은 양 방향 무선 전력 전송 기능을 갖는 전기 자동차를 이용하여 지역 별 에너지 편차를 감소하는 무선 충전 시스템의 일 시나리오를 나타낸다. 이때, 상기 전기 자동차는 양 방향 무선 전력 전송 기능을 구비하고 있어, 에너지를 송수신하게 된다.
도 7(a)을 참조하면, 도시 외곽에 거주하는 사람은 전기 요금이 저렴한 시간 대, 즉 심야 시간에 전기 자동차를 충전하거나, 가정 내의 태양광, 풍력 발전 등과 같은 저렴한 신 재생 에너지를 이용하여 전기 자동차를 충전하게 된다. 이때, 상기 전기 자동차는 가정 내에 구비된 무선 전력 송신 장치로부터 에너지를 수신하게 된다.
도 7(b)를 참조하면, 도심 외곽에 거주하는 사람은 도심 지역에 위치하는 회사/공공기관에 출근하여, 전기 자동차를 주차장에 주차하게 된다. 이때, 상기 전기 자동차는 회사/공공기관 내 무선 전력 전송이 가능한 공간에 주차하게 된다.
회사/공공기관은 전기 요금이 비싼 시간 대에 주차된 전기 자동차로부터 전력을 지원받아 사용하고, 전기 요금이 싼 시간 대에 상기 전기 자동차를 다시 충전함으로써, 전력 사용비를 절약할 수 있다.
가령, 회사/공공기관의 전력 관리 서버는 전기 요금이 비싼 시간 대에 주차된 전기 자동차에 무선 전력 전송을 요청한다. 그러면, 주차장에 주차된 전기 자동차는 건물 내에 구비된 전력 충전부로 전력을 제공한다. 이는 상기 전기 자동차가 무선 전력을 수신하는 기능뿐만 아니라 무선 전력을 전송하는 기능을 구비하고 있기 때문이다.
이후, 전기 요금이 비교적 싼 퇴근 시간 대에, 상기 전기 자동차는 회사 내에 구비된 전력 송신부로부터 전력을 수신하게 된다. 이때, 회사/공공기관은 상기 전기 자동차로부터 공급받은 전력의 양을 계산하여 해당 전력을 다시 제공하거나, 별도의 전기 요금을 정산하여 운전자에게 지불할 수도 있다.
이처럼, 양 방향 무선 전력 전송 기능을 갖는 전기 자동차를 이용하여 무선 전력을 교환함으로써, 도심 외곽 지역과 도심 지역 간에 존재하는 에너지 편차를 감소할 수 있다.
도 8은 회사/공공기관 내의 전력 운용을 효율적으로 관리하기 위한 무선 충전 시스템을 나타낸다.
무선 충전 시스템(80)은 전력 관리 서버(81), 복수의 전력 APs(Access Point, 82), 복수의 수신 장치들(83), 전력 충전부(84) 및 전력 전송부(85)를 포함한다. 이때, 상기 복수의 수신 장치들(83)은 무선 전력을 수신할 수 있는 장치이고, 상기 전력 AP(82)는 무선 전력 송신 장치를 포함하고 있음을 가정한다.
전력 관리 서버(81)는 회사/공공기관 내의 전력 운용에 관한 전반적인 동작을 제어하는 역할을 수행한다. 가령, 상기 전력 관리 서버(81)는 복수의 전력 APs(82), 전력 충전부(84) 및 전력 전송부(85)를 각각 제어함으로써, 회사/공공기관 내에서 소비되는 전력을 경제적으로 운용할 수 있도록 한다.
복수의 전력 AP들(82)은 자신이 관할하고 있는 영역 내에 존재하는 복수의 수신 장치들(83)에 무선 전력을 제공한다. 또한, 상기 복수의 전력 AP들(82)은 복수의 수신 장치들(83)과의 인 밴드(In-band) 통신을 통해 상기 수신 장치들의 배터리 상태를 확인할 수 있다.
한편, 상기 복수의 전력 AP들(82)은 전기 요금이 비싼 시간 대에, 회사/공공기관 내부의 전력 사용을 최대한 제한할 필요가 있다. 따라서, 상기 복수의 전력 AP들(82)은 상기 전력 관리 서버(81)의 제어에 따라, 상기 수신 장치들의 배터리 상태를 기반으로 무선 전력 전송을 제어할 수 있다. 가령, 상기 복수의 전력 AP들(82)은 배터리 잔량이 적은 수신 장치들에게 무선 전력을 전송하고, 배터리 잔량이 많은 수신 장치들에게 무선 전력 전송을 중지할 수 있다.
상기 복수의 수신 장치들(83)은 상기 복수의 전력 AP들(82)로부터 무선 전력을 수신한다. 한편, 상기 복수의 수신 장치들(83)은 양 방향 무선 전력 전송 기능을 구비할 수 있다. 이때, 상기 복수의 수신 장치들은 상호 간에 무선 전력을 공유할 수 있다. 이러한 복수의 수신 장치들(83)은 노트북, 휴대폰등과 같은 전자 장치들을 포함한다.
전력 충전부(84)는 외부 장치로부터 전기 요금이 저렴한 전력을 저장하는 역할을 수행한다. 가령, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전력 충전부(84)는 전기 요금이 싼 시간 대에 충전된 전기 자동차로부터 전력을 제공받아 충전하게 된다.
상기 전력 충전부(84)는 상기 전력 관리 서버의 제어에 따라, 전기 요금이 비싼 시간 대에 회사/공공기관의 운용을 위한 전력을 제공하게 된다.
전력 전송부(85)는 전기 요금이 싼 시간 대에 외부 장치로 전력을 전송하는 역할을 수행한다. 가령, 도 7에 도시된 바와 같이, 전기 요금이 싼 퇴근 시간 대에, 상기 전력 전송부(85)는 전력을 제공받은 전기 자동차에 전력을 무선으로 충전하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 시스템은 양 방향 무선 전력 전송 기능을 갖는 수신 장치들을 이용하여 회사/공공기관 내의 전력 사용을 경제적으로 운용할 수 있도록 한다.
한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 전력 20 : 전력 송신부
21 : 송신 코일부 22 : 송신 공진 코일부
30 : 전력 수신부 31 : 수신 공진 코일부
32 : 수신 코일부 40 : 정류회로
50 : 부하 60 : 무선 전력 수신 장치

Claims (15)

  1. 자기 공진을 이용한 무선 전력 장치로서,
    유도코일 및 공진코일을 포함하며, 상기 무선전력 장치의 동작 모드에 따라 전력을 송/수신하는 송수신 코일부;
    상기 송수신 코일부로부터 제공된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 충전하고, 상기 충전된 직류 전력을 부하로 제공하는 충전부;
    상기 충전부로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 수신 코일부로 제공하는 전송부; 및
    상기 수신 장치의 동작 모드를 결정하고, 상기 동작 모드에 따라 경로 전환을 제어하는 제어부를 포함하는 무선 전력 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전부는,
    상기 송수신 코일부로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 회로와, 상기 정류 회로에서 출력된 직류 전력을 충전하는 배터리를 포함하는 무선 전력 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전송부는,
    상기 충전부로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 출력된 교류 전력을 증폭하는 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송수신 코일부는 가변 캐패시터를 더 포함하는 무선 전력 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 가변 캐패시터의 조절을 통해, 인접한 다른 수신 장치와 동일한 공진 주파수를 갖도록 자체 공진 주파수를 변경하는 무선 전력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신 장치의 동작 모드가 수신 모드인 경우,
    상기 제어부는 상기 수신 코일부와 상기 충전부를 연결하고, 상기 수신 코일부와 상기 전송부를 개방하도록 제어하는 무선 전력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 장치의 동작 모드가 전송 모드인 경우,
    상기 제어부는 상기 송수신 코일부와 상기 전송부를 연결하고, 상기 송수신 코일부와 상기 충전부를 개방하도록 제어하는 무선 전력 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 충전부에 저장된 전력량과, 송신 장치 및 다른 수신 장치들이 존재하는지 여부에 따라 상기 무선 전력 장치의 동작 모드를 결정하는 무선 전력 장치.
  9. 자기 공진을 이용한 무선 전력 장치의 송수신 방법에 있어서,
    상기 무선 전력 장치의 동작 모드를 결정하는 단계;
    상기 동작 모드에 따라 송신 장치로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전력을 배터리에 충전하는 단계; 및
    상기 동작 모드에 따라 배터리에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전력을 인접한 다른 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하는 무선 전력 송수신 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전송 단계는,
    상기 변환된 교류 전력을 증폭하여 송수신 코일부로 제공하는 무선 전력 송수신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 배터리에 충전된 직류 전력을 부하로 제공하는 단계를 더 포함하는 무선 전력 송수신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 인접한 다른 수신 장치와 동일한 공진 주파수를 갖도록 송수신 공진 코일부의 가변 캐패시터를 조절하는 단계를 더 포함하는 무선 전력 송수신 방법.
  13. 자기 공진을 이용한 무선 충전 시스템에 있어서,
    송신 장치로부터 전력을 수신하거나, 인접한 다른 수신 장치로 전력을 전송하는 복수의 수신 장치들;
    자신이 관할하고 있는 영역 내에 존재하는 복수의 수신 장치들에게 무선 전력을 제공하고, 상기 복수의 수신 장치들과 인 밴드(In-band) 통신을 통해 상기 수신 장치들의 배터리 상태를 확인하는 복수의 전력 AP(Access Point)들; 및
    상기 복수의 수신 장치들의 배터리 상태를 기반으로, 상기 복수의 전력 AP들이 상기 복수의 수신 장치들로 무선 전력을 전송하는 것을 제어하는 전력 관리 서버를 포함하는 무선 충전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    전력 요금이 비싼 시간 대에, 외부 장치로부터 전기 요금이 저렴한 전력을 제공받아 저장하는 전력 충전부와,
    전력 요금이 싼 시간 대에, 상기 외부 장치로부터 제공받은 전력을 상기 외부 장치로 다시 제공하는 전력 전송부를 더 포함하는 무선 충전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 외부 장치는 무선 전력 송수신 기능을 갖는 전기 자동차인 무선 충전 시스템.
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