KR20130101246A

KR20130101246A - 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전달 방법

Info

Publication number: KR20130101246A
Application number: KR1020120022239A
Authority: KR
Inventors: 배수호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2013-09-13
Also published as: KR101371782B1

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전력소스로부터 전력을 공급받는 무선전력 송신장치로부터 전력을 수신하여 부하에 전달하는 무선전력 수신장치는, 상기 무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부와 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부 및 상기 정류된 직류전력을 감지하여 상기 부하에 전달되는 전력을 일정하게 유지시키도록 하는 전력 관리부를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 전송 효율을 증가시키고, 무선전력 전송 시스템의 비용을 절감시키며, 무선전력 수신장치의 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 부하에 제공되는 전력을 감지하고, 감지된 전력 상태를 송신 측에 전달하여 부하에 일정한 전력을 제공할 수 있다.

Description

무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전달 방법{APPARATUS FOR RECEIVING WIRELESS POWER AND SYSTEM FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER AND METHOD FOR DELIVERING WIRELESS POWER}

본 발명은 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전달 방법에 관한 것이다.

무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도 되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 전자기 유도 방식은 소형 기기를 중심으로 상용화가 빠르게 진행되고 있으나, 전력의 전송 거리가 짧은 문제가 있다.

현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 전자기 유도 이외에 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.

최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 자기 공진을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다.

자기 공진을 이용한 무선전력 전송 시스템은 송신 측과 수신 측에 형성된 전기신호가 코일을 통해 무선으로 전달되기 때문에 사용자는 휴대용 기기와 같은 전자기기를 손쉽게 충전할 수 있다.

그러나, 종래 무선전력 수신장치는 전력 전송 효율 문제 및 크기에 따른 비용문제를 동시에 만족시킬 수 없었다.

본 발명은 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 전송 효율을 증가시키고, 무선전력 전송 시스템의 비용을 절감시키며, 전체 크기를 감소시키기 위한 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전달 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 손실을 최소화할 수 있는 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전달 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 부하에 제공되는 전력을 감지하고, 감지된 전력 상태를 송신 측에 전달하여 부하에 일정한 전력을 제공할 수 있는 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전달 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전력소스로부터 전력을 공급받는 무선전력 송신장치로부터 전력을 수신하여 부하에 전달하는 무선전력 수신장치는, 상기 무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부와 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부 및 상기 정류된 직류전력을 감지하여 상기 부하에 전달되는 전력을 일정하게 유지시키도록 하는 전력 관리부를 포함한다.

상기 전력 관리부는 상기 정류된 직류전력을 감지하고, 상기 감지된 직류전력에 따라 상기 부하에 전달되는 전력의 조절을 위한 제어신호를 생성하는 제어부 및 상기 생성된 제어신호를 상기 전력소스에 전달하는 변조부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 정류된 직류전력이 제1 임계 치 이상으로 확인 된 경우, 상기 부하에 전달되는 전력을 감소시키기 위한 전력감소 제어신호를 상기 변조부에 전송할 수 있다.

상기 제어부는 상기 정류된 직류전력이 제1 임계 치 미만으로 확인 된 경우, 상기 부하에 전달되는 전력을 증가시키기 위한 전력증가 제어신호를 상기 변조부에 전송할 수 있다.

상기 제1 임계 치는 상기 부하가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 최소의 전력일 수 있다.

상기 전력 관리부는 상기 정류된 직류전력이 제2 임계 치 이상인 경우, 상기 제2 임계 치 이상의 직류전력을 흡수하는 전압 제한부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 임계 치는 상기 부하가 손상되지 않기 위한 최대 전력에 해당할 수 있다.

상기 전압 제한부는 제너 다이오드로 구성될 수 있다.

상기 정류부는 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기 및 상기 변환된 직류전력에서 리플 성분을 제거하는 평활 회로를 포함할 수 있다.

상기 정류기는 브릿지 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 평활 회로는 평활용 캐패시터를 포함할 수 있다.

상기 수신부는 상기 무선전력 송신장치로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신하는 수신 공진 코일 및 상기 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 수신하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.

상기 수신부는 상기 무선전력 송신장치로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 무선전력 수신장치를 통해 부하에 전달하는 무선전력 전송 시스템은 전력소스로부터 공급받은 전력을 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 무선전력 송신장치 및 상기 무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부와 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부 및 상기 정류된 직류전력을 감지하여 상기 부하에 전달되는 전력을 일정하게 유지시키도록 하는 전력 관리부를 포함할 수 있다.

상기 무선전력 송신장치는 상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 공진 코일 및 상기 송신 공진 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 송신 유도 코일을 포함하고, 상기 수신부는 상기 송신 공진 코일로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신하는 수신 공진 코일 및 상기 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 수신하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.

상기 무선전력 송신장치는 상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일을 포함하고, 상기 수신부는 상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력소스로부터 전력을 공급받는 무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 부하에 전달하는 무선전력 수신장치의 무선전력 전달 방법은 상기 무선전력 송신장치로부터 정류된 직류전력을 수신하는 단계와 상기 수신된 직류전력이 제1 임계 치 미만인지 확인하는 단계 및 상기 확인결과에 따라 전력조절 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력조절 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 임계 치는 상기 부하가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 최소의 전력량일 수 있다.

상기 확인결과에 따라 전력조절 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력조절 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계는 상기 확인결과, 상기 수신된 직류전력이 제1 임계 치 미만 인 경우, 전력증가 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력증가 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 확인결과에 따라 전력조절 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력조절 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계는 상기 확인결과, 상기 수신된 직류전력이 제1 임계 치 이상 인 경우, 전력감소 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력감소 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력조절 신호는 상기 제1 임계 치에 해당하는 전력을 상기 부하에 전달되도록 하기 위한 신호일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 전송 효율을 증가시키고, 무선전력 전송 시스템의 비용을 절감시키며, 무선전력 수신장치의 크기를 감소시킬 수 있다.

둘째, 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 손실을 최소화할 수 있다.

셋째, 부하에 제공되는 전력을 감지하고, 감지된 전력 상태를 송신 측에 전달하여 부하에 일정한 전력을 제공할 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 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 소스(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선전력 수신장치(300)의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 구성도이다.
도 6은 도 5의 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)의 입력단자에서 부하(400)를 바라본 임피던스가 가변됨을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)를 포함한 무선전력 전송 시스템(1000)의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예인 무선전력 수신장치(300)의 구성요소인 전압 제한부(361)의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 무선전력 전달 방법을 설명한 흐름도이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 무선전력 전송 시스템은 전력 소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300)를 포함할 수 있다.

무선전력 송신장치(200)는 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다.

무선전력 수신장치(300)는 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320), 정류 회로(330), 부하(340)을 포함할 수 있다.

전력 소스(100)의 양단은 송신 유도 코일(210)의 양단과 연결된다.

송신 공진 코일(220)은 송신 유도 코일(210)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.

수신 공진 코일(310)은 수신 유도 코일(320)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.

수신 유도 코일(320)의 양단은 정류 회로(330)의 양단과 연결되고, 부하(340)는 정류 회로(330)의 양단에 연결된다. 일 실시 예에서 부하(340)는 무선전력 수신장치(300)에 포함되지 않고, 별도로 구성될 수 있다.

전력 소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 무선전력 송신장치(200)로 전달된 전력은 자기 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.

이하에서는 보다 구체적으로 전력전송 과정을 설명한다.

전력 소스(100)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스일 수 있다.

송신 유도 코일(210)에는 전력 소스(100)로부터 공급받은 전력에 의해 교류 전류가 흐른다. 송신 유도 코일(210)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격 되어 있는 송신 공진 코일(220)에도 교류 전류가 유도된다. 그 후, 송신 공진 코일(220)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진 회로를 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.

임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 사이는 자기 공진에 의해 전력이 전송될 수 있다. 이와 같은 자기 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 더 높은 효율로 전력 전달이 가능하게 한다.

수신 공진 코일(310)은 송신 공진 코일(220)로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신한다. 수신된 전력으로 인해 수신 공진 코일(310)에는 교류 전류가 흐른다. 수신 공진 코일(310)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 유도 코일(320)로 전달된다. 수신 유도 코일(320)로 전달된 전력은 정류 회로(330)를 통해 정류되어 부하(340)로 전달된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 구성하게 된다.

송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)의 양단은 캐패시터(C1)의 양단에 연결된 등가회로로 구성될 수 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)은 인턱터(L1)와 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 등가회로로 구성될 수 있다.

캐패시터(C1)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 가변 캐패시터를 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)의 등가 회로도 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 소스(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가 회로도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선전력 수신장치(300)의 등가 회로도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(310)과 수신 유도 코일(320)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다.

정류회로(330)는 다이오드(D1)와 정류 캐패시터(C5)로 구성될 수 있으며, 교류 전력을 직류 전력을 변환하여 출력할 수 있다. 정류회로(330)는 정류기와 평활 회로를 포함할 수 있다. 정류기의 정류소자로서 실리콘 정류기가 사용될 수 있다. 평활 회로는 정류 출력을 매끄럽게 하는 역할을 한다.

부하(340)는 1.3V의 직류 전원으로 표시되어 있으나, 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다. 여기서, 1.3V는 예시에 불과하다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 구성도이다.

본 발명의 실시 예에서 부하(400)는 무선전력 수신장치(300)와 별도로 구비되는 것으로 가정한다.

무선전력 수신장치(300)는 송신 측으로부터 수신한 전력을 부하(400)에 전달할 수 있다.

도 5를 참고하면, 무선전력 수신장치(300)는 수신 유도 코일(320), 정류회로(330), 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)가 송신 측으로부터 자기공진을 이용하여 전력을 수신한다면, 수신 공진 코일(310)을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)가 송신 측으로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신한다면, 수신 공진 코일(310)을 구비하지 않을 수 있다.

수신 유도 코일(320)은 송신 측으로부터 전력을 수신한다. 구체적으로, 수신 유도 코일(320)은 전자기 유도 또는 자기공진 현상을 통해 전력을 수신할 수 있다. 수신 유도 코일(320)이 수신하는 전력은 교류전력일 수 있다.

정류회로(330)는 수신 유도 코일(320)이 수신한 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있다.

정류회로(330)는 정류기(331) 및 평활 회로(332)를 포함할 수 있다.

정류기(331)는 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 다이오드는 실리콘 다이오드를 의미할 수 있다. 일 실시 예에서 정류기(331)는 하나의 다이오드를 사용하여 정류기능을 수행 할 수 있지만, 바람직하게 정류기(331)는 하나 이상의 다이오드가 배열된 구성을 포함할 수 있다. 도 5에서는 정류기(331)의 일 실시 예로, 브릿지 다이오드(Bridge diode)가 도시되어 있다. 브릿지 다이오드(Bridge diode)는 4개의 다이오드를 연결한 회로구조로 정류기능을 수행할 수 있다.

정류기(331)는 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기능을 수행한다. 본 발명의 실시 예에서 전력은 전압 또는 전류와 비례하므로 편의상 전력과 전압, 전류는 같은 개념임을 가정한다. 정류기능은 전류를 한 방향으로만 통과시키는 기능을 의미한다. 즉, 정류기(331)는 순방향 저항은 작고, 역방향 저항은 충분히 커서 한쪽 방향으로만 전류를 통과시킬 수 있다.

평활 회로(332)는 정류기(331)에서 출력된 직류전력에서 리플 성분을 제거하여 완전한 직류전력을 출력할 수 있다.

평활 회로(332)는 평활용 커패시터를 포함할 수 있다.

직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)는 평활 회로(332)에서 출력된 직류전압을 교류전압으로 변환한 다음, 변환된 교류전압을 승압 또는 강압하여 정류된 직류전압을 출력할 수 있다.

직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)로 스위칭 레귤레이터(Switching regulator) 또는 리니어 레귤레이터(Linear regulator)가 사용될 수 있다.

리니어 레귤레이터(Linear regulator)는 입력전압을 받아 필요한 만큼 출력전압을 내보내고, 나머지 전압은 열로 방출하는 변환기이다.

스위칭 레귤레이터(Switching regulator)는 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)를 이용하여 출력전압을 조절할 수 있는 변환기이다.

직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)는 부하(400)가 필요한 직류전압을 제공할 수 있다.

그러나, 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)의 전력 전달 효율이 85% 정도로 15% 정도의 효율 손실이 발생할 수 있다.

또한, 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)의 입력 단자에서 부하(400)를 바라본 임피던스가 가변될 수 있어 전력 전송 효율이 낮아질 수 있다. 이는 도 6에서 설명한다.

도 6은 도 5의 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)의 입력단자에서 부하(400)를 바라본 임피던스가 가변됨을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참고하면, 부하(400)의 실제 임피던스가 RL이라고 할 때, 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)의 입력단자에서 부하(400)를 바라본 입력 임피던스(Rin)는 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

여기서, Ed는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)의 변환효율을 의미하고, Vout은 부하(400) 임피던스(RL)에 걸리는 출력전압을 의미하고, Vin은 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)의 입력전압을 의미한다.

출력전압(Vout), 부하 임피던스(RL), 변환 효율(Ed)가 일정하다고 가정할 때, 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)에 입력되는 입력전압(Vin)에 따라 입력 임피던스(Rin)는 가변됨을 확인할 수 있다. 입력 임피던스(Rin)가 가변되면, 송신 측과 수신 측 간 전력 전송 효율이 떨어질 수 있다.

다음으로, 송신 측과 수신 측 간 전력 전송 효율을 개선한 무선전력 수신장치(300)의 구성에 대해 설명한다.

무선전력 전송 시스템(1000)은 전력소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300), 부하(400)를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)를 포함한 무선전력 전송 시스템(1000)의 구성도이다.

전력소스(100) 및 무선전력 송신장치(200)는 도 1 내지 도 4에서 설명한 것과 같다.

도 7을 참고하면, 무선전력 수신장치(300)는 수신 유도 코일(320), 정류회로(330), 전력 관리부(360)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)가 무선전력 송신장치(200)로부터 자기공진을 이용하여 전력을 수신한다면, 수신 공진 코일(310)을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)가 무선전력 송신장치(200)로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신한다면, 수신 공진 코일(310)을 구비하지 않을 수 있다.

평활 회로(332)는 평활용 커패시터를 포함할 수 있다.

전력 관리부(360)는 정류된 직류전력을 조절하여 부하(400)에 전달되는 전력을 일정하게 유지하도록 할 수 있다.

전력 관리부(360)는 전압 제한부(361), 제어부(362), 변조부(363)를 포함할 수 있다.

전압 제한부(361)는 정류회로(330)에서 출력된 직류전력이 제1 임계 치 이상 인 경우, 제1 임계 치 이상의 직류전력을 흡수하여 부하(400)를 보호할 수 있다. 일 실시 예에서 제1 임계 치는 부하(400)가 손상을 입지 않을 수 있는 최대 전압을 의미할 수 있다.

전압 제한부(361)는 부하(400)에 순간적인 과전압이 입력되는 것을 방지하여 부하(400)를 보호할 수 있다.

일 실시 예에서 전압 제한부(361)는 제너 다이오드(Zener diode)로 구성될 수 있다. 제너 다이오드(Zener diode)는 일정 전압보다 높은 전압이 걸릴 때 전류가 흐르고, 일정 전압보다 낮은 전압이 걸릴 때는 개방된 것처럼 동작하여 전류가 흐르지 않는 다이오드이다.

제어부(362)는 정류회로(330)로부터 부하(400)에 전달되는 직류전력을 감지할 수 있다.

제어부(362)는 부하(400)에 전달되는 직류전력이 제1 임계 치 이상인 경우, 이를 감지하고, 부하(400)에 전달되는 전력의 조절을 위한 제어신호를 생성하고, 이를 변조부(362)에 전송할 수 있다. 일 실시 예에서 제1 임계 치는 부하(400)가 손상되지 않기 위한 최대 전압을 의미할 수 있다.

제어부(362)는 전압 제한부(361)에 제1 임계 치 이상의 전력이 지속적으로 인가되면, 전압 제한부(362) 및 부하(400)가 손상될 수 있으므로, 부하(400)에 전달되는 전력을 감소시키기 위한 전력감소 제어신호를 생성하고, 생성된 전력 감소 제어신호를 변조부(363)에 전송한다. 변조부(363)는 전력감소 제어신호를 수신하고, 전력감소 제어신호를 전력소스(100)에 전달할 수 있다.

그 후, 전력소스(100)는 감소된 전력을 무선전력 송신장치(200)에 전달하고, 전달된 감소전력은 무선전력 수신장치(300)로 전송되며, 부하(400)는 무선전력 수신장치(300)로부터 제1 임계 치 미만의 전력을 전달받을 수 있다. 이로 인해, 부하(400)에 제1 임계 치 이상의 과전압이 지속적으로 인가되는 것이 방지되어 부하(400)가 보호될 수 있다.

제어부(362)는 부하(400)에 전달되는 직류전력이 제2 임계 치 미만인 경우, 이를 감지할 수 있다. 일 실시 예에서 제2 임계 치는 상기 제1 임계 치보다는 작고, 부하(400)가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 최소의 전력량을 의미할 수 있다. 즉, 제어부(362)는 부하(400)에 전달되는 직류전력이 제2 임계 치 미만 인 경우, 이를 감지하고, 부하(400)에 전달되는 전력량이 제2 임계 치를 유지하도록 하는 전력증가 제어신호를 전송할 수 있다. 변조부(363)는 전력증가 제어신호를 수신하고, 수신한 전력증가 제어신호를 전력소스(100)에 전달할 수 있다.

그 후, 전력소스(100)는 증가된 전력을 무선전력 송신장치(200)에 전달하고, 전달된 증가전력은 무선전력 수신장치(300)로 전송되며, 부하(400)는 무선전력 수신장치(300)로부터 제2 임계 치의 일정한 전력을 전달받을 수 있다. 이로 인해, 부하(400)에 제2 임계 치의 일정한 전력이 제공될 수 있다.

제어부(362)는 부하(400)에 전달되는 직류전력이 제2 임계 치 이상이고, 제1 임계 치보다 작은 경우, 이를 감지하고, 부하(400)에 전달되는 전력량이 제2 임계 치를 유지할 수 있도록 하는 전력감소 제어신호를 변조부(363)에 전송할 수 있다. 변조부(363)는 수신한 전력감소 제어신호를 전력소스(100)에 전달할 수 있다.

그 후, 전력소스(100)는 감소된 전력을 무선전력 송신장치(200)에 전달하고, 전달된 감소전력은 무선전력 수신장치(300)로 전송되며, 부하(400)는 무선전력 수신장치(300)로부터 제2 임계 치의 일정한 전력을 전달받을 수 있다. 이로 인해, 부하(400)에 제2 임계 치의 일정한 전력이 제공될 수 있다.

변조부(363)은 전력소스(100)가 무선전력 송신장치(200)에 제공하는 전력량을 증가시키도록 하는 전력증가 신호 또는 전력소스(100)가 무선전력 송신장치(200)에 제공하는 전력량을 감소시키도록 하는 전력감소 신호를 제어부(362)로부터 수신하여 전력소스(100)에 전달할 수 있다.

변조부(363)는 전력소스(100)가 무선전력 송신장치(200)에 제공하는 전력을 차단하도록 하는 전력차단 제어신호를 제어부(362)로부터 수신하여 전력소스(100)에 전달할 수 있다.

변조부(363)는 무선전력 수신장치(300)가 수신하는 전력에 대한 상태를 전력소스(100) 및 무선전력 송신장치(200)에 전달하는 기능을 수행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예인 무선전력 수신장치(300)의 구성요소인 전압 제한부(361)의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참고하면, 전압 제한부(361)의 예로 제너 다이오드(Zener diode)가 도시되어 있다.

제너 다이오드(Zener diode)는 일정 전압보다 높은 전압이 걸릴 때 전류가 흐르고, 일정 전압보다 낮은 전압이 걸릴 때는 개방된 것처럼 동작하여 전류가 흐르지 않으므로 제너 다이오드(Zener diode)가 허용할 수 있는 전압의 범위 내에서는 전력 손실이 거의 발생하지 않게 된다.

즉, 과도상태(Transient state)에서는 전력손실이 발생할 수 있지만, 안정상태(Steady state)에서는 전력손실이 발생하지 않는다. 과도상태(Transient state)는 전압 제한부(361)에 과전압이 지속적으로 인가되는 상태를 의미할 수 있고, 안정상태(Steady state)는 과전압이 아닌 부하(400)에 정상적인 전압이 인가되는 상태를 의미할 수 있다.

과도상태(Transient state)는 매우 짧은 시간 동안 일어나므로 결과적으로 전력 전달 효율은 도 5의 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)에 비해 높아진다.

또한, 전압 제한부(361)로 제너 다이오드(Zener diode)를 사용할 경우, 제너 다이오드(Zener diode)의 입력단자에서 부하(400)를 바라본 임피던스를 가변시키지 않으므로 전력 전송 효율의 열화를 방지할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 무선전력 전달 방법을 설명한 흐름도이다.

무선전력 수신장치(300)에 대한 구성은 도 7에서 설명한 것과 같다.

먼저, 전력소스(100)는 무선전력 송신장치(200)에 교류전력을 제공한다. 전력소스(100)는 소정 주파수의 교류전력을 제공하는 교류전력 소스일 수 있다.

무선전력 송신장치(200)는 전력소스(100)로부터 교류전력을 공급받고, 공급받은 전력을 무선전력 수신장치(300)에 전송한다. 일 실시 예에서 무선전력 송신장치(200)로부터 무선전력 수신장치(300)에 전력을 전송하는 방식은 전자기 유도 또는 자기공진에 의한 방법이 사용될 수 있다.

무선전력 수신장치(300)의 정류부(330)는 교류전력을 직류전력으로 정류하여 전력 관리부(360)로 출력한다. 전력 관리부(360)는 전압 제한부(361), 제어부(362), 변조부(363)를 포함할 수 있고, 이에 대한 자세한 설명은 도 7 내지 도 8에서 설명한 것과 같다.

전력 관리부(360)는 정류된 직류전력을 수신한다(S101).

그 후, 전력 관리부(360)는 정류된 직류전력이 제1 임계 치 미만 인지를 확인한다(S103). 일 실시 예에서 제1 임계 치는 부하(400)가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 최소의 전력량을 의미할 수 있다. 전력 관리부(360)는 제어부(362)를 통해 전력 관리부(360)로 출력되는 직류전력을 감지할 수 있다.

만약, 정류된 직류전력이 제1 임계 치 미만인 것으로 확인되면, 전력 관리부(360)는 제어부(362)를 통해 직류전력이 제1 임계 치로 유지되도록 하는 전력증가 신호를 생성할 수 있다(S105).

그 후, 전력 관리부(360)는 변조부(363)를 통해 생성된 전력증가 신호를 전력소스(100)에 전달할 수 있다(S107). 즉, 전력 관리부(360)는 변조부(363)를 통해 전력증가 신호를 전력소스(100)에 전달하여 전력소스(100)가 무선전력 송신장치(200)에 공급하는 전력을 증가시키도록 할 수 있다. 결과적으로, 전력 관리부(360)는 송신 측에서 전송되는 전력을 증가시켜 제1 임계 치에 해당하는 전력을 부하(400)에 공급할 수 있다.

만약, 정류된 직류전력이 제1 임계 치 이상인 것으로 확인된 경우, 전력 관리부(360)는 정류된 직류전력이 제2 임계 치 미만인지 확인한다(S109). 일 실시 예에서 제2 임계 치는 제1 임계 치보다는 크고, 부하(400)가 손상되지 않기 위한 최대 전압을 의미할 수 있다.

만약, 정류된 직류전력이 제2 임계 치 이상인 것으로 확인된 경우, 전력 관리부(360)는 과전력을 흡수한다(S111). 전력 관리부(360)는 전압 제한부(361)를 통해 제2 임계 치 이상의 과전력을 흡수할 수 있고, 일 실시 예에서 전압 제한부(361)는 제너 다이오드(Zener diode)가 사용될 수 있다. 결과적으로, 전력 관리부(360)는 부하(400)에 과전력이 전달되는 것을 방지할 수 있다.

그 후, 전력 관리부(360)는 제어부(363)를 통해 직류전력이 제1 임계 치로 유지되도록 하는 전력감소 신호를 생성할 수 있다(S113).

그 후, 전력 관리부(360)는 변조부(363)를 통해 생성된 전력감소 신호를 전력소스(100)에 전달할 수 있다(S115). 즉, 전력 관리부(360)는 변조부(363)를 통해 전력증가 신호를 전력소스(100)에 전달하여 전력소스(100)가 무선전력 송신장치(200)에 공급하는 전력을 감소시키도록 할 수 있다. 결과적으로, 전력 관리부(360)는 송신 측에서 전송되는 전력을 감소시켜 제1 임계 치에 해당하는 전력을 부하(400)에 공급할 수 있다.

만약, 정류된 직류전력이 제2 임계 치 미만인 것으로 확인된 경우, 단계(S101)로 돌아간다.

상술한 본 발명에 따른 무선전력 전달 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

100: 전력 소스
200: 무선전력 송신장치
210: 송신 유도 코일
220: 송신 공진 코일
300: 무선전력 수신장치
310: 수신 공진 코일
320: 수신 유도 코일
330: 정류회로
350: 직류 직류 변환기
360: 전력 관리부
361: 전압 제한부
362: 제어부
363: 변조부
400: 부하

Claims

전력소스로부터 전력을 공급받는 무선전력 송신장치로부터 전력을 수신하여 부하에 전달하는 무선전력 수신장치에 있어서,
상기 무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부;
상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부; 및
상기 정류된 직류전력을 감지하여 상기 부하에 전달되는 전력을 일정하게 유지시키도록 하는 전력 관리부를 포함하는 무선전력 수신장치.
제1항에 있어서,
상기 전력 관리부는,
상기 정류된 직류전력을 감지하고, 상기 감지된 직류전력에 따라 상기 부하에 전달되는 전력의 조절을 위한 제어신호를 생성하는 제어부; 및
상기 생성된 제어신호를 상기 전력소스에 전달하는 변조부를 포함하는 무선전력 수신장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 정류된 직류전력이 제1 임계 치 이상으로 확인 된 경우, 상기 부하에 전달되는 전력을 감소시키기 위한 전력감소 제어신호를 상기 변조부에 전송하는 무선전력 수신장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 정류된 직류전력이 제1 임계 치 미만으로 확인 된 경우, 상기 부하에 전달되는 전력을 증가시키기 위한 전력증가 제어신호를 상기 변조부에 전송하는 무선전력 수신장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 임계 치는,
상기 부하가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 최소의 전력인 무선전력 수신장치.
제2항에 있어서,
상기 전력 관리부는,
상기 정류된 직류전력이 제2 임계 치 이상인 경우, 상기 제2 임계 치 이상의 직류전력을 흡수하는 전압 제한부를 더 포함하는 무선전력 수신장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 임계 치는,
상기 부하가 손상되지 않기 위한 최대 전력에 해당하는 무선전력 수신장치.
제6항에 있어서,
상기 전압 제한부는,
제너 다이오드로 구성된 무선전력 수신장치.
제1항에 있어서,
상기 정류부는,
상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기; 및
상기 변환된 직류전력에서 리플 성분을 제거하는 평활 회로를 포함하는 무선전력 수신장치.
제9항에 있어서,
상기 정류기는,
브릿지 다이오드를 포함하는 무선전력 수신장치.
제9항에 있어서,
상기 평활 회로는,
평활용 캐패시터를 포함하는 무선전력 수신장치.
제1항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 무선전력 송신장치로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신하는 수신 공진 코일; 및
상기 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 수신하는 수신 유도 코일을 포함하는 무선전력 수신장치.
제1항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 무선전력 송신장치로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함하는 무선전력 수신장치.
무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 무선전력 수신장치를 통해 부하에 전달하는 무선전력 전송 시스템에 있어서,
전력소스로부터 공급받은 전력을 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 무선전력 송신장치; 및
상기 무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부와 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부 및 상기 정류된 직류전력을 감지하여 상기 부하에 전달되는 전력을 일정하게 유지시키도록 하는 전력 관리부를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
제14항에 있어서,
상기 전력 관리부는,
상기 정류된 직류전력을 감지하고, 상기 감지된 직류전력에 따라 상기 부하에 전달되는 전력의 조절을 위한 제어신호를 생성하는 제어부; 및
상기 생성된 제어신호를 상기 전력소스에 전달하는 변조부를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 정류된 직류전력이 제1 임계 치 이상으로 확인 된 경우, 상기 부하에 전달되는 전력을 감소시키기 위한 전력감소 제어신호를 상기 변조부에 전송하는 무선전력 전송 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 정류된 직류전력이 제1 임계 치 미만으로 확인 된 경우, 상기 부하에 전달되는 전력을 증가시키기 위한 전력증가 제어신호를 상기 변조부에 전송하는 무선전력 전송 시스템.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 제1 임계 치는,
상기 부하가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 최소의 전력인 무선전력 전송 시스템.
제15항에 있어서,
상기 전력 관리부는,
상기 정류된 직류전력이 제2 임계 치 이상인 경우, 상기 제2 임계 치 이상의 직류전력을 흡수하는 전압 제한부를 더 포함하는 무선전력 전송 시스템.
제19항에 있어서,
상기 제2 임계 치는,
상기 부하가 손상되지 않기 위한 최대 전력에 해당하는 무선전력 전송 시스템.
제19항에 있어서,
상기 전압 제한부는,
제너 다이오드로 구성된 무선전력 전송 시스템.
제14항에 있어서,
상기 무선전력 송신장치는,
상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 공진 코일 및 상기 송신 공진 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 송신 유도 코일을 포함하고,
상기 수신부는,
상기 송신 공진 코일로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신하는 수신 공진 코일 및 상기 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 수신하는 수신 유도 코일을 포함하는 무선전력 전송 시스템.
제14항에 있어서,
상기 무선전력 송신장치는,
상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일을 포함하고,
상기 수신부는,
상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함하는 무선전력 전송 시스템.
전력소스로부터 전력을 공급받는 무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 부하에 전달하는 무선전력 수신장치의 무선전력 전달 방법에 있어서,
상기 무선전력 송신장치로부터 정류된 직류전력을 수신하는 단계;
상기 수신된 직류전력이 제1 임계 치 미만인지 확인하는 단계; 및
상기 확인결과에 따라 전력조절 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력조절 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계를 포함하는 무선전력 전달 방법.
제24항에 있어서,
상기 제1 임계 치는,
상기 부하가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 최소의 전력량인 무선전력 전달 방법.
제24항에 있어서, 상기 확인결과에 따라 전력조절 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력조절 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계는,
상기 확인결과, 상기 수신된 직류전력이 제1 임계 치 미만 인 경우, 전력증가 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력증가 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계를 포함하는 무선전력 전달 방법.
제24항에 있어서, 상기 확인결과에 따라 전력조절 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력조절 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계는,
상기 확인결과, 상기 수신된 직류전력이 제1 임계 치 이상 인 경우, 전력감소 신호를 생성하고, 상기 생성된 전력감소 신호를 상기 전력소스에 전달하는 단계를 포함하는 무선전력 전달 방법.
제25항에 있어서,
상기 전력조절 신호는,
상기 제1 임계 치에 해당하는 전력을 상기 부하에 전달되도록 하기 위한 신호인 무선전력 전달 방법.