KR20140061337A - 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치는 직류전압을 통해 교류신호를 증폭하여 출력하는 변환부 상기 출력된 교류신호를 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 송신 코일 및 상기 무선전력 송신장치 및 상기 무선전력 수신장치 간 전력전송 상태 변화를 감지하여 송신 전력을 조절하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선전력 송신장치와 무선전력 수신장치 간 전력 전송 상태를 고려하여 무선전력 송신장치의 송신 전력량이 조절될 수 있다. 이에 따라, 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있고, 불필요한 전력 손실이 방지될 수 있다.

Description

무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 방법{APPARATUS FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER AND METHOD FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER}
본 발명은 무선전력 전송 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 자기 공진을 이용하여 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있는 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 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.
종래의 무선전력 송신장치는 무선전력 수신장치에 전송하는 송신 전력량을 조절하기 위해 동작 주파수(Operating Frequency)와 전력 신호의 듀티 싸이클(Duty Cyle)을 사용한다. 이를 위해 하프 브릿지 변환부(Half bridge inverter)의 동작 주파수 범위는 50%의 듀티 싸이클에서 수 KHz일 수 있다. 동작 주파수 205KHz에서 듀티 싸이클의 범위는 10 내지 50%일 수 있다. 높은 동작 주파수 또는 낮은 듀티 싸이클에서 무선전력 송신장치의 송신 전력량은 작다.
결국, 무선전력 송신장치는 동작 주파수 또는 듀티 싸이클을 통해 송신 전력을 조절해 왔다.
그러나, 종래에는 무선전력 송신장치와 무선전력 수신장치 간 전력 전송 상태를 고려하여 송신 전력을 조절하지는 못했다.
본 발명은 무선전력 송신장치와 무선전력 수신장치 간 전력 전송 상태를 고려하여 무선전력 송신장치의 송신 전력량을 조절할 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 무선전력 송신장치의 변환부에 인가되는 전류의 세기를 감지하여 그에 따라 송신 전력량을 조절할 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 무선전력 송신장치와 무선전력 수신장치 간 전력 전송 상태를 고려하여 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치는 직류전압을 교류전력으로 변환하는 변환부와 상기 변환된 교류전력을 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 송신 코일 및 상기 무선전력 송신장치 및 상기 무선전력 수신장치 간 전력전송 상태 변화를 감지하여 송신 전력을 조절하는 제어부를 포함한다.
상기 무선전력 송신장치는 전원 공급부로부터 공급받은 직류전압을 소정의 직류전압으로 변환하고, 상기 변환된 직류전압을 상기 변환부에 전달하는 직류 직류 변환기를 더 포함하고, 상기 제어부는상기 감지된 전력전송 상태 변화에 대응하는 직류전압이 상기 변환부에 인가되도록 상기 직류 직류 변환기를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 변환부에 인가되는 전류의 세기를 이용해 상기 전력전송 상태 변화를 감지하여 상기 송신 전력을 조절할 수 있다.
상기 무선전력 송신장치는 상기 변환부에 인가되는 전류의 세기를 측정하는 전류 센서부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전류의 세기에 따라 상기 무선전력 송신장치와 상기 무선전력 수신장치 간 거리가 변화됨을 감지하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선전력 송신장치는 상기 변환부에 인가되는 전류의 세기 및 상기 전류의 세기에 대응하는 출력전압을 대응시켜 저장하고 있는 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전류의 세기에 대응하는 출력전압을 상기 저장부에서 검색하고, 상기 검색된 출력전압이 상기 변환부에 인가되도록 제어할 수 있다.
상기 전력전송 상태 변화는 상기 무선전력 송신장치와 상기 무선전력 수신장치 간 결합계수가 변화됨에 따라 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 무선전력 송신장치는 소정의 주파수를 갖는 교류신호를 생성하고, 상기 생성된 교류신호를 상기 변환부에 전달하는 발진기를 더 포함할 수 있다.
상기 송신 코일은 상기 출력된 교류신호를 전자기 유도에 의해 전송하는 송신 유도 코일 및 상기 송신 유도 코일로부터 수신한 교류신호를 자기 공진을 이용해 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 송신 코일을 포함할 수 있다.
상기 송신 코일은 상기 출력된 교류신호를 전자기 유도를 이용해 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 송신 유도 코일인 것을 특징으로 한다.
상기 무선전력 수신장치는 상기 송신 공진 코일로부터 비방사 방식으로 전력을 수신하는 수신 공진 코일 및 상기 수신 공진 코일로부터 전자기 유도를 이용해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함한다.
상기 무선전력 수신장치는 상기 송신 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함한다.
상기 변환부는 푸쉬 풀 타입(push-pull type)의 듀얼 모스펫(Dual MOSFET)을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 변환부가 구비된 무선전력 송신장치의 무선전력 전송 방법은 상기 무선전력 송신장치와 상기 무선전력 수신장치 간 전력전송 상태 변화를 감지하는 단계 상기 감지된 전력전송 상태 변화에 따라 상기 무선전력 송신장치의 송신 전력을 조절하는 단계 및 상기 조절된 송신전력을 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 단계를 포함한다.
상기 전력전송 상태 변화를 감지하는 단계는 상기 변환부에 인가되는 전류의 세기를 이용해 상기 무선전력 송신장치와 상기 무선전력 수신장치 간 결합계수의 변화를 감지하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선전력 송신장치는 상기 변환부에 인가되는 전류의 세기 및 상기 전류의 세기에 대응하는 출력전압을 대응시켜 저장하고 있는 저장부를 더 포함하고,
상기 송신전력을 조절하는 단계는 상기 전류의 세기에 대응하는 출력전압을 상기 저장부에서 검색하고, 상기 검색된 출력전압이 상기 변환부에 인가되도록 한다.
상기 조절된 송신전력을 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 단계는 자기 공진을 이용해 상기 송신전력을 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 조절된 송신전력을 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 단계는 전자기 유도를 이용해 상기 송신전력을 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력전송 상태 변화는 상기 무선전력 송신장치와 상기 무선전력 수신장치 간 결합계수가 변화됨에 따라 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
무선전력 송신장치와 무선전력 수신장치 간 전력 전송 상태를 고려하여 무선전력 송신장치의 송신 전력량이 조절될 수 있다. 이에 따라, 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 불필요한 전력 손실이 방지될 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 실시 예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 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 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 무선전력 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 제1 출력 전압이 변환부(260)에 인가 시 측정되는 전류 값, 결합계수, 제2 출력 전압, 적정 전류 범위를 대응시킨 룩업 테이블을 설명하기 위한 도면이다.
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 양단이 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 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 블록도이다.
이하에서, 전력은 전압 또는 전류에 비례하므로, 전력, 전압 및 전류는 모두 같은 개념을 가정하여 설명한다.
도 5를 참고하면, 무선전력 송신장치(200)는 직류 직류 변환기(230), 전류 센서부(240), 발진기(250), 변환부(260), 제어부(270), 송신 코일(290)을 포함할 수 있다.
직류 직류 변환기(DC-DC converter)(230)는 전원 공급부(10)로부터 공급받은 직류전압을 이용하여 소정의 전압 값을 갖는 직류전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
직류 직류 변환기(DC-DC converter)(230)는 전원 공급부(10)에서 출력된 직류전압을 교류전압으로 변환한 다음, 변환된 교류전압을 승압 또는 강압하고 정류하여 소정의 전압 값을 갖는 직류전압을 출력할 수 있다.
직류-직류 변환기(DC-DC converter)(230)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.
전류 센서부(240)는 직류 직류 변환기(230)에서 출력된 직류전압이 변환부(260)에 인가될 때, 흐르는 전류를 감지하고, 감지된 전류의 세기를 측정할 수 있다. 일 실시 예에서 전류 센서부(240)는 변류기(CT: Current Transformer)가 사용될 수 있다. 일 실시 예에서 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기는 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 근접해 있는 근접거리를 알아내는데 사용될 수 있다. 일 실시 예에서 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기는 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 결합계수(Coupling Coefficient)를 알아내는데 사용될 수 있다.
전류 센서부(240)는 상기 감지된 전류의 세기에 대한 신호를 제어부(270)로 전달할 수 있다.
도 5에서 전류 센서부(240)는 제어부(270)와 별도의 구성요소로 도시되어 있지만, 제어부(270)안에 포함될 수도 있다.
발진기(Oscillator)(250)는 소정의 주파수를 갖는 교류신호를 생성할 수 있다. 발진기(Oscillator)(250)에서 생성된 교류신호는 변환부(260)에 인가된다.
변환부(260)는 직류 직류 변환기(230)로부터 전달받은 직류전압을 교류전압으로 변환할 수 있다.
변환부(260)는 발진기(Oscillator)(250)에서 생성된 교류신호를 증폭할 수 있다. 교류신호의 증폭량은 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(230)를 통해 인가되는 직류전압의 크기에 따라 가변될 수 있다.
일 실시 예에서 변환부(260)는 푸쉬 풀 타입(push-pull type)의 듀얼 모스펫(Dual MOSFET)이 사용될 수 있다.
제어부(270)는 무선전력 송신장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부(270)는 미리 정해진 직류전압이 변환부(260)에 인가되도록 직류 직류 변환기(230)를 제어할 수 있다.
제어부(270)는 전류 센서부(240)로부터 직류 직류 변환기(230)에서 출력된 직류전압이 변환부(260)에 인가될 때, 흐르는 전류의 세기에 대한 신호를 수신하고, 수신된 전류의 세기에 대한 신호를 이용해 직류 직류 변환기(230)에서 출력되는 직류전압 및 발진기(250)에서 출력하는 교류신호의 주파수를 조절할 수 있다.
제어부(270)는 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기에 대한 신호를 전류 센서부(240)로부터 수신하여 무선전력 수신장치(300)의 근접 여부를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(270)는 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기를 이용해 무선전력 수신장치(300)가 무선전력 송신장치(200)로부터 떨어진 거리에 해당하는 근접거리를 알아낼 수 있다.
제어부(270)는 소정의 주파수를 갖는 교류신호를 생성하도록 발진기(250)를 제어할 수 있다.
저장부(280)는 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기, 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)의 결합계수 및 직류 직류 변환기(230)에서 출력하는 직류전압을 대응시켜 저장하고 있다. 즉, 저장부(280)에는 상기 3가지 값이 룩업 테이블의 형태로 저장되어 있을 수 있다.
제어부(270)는 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기와 대응되는 근접거리, 직류 직류 변환기(230)에서 출력하는 직류전압을 저장부(280)에서 검색하고, 검색된 직류전압을 출력하도록 직류 직류 변환기(230)를 제어할 수 있다.
송신 코일(290)은 변환부(260)로부터 교류전력을 수신한다.
송신 코일(290)이 자기 공진을 이용해 무선전력 수신장치(300)에 전력을 전송하는 경우, 송신 코일(290)은 도 1에 도시된 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다.
송신 공진 코일(220)은 송신 유도 코일(210)로부터 전자기 유도에 의해 교류전력을 수신할 수 있다.
송신 공진 코일(220)은 수신한 교류전력을 자기 공진을 이용해 무선전력 수신장치(300)에 전달한다. 이 때, 무선전력 수신장치(300)는 도 1에 도시된 수신 공진 코일(310) 및 수신 유도 코일(320)을 포함할 수 있다.
송신코일(290)이 전자기 유도에 의해 무선전력 수신장치(300)로 전력을 전송하는 경우, 송신 공진 코일(220)의 구성은 포함되지 않을 수 있다. 이 때, 무선전력 수신장치(300)는 수신 유도 코일(320)만을 구비할 수 있다.
즉, 본 발명의 무선전력 송신장치(200)는 전자기 유도 및 자기 공진을 이용한 기술에 모두 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 무선전력 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
무선전력 송신장치(200)에 대한 설명은 도 5에서 설명한 것과 같다.
먼저, 제어부(270)는 변환부(260)에 인가되는 전압이 제1 출력 전압으로 조절 되도록 직류 직류 변환기(230)를 제어한다(S101). 여기서, 제1 출력 전압은 미리 정해진 직류전압을 의미할 수 있다.
그 후, 전류 센서부(240)는 직류 직류 변환기(230)에서 출력된 직류전압이 변환부(260)에 인가될 때, 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기를 측정할 수 있다(S103). 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기는 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 전력 전송 상태에 따라 가변될 수 있다. 일 실시 예에서 전력 전송 상태는 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간의 거리, 방향에 대한 것을 의미할 수 있다. 일 실시 예에서 전력 전송 상태는 무선전력 수신장치(300)의 전력 수신 상태에 대한 정보를 의미할 수 있다.
또한, 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기는 무선전력 송신장치(200)의 송신 공진 코일(220) 및 수신 공진 코일(310) 간 결합계수와 연관될 수 있다. 결합계수는 송신 공진 코일(220) 및 수신 공진 코일(310) 간 전자기적 결합의 정도를 의미하는 것으로 0에서 1까지의 범위를 갖는다. 물론, 자기 공진이 아닌 전자기 유도를 통해 전력 전송이 수행되는 경우, 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기는 송신 유도 코일(210) 및 수신 유도 코일(320) 간 결합계수와 연관될 수 있다.
일 예로 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기가 클수록, 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 거리가 멀리 떨어져 있는 것을 의미하고, 이 때 결합계수는 작아진다. 반대로, 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기가 작을수록, 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 거리가 가까워진다는 것을 의미하고, 이 때 결합계수가 커진다.
그 후, 제어부(270)는 측정된 전류의 세기가 임계 치 이상인지 확인한다(S105). 일 실시 예에서 임계 치는 100mA일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다. 임계 치는 무선전력 수신장치(300)가 검출되기에 필요한 최소의 전류 값을 의미할 수 있다. 즉, 상기 측정된 전류의 세기가 임계 치 이상이 되면, 무선전력 수신장치(300)가 검출된 것으로 볼 수 있고, 상기 측정된 전류의 세기가 임계 치 미만이 되면, 무선전력 수신장치(300)가 검출되지 않은 것으로 볼 수 있다.
만약, 측정된 전류의 세기가 임계 치 이상인 경우, 제어부(270)는 측정된 전류의 세기에 대응하는 제2 출력 전압을 결정한다(S107). 제어부(270)는 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기에 대응하는 직류전압을 저장부(280)에서 검색하여 제2 출력 전압을 결정할 수 있다. 일 실시 예에서 제2 출력 전압은 검출된 무선전력 수신장치(300)에 전력을 전송하기에 필요한 전압을 의미할 수 있다.
그 후, 제어부(270)는 결정된 제2 출력 전압이 변환부(260)에 인가되도록 직류 직류 변환기(230)를 제어한다(S109). 직류 직류 변환기(230)는 제어부(270)의 제어에 의해 제2 출력 전압을 출력하여 변환부(260)에 전달한다.
그 후, 전류 센서(270)는 다시 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기를 측정한다(S111).
그 후, 제어부(270)는 측정된 전류의 세기가 적정 전류 범위에 해당하는지 확인할 수 있다(S113). 여기서, 적정 전류 범위는 변환부(260)에 제2 출력 전압이 인가 시 제2 출력 전압에 대응하는 전류 범위를 의미할 수 있다. 적정 전류 범위는 제2 출력 전압이 증가함에 따라 그 값의 범위도 증가하고, 제2 출력 전압이 감소함에 따라 그 값의 범위도 감소한다.
제어부(270)는 제2 출력 전압에 대응하는 적정 전류 범위를 저장부(280)에서 검색하고, 측정된 전류의 세기가 적정 전류 범위에 해당하는지 확인할 수 있다.
만약, 측정된 전류의 세기가 적정 전류 범위에 해당하는 경우, 제어부(270)는 일정시간을 대기하고(S115), 단계(S111)로 돌아간다. 즉, 제어부(270)는 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기를 측정하여 측정된 전류의 세기가 변환부(260)에 인가되는 제2 출력 전압에 대응하는지를 주기적으로 확인할 수 있다.
한편, 단계(S105)에서 측정된 전류의 세기가 임계 치 미만인 경우, 제어부(270)는 직류 직류 변환기(230)를 제어하여 제1 출력 전압이 0V가 되도록 조절한다(S117).
즉, 측정된 전류의 세기가 임계 치 미만인 경우, 제어부(270)는 무선전력 수신장치(300)를 검출하지 않은 것으로 판단하여 제1 출력 전압이 0V가 되도록 조절한다. 변환부(260)에 인가되는 전압이 0V가 되면, 무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(300)에 전력을 송신하지 않는다.
이에 따라, 무선전력 수신장치(300)가 검출되지 않는 경우, 무선전력 송신장치(200)는 무의미한 전력 손실을 방지할 수 있다.
한편, 제1 출력 전압이 0V가 되도록 조절된 경우, 제어부(270)는 0.1초를 대기한다(S119). 여기서, 0.1초는 예시에 불과하다.
0.1초가 경과되면, 단계(S101)로 돌아가 제어부(270)는 변환부(260)에 인가되는 직류전압이 제1 출력 전압이 되도록 조절한다.
한편, 단계(S113)에서 측정된 전류의 세기가 적정 전류 범위에 해당하지 않는 경우, 단계(S107)로 돌아간다. 즉, 제어부(270)는 단계(S113)에서 측정된 전류의 세기에 대응한 제2 출력 전압이 변환부(260)에 인가되도록 직류 직류 변환기(230)를 제어할 수 있다. 단계(S113)에서 측정된 전류의 세기는 무선전력 수신장치(300)의 전력 수신 상태를 의미할 수 있다.
일 예로, 단계(S113)에서 측정된 전류의 세기가 적정 전류 범위보다 낮게 측정되는 경우, 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 거리가 더 가까워진 것으로 보고, 제어부(270)는 무선전력 수신장치(300)에 전송하는 송신 전력량을 줄이도록 한 단계 더 낮은 직류전압이 변환부(260)에 인가되도록 직류 직류 변환기(230)를 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 전력 전송 방법에 따르면, 변환부(260)에 인가되는 전류의 세기를 통해 무선전력 수신장치(300)의 전력 수신 상황을 파악하여 그에 대응한 전력을 전송하도록 송신 전력량을 조절할 수 있다. 이로 인해, 전력 전송 효율이 극대화되고, 전력 손실량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 7은 제1 출력 전압이 변환부(260)에 인가 시 측정되는 전류 값, 결합계수, 제2 출력 전압, 적정 전류 범위를 대응시킨 룩업 테이블을 설명하기 위한 도면이다.
저장부(280)에는 도 7의 룩업 테이블이 저장되어 있다.
변환부(260)에 제1 출력 전압이 인가 시 전류 센서부(240)에 측정되는 전류가 100mA 이상인 경우, 무선전력 수신장치(300)가 검출된 것으로 볼 수 있다.
제1 출력 전압은 12V일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
만약, 변환부(260)에 제1 출력 전압이 인가 시 전류 센서부(240)에 측정되는 전류가 120mA 인 경우, 무선전력 송신장치(200)의 송신 공진 코일(220)과 무선전력 수신장치(300)의 수신 공진 코일(310)의 결합계수는 0.05에 해당한다. 이 경우, 제어부(270)는 무선전력 수신장치(300)가 무선전력 송신장치(200)로부터 멀리 떨어져 있는 것으로 판단하고, 변환부(260)에 인가되는 직류전압을 28V(제2 출력 전압)가 되도록 직류 직류 변환기(230)를 제어한다.
그 후, 변환부(260)에 인가되는 직류전압이 28V로 유지되는 경우, 제어부(270)는 변환부(260)에 인가되는 전류가 적정 전류 범위(751~800mA)를 만족하는지 확인한다.
만약, 변환부(260)에 인가되는 전류가 적정 전류 범위를 벗어나는 경우, 제1 출력 전압(12V)를 변환부(260)에 인가하여 전류를 측정한다. 측정된 전류 값이 180mA 인 경우, 제어부(270)는 120mA 경우보다 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 거리가 더 가까워 진 것으로 판단하고, 제2 출력 전압을 26V로 조절한다.
위 예에서는 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 거리를 전류의 세기와 연관지어 설명하였지만, 이외에도 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)가 놓여있는 방향 등 다양한 전력 전송 상태가 고려될 수 있다.
이와 같이 무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(300)와의 거리, 방향 등 다양한 전력 전송 상태를 고려하여 무선전력 수신장치(300)에 전달하는 전력을 조절함으로써, 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있고, 전력 손실을 방지할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 무선전력 전송 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.
10: 전원 공급부
100: 전력 소스
200: 무선전력 송신장치
210: 송신 유도 코일
220: 송신 공진 코일
230: 직류 직류 변환기
240: 전류 센서부
250: 변환부
260: 발진기
270: 제어부
280: 저장부
290: 송신 코일
300: 무선전력 수신장치
310: 수신 공진 코일
320: 수신 유도 코일
330: 정류회로
340: 부하

Claims (20)

  1. 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치로서,
    직류전압의 레벨을 변환하는 직류 직류 변환기;
    상기 레벨이 변환된 직류전압을 교류전력으로 변환하는 변환부;
    상기 변환된 교류전력을 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 송신 코일; 및
    상기 직류 직류 변환기의 출력 전류와 임계치를 비교하여 상기 직류 직류 변환기가 제1 출력 전압 또는 제2 출력 전압을 출력하도록 제어하는 제어부를 포함하는 무선전력 송신장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 직류 직류 변환기의 출력 전류를 감지하는 전류 센서부를 더 포함하는 무선전력 송신장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 무선전력 수신장치를 검출하기 위한 최소의 전류 값인 무선전력 송신장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 전류 센서부는 상기 직류 직류 변환기의 출력 전류를 주기적으로 검출하는 무선전력 송신장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 직류 직류 변환기의 출력 전류가 상기 임계치 미만인 경우, 0V의 제1 출력 전압을 출력하는 무선전력 송신장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전류 센서부는 상기 직류 직류 변환기가 상기 0V의 제1 출력 전압을 출력하는 경우, 상기 상기 직류 직류 변환기의 출력 전류를 주기적으로 검출하는 무선전력 송신장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 직류 직류 변환기의 출력 전류가 상기 임계치 이상인 경우, 상기 직류 직류 변환기의 출력 전류에 대응하는 제2 출력 전압을 출력하는 무선전력 송신장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는 제2 출력 전압이 출력 시, 상기 직류 직류 변환기의 출력 전류를 재 검출하여, 재 검출된 출력 전류를 기 설정된 적정 전류 범위와 비교하여 상기 제2 출력 전압을 제어하는 무선전력 송신장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 직류 직류 변환기의 출력 전류에 대응하는 서로 상이한 다수의 제2 출력전압의 전압값들이 저장되어 있는 저장부를 더 포함하는 무선전력 송신장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 직류 직류 변환기의 재 검출된 출력 전류가 상기 적정 전류 범위보다 낮은 경우, 상기 제2 출력 전압을 낮추는 무선전력 송신장치.
  11. 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치로서,
    직류전압의 레벨을 변환하는 직류 직류 변환기;
    상기 레벨이 변환된 직류전압을 교류전력으로 변환하는 변환부;
    상기 변환된 교류전력을 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 송신 코일; 및
    상기 직류 직류 변환기의 출력 전류와 기 설정된 적정 전류 범위와 비교하여 상기 직류 직류 변환기의 출력 전압을 제어하는 제어부를 포함하는 무선전력 송신장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 직류 직류 변환기의 출력 전류를 감지하는 전류 센서부를 더 포함하는 무선전력 송신장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 전류 센서부는 상기 직류 직류 변환기의 출력 전류를 주기적으로 검출하는 무선전력 송신장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 감지된 전류의 세기에 따라 전력 전송 상태가 파악되는 무선전력 송신장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 출력 전류가 상기 적정 전류 범위보다 낮은 경우, 상기 직류 직류 변환기의 출력 전압을 낮추는 무선전력 송신장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 직류 직류 변환기의 출력 전류에 대응하는 서로 상이한 출력전압의 전압값들이 저장되어 있는 저장부를 더 포함하는 무선전력 송신장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류 센서부로부터 감지된 전류의 세기를 바탕으로 상기 저장부에 저장된 서로 상이한 출력전압의 전압값들 중 하나를 결정하고, 상기 결정된 전압값으로 변환되도록 상기 직류 직류 변환기를 제어하는 무선전력 송신장치.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 변환기로 공급하기 위해 주파수를 갖는 교류신호를 생성하는 발진기를 더 포함하는 무선전력 송신장치.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 송신 코일은,
    상기 변환된 교류전력을 전자기 유도에 의해 전송하는 송신 유도 코일; 및
    상기 송신 유도 코일로부터 수신한 교류전력을 자기 공진을 이용해 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 송신 코일을 포함하는 무선전력 송신장치.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 전력 전송 상태는,
    상기 무선전력 송신장치와 상기 무선전력 수신장치 간 결합계수의 변화에 따라 달라지는 무선전력 송신장치.
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