KR20150031357A - 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 전력 전송 장치 - Google Patents

전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 전력 전송 장치 Download PDF

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Abstract

무선으로 전력을 전송함에 있어서, 전력 전송 장치에서 전력을 수신하는 장치의 위치를 고려하는 기술에 관한 것으로, 일 측면에 있어서, 전력 전송 장치는 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서 탐색된 변곡점에 대응하는 주파수 정보를 이용하여, 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 판단할 수 있다.

Description

전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 전력 전송 장치{METHOD OF DETERMINING LOCATION OF POWER RECEIVING UNIT IN POWER TRANSMITTING UNIT AND THE POWER TRANSMITTING UNIT}
아래의 실시 예들은 무선으로 전력을 전송함에 있어서, 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 기술에 관한 것이다.
무선 전력 전송에 대한 연구는 전기 자동차(electric vehicle) 및 휴대기기를 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선 전력 공급의 불편 및 기존 배터리(battery) 용량의 한계 봉착 등을 극복하기 위해 시작되었다. 무선 전력 전송 기술들 중 하나는 무선주파수(RF) 소자들의 공진(resonance) 특성을 이용한다. 공진 특성을 이용하는 무선 전력 전송 시스템은 전력을 공급하는 전력 전송 장치(Power Transmitting Unit)와 전력을 공급 받는 전력 수신 장치(Power Receiving Unit)을 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 전력 전송 장치는, 공진기의 공진 주파수를 이용하여 상기 공진 주파수에서 상기 공진기와 상호 공진하는 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 공진부; 및 상기 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서 탐색된 변곡점에 대응하는 주파수 정보를 이용하여, 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 공진부는, 상기 제어부의 판단 결과에 기초하여, 상기 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단되면 충전 전력을 상기 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
상기 공진기의 전기적인 특성은, 상기 공진기의 전압 이득, 전류 이득 및 전력 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서, 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 탐색되는 첫 번째 변곡점의 대응 주파수가 기 설정된 기준 주파수보다 작거나 동일하면, 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전력 수신 장치로부터 수신하는 정보에 기초하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 전기적 특성 계산부; 상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 변곡점 탐색부; 첫 번째로 탐색되는 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전력 수신 장치로부터 수신하는 정보에 기초하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 전기적 특성 계산부; 상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 변곡점 탐색부; 상기 공진기의 커패시터 전압에 기초하여 커플링 계수의 변화량을 검출하는 커플링 계수 검출부; 및 상기 탐색된 상기 곡선의 상기 변곡점 중 첫 번째 변곡점에 대응되는 커플링 계수와 상기 검출된 상기 커플링 계수의 변화량에 기초하여 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
상기 공진기는 2차원의 패드 형태이고, 상기 제어부는 상기 2차원의 패드 상에 위치한 상기 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하는지를 판단할 수 있다.
상기 공진기는 3차원의 공간 상으로 상기 전력을 방사하는 형태이고, 상기 제어부는 상기 3차원의 공간 상에 위치한 상기 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하는지를 판단할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 전력 전송 장치는, 상기 전력 수신 장치와 통신하여, 상기 전력 수신 장치가 수신하는 전력에 대한 정보 및 상기 전력 수신 장치의 필요 전력에 대한 정보를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 수신 장치는 상기 전력을 수신하는 수신 공진기를 포함하고, 상기 공진부의 공진기 및 상기 수신 공진기는 직렬 공진기 또는 병렬 공진기 중 하나일 수 있다.
일 측면에 있어서, 전력 전송 장치는, 공진기의 공진 주파수를 이용하여 상기 공진 주파수에서 상기 공진기와 상호 공진하는 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 공진부; 및 상기 공진부에 포함된 커패시터의 전압의 변화량을 검출하고, 상기 전압의 변화량을 기초로 상기 공진기와 상기 전력 수신 장치의 커플링 계수의 변화량을 연산하여, 상기 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는지 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 공진부는, 상기 제어부의 판단 결과에 기초하여, 상기 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단된 전력 수신 장치로 상기 전력을 전송할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기초하여, 상기 복수의 전력 수신 장치들 각각에 대하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 전기적 특성 계산부; 상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 변곡점 탐색부; 첫 번째로 탐색되는 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 복수의 전력 수신 장치들 중 상기 충전 영역 내에 위치한 전력 수신 장치를 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법은, 공진기의 공진 주파수를 이용하여 상기 공진 주파수에서 상기 공진기와 상호 공진하는 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 단계; 및 상기 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서 탐색된 변곡점에 대응하는 주파수 정보를 이용하여, 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전력을 전송하는 단계는, 상기 판단하는 단계에서, 상기 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단되면 충전 전력을 상기 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
상기 공진기의 전기적인 특성은, 상기 공진기의 전압 이득, 전류 이득 및 전력 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서, 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 탐색되는 첫 번째 변곡점의 대응 주파수가 기 설정된 기준 주파수보다 작거나 동일하면, 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기초하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 단계; 상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 단계; 첫 번째로 탐색되는 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기초하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 단계; 상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 단계; 상기 공진기의 커패시터 전압에 기초하여 커플링 계수의 변화량을 검출하는 단계; 및 상기 탐색된 상기 곡선의 상기 변곡점 중 첫 번째 변곡점에 대응되는 커플링 계수와 상기 검출된 상기 커플링 계수의 변화량에 기초하여 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법은, 상기 전력 수신 장치가 수신하는 전력에 대한 정보 및 상기 전력 수신 장치의 필요전력에 대한 정보를 통신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 구성 중, 공진부의 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 구성 중, 제어부의 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 구성 중, 제어부의 또 다른 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 전력 전송 장치가 커플링 계수의 변화를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 부하의 변동에 따른 공진기의 전압 이득 곡선을 나타낸다.
도 9는 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 커플링 계수의 변동에 따른 공진기의 전압 이득 곡선을 나타낸다.
도 10은 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 구성 중 공진부의 공진기 모델을 나타낸 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 수행되는 전력 수신 장치의 위치 판단 방법의 흐름도이다.
도 12는 다른 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 수행되는 복수의 전력 수신 장치의 위치 판단 방법의 흐름도이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
무선 전력 전송 기술의 특성상, 전력을 전송하는 전력 전송 장치와 전력을 수신하는 전력 수신 장치간의 위치 관계에 따라 다양한 충전환경이 발생된다. 일반적으로, 다양한 충전환경에서 높은 전송 효율을 갖도록 시스템을 설계하기 위해서는 공진기의 크기가 커져야 하고, 복잡한 구조로 설계되어야 한다.
충전 환경에 대한 판단을 위하여 공진기의 전기적인 특성을 이용할 수 있다 . 전력 수신 장치의 위치 정보 또한 충전환경 판단에 이용될 수 있다. 예를들어, 전력 수신 장치의 위치정보는 송신 여부를 결정할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 복수의 전력 수신 장치가 하나의 전력 전송 장치에 놓여 있는 경우, 각각의 전력 수신 장치 위치에 따라 달라지는 충전환경에 맞게 전력 전송 장치가 동작할 수 있다.
이하 실시예를 통하여, 전력 전송 장치와 전력 수신 장치로 구성되는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 장치와 전력 수신 장치간에 충전을 위해 서로 적절한 위치에 놓여있는지를 판단하는 방법을 설명한다. 설명된 방법은 무선 전력 전송을 응용할 수 있는 모든 제품이나 시스템에 적용될 수 있다.
무선 전력 전송 기술의 특성상, 전력 전송 장치와 전력 수신 장치간의 거리와 각도에 따라 공진기 파라미터 특성이 변화되고, 효율의 편차가 크게 발생 할 수 있다. 높은 효율을 유지할 수 있는 공진기 설계뿐만 아니라 설정된 거리와 각도 내에 전력 전송 장치와 전력 수신 장치가 들어왔는지 판단을 통하여 무선전력 효율을 높일 수 있다. 예를들어, 복수의 전력 수신 장치가 하나의 전력 전송 장치의 전력 전송 영역에 위치할 경우, 각각의 전력 수신 장치 위치에 따라 충전환경이 달라지기 때문에, 전력 전송 장치와 전력 수신 장치의 상대적 위치가 파악되면 무선전력 효율을 높이거나 유지시키기 위한 일련의 조치들을 수행할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 전송 장치(100)의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 전력 전송 장치(100)는 전력 공급부(110), 공진부(120), 제어부(130) 및 통신부(140)를 포함할 수 있다.
전력 공급부(110)는 공진부(120)로 전력을 공급할 수 있다. 전력 공급부(110)는 공진부(120)로 공진기의 공진 주파수를 이용하여 변환된 교류 전압을 제공할 수 있다 공진부(120)는 공진기를 이용하여 전력 수신 장치(150)와 상호 공진을 통해 전력 공급부(110)로부터 제공되는 전력을 전력 수신 장치(150)로 전달할 수 있다. 공진부(120)는 공진기의 공진 주파수를 이용하여 공진 주파수에서 공진기와 상호 공진하는 전력 수신 장치(150)로 전력을 전송할 수 있다. 전력 수신 장치(150)도 공진기를 포함할 수 있고, 전력 수신 장치(150)의 공진기는 공진부(120)로부터 전력을 전달 받을 수 있다. 제어부(130)의 판단 결과에 기초하여 전력 수신 장치(150)가 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단되면, 공진부(120)는 충전 전력을 전력 수신 장치(150)로 전송할 수 있다. 여기서, 충전 영역은 전력 전송 장치(100)로부터 소정 거리 및 소정 방향 각도로 설정된 영역을 의미할 수 있다.
제어부(130)는 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서 탐색된 변곡점에 대응하는 주파수 정보를 이용하여, 충전 영역 내에 전력 수신 장치가 위치하는지를 판단할 수 있다. 공진기의 전기적인 특성은 공진기의 전압 이득, 전류 이득 및 전력 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서, 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝(또는 스윕핑)하여, 변곡점을 탐색할 수 있다. 탐색된 변곡점들 중, 첫 번째 변곡점의 대응 주파수가 기 설정된 기준 주파수보다 작거나 동일하면, 제어부(130)는 충전 영역 내에 전력 수신 장치(150)가 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
전력 전송 장치와 전력 수신 장치간의 거리나 각도에 따라 커플링 계수(K) 값이 변화한다. 커플링 계수(K)는 아래의 수식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, M은 상호 인덕턴스를 의미하고, L1과 L2는 공진부(120) 및 전력 수신 장치(150)에 포함된 공진기 각각의 자기 인덕턴스를 의미한다. 상호 인덕턴스(M)는 유도결합을 이루는 양 코일의 상대적 위치에 관계되는 비례 상수이다. 따라서, 전력 전송 장치와 전력 수신 장치간의 거리나 각도의 변화에 의해, 전력 전송 장치와 전력 수신 장치에 포함된 코일간의 상대적 위치가 변하게 되고, 상호 인덕턴스(M)도 변하게 된다. 커플링 계수(K)의 정의에 의해 상호 인덕턴스(M)의 변화는 커플링 계수(K)의 변화를 일으킨다. 다시 말해서, 전력 전송 장치와 전력 수신 장치간의 거리나 각도의 변화는 커플링 계수(K)의 변화를 일으킨다는 것을 의미할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 전송 장치(100)는 전력 수신 장치(150)로부터 정보를 수신하지 않고 커플링 계수의 변화를 검출할 수 있다. 전력 전송 장치(100)와 전력 수신 장치(150) 간의 거리나 각도의 변화는 전력 수신 장치(150)의 공진기의 인덕턴스를 변화시키고, 이는 공진부(120)의 커패시터 전압을 변화시키므로, 전력 전송 장치(100)는 공진부(120)의 커패시터 전압 변화를 검출하여 커플링 계수의 변화량을 검출할 수 있다. 커플링 계수의 변화량은 충전 영역 내에 위치된 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 계속 존재하는지 모니터링 하는데 이용될 수 있다.
제어부(130)는 공진기의 전압 이득 특성을 나타내는 곡선의 첫 번째 변곡점의 대응 주파수를 탐색하고, 미리 결정된 기준 주파수와 비교하여, 대응 주파수가 기준 주파수보다 작거나 동일하면 전력 수신 장치(150)가 충전 영역 내에 위치한 것으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 기준 주파수가 홀수 번째 변곡점의 대응 주파수를 기준으로 결정된 경우에는 제어부(130)에서도 동일하게 상기 홀수 번째 변곡점의 대응 주파수를 탐색하여 전력 수신 장치(150)가 충전 영역 내에 위치하는지를 판단할 수 있다.
위의 설명에서는 공진기의 전기적인 특성의 예로, 전압 이득 특성을 들어 설명하였지만, 전류이득 특성, 전력이득 특성의 경우에도 동일한 설명들이 적용될 수 있다.
통신부(140)는 전력 수신 장치(150)가 수신하는 전력에 대한 정보 및 전력 수신 장치(150)의 필요전력에 대한 정보를 인밴드(in-band) 또는 아웃밴드(out-band) 방식으로 통신할 수 있다. 인밴드 통신 방식에 따르면, 전력 전송 장치의 공진기와 전력 수신 장치의 공진기간의 커플링 영역 내에서만 전력 및 신호의 전송이 가능하다. 따라서, 아웃밴드 통신 방식과는 달리, 인밴드 통신 방식은 주변 기기에 간섭을 적게 일으킨다. 여기서, 아웃 밴드 통신이란, Zigbee, Bluetooth 등의 통신 채널을 통한 통신을 의미한다. 인밴드 통신 방식은 전력 전송 채널을 이용하여 데이터를 전송한다.
제어부(130)는 미리 정해진 대역의 주파수를 스캐닝하면서 통신부(140)에서 수신한, 전력 수신 장치(150)가 수신하는 전력에 대한 정보에 기초하여, 공진기의 전압 이득, 전류이득, 전력이득 중 적어도 하나를 계산할 수 있다. 제어부(130)는 테스트 전력을 이용하여 공진기의 전기적인 특성을 계산할 수 있다. 전력 전송 장치(100)의 충전 영역에 전력 수신 장치(150)가 위치하는지 판단하기 전까지 전력 소모를 줄이기 위함이다. 제어부(130)는 미리 정해진 대역의 주파수를 스캐닝하면서, 통신부(140)에서 수신한 수신 정보에 기초하여, 공진기의 전기적인 특성을 계산할 수 있다.
공진기는 다양한 2차원 또는 3차원의 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 공진기는 2차원의 패드 형태일 수 있다. 제어부(130)는 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선의 변곡점의 대응 주파수를 이용하여 2차원의 패드 상에 위치한 전력 수신 장치(150)가 충전 영역 내에 위치하는지를 판단할 수 있다. 3차원 공진기는 공간 상으로 전력을 방사하는 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 육면체의 형태일 수도 있고, 원형일 수도 있다. 제어부(130)는 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선의 변곡점의 대응 주파수를 이용하여 3차원의 공간 상에 위치한 전력 수신 장치(150)가 충전 영역 내에 위치하는지를 판단할 수 있다. 이러한 2차원 또는 3차원의 형태를 갖는 공진기의 일례들은 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명된다.
도 2 및 도 3은 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 구성 중, 공진부의 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 공진기(210)는 2차원의 패드 타입일 수 있다. 공진기(220)는 전력 수신 장치에 탑재될 수 있다. 공진기(210)는 위/아래의 방향으로 전력을 전달할 수 있다. 공진기(220)의 위치가 변함에 따라, 커플링 계수(K) 값이 달라질 수 있는데, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 공진기(210)의 전기적인 특성 곡선의 변곡점의 대응 주파수를 기준 주파수와 비교하여, 공진기(220)가 충전 영역 내에 위치하는지를 판단할 수 있다.
도 3을 참조하면, 공진기(310)는 3차원의 공간(300)으로 전력을 전송하는 형태일 수 있다. 공진기(310)는 무선으로 전력을 전송하는 전력 전송 장치에 탑재될 수 있다. 공진기(320)는 제1 전력 수신 장치에 탑재될 수 있고, 공진기(330)는 제2 전력 수신 장치에 탑재될 수 있다. 제1 전력 수신 장치 및 제2 전력 수신 장치는 3차원 공간(300)에 위치할 수 있다. 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 공진기(320) 및 공진기(330) 각각에 대한 공진기(310)의 전기적인 특성 곡선의 변곡점의 대응 주파수를 기준 주파수와 비교하여, 공진기(320) 또는 공진기(330)가 충전 영역 내에 위치하는지를 판단할 수 있다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 일실시예에 따른 전력 전송 장치(400)는 공진부(410), 제어부(420) 및 통신부(460)를 포함할 수 있다. 공진부(410)는 공진기의 공진 주파수를 이용하여 공진 주파수에서 공진기와 상호 공진하는 복수의 전력 수신 장치들(430, 440, 450)로 전력을 전송할 수 있다. 공진부(410)는 전원으로부터 공진 주파수의 교류 전압을 가지는 전력을 제공받을 수 있다. 공진부(410)는 제어부(420)의 판단 결과에 기초하여, 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단된 전력 수신 장치로 충전 전력을 전송할 수 있다. 공진부(410)는 제어부(420)의 판단이 이루어지기 전에는 테스트 전력을 전송할 수 있다. 제어부(420)는 공진부(410)에서 전송된 테스트 전력을 이용하여, 공진기의 전기적인 특성을 계산할 수 있다.
여기서, 충전 영역은 일실시예에 따른 전력 전송 장치(400)로부터 소정 거리 및 소정 방향 각도로 설정된 영역을 의미할 수 있다. 일실시예에 따른 전력 전송 장치(400)와 전력 수신 장치(430)는 거리 d1, 각도 θ1의 관계에 있고, 전력 전송 장치(400)와 전력 수신 장치(440)는 거리 d2, 각도 θ2의 관계에 있고, 전력 전송 장치(400)와 전력 수신 장치(450)는 거리 d3, 각도 θ3의 관계에 있다. 전력 수신 장치들(430, 440, 450)은 거리와 각도에 따라 다양한 충전환경에 놓여있다. 예를 들어, 거리 d2, 각도 θ2의 범위는 충전 영역 내에 포함된다고 가정한다.
제어부(420)는 복수의 전력 수신 장치들(430, 440, 450) 각각에 대하여, 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서 탐색된 변곡점에 대응하는 주파수 정보를 이용함으로써, 복수의 전력 수신 장치들(430, 440, 450) 중 충전 영역 내에 위치한 전력 수신 장치을 판단할 수 있다. 공진기의 전기적인 특성은 각 전력 수신 장치(430, 440, 450) 마다 계산될 수 있다. 공진기의 전기적인 특성은 공진기의 전압 이득, 전류 이득 및 전력 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(420)는 복수의 전력 수신 장치들(430, 440, 450) 중, 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서, 미리 정해진 대역의 주파수를 스캐닝하면서(일례로, 낮은 주파수로부터 높은 주파수로 주파수를 증가시키면서), 탐색되는 첫 번째 변곡점의 대응 주파수가 기 설정된 기준 주파수보다 작거나 동일한 경우에 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 이러한 계산을 통하여 모든 전력수신장치들(430,440,450)이 충전 영역내에 위치하는 것으로 판단될 수도 있고 일부 전력수신장치(예를 들면 440)만이 충전영역 내에 위치하는 것으로 판단될 수도 있다.
통신부(460)는 공진부(410)로부터 복수의 전력 수신 장치들(430, 440, 450) 이 수신하는 전력에 대한 정보 및 복수의 전력 수신 장치들(430, 440, 450) 각각의 필요 전력에 대한 정보를 인밴드 또는 아웃밴드 방식으로 통신할 수 있다.
제어부(420)는 주파수를 스캐닝하면서, 통신부(460)에서 수신한, 전력 수신 장치들(430, 440, 450)이 수신하는 전력에 대한 정보에 기초하여, 공진기의 전압 이득, 전류이득, 전력 이득 중 적어도 하나를 계산할 수 있다.. 충전 영역에 어느 전력 수신 장치들(430, 440, 450)이 위치하는지 판단하기 전까지 전력 소모를 줄이기 위하여 제어부(420)는 테스트 전력을 이용하여 공진기의 전기적인 특성을 계산할 수 있다.
제어부(420)는 통신부(460)에서 수신한 복수의 전력 수신 장치들(430, 440, 450) 각각의 필요 전력에 대한 정보에 기초하여, 복수의 전력 수신 장치들(430, 440, 450) 중 충전 영역에 위치하는 것으로 판단된 전력 수신 장치로 필요 전력만큼 전력을 전송하도록, 전력량을 제어할 수 있다. 공진부(410)는 제어부(420)에서 제어된 전력을 전력 수신 장치들(430, 440, 450)로 전송할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 구성 중, 제어부의 구성 예를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 일실시예에 따른 제어부(130A)는 전기적 특성 계산부(510), 변곡점 탐색부(520), 비교부(530) 및 결정부(540)를 포함할 수 있다.
전기적 특성 계산부(510)는 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기초하여, 전력 전송 장치의 공진기의 전기적 특성을 계산할 수 있다. 공진기의 전기적 특성에는 전압 이득 특성, 전류이득 특성, 전력이득 특성 등이 포함될 수 있다. 전기적 특성 계산부(510)는 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하면서 공진기의 전기적인 특성을 계산할 수 있다. 계산 결과, 주파수 별로 전기적 특성을 나타내는 곡선을 획득할 수 있다.
변곡점 탐색부(520)는 탐색된 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 대역의 주파수를 스캐닝하면서(일례로, 낮은 주파수로부터 높은 주파수로 주파수를 스캐닝하면서), 곡선의 변곡점을 탐색할 수 있다. 변곡점 탐색부(520)는 곡선의 2차 미분 값이 0이 되는 지점을 찾아, 곡선의 변곡점을 탐색할 수 있다.
비교부(530)는 첫 번째로 탐색된 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교할 수 있다. 기준 주파수는, 첫 번째 변곡점을 기준으로, 원하는 커플링 계수에 대응하도록 설정된 것일 수 있다. 다른 예로, 비교부(530)는 홀수 번째 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교할 수 있다.
결정부(540)는 비교부(530)의 비교 결과에 기초하여, 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 결정부(540)는 대응 주파수가 기준 주파수보다 작거나 동일하면, 충전 영역 내에 전력 수신 장치가 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 결정부(540)는 대응 주파수가 기준 주파수보다 큰 경우에, 충전 영역 내에 전력 수신 장치가 위치하는 것으로 판단할 수도 있다. 이 경우에는 커플링 계수의 값이 커질수록 변곡점의 대응 주파수가 커지는 경우를 가정한 것이다.전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단된 경우, 전력 전송 장치는 전력 수신 장치로 전력을 전송할 수 있다. 전력 전송 장치는 시각적, 촉각적, 또는 청각적 피드백 중 적어도 하나를 이용하여 사용자에게 전력 수신 장치로 전력을 전송하고 있음을 알릴 수 있다. 시각적 피드백은 전력 전송 장치 또는 전력 수신 장치에 포함된 디스플레이 수단을 통해 사용자에게 시각적으로 정보를 전달하는 방식일 수 있고, 촉각적 피드백은 진동 수단 등으로 정보를 전달하는 방식일 수 있으며, 청각적 피드백은 스피커 수단 등으로 정보를 전달하는 방식일 수 있다.
전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하지 않는 것으로 판단된 경우, 전력 전송 장치는 시각적, 촉각적, 또는 청각적 피드백 중 적어도 하나를 사용자에게 제공할 수 있다. 이러한 피드백을 수신한 사용자는 전력 수신 장치의 물리적 위치(거리 또는 각도)를 수정하여 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하도록 조정할 수 있다. 또한, 전력 전송 장치가 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하지 않는 것으로 판단한 경우, 전력 전송 장치는 전력 전송을 포우즈(pause) 하도록 구현될 수 있다.
전력 제어부(550)는 충전 영역 내에 전력 수신 장치가 위치하는지 여부 및 충전 영역 내에 위치한 적어도 하나의 전력 수신 장치의 필요 전력에 대한 정보에 기초하여 전력 수신 장치로 전송할 전력량을 제어할 수 있다. 전력 제어부(550)는 충전 영역 내에 위치한 전력 수신 장치의 필요 전력만큼 전력을 제공하도록 할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 구성 중, 제어부의 또 다른 구성 예를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 일실시예에 따른 제어부(130B)는 전기적 특성 계산부(610), 변곡점 탐색부(620), 커플링 계수 검출부(630) 및 결정부(640)를 포함할 수 있다.
전기적 특성 계산부(610)는 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기초하여, 전력 전송 장치의 공진기의 전기적 특성을 계산할 수 있다. 공진기의 전기적 특성에는 전압 이득 특성, 전류이득 특성, 전력이득 특성 등이 포함될 수 있다. 전기적 특성 계산부(510)는 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하면서 공진기의 전기적인 특성을 계산할 수 있다. 계산 결과, 주파수 별로 전기적 특성을 나타내는 곡선을 획득할 수 있다.
변곡점 탐색부(620)는 탐색된 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 대역의 주파수를 스캐닝하면서, 곡선의 변곡점을 탐색할 수 있다. 변곡점 탐색부(620)는 곡선의 2차 미분 값이 0이 되는 지점을 찾아, 곡선의 변곡점을 탐색할 수 있다.
커플링 계수 검출부(630)는 변곡점 탐색부(620)로부터 탐색된 변곡점에 대응되는 커플링 계수 및 연산된 커플링 계수의 변화량에 기초하여 현재 커플링 계수를 검출할 수 있다. 커플링 계수 검출부(630)는 도 1의 공진부(120)에 포함된 공진기의 커패시터 전압을 통해 커플링 계수의 변화량을 연산할 수 있다. 커플링 계수의 변화는 송신단의 커패시터 전압에 영향을 미치므로, 커플링 계수 검출부(630)는 공진부(120)에 포함된 공진기의 커패시터의 전압을 모니터링함으로써, 커플링 계수의 변화량을 연산할 수 있다. 송신단의 커패시터 전압과 커플링 계수의 관계는 도 7에서 상세히 설명한다.
결정부(640)는, 커플링 계수 검출부(630)에 의해 검출된 커플링 계수가 미리 정해진 커플링 계수보다 크거나 같은 경우, 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는 것으로 결정할 수 있다.
제어부(130B)는 일단 전기적 특성 계산부(610) 및 변곡점 탐색부(620)에 의해 탐색된 변곡점으로부터 커플링 계수를 결정하면, 더 이상 전기적 특성 계산부(610) 및 변곡점 탐색부(620)의 동작이 없이도, 커플링 계수 검출부(630) 및 결정부(640)에 의해 전력 수신 장치의 위치를 결정할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(130B)는 전기적 특성 계산부(610) 및 변곡점 탐색부(620)가 현재의 커플링 계수를 결정하면, 전기적 특성 계산부(610) 및 변곡점 탐색부(620)가 커플링 계수의 변화량을 통해 현재의 커플링 계수를 지속적으로 모니터링할 수 있고, 커플링 계수의 모니터링을 통해 전력 수신 장치의 위치를 결정할 수 있다.
전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단된 경우, 전력 전송 장치는 전력 수신 장치로 전력을 전송할 수 있다. 전력 전송 장치는 시각적, 촉각적, 또는 청각적 피드백 중 적어도 하나를 이용하여 사용자에게 전력 수신 장치로 전력을 전송하고 있음을 알릴 수 있다.
전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하지 않는 것으로 판단된 경우, 전력 전송 장치는 시각적, 촉각적, 또는 청각적 피드백 중 적어도 하나를 사용자에게 제공할 수 있다. 이러한 피드백을 수신한 사용자는 전력 수신 장치의 물리적 위치(거리 또는 각도)를 수정하여 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하도록 조정할 수 있다.
전력 제어부(650)는 충전 영역 내에 전력 수신 장치가 위치하는지 여부 및 충전 영역 내에 위치한 적어도 하나의 전력 수신 장치의 필요 전력에 대한 정보에 기초하여 전력 수신 장치로 전송할 전력량을 제어할 수 있다. 전력 제어부(650)는 충전 영역 내에 위치한 전력 수신 장치의 필요 전력만큼 전력을 제공하도록 할 수 있다.
도 7은 전력 전송 장치가 커플링 계수의 변화를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, (a) Π형 공진기 모델, (b) (a)에 도시된 Π형 공진기 모델에 대한 T형 등가 회로, (c) Rx단의 L2, Cs 및 Rs를 Z2로 표시한 상태의 회로 및 (d) Rx단의 전체 임피던스를 ZRX로 표시한 상태의 회로가 도시되어 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, (a)의 커플링 계수(K) 값이 Lm으로 환산되었으며, Lm=K√(LpLs)으로 정의된다. L1=Lp-Lm, L2=Ls-Lm이며 캐패시터와 저항의 값은 변함없다. VTX는 Tx단의 전압을 나타내고, ZL은 부하의 임피던스를 나타낸다.
도 7의 (a) 내지 (d)는 VCp를 ZRX에 관한 식으로 정리하는 과정을 나타낸다.
수학식 1은 (c)의 Z2를 (b)의 L2, Cs 및 Rs로 나타낸 것이다.
[수학식 1]
Figure pat00002
수학식 2는 (d)의 ZRX를(c)의 Z2와 ZL로 나타낸 것이다.
[수학식 2]
Figure pat00003
수학식 3은 Tx단에 VTx를 가해주었을 때의 Vcp 값을 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pat00004
수학식 3을 참조하면, 우변의 분모에 ZRX가 포함되어 있다. ZRX의 변화에 의해 VCp가 영향을 받게 된다. 수학식 1과 수학식 2로부터 ZRX는 Z2로 나타낼 수 있고, Z2는 L2로 나타낼 수 있으므로, L2의 변화에 의해 ZRX도 변한다는 것을 알 수 있다. 또한, L2=Ls-Lm이고, Lm=K√(LpLs)이므로, K 값의 변화에 따라 Lm 및 L2가 변한다는 것을 알 수 있다. 따라서, K 값의 변화는 Vcp를 변화시킨다는 것을 알 수 있다. 다시 말해서, VCp를 측정함으로써 K 값의 변화량을 검출할 수 있다.
Cp 양단의 전압 측정을 통한 커플링 계수 변화의 검출은 도 7에 도시된 직렬-직렬 타입의 공진기뿐만 아니라, 직렬-병렬, 병렬-직렬 및 병렬-병렬 타입의 공진기에도 적용될 수 있다.
또 다른 실시예로, 전력 전송 장치는 커플링 계수를 검출하지 않고, VCp 값만을 이용하여 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는지 판단할 수 있다. VCp 값의 변화는 전력 수신 장치의 위치 변화를 반영하기 때문에, 전력 전송 장치는 커플링 계수와 독립적으로 VCp 값만을 이용하여 전력 수신 장치의 위치를 판단할 수 있다.
전력 전송 장치는 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치할 때의 VCp 값을 기준 값으로 설정하고, 측정된 VCp 값을 기준 값과 비교하여 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 전력 전송 장치는 VCp 값을 모니터링 할 수 있고, 미리 설정된 기준 VCp 값보다 측정된 VCp 값이 큰 경우 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 전력 전송 장치는 VCp 값의 변화를 나타내는 그래프의 형태에 기초하여 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는지 판단할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 부하의 변동에 따른 공진기의 전압 이득 곡선을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 부하(Rac)는 전력 수신 장치의 배터리 전압 상태를 나타낸다. 배터리가 충전됨에 따라, 부하의 값은 작아질 수 있다.
f1, f2, f3는 공진기의 공진주파수이며, 도 7의 (a)에 도시된 L1, Cp, Lm의 비율로 정해진다. 도 8에 도시된 전압 이득 곡선은 커플링 계수에 변화를 주지 않은 상태에서 측정된 것이다. 도 8을 참조하면, 부하에 따라 공진주파수 f2에서의 전압 이득은 달라지지만 공진주파수 f1 및 f3에서의 전압 이득은 일정하다. 또한, 커플링 계수가 동일하므로 각각의 부하에 따른 공진주파수 f1 및 f3도 일정하다. 커플링 계수가 동일할 때, 공진주파수가 일정하다는 것은, 공진주파수 대신 커플링 계수를 기준으로 전력 수신 장치의 위치를 판단할 수 있음을 의미할 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 변곡점의 주파수(도 8의 첫 번째 공진 주파수 f1)가 미리 정해진 주파수 이하일 경우 전력 수신 장치가 충전영역 내에 위치하는 것으로 판단하는 것과 같이, 측정된 커플링 계수가 미리 정해진 커플링 계수 이상일 경우 전력 수신 장치가 충전영역 내에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.도 9는 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 커플링 계수의 변동에 따른 공진기의 전압 이득 곡선을 나타낸다.도 9를 참조하면, 커플링 계수(K)에 따라, 공진기의 전기적인 특성(예를 들어, 전압 이득 특성)을 나타내는 곡선도 변화한다. 커플링 계수는 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치로 전달되는 전력의 전송 효율을 나타내는 기준으로 사용될 수 있다. 커플링 계수 값이 커지면, 전송 효율이 높아지는 것을 의미할 수 있고, 커플링 계수 값이 작아지면, 전송 효율이 낮아지는 것을 의미할 수 있다.
커플링 계수의 값에 따라, 전압 이득 특성을 나타내는 곡선의 변곡점에 대응하는 대응 주파수를 기준으로, 전력 수신 장치가 전력 전송 장치의 충전 영역 내에 위치하는지 판단될 수 있다. 예를 들어, 전압 이득 특성을 나타내는 곡선의 변곡점에 대응하는 주파수 값에 따라 커플링 계수가 검출될 수 있고, 검출된 커플링 계수가 미리 정해진 커플링 계수보다 높거나 동일한 경우, 전력 수신 장치가 전력 전송 장치의 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단될 수 있다.
커플링 계수의 값이 증가할수록, 전압 이득 특성을 나타내는 곡선의 첫 번째 변곡점의 대응 주파수 값이 작아질 수 있다. 미리 원하는 커플링 계수의 값을 설정하면, 해당 커플링 계수의 값에 대응하는 첫 번째 변곡점의 대응 주파수 값도 결정될 수 있다. 이 때, 대응 주파수는 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는지를 판단하는 기준 주파수가 될 수 있다.
전력 전송 장치와 전력 수신 장치의 거리나 각도가 달라지게 되면 커플링 계수(K)가 달라지게 되고, K값에 따라 Lm값이 결정된다. 따라서, 공진주파수의 값도 변하게 된다. 여기서, Lm은 Π형 공진기 모델을 T형 모델로 등가변환하며 추가된 가상의 인턱턴스이며, 도 7의 (a)에 도시되어 있다. K가 작아짐에 따라 공진주파수 사이의 거리가 좁아지게 되고 각 공진주파수에서의 전압 이득은 증가한다. K가 커질수록, 전압 이득 특성 곡선의 첫 번째 변곡점의 대응 주파수가 점점 작아진다. K=0.7인 경우의 대응 주파수(910)는 K=0.6인 경우의 대응 주파수(920), K=0.5인 경우의 대응 주파수(930), K=0.2인 경우의 대응 주파수(940)보다 작다.
전압 이득 특성 곡선의 첫 번째 변곡점은 부하에 상관없이 K값에 따라 달라지기 때문에 이 변곡점을 이용하여, 전력 전송 장치와 전력 수신 장치간의 K값이 판단될 수 있다. 예를 들어, 원하는 커플링 계수가 0.7로 설정되면, 기준 주파수는 주파수(910)으로 설정될 수 있다. 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 공진기의 전압 이득 특성 곡선에 대해 첫 번째 변곡점을 탐색하고, 대응 주파수를 계산한 결과, 대응 주파수가 주파수(910)보다 작은 값을 가지면, 현재 전력 수신 장치는 충전 영역 내에 위치한 것으로 판단될 수 있다. 대응 주파수가 주파수(910)보다 큰 값을 가지면, 전력 수신 장치는 충전 영역 밖에 위치한 것으로 판단할 수 있다.
전력 전송 장치는, 전력 수신 장치로부터 특별한 정보를 수신하지 않고, K값의 변화를 검출할 수 있다. 전력 전송 장치가 변곡점을 이용하여 전력 전송 장치와 전력 수신 장치간의 K값을 판단한 경우, 전력 전송 장치는 K값의 변화를 검출하여 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 존재하는지 판단할 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 전력 전송 장치의 구성 중 공진부의 공진기 모델을 나타낸 도면이다.
공진기는 여러 형태로 설계가 가능하지만 도 10의 (a)는 캐패시터와 인덕터가직렬로 연결된 직렬 공진기를 나타내고, 도 10의 (b)는 캐패시터와 인덕터가 병렬로 연결된 병렬 공진기를 나타낸다. 공진기(1010)는 직렬 공진기로 전력 전송 장치에 탑재될 수 있다. 전력 수신 장치는 공진기(1020)를 탑재할 수 있다. 공진기(1020)도 직렬 공진기이다. 공진기(1030)는 병렬 공진기로 전력 전송 장치에 탑재될 수 있다. 전력 수신 장치는 공진기(1040)를 탑재할 수 있다. 공진기(1040)도 병렬 공진기이다.
도 10의 (a) 및 (b)에는 도시되지 않았지만, 다른 예로, 공진기(1010)가 전력 전송 장치에 탑재되고, 공진기(1040)가 전력 수신 장치에 탑재될 수도 있다. 또 다른 예로, 공진기(1030)가 전력 전송 장치에 탑재되고, 공진기(1020)가 전력 수신 장치에 탑재될 수도 있다.
도 11은 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 수행되는 전력 수신 장치의 위치 판단 방법의 흐름도이다.
단계(1110)에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 충전 대기 상태로 준비한다.
단계(1120)에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하면서, 공진기의 전기적인 특성을 계산할 수 있다. 공진기의 전기적인 특성은 공진기의 전압 이득, 전류 이득 및 전력 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단계(1130) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 공진기의 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 첫 번째 변곡점을 탐색할 수 있다. 예를 들어, 변곡점은 곡선의 2차 미분값이 0이 되는 지점으로 탐색될 수 있다.
단계(1140) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 탐색된 첫 번째 변곡점의 대응 주파수가 기 설정된 주파수보다 작거나 동일한지 판단할 수 있다.
단계(1150) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 대응 주파수가 기 설정된 주파수보다 작거나 동일하면, 충전을 시작할 수 있다. 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 대응 주파수가 기 설정된 주파수보다 크면, 다시 단계(1110)으로 돌아가, 충전을 대기할 수 있다.
도 12는 다른 일실시예에 따른 전력 전송 장치에서 수행되는 복수의 전력 수신 장치의 위치 판단 방법의 흐름도이다.
단계(1210) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 충전 대기 상태로 준비한다.
단계(1220) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 주파수를 스캐닝하면서, 복수의 전력 수신 장치들 각각에 대해, 공진기의 전기적인 특성을 탐색할 수 있다. 공진기의 전기적인 특성은 공진기의 전압 이득, 전류 이득 및 전력 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단계(1230) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 각각의 전력 수신 장치에 대하여, 공진기의 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 첫 번째 변곡점을 탐색할 수 있다.
단계(1240) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 각각의 전력 수신 장치에 대하여, 탐색된 첫 번째 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교할 수 있다.
단계(1250) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 대응 주파수가 기준 주파수보다 작거나 동일한 전력 수신 장치를 충전 영역에 위치하는 것으로 결정할 수 있다. 여기서, 대응 주파수는 각 계산에 따라 다른 값을 가질 수 있지만, 기준 주파수는 모든 전력 수신 장치에 대해 동일하게 적용될 수 있다.
단계(1260) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 충전 영역에 위치하는 것으로 결정된 전력 수신 장치의 필요전력을 고려하여, 전송할 전력을 제어할 수 있다.
단계(1270) 에서, 일실시예에 따른 전력 전송 장치는 제어된 전력으로 충전 영역에 위치한 전력 수신 장치들의 충전을 시작할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 전송 장치는 공진기의 전기적인 특성 곡선의 변곡점에 대응하는 대응 주파수를 이용함으로써, 전력 수신 장치가 충전 영역에 위치하는지 쉽게 판단하도록 한다.
또한 제안된 방식을 이용할 경우, 복수의 전력 수신 장치들이 존재하는 경우, 각각의 위치정보에 따라 적합한 환경에서 충전할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.　
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.　
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 공진기의 공진 주파수를 이용하여 상기 공진 주파수에서 상기 공진기와 상호 공진하는 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 공진부; 및
    상기 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서 탐색된 변곡점에 대응하는 주파수 정보를 이용하여, 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 판단하는 제어부
    를 포함하는 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진부는,
    상기 제어부의 판단 결과에 기초하여, 상기 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단되면 충전 전력을 상기 전력 수신 장치로 전송하는
    전력 전송 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공진기의 전기적인 특성은,
    상기 공진기의 전압 이득, 전류 이득 및 전력 이득 중 적어도 하나
    를 포함하는 전력 전송 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서, 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 탐색되는 첫 번째 변곡점의 대응 주파수가 기 설정된 기준 주파수보다 작거나 동일하면, 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는 것으로 판단하는
    전력 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 수신 장치로부터 수신하는 정보에 기초하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 전기적 특성 계산부;
    상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 변곡점 탐색부;
    첫 번째로 탐색되는 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 결정하는 결정부
    를 포함하는 전력 전송 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 수신 장치로부터 수신하는 정보에 기초하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 전기적 특성 계산부;
    상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 변곡점 탐색부;
    상기 공진기의 커패시터 전압에 기초하여 커플링 계수의 변화량을 검출하는 커플링 계수 검출부; 및
    상기 탐색된 상기 곡선의 상기 변곡점 중 첫 번째 변곡점에 대응되는 커플링 계수와 상기 검출된 상기 커플링 계수의 변화량에 기초하여 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 결정하는 결정부
    를 포함하는 전력 전송 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공진기는 2차원의 패드 형태이고,
    상기 제어부는 상기 2차원의 패드 상에 위치한 상기 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하는지를 판단하는
    전력 전송 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공진기는 3차원의 공간 상으로 상기 전력을 방사하는 형태이고,
    상기 제어부는 상기 3차원의 공간 상에 위치한 상기 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하는지를 판단하는
    전력 전송 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전력 수신 장치와 통신하여, 상기 전력 수신 장치가 수신하는 전력에 대한 정보 및 상기 전력 수신 장치의 필요 전력에 대한 정보를 수신하는 통신부
    를 더 포함하는 전력 전송 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전력 수신 장치는 상기 전력을 수신하는 수신 공진기를 포함하고,
    상기 공진부의 공진기 및 상기 수신 공진기는 직렬 공진기 또는 병렬 공진기 중 하나인
    전력 전송 장치.
  11. 공진기의 공진 주파수를 이용하여 상기 공진 주파수에서 상기 공진기와 상호 공진하는 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 공진부; 및
    상기 공진부에 포함된 커패시터의 전압의 변화량을 검출하고, 상기 전압의 변화량을 기초로 상기 공진기와 상기 전력 수신 장치의 커플링 계수의 변화량을 연산하여, 상기 전력 수신 장치가 충전 영역 내에 위치하는지 여부를 판단하는 제어부
    를 포함하는 전력 전송 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공진부는,
    상기 제어부의 판단 결과에 기초하여, 상기 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단된 전력 수신 장치로 상기 전력을 전송하는
    전력 전송 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기초하여, 상기 복수의 전력 수신 장치들 각각에 대하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 전기적 특성 계산부;
    상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 변곡점 탐색부;
    첫 번째로 탐색되는 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 복수의 전력 수신 장치들 중 상기 충전 영역 내에 위치한 전력 수신 장치를 결정하는 결정부
    를 포함하는 전력 전송 장치.
  14. 공진기의 공진 주파수를 이용하여 상기 공진 주파수에서 상기 공진기와 상호 공진하는 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 단계; 및
    상기 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서 탐색된 변곡점에 대응하는 주파수 정보를 이용하여, 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 판단하는 단계
    를 포함하는 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전력을 전송하는 단계는,
    상기 판단하는 단계에서, 상기 전력 수신 장치가 상기 충전 영역 내에 위치하는 것으로 판단되면 충전 전력을 상기 전력 수신 장치로 전송하는
    전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 공진기의 전기적인 특성은,
    상기 공진기의 전압 이득, 전류 이득 및 전력 이득 중 적어도 하나
    를 포함하는 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 공진기의 전기적인 특성을 나타내는 곡선에서, 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 탐색되는 첫 번째 변곡점의 대응 주파수가 기 설정된 기준 주파수보다 작거나 동일하면, 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는 것으로 판단하는
    전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기초하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 단계;
    상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 단계;
    첫 번째로 탐색되는 변곡점의 대응 주파수와 기 설정된 기준 주파수를 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 기초하여 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 결정하는 단계
    를 포함하는 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기초하여, 상기 공진기의 전기적 특성을 계산하는 단계;
    상기 계산한 전기적 특성을 나타내는 곡선에서 미리 정해진 주파수 대역을 스캐닝하여 상기 곡선의 변곡점을 탐색하는 단계;
    상기 공진기의 커패시터 전압에 기초하여 커플링 계수의 변화량을 검출하는 단계; 및
    상기 탐색된 상기 곡선의 상기 변곡점 중 첫 번째 변곡점에 대응되는 커플링 계수와 상기 검출된 상기 커플링 계수의 변화량에 기초하여 상기 충전 영역 내에 상기 전력 수신 장치가 위치하는지를 결정하는 단계
    를 포함하는 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 전력 수신 장치가 수신하는 전력에 대한 정보 및 상기 전력 수신 장치의 필요전력에 대한 정보를 통신하는 단계
    를 더 포함하는 전력 전송 장치에서 전력 수신 장치의 위치를 판단하는 방법.
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