KR20150088368A - 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 수신 장치, 및 무선 전력 전송 시스템 - Google Patents

무선 전력 송신 장치, 무선 전력 수신 장치, 및 무선 전력 전송 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 증폭 전력을 생성하는 전원부, 상기 증폭 전력을 수신하여 무선 전력으로 변환하는 무선 전력 송신부, 상기 무선 전력을 수신하여 충전 전력으로 변환하는 무선 전력 수신부, 상기 충전 전력을 수신하는 충전부를 포함하되, 상기 충전부는 상기 충전 전력이 저장되는 배터리를 포함하고, 상기 전원부는 상기 공급 전력의 증폭 전압 및 증폭 전류에 기반하여 상기 배터리의 충전량을 파악하는 전력 검출부를 포함한다.

Description

무선 전력 송신 장치, 무선 전력 수신 장치, 및 무선 전력 전송 시스템{WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICE, WIRELESS POWER RECEIVING DEVICE AND WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 이차전지의 충전량이 파악되는 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 수신 장치, 및 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
무선으로 에너지를 전달하는 방식에는 크게 세 가지가 있다. 첫째, 전자기(Electromagnetic) 유도를 이용하여 전력을 전달하는 방식, 둘째, 무선 주파수(Radio FRrequency)를 이용하여 전력을 전송하는 방식, 셋째, 초음파를 이용하여 전력을 전달하는 방식이 있다.
첫째, 전자기 유도를 이용한 무선 전력 전송 시스템은 외부 전원을 이용하여 충전 전력을 발생시키는 충전 모체와, 충전 모체로부터 전자기 유도 현상을 통해 충전 전력을 공급받는 전력 수신 모듈로 구성된다. 전자기 유도 방식은 그 효율성에 있어서 장점이 커 상용화에 가장 근접해 있는 기술 수준이다.
둘째, 무선 주파수를 이용한 무선 전력 전송 시스템은 전파거리가 매우 긴 RF의 에너지를 모아, 전자장치 또는 센서 등에 전력을 공급한다. RF는 공기 중에도 많이 존재하며, 그 전파거리가 매우 넓은 장점을 가진다.
셋째, 초음파를 이용한 무선 전력 전송 시스템은 초음파를 발생하는 송신장치와, 발생된 초음파를 수신하는 수신장치로 구성된다. 초음파는 초음파 장치로부터 발생되는 진동이 매질과의 상호작용에 의해서 매질을 진동시키고, 진동하는 매질을 통해서 전달된다. 최근에는, 이러한 초음파 발생장치를 이용하여 배터리를 충전하는 시스템이 개시되고 있다.
그러나, 상술된 무선 전력 전송 시스템은 이차전지의 충전량이 정확히 파악되지 못해, 불필요한 전력이 이차전지에 전달되는 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 이차전지의 충전량을 모니터링하여, 불필요한 전력이 이차전지에 충전되는 것을 방지하는 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 수신 장치, 및 무선 전력 전송 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 증폭 전력을 생성하는 전원부, 상기 증폭 전력을 수신하여 무선 전력으로 변환하는 무선 전력 송신부, 상기 무선 전력을 수신하여 충전 전력으로 변환하는 무선 전력 수신부, 상기 충전 전력을 수신하는 충전부를 포함하되, 상기 충전부는 상기 충전 전력이 저장되는 배터리를 포함하고, 상기 전원부는 상기 공급 전력의 증폭 전압 및 증폭 전류에 기반하여 상기 배터리의 충전량을 파악하는 전력 검출부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 공급 전력을 생성하는 전원 발생부, 상기 공급 전력에 응답하여 증폭된 증폭 전력을 출력하는 전력 증폭부, 상기 전력 증폭부와 전기적으로 연결되며, 상기 증폭 전력을 수신하여 무선 전력으로 변환하고, 상기 변환된 무선 전력을 외부로 출력하는 무선 전력 송신부, 상기 전력 증폭부로부터 출력된 상기 증폭 전력의 증폭 전압 및 증폭 전류에 기반하여, 상기 무선 전력의 출력을 조절하는 전력 검출부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치는 기준 임피던스 회로, 충전 전력을 저장하는 배터리, 외부로부터 무선 전력을 수신하고, 상기 수신된 무선 전력을 상기 충전 전력으로 변환하여 출력하는 무선 전력 수신부, 상기 무선 전력 수신부와 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 선택 신호들에 응답하여 상기 기준 임피던스 회로 및 상기 배터리 중 어느 하나에 상기 충전 전력을 출력하는 충전 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템은 이차전지의 충전량을 모니터링 함으로써, 이차전지에 전력이 과충전되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 이차전지의 수명이 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 임피던스 특성을 보여준다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리의 충전량을 산출하는 방식을 보여주는 회로도이다.
도 4는 일반적인 이자천지의 임피던스 특성에 따른 배터리의 충전량을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 배터리의 충전량을 산출하는 방식을 보여주는 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 배터리에 전력이 충전되는 것을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 보여주는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들 의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(1000)은 전원부(1100), 무선 전력 전송부(1200), 및 충전부(1300)를 포함한다. 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송 시스템(1000)은 무선 전력을 전송하는 방식으로서, 초음파 방식, 전자기 유도 방식, 및 자기 공명 방식을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전원부(1100)는 무선 전력 전송에 필요한 전기적인 신호를 생성한다. 자세하게, 전원부(1100)는 전원 발생부(1110), 전력 증폭부(1120), 및 전력 검출부(1130)를 포함한다.
전원 발생부(1110)는 무선 전력 전송에 필요한 공급 전력을 생성한다. 예시적으로, 전원 발생부(1110)는 사인파 형태의 교류 신호를 공급 전력으로서 생성할 수 있다.
전력 증폭부(1120)는 전원 발생부(1110)로부터 생성된 공급 전력을 송신부(1210)의 동작에 필요한 전력 레벨로 증폭시킨다. 전력 증폭부(1120)는 공급 전력이 증폭된 증폭 전력을 송신부(1210)로 전달한다. 여기서, 공급 전력이 증폭된 증폭 전력은 증폭 전압(Vamp) 및 증폭 전류(Iamp)의 곱으로서 구현될 수 있다. 또한, 전력 증폭부(1120)는 증폭 전압(Vamp) 및 증폭 전류(Iamp)를 전력 검출부(1130)로 전달한다.
전력 검출부(1130)는 전력 증폭부(1120)로부터 증폭 전압(Vamp) 및 증폭 전류(Iamp)를 수신한다. 실시 예에 있어서, 전력 검출부(1130)는 증폭 전압(Vamp) 및 증폭 전류(Iamp)에 기반하여, 배터리(1320)에 충전되는 충전량을 파악할 수 있다. 배터리(1320)의 충전량이 파악되는 방식에 대해서는 도 3을 통해 자세히 설명된다.
무선 전력 전송부(1200)는 전원부(1100)로부터 제공된 증폭 전력에 응답하여, 충전부(1300)에 전달할 충전 전력을 생성한다. 본 발명의 설명에 있어서, 무선 전력 전송부(1200)는 초음파 신호의 형태로서 무선 전력을 전달 및 수신하는 것으로 설명된다. 그러나, 무선 전력 전송부(1200)가 무선 전력을 전달하는 방식은 초음파 신호에 한정되지 않으며, 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
자세하게, 무선 전력 전송부(1200)는 무선 전력 송신부(1210), 및 무선 전력 수신부(1220)를 포함한다. 무선 전력 송신부(1210)는 전력 증폭부(1220)와 전기적으로 연결되어, 전력 증폭부(1220)로부터 출력된 증폭 전력을 수신한다. 무선 전력 송신부(1210)는 전기적 신호인 증폭 전력을 무선 전력 전송이 가능한 초음파 형태의 신호로서 변환한다.
한편, 무선 전력 송신부(1210) 및 무선 전력 수신부(1220) 사이에 매질층이 위치될 수 있다. 예를 들어, 매질층은 물, 피부, 메탈, 및 비메탈 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템(1000)은 매질층이 고정된 경우로서 구현될 수 있다. 즉, 무선 전력 전송 시스템(1000)에 포함된 매질층은 변하지 않는 고정된 임피던스 값을 가질 수 있다.
무선 전력 송신부(1210)는 증폭 전력을 초음파 신호로 변환한 후, 변환된 초음파 신호를 매질층을 통해 무선 전력 수신부(1220)에 전달한다.
무선 전력 수신부(1220)는 매질층을 통해 전달되는 초음파 신호를 수신한다. 무선 전력 수신부(1220)는 초음파 신호에 응답하여, 충전부(1300)에 전달할 충전 전력을 생성한다. 즉, 무선 전력 수신부(1220)는 초음파 신호를 전기적 신호인 충전 전력으로서 변환한 후, 충전부(1300)에 전달한다.
충전부(1300)는 충전 제어부(1310) 및 배터리(1320)를 포함한다. 충전 제어부(1310)는 무선 전력 수신부(1220)와 전기적으로 연결되어, 무선 전력 수신부(1220)로부터 충전 전력을 수신한다. 여기서, 무선 전력 수신부(1220)로부터 출력된 충전 전력은 교류 신호일 수 있다. 따라서, 충전 제어부(1310)는 교류 신호 형태의 충전 전력을 직류 전력으로서 변환한다. 충전 제어부(1310)는 직류 전력 형태의 충전 전력을 배터리(1320)에 전달한다.
배터리(1320)는 충전 제어부(1310)로부터 전달된 충전 전력을 수신함으로써, 부하의 동작에 필요한 전력을 저장한다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 임피던스 특성을 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 증폭부(1120)로부터 출력된 증폭 전력과 전력 전송부(1200) 및 충전부(1300)의 임피던스 특성에 따라, 배터리(1320)의 충전량이 파악될 수 있다.
자세하게, 무선 전력 송신부(1210)는 제 1 무선 전력 변환층(1211) 및 제 1 매칭층(1212)을 포함한다. 제 1 무선 전력 변환층(1211)은 초음파 신호를 발생하는 층일 수 있으며, 제 1 임피던스(Za) 값을 가질 수 있다. 제 1 매칭층(1212)은 무선 전력 수신부(1220)와 매칭되기 위한 층일 수 있으며, 제 2 임피던스(Zb) 값을 가질 수 있다. 즉, 초음파 신호는 무선 전력 변환층(1211)으로부터 발생되어, 제 1 매칭층(1212)을 통해 매질층으로 전달될 수 있다. 또한, 제 1 매칭층(1212)은 무선 전력 송신부(1210)에서 무선 전력 수신부(1220)로 전달되는 무선 전력의 전달 효율 저하를 방지하기 위해 사용된다. 이를 위해, 제 1 매칭층(1212)의 제 2 임피던스(Zb)는 매질층의 임피던스(Zm)에 기반하여 생성될 수 있다.
무선 전력 수신부(1220)는 제 2 매칭층(1221) 및 제 2 무선 전력 변환층(1222)을 포함한다. 제 2 매칭층(1221)은 무선 전력 송신부(1210)와 매칭되기 위한 층일 수 있으며, 제 3 임피던스(Zc) 값을 가질 수 있다. 제 2 무선 전력 변환층(1222)은 초음파 신호를 수신하여 전기적 신호를 발생하는 층일 수 있으며, 제 4 임피던스(Zd) 값을 가질 수 있다. 즉, 매질층(Zm)으로부터 전달된 초음파 신호는 제 2 매칭층(1221)을 통해, 제 2 무선 전력 변환층(1222)으로 전달된다.
마찬가지로, 제 2 매칭층(1221)은 무선 전력 송신부(1210)에서 무선 전력 수신부(1220)로 전달되는 무선 전력의 전달 효율 저하를 방지하기 위해 사용된다. 이를 위해, 제 3 임피던스 층(Zc)은 매질층의 임피던스(Zm)를 기반으로 설정될 수 있다.
매질층은 무선 전력 송신부(1210) 및 무선 전력 수신부(1220) 사이에 위치될 수 있다. 매질층은 도 1에서 상술된 바와 같이, 물 또는 사람의 인체 피부 등이 될 수 있으나, 고정된 임피던스를 갖는 것으로 가정된다.
충전 제어부(1310)는 제 5 임피던스(Ze) 값을 가지며, 배터리(1320)는 제 6 임피던스(Zp) 값을 가질 수 있다.
또한, 무선 전력 송신부(1210), 무선 전력 수신부(1220), 매질층, 및 충전 제어부(1310)의 임피던스 합은 합성 임피던스(Zf)로서 정의된다. 즉, 합성 임피던스(Zf)는 전력 전송부(1200, 도1 참조) 및 충전 제어부(1310)의 각 임피던스 합에 기초하여 설정될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리의 충전량을 산출하는 방식을 보여주는 회로도이다.
일반적으로, 무선 전력 전송의 효율을 높이기 위해서는 배터리의 수명 열화를 방지하는 관리가 중요하다. 그러나, 기존의 무선 전력 전송 시스템은 배터리의 충전량이 파악되지 못해, 충전이 완료된 후에도 배터리에 지속적으로 전력이 공급되는 문제점이 발생한다. 이로 인해, 전력이 낭비되며, 배터리의 수명이 감소될 수 있다.
실시 예에 있어서, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000, 도1 참조)는 전력 증폭부(1120, 도1 참조)로부터 출력된 증폭 전압(Vamp) 및 증폭 전류(Iamp)를 기반한 공급 임피던스(Zamp, 수학식1 참조)를 산출할 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 시스템(1000)은 공급 임피던스(Zamp) 및 합성 임피던스(Zf)를 기반으로, 배터리(1320, 도1 참조)의 제 6 임피던스(Zp) 값을 산출할 수 있다. 이러한 제 6 임피던스(Zp) 값에 기반하여, 배터리(1320)의 충전량이 파악될 수 있다.
도 3을 참조하면, 합성 임피던스(Zf)는 직렬 임피던스들의 성분을 합한 제 1 합성 임피던스(Zfs) 및 병렬 임피던스들의 성분을 합한 제 2 합성 임피던스(Zfp)를 포함한다. 한편, 제 6 임피던스(Zp)는 배터리(1320, 도1 참조)의 충전량에 따라, 변화될 수 있다.
자세하게, 아래의 수학식 1 내지 수학식 3에 기반하여, 제 6 임피던스(Zp)가 산출될 수 있다.
Figure pat00001
먼저, 수학식 1을 참조하여, 전력 검출부(1130, 도1 참조)는 전력 증폭부(1120)로부터 출력된 증폭 전압(Vamp) 및 증폭 전류(Iamp)를 기반한 공급 임피던스(Zamp)를 산출할 수 있다. 또한, 공급 임피던스(Zamp)는 합성 임피던스(Zf) 및 제 6 임피던스(Zp)의 합으로서 도출될 수 있다.
전력 검출부(1130)는 공급 임피던스(Zamp)를 산출하고, 산출된 공급 임피던스(Zamp) 및 미리 설정된 합성 임피던스(Zf)의 연산 결과에 기반하여, 제 6 임피던스(Zp)를 산출할 수 있다. 이 경우, 합성 임피던스(Zf)는 매질층이 고정된 임피던스 값을 가짐에 따라, 미리 설정된 값을 가질 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2를 참조하면, 합성 임피던스(Zf)가 제 1 및 제 2 합성 임피던스들(Zfs, Zfp)을 포함함에 기반하여, 공급 임피던스(Zamp)는 제 1 합성 임피던스(Zfs), 제 2 합성 임피던스(Zfp), 및 제 6 임피던스(Zp)의 연산 결과에 따라 산출될 수 있다. 여기서, 수학식 1에 기초한 공급 임피던스(Zamp)와 수학식 2에 기초한 공급 임피던스(Zamp)는 서로 동일하다.
Figure pat00003
수학식 3을 참조하면, 전력 검출부(1130)는 공급 임피던스(Zamp)와 제 1 및 제 2 합성 임피던스들(Zfs, Zfp)의 연산에 기반하여, 제 6 임피던스(Zp)를 산출할 수 있다. 즉, 제 6 임피던스(Zp)는 공급 임피던스(Zamp)와 합성 임피던스(Zf)의 연산 결과에 따라 파악될 수 있다. 따라서, 전력 검출부(1130)는 공급 임피던스(Zamp)와 합성 임피던스(Zf)의 연산 결과를 기반으로 배터리(1320)의 충전량을 파악할 수 있다. 이는, 배터리(1320)의 충전량에 응답하여 제 6 임피던스(Zp)가 변화되기 때문이다.
도 4는 일반적인 이자천지의 임피던스 특성에 따른 배터리의 충전량을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, X 축은 제 6 임피던스(Zp, 도2 참조)의 변화량을 나타내며, Y 축은 배터리(1320, 도1 참조)의 충전량(C)을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 6 임피던스(Zp)는 배터리(1320)의 충전량에 응답하여 변화될 수 있다. 또한, 완전 방전 상태(C1)는 완전 충전 상태(C2)보다 낮은 임피던스를 가진다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 완전 방전 상태(C1)의 임피던스를 Z1 이라 하고, 완전 충전 상태(C2)의 임피던스를 Z2라 가정하면, Z2는 Z1보다 높은 임피던스 값을 가진다. 즉, 배터리(1320)의 충전량이 높아질수록 제 6 임피던스(Zp)의 값이 높아지며, 충전량이 낮아질수록 제 6 임피던스(Zp)의 값이 낮아진다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템(1000)은 매질층이 고정됨에 따라, 임피던스 값이 고유한 값을 가질 수 있다. 그러나, 매질층이 고정되지 않고 변동될 경우, 합성 임피던스(Zf)의 값이 변화될 수 있다. 즉, 합성 임피던스(Zf)의 값이 변화됨에 따라, 배터리(1320, 도1 참조)의 충전량을 파악할 수 있는 공급 임피던스(Zamp, 수학식1 참조)의 값이 변화될 수 있다. 예를 들어, 매질층이 금속 또는 물과 같이 특성의 변화가 없는 재질이 아닌, 인체 조직에 삽입된 의료 기기일 경우 매질층의 임피던스가 지속적으로 변화될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(2000)은 매질층의 임피던스, 즉 합성 임피던스(Zf)가 지속적으로 변화할 경우에 기반하여, 배터리(2320)의 충전량을 정확히 파악할 수 있다.
자세하게, 도 5를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(2000)은 전원부(2100), 전력 전송부(2200), 및 충전부(2300)를 포함한다.
전원부(2100)는 전원 발생부(2110), 전력 증폭부(2120), 전력 검출부(2130), 제 1 무선 제어부(2140), 및 무선 송신부(2150)를 포함한다. 전력 전송부(2200)는 무선 전력 송신부(2210), 무선 전력 수신부(2220), 및 매질층을 포함한다. 여기서, 전원부(2100)는 도 1에 도시된 전원부(1100)와 비교하여, 제 1 무선 제어부(2140) 및 무선 송신부(2150)의 구성을 더 포함한다. 제 1 무선 제어부(2140) 및 무선 송신부(2150)의 구성을 제외한 전원부(2100) 및 전력 전송부(2200)의 동작은 도 1에 도시된 전원부(1100) 및 전력 전송부(2200)의 동작과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략된다.
충전부(2300)는 충전 제어부(2310), 배터리(2320), 및 기준 임피던스 회로(2330)를 포함한다. 충전부(2300)는 도 1에 도시된 충전부(1300)와 비교하여, 무선 수신부(2311), 제 2 무선 제어부(2312), 스위칭부(2313), 및 기준 임피던스 회로(2330)의 구성을 더 포함할 뿐, 배터리(2320)의 구성은 동일하다.
제 1 무선 제어부(2140)는 전원 발생부(2110)로부터 출력된 공급 전력을 수신한다. 무선 제어부(2140)는 공급 전력에 응답하여, 무선 송신부(2150)에 제공할 커넥트 신호를 생성한다. 여기서, 커넥트 신호는 주기적으로 생성될 수 있으며, 증폭 전압(Vamp) 및 증폭 전류(Iamp)가 변화할 때에 응답하여 생성될 수 있다. 무선 송신부(2150)는 제 1 무선 제어부(2140)로부터 커넥트 신호를 수신하고, 수신된 커넥트 신호를 무선 수신부(2311)로 전달한다. 여기서, 커넥트 신호는 충전부(2300)에 포함된 배터리(2320) 및 기준 임피던스 회로(2330) 중 어느 하나에 전기적 신호가 연결되도록 제어하는 제어 신호일 수 있다.
충전 제어부(2310)는 무선 수신부(2311), 제 2 무선 제어부(2312), 및 스위칭부(2313)를 포함한다. 무선 수신부(2311)는 무선 송신부(2150)로부터 전달된 커넥트 신호를 수신하여 제 2 무선 제어부(2312)로 전달한다. 제 2 무선 제어부(2312)는 커넥트 신호에 응답하여, 스위칭부(2313)의 동작을 제어하는 제 1 및 제 2 선택 신호들 중 어느 하나를 선택한다. 또한, 충전 제어부(2310)가 무선 수신부(2311), 제 2 무선 제어부(2312), 및 스위칭부(2313)를 포함하는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 배터리(2320) 및 기준 임피던스 회로(2330)을 제외한 충전부(2300)에 포함되는 추가 구성 요소들은 충전 제어부(2310)에 포함될 수 있다.
예를 들어, 스위칭부(2313)는 제 1 선택 신호에 응답하여, 무선 전력 수신부(2220)로부터 제공된 증폭 전력을 배터리(2320)에 제공할 수 있다. 또한, 스위칭부(2313)는 제 2 선택 신호에 응답하여, 무선 전력 수신부(2220)로부터 제공된 증폭 전력을 기준 임피던스 회로(2330)에 제공할 수 있다.
또한, 실시 예에 있어서, 도 5에 도시된 기준 임피던스 회로(2330)가 하나로 구성되었으나, 이에 한정되지 않으며 복수개로 구성될 수 있다. 즉, 기준 임피던스 회로(2330)가 복수개로 구성됨에 따라, 매질층의 변화에 따른 합성 임피던스(Zf, 도6 참조)의 정확한 값이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 무선 제어부(2312)는 복수의 기준 임피던스 회로들 중 어느 하나를 선택하도록 제어하는 제 2 선택 신호를 생성할 수 있다.
기준 임피던스 회로(2330)는 매질층의 임피던스(Zm, 도2 참조)가 변화함에 따라, 합성 임피던스(Zf)의 값을 구하기 위해 사용된다. 이러한 합성 임피던스(Zf)의 값에 기반하여, 전력 검출부(2130)는 배터리(2320)의 제 6 임피던스(Zp, 도6 참조) 값을 산출할 수 있다. 이에 기반하여, 배터리(2320)의 충전량이 파악될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 배터리의 충전량을 산출하는 방식을 보여주는 회로도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 무선 제어부(2312)로부터 출력된 제 2 선택 신호에 응답하여, 스위칭부(2313)는 기준 임피던스 회로(2330)에 충전 전력을 제공한다. 실시 예에 있어서, 기준 임피던스 회로(2330)는 제작 단계에서 미리 제공된 기준 임피던스(Zf)를 가질 수 있다. 따라서, 전력 검출부(2130)는 공급 임피던스(Zamp, 수학식1 참조) 및 기준 임피던스(Zr)의 값을 기반으로 합성 임피던스(Zf)의 값을 산출할 수 있다.
자세하게, 상기 도 3에서 도시된 수학식 1을 참조하여, 전력 검출부(2130)는 증폭 전압(Vamp) 및 증폭 전류(Iamp)에 기반하여 공급 임피던스(Zamp)를 산출할 수 있다. 기준 임피던스 회로(2330)에 충전 전력이 제공될 경우, 공급 임피던스(Zamp)는 합성 임피던스(Zf) 및 기준 임피던스 회로(Zp)의 합으로서 산출될 수 있다. 기준 임피던스(Zr)의 값이 미리 제공됨에 따라, 전력 검출부(2130)는 산출된 공급 임피던스(Zamp) 및 기준 임피던스(Zr)의 연산 결과에 기반하여, 합성 임피던스(Zf)의 값을 산출할 수 있다.
이 후, 무선 제어부(2312)로부터 출력된 제 1 선택 신호에 응답하여, 스위칭부(2313)는 배터리(2320)에 충전 전력을 제공한다. 전력 검출부(2130)는 합성 임피던스(Zf)의 값이 산출됨에 따라, 공급 임피던스(Zamp)와 합성 임피던스(Zf)의 연산에 기반하여 배터리(2320)의 제 6 임피던스(Zp)를 산출할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(2000)은 매질층의 임피던스(Zm) 값이 변화하여도, 배터리(2320)의 충전량을 정확히 파악할 수 있다. 이로 인해, 배터리(2320)의 충전이 완료된 후, 불필요한 전력이 공급되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 배터리에 전력이 충전되는 것을 보여주는 그래프이다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 도 7에 도시된 그래프에서 X 축은 배터리(2320)의 충전시간(t)을 나타내며, Y 축은 제 1 및 제 2 선택 신호들 중 어느 하나에 연결됨에 따라 출력되는 제 6 임피던스(Zp) 또는 기준 임피던스(Zr)를 나타낸다.
자세하게, 제 1 시간에서(t1), 무선 제어부(2312)로부터 출력된 제 1 선택 신호에 응답하여, 스위칭부(2313)는 배터리(2320, 도6 참조)에 증폭 전력을 제공한다. 그 결과, 제 6 임피던스(Zp)는 높아질 수 있다.
이 후, 제 2 시간에서(t2), 무선 제어부(2312)로부터 출력된 제 2 선택 신호에 응답하여, 스위칭부(2313)는 기준 임피던스 회로(2330, 도6 참조)에 증폭 전력을 제공한다. 그 결과, 기준 임피던스(Zr)에 증폭 전력이 제공된다. 이 때, 전력 검출부(2130)는 기준 임피던스(Zr) 및 공급 임피던스(Zamp)를 기반으로 합성 임피던스(Zf)를 산출한다.
제 3 시간에서(t3), 무선 제어부(2312)로부터 출력된 제 1 선택 신호에 응답하여, 스위칭부(2313)는 배터리(2320)에 다시 증폭 전력을 제공한다. 이 때, 전력 검출부(2130)는 합성 임피던스(Zf) 및 공급 임피던스(Zamp)를 기반으로 제 6 임피던스(Zp)의 값을 산출할 수 있다. 즉, 전력 검출부(2130)는 제 6 임피던스(Zp)의 값을 기반으로 배터리(2320)의 충전량을 파악한다.
이 후의 시간들은, 상기 제 1 내지 제3 시간들(t1, t2, t3)의 동작이 반복되어 동작될 수 있다. 즉, 전력 검출부(2130)는 매질층의 임피던스가 변동됨에 따라, 기준 임피던스(Zr)를 이용하여 합성 임피던스(Zf)의 값을 파악한 후 제 6 임피던스(Zp)의 값을 산출한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(3000)은 도 5에 도시된 무선 전력 전송 시스템(2000)와 비교하여, 무선 통신 없이 배터리(2320)의 충전량을 파악할 수 있다.
자세하게, 도 8를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(3000)은 전원부(3100), 전력 전송부(3200), 및 충전부(3300)를 포함한다.
전원부(3100)는 전원 발생부(3110), 전력 증폭부(3120), 및 전력 검출부(3130)를 포함한다. 전력 전송부(3200)는 무선 전력 송신부(3210) 및 무선 전력 수신부(3220)를 포함한다. 전원부(3100) 및 전력 전송부(3200)는 도 1에 도시된 전원부(1100) 및 전력 전송부(1200)의 구성 및 동작과 동일함에 따라, 이하 설명은 된다.
충전부(3300)는 충전 제어부(3310), 배터리(3320), 및 기준 임피던스 회로(3330)를 포함한다. 충전 제어부(3310)는 스위칭 제어부(3311) 및 스위칭부(3312)를 포함한다. 스위칭 제어부(3311)는 미리 설정된 주기에 따라, 제 1 및 제 2 선택 신호들을 스위칭부(3312)에 교대로 제공한다. 또한, 충전 제어부(3310)가 스위칭 제어부(3311) 및 스위칭부(3312)를 포함하는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 배터리(3320) 및 기준 임피던스 회로(3330)를 제외한 충전부(3300)에 포함되는 추가 구성 요소들은 충전 제어부(3310)에 포함될 수 있다.
스위칭부(3312)는 스위칭 제어부(3311)로부터 제 1 및 제 2 선택 신호들 중 어느 하나를 수신한다. 자세하게, 스위칭부(3312)는 제 1 선택 신호가 수신될 경우, 배터리(3320)와 전기적으로 연결된다. 이 후, 스위칭부(3312)는 증폭 전력을 배터리(3320)에 제공한다. 또한, 스위칭부(3312)는 제 2 선택 신호가 수신될 경우, 기준 임피던스 회로(3330)와 전기적으로 연결된다. 이 후, 스위칭부(3312)는 증폭 전력을 기준 임피던스 회로(3330)에 제공한다.
도 7에서 상술된 제 6 임피던스(Zp) 산출 방식과 동일하게, 전력 검출부(3130)는 배터리(3320)의 충전량을 파악할 수 있다. 따라서, 제 6 임피던스(Zp)를 산출하는 방식에 관해서는 생략된다.
또한, 실시 예에 있어서, 도 8에 도시된 기준 임피던스 회로(3330)가 하나로 구성되었으나, 이에 한정되지 않으며 복수개로 구성될 수 있다. 즉, 기준 임피던스 회로(3330)가 복수개로 구성됨에 따라, 매질층의 변화에 따른 합성 임피던스(Zf, 도6 참조)의 정확한 값이 얻어질 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1100: 전원부 1300: 충전부
1110: 전원 발생부 1310: 충전 제어부
1120: 전력 증폭부 1320: 배터리
1130: 전력 검출부
1200: 전력 전송부
1210: 무선 전력 송신부
1220: 무선 전력 수신부

Claims (16)

  1. 증폭 전력을 생성하는 전원부;
    상기 증폭 전력을 수신하여 무선 전력으로 변환하는 무선 전력 송신부;
    상기 무선 전력을 수신하여 충전 전력으로 변환하는 무선 전력 수신부; 및
    상기 충전 전력을 수신하는 충전부를 포함하되,
    상기 충전부는 상기 충전 전력이 저장되는 배터리를 포함하고, 상기 전원부는 상기 증폭 전력의 증폭 전압 및 증폭 전류에 기반하여 상기 배터리의 충전량을 파악하는 전력 검출부를 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신부 및 상기 무선 전력 수신부 사이에 매질층이 제공되는 무선 전력 전송 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충전부는,
    상기 무선 전력 수신부로부터 상기 충전 전력을 수신하여 직류 전력로 변환하는 충전 제어부를 더 포함하고,
    상기 배터리는 상기 충전 제어부로부터 상기 직류 전력에 의해 충전되는 무선 전력 전송 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력 검출부는 상기 무선 전력 송신부, 상기 무선 전력 수신부, 상기 충전 제어부, 및 상기 매질층의 각 임피던스가 합해진 합성 임피던스를 측정하는 무선 전력 전송 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전원부는,
    공급 전력을 생성하는 전원 발생부; 및
    상기 공급 전력을 수신하여 상기 증폭 전력으로 증폭시키는 전력 증폭부를 더 포함하되,
    상기 전력 검출부는 상기 전력 증폭부로부터 출력된 상기 증폭 전압 및 상기 증폭 전류에 기반하여 공급 임피던스를 산출하고, 상기 공급 임피던스 및 상기 합성 임피던스를 기반으로 상기 배터리의 임피던스를 산출하고,
    상기 공급 임피던스는 상기 합성 임피던스 및 상기 배터리의 임피던스의 합에 대응하는 무선 전력 전송 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전부는,
    기준 임피던스 회로;
    상기 무선 전력 수신부와 전기적으로 연결되며, 미리 설정된 주기에 응답하여 제 1 및 제 2 선택 신호들을 생성하고, 상기 제 1 및 제 2 선택 신호들에 응답하여 상기 배터리 및 상기 기준 임피던스 회로 중 어느 하나에 상기 충전 전력을 출력하는 충전 제어부를 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 회로는 서로 다른 값들을 갖는 복수의 기준 임피던스 회로들을 포함하고,
    상기 제 1 선택 신호에 응답하여, 상기 충전 전력은 상기 복수의 기준 임피던스 회로들 중 하나로 출력되는 무선 전력 전송 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    미리 설정된 주기에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 선택 신호들을 생성하는 스위칭 제어부; 및
    상기 제 1 및 제 2 선택 신호들에 응답하여 상기 배터리 및 상기 기준 임피던스 회로 중 어느 하나에 상기 충전 전력을 출력하는 스위칭부를 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    미리 설정된 주기에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 선택 신호들을 생성하는 스위칭 제어부; 및
    상기 제 1 및 제 2 선택 신호들에 응답하여 상기 배터리 및 상기 기준 임피던스 회로 중 어느 하나에 상기 충전 전력을 출력하는 스위칭부를 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
    제 6 항에 있어서,
    상기 전력 검출부는, 상기 제 2 선택 신호에 응답하여 상기 충전 전력이 상기 기준 임피던스 회로에 제공될 경우, 상기 무선 전력 송신부, 상기 무선 전력 수신부, 상기 충전 제어부, 및 상기 매질층의 각 임피던스가 합해진 합성 임피던스를 산출하는 무선 전력 전송 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 검출부는, 상기 전력 증폭부로부터 출력된 상기 증폭 전압 및 상기 증폭 전류에 기반하여 공급 임피던스를 산출하고, 상기 제 1 선택 신호에 따라 상기 충전 전력이 상기 배터리에 제공될 경우, 상기 합성 임피던스 및 상기 공급 임피던스에 기반하여 상기 배터리의 임피던스를 산출하되,
    상기 공급 임피던스는 상기 합성 임피던스 및 상기 배터리의 임피던스의 합에 대응하는 무선 전력 전송 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 회로의 정보는 상기 전력 검출부에 미리 저장되는 무선 전력 전송 시스템.
  12. 공급 전력을 생성하는 전원 발생부;
    상기 공급 전력을 증폭하여 증폭 전력을 출력하는 전력 증폭부;
    상기 전력 증폭부와 전기적으로 연결되며, 상기 증폭 전력을 수신하여 무선 전력으로 변환하고, 상기 변환된 무선 전력을 외부로 출력하는 무선 전력 송신부; 및
    상기 전력 증폭부로부터 출력된 상기 증폭 전력의 증폭 전압 및 증폭 전류의 변화에 기반하여, 상기 무선 전력의 출력을 조절하는 전력 검출부를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급 전력에 응답하여 커넥트 신호를 생성하는 무선 제어부; 및
    상기 커넥트 신호를 수신하고, 상기 수신된 커넥트 신호를 외부로 출력하는 무선 송신부를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  14. 기준 임피던스 회로;
    배터리;
    외부로부터 무선 전력을 수신하고, 상기 수신된 무선 전력을 충전 전력으로 변환하여 출력하는 무선 전력 수신부;
    상기 무선 전력 수신부와 전기적으로 연결되고, 제 1 선택 신호에 응답하여 상기 배터리에 상기 충전 전력을 출력하며, 제 2 선택 신호들에 응답하여 상기 기준 임피던스 회로에 상기 충전 전력을 출력하는 충전 제어부를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    외부로부터 커넥트 신호를 수신하는 무선 수신부;
    상기 커넥트 신호에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 선택 신호들을 생성하는 무선 제어부; 및
    상기 제1 및 제2 선택 신호들에 응답하여 상기 충전 전력을 상기 기준 임피던스 회로 및 상기 배터리 중 어느 하나에 상기 충전 전력을 출력하는 스위칭부를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    미리 설정된 주기에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 선택 신호들을 생성하는 스위칭 제어부; 및
    상기 제1 및 제2 선택 신호들에 응답하여 상기 충전 전력을 상기 기준 임피던스 회로 및 상기 배터리 중 어느 하나에 상기 충전 전력을 출력하는 스위칭부를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
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