KR20160061837A - 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치 - Google Patents

전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치에 관한 것으로서, 무선으로 전력을 공급할 수 있도록 본체에 마련된 제1코일을 통해 상기 본체와 분리된 휴대 전자기기에 마련된 제2코일로 전자기 유도에 의해 무선 전력을 전송하는 전자기 유도방식 무선전력 시스템에서, 제1코일을 통해 공급되는 제1전류와, 제1전압을 각각 검출하는 메인 검출부와, 제2코일을 통해 유기되어 상기 휴대기기에 공급되는 제2전류와, 제2전압을 각각 검출하는 서브 검출부와, 메인 검출부에서 검출된 제1전류 및 제2전압으로부터 송신전력을 산출하고, 서브 검출부에서 검출된 제2전류 및 제2전압으로부터 수신전력을 산출하여, 송신전력과 수신전력의 비율에 대응되는 본체로부터 휴대기기로의 전력전송효율을 산출하고, 산출결과를 표시하는 전송효율 산출부를 구비한다. 이러한 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치에 의하면, 무선 전력전송 효율정보를 제공할 수 있어 전력이용 효율을 높일 수 있도록 사용자의 관리를 유도할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치{monitoring apparatus of wireless power transmission using electromagnetic induction}
본 발명은 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 무선전력 커플링 효율에 관한 정보를 제공해줄 수 있도록 된 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치에 관한 것이다.
무선 전력 전송은 유선으로 된 전력선 대신 무선으로 휴대용 전기기기로 전원을 공급하는 기술을 말하며, 휴대 전자기기 예를 들면 가전기기 등을 충전하기 위해서 전원 콘센트로부터 가전기기 또는 충전기기로 유선으로 된 전원 케이블을 연결하지 않고도 무선으로 충전할 수 있다는 장점 때문에 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
최근 IT기술 발전과 함께 다양한 휴대용 전자기기 제품이 출시되어 각 개인이 소유하고 휴대하는 모바일 기기의 수량이 증가하면서 태블릿을 포함하는 모바일 기기가 데스크톱 컴퓨터를 대체하는 방향으로 기술이 발전하고 있다.
이러한 휴대용 전자기기 제품의 다양화, 복잡화에 따라 기기(device)의 전원 충전이 문제되고, 휴대기기뿐 아니라 생활가전제품, 자동차, 생체부품 및 의료기기 역시 무선으로 데이터 전송이 가능함에도 전력 문제 때문에 기기간 전원 선이 항상 구비되어야 한다.
최근 들어 전선을 사용하지 않고 전력을 공급할 수 있는 기술로서 무선전력전송(wireless power transmission)기술이 제시되는 바, 무선전력전송 기술은 현재 사용되고 있는 유선 충전 시스템에 비해 에너지를 보다 쉽게 공급할 수 있다.
예를 들어 전력전송의 무선화에 따라 언제 어디서나 충전이 가능해지고, 별개의 유선 전원이 없어도 기기 간 전원 공유가 가능한 환경이 구축될 수 있다. 또한, 폐 건전지로부터 생길 수 있는 자연 또는 환경 오염을 방지할 수 있다.
또한, 모바일 기기는 휴대성을 위해 일반적으로 크기가 작고 무게가 가벼워 사용자의 편의에 따라 기기의 위치나 각도를 변경하면서 사용하는 것이 일반적이다. 따라서 사용자의 편의성을 고려하여 모바일 기기의 위치나 각도를 변경하여도 항상 최적의 전력을 전송할 수 있으며 무선전력전송의 효율이 유지될 수 있는 기술이 요구된다.
무선 전력 전송의 주요 기술방식에는 전자기 유도 방식, 자기 공명 방식, 전자기파 방식이 있으며, 음파, 레이저를 이용하는 방식 등 다양한 기술이 존재한다.
전자기 유도 방식의 경우 국내 공개특허 제10-2014-0003153호 등 다양하게 게시되어있다
그런데, 이러한 전자기 유도 방식의 경우 전력을 송신하는 본체와, 본체와 이격되어 전력을 수신하는 전자기기와의 커플링 효율은 사용자의 배치조작 등 다양한 원인에 의해 가변될 수 있다.
따라서, 무선 전력전송에 대한 커플링 효율을 모니터링하여 사용자에게 전력전송 효율을 확인할 수 있게 정보를 제공하고, 송전과 수전 스테이지의 포지셔닝의 이해를 통해 사용자의 수동조절을 유도할 수 있도록 하면서, 가시적으로 제공되는 무선전력전송에 대한 정보를 통해 사용자에게 인터페이스 정보를 제공할 수 있는 유저 인터페이스를 활용한 수준 높은 전력전송장치가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 무선전력 전송시 커플링 효율을 모니터링하여 사용자에게 제공할 수 있는 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치는 무선으로 전력을 공급할 수 있도록 본체에 마련된 제1코일을 통해 상기 본체와 분리된 휴대 전자기기에 마련된 제2코일로 전자기 유도에 의해 무선 전력을 전송하는 전자기 유도방식 무선전력 시스템에 있어서, 상기 제1코일을 통해 공급되는 제1전류와, 제1전압을 각각 검출하는 메인 검출부와; 상기 제2코일을 통해 유기되어 상기 휴대기기에 공급되는 제2전류와, 제2전압을 각각 검출하는 서브 검출부와; 상기 메인 검출부에서 검출된 제1전류 및 제2전압으로부터 송신전력을 산출하고, 상기 서브 검출부에서 검출된 제2전류 및 제2전압으로부터 수신전력을 산출하여, 상기 송신전력과 상기 수신전력의 비율에 대응되는 상기 본체로부터 휴대기기로의 전력전송효율을 산출하고, 산출결과를 표시하는 전송효율 산출부;를 구비한다.
바람직하게는 상기 서브검출부에서 검출된 제2전류 및 제2전압 값을 수신하여 무선으로 상기 전송효율 산출부에 전송하는 무선 전송부;를 구비하고, 상기 무선 전송부는 상기 휴대 전자기기의 상기 제2코일을 통해 전력이 유기되면 가동될 수 있게 상기 제2코일에 유기된 전력을 정류하년 교류-직류 정류부의 출력단과 접속되어 가동되도록 구축된다.
또한, 상기 무선 전송부는 전송정보를 광신호로 출사하고, 상기 전송효율 산출부는 상기 무선 전송부로부터 전송된 광신호를 수신하여 처리할 수 있도록 된 것이 바람직하다.
또한, 상기 전송효율 산출부는 산출된 전력전송효율이 설정된 제1기준값 이하이면 경고신호를 출력부를 통해 출력하도록 구축된다.
본 발명에 따른 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치에 의하면, 무선 전력전송 효율정보를 제공할 수 있어 전력이용 효율을 높일 수 있도록 사용자의 관리를 유도할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 일부 부분을 상세하게 도시한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 일부 부분을 상세하게 도시한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치는 제1코일(61)을 통해 전력을 송신하는 본체(10)와, 본체(10)의 제1코일(61)과 커플링되는 제2코일(62)을 통해 유도된 전력을 수신하는 휴대 전자기기(20)를 구비한다.
참고도 도 1에서는 본체(10)의 제1코일(61)에 대해 휴대 전자기기(20)의 제2코일(62)의 상호 오버랩되게 배치되는 통상의 구조로 표기하였고, 도 2에서는 등가회로로 표기하였다.
본체(10)는 교류-직류(AC-DC) 컨버터(11), 직류-교류(DC-AC) 인버터(13) 및 제1코일(61)을 구비한다.
교류-직류 컨버터(13)는 상용 교류전원(11)으로 공급되는 교류를 직류로 변환한다.
직류-교류 인버터(15)는 교류-직류 컨버터(13)에 의해 생성된 직류를 제1코일(61)로 이어지는 전력공급라인을 스위칭에 의해 제1코일(61)로 전력을 공급한다.
직류-교류 인버터(15)는 제1코일(61)로 이어지는 전류도통경로상에 마련된 전자 스위치(미도시) 소자 예를 들면, 전력스위칭용 트랜지스터를 설정된 구동 듀티로 스위칭하면서 전력을 공급하는 구조 등 공지된 다양한 방식을 적용할 수 있다.
휴대 전자기기(20)는 본체(10)와 분리된 기기로서, 제2코일(62)을 본체(10)의 제1코일(61)과 전자기 유도에 의해 커플링 되게 배치하여 전송되는 전력을 수신할 수 있도록 되어 있다.
휴대 전자기기(20)는 제2코일(62)을 통해 유기된 전력을 정류하여 직류로 변환하는 교류-직류(AC-DC) 정류부(23)와, 교류-직류 정류부(23)에서 정류되어 생성된 직류를 공급받아 이용하는 부하(25)를 구비한다.
여기서 부하(25)는 적용되는 휴대 전자기기에 따라 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.
이러한 무선 전력 전송시스템에서 본 모니터링 장치(100)는 메인 검출부(110), 전송효율 산출부(120), 표시부(130), 서브 검출부(150) 및 무선 전송부(160)를 구비한다.
메인 검출부(110)는 본체(10)의 제1코일(61)을 통해 공급되는 제1전류와, 제1전압을 각각 검출한다.
즉, 메인 검출부(110)는 제1전류검출기(111), 제1전압검출기(113) 및 제1아날로그-디지털(ADC) 변환기(115)를 구비한다.
제1전류 검출기(111)는 제1코일(61)을 통해 흐르는 전류를 검출할 수 있도록 전류도통경로상에 설치되어 있다.
제1전압검출기(113)는 제1코일(61) 양단의 제1전압을 검출하도록 구축되어 있다.
제1아날로그-디지털 변환기(115)는 제1전류검출기(111), 제1전압검출기(113)에서 검출되어 출력되는 제1전류와 제1전압을 디지털 값으로 변환하여 전송효율 산출부(120)에 제공한다.
한편, 휴대 전자기기(20)에는 서브 검출부(150), 무선 전송부(160)를 구비한다.
서브 검출부(150)는 제2코일(162)을 통해 유기되어 휴대 전자기기(20)에 공급되는 제2전류와, 제2전압을 각각 검출한다.
서브 검출부(150)는 제2전류검출기(152), 제2전압검출기(154) 및 제2아날로그-디지털(ADC) 변환기(155)를 구비한다.
제2전류 검출기(152)는 제2코일(162)을 통해 흐르는 전류를 검출할 수 있도록 전류 도통경로상에 설치되어 있다.
제2전압검출기(154)는 제2코일(162)로부터 브리지 다이오드를 거쳐 정류된 전압을 검출하도록 설치되어 있다.
제2아날로그-디지털 변환기(155)는 제2전류검출기(152), 제2전압검출기(154)에서 검출되어 출력되는 제2전류와 제2전압을 디지털 값으로 변환하여 무선전송부(160)에 제공한다.
무선 전송부(160)는 서브검출부(150)에서 검출되어 디지털 변환되어 수신된 제2전류 및 제2전압 값을 무선으로 전송효율 산출부(120)에 전송한다.
무선 전송부(160)는 도시된 바와 같이 휴대 전자기기(20)의 제2코일(62)을 통해 전력이 유기되면 가동될 수 있게 제2코일(62)에서 유기된 전력을 공급받을 수 있도록 접속되어 있다.
즉, 무선 전송부(160)는 제2코일(62)에 유기된 전력을 전파정류하여 직류로 생성하는 교류-직류 정류부(23)의 출력단과 자신의 전력인입단(162)이 접속되어 제2코일(62)로 전력이 유기될 때만 전력을 공급받아 가동될 수 있도록 되어 있다.
따라서, 무선 전송부(160)는 제1코일(61)에 대해 제2코일(62)이 전자기 유도에 의해 전력을 수신할 수 있도록 배치되지 않은 상태에서는 가동되지 않는다.
무선 전송부(160)는 전송정보를 광신호로 출사하도록 광신호 출력단(164)이 마련되어 있다.
또한, 후술되는 전송효율 산출부(120)는 무선 전송부(160)로부터 전송된 광신호를 수신하는 광수신단(122)이 마련되어 수신된 광신호를 처리할 수 있도록 구축되어 있다.
전송효율 산출부(120)는 메인 검출부(110)에서 검출된 제1전류 및 제2전압으로부터 송신전력을 산출하고, 서브 검출부(150)로부터 검출되어 무선전송부(160)를 통해 전송된 제2전류 및 제2전압으로부터 수신전력을 산출하여, 송신전력과 수신전력의 비율에 대응되는 본체(10)로부터 휴대 전자기기(20)로의 전력전송효율을 산출하고, 산출결과를 표시부(130)를 통해 표시한다.
여기서 표시부(130)는 출력부로서 적용된 것이다.
바람직하게는 전송효율 산출부(120)는 산출된 전력전송효율이 설정된 제1기준값 이하이면 경고신호를 출력부로 적용된 표시부(120)를 통해 표시한다.
여기서 제1기준값은 일 예로서 백분율로 표시하는 경우 50%로 등 적절하게 적용하면 된다.
이러한 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치(100)에 의하면, 무선 전력전송 효율정보를 제공할 수 있어 전력이용 효율을 높일 수 있도록 사용자의 관리를 유도할 수 있는 장점을 제공한다.
예를 들면, 본체(10) 위에 휴대 전자기기(20)를 올려 높으면 본체(10)에 마련된 제1코일(61)과 휴대 전자기기(20)에 마련된 제2코일(62)이 전자기 유도에 의해 커플링되도록 구축된 경우 사용자는 휴대 전자기기(20)로 무선전력을 수신하여 충전하고자 본체(10) 위에 휴대 전자기기(20)를 올려놓고, 본체(10)에 마련된 표시부(130)를 통해 표시되는 전력전송효율이 안내된 최적 효율에 미치지 않으면 최적효율에 도달하도록 휴대 전자기기(20)의 커플링 위치를 조정하여 전력변환효율을 최적화하도록 조정할 수 있다.
10: 본체 20: 휴대 전자기기
110: 메인 검출부 120: 전송효율 산출부
130: 표시부 150: 서브 검출부
160: 무선 전송부

Claims (4)

  1. 무선으로 전력을 공급할 수 있도록 본체에 마련된 제1코일을 통해 상기 본체와 분리된 휴대 전자기기에 마련된 제2코일로 전자기 유도에 의해 무선 전력을 전송하는 전자기 유도방식 무선전력 시스템에 있어서,
    상기 제1코일을 통해 공급되는 제1전류와, 제1전압을 각각 검출하는 메인 검출부와;
    상기 제2코일을 통해 유기되어 상기 휴대기기에 공급되는 제2전류와, 제2전압을 각각 검출하는 서브 검출부와;
    상기 메인 검출부에서 검출된 제1전류 및 제2전압으로부터 송신전력을 산출하고, 상기 서브 검출부에서 검출된 제2전류 및 제2전압으로부터 수신전력을 산출하여, 상기 송신전력과 상기 수신전력의 비율에 대응되는 상기 본체로부터 휴대기기로의 전력전송효율을 산출하고, 산출결과를 표시하는 전송효율 산출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서브검출부에서 검출된 제2전류 및 제2전압 값을 수신하여 무선으로 상기 전송효율 산출부에 전송하는 무선 전송부;를 구비하고,
    상기 무선 전송부는 상기 휴대 전자기기의 상기 제2코일을 통해 전력이 유기되면 가동될 수 있게 상기 제2코일에 유기된 전력을 정류하년 교류-직류 정류부의 출력단과 접속되어 가동되도록 된 것을 특징으로 하는 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 무선 전송부는 전송정보를 광신호로 출사하고, 상기 전송효율 산출부는 상기 무선 전송부로부터 전송된 광신호를 수신하여 처리할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전송효율 산출부는 산출된 전력전송효율이 설정된 제1기준값 이하이면 경고신호를 출력부를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도방식 무선전력 전송 상태 모니터링 장치.
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