KR20170061787A - 무선 전력 전송 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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KR20170061787A
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Abstract

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 역률 보상 회로 및/또는 인버터를 이용하여 제어된 전력을 무선으로 전송함으로써, 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하기 위한 무선 송전 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치는, 무선 전력 전송에 있어서 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 역률 보상 회로; 상기 직류 전력을 입력으로 하여 스위칭 주파수 및 듀티를 가변하는 인버터; 상기 인버터에 의해 구동되어 자기장을 발생시키는 송전 코일부; 및 상기 인버터의 스위칭 주파수를 가변하여 수전단 코일에 유기되는 전압의 크기를 제어하고, 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 해당하는 것을 확인하는 경우, 상기 역률 보상 회로를 제어하여 상기 인버터에 입력되는 직류 전력의 크기를 제어함으로써, 상기 자기장을 통해 전송되는 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전 코일부에 유기되는 전압을 제어하도록 처리하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 그 동작 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTING DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 무선 수전 장치의 수전단 전압을 제어하는 무선 전력 전송 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
휴대 전화와 같은 소형 장치에서 자동차, 선박, 항공기와 같은 대형 장치의 배터리를 충전하기 위한 방법으로 무선 충전 기술이 제공되고 있다. 일반적으로, 전기 자동차의 배터리를 충전함에 있어서, 무선 송전 장치의 송전 코일부와 무선 수전 장치의 수전 코일부 사이에 형성되는 결합 계수, 전압 전달비와 다양한 같은 조건에 기반하여 수전단에 유기되는 전압이 결정된다.
일반적으로, 전기 자동차의 무선 충전에 있어서, 수전단 전압을 적절하게 유지하기 위한 방법으로, 스위칭 주파수를 가변하는 방법이 사용되고 있다. 하지만, 자동차 기술자 협회(Society of Automotive Engineers, SAE)에서는 현재 잠정적으로 전기 자동차 무선 충전기의 동작 주파수 대역에 대한 규격을 85kHz 내외(정확하게는 81.38kHz~90.00kHz)로 정하고 있다. 따라서, 본 규격을 따르는 경우, 전기 자동차의 무선 충전에 있어서 수전단 전압의 제어는 송전단의 스위칭 주파수를 81.38kHz~90.00kHz 범위 내에서 조절함으로써 이루어지게 된다.
따라서, 수전단 전압의 제어 범위는 상기 동작 주파수 가변 범위로 제한되는데, 송전단 코일과 수전단 코일의 사양, 송전단과 수전단 사이의 이격 거리, 송전단과 수전단의 정렬 상태, 수전단의 부하 조건 등에 의해서 상기 범위내에서의 동작주파수 가변만으로는 수전단 전압을 적절하게 유지할 수 없는 경우가 발생하고 이에 따라 무선 전력 전송 효율이 저하되거나 원활한 전력 전송이 불가할 수도 있다.
특허문헌 제10-2014-0129916호는 무선 전력 전송 방법에 관한 것으로, 특정 주파수의 전력을 발진하는 발진기; 디지털 제어 신호 및 아날로그 제어 신호에 따라 증폭비가 조정되고, 상기 특정 주파수의 전력을 상기 증폭비로 증폭시켜 전송 전력을 출력하는 증폭 회로, 상기 전송 전력의 전압값 또는 전류 값을 감지하는 센서, 상기 센서의 감지 결과 및 기준값의 크기를 비교하고 상기 비교 결과에 따라 상기 디지털 제어 신호를 출력하고 상기 디지털 제어 신호에 따른 상기 증폭비의 조정이 완료되면 아날로그 제어 시작 신호를 생성하는 디지털 제어기 및 상기 아날로그 제어 시작 신호에 의해 활성화되고 상기 센서의 감지 결과 및 상기 기준값의 차이에 기초하여 상기 아날로그 제어 신호를 출력하는 아날로그 제어기를 포함하는 증폭기; 및 상기 전송 전력을 이용하여 자기장을 방사하는 전송 안테나;를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 개시하고 있다.
상술한 바에 따르면, 신속하고 정밀하게 전송 전력을 증폭시킴으로써, 원하는 전력을 전송하며, 전송 전력의 전력 특성을 이용하여 인가된 전원을 이용하여 전송 전력을 증폭시키는 때의 증폭비를 신속하고 정밀하게 정합할 수 있다.
하지만, 상술한 바에 따르면, 무선 전력 충전 시스템에서 출력 효과를 높이기 위하여 전력을 증폭하여 전송하는 경우, 증폭된 전력을 수신하는 무선 수전 장치 측에서도 증폭된 전력을 처리하기 위한 설비를 구비하여야 함으로 비용의 증가와 증폭된 설비가 구비되지 않은 무선 수전 장치의 과부하를 야기할 수 있다.
제10-2014-0129916호 (공개특허공보)
따라서, 상술된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치에서 별도의 큰 비용을 들이지 않고 효과적으로 수전단에 유기되는 전압을 적절한 범위로 제어하며, 다양한 조건에서 전기 자동차 무선 충전이 가능하도록 함과 동시에 전력 전송 효율을 높일 수 있는 장치 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치는, 무선 전력 전송에 있어서 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 역률 보상 회로; 상기 직류 전력을 입력으로 하여 스위칭 주파수 및 듀티를 가변하는 인버터; 상기 인버터에 의해 구동되어 자기장을 발생시키는 송전 코일부; 및 상기 인버터의 스위칭 주파수를 가변하여 상기 자기장을 통해 전송되는 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전 코일부에 유기되는 전압의 크기를 제어하고, 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 해당하는 것을 확인하는 경우, 상기 역률 보상 회로를 제어하여 상기 인버터에 입력되는 직류 전력의 크기를 제어함으로써, 상기 수전 코일부에 유기되는 전압을 제어하도록 처리하는 제어기;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 역률 보상 회로의 제어를 통해 상기 인버터 입력 전원의 크기를 제어하도록 처리함으로써, 상기 송전 코일부 및 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부의 전압 전달비를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는 상기 스위칭 주파수가 한계 값에 도달한 경우에도 상기 수전 코일부의 상기 유기되는 전압이 지정된 범위 내의 전압으로 제어되지 않는 경우, 상기 역률 보상 회로를 통하여 상기 인버터의 입력 전압의 크기를 제어하도록 처리할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 수전 장치와 통신하는 통신 인터페이스를 더 포함하고, 상기 제어기는, 통신 인터페이스를 통해서 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하도록 처리할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수와 상기 역률 보상 회로의 출력 전압을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치는, 무선 전력 전송에 있어서 직류 전력을 입력으로 하여 스위칭 주파수 및 듀티를 가변하는 인버터; 상기 인버터에 의해 구동되어 자기장을 발생시키는 송전 코일부; 및 상기 인버터를 통하여 제어되는 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 도달한 경우에도 상기 자기장을 통해 전송되는 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전 코일부에 유기되는 전압의 크기가 지정된 범위 내의 전압으로 제어되지 않은 경우, 상기 인버터를 통하여 상기 듀티를 가변함으로써 상기 수전단 코일부에 유기되는 전압의 크기를 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 듀티를 제어함으로써 상기 송전 코일부와 상기 수전 코일부의 전압 전달비를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내의 스위칭 주파수로 제어하고, 상기 듀티를 제어하도록 처리할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 수전 장치와 통신하는 통신 인터페이스를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 통신 인터페이스를 통하여 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하도록 처리할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수 혹은 듀티를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 인버터의 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 도달했는지의 여부를 판단하는 단계; 상기 스위칭 주파수가 상기 한계 값에 도달한 것을 확인하는 경우, 역률 보상 회로를 통하여 송전단 출력 전압을 제어하는 단계; 상기 제어된 송전단 출력 전압을 입력으로 하는 인버터의 스위칭을 통해 송전 코일부에서 자기장을 발생시키는 단계; 및 상기 발생된 자기장에 기반하여 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 송전단 출력 전압을 제어함으로써 상기 송전 코일부와 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부 사이의 전압 전달비를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 송전단 출력 전압을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 인버터의 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 도달했는지의 여부를 판단하는 단계; 상기 스위칭 주파수가 상기 한계 값에 도달한 것을 확인하는 경우, 상기 인버터의 듀티 제어를 통하여 송전 코일부에 인가되는 전압을 제어하는 단계; 및 상기 듀티가 제어된 전력을 상기 송전 코일부를 통하여 무선으로 전송함으로써, 상기 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 듀티를 제어함으로써, 상기 송전 코일부 및 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부의 전압 전달비를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 스위칭 주파수가 상기 한계 값에 도달한 것을 확인하는 경우, 상기 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 더 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 듀티를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선으로 전력을 전송하는 무선 송전 장치에서 역률 및 듀티가 제어된 전력을 전송함으로써, 설계 및 제작 사양이 일치하지 않는 무선 수전 장치의 회로 파손 또는 전력 전송 효율의 저하를 개선할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선으로 전력을 전송하는 무선 송전 장치에서 역률 및 듀티가 제어된 전력을 전송함으로써, 설계 및 제작 사양이 일치하지 않는 무선 수전 장치의 동작 호환성을 개선할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선으로 전력을 전송하는 무선 송전 장치에서 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하기 위하여, 스위칭 주파수를 제어하는 것에 한정하지 않고, 역률 및 듀티를 제어하는 방법을 병행함으로써, 수전단 출력 전압의 제어 범위를 확대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 송전 장치를 포함하는 무선 전력 충전 시스템의 전력 전송 및 네트워크 환경을 도시할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 송전 시스템에서 무선 수전 시스템으로 전력을 전송하는 구조의 개략적인 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 송전 시스템에서 무선 수전 시스템으로 전력을 전송하는 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 송전 시스템에서 전력을 전송하는 상황을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 송전 장치에서 송전 전력을 제어하는 동작의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 송전 장치에서 송전단 입력 전압 및/또는 듀티를 제어하는 동작의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 다양한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 특정 실시 예가 도면에 예시되고, 관련된 상세한 설명이 기재될 수 있다, 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, '또는', '적어도 하나' 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 'A 또는 B', 'A 및 B 중 적어도 하나'는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수도 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, '제1', '제2', '첫째', '둘째' 등의 표현은 다양한 구성 요소들을 수식할 수 있지만, 반드시 해당 구성 요소의 순서, 또는 중요도 등을 의미하는 것으로 한정하지 않는다. 예를 들어, 제1 장치와 제2 장치는 모두 장치이며 서로 다른 장치를 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않는 경우, 제1 장치의 구성, 기능, 동작 등의 요소가 제2 장치와 동일 또는 유사한 경우, 제1 장치는 제2 장치로 명명될 수 있고, 유사하게, 제2 장치 또한 제1 장치로 명명될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결'되어 있다거나 '접속'되어 있다고 언급된 경우, 구성 요소들은 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수 있지만, 구성 요소들 사이에 적어도 하나의 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결'되어 있다거나, '직접 접속'되어 있다고 언급된 경우, 구성 요소들 사이는 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용되는 용어들은 특정일 실시 예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다른 것으로 명시되지 않는 한 복수의 표현을 포함할 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 장치(또는 전자 장치)는 명백한 한정 사항을 기재하고 있지 않는 한 동일 또는 유사한 다른 형태의 장치로 대체될 수 있음은 자명하다, 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자 장치는 기재된 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 기재된 장치들 중 적어도 일부, 또는 장치의 기능 중 적어도 일부를 포함하는 구조물로 제공될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 대해서 살펴본다. 다양한 실시 예에서 '사용자'라는 용어를 기재하는 경우, 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다. 더하여, 전자 장치는 사용자의 신체 일부에 부착되거나 착용될 수 있고, 이 상태에서 사용자는 사용자 또는 착용자로 지칭될 수 있다. 전자 장치는 사용자의 신체 일부에 부착되거나 착용되는 장치인 경우, 웨어러블 전자 장치(또는 웨어러블 장치)로 지칭할 수 있다. 또한, 사용자가 어떤 전자 장치를 착용 또는 파지하고 있는 상태에서, 그 장치는 사용자 장치로 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 송전 장치(101)를 포함하는 무선 전력 충전 시스템(100)의 전력 전송 및 네트워크 환경을 도시할 수 있다. 여기에서, 무선 전력 충전 시스템(100)은, 무선 송전 장치(101)가 전송하는 전력을 수신(수전)하는 무선 수전 장치(180)을 더 포함할 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 전원(예: 송전탑)으로부터 수신하는 전력을 적어도 하나의 무선 수전 장치(180)로 전송하는 장치일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 충전 장치(101)는 전력 충전소의 충전 장치로 제공되거나, 또는 충전 장치에 포함되어 제공될 수 있다. 하지만, 무선 송전 장치(101)를 제공함에 있어서, 전력 충전소의 충전 장치나, 충전 장치에 포함되어 제공하는 것에 한정하지 않고, 가정용 전자 장치의 충전 장치 또는 휴대용 무선 충전 장치와 같이 다양한 형태로 제공될 수 있음은 자명하다.
도 1을 참조하면, 무선 송신 장치(101)는 송전 회로부(110), 컨트롤러(또는, 제어기(120)), 메모리(130), 입출력 인터페이스(140), 디스플레이(150), 통신 인터페이스(160) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기에서, 전술한 구성 요소들은 버스를 통해서 서로 연결될 수 있고, 버스는 전술한 구성 요소들 간의 통신 신호(예: 제어 메시지)를 전달하는 회로로 제공될 수 있다.
송전 회로부(110)는, 전원으로부터 공급되는 전력을, 고주파의 교류 전력으로 변환할 수 있고, 변환된 전력을 송전 코일부(170)에 전송하기 위한 회로로 구성될 수 있다. 전원은, 송전 회로부(110)에 전력을 공급하는 전력원으로 구성될 수 있다. 또한, 전원은 무선 송전 장치(101)의 외부 전원이 사용될 수도 있고, 예를 들어, 가정용의 교류 전원이 사용될 수도 있다.
송전 회로부(110)는 역률 보상 회로(power factor corrector, PFC), 인버터(inverter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
송전 회로부(110)는 전원으로부터 공급되는 전력을 송전 코일부(170)에 전송함에 있어서, 역률 보상 회로 및/또는 인버터에 기반하여 송전단 입력 전압(VDC, 또는 송전단 인버터 입력 전압), 듀티(duty, D, 듀티비, 스위칭 듀티, 또는 스위칭 듀티비) 및/또는 주파수(예: 스위칭 주파수, fSW)가 제어된 전력을 전송할 수 있다.
여기에서, 송전 코일부(170) 및 수전 코일부(181)는 지정된 주파수 범위(예: 85kHz)에서 공진하도록 제작될 수 있고, 스위칭 주파수를 제어하여 지정된 주파수 범위(예: 85kHz)에서 공진하도록 동작할 수 있다. 이 때, 송전 코일부(170)는 송전 회로부(110)에 포함된 인버터를 통하여 지정된 자기장을 발생하도록 구동될 수 있다.
여기에서, 송전단 입력 전압(VDC)을 제어하는 것은, 역률 보상 회로를 통해서 역률을 제어하는 것으로 설명할 수 있다. 또한, 듀티를 제어하는 것은, 전원으로부터 제공되는 전력의 전압 및/또는 전류의 위상을 제어하는 것으로 설명할 수 있다.
제어기(120)는, 예를 들면, 전술한 적어도 하나의 다른 구성 요소들(예: 송전 회로부(110), 메모리(130), 입출력 인터페이스(140), 디스플레이(150), 통신 인터페이스(160))로부터 데이터를 수신하여, 수신된 명령을 해독하고, 해독된 명령에 따른 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
제어기(120)는, 무선 송전 장치(101)에 포함된 적어도 하나의 구성 요소, 예를 들어, 송전 회로부(110), 메모리(130), 입출력 인터페이스(140), 디스플레이(150) 및 통신 인터페이스(160) 중 적어도 하나를 제어할 수 있고, 무선 송전 장치(101)를 구성하는 적어도 하나의 인터페이스를 통해서 지정된 명령에 따른 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
한 실시 예에 따르면, 제어기(120)는 하나 이상의 어플리케이션 프로세서(AP: application processor) 및/또는 하나 이상의 마이크로 컨트롤러(MCU: micro controller unit))로 구성될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 제어기(120)는 하나 이상의 마이크로 컨트롤러로 제공되거나, 하나 이상의 마이크로 컨트롤러와 기능적으로 연결될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어기(120)가 AP와 MCU로 구분되는 경우, AP와 MCU는 하나의 IC 패키지에 포함될 수 있고, 별도로 구성되어 서로 다른 IC 패키지 내에 각각 포함될 수 있다. 한 실시 예에 따르면, MCU는 AP의 IC 패키지에 포함되어 하나의 IC 패키지로 구성될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, AP는 운영체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 AP에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성 요소들을 제어할 수 있고, 멀티미디어 데이터를 포함한 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. AP는, 예를 들면, SoC(system on chip) 로 구현될 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 제어기(120) 는 GPU(graphic processing unit, 미도시)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, MCU는 지정된 동작을 수행하도록 설정된 제어기(120)일 수 있다. 한 실시 예에 따르면, MCU는 하나 이상의 지정된 연동 장치들을 통해서 센싱 정보를 획득할 수 있고, 획득한 센싱 정보를 비교할 수 있고, 자동화 장치(101)의 데이터베이스(또는 메모리(130))를 참고하여 지정된 연동 장치의 동작 상태를 결정할 수 있다.
여기에서, AP 또는 MCU는 각각에 연결된 비휘발성 메모리 또는 다른 구성 요소 중 적어도 하나로부터 수신한 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드(load)하여 처리할 수 있다. 또한, AP 또는 MCU는 다른 구성 요소 중 적어도 하나로부터 수신하거나 다른 구성 요소 중 적어도 하나에 의해 생성된 데이터를 비휘발성 메모리(예: 메모리(130))에 저장(store)할 수 있다.
상술한 설명에 따르면, 제어기(120)는 AP 및 MCU를 구분하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 제어기(120)는 하나의 모듈로 구성되어, AP 및 MCU 중 적어도 하나의 동작을 수행할 수도 있을 것이다. 이하 설명에서 AP 및/또는 MCU는 제어기(120)로 지칭할 수 있다.
메모리(130)는, 제어기(120) 또는 다른 구성 요소들(예: 송전 회로부(110), 입출력 인터페이스(140), 디스플레이(150), 또는 통신 인터페이스(160) 등)로부터 수신되거나 제어기(120) 또는 다른 구성 요소들에 의해 생성된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(130)는, 예를 들면, 커널, 미들웨어, 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API: application programming interface) 및/또는 어플리케이션 등의 프로그래밍 모듈들을 포함할 수 있다. 상술한 각각의 프로그래밍 모듈들은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다.
메모리(130)는 메모리(130)는 네트워크 통신으로 연결된 적어도 하나의 외부 장치(예: 무선 수전 장치(180) 및/또는 외부 입출력 장치(103))로부터 수신한 제어 정보를 저장할 수 있고, 무선 송전 장치(101)의 동작에 대한 로그(log) 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 무선 송전 장치(101)는 구성 요소가 동작하는 상태의 로그를 기록할 수 있고, 및/또는 구성 요소 일부에 발생되는 에러를 검출하는 경우, 발생된 에러와 관련된 정보를 저장할 수 있다.
커널은 나머지 다른 프로그래밍 모듈들, 예를 들면, 미들웨어, API 또는 어플리케이션에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스(110), 제어기(120) 또는 메모리(130) 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널은 미들웨어, API 또는 어플리케이션이 무선 송전 장치(101)의 개별 구성 요소에 접근하여 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
미들웨어는 API 또는 어플리케이션이 커널과 통신하여 데이터를 주고받을 수 있도록 중개 역할을 수행할 수 있다. 또한, 미들웨어는 어플리케이션으로부터 수신된 작업 요청들과 관련하여, 예를 들면, 어플리케이션 중 적어도 하나의 어플리케이션에 무선 송전 장치(101)의 시스템 리소스(예: 버스(110), 제어기(120) 또는 메모리(130) 등)를 사용할 수 있는 우선 순위를 배정하는 등의 방법을 이용하여 작업 요청에 대한 제어(예: 스케쥴링 또는 로드 밸런싱)을 수행할 수 있다.
API는 어플리케이션이 커널 또는 미들웨어에서 제공되는 기능을 제어하기 위한 인터페이스로, 적어도 하나의 인터페이스 또는 함수(예: 명령어)를 포함할 수 있다.
어플리케이션은 무선 송전 장치(101)와 외부 장치(예: 무선 수전 장치(180) 및/또는 외부 입출력 장치(103)) 사이의 정보 교환과 관련된 어플리케이션일 수 있다. 정보 교환과 관련된 어플리케이션은, 예를 들어, 외부 장치에 특정 정보를 전달하기 위한 알림 전달(notification relay) 어플리케이션, 또는 외부 장치를 관리하기 위한 장치 관리(device management) 어플리케이션을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 어플리케이션은 외부 장치(예: 무선 수전 장치(180) 및/또는 외부 입출력 장치(103))의 속성(또는 종류)에 따라 추가적으로 지정된 어플리케이션을 포함할 수 있다.
어플리케이션의 일 실시 예에 따르면, 전력 처리 인터페이스(131)는 인버터로부터 확인된 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어났는지 여부를 판단하고, 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어난 것을 확인하는 경우, 역률 보상 회로를 통하여 송전단 입력 전압을 제어하고, 송전단 입력 전압이 제어된 전력을 전송함으로써, 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하도록 처리하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.
전력 처리 인터페이스(131)는 인버터로부터 확인된 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어났는지 여부를 판단하고, 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어난 것을 확인하는 경우, 인버터를 통하여 송전단 입력 전압을 제어하고, 듀티가 제어된 전력을 전송함으로써, 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하도록 처리하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.
입출력 인터페이스(140)은, 키 패드, 터치 스크린, 적어도 하나의 센서, 통신 인터페이스(160) 및/또는 입력 장치(예: 전원 스위치)를 통하여 입력된 명령 또는 데이터를 수신할 수 있다
일 실시 예에 따르면, 입출력 인터페이스(140)는, 입력된 명령 또는 데이터를 버스(110)를 통해 제어기(120), 메모리(130), 또는 디스플레이(150)에 전달할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 입출력 인터페이스(140)는, 제어기(120)에서 처리된 명령 또는 데이터를 버스(110)를 통해서 메모리(130)에 전송할 수 있고, 또는 디스플레이(150) 및/또는 통신 인터페이스(160)에 전송할 수 있다.
디스플레이(150)는 사용자에게 다양한 형식의 정보를 표시할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 디스플레이(150)는, 스틸 이미지(still image), 무빙 이미지 및/또는 텍스트와 같은 그래픽 인터페이스를 표시할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 디스플레이(150)은 입력 수단(예: 터치 펜, 전자 펜을 디스플레이(150)의 표면에 터치 또는 근접 터치하여 명령을 입력하는 터치 스크린으로 구성될 수도 있다.
통신 인터페이스(160)는 무선 송전 장치(101)와 외부 장치(예: 무선 수전 장치(180), 또는 서버(106)) 간의 통신을 연결할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 통신 인터페이스(160)는 무선 수전 장치(180)의 통신 인터페이스(187)을 통해서 통신할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 통신 인터페이스(160)은 무선 통신 또는 유선 통신을 통해서 네트워크 162에 연결되어 외부 장치와 통신할 수 있다.
무선 통신은, 예를 들어, Wifi(wireless fidelity), BT(Bluetooth), NFC(near field communication), GPS(global positioning system) 또는 cellular 통신(예: LTE, LTE-A, CDMA, WCDMA, UMTS, WiBro 또는 GSM 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유선 통신은, 예를 들어, USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard 232) 또는 POTS(plain old telephone service) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(160)는 하나의 integrated chip(IC) 또는 IC 패키지 내에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 네트워크 162는 통신 네트워크(telecommunications network)일 수 있다. 통신 네트워크는 컴퓨터 네트워크(computer network), 인터넷(internet), 사물 인터넷(internet of things) 또는 전화망(telephone network) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)와 외부 장치 간의 통신을 위한 프로토콜(예: transport layer protocol, data link layer protocol 또는 physical layer protocol))은 어플리케이션, 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스, 미들웨어, 커널 또는 통신 인터페이스(160) 중 적어도 하나에서 지원될 수 있다.
무선 수전 장치(180)는 수전 회로부(183), 컨트롤러(또는, 제어기(185)), 통신 인터페이스(187) 및 배터리(189) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 더하여, 무선 수전 장치(180)의 수전 회로부(183)는 적어도 하나의 수전 코일부(181)와 연결될 수 있고, 수전 코일부(181)로부터 수신하는 전력을 배터리(180)로 전송할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 수전 장치(180)는, 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 화상 전화기(display phone), 전자 계산기(electronic calculator), 디지털 카운터(digital counter), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant) 중의 적어도 하나에 포함되거나, 또는 적어도 하나의 기능을 포함하여 구성될 수 있다. 더하여, 무선 수전 장치(180)는 차량, 항공기, 선박 등의 교통 수단에 포함되어 구성될 수 도 있다.
수전 회로부(183)는, 전원으로부터 공급되는 전력을, 지정된 범위의 직류 전력으로 변환할 수 있고, 변환된 전력을 배터리(189)에 전송하기 위한 회로로 구성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 수전 장치(180)에 포함되는 적어도 일부의 구성 요소(예: 제어기(185) 또는 통신 인터페이스(187))는 무선 송전 장치(101)에 포함되는 구성 요소들 중 적어도 일부와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다.
서버(106)는, 무선 송전 장치(101)와 무선 수신 장치(180)와 송수신하는 데이터를 저장할 수 있고, 무선 송전 장치(101) 또는 무선 수전 장치(180)로부터 전송되는 데이터를 저장할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 판매 관리 장치의 전술한 구성 요소들 각각은 하나 또는 그 이상의 부품(component)으로 구성될 수 있으며, 해당 구성 요소의 명칭은 판매 관리 장치의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 판매 관리 장치는 전술한 구성 요소 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있으며, 일부 구성 요소가 생략되거나 또는 추가적인 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 판매 관리 장치의 구성 요소들 중 일부가 결합되어 하나의 개체(entity)로 구성됨으로써, 결합되기 이전의 해당 구성 요소들의 기능을 동일하게 수행할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 송전 시스템에서 무선 수전 시스템으로 전력을 전송하는 구조의 개략적인 도면이다.
도 2a를 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 전원으로부터 제공받은 전력을 송전 회로부(110)를 통해서 송전 코일부(170)으로 전송할 수 있다. 이에 기반하여, 무선 수전 장치(180)는 수전 코일부(181)를 통해서 송전 코일부(170)로부터 전력을 수신할 수 있고, 수전 회로부(183) 및 배터리 충전기(209)를 통해서 전력을 배터리(211)에 전송할 수 있다.
여기에서, 송전 회로부(110)는 역률 보상 회로(201), 인버터(205) 및/또는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
역률 보상 회로(201)는 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 또한, 역률 보상 회로(201)는 인버터(205)에 공급되는 직류 전력의 크기를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 역률 보상 회로(201)는 전원으로부터 수신하는 교류 전력을, 직류 전력으로 변환하여, 송전단 입력 전압(VDC)을 제공할 수 있고, 송전단 입력 전압(VDC) 값을 제어할 수 있다. 따라서, 역률 보상 회로(201)는 송전 코일부(170)에 전송되는 전압(VDC)을 제어함으로써, 무선 수전 장치(180)의 수전 코일부(181)에 유기되는 전압을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 인버터(205)는 역률 보상 회로(201)을 통해서 변환된 직류 전력에 기반하여 송전 코일부(170)에 공급하는 전력의 스위칭 주파수 및/또는 듀티를 제어하여, 송전 코일부(170)에 전송되는 전압 및 전류를 제어할 수 있고, 그 위상 차이를 제어할 수 있다. 예를 들어, 인버터(205)는 송전 회로부(110)에 입력되는 전압 및/또는 전류의 위상을 제어하는 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM))의 기능(또는 동작) 중 적어도 일부를 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 인버터(205)는 전원으로부터 제공되는 전력를 통한 주파수를 제어하여 송전 코일부에 전송할 수 있다.
무선 수전 장치(180)의 배터리(211)을 충전함에 있어서, 송전 코일부(170)을 통해서 전력을 수전 코일부(181)에 전송하기 시작하는 시점의 수전단 출력 전압(VOUT) 값은 배터리(211)의 수명 및/또는 무선 수전 장치(181)의 안정성에 큰 영향을 줄 수 있다.
따라서, 일 실시 예에 따르면, 무선 수신 장치(180)는 충전부(예: 배터리 충전기(209) 및/또는 배터리(211)에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위하여, 적어도 하나의 스위치(213)를 구비할 수 있다.
여기에서, 스위치(213)는 충전부에 전송되는 전압 및/또는 전류량에 기반하여(또는 VOUT에 기반하여) 스위치를 온/오프할 수 있다. 예를 들어, 무선 수전 장치(180)의 수전 회로부(213)에 위치한 스위치는 무선 송전 장치(101)로부터 전력을 수신하는 시점에, 지정된 수치 이상의 VOUT을 확인하는 경우, 스위치(213)를 오프(off)하고, VOUT이 지정된 수치 아래로 내려가는 경우, 스위치(213)를 온(on)할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)의 VOUT을 제어하는 일 실시 예에 따르면, 인버터(205)를 통해서 스위칭 주파수를 제어함으로써, VOUT을 제어할 수 있지만, 역률 보상 회로(201)의 전압(송전단 입력 전압) 제어, 인버터(205)를 통한 듀티 제어를 통하여 VOUT를 제어할 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 전원으로부터 제공받은 전력을 송전 코일부(170)을 통해서 수전 코일부(181)에 송전을 시작함에 있어서, 메모리에 지정된 범위의 역률 보상 회로(201)에 지정된 송전단 입력 전압 제어 값, 인버터(205)에 지정된 듀티 제어 값 및 인버터(205)에 지정된 스위치 주파수 제어 값 중 적어도 하나를 적용하여 전력 전송을 시작할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)는 인버터(205)의 지정된 스위칭 주파수 범위(예: 81.38kHz 내지 90.00kHz)의 최대 값으로 제어하고, 인버터(205)의 듀티 제어를 통하여 듀티가 50%에 설정된 상태에서 초기 구동을 실시할 수 있다. 이 때, 무선 송전 장치(101)는 통신 인터페이스(160)을 통해서 무선 수전 장치(180)로부터 전송되는 VOUT 을 확인할 수 있다. 무선 송전 장치(101)는 확인된 VOUT의 값이 지정된 값 보다 낮은 경우, 인버터(205)를 통하여 듀티를 상향시키는 동작을 수행할 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 인버터(205)를 통하여 듀티를 상향시키는 동작 중에, 통신 인터페이스(160)을 통해서 무선 수전 장치(180)로부터 전송되는 VOUT을 확인할 수 있고, VOUT이 지정된 값에 도달하는 경우, 지정된 범위의 VOUT를 유지하도록 인버터(205)를 통하여 듀티를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)는 인버터(205)를 통하여 듀티를 100%로 설정한 경우에도 VOUT이 지정된 값에 도달하지 못한 경우, 스위칭 주파수를 하향 시키는 동작을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)는 무선 수전 장치의 VOUT 값을 제어하기 위하여 전력 전송 단계에서 스위칭 주파수를 먼저 제어하고, 인버터(205)를 통하여 듀티 제어 및/또는 역률 보상 회로(201)를 통하여 송전단 입력 전압(VDC)을 제어할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 송전 시스템에서 무선 수전 시스템으로 전력을 전송하는 개략적인 회로도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)에서 무선 수전 장치(180)으로 전송하는 전력의 VOUT제어함에 있어서, 하기 식(1)을 적용하여 결정할 수 있다.
Figure pat00001
(1)
여기에서, Vs()는 무선 송전 장치(101)에서 송전 코일부(170)를 통해서 무선 수전 장치(180)의 수전 코일부(181)에 전력을 전송하는 경우, 무선 수전 장치(180)에서 확인되는 VOUT의 크기로 결정할 수 있다. Gv()는 송전 코일부(170)와 수전 코일부(181) 사이에 형성되는 전압 전달비로 결정할 수 있다.
일반적으로, Vs()를 제어하기 위한 일 실시 예에 따르면, 역률 보상 회로(201)의 전압 제어 값 및 인버터(205)에 기반하는 듀티 제어 값이 고정된 상태에서, 인버터(205)를 통하여 스위칭 주파수를 제어하여 Gv()를 변경함으로써, Vs()를 제어할 수 있다.
하지만, Gv()를 직접적으로 제어하여 Vs()를 제어하는 경우, 무선 송전 장치(101) 및 무선 수전 장치(180)의 전력 전송 효율이 저하될 수 있고, 무선 수전 장치(180)이 수신하는 전력의 품질에 기반하여 충전부에 과부하가 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)는 하기 식(2)에 기반하여 역률 보상 회로(201)의 송전단 입력 전압(VDC) 제어 값 및 인버터(205)의 듀티(duty, D) 제어 값을 제어함으로써, Vp()를 제어할 수 있다.
Figure pat00002
(2)
여기에서, VDC는 역률 보상 회로(201)를 통하여 제어하는 송전단 입력 전압이고, D는 인버터(205)를 통하여 제어하는 듀티(또는 스위칭 듀티)며, fSW는 인버터(205)를 통해서 제어하는 스위칭 주파수일 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 시스템(100)은, 인버터(205)에 기반하여 스위칭 주파수를 제어함으로써 효과적인 전력 전송을 위한 송전 코일부(170) 및 수전 코일부(181)의 전압 전달비를 제어할 수 있고, 역률 보상 회로(201)의 송전단 입력 전압(VDC) 제어 값 및 인버터(205)의 듀티(duty, D) 제어 값을 제어함으로써 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)을 제어할 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 송전 시스템에서 전력을 전송하는 상황을 도시한다.
일반적으로, 무선 송전 시스템(100)의 무선 송전 장치(101)를 구성함에 있어서, 송전 코일부(170)는 충전소에서 1단위 충전 영역의 바닥 일부에 설치(또는 매설)될 수 있다. 이 때, 무선 수전 장치(180)의 수전 코일부(181)가 무선 송전 장치(101)의 송전 코일부((170)와 지정된 거리에 이격되어 배치될 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 송전 코일부(170) 및 수전 코일부(181)의 결합 계수, 전압 전달비와 같은 정보를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 무선 송전 장치(101)로부터 무선 수전 장치(180)에 전력을 전송함에 있어서, 효율적인 전력 전송을 위하여 송전 코일부(170)에 포함되는 제1차 코일(301)및 수전 코일부(181)에 포함되는 제2차 코일(311)의 권선비, 코일의 성분, 면적 등의 다양한 구조가 다르게 형성될 수 있다.
또한, 무선 송전 장치(101)와 연결된 송전 코일부(170)에 무선 수전 장치(180)의 수전 코일부(181)이 이격 배치됨에 있어서, 배치 상태(또는 정렬 상태)에 따른 전압 전달비가 달라질 수 있다.
그리고, 무선 송전 장치(101)는 통신 인터페이스(160)을 통해서 무선 수전 장치(180)에서 확인되는 수전단 출력 전압(VOUT) 정보 및 적어도 하나의 수전 정보(또는 충전 정보)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 수전 정보는 수신하는 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태와 같은 정보 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 여기에서, 수전단 출력 전압(VOUT) 정보는 수전 정보에 포함되어 전송될 수도 있다.
무선 송전 장치(101)는 송전 코일부(170) 및 수전 코일부(181)의 결합 계수, 전압 전달비, 수전단 출력 전압(VOUT) 및/또는 수전 정보에 기반하여 역률 보상 회로(201)를 통하여 송전단 입력 전압(VDC)을 제어 및/또는 인버터(205)를 통하여 듀티를 제어함으로써, 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 송전 장치에서 송전 전력을 제어하는 동작의 흐름도이다.
단계 S401을 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 송전 코일부(170)을 통해서 무선 수전 장치(180)로 전력을 전송하는 시점에, 통신 인터페이스(160)을 통해서 무선 수전 장치(101)로부터 수전 정보를 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 수전 정보는 수신하는 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 수전단 출력 전압(VOUT) 정보와 같은 정보 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
단계 S403을 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 수전 정보에 기반하여 무선 수전 장치(180)의 수전단 전압 정보(예: 수전단 출력 전압(VOUT) 정보)를 확인할 수 있고, 지정된 전압 범위와 비교할 수 있다.
무선 송신 장치(101)는 수전단 전압 정보가 지정된 전압 범위를 벗어나는 경우, 단계 S405를 수행할 수 있고, 지정된 전압 범위를 벗어나지 않는 경우, 도 4의 실시 예를 종료할 수 있다.
단계 S405를 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 역률 보상 회로(PFC)(201)를 통하여 송전단 입력 전압(VDC)을 제어할 수 있고, 및/또는 인버터(205)를 통하여 듀티(D)를 제어하여, 무선 수전 장치(101)에 공급되는 전압(예: 수전단 출력 전압(VOUT))을 제어할 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 단계 S405를 수행하는 경우, 단계 S401로 돌아가, 도 4의 적어도 일부 실시 예를 반복 수행할 수 있고, 또는 도 4의 실시 예를 종료할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 송전 장치에서 송전단 입력 전압 및/또는 듀티를 제어하는 동작의 흐름도이다.
단계 S501을 참조하면, 무선 송전 장치(101)은 수전단 전압(수전단 출력 전압(VOUT))이 메모리(130)에 저장된 전압 기준 값보다 높은지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 단계 S501은 도 4의 단계 S403에서 수전단 전압 정보가 지정된 전압 범위를 벗어나는 경우 수행하는 동작일 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 수전단 전압이 지정된 전압 값 보다 높은 경우, 단계 S503을 수행할 수 있고, 수전단 전압이 지정된 값보다 낮은 경우, 단계 S505를 수행할 수 있다.
단계 S503을 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 수전단 전압이 기준 값보다 높은 경우, 송전 주파수(또는 스위칭 주파수)가 기준 주파수 범위의 최대 값(또는 초과)인지 여부를 확인할 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 스위칭 주파수가 기준 주파수 범위의 최대 값(또는 초과)인 것을 확인하는 경우, 단계 S507을 수행할 수 있고, 스위칭 주파수가 기준 주파수 범위 내인 경우, 단계 S509를 수행할 수 있다.
단계 S507을 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 역률 보상 회로(PWM)(201)를 통하여 송전단 입력 전압(VDC)을 감소(또는 하향)시키거나 및/또는 인버터(205)를을 통하여 듀티를 감소(또는 하향)시킴으로써, 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)을 하향시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 송전 시스템(100)에서 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)은, 무선 송전 장치(101)에서 스위칭 주파수를 제어함으로써 제어할 수 있다. 이 때, 무선 송전 장치(101)는 스위칭 주파수 값이 기준 주파수 범위의 최대 값인 경우(또는 기준 주파수 범위를 초과할 수도 있을 것이다), 스위칭 주파수를 기준 주파수 범위 내(예: 초과한 경우 기준 주파수 범위에서 최대 값)로 제어하고, 역률 보상 회로(PWM)(201)를 통하여 송전단 입력 전압(VDC)을 감소(또는 하향)시키거나 및/또는 인버터(205)를 통하여 듀티를 감소(또는 하향)시킬 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 단계 S507을 수행하는 경우, 도 5의 실시 예를 종료할 수 있고, 또는 도 4의 단계 S401로 돌아가, 도 4의 적어도 일부 실시 예를 반복 수행할 수 있다.
단계 S509를 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 스위칭 주파수를 제어함으로써, 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)을 하향시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)는 기준 주파수 범위 내에서 스위칭 주파수를 상향시킴으로써, 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)을 하향시킬 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 단계 S509를 수행하는 경우, 도 5의 실시 예를 종료할 수 있고, 또는 도 4의 단계 S401로 돌아가, 도 4의 적어도 일부 실시 예를 반복 수행할 수 있다.
단계 S505을 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 수전단 전압이 기준 값보다 낮은 경우, 송전 주파수(또는 스위칭 주파수)가 기준 주파수 범위의 최소 값(또는 미만)인지 여부를 확인할 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 스위칭 주파수가 기준 주파수 범위 내인 경우, 단계 S511을 수행할 수 있고, 스위칭 주파수가 기준 주파수 범위의 최소 값(또는 미만)인 것을 확인하는 경우, 단계 S513을 수행할 수 있다.
단계 S511을 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 스위칭 주파수를 제어함으로써, 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)을 상향시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치(101)는 기준 주파수 범위 내에서 스위칭 주파수를 하향시킴으로써, 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)을 상향시킬 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 단계 S511을 수행하는 경우, 도 5의 실시 예를 종료할 수 있고, 또는 도 4의 단계 S401로 돌아가, 도 4의 적어도 일부 실시 예를 반복 수행할 수 있다.
단계 S513을 참조하면, 무선 송전 장치(101)는 역률 보상 회로(PWM)(201)를 통하여 송전단 입력 전압(VDC)을 증가(또는 상향)시키거나 및/또는 인버터(205)를 통하여 듀티를 증가(또는 상향)시킴으로써, 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)을 상향시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 송전 시스템(100)에서 무선 수전 장치(180)의 수전단 출력 전압(VOUT)은, 무선 송전 장치(101)에서 스위칭 주파수를 제어함으로써 제어할 수 있다. 이 때, 무선 송전 장치(101)는 스위칭 주파수 값이 기준 주파수 범위의 최소 값인 경우(또는 기준 주파수 범위 미만일 수도 있을 것이다), 스위칭 주파수를 기준 주파수 범위 내(예: 미만인 경우 기준 주파수 범위에서 최소 값)로 제어하고, 역률 보상 회로(PWM)(201)를 통하여 송전단 입력 전압(VDC)을 증가(또는 상향)시키거나 및/또는 인버터(205)를 통하여 듀티를 증가(또는 상향)시킬 수 있다.
무선 송전 장치(101)는 단계 S513을 수행하는 경우, 도 5의 실시 예를 종료할 수 있고, 또는 도 4의 단계 S401로 돌아가, 도 4의 적어도 일부 실시 예를 반복 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치는, 무선으로 전송하는 전력에서 송전단 입력 전압을 제어하는 역률 보상 회로; 상기 전력의 주파수를 결정하는 인버터; 상기 전력을 전송하는 송전 코일부; 및 상기 인버터로부터 확인된 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어났는지 여부를 판단하고, 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어난 것을 확인하는 경우, 상기 역률 보상 회로를 통하여 상기 송전단 입력 전압을 제어하고, 상기 송전단 입력 전압이 제어된 상기 전력을 전송함으로써, 상기 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하도록 처리하는 제어기를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 송전단 입력 전압을 제어하도록 처리함으로써, 상기 송전 코일부 및 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부의 전압 전달비를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 지정된 범위를 벗어난 상기 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내로 제어하고, 상기 역률 보상 회로를 통하여 상기 송전단 입력 전압을 제어하도록 처리할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치는, 상기 무선 수전 장치와 통신하는 통신 인터페이스를 더 포함하고, 상기 제어기는, 통신 인터페이스를 통해서 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하도록 처리할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 송전단 입력 전압을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치는, 무선으로 전송하는 전력에서 듀티 및 상기 전력의 주파수를 결정하는 인버터; 상기 전력을 전송하는 송전 코일부; 및 상기 인버터로부터 확인된 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어났는지 여부를 판단하고, 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어난 것을 확인하는 경우, 상기 인버터의 듀티 제어를 통하여 상기 송전 코일부에 인가되는 전압을 제어하고, 상기 듀티가 제어된 상기 전력을 전송함으로써, 상기 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하도록 처리하는 제어기를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 듀티를 제어하도록 처리함으로써, 상기 송전 코일부 및 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부의 전압 전달비를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 지정된 범위를 벗어난 상기 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내로 제어하고, 상기 인버터를 통하여 상기 듀티를 제어하도록 처리할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 무선 송전 장치는, 상기 무선 수전 장치와 통신하는 통신 인터페이스를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 통신 인터페이스를 통하여 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하도록 처리할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 듀티를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 인버터로부터 확인된 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어났는지 여부를 판단하는 단계; 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어난 것을 확인하는 경우, 상기 역률 보상 회로를 통하여 무선으로 전송하는 전력의 송전단 입력 전압을 제어하는 단계; 상기 송전단 입력 전압이 제어된 상기 전력을 송전 코일부를 통하여 전송함으로써, 상기 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 송전단 입력 전압을 제어함으로써, 상기 송전 코일부 및 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부의 전압 전달비를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어난 것을 확인하는 경우, 상기 지정된 범위를 벗어난 상기 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 송전단 입력 전압을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치는, 인버터로부터 확인된 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어났는지 여부를 판단하는 단계; 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어난 것을 확인하는 경우, 상기 인버터의 듀티 제어를 통하여 송전 코일부에 인가되는 전압을 제어하는 단계; 상기 듀티가 제어된 상기 전력을 상기 송전 코일부를 통하여 무선으로 전송함으로써, 상기 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 듀티를 제어함으로써, 상기 송전 코일부 및 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부의 전압 전달비를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위를 벗어난 것을 확인하는 경우, 상기 지정된 범위를 벗어난 상기 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 송전 장치의 동작 방법은, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 듀티를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 방법 및/또는 장치들은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 무선 송전 장치(101) 및 보조 장치 (예: 무선 수전 장치(180))을 통해서 구현될 수 있고, 특히, 이러한 동작들을 수행하는 소프트웨어 프로그램(또는 애플리케이션)으로 구현될 수 있으며, 이 경우 이러한 프로그램들은 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.
이 때, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 판독 가능한 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함하며, 예를 들면, ROM, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장 장치 등일 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 무선 송전 시스템 101: 무선 송전 장치
110: 송전 회로부 120: 컨트롤러
130: 메모리 131: 전력 처리 인터페이스
140: 입출력 인터페이스 150: 디스플레이
160: 통신 인터페이스 170: 송전 코일부
180: 무선 수전 장치 181: 수전 코일부

Claims (20)

  1. 무선 전력 전송에 있어서 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 역률 보상 회로;
    상기 직류 전력을 입력으로 하여 스위칭 주파수 및 듀티를 가변하는 인버터;
    상기 인버터에 의해 구동되어 자기장을 발생시키는 송전 코일부; 및
    상기 인버터의 스위칭 주파수를 가변하여 상기 자기장을 통해 전송되는 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전 코일부에 유기되는 전압의 크기를 제어하고, 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 해당하는 것을 확인하는 경우, 상기 역률 보상 회로를 제어하여 상기 인버터에 입력되는 직류 전력의 크기를 제어함으로써, 상기 수전 코일부에 유기되는 전압을 제어하도록 처리하는 제어기;를 포함하는, 무선 송전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 역률 보상 회로의 제어를 통해 상기 인버터 입력 전원의 크기를 제어하도록 처리함으로써, 상기 송전 코일부 및 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부의 전압 전달비를 제어하는, 무선 송전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 스위칭 주파수가 한계 값에 도달한 경우에도 상기 수전 코일부의 상기 유기되는 전압이 지정된 범위 내의 전압으로 제어되지 않는 경우, 상기 역률 보상 회로를 통하여 상기 인버터의 입력 전압의 크기를 제어하도록 처리하는, 무선 송전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선 수전 장치와 통신하는 통신 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 통신 인터페이스를 통해서 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하도록 처리하는, 무선 송전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수와 상기 역률 보상 회로의 출력 전압을 제어하는, 무선 송전 장치.
  6. 무선 전력 전송에 있어서 직류 전력을 입력으로 하여 스위칭 주파수 및 듀티를 가변하는 인버터;
    상기 인버터에 의해 구동되어 자기장을 발생시키는 송전 코일부; 및
    상기 인버터를 통하여 제어되는 상기 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 도달한 경우에도 상기 자기장을 통해 전송되는 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전 코일부에 유기되는 전압의 크기가 지정된 범위 내의 전압으로 제어되지 않은 경우, 상기 인버터를 통하여 상기 듀티를 가변함으로써 상기 수전단 코일부에 유기되는 전압의 크기를 제어하는 제어기;를 포함하는 무선 송전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 듀티를 제어함으로써 상기 송전 코일부와 상기 수전 코일부의 전압 전달비를 제어하는, 무선 송전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내의 스위칭 주파수로 제어하고, 상기 듀티를 제어하도록 처리하는 무선 송전 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 무선 수전 장치와 통신하는 통신 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 통신 인터페이스를 통하여 상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하도록 처리하는, 무선 송전 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 스위칭 주파수 혹은 듀티를 제어하는, 무선 송전 장치.
  11. 인버터의 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 도달했는지의 여부를 판단하는 단계;
    상기 스위칭 주파수가 상기 한계 값에 도달한 것을 확인하는 경우, 역률 보상 회로를 통하여 송전단 출력 전압을 제어하는 단계;
    상기 제어된 송전단 출력 전압을 입력으로 하는 인버터의 스위칭을 통해 송전 코일부에서 자기장을 발생시키는 단계; 및
    상기 발생된 자기장에 기반하여 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하는 단계;를 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 송전단 출력 전압을 제어함으로써 상기 송전 코일부와 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부 사이의 전압 전달비를 제어하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 인버터의 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내로 제어하는 단계를 더 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 더 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 송전단 출력 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  16. 인버터의 스위칭 주파수가 지정된 범위의 한계 값에 도달했는지의 여부를 판단하는 단계;
    상기 스위칭 주파수가 상기 한계 값에 도달한 것을 확인하는 경우, 상기 인버터의 듀티 제어를 통하여 송전 코일부에 인가되는 전압을 제어하는 단계; 및
    상기 듀티가 제어된 전력을 상기 송전 코일부를 통하여 무선으로 전송함으로써, 상기 전력을 수신하는 무선 수전 장치의 수전단 출력 전압을 제어하는 단계;를 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 듀티를 제어함으로써, 상기 송전 코일부 및 상기 무선 수전 장치의 수전 코일부의 전압 전달비를 제어하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 스위칭 주파수가 상기 한계 값에 도달한 것을 확인하는 경우, 상기 스위칭 주파수를 상기 지정된 범위 내로 제어하는 단계를 더 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 무선 수전 장치로부터 상기 전력의 전력량, 전압, 전류량, 충전 효율, 동작 주파수 범위, 배터리 용량, 충전 상태, 상기 수전단 출력 전압의 정보 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 더 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 무선 수전 장치로부터 수신하는 상기 수전단 출력 전압의 정보에 기반하여 상기 듀티를 제어하는 단계를 더 포함하는, 무선 송전 장치의 동작 방법.
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