KR20170066791A - 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법 - Google Patents

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KR20170066791A
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박희정
황동혁
김석배
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주식회사 알.에프.텍
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Abstract

대기중에 방사시키는 전력을 최소화함과 동시에 임피던스 매칭을 통해서 에너지의 전송효율 또한 증가시킬 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 방법이 개시된다. 이러한 무선 전력 전송 장치는 전원부, 전력 변환부, 임피던스 매칭부, 송신 코일, 제어부 및 감지부를 포함한다. 상기 전원부는 외부의 전력을 인가받는다. 상기 전력 변환부는 상기 전원부를 통해서 인가받은 외부의 전력을 변환시킨다. 상기 임피던스 매칭부는 상기 전력 변환부에서 변환된 전력을 외부의 수신장치의 임피던스와 매칭시킨다. 상기 임피던스 매칭부는, 상기 송신 코일과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터 및 상기 송신 코일과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터를 포함한다. 상기 송신 코일은 상기 임피던스 매칭부에서 매칭된 전력을 상기 수신장치의 수신코일에 송신한다. 상기 제어부는 상기 전력 변환부 및 상기 임피던스 매칭부를 제어한다. 상기 감지부는 상기 송신 코일에서 송신되는 전력을 감지하는 기능을 수행한다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법{WIRELESS POWER TRANSFERRING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 휴대용 모바일 기기에 적용될 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.
현대인의 생활에 있어, 휴대용 전자기기의 사용이 없는 생활은 상상하기 힘들만큼 휴대용 전자기기는 널리 사용 되어지고 있다. 이러한 휴대용 전자기기의 전원은 배터리에 의존하고 있으며, 배터리가 방전되는 경우, 외부의 전원을 이용하여 충전이 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 무선으로 전력을 전달하기 위한 많은 방식이 개발되고 있는데, 전파(Microwave)를 이용한 전파 수신형 방식, 자기장을 이용한 자기 유도 방식 또는 자기장과 전기장의 에너지 전환에 의한 자기 공명 방식 등이 대표적이다.
여기서, 전파 수신형 방식은 안테나를 통해 전파를 공기 중으로 방사함으로써 먼 거리까지 전력 전송 가능한 장점이 있으나, 공기 중에서 소모되는 방사 손실(Radiation loss)이 매우 커서 전력 전송의 효율성에 한계가 있다.
또한, 자기 유도 방식은 송신기로 전송 코일을 사용하고, 수신기로 2차 코일을 사용하여 1차 및 2차 코일에 의한 자기 에너지 결합을 이용한 기술로 높은 전력 전송의 효율성을 갖는 장점이 있으나, 전력 전송을 위해서 1차 및 2차 코일이 수 ㎜ 정도의 짧은 거리에 인접해 있어야 하며, 1차 및 2차 코일의 정렬에 따라 전력 전송의 효율성이 급격하게 변하는 단점이 있다.
따라서, 최근에 자기 유도 방식과 유사하나 코일형의 인덕터(L)와 커패시터(C)에 의한 특정 공진 주파수에 에너지가 집중되게 하여 자기 에너지 형태로 전력을 송신하는 자기 공명 방식이 개발되고 있다. 이러한 자기 공명 방식은 비교적 큰 에너지를 수 미터까지 보낼 수 있다는 장점이 있으나, 높은 공진 특성(High quality factor)을 요구하고 있다. 즉, 자기 공명 방식은 임피던스 정합 여부, 공진 주파수 일치 여부에 따라 효율이 급격하게 변하는 단점이 있다.
즉, 수신 코일과 송신 코일의 위치가 오프셋되는 경우, 효율이 급격하게 떨어지므로, 이를 보완하기 위해서 임피던스를 매칭하는 다양한 기술들이 개발되어 지고 있다.
일 예로 대한민국 공개 특허 10-2013-0123349, "무선 전력 송신 장치 및 그의 무선 전력 송신 방법"은, 적어도 하나의 가변 커패시터를 포함하는 임피던스 매칭부 및 수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 어느 하나를 획득하고, 상기 획득한 거리 및 각도 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 조정하는 임피던스 조정부를 포함하여, 임피던스를 매칭시킴으로써, 무선 전력 전송 효율을 증가시키고 있다.
그러나, 대부분의 공개된 기술들은 전력 전송의 효율 자체는 증가시키고 있으나, 수신 장치에서 필요로하는 이상의 전력을 대기중에 방사시킴으로써 전체 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 공개 특허 10-2013-0123349
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 대기중에 방사시키는 전력을 최소화함과 동시에 임피던스 매칭을 통해서 에너지의 전송효율 또한 증가시킬 수 있는 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 대기중에 방사시키는 전력을 최소화함과 동시에 임피던스 매칭을 통해서 에너지의 전송효율 또한 증가시킬 수 있는 무선 전력 전송 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치는 전원부, 전력 변환부, 임피던스 매칭부, 송신 코일, 제어부 및 감지부를 포함한다. 상기 전원부는 외부의 전력을 인가받는다. 상기 전력 변환부는 상기 전원부를 통해서 인가받은 외부의 전력을 변환시킨다. 상기 임피던스 매칭부는 상기 전력 변환부에서 변환된 전력을 외부의 수신장치의 임피던스와 매칭시킨다. 상기 임피던스 매칭부는, 상기 송신 코일과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터 및 상기 송신 코일과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터를 포함한다. 상기 송신 코일은 상기 임피던스 매칭부에서 매칭된 전력을 상기 수신장치의 수신코일에 송신한다. 상기 제어부는 상기 전력 변환부 및 상기 임피던스 매칭부를 제어한다. 상기 감지부는 상기 송신 코일에서 송신되는 전력을 감지하는 기능을 수행한다.
바람직하게, 상기 제1 가변 캐패시터는 제1 캐패시턴스 범위 내에서 동작하고, 상기 제2 가변 캐패시터는 상기 제1 캐패시턴스 보다 작은 제2 캐패시턴스 범위 내에서 동작할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 먼저 상기 제2 가변 캐패시터의 상기 제2 캐패시턴스를 제어하여 전송되는 전력의 최대치를 조정하고, 다음으로, 상기 제1 가변 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스를 제어하여, 전송되는 전력의 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
한편, 이러한 무선 전력 전송 장치는 상기 수신장치와 통신하기 위한 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 방법은, 전력을 송신하는 송신 코일과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터 및 상기 송신 코일과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 이용하여 전력을 송신하는 무선 전력 송신 방법으로서, 상기 제2 가변 캐패시터의 상기 제2 캐패시턴스를 제어하여 전송되는 전력의 최대치를 조정하는 단계, 및 다음으로, 상기 제1 가변 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스를 제어하여, 전송되는 전력의 임피던스를 매칭시키는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제2 가변 캐패시터는 제2 캐패시턴스 범위 내에서 제어하고, 상기 제1 가변 캐패시터는 상기 제2 캐패시턴스 보다 큰 제1 캐패시턴스 범위 내에서 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 무선 전력 전송 방법은, 전력을 송신하는 송신 코일과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터 및 상기 송신 코일과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 이용하여 전력을 송신하는 무선 전력 송신 방법으로서, 충전대기 상태에서, 수신 장치가 존재 여부를 확인하는 단계와, 수신 장치의 존재 여부 확인 결과, 수신 장치가 존재하지 않는 경우, 상기 무선 전력 전송 장치를 충전대기 상태로 하고, 수신 장치가 존재하는 경우, 상기 수신 장치에 전력을 전송하는 단계와, 전류, 전압, 위상을 모니터링 하는 단계와, 전력 전송이 적절한지 판단하는 단계와, 상기 전력 전송이 적절하지 않은 경우, 상기 제2 가변 캐패시터를 조절하는 단계와, 상기 전력 전송이 적절한 경우, 상기 무선 전력 전송 장치 및 상기 수진 장치의 임피던스 매칭 여부를 확인하는 단계와, 임피던스 매칭 여부 확인 결과, 임피던스가 매칭되지 않은 경우, 상기 제1 가변 캐패시터를 조절하고, 임피던스가 매칭된 경우, 충전이 완료되었는지 확인하는 단계, 및 충전이 완료된 경우, 충전대기 상태로 복귀하고, 충전이 완료되지 않은 경우, 전력을 전송하는 단계로 이전하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제2 가변 캐패시터는 제2 캐패시턴스 범위 내에서 제어하고, 상기 제1 가변 캐패시터는 상기 제2 캐패시턴스 보다 큰 제1 캐패시턴스 범위 내에서 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법에 의하면, 상기 제2 가변 캐패시터의 상기 제2 캐패시턴스를 조절함으로써, 대기중에 방사시키는 전력을 최소화할 수 있으며, 또한 상기 제1 가변 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스를 조절함으로써, 임피던스를 매칭시켜 전송되는 전력 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 무선 전력 전송 장치와 이에 의해서 전력을 전송 받는 외부의 수신 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치를 도시한 블럭도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 임피던스 매칭부와 송신 코일의 연결을 도시한 개략적인 회로도이다.
도 4는 도 3에서 도시된 제2 캐패시터의 제2 캐패시턴스를 조절함에 따른 주파수와 전력의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에서 도시된 제2 캐패시터의 제2 캐패시턴스를 조절함에 따른 공진점의 변화를 도시하는 스미스 차트이다.
도 6은 도 3에서 도시된 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스를 조절함에 따른 주파수와 전력의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 3에서 도시된 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스를 조절함에 따른 임피던스의 틀어짐을 도시하는 스미스 차트이다.
도 8은 도 4 및 도 6에 따라서, 도 3에서 도시된 임피턴스 매칭부의 제1 캐패시터와 제2 캐패시터를 조절하여 수신 장치의 임피던스와 매칭하는 과정을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 방법을 도시한 순서도이다.
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 설명타측서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것일 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, A와 B가'연결된다', '결합된다'라는 의미는 A와 B가 직접적으로 연결되거나 결합하는 것 이외에 다른 구성요소 C가 A와 B 사이에 포함되어 A와 B가 연결되거나 결합되는 것을 포함하는 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 무선 전력 전송 장치와 이에 의해서 전력을 전송 받는 외부의 수신 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 외부의 수신 장치(200)가 본 발명의 무선 전력 전송 장치(100)에 상부에 배치되는 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는 외부의 수신 장치(200)에 전력을 전송하고, 그에 따라서, 상기 수신 장치(200)가 충전될 수 있다.
상기 수신 장치(200)는 스마트 폰, PDA, 게임기 등 다양한 휴대용 전자기기일 수 있다. 도시되진 않았으나, 상기 수신 장치(200)는 수신 코일을 포함하여, 무선 전력 전송 장치(100)의 송신 코일과의 전자기 유도 현상에 의해서 무선으로 전력을 전송받게 된다.
이때, 상기 수신 장치(200)가 상기 무선 전력 전송 장치(100)의 정위치에 놓여지지 않는 경우, 상기 수신 장치(200)의 수신 코일(도시안됨)과 상기 무선 전력 전송 장치(100)의 송신 코일(도시안됨) 사이에 상호 인덕턴스에 변화가 생기게 되어 임피던스의 매칭이 새롭게 필요하게 된다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치를 도시한 블럭도이고, 도 3은 도 2에서 도시된 임피던스 매칭부와 송신 코일의 연결을 도시한 개략적인 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치(100)는 전원부(110), 전력 변환부(120), 임피던스 매칭부(130), 송신 코일(140), 제어부(150) 및 감지부(160)를 포함한다. 한편, 이러한 무선 전력 전송 장치(100)는 도 1에서 도시된 수신장치(200)와 통신하기 위한 통신부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 전원부(110)는 외부의 전력을 인가받는다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 상기 전원부(110)의 플러그를 통해서 외부의 교류전력을 인가받을 수 있다.
상기 전력 변환부(120)는 상기 전원부(110)를 통해서 인가받은 외부의 전력을 변환시킨다. 예컨대, 상기 전력 변환부(120)는 스위칭 레귤레이터 및 인버터로 구성될 수 있다.
상기 임피던스 매칭부(130)는 상기 전력 변환부(120)에서 변환된 전력을 외부의 수신장치(200)의 임피던스와 매칭시킨다.
상기 임피던스 매칭부(130)는, 상기 송신 코일(140)과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터(C1) 및 상기 송신 코일(140)과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터(C2)를 포함한다. 예컨대, 상기 제1 가변 캐패시터(C1) 및 상기 제2 가변 캐패시터(C2)는 MEMS 기술을 사용하여 제작되거나 버랙터가 사용될 수 있다. 이와 같이 상기 제1 가변 캐패시터(C1) 및 상기 제2 가변 캐패시터(C2)를 연속적으로 변화하는 가변캐패시터를 이용함으로써, 종래의 이산적인 캐패시턴스 조절에 비해, 보다 정확한 임피던스 매칭이 가능하게 된다.
한편, 상기 제1 가변 캐패시터(C1)는 제1 캐패시턴스 범위 내에서 동작하고, 상기 제2 가변 캐패시터(C2)는 상기 제1 캐패시턴스 보다 작은 제2 캐패시턴스 범위 내에서 동작할 수 있다.
따라서, 기본적으로 공진형 무선전력 전송에 있어서, 상기 제1 캐패시터(C1)를 통해서, 직렬 LC 공진(밴드패스 필터:BPF) 형태의 구조로 동작하며, 상기 제2 캐패시터(C2)는, 임피던스의 실수값을 조절하여 송신 전력을 조절하는 상기 병렬 공진(밴드스탑필터:BSF)의 역할을 하게 된다. 즉, 전체 등가 구조는 직렬 공진인지만, 임의로 삽입한 병렬의 상기 제2 캐패시터(C2)를 통해 기생적으로 보이게 만들어 주며, 상기 제1 캐패시터(C1)에 의한 전체 직렬 공진에 크게 영향을 주게 되지 않는 범위에서 움직이게 된다.
또한, 상기 제어부(150)는, 먼저 상기 제2 가변 캐패시터(C2)의 상기 제2 캐패시턴스를 제어하여 전송되는 전력의 최대치를 조정하고, 다음으로, 상기 제1 가변 캐패시터(C1)의 상기 제1 캐패시턴스를 제어하여, 전송되는 전력의 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
상기 송신 코일(140)은 상기 임피던스 매칭부(130)에서 매칭된 전력을 상기 수신장치(200)의 수신코일(도시안됨)에 송신한다.
상기 제어부(150)는 상기 전력 변환부(120) 및 상기 임피던스 매칭부(130)를 제어한다. 이를 위하여 상기 제어부(150)는 마이크로 컨트롤러(Micro controller)로 구성될 수 있다.
상기 감지부(160)는 상기 송신 코일(140)에서 송신되는 전력을 감지하는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 상기 감지부(160)는 예컨대, 상기 전원부(110) 및 상기 전력 변환부(120) 사이의 전력 및/또는 전류, 상기 전력 변환부(120) 및 상기 임피던스 매칭부(130) 사이의 전력 또는 전류, 및/또는 상기 임피던스 매칭부(130) 및 상기 송신 코일(140) 사이의 전력 또는 전류를 감지하여, 투입되는 전력 또는 전류와, 송신 코일(140)을 통해서 출사되고 남은 전력 또는 전류를 비교하여 상기 송신 코일(140)을 통해서 출사되는 전력을 감지할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 방법은, 전력을 송신하는 송신 코일과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터 및 상기 송신 코일과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 이용하여 전력을 송신하는 무선 전력 송신 방법으로서, 먼저, 상기 제2 가변 캐패시터의 상기 제2 캐패시턴스를 제어하여 전송되는 전력의 최대치를 조정한다.
다음으로, 상기 제1 가변 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스를 제어하여, 전송되는 전력의 임피던스를 매칭시킨다.
이때, 상기 제2 가변 캐패시터는 제2 캐패시턴스 범위 내에서 제어하고, 상기 제1 가변 캐패시터는 상기 제2 캐패시턴스 보다 큰 제1 캐패시턴스 범위 내에서 제어하는 것이 바람직하다.
이후, 다시 한번 제2 가변 캐패시터의 제2 캐패시턴스를 미세조정하고, 다시한번 제1 가변 캐패시터의 제1 캐패시턴스를 미세조정할 수 있다.
아래에서 도 4 내도 도 8을 참조로 보다 상세히 설명한다.
도 4는 도 3에서 도시된 제2 캐패시터의 제2 캐패시턴스를 조절함에 따른 주파수와 전력의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이고, 도 5a 및 도 5b는 도 3에서 도시된 제2 캐패시터의 제2 캐패시턴스를 조절함에 따른 공진점의 변화를 도시하는 스미스 차트이다.
도 3의 제2 캐패시터(C2)의 제2 캐패시턴스를 조절하면, 도 4에서 도시된 바와 같이, 임피던스 매칭되는 주파수의 변동은 작게 움직이지만 상기 송신 코일을 통해서 출사되는 전력(P)이 조절된다. 즉, 도 5a 및 도 5b의 스미스 차트에서 보여지는 바와 같이, 상기 제2 캐패시터(C2)를 조절하는 경우, 임피던스의 실수값이 조절됨을 볼 수 있다.
도 6은 도 3에서 도시된 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스를 조절함에 따른 주파수와 전력의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이고, 도 7a 내지 도 7c는 도 3에서 도시된 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스를 조절함에 따른 임피던스의 틀어짐을 도시하는 스미스 차트이다.
도 3의 제1 캐피시터(C1)의 제1 캐패시턴스를 조절하면, 도 6에서 도시된 바와 같이, 송신 코일을 통해서 출사되는 전력 변동은 작게 움직이지만 임피던스 매칭되는 주파수의 변동이 크게 움직인다. 즉, 도 7a 내지 7c의 스미스 차트에서 보여지는 바와 같이, 상기 제1 캐패시터(C1)를조절하는 경우, 임피던스의 허수값(리액턴스)가 조절됨을 확인할 수 있다.
도 8은 도 4 및 도 6에 따라서, 도 3에서 도시된 임피턴스 매칭부의 제1 캐패시터와 제2 캐패시터를 조절하여 수신 장치의 임피던스와 매칭하는 과정을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 수신 장치의 전력 수신 곡선(RP)에, 조절전의 전력 송신 상태(TP1)를 매핑시키기 위해서, 먼저 제2 캐패시터(C2)의 제2 캐패시턴스를 조절하여 송신 전력의 최대치를 낮춘다.
예컨대, 수신 장치가 예컨대 50W 만큼만 수신할 수 있는데, 무선 전력 전송 장치가 100W를 송신하게 되는 경우, 불필요한 전력이 대기중에 출사되므로, 이러한 대기중에 출사되는 전력을 최소화하여 전력낭비를 줄이기 위해서, 먼저 제2 캐패시터(C2)의 제2 캐패시턴스를 조절하여 최초 무선전력 송신 상태(TP1)를 제2 무선 전력 송신상태(TP2)와 같이 낮춘다.
이후, 제1 캐패시터(C1)의 제1 캐패시턴스를 조절하여 제2 무선 전력 송신상태(TP2)를 제3 무선 전력 송신 상태(TP3)로 변경시킴으로써, 수신 장치의 전력 수신 곡선(RP)에 매핑시킨다.
한편, 제2 캐패시터(C2)의 조절에 의해 이동되는 곡선의 변동폭이 제1 캐패시터(C1)의 조절에 의해 이동되는 곡선의 변동폭보다 크기 때문에 제2 캐패시터(C2)를 먼저 조절하고, 제1 캐패시터(C1)을 이후에 조절하는 것이 바람직하지만, 반드시 이러한 순서에 구속되지는 아니한다.
또한, 제2 캐패시터(C2)의 제2 캐패시턴스를 조절하면, 그래프가 상하로만 움직이고, 제1 캐패시터(C1)의 제1 캐패시턴스를 조절하면, 그래프가 좌우로만 움지이지 않는다.
그에 따라서, 임피던스를 보다 정확히 매칭시키기 위해서 제2 캐패시터(C2)의 제2 캐패시턴스 및 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스를 다시 한번 미세조정할 수도 있다.
보다 상세한 무선 전력 전송 방법은 아래의 도 9를 참조로 보다 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 방법을 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 먼저 충전대기 상태(단계 S910)에서, 수신 장치가 존재 여부를 확인한다(단계 S920).
수신 장치의 존재 여부 확인 결과, 수신 장치가 존재하지 않는 경우, 상기 무선 전력 전송 장치를 충전대기 상태(단계 S910)로 하고, 수신 장치가 존재하는 경우, 상기 수신 장치에 전력을 전송한다(단계 S930).
이후, 전류, 전압, 위상을 모니터링한다(단계 S940).
이후, 전력 전송이 적절한지 판단(단계 S950)한 후, 상기 전력 전송이 적절하지 않은 경우, 상기 제2 가변 캐패시터를 조절하고(단계 S960), 상기 전력 전송이 적절한 경우, 상기 무선 전력 전송 장치 및 상기 수진 장치의 임피던스 매칭 여부를 확인한다(단계 S970).
임피던스 매칭 여부 확인 결과, 임피던스가 매칭되지 않은 경우, 상기 제1 가변 캐패시터를 조절하고(단계 S980), 임피던스가 매칭된 경우, 충전이 완료되었는지 확인한다(단계 S990).
충전이 완료된 경우, 충전대기 상태(단계 S910)로 복귀하고, 충전이 완료되지 않은 경우, 계속적으로 전력을 전송한다(단계 S930).
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법에 의하면, 상기 제2 가변 캐패시터의 상기 제2 캐패시턴스를 조절함으로써, 대기중에 방사시키는 전력을 최소화할 수 있으며, 또한 상기 제1 가변 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스를 조절함으로써, 임피던스를 매칭시켜 전송되는 전력 효율을 극대화할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 무선 전력 전송 장치
110: 전원부 120: 전력 변환부
130: 임피던스 매칭부 140: 송신 코일
150: 제어부 160: 감지부
170: 통신부
200: 수신 장치

Claims (8)

  1. 외부의 전력을 인가받기 위한 전원부;
    상기 전원부를 통해서 인가받은 외부의 전력을 변환시키는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부에서 변환된 전력을 외부의 수신장치의 임피던스와 매칭시키는 임피던스 매칭부;
    상기 임피던스 매칭부에서 매칭된 전력을 상기 수신장치의 수신코일에 송신하는 송신 코일;
    상기 전력 변환부 및 상기 임피던스 매칭부를 제어하는 제어부; 및
    상기 송신 코일에서 송신되는 전력을 감지하기 위한 감지부;
    를 포함하고,
    상기 임피던스 매칭부는,
    상기 송신 코일과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터; 및
    상기 송신 코일과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 가변 캐패시터는 제1 캐패시턴스 범위 내에서 동작하고,
    상기 제2 가변 캐패시터는 상기 제1 캐패시턴스 보다 작은 제2 캐패시턴스 범위 내에서 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    먼저 상기 제2 가변 캐패시터의 상기 제2 캐패시턴스를 제어하여 전송되는 전력의 최대치를 조정하고,
    다음으로, 상기 제1 가변 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스를 제어하여, 전송되는 전력의 임피던스를 매칭시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 수신장치와 통신하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  5. 전력을 송신하는 송신 코일과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터 및 상기 송신 코일과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 이용하여 전력을 송신하는 무선 전력 송신 방법으로서,
    상기 제2 가변 캐패시터의 상기 제2 캐패시턴스를 제어하여 전송되는 전력의 최대치를 조정하는 단계; 및
    다음으로, 상기 제1 가변 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스를 제어하여, 전송되는 전력의 임피던스를 매칭시키는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 가변 캐패시터는 제2 캐패시턴스 범위 내에서 제어하고,
    상기 제1 가변 캐패시터는 상기 제2 캐패시턴스 보다 큰 제1 캐패시턴스 범위 내에서 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
  7. 전력을 송신하는 송신 코일과 직렬로 연결된 제1 가변 캐패시터 및 상기 송신 코일과 병렬로 연결된 제2 가변 캐패시터를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 이용하여 전력을 송신하는 무선 전력 송신 방법으로서,
    충전대기 상태에서, 수신 장치가 존재 여부를 확인하는 단계;
    수신 장치의 존재 여부 확인 결과, 수신 장치가 존재하지 않는 경우, 상기 무선 전력 전송 장치를 충전대기 상태로 하고, 수신 장치가 존재하는 경우, 상기 수신 장치에 전력을 전송하는 단계;
    전류, 전압, 위상을 모니터링 하는 단계;
    전력 전송이 적절한지 판단하는 단계;
    상기 전력 전송이 적절하지 않은 경우, 상기 제2 가변 캐패시터를 조절하는 단계;
    상기 전력 전송이 적절한 경우, 상기 무선 전력 전송 장치 및 상기 수진 장치의 임피던스 매칭 여부를 확인하는 단계;
    임피던스 매칭 여부 확인 결과, 임피던스가 매칭되지 않은 경우, 상기 제1 가변 캐패시터를 조절하고, 임피던스가 매칭된 경우, 충전이 완료되었는지 확인하는 단계; 및
    충전이 완료된 경우, 충전대기 상태로 복귀하고, 충전이 완료되지 않은 경우, 전력을 전송하는 단계로 이전하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 가변 캐패시터는 제2 캐패시턴스 범위 내에서 제어하고,
    상기 제1 가변 캐패시터는 상기 제2 캐패시턴스 보다 큰 제1 캐패시턴스 범위 내에서 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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