KR20190141283A - 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법 - Google Patents

카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법 Download PDF

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KR20190141283A
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Abstract

본 발명은 안테나 어레이, 타겟로부터 수신전력정보를 수신하는 통신부, 객체에 대한 영상을 획득하기 위한 카메라, 상기 카메라로부터 획득된 영상으로부터 객체를 인식하고, 인식된 객체의 객체방향정보를 생성하는 객체판단부 및 상기 객체방향정보에 따라 미리 설정된 하나의 스캐닝파를 방사하고, 상기 스캐닝파를 수신한 타겟로부터 전송되는 수신전력크기를 미리 설정된 수신전력크기와 비교하여 타겟의 거리 및 빔폭을 판단하여, 상기 판단된 거리 및 빔폭에 따른 전력전송파를 방사하도록 제어하는 제어부를 포함하는 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 전력공급이 필요한 타겟의 방향을 카메라 영상을 통하여 판단한 후 하나의 스캐닝파를 통하여 타겟의 거리를 파악함으로써 타겟의 위치를 파악하기 위한 스캐닝의 조사범위 및 시간을 최소화함으로써 스캐닝시 소요되는 전력소비를 최소화함과 동시에 빠르게 타겟으로 무선전력전송을 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER USING CAMERA AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 카메라의 영상을 이용하여 타겟을 식별하고 무선충전이 필요한 타겟에 전력을 공급할 수 있는 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술의 발전에 따라 언제 어디서나 정보통신 기기를 통하여 다양한 서비스를 제공하고, 이러한 서비스를 구현하는 장치로 스마트폰, 노트북 컴퓨터 등 휴대기기의 보급이 늘어나면서 자연적으로 상기 휴대기기의 장시간 사용을 위한 전원공급의 요구가 있다. 이러한 휴대기기의 전원공급을 함에 있어 사용자는 상용전원에 의한 배터리를 매번 충전하여야 하는 불편함이 있다. 특히 4차산업으로 IoT발전과 스마트팩토리에서 스마트센서의 사용증가에 따라 IT 기술과 에너지 기술을 융합한 무선전력전송을 이용하여 휴대기기, 스마트센서 등에 전원을 공급하고자는 기술이 대두되고 있다. 무선전력전송기술은 자기유도방식, 자기공진방식, 자기장 센서방식 및 전파수신방식 등으로 분류된다. 상기 전파수신방식은 송신기 안테나를 통하여 방사된 전파를 수신기 안테나를 통하여 수신한 전파를 정류회로를 이용하여 직류로 변환하여 전력을 수신하는 방식으로 비교적 원거리 전력 전송에 이용될 수 있다.
전파수신방식을 이용한 무선전력전송과 관련된 기술로 대한민국공개특허공보 제10-2017-0128052호의 무선 전력 송신기 및 그 제어방법은 제 1 기간 동안에는 패치 안테나로 제 1 신호를 출력하고, 제 2 기간 동안에는 외부로부터 수신되는 수신파를 이용하여 패치 안테나로부터 출력되는 제 2 신호를 처리하는 무선 전력 송신기가 개시되어 있다. 그러나 상기 선행기술은 무선 전력을 전송하려는 타겟을 찾기 위하여 송신기의 패치 안테나를 통하여 트랙킹을 수행함에 따라 전력소모가 크다는 문제가 있다. 트랙킹시 소모되는 전력을 최소화하여 타겟의 위치를 파악하기 위한 기술로 대한민국공개특허공보 제10-2017-0112898호의 무선 전력 송신기 및 그 제어방법은 타겟으로부터 통신 신호를 수신하는 3개의 복수의 통신용 안테나를 통하여 타겟 위치를 판단함에 따라 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.
따라서 타겟의 위치를 파악하기 위한 스캐닝시 전력을 최소화하고, 빠르게 파악하여 무선 전력을 효율적으로 전송하기 위한 새로운 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법이 필요하다 할 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0128052호 (2017.11.22) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0112898호 (2017.10.12)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 카메라를 이용하여 타겟의 위치를 파악하여 스캐닝시 전력을 최소화하고, 빠르게 파악하여 무선 전력을 효율적으로 타겟에 전송하기 위한 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치는 안테나 어레이, 타겟로부터 수신전력정보를 수신하는 통신부, 객체에 대한 영상을 획득하기 위한 카메라, 상기 카메라로부터 획득된 영상으로부터 객체를 인식하고, 인식된 객체의 객체방향정보를 생성하는 객체판단부 및 상기 객체방향정보에 따라 미리 설정된 하나의 스캐닝파를 방사하고, 상기 스캐닝파를 수신한 타겟로부터 전송되는 수신전력크기를 미리 설정된 수신전력크기와 비교하여 타겟의 거리 및 빔폭을 판단하여, 상기 판단된 거리 및 빔폭에 따른 전력전송파를 방사하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 통신부는 하나의 스캐닝파를 전송받은 타겟으로부터 타겟 식별정보를 수신하고, 상기 제어부는 타겟 위치 및 타겟 식별정보를 포함하는 타겟충전관리정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제어부는 타겟 식별정보를 포함하는 무선충전요청메세지를 전송받는 경우, 상기 타겟충전관리정보를 이용하여 카메라로부터 영상획득없이 전송받은 타겟 식별정보에 따른 타겟에 전력전송파를 방사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 객체판단부는 영상을 소정의 영역으로 구획하고, 구획된 각 영역은 좌표값을 갖는 영상 매트릭스를 이용하여 객체방향정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 객체판단부는 타겟이 이동하는 경우, 추적된 객체의 좌표값들로 이루어진 객체추적정보를 생성하고, 제어부는 상기 객체추적정보에 따라 안테나 어레이의 방향을 변경하도록 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전력공급이 필요한 타겟의 방향을 카메라 영상을 통하여 판단한 후 하나의 스캐닝파를 통하여 타겟의 거리를 파악함으로써 타겟의 위치를 파악하기 위한 스캐닝의 조사범위 및 시간을 최소화함으로써 스캐닝시 소요되는 전력소비를 최소화함과 동시에 빠르게 타겟으로 무선전력전송을 효율적으로 수행할 수 있다.
또한 타겟 이동시 카메라 영상을 통하여 타겟의 이동방향을 파악하고 타겟의 이동방향에 따라 구동부를 제어하여 계속적으로 타겟에 연속적으로 무선전력을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 타겟의 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치의 송수신처리부를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 블록구성도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 영상을 이용하여 타겟에 무선전력 전송을 수행하는 개념도 및 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 매트릭스를 통하여 타겟의 방향을 판단하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 개수 및 위치에 따른 전력전송파의 개수 및 빔폭을 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 패치 안테나에 공급되는 신호의 크기 및 위상 제어에 따른 전력전송파의 빔폭 및 크기가 변화되는 방사패턴을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 이동에 따라 안테나 어레이의 방향을 변경하는 구동부의 예시도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 타겟의 블록구성도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 무선 전력 송신장치(100)는 다수의 패치 안테나로 이루어져 소정의 스캐닝파 또는 전력전송파를 발생시키는 안테나 어레이(130), 소정의 위치에 있는 타겟(200)에 전력을 전송하도록 스캐닝파 또는 전력전송파의 발생을 제어하는 제어부(110)를 포함할 수 있다.
안테나 어레이(130)는 복수개의 패치가 다양한 방향으로 배열되는 형태로 전자파를 방사하기 위한 다양한 안테나 구조 및 형태로 이루어 질 수 있다. 송수신처리부(120)는 상기 안테나 어레이(130)의 각각의 패치에 공급되는 신호의 크기, 위상 및 동작여부 중 적어도 어느 하나 또는 둘이상을 제어부(110)의 제어에 의하여 조정함으로써 소정의 크기, 방향 및 빔폭을 갖는 스캐닝파 또는 전력전송파를 생성할 수 있다. 상기 동작여부는 안테나 패치에 신호가 공급되는 유무를 의미하며, 예를들어 해당 안테나 패치에 신호를 공급하지 않는 경우, 그 패치는 어떠한 신호도 방사하지 않는 상태이다. 여기서 전력전송파는 최종적으로 소정의 위치에 있는 타겟(200)에 전력을 전송하기 위한 전자파로 정의하며, 타겟(200)의 위치를 파악하기 위하여 안테나 어레이의 패치 전체 또는 패치 일부(안테나 그룹)를 통하여 방사되는 스캐닝파와는 구별된다. 스캐닝파는 제어부(110)의 제어에 의하여 미리 설정된 빔폭 및 크기를 가지고 -180°~ +180°의 범위에서 순차적으로 또는 미리 설정된 조사순서로 또는 위치검출용파에 의하여 결정되는 방향범위내에서 스캐닝파의 조사범위(각도)를 변경시켜 타겟에 스캐닝파의 전력을 전송할 수 있다. 전력전송파 또는 스캐닝파는 안테나 어레이(130)의 각각의 패치로부터 방사되는 전자파의 상호 보강 및 간섭에 의하여 생성되도록 제어하는 빔포밍 기술에 의하여 이루어질 수 있다(도 8참조). 다양한 형태의 안테나 구조 및 임피던스의 변화에 따른 빔포밍기술은 공지된 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 특정한 빔포밍기술로 제한하지 않는다. 제어부는 전력송신장치의 전반적인 동작을 제어하기 위하여 소정의 제어프로그램이 설치될 수 있으며, 마이크로컨트롤러 등으로 이루어질 수 있다.
제어부(100)는 스캐닝파 또는 전력전송파가 무선전력을 전송할 수 있도록 메모리(150)에 미리 저장되어 있는 안테나 제어정보를 이용할 수 있다. 안테나 제어정보는 각각의 안테나 어레이의 각각의 패치에 공급되는 신호의 크기, 위상 및 동작여부에 대한 제어정보로 각 패치 안테나로부터 방사되는 전자파의 간섭 및 보강에 의하여 스캐닝파 또는 전력전송파를 발생시키기 위한 빔포밍 정보로 이해될 수 있다. 또한 상기 안테나 제어정보는 스캐닝파 또는 전력전송파를 수신한 타겟로부터 전송된 수신전력과 비교되어 거리를 판단할 수 있는 기준 전력크기에 대한 수신전력 거리정보를 포함할 수 있다. 예를들어 제어부(100)는 공간 어딘가에 있는 타겟(200)의 방향을 판단하기 위하여 미리 설정된 빔폭 및 크기를 가지고 조사각도를 순차적으로 변경시켜 형성된 제1 스캐닝파, 제2 스캐닝파 내지 제n 스캐닝파를 타겟에 전송할 수 있다. 이 경우, 타겟(200)은 상기 제1 스캐닝파, 제2 스캐닝파 내지 제n 스캐닝파에 의하여 수신된 각각의 수신전력정보를 통신부(240)를 통하여 전력송신장치(100)로 전송할 수 있다. 전력송신장치(100)는 예를 들어 40mW의 기준전력크기로 제1 스캐닝파, 제2 스캐닝파 내지 제n스캐닝파 각각을 -180°~ +180°의 범위에서 순차적 방사하여 아래 표 1와 같이 타겟(200)로부터 수신전력정보를 수신하였다고 가정한다.

조사각도		 타겟로부터 전송된
수신전력(mW)		 안테나 제어정보(메모리)
거리(m) 수신전력(mW)
제1 스캐닝파 -180° 0 1 18.52
.
.
.
미리 설정된 기준값(10mW) 이하
2
15.57
제K-1 스캐닝파 -10° 13.56 3 10.53
제K 스캐닝파 0° 15.26 4 5.84
제K+1 스캐닝파 +10° 14.05 5 3.25
.
.
.
미리 설정된 기준값(10mW) 이하
6
2.15
제n 스캐닝파 +180° 0 7 1.12
상기 표 1을 참고하면, 제어부(110)는 타겟로부터 수신된 수신전력의 최대값(15.26mW)과 미리 설정된 안테나 제어정보에서 40mW의 기준전력크기에 대하여 수신전력이 15.57mW일 경우 안테나 어레이로부터 타겟간의 거리는 2m라고 판단할 수 있다. 동시에 제어부(110)는 미리 설정된 수신전력 기준값(10mW) 이상인 K-1, K 및 K+1의 스캐닝파의 조사각도인 -10°~ +10°를 빔폭정보로 판단할 수 있다. 따라서 스캐닝파에 의하여 타겟의 거리, 빔폭 및 방향(스캐닝파에 의하여 방향은 이미 결정됨)을 파악한 제어부(110)는 거리 2m, 빔폭 -10°~ +10°을 갖는 전력전송파를 생성하도록 미리 설정되어 있는 안테나 제어정보에 따라 송수신처리부(120)를 제어하여 판단된 위치에 있는 타겟(200)에 안테나 어레이(130)를 통하여 전력전송파를 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 블록구성도이다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 타겟(200)는 스캐닝파 또는 전력전송파를 수신하는 전력수신안테나(230), 수신된 스캐닝파 또는 전력전송파를 정류한 후 직류로 변환하는 전력변환부(220), 변환된 직류를 충전하는 충전부(201) 및 충전을 제어하고, 스캐닝파 또는 전력전송파의 수신전력정보를 생성한 후 통신부(240)를 통하여 전력송신장치(100)로 전송하도록 제어하는 제어부(210)를 포함한다. 타겟(200)은 스마트폰, 태블릿, 가전기구, 스마트센서 등 전력으로 동작되는 모든 전자장치를 포함할 수 있다.
제어부(210)는 충전부(201)에 충전되어 있는 전력정보를 감시하고, 충전전력이 미리 설정된 최소 전력 이하인 경우, 충전이 필요하다고 판단하고 위치검출용파를 생성하여 통신부(240)를 통하여 전력송신장치(100)로 전송할 수 있다. 위치검출용파는 전력전송파와 동일한 주파수 대역이거나 별도의 통신 채널 주파수 대역으로 이루어질 수 있으며, 무선충전요청정보를 포함할 수 있다. 위치검출용파는 크기 및 위상을 가지고 미리 설정된 기준방사전력이 설정될 수 있으며, 상기 미리 설정된 기준방사전력은 전력송신장치(100)에서 위치검출용파의 수신전력에 따른 타겟의 거리를 판단하기 위하여 이용될 수 있도록 메모리(150)에 미리 저장되어 있는 안테나 제어정보에 포함될 수 있다. 타겟(200)은 위치검출용파를 전력수신안테나(230)를 통하여 안테나 어레이(130)로 전송하기 위하여 통신부(240)와 전력수신안테나(230)간 전송경로를 형성하기 위한 스위칭부(260)를 포함할 수 있다. 상기 스위칭부(260)는 전력전송파를 수신할 경우, 제어부(210)의 제어에 의하여 전력수신안테나(230)와 전력변환부(2220)를 연결할 수 있는 서큐레이터(circulator) 등으로 이루어질 수 있다. 위치검출용파가 통신부(240)의 안테나(미도시)를 통하여 방사되는 경우 또는 전력수신안테나(230)를 통하여 방사되는 경우 모두 전력송신장치의 안테나 어레이(130) 및 통신부(140)의 안테나(미도시)를 통하여 수신될 수 있다. 위치검출용파가 스위칭부(260)를 통하여 전력수신안테나(230)를 통하여 방사되어 안테나 어레이(130)로 입력되는 경우는 통신부(240)의 안테나(미도시)를 통하여 방사되는 경우보다 더 정확한 전력수신안테나(230)의 위치를 전력송신장치(100)가 감지함으로써 무선전력 전송효율을 높일 수 있다.
전력송신장치(100)는 소정의 범위내에 있는 객체에 대한 영상을 획득하기 위한 카메라(400) 및 상기 카메라로부터 획득된 영상으로부터 객체를 인식하고, 인식된 객체를 미리 설정된 영상 매트릭스와 매칭시켜 객체의 방향을 판단하는 객체판단부(180)를 더 포함할 수 있다.
객체판단부(180)는 영상으로부터 객체를 인식하기 위하여 획득된 영상의 대비 및 밝기를 표준화하기 위하여 전처리한 후, 영상에 존재하는 서로 다른 영역들을 구분하고, HOG(Histogram of Oriented Gradients), SIFT(Scale-Invariant Feature Transform) 및 SURF(Speeded Up Robust Feature) 등의 형상추출 알고리즘에 따른 특징점 또는 특징값(면적, 둘레, 평균밝기 등)을 추출한 후 메모리에 저장된 미리 분류된 객체정보와 비교하여 객체를 인식할 수 있다. 상기 미리 분류된 객체정보는 다양한 제조사에 따른 상품이미지에 따른 정보일 수 있으며, 새로운 객체 이미지를 등록하여 업데이트될 수 있다. 여기서 영상으로부터 객체를 인식하는 방법은 이에 한정하지 않으며, 공지의 다양한 객체인식알고리즘을 통하여 이루어질 수 있다(S501).
이하 무선전력전송을 위한 타겟의 방향을 판단함에 카메라의 영상정보를 이용하여 스캐닝시 전력 소비를 최소화함과 동시에 빠르게 타겟의 위치를 판단하는 동작에 대하여 도4a 내지 도 5를 통하여 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 영상을 이용하여 타겟에 무선전력 전송을 수행하는 개념도 및 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 매트릭스를 통하여 타겟의 방향을 판단하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a 내지 도 5를 참고하면, 실내에 위치한 타겟에 무선전력을 전송하기 위하여 전력송신장치(100) 및 카메라(400)는 각각 소정의 조사각(R1,R2) 및 이격된 거리(L)를 가지고 천장에 설치될 수 있다. 전력송신장치(100)의 방사범위(X)와 카메라(400)의 영상범위(X)는 일치되도록 조정될 수 있다. 예를 들어 전력송신장치(100)의 방사범위(X)는 안테나 어레이를 통하여 방사되는 전자파의 크기 및 위상을 제어하여 미리 설정된 상태에서 카메라(400)를 상하좌우 이동한 상태에서 줌인 또는 줌아웃을 통하여 상기 방사범위(X)와 동일한 영상범위(X)를 갖도록 조정될 수 있다. 상기 영상범위(X)는 실내에 위치한 전자장치 전부에 대한 영상을 획득할 수 있도록 지면으로부터 소정의 높이를 가지고 설정될 수 있다. 카메라(400)로부터 획득된 영상은 가로(X) 및 세로(Y)의 영상범위내에서 구획되고, 구획된 영역은 각각의 좌표값(X1Y1,X1Y2,......X8Y8)을 갖는 영상 매트릭스로 이루어질 수 있다. 한편 상기 영상 매트릭스의 각각의 좌표값(X1Y1,X1Y2,......X8Y8)은 해당 좌표값에 따라 미리 설정되어 있는 스캐닝파를 발생시킬 수 있도록 안테나 어레이의 각각의 패치 안테나(131) 또는 다수의 패치 안테나로 이루어진 안테나그룹(A1,A2,A3,A4)과 매칭 될 수 있다. 객체판단부(180)는 인식된 객체(200)가 영상 매트릭스(500)에서 X2Y3에 있다고 판단한 객체방향정보를 제어부(110)로 전송할 수 있다(S502). 상기 객체방향정보(X2Y3)를 전송받은 제어부는 인식된 객체가 A1에 있다고 판단하고, 안테나 그룹(A1)를 제어하거나 패치 안테나(131)를 제어하여 생성된 하나의 스캐닝파(138)를 객체에 방사할 수 있다(503). 계속적으로 상기 스캐닝파(138)를 전송받은 객체(200)는 수신전력정보를 전력송신장치(100)로 전송하고, 상기 수신전력정보를 전송받은 전력송신장치(100)는 미리 설정된 수신전력 이상인 경우(S504) 타겟(200)이라고 판단하여, 수신전력에 따른 거리를 판단하여 판단된 방향 및 거리에 의한 전력전송파를 생성하여 타겟(200)에 무선전력을 전송할 수 있다. 상기 수신전력정보를 전송받은 전력송신장치(100)는 미리 설정된 수신전력 이하인 경우(S504), 전력을 전송할 필요가 없는 객체(138a)라고 판단하고 종료한다.
상술한 예에서는 전력송신장치는 위치를 모르는 타겟으로부터 무선충전요청메세지를 수신한 경우를 가정하였으나, 전력송신장치(100)는 무선충전요청메세지를 수신하지 않은 경우에도 타겟의 위치(방향 및 거리)정보 및 충전상태정보를 관리하기 위하여 S501 내지 S504를 수행할 수 있다. 이 경우, 전력송신장치에 의하여 스캐닝파를 전송받은 타겟은 수신전력정보뿐만 아니라 타켓 식별정보를 전력송신장치에 전송하여 전력송신장치는 타겟의 위치뿐만아니라 타겟 식별정보를 포함하는 타겟충전관리정보를 생성하여 관리할 수 있다. 이후 해당 타겟이 타겟식별정보를 포함하는 무선충전요청메세지를 전송하는 경우, 전력송신장치는 상기 관리하고 있는 타겟충전관리정보를 이용하여 카메라로부터 영상획득없이 곧바로 전송받은 타겟식별정보에 따른 타겟위치를 결정하고 전력전송파를 타겟으로 전송할 수 있다.
객체판단부(180)는 카메라를 통하여 획득된 일련의 영상 프레임 내 객체의 특징점 또는 특징값의 유사도등을 이용한 Mean-Shift 알고리즘 또는 CAMShift 알고리즘을 통하여 객체를 추적하고 추적된 객체의 좌표값들을 포함하는 객체추적정보를 생성하여 제어부로 전송할 수 있다. 상기 객체추적정보를 전송받은 제어부는 타겟이 이동중이라고 판단하고, 수신한 객체추적정보를 이용하여 계속적으로 타겟에 무선전력을 송신하기 위하여 안테나 어레이의 방향을 변경하도록 구동부(300)를 제어할 수 있다. 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 이동에 따라 안테나 어레이의 방향을 변경하는 구동부의 예시도로써, 구동부(300)는 안테나 어레이(130)의 일측과 연결되는 수평회전부(310) 및 상기 수평회전부(310)와 연결되는 상하회전부(320)로 이루어질 수 있다. 제어부(110)는 객체판단부(180)로부터 전송된 객체추적정보에 따른 수평회전부(310) 및 상하회전부(320)를 제어함으로써 타겟(200)의 이동에 따른 위치변화를 정확하게 추종하여 계속적으로 무선전력전송을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치의 송수신처리부를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2를 참고하면, 송수신처리부(120)는 증폭부(124), 감쇠기(123), 위상쉬프터(122) 및 제1 제어부(121)를 포함할 수 있다.
송수신처리부(120)는 각각의 패치(131 ~ 131n)에 공급되는 신호의 위상 및 크기를 제어하기 위하여 복수개로 이루어 질 수 있으며, 제어부(110)는 각각의 송수신처리부(120)를 각각 제어하기 위한 제1 제어부(121) 내지 제n 제어부(121n)을 포함할 수 있다. 제어부(110)는 타겟(200)으로부터 전송된 수신전력정보에 의하여 결정된 타겟의 거리, 빔폭 및 방향(스캐닝파에 의하여 방향은 이미 결정됨)에 대하여 미리 설정되어 있는 안테나 제어정보에 따라 각각의 패치에 대한 크기 및/또는 위상 정보를 제1 제어부(121) 내지 제n 제어부(121n)로 전송하여 무선전력 전송을 위한 전력전송파를 생성할 수 있다.
전력소스(101)는 신호의 주파수를 일정하게 유지하기 위한 위상고정루프(PLL:phase locked loop), 전력증폭기, 인버터 및 전력분배기 등을 포함하여 이루어져 각각의 송수신처리부(120)에 소정의 주파수, 위상 및 크기를 갖는 전력을 공급할 수 있다.
한편 송수신처리부(120)는 전력전송파 또는 스캐닝파를 생성하기 위하여 각 패치 안테나(131~131n)에 최종 공급되는 신호 크기 및 위상을 검출하거나 각 패치 안테나(131~131n)를 통하여 타겟로부터 전송되는 위치검출용파에 의하여 각 패치에입력되는 신호를 검출하기 위한 수신전력검출부(125)를 더 포함할 수 있다. 수신전력검출부(125)는 커플러(coupler)로 이루어질 수 있으며, 검출된 전력전송파 또는 스캐닝파를 생성하기 위하여 각 패치에 최종 공급되는 신호 또는 위치검출용파에 의하여 입력되는 신호는 제1 제어부(121)를 통하여 제어부(110)로 입력될 수 있다. 위치검출용파는 신호의 주파수를 일정하게 유지하기 위한 위상고정루프(PLL:phase locked loop), 전력증폭기, 필터 등을 포함하는 통신부(240)에 의하여 소정의 주파수, 크기(진폭) 및 위상을 가지고 제어부(210)의 제어에 의하여 전력수신안테나(230)를 통하여 전력송신장치(100)의 안테나 어레이(130)로 입력될 수 있다.
따라서 전력송신장치(100)는 스캐닝파를 수신한 타겟로부터 전송된 수신전력정보를 이용하여 타겟의 위치를 판단하고 미리 설정된 안테나 제어정보에 따른 빔포밍을 제어함으로써 타겟에 최대전력을 효율적으로 전송할 수 있다. 또한 전력송신장치(100)는 스캐닝파에 의하여 미리 설정된 수신전력의 기준값보다 낮은 수신전력이 수신되는 조사각(방향)은 장애물이 있는 것으로 판단하고 해당 방향으로는 전력전송파가 방사되지 않도록 전력전송파의 빔폭을 제어할 수 있다.
도 6을 참고하면, 도 4b에 의하여 타겟(200)의 방향 및 거리가 판단된 경우에도 무선송신장치(100)는 복수의 타겟(200a, 200b)에 동시에 전력을 전송할 수 있다. 각 객체에 방사되는 각각의 스캐닝파에 의하여 복수의 타겟(200a, 200b)으로부터 각각 수신된 수신전력을 이용하여 무선송신장치(100)는 빔폭정보를 판단하고 전력전송파(B)의 빔폭을 조정함으로써 복수의 타겟에 하나의 전력전송파를 전송하거나(도 5의 (a)참고), 두개의 전력전송파(도 5의 (b)참고)를 전송할 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100:전력송신장치 101:전력소스
110,210:제어부 120:송수신처리부
122:위상쉬프터 123:감쇠기
124:증폭부 125:수신전력검출부
130:안테나 어레이 131:패치 안테나
140,240:통신부 150:메모리
180:객체판단부 200:타겟
230:전력수신안테나 201:충전부
300:구동부 400:카메라
1000: 무선 전력 송수신시스템

Claims (5)

  1. 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치에 있어서,
    안테나 어레이,
    타겟로부터 수신전력정보를 수신하는 통신부,
    객체에 대한 영상을 획득하기 위한 카메라,
    상기 카메라로부터 획득된 영상으로부터 객체를 인식하고, 인식된 객체의 객체방향정보를 생성하는 객체판단부 및
    상기 객체방향정보에 따라 미리 설정된 하나의 스캐닝파를 방사하고, 상기 스캐닝파를 수신한 타겟로부터 전송되는 수신전력크기를 미리 설정된 수신전력크기와 비교하여 타겟의 거리 및 빔폭을 판단하여, 상기 판단된 거리 및 빔폭에 따른 전력전송파를 방사하도록 제어하는 제어부를 포함하는 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신부는 하나의 스캐닝파를 전송받은 타겟으로부터 타겟 식별정보를 수신하고,
    상기 제어부는 타겟 위치 및 타겟 식별정보를 포함하는 타겟충전관리정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 타겟 식별정보를 포함하는 무선충전요청메세지를 전송받는 경우, 상기 타겟충전관리정보를 이용하여 카메라로부터 영상획득없이 전송받은 타겟 식별정보에 따른 타겟에 전력전송파를 방사하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 객체판단부는 영상을 소정의 영역으로 구획하고, 구획된 각 영역은 좌표값을 갖는 영상 매트릭스를 이용하여 객체방향정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 객체판단부는 타겟이 이동하는 경우, 추적된 객체의 좌표값들로 이루어진 객체추적정보를 생성하고, 제어부는 상기 객체추적정보에 따라 안테나 어레이의 방향을 변경하도록 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치.
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