KR20200099903A - 무선 전력 전송 디바이스 및 그 제어 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 디바이스 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 디바이스 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 무선 전력 수신 디바이스로부터 수신된 데이터를 기초로 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 파악하고, 파악된 위치를 기초로 안테나의 방향을 변경하도록 제어하고, 변경된 방향을 향하여 안테나가 전력을 무선 전력 수신 디바이스로 전송하도록 제어하는 것을 그 요지로 한다.

Description

무선 전력 전송 디바이스 및 그 제어 방법{Wireless power transmission device and method the same}
본 발명은 무선 전력 전송 디바이스 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 충전하고자 하는 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 파악하고, 안테나를 이동하여 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 디바이스 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
무선으로 전기 에너지를 수신기로 전달하는　무선 전력 전송 기술(wireless power transmission)은 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기부터, 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 이용해서 전기에너지를 전송하는 방법이 개발되어 왔다. 현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.
무선 전력 전송에 필요한 에너지 밀도를 높이는 빔 포밍 기술이 사용된다. 빔 포밍(Beam forming)은 스마트 안테나(smart antenna)의 한 방식으로 안테나의 빔이 해당 단말에게만 국한하여 비추도록 하는 기술이다. 스마트 안테나(smart antenna)는 효율성을 높이기 위해 다수의 안테나를 이용해 구현될 수 있다. 일반적으로 빔 포밍은 무대 위의 배우에게 스포트라이트(spotlight)로 불 빛을 비추는 것과 같은 효과를 의미한다. 빛은 전파들 중에서 주파수가 높은 신호에 해당한다. 전파는 주파수가 높을 수록 직진성이 강해서 빛처럼 주파수대가 높은 신호는 한 방향으로 몰아서 보내지 않으면 신호 전송에 많은 에너지가 소모된다.
종래 기술의 경우, RF 에너지 밀도가 높아지는 경우, 안테나의 부피가 커지는 문제점이 있고, 무지향성 안테나로는 RF 에너지 밀도를 높일 수 없어서, 지향성이 있는 패치 안테나를 배열하여 설계하거나, 지향성을 높이기 위하여 야기(Yagi) 안테나를 사용해야 하는데, 이러한 경우, 설계가 복잡해지고, 안테나 길이가 길어져서 전체적으로 안테나의 크기가 커져서 불편한 문제점이 있었다.
또한, 무선 전력 송신기에서 무선 전력 수신기로 전력을 전송할 때, 단순히 위상 변화만으로 경로를 찾기 때문에, 무선 전력 송신기의 크기가 크고, 장애물이 있을 때 이를 피하기가 어려워서 무선 전력 전송 효율이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시 예는, 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 찾은 후, 모터를 이용하여 안테나를 조정하고, 안테나로 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 디바이스 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 일 실시 예는, 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 찾은 후, 무선 전력 수신 디바이스로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터의 전압을 확인하여, 최적의 무선 전력 전송 경로를 결정하고, 최적 경로로 무선 충전 수신 디바이스로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 디바이스의 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 일 실시 예는, 무선 전력 전송 디바이스와 무선 전력 수신 디바이스 사이에 장애물이 있는 경우, 회로를 개방하여 장애물이 있는 것을 파악하고, 장애물이 없는 최적 경로로 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 디바이스의 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스는, 전력을 생성하는 전력 발생부(110); 무선 전력 수신 디바이스와 데이터를 송수신하고, 생성된 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하는 안테나(120); 상기 안테나의 방향을 변경하는 모터(130); 및 상기 무선 전력 수신 디바이스로부터 수신된 데이터를 기초로 상기 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 파악하고, 파악된 위치를 기초로 상기 안테나부의 방향을 결정하고, 결정된 상기 방향으로 상기 모터가 상기 안테나의 방향을 변경하도록 제어하고, 상기 변경된 방향을 향하여 상기 안테나가 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하도록 제어하는 제어부(140)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스의 제어 방법은, 전력을 생성하는 단계; 무선 전력 수신 디바이스와 데이터를 송수신하고, 생성된 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하는 단계; 무선 전력 수신 디바이스로부터 수신된 데이터를 기초로 상기 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 파악하는 단계; 파악된 위치를 기초로 상기 안테나의 방향을 결정하는 단계; 결정된 방향으로 상기 모터가 상기 안테나의 방향을 변경하도록 제어하는 단계; 및 변경된 방향을 향하여 상기 안테나가 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하도록 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 찾은 후, 모터를 이용하여 안테나를 조정하고, 안테나로 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하여, 무선 전력 전송 디바이스가 에너지 밀도가 높은 전력을 무선 전력 수신 디바이스로 전송할 수 있고, 안테나의 크기를 최소화 시킬 수 있고, 장애물을 피할 수 있고, 효율적으로 무선 충전을 할 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 찾은 후, 무선 전력 수신 디바이스로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터의 전압을 확인하여, 최적의 무선 전력 전송 경로를 결정하고, 최적 경로로 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송할 수 있어서, 무선 전력 전송 디바이스가 에너지 밀도가 높은 전력을 무선 전력 수신 디바이스로 전송할 수 있고, 안테나의 크기를 최소화 시킬 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 전송 디바이스와 무선 충전 수신 디바이스 사이에 장애물이 있는 경우, 회로를 개방하여 장애물이 있는 것을 파악하고, 장애물이 없는 최적 경로로 무선 충전 수신 디바이스로 전력을 전송할 수 있어서, 무선 전력 전송 디바이스가 에너지 밀도가 높은 전력을 무선 전력 수신 디바이스로 전송할 수 있고, 안테나의 크기를 최소화 시킬 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스의 구성도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스의 제어 방법의 순서도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 수신 디바이스의 구성도를 도시한 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 확인하고, 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하는 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스가 모터를 이용하여 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하는 것을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송할 때 최적 경로 순위를 정하는 기준을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스와 무선 전력 전송 디바이스가 모터를 포함한 경우, 전력을 전송하는 것을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 안테나 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 장애물이 복수인 경우, 어떻게 최적 경로를 찾는지를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스의 구성도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 디바이스(100)는 전력 발생부(110), 안테나(120), 모터(130), 제어부(140)를 포함한다.
전력 발생부(110)는 전력을 생성한다. 구체적으로, 전력은 전력 신호(PS)를 포함한다. 전력신호(PS)는 일정한 진폭과 위상을 가지는 AC 신호일 수 있다. 전력 발생부(110)는 전력신호(PS)를 변조부(115)로 전달할 수 있다. 전력신호(PS)는 다양한 주파수 범위의 전자기파를 전송할 수 있다. 예를 들어, 전력신호(PS)는 라디오주파수(Radio Frequency)나 단파 장주파수(Microwave Frequency) 범위를 포함하는 전자기파일 수 있다. 라디오주파수나 단파장주파수는 다른 통신 기기에 주는 간섭을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, ISM(Industrial Scientific Medical) 밴드 영역의 주파수를 사용할 수 있다.
변조부(115)는 제어부(140)의 제어에 따라 전력신호(PS)의 위상 및 진폭을 각각 변조할 수 있다.
변조부(115)는 전력 발생부(110)로부터 전달받은 전력신호(PS)를 제어부(140)의 제어에 따라 비콘신호(BS)의 시역전 위상을 가지도록 변조할 수 있다. 예를 들어, 시역전 위상은 파동을 복소켤레화(complex conjugate)하여 얻을 수 있다. 예를 들어, 시역전 위상은 파동의 위상을 ð/2 만큼 반전시켜 얻을 수 있다.
변조부(115)는 제어부(140)의 제어에 따라 전력신호(PS)의 진폭을 증폭할 수 있다. 시역전 위상을 가지는 변조된 전력신호(PS-i)의 송신의 경우 비콘신호(BS)의 진폭의 크기는 전력 전송의 효율과 연관된다. 무선 전력 전송 디바이스(100)의 전송 가능한 전력의 양이 한정되어 있으므로, 효율적인 전력 전송을 위한 위상 진폭 제어 알고리즘이 요구될 수 있다. 예를 들어, 위상 진폭 제어 알고리즘은 비콘신호(BS)의 진폭의 크기를 참조하여 전력신호(PS)의 진폭 증폭율을 제어할 수 있다. 예를 들어, 위상 진폭 제어 알고리즘은 비콘신호(BS)의 진폭이 큰 경우에 더 큰 진폭의 전력신호(PS-i)를 송신하도록 제어부에서 연산된 가중치 값을 부여할 수 있다. 변조부(115)는 제어부(140)로부터 이러한 위상 진폭 제어 알고리즘을 전달 받아 전력신호(PS)를 변조한다.
안테나(120)는 무선 전력 수신 디바이스(200)와 데이터를 송수신하고, 생성된 전력을 무선 전력 수신 디바이스(200)로 전송한다. 안테나(120)는 변조된 전력 신호를 무선 전력 수신 디바이스(200)로 전송할 수 있다.
모터(130)는 제어부(140)로부터의 제어 명령에 따라 안테나(120)의 방향을 변경한다.
제어부(140)는 무선 전력 수신 디바이스(200)로부터 수신된 데이터를 기초로 무선 전력 수신 디바이스(200)의 위치를 파악하고, 파악된 위치를 기초로 상기 안테나의 방향을 결정하고, 결정된 방향으로 모터가 안테나(120)의 방향을 변경하도록 제어하고, 변경된 방향을 향하여 안테나(120)가 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하도록 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스의 제어 방법의 순서도를 도시한 도면이다. 본 발명에 따르면, 제어부(140)에 의하여 수행된다.
도 2를 참조하면, 먼저, 전력 발생부(110)를 통하여, 전력을 생성한다(S210).
무선 전력 수신 디바이스(200)와 데이터를 송수신하고, 생성된 전력을 무선 전력 수신 디바이스(200)로 전송한다(S220).
무선 전력 수신 디바이스(200)로부터 수신된 데이터를 기초로 무선 전력 수신 디바이스(200)의 위치를 파악한다(S230).
파악된 위치를 기초로 안테나의 방향을 결정한다(S240).
결정된 방향으로 모터가 안테나의 방향을 변경하도록 제어한다(S250).
변경된 방향을 향하여 안테나가 전력을 무선 전력 수신 디바이스(200)로 전송하도록 제어한다(S260).
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 수신 디바이스의 구성도를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 수신 디바이스(200)는 디스플레이부(210), 안테나(220), 모터(230), 제어부(240)를 포함한다.
디스플레이부(210)는 제어부(240)로부터의 제어 명령에 따라, 화면을 디스플레이한다.
안테나(220)는 무선 전력 전송 디바이스(100)와 데이터를 송수신하고, 생성된 전력을 무선 전력 전송 디바이스(100)로부터 수신한다.
모터(230)는 제어부(240)로부터의 제어 명령에 따라 안테나(220)의 방향을 변경한다.
제어부(240)는 무선 전력 전송 디바이스(100)로부터 수신된 데이터를 기초로 무선 전력 전송 디바이스(100)의 위치를 파악하고, 파악된 위치를 기초로 안테나(220)의 방향을 결정하고, 결정된 방향으로 모터(230)가 안테나(220)의 방향을 변경하도록 제어하고, 변경된 방향을 향하여 안테나(220)가 전력을 무선 전력 전송 디바이스(100)로부터 수신하도록 제어한다.
무선 전력 수신 디바이스(200)는 스마트폰, 모바일 디바이스, 테블릿 PC, 디스플레이 디바이스, 스마트 TV 등이 될 수 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 확인하고, 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하는 것을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 전송 디바이스(100)과 무선 전력 수신 디바이스(200) 사이에는 두 개의 채널이 있다. 하나는 통신 채널(410)이고, 다른 하나는 전력 채널(420)이다.
통신 채널(410)은 무선 전력 전송 디바이스(100)와 무선 전력 수신 디바이스(200) 사이에서, 서로 데이터를 전송하고, 수신하는 채널이고, 쌍방향 채널이다.
전력 채널(420)은 무선 전력 전송 디바이스(100)로부터 무선 전력 수신 디바이스(200)로 전력을 전송하는 채널이고, 일방향 채널이다.
다음으로, 통신 채널(410)을 통하여, 무선 전력 수신 디바이스(200)의 위치를 파악하는 방법에 대하여 설명한다.
무선 전력 전송 디바이스(100)의 제어부(140)는 안테나(120)가 제 1 신호를 무선 전력 수신 디바이스(200)로 전송하도록 제어하고, 무선 전력 수신 디바이스로(200)부터 제 1 신호에 대응하는 애크 신호를 수신한다.
제어부(140)는 수신된 애크 신호를 기초로 무선 전력 수신 디바이스(200)의 위치를 파악한다.
다음으로, 주기적으로 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로를 개방하는 것에 대하여 설명한다.
제어부(140)는 소정 주기 간격으로 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로를 개방한다. 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로는 통신 채널(410)과 전력 채널(420)을 포함하고, 제어부(140)는 소정 주기 간격으로 전력 채널을 개방한다.
예를 들어, 제어부(140)는 매 10 초 마다 10 마이크로 초 동안 전력 채널(420)을 오픈한다.
본 발명에 따르면, 제어부(140)는 소정 주기 간격으로 무선 전력 전송 디바이스의 전력 채널(420)을 개방한다. 그리고, 제어부(140)는 통신 채널(410)을 개방하지 않는다. 통신 채널(410)은 무선 전력 전송 디바이스(100)와 무선 전력 수신 디바이스(200) 사이에서 계속 연결된 상태를 유지한다.
따라서, 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로의 노이즈를 제거하여 최적 경로를 보다 용이하게 찾을 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로에 다른 노이즈 전압이 추가되는 경우, 어떻게 최적 경로를 찾는지 설명한다.
위와 경우와 마찬 가지로, 무선 전력 전송 디바이스(100)에서, 일정한 주기로 소정 시간 동안 회로를 개방하고, 제어부(140)는 그 시간 대역에 무선 전력 전송 디바이스(100)가 가장 큰 전압을 수신하는 경우를 최적 경로로 결정한다.
다음으로, 무선 전력 수신 디바이스(200)에서 사용자가 어떻게 무선 전력 전송 시점을 알 수 있는 지에 대하여 설명한다. 무선 전력 전송 디바이스(100)와 무선 전력 수신 디바이스(200)가 페어링되어, 무선 전력을 전송할 때, 무선 전력 수신 디바이스(200)에서, 무선 전력을 수신함을 나타내는 인디케이터를 디스플레이한다.
예를 들어, 무선 전력 수신 디바이스(200)는 디스플레이부(210), 안테나(220), 모터(230), 제어부(240)를 포함한다.
제어부(240)는 디스플레이부(210)가 무선 충전이 시작되었음을 나타내는 인디케이터(40)를 화면에 디스플레이하도록 제어한다.
본 발명에 따르면, 무선 전력 전송 디바이스(100)와 무선 전력 수신 디바이스(200)가 페어링된 후, 무선 전력을 전송하면, 무선 전력 수신 디바이스(200)에서 무선 충전이 시작되었음을 나타내는 인디케이터(40)를 화면에 디스플레이 한다.
따라서, 사용자는 무선 전력 수신 디바이스에서 무선 충전이 시작되었음을 용이하게 알 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상 시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스가 모터를 이용하여 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하는 것을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 전송 디바이스(100)은 무선 전력 수신 디바이스(200)로 전력을 전송할 때, 복수의 경로 중에서 최적의 무선 전력 전송 경로로 전송한다.
먼저, 제어부(140)는 수신된 데이터의 RSSI 값을 확인하고, 확인된 상기 RSSI 값을 기초로 무선 전력 전송 경로를 결정한다.
무선 전력 전송 경로를 결정하는 요소는 안테나(120)의 각도, 빔 패턴, 블루투스 RSSI 레벨, 회로의 개방 시 측정 전압을 포함한다.
제어부(140)는 모터(130)로 안테나(120)의 각도를 조정한다.
안테나(120)의 각도는 안테나(120)의 신호 전송 방향과 수평선이 이루는 각도를 의미한다. 안테나의 각도는 제 1 각도, 제 2 각도, 제 3 각도, 제 4 각도를 포함한다.
빔 패턴에 대하여 설명한다. 빔 패턴은 0 번 빔 패턴, 제 1 빔 패턴, 제 2 빔 패턴, 제 3 빔 패턴, 제 4 빔 패턴을 포함한다.
빔 패턴이 0번 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 무선 전력 전송 디바이스의 주변에 전력을 전송한다. 빔 패턴이 제 1 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 제 1 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 전송한다. 빔 패턴이 제 2 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 제 2 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 전송한다. 빔 패턴이 제 3 빔 패턴인 경우, 안테나(1200) 제 3 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 전송한다. 빔 패턴이 제 4 빔 패턴인 경우, 안테나(1200) 제 4 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 전송한다.
여기서, 빔 포밍(Beam forming)은 스마트 안테나(smart antenna)의 한 방식으로 안테나의 빔이 해당 단말에게만 국한하여 비추도록 하는 기술을 의미한다.
블루투스 RSSI 레벨은 저전력 블루투스를 이용할 때, 수신 강도 세기(Received signal strength indication, RSSI)를 의미한다. 블루투스 RSSI 레벨의 크기가 클수록, 최적의 무선 전력 전송 경로가 될 가능성이 높다.
무선 전력 전송 디바이스의 회로 개방 전압은 무선 전력 전송 디바이스의 회로를 개방한 후, 측정한 전압을 의미한다. 회로 개방 전압의 크기가 클수록, 최적의 무선 전력 전송 경로가 될 가능성이 높다.
다음으로, 최적 경로를 결정하는 것에 대하여 설명한다.
제어부(140)는 RSSI 값이 소정 범위 이내인 경우, 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로를 개방한 이후의 전압의 크기를 확인하고, 확인된 전압의 크기를 기초로 무선 전력 전송 경로를 결정한다.
제어부(140)는 전압의 크기가 최대인 경우, 그 경로를 최적 경로로 결정한다.
먼저, 제어부(1400는 RSSI 값을 기초로 경로를 결정한다.
예를 들어, 안테나 각도가 제 1 각도인 경우, RSSI 값의 크기는 - 78 데시벨 내지 - 77 데시벨을 갖는다. 안테나 각도가 제 2 각도인 경우, RSSI 값의 크기는 - 65 데시벨 내지 - 63 데시벨을 갖는다. 안테나 각도가 제 3 각도인 경우, RSSI 값의 크기는 - 89 데시벨 내지 - 85 데시벨을 갖는다. 안테나 각도가 제 4 각도인 경우, RSSI 값의 크기는 - 78 데시벨 내지 - 76 데시벨을 갖는다.
먼저, 제어부(140)는 안테나(120)의 각도를 제 2 각도로 결정한다. 그 이유는 안테나의 각도가 제 1 각도, 제 3 각도, 제 4 각도의 경우, RSSI 값의 크기가 제 2 각도 보다 작기 때문이다.
다음으로, 안테나 각도가 제 2 각도인 경우, 빔 패턴은 제 1 빔 패턴, 제 2 빔 패턴, 제 3 빔 패턴, 제 4 빔 패턴이 될 수 있다.
제 1 실시 예는 안테나 각도가 제 2 각도, 빔 패턴이 제 1 패턴, RSSI 값이 -65 데시벨, 전압의 크기가 1.94 볼트인 경우이다.
제 2 실시 예는 안테나 각도가 제 2 각도, 빔 패턴이 제 2 패턴, RSSI 값이 -63 데시벨, 전압의 크기가 2.01 볼트인 경우이다.
제 3 실시 예는 안테나 각도가 제 2 각도, 빔 패턴이 제 3 패턴, RSSI 값이 -64 데시벨, 전압의 크기가 0.57 볼트인 경우이다.
제 4 실시 예는 안테나 각도가 제 2 각도, 빔 패턴이 제 4 패턴, RSSI 값이 -65 데시벨, 전압의 크기가 1.96 볼트인 경우이다.
제어부(140)는 RSSI 값이 소정 범위 이내인 경우, 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로를 개방한 이후의 전압의 크기를 확인하고, 확인된 전압의 크기를 기초로 무선 전력 전송 경로를 결정한다. 제어부(140)는 전압의 크기가 최대인 경우, 그 경로를 최적 경로로 결정한다.
예를 들어, RSSI 값이 -65 데시벨 내지 -63 데시벨의 소정 범위 인 경우, 제어부(140)는 전압의 크기가 최대인 2.01 볼트에 경우에 대응하는 제 2 경로를 최적 경로로 결정한다.
다음으로, 무선 전력 전송 디바이스(100)와 무선 전력 수신 디바이스(200) 사이에 장애물이 있는 경우에 대하여 설명한다.
제어부(140)는 RSSI 값이 소정 범위 이내인 경우, 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로를 개방한 이후의 전압의 크기를 확인하고, 확인된 전압의 크기를 기초로 무선 전력 전송 경로를 결정한다. 제어부(140)는 전압의 크기가 다른 경로에 비하여 소정 범위 이하인 경우, 전압의 크기에 대응하는 경로에 장애물이 있다고 결정한다.
예를 들어, 도 5, 도 6을 참조하면, 안테나 각도가 제 2 각도이고, 빔 패턴은 제 1 빔 패턴, 제 2 빔 패턴, 제 3 빔 패턴, 제 4 빔 패턴이 될 수 있다.
제 1 실시 예는 안테나 각도가 제 2 각도, 빔 패턴이 제 1 패턴, RSSI 값이 -65 데시벨, 전압의 크기가 1.94 볼트인 경우이다.
제 2 실시 예는 안테나 각도가 제 2 각도, 빔 패턴이 제 2 패턴, RSSI 값이 -63 데시벨, 전압의 크기가 2.01 볼트인 경우이다.
제 3 실시 예는 안테나 각도가 제 2 각도, 빔 패턴이 제 3 패턴, RSSI 값이 -64 데시벨, 전압의 크기가 0.57 볼트인 경우이다.
제 4 실시 예는 안테나 각도가 제 2 각도, 빔 패턴이 제 4 패턴, RSSI 값이 -65 데시벨, 전압의 크기가 1.96 볼트인 경우이다.
제어부(140)는 RSSI 값이 -60 데시벨 에서 - 65 데시벨 사이의 값을 갖는 경우, 전압의 크기를 확인한다. 확인 결과 제 3 실시 예의 경우, 전압의 크기가 0.57 볼트로 가장 작은 값을 갖는다. 즉, 다른 전압의 크기는 1.94 볼트, 2.01 볼트, 1.96 볼트인데, 제 3 실시 예의 경우는 전압의 크기가 0.57 볼트로 다른 경로에 비하여 현저히 작다고 볼 수 있다.
따라서, 제어부(140)는 0.57 볼트에 대응하는 제 3 경로에 장애물이 있다고 판단한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송할 때 최적 경로 순위를 정하는 기준을 도시한 도면이다.
항목은 전송 안테나 각도, 빔 패턴, 블루투스 RSSI 레벨, 무선 전력 전송 디바이스의 개방 회로의 전압을 포함하고, 이를 기초로 최적 경로 순위를 결정한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 디바이스와 무선 전력 전송 디바이스가 둘 다 모터를 포함한 경우, 전력을 전송하는 것을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 전송 디바이스(100)는 무선 전력 수신 디바이스(200)로 전력을 전송할 때, 최적의 무선 전력 전송 경로로 전송한다.
먼저, 무선 전력 전송 디바이스(100)에 대하여 설명한다.
제어부(140)는 수신된 데이터의 RSSI 값을 확인하고, 확인된 RSSI 값을 기초로 무선 전력 전송 경로를 결정한다. 무선 전력 전송 경로를 결정하는 요소는 안테나(120)의 각도, 빔 패턴, 블루투스 RSSI 레벨, 회로의 개방 시 측정 전압을 포함한다.
제어부(140)는 모터(130)로 안테나(120)의 각도를 조정한다.
안테나(120)의 각도는 안테나(120)의 신호 전송 방향과 수평선이 이루는 각도를 의미한다. 안테나의 각도는 제 1 각도, 제 2 각도, 제 3 각도, 제 4 각도를 포함한다.
빔 패턴에 대하여 설명한다. 빔 패턴은 0 번 빔 패턴, 제 1 빔 패턴, 제 2 빔 패턴, 제 3 빔 패턴, 제 4 빔 패턴을 포함한다.
빔 패턴이 0번 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 무선 전력 전송 디바이스의 주변에 전력을 전송한다. 빔 패턴이 제 1 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 제 1 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 전송한다. 빔 패턴이 제 2 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 제 2 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 전송한다. 빔 패턴이 제 3 빔 패턴인 경우, 안테나(1200) 제 3 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 전송한다. 빔 패턴이 제 4 빔 패턴인 경우, 안테나(1200) 제 4 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 전송한다.
여기서, 빔 포밍(Beam forming)은 스마트 안테나(smart antenna)의 한 방식으로 안테나의 빔이 해당 단말에게만 국한하여 비추도록 하는 기술을 의미한다.
다음으로, 무선 전력 수신 디바이스(200)에 대하여 설명한다.
제어부(240)는 무선 전력 전송 디바이스(100)로부터 수신된 데이터의 RSSI 값을 확인하고, 확인된 RSSI 값을 기초로 무선 전력 전송 경로를 결정한다.
무선 전력 전송 경로를 결정하는 요소는 안테나(220)의 각도, 빔 패턴, 블루투스 RSSI 레벨, 회로의 개방 시 측정 전압을 포함한다.
제어부(240)는 모터(230)로 안테나(220)의 각도를 조정한다.
안테나(220)의 각도는 안테나(220)의 신호 수신 방향과 수평선이 이루는 각도를 의미한다. 안테나의 각도는 제 1 각도, 제 2 각도, 제 3 각도, 제 4 각도를 포함한다.
빔 패턴에 대하여 설명한다. 빔 패턴은 제 5 빔 패턴, 제 6 빔 패턴, 제 7 빔 패턴, 제 8 빔 패턴, 제 4 빔 패턴을 포함한다.
빔 패턴이 제 5 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 무선 전력 전송 디바이스의 주변에 데이터를 전송한다. 빔 패턴이 제 6 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 제 6 경로로 빔 포밍 방식으로 데이터를 전송하고, 무선 전력 전송 디바이스(100)로부터 전력을 수신한다. 빔 패턴이 제 7 빔 패턴인 경우, 안테나(120)는 제 7 경로로 빔 포밍 방식으로 데이터를 전송하고, 전력을 수신한다. 빔 패턴이 제 8 빔 패턴인 경우, 안테나(1200) 제 8 경로로 빔포밍 방식으로 데이터를 전송하고, 전력을 수신한다. 빔 패턴이 제 9 빔 패턴인 경우, 안테나(1200) 제 9 경로로 빔포밍 방식으로 전력을 데이터를 전송하고, 전력을 수신한다.
블루투스 RSSI 레벨은 저전력 블루투스를 이용할 때, 수신 강도 세기(Received signal strength indication, RSSI)를 의미한다. 블루투스 RSSI 레벨의 크기가 클수록, 최적의 무선 전력 전송 경로가 될 가능성이 높다.
무선 전력 전송 디바이스의 회로 개방 전압은 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로를 개방한 후, 측정한 전압을 의미한다. 회로 개방 전압의 크기가 클수록, 최적의 무선 전력 전송 경로가 될 가능성이 높다.
다음으로, 최적 경로를 결정하는 것에 대하여 설명한다.
제어부(140)는 RSSI 값이 소정 범위 이내인 경우, 무선 전력 전송 디바이스(100)의 회로를 개방한 이후의 전압의 크기를 확인하고, 확인된 전압의 크기를 기초로 무선 전력 전송 경로를 결정한다.
제어부(140)는 전압의 크기가 최대인 경우, 그 경로를 최적 경로로 결정한다.
도 7을 참조하면, 예를 들어, 무선 전력 전송 디바이스(100)의 경우, 2번 경로에서, 수신 전압의 크기가 최대가 되고, 무선 전력 수신 디바이스(200)의 경우, 7번 경로에서, 수신 전압의 크기가 최대가 되면, 제어부(140)는 2번 경로와 7 번 경로를 연결한 경로를 최적 경로를 결정한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 안테나 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 안테나(120)은 이중 편파 안테나 구조를 가지며, 제 1 편파 안테나(121)과 제 2 편파 안테나(122)를 포함할 수 있다.
제 1 편파 안테나(121)과 제 2 편파 안테나(122)는 편파 방향이 서로 평행 하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제 1 편파 안테나(121)과 제 2 편파 안테나(122)는 서로 편파 방향이 수직하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 1 편파 안테나(121)은 x축 방향으로 나란히 배열되고, 제 2 편파 안테나(122)는 z축 방향으로 나란히 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 1 편파 안테나(121)과 제 2 편파 안테나(122)는 단일 편파 안테나일 수 있다.
안테나(120)는 무선 전력 전송 디바이스(100)의 안테나(120)에 포함되거나, 또는 무선 전력 수신 디바이스(200)의 안테나(120)에 포함될 수 있다.
다음으로, 안테나(120)는 패치 안테나를 포함할 수 있다. 패치 안테나(Patch Antenna)는 마이크로스트립 패치 안테나를 포함한다. 패치 형태는 직사각형, 정사각형, 원형, 원형링 등이 될 수 있다.
패치 안테나는 인쇄형 안테나(Printed Antenna, 인쇄회로기판화)의 가장 일반적인 형태가 될 수 있다. 구체적으로, 패치 안테나는 얇고, 낮은 손실, 낮은 유전율을 가진 유전체 위에 약
Figure pat00001
/2 길이의 얇은 직사각형 금속 패치판으로 이루어진 안테나를 의미하고, 접지판 상에 붙어있는 저손실 유전체 기판 위에 금속 패치가 부착된 형태가 된다.
다음으로, 패치 안테나의 특징에 대하여 설명한다. 패치 안테나는 공진형 안테나의 일종으로, 공진 주파수는 기판의 유전율과 층의 성질에 크게 의존하게 된다. 패치 안테나의 장점은 제작이 용이하고, 회로와 함께 집적이 가능 (경량, 표면 부착 용이)금속 도체 패치판과 저손실 유전체 기판을 함께 사용하여 제작될 수 있다.
본 발명에 따르면, 패치 안테나를 이용하는 경우, 무선 전력 전송 디바이스의 크기를 줄일 수 있고, 리니어, 폴라리제이션의 경우보다 효율이 50 % 이상 증가할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 장애물이 복수인 경우, 어떻게 최적 경로를 찾는지를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 예를 들어, 장애물은 제 1 장애물(300-1), 제 2 장애물(300-2)가 될 수 있다.
무선 전력 전송 디바이스의 제어부(140)는 무선 전력 전송 디바이스(100)와 무선 전력 수신 디바이스(200) 사이의 모든 경로를 조합하고, 모든 경로 중에서, 무선 전력 전송 디바이스(100)가 무선 전력 수신 디바이스(200)로부터 가장 큰 전압을 수신하는 경로를 최적 경로로 결정한다.
예를 들어, 무선 전력 전송 디바이스(100)의 경우, 1번 경로, 2번 경로, 3번 경로, 4번 경로 중에서 2번 경로에서, 수신 전압의 크기가 최대가 되면, 제어부(140)는 2번 경로를 최적 경로로 결정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 찾은 후, 모터를 이용하여 안테나를 조정하고, 안테나로 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송하여, 무선 전력 전송 디바이스가 에너지 밀도가 높은 전력을 무선 전력 수신 디바이스로 전송할 수 있고, 안테나의 크기를 최소화 시킬 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 찾은 후, 무선 전력 수신 디바이스로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터의 전압을 확인하여, 최적의 무선 전력 전송 경로를 결정하고, 최적 경로로 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 전송할 수 있어서, 무선 전력 전송 디바이스가 에너지 밀도가 높은 전력을 무선 전력 수신 디바이스로 전송할 수 있고, 안테나의 크기를 최소화 시킬 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 전송 디바이스와 무선 충전 수신 디바이스 사이에 장애물이 있는 경우, 회로를 개방하여 장애물이 있는 것을 파악하고, 장애물이 없는 최적 경로로 무선 충전 수신 디바이스로 전력을 전송할 수 있어서, 무선 전력 전송 디바이스가 에너지 밀도가 높은 전력을 무선 전력 수신 디바이스로 전송할 수 있고, 안테나의 크기를 최소화 시킬 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 디바이스 및 그 제어 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 무선 전력 전송 디바이스 제어 방법은 무선 전력 전송 디바이스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 무선 전력 전송 디바이스
110: 전력 발생부
120: 안테나부
130: 모터
140: 제어부

Claims (12)

  1. 무선 전력 전송 디바이스에 있어서,
    전력을 생성하는 전력 발생부;
    무선 전력 수신 디바이스와 데이터를 송수신하고, 생성된 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하는 안테나;
    상기 안테나의 방향을 변경하는 모터; 및
    상기 무선 전력 수신 디바이스로부터 수신된 데이터를 기초로 상기 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 파악하고,
    파악된 위치를 기초로 상기 안테나부의 방향을 결정하고,
    결정된 상기 방향으로 상기 모터가 상기 안테나의 방향을 변경하도록 제어하고,
    상기 변경된 방향을 향하여 상기 안테나가 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 무선 전력 전송 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 안테나가 제 1 신호를 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하도록 제어하고,
    상기 무선 전력 수신 디바이스로부터 상기 제 1 신호에 대응하는 애크 신호를 수신하고,
    수신된 상기 애크 신호를 기초로 상기 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 파악하는,
    무선 전력 전송 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 수신된 데이터의 RSSI 값을 확인하고,
    확인된 상기 RSSI 값을 기초로 무선 전력 전송 경로를 결정하는,
    무선 전력 전송 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 RSSI 값이 소정 범위 이내인 경우, 상기 무선 전력 전송 디바이스의 회로를 개방한 이후의 전압의 크기를 확인하고, 확인된 상기 전압의 크기를 기초로 상기 무선 전력 전송 경로를 결정하는,
    무선 전력 전송 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 전압의 크기가 최대인 경우, 상기 전압의 크기에 대응하는 경로를 최적 경로로 결정하는,
    무선 전력 전송 디바이스.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 전압의 크기가 다른 경로에 비하여 소정 범위 이하인 경우, 상기 전압의 크기에 대응하는 경로에 장애물이 있다고 결정하는,
    무선 전력 전송 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    소정 주기 간격으로 상기 무선 전력 전송 디바이스의 회로를 개방하는,
    무선 전력 전송 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 디바이스의 회로는 통신 채널과 전력 채널을 포함하고,
    상기 제어부는
    소정 주기 간격으로 상기 전력 채널을 개방하는,
    무선 전력 전송 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    생성된 상기 전력을 빔포밍하는,
    무선 전력 전송 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는 패치 안테나를 포함하는
    무선 전력 전송 디바이스.
  11. 무선 전력 전송 디바이스의 제어 방법에 있어서,
    전력을 생성하는 단계;
    무선 전력 수신 디바이스와 데이터를 송수신하고, 생성된 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하는 단계;
    상기 무선 전력 수신 디바이스로부터 수신된 데이터를 기초로 상기 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 파악하는 단계;
    파악된 위치를 기초로 상기 안테나의 방향을 결정하는 단계;
    결정된 방향으로 상기 모터가 상기 안테나의 방향을 변경하도록 제어하는 단계; 및
    상기 변경된 방향을 향하여 상기 안테나가 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 전송 디바이스의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 안테나가 제 1 신호를 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전송하도록 제어하는 단계;
    상기 무선 전력 수신 디바이스로부터 상기 제 1 신호에 대응하는 애크 신호를 수신하는 단계; 및
    수신된 상기 애크 신호를 기초로 상기 무선 전력 수신 디바이스의 위치를 파악하는 단계를 더 포함하는,
    무선 전력 전송 디바이스의 제어 방법.
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