KR20210146849A

KR20210146849A - 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20210146849A
Application number: KR1020210158440A
Authority: KR
Inventors: 안병철
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2021-12-06
Also published as: KR20230072408A

Abstract

본 발명의 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치는 무선충전 송전스테이션의 송전코일의 송전 방향면에 대하여 이동체의 수전코일의 수전 방향면이 평행이 되도록 정렬 제어하는 단계와 수전코일의 권선중심영역이 송전코일의 권선중심영역에 정렬되도록 정렬 제어하는 단계 그리고 송전코일과 수전코일의 간격이 설정된 간격으로 근접되도록 정렬 제어하는 단계를 포함하여, 송전코일의 송전 방향면과 수전코일의 수전 방향면을 평행상태에서 송전코일의 권선중심영역과 수전코일의 권선중심영역이 근접하여 정렬되게 함으로 무선전력전송효율을 극대화할 수 있다.

Description

이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치{COIL ALIGNMENT CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR THE WIRELESS CHARGING OF VEHICLES}

본 발명은 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 송전코일과 수전코일의 평행 정렬과 중심 정렬 그리고 근접 정렬을 통해서 무선전력전송효율을 극대화하여 무선충전효율을 높일 수 있는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선충전(wireless charging) 또는 무선전력전송(wireless power transfer) 기술은 소전력과 대전력 뿐만 아니라 최근 수십 W에서 수 kW까지의 넓은 전력범위를 가진 중전력에 대해 다양한 응용 분야가 확대 발굴되면서 폭넓은 연구가 활발히 진행되고 있다. 스마트폰과 일반가전에서 무선충전기술은 이미 사용자에게 친숙한 기술이 되었으며 물류로봇, 드론, 각종 차량, 비행체나 선박 등과 같은 이동체에 대한 무선충전기술도 급속히 발전하고 있다.

전기 자동차 무선 충전 시스템의 경우 기존의 플러그인 방식의 유선 충전 방식을 개선하여 운전자가 주차장에 주차만 하더라도 자동으로 무선 충전이 되는 시스템을 구현하는 것을 목표로 한다. 최적의 시스템을 구현하기 위해서는 무선충전효율, 이물질에 대한 회피 및 제거 방안, 통신 방식, 과금 방식 등의 충전 인프라에 관한 사항과 차량의 배터리 용량, 무선 전력 수신기의 모듈화 및 자동차 탑재 등의 전기 자동차에 관한 사항 등이 고려되어야 한다. 무선충전시스템에서 무선충전효율은 매우 중요한 요소인데 이동체에 사용되는 자기공진방식의 무선충전시스템에서 송전코일(일차코일)과 수전코일(이차코일)의 정렬 상태는 무선전력전송효율에 많은 영향을 주게 된다.

코일정렬기술과 관련한 선행기술로서 하기 특허문헌 1은 2017년 12월 27일 공개된 대한민국 공개특허 10-2017-0142046로서 '무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 장치'에 관한 기술을 개시하고 있다. 이 선행 기술은 GA(Ground Assembly)의 송전코일 상에 서로 직교하는 빔 막대 쌍을 설치하고 VA(Vehicle Assembly)에 돌출되는 광차단부를 구비한다. 광차단부가 직교하는 빔을 가로막아 차단하는 위치로 이동 되도록 제어하여 송전코일과 수전코일의 정렬이 이루어지도록 하고 있다.

코일정렬기술과 관련한 선행기술로서 하기 특허문헌 2는 2018년 08월 27일 공개된 대한민국 공개특허 10-2018-0095445로서'저주파수 안테나를 이용한 무선 충전 시스템의 위치 정렬 방법 및 장치'에 관한 기술을 개시하고 있다. 이 선행기술은 코일정렬을 위해 GA(Ground Assembly)와 VA(Vehicle Assembly)에 각기 별도의 복수개의 저수파수 송수신 안테나를 설치하고 이를 이용하여 송전코일과 수전코일의 정렬시키고 있다.

그런데 상기 선행기술들은 단지 송전코일의 권선중심영역과 수전코일의 권선중심영역이 정렬 상태를 이루도록만 하고 있어서 무선전력전송효율이 극대화되기 어렵다. 즉, 송전코일의 송전 방향면과 수전 코일의 수전 방향면에 대한 평행 정렬 상태와 두 면의 근접 정렬 상태가 고려되고 있지 않기 때문에 평행 정렬 상태가 아니거나 일정치 이내로 근접 정렬되어 있지 않은 경우 무선전력전송효율이 극대화되기 어렵다.

한편, 무선충전기술은 AGV(Automated Guided Vehicle) 또는 AMR(Automated Mobile Robot)와 같은 물류로봇 분야에서도 확대 발전하고 있다. 물류로봇의 경우 스마트폰이나 전기차 충전과 다르게 송전코일과 수전코일이 지면에 각각 수직 방향으로 배치되는 구조가 많이 채용되고 있다.

물류로봇과 같은 이동체에서 수직식 무선충전 형태를 선호하는 이유는 물류로봇을 사용하는 스마트 공장이나 건물의 지면에 충전 시스템의 송신부를 설치하면 비용이 증가할 뿐 아니라 시설 변경 및 이설을 하는데 매우 불편하다. 또한 마그네틱테이프를 사용하여 경로를 유도하는 로봇의 경우에는 바닥에 송신부를 설치하는 것이 사실상 거의 불가능하다. 그리고 수평식의 경우 송신부 표면에 이물질이 부착되는 경우가 잦아 주기적인 관리가 필요하지만, 수직식의 경우 송수신부에 이물질 부착되어도 중력에 의해 지면으로 떨어지므로 수평식 충전에 비해 유리하다.

그러나 수직식 무선충전의 경우에도 역시 무선충전효율을 높이기 위해서는 코일 정렬 기술이 요구되는데 전술한 선행기술들로는 무선전력전송효율을 극대화하기 어렵다. 또한 수직식 무선충전의 경우 이동체의 종류에 따라 수전 코일의 설치 높이가 상이할 수 있는데 이러한 경우에도 대응할 수 있는 무선충전기술이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 10-2017-0142046 대한민국 공개특허 10-2018-0095445

본 발명의 목적은 송전코일의 송전 방향면과 수전코일의 수전 방향면이 평행상태로 정렬되어 무선전력전송효율을 극대화할 수 있는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 수직식 무선충전방식에서 무선전력전송효율을 극대화할 수 있는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수전코일의 높이가 서로 다른 높이를 갖는 이동체의 경우에도 각기 대응하여 무선전력전송효율을 극대화할 수 있는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치는 무선충전 송전스테이션으로부터 이동체의 충전 배터리를 무선충전하기 위한 코일 정렬 제어 장치로서, 상기 무선충전 송전스테이션은 송전코일과 송전부 적외선 송수신부를 갖는 복수개의 송전코일패널; 상기 복수개의 송전코일패널 중 어느 하나를 선택하기 위한 송전코일 선택 스위치; 및 상기 송전코일 선택 스위치를 통해 상기 복수개의 송전코일패널 중 어느 하나를 선택해서 송전을 수행하는 송전부 회로 및 제어 모듈을 포함하고, 상기 이동체는 서로 간격을 두고 설치되는 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부와 수전코일을 갖는 수전코일패널; 코일 정렬을 위한 이동체 기동을 제어하는 이동체 기동 제어부; 및 선택된 송전코일패널의 송전부 적외선 송수신부와 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 이용하여 선택된 송전코일패널의 송전코일과 상기 수전코일의 정렬 상태를 측정하며 상기 이동체 기동 제어부에 의한 코일 정렬 제어를 수행하고, 코일 정렬 후 상기 충전 배터리의 충전을 제어하는 수전부 회로 및 제어 모듈을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 송전코일패널의 각각의 송전코일들은 서로 다른 높이를 갖고, 상기 이동체의 수전코일의 높이에 대응하는 어느 하나가 선택되어 송전이 수행된다.

일 실시예에 있어서, 상기 수전부 회로 및 제어모듈은 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부에서 상기 선택된 송전코일패널의 송전 방향면까지의 간격을 각기 측정하며, 각기 측정된 간격 값이 동일한 값을 갖기까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전 방향면이 상기 송전 방향면에 평행하게 되게 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 수전부 회로 및 제어모듈은 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 선택된 송전코일패널의 송전부 적외선 송수신부에서 방사되는 적외선을 각기 수신하여 각각의 적외선 수신전력밀도를 측정하며, 각기 측정된 두 수신전력밀도 값이 동일한 값을 갖기까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전코일의 권선중심영역이 선택된 송전코일패널의 송전코일의 권선중심영역에 정렬되게 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 수전부 회로 및 제어모듈은 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부에서 상기 선택된 송전코일패널의 송전 방향면까지의 간격을 각기 측정하며, 각기 측정된 두 값이 동일하되 설정된 기준값이 될 때까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전부 코일이 선택된 송전부코일패널의 송전코일까지 설정된 근접 거리로 정렬되게 제어한다.

본 발명의 다른 일면에 따른 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법으로 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법에 있어서, 무선충전 송전스테이션의 송전코일의 송전 방향면에 대하여 이동체의 수전코일의 수전 방향면이 평행이 되도록 정렬 제어하는 단계; 및 상기 수전코일의 권선중심영역이 상기 송전코일의 권선중심영역에 정렬되도록 정렬 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 송전코일과 상기 수전코일의 간격이 설정된 간격으로 근접되도록 정렬 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 평행 정렬 제어와 상기 중심 정렬 제어는 상기 수전코일의 위치를 변화시켜 정렬 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 근접 정렬 제어는 상기 수전코일의 위치를 변화시켜 정렬 제어한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따른 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치로서 무선충전 송전스테이션으로부터 이동체의 충전 배터리를 무선충전하기 위한 코일 정렬 제어 장치에 있어서, 상기 무선충전 송전스테이션은 송전코일과 송전부 적외선 송수신부를 갖는 송전코일패널; 및 상기 송전코일패널을 통해 송전을 수행하는 송전부 회로 및 제어 모듈을 포함하고, 상기 이동체는 서로 간격을 두고 설치되는 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부와 수전코일을 갖는 수전코일패널; 코일 정렬을 위한 이동체 기동을 제어하는 이동체 기동 제어부; 및 산기 송전부 적외선 송수신부와 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 이용하여 상기 송전코일과 상기 수전코일의 정렬 상태를 측정하며 상기 이동체 기동 제어부에 의한 코일 정렬 제어를 수행하고, 코일 정렬 후 상기 충전 배터리의 충전을 제어하는 수전부 회로 및 제어 모듈을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 수전부 회로 및 제어모듈은 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부에서 상기 송전코일의 송전 방향면까지의 간격을 각기 측정하며, 각기 측정된 간격 값이 동일한 값을 갖기까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전 방향면이 상기 송전 방향면에 평행하게 되게 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 수전부 회로 및 제어모듈은 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 송전부 적외선 송수신부에서 방사되는 적외선을 각기 수신하여 각각의 적외선 수신전력밀도를 측정하며, 각기 측정된 두 수신전력밀도 값이 동일한 값을 갖기까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 송전코일의 권선중심영역과 상기 수전코일의 권선중심영역이 정렬되게 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 수전부 회로 및 제어모듈은 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부에서 상기 송전코일의 송전 방향면까지의 간격을 각기 측정하며, 각기 측정된 두 값이 동일하되 설정된 기준값이 될 때까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전부 코일이 송전코일까지 설정된 근접 거리로 정렬되게 제어한다.

본 발명의 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치에 의하면 송전코일의 송전 방향면과 수전코일의 수전 방향면을 평행상태에서 송전코일의 권선중심영역과 수전코일의 권선중심영역이 근접하여 정렬되게 함으로 무선전력전송효율을 극대화할 수 있다.

또한, 수직식 무선충전방식의 이동체의 경우에도 송전코일과 수전코일이 평행 정렬과 중심 정렬 및 근접 정렬이 이루어진 상태에서 무선충전이 이루어짐으로 무선전력전송효율을 극대화할 수 있다.

그리고 수전코일의 높이가 서로 다른 높이를 갖는 이동체의 경우에도 각각의 높이에 맞는 복수개의 송전코일을 무선충전 송전 스테이션에 선택 가능하게 구비하고, 선택된 하나의 송전코일에 대응하여 수전코일의 평행 정렬과 중심 정렬 및 근접 정렬시킴으로서 무선전력전송효율을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 장치의 주요 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법의 주요 단계를 순차적으로 보여주는 순서도이다.
도 3 내지 도 5는 각각의 코일 정렬 제어 단계에 따른 코일 정렬 동작 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 장치의 주요 구성을 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 장치는 무선충전 송전스테이션(10)과 이동체(20)에 구성된다. 무선충전 송전스테이션(10)은 복수개의 송전코일패널(11, 12, 13, 14, 15)과 송전코일 선택 스위치(16) 그리고 송전부 회로 및 제어모듈(17)을 포함한다. 복수개의 송전코일패널(11, 12, 13, 14, 15)은 각기 송전코일(S1, S2, S3, S4, S54)과 송전부 적외선 송수신부(C1, C2, C3, C4, C5)를 갖는다. 송전부 회로 및 제어 모듈(17)은 송전코일 선택 스위치(16)를 통해 복수개의 송전코일패널(11, 12, 13, 14, 15) 중 어느 하나를 선택하여 송전을 수행한다.

이동체(20)는 수전코일패널(21), 수전부 회로 및 제어 모듈(22), 이동체 기동 제어부(23) 및, 충전 배터리(24)를 포함한다. 수전코일패널(21)은 서로 간격을 두고 설치되는 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)와 수전코일(R)을 갖는다. 이동체 기동 제어부(23)는 코일 정렬을 위한 이동체 기동을 제어한다. 수전부 회로 및 제어 모듈(22)은 예를 들어, 선택된 송전코일패널(14)의 송전부 적외선 송수신부(C4)와 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)를 이용하여 선택된 송전코일패널(14)의 송전코일(S4)과 수전코일(R)의 정렬 상태를 측정하며 이동체 기동 제어부(23)에 의한 코일 정렬 제어를 수행한다. 구체적인 코일 정렬 제어 동작은 후술된다. 코일 정렬 후 수전부 회로 및 제어 모듈(22)은 충전 배터리(24)의 충전을 제어한다.

복수개의 송전코일패널(11, 12, 13, 14, 15)과 이동체(20)의 수전코일패널(21)은 지면으로부터 수직한 수직식 무선충전 구조이다. 수전코일(R)은 이동체(20)의 종류에 따라 지면으로부터의 높이가 서로 다를 수 있다. 서로 다른 높이를 갖는 여러 종류의 이동체(21)에 각기 대응하기 위하여 무선충전 송전 스테이션(10)에 설치되는 복수개의 송전코일들(S1, S2, S3, S4, S54)도 그 높이에 맞게 서로 다른 높이로 이격되어 설치된다. 그러므로 서로 다른 높이로 설치된 수전코일을 갖는 이동체들에 대하여 하나의 무선충전 송전 스테이션(10)으로 대응이 가능하다. 도 1에는 제4 송전코일패널(14)의 높이에 대응하는 이동체(20)가 충전하는 경우를 예시하고 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법의 주요 단계를 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 3 내지 도 5는 각각의 코일 정렬 제어 단계에 따른 코일 정렬 동작 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 단계 S10에서 무선충전이 필요한 이동체(10)가 무선충전 송전스테이션(10)의 근처로 이동한다. 단계 S20에서는 이동체 평면(ZM)을 무선충전 송전 스테이션 평면(ZT)에 평행하게 정렬하는 제어 단계가 수행된다. 무선충전 송전 스테이션 평면(ZT)은 실질적으로 송전코일의 송전 방향면이고 이동체 평면(ZM)은 실질적으로 수전코일의 수전 방향면이다.

구체적으로, 도 3을 참조하여, 단계 S20의 평행 정렬 제어 단계에서 수전부 회로 및 제어모듈(22)은 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)를 측정 모드로 동작시켜 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)에서 적외선을 방사하여 송전코일의 송전 방향면(ZT)까지의 간격(DP, DQ)을 각기 측정한다. 그리고 각기 측정된 두 간격 값(DP, DQ)이 동일하여 수전코일(R)의 수전 방향면(ZM)이 선택된 송전코일패널(14)의 송전코일(S4)의 송전 방향면(ZT)이 평행하게 되게 이동체 기동 제어부(23)가 동작하도록 제어한다. 이 평행 정렬 제어 단계를 통해서 무선충전 송전스테이션(10)과 이동체(20)의 간격은 지정된 값 D1(예를 들어, 15cm)이 되도록 이동체(20)가 기동되도록 제어된다. 지정된 값 D1은 제1 및 제2 수전부 적회선 송수신부(P, Q)와 송전부 적회선 송수신부(C4)를 이용하여 X축 방향에서 제1 및 제2 수전부 적회선 송수신부(P, Q)가 정렬되게 하는데 적합한 값으로 한다. 제1 및 제2 수전부 적회선 송수신부(P, Q)와 송전부 적회선 송수신부(C4)를 모두 이용하는 방법에 대해서는 계속해서 후술된다.

이어, 단계 S30에서 수전부 회로 및 제어모듈(22)은 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)를 측정 모드로 동작시켜 선택된 송전코일패널(14)의 송전부 적외선 송수신부(C4)에서 방사되는 적외선을 각기 수신하여 각각의 적외선 수신전력밀도(VP, VQ)를 측정한다. 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)는 수신 각도에 따른 적외선 수신전력밀도는 동일한 특성을 갖는다. 송전부 적외선 송수신부(C4)에서 방사되는 적외선을 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)가 각기 수신한 적외선 수신전력밀도(VP, VQ)를 도 4에 그래프(b)로 예시하였다.

구체적으로, 도 4를 참조하여, 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)와 송전부 적외선 송수신부(C4)는 Y축 기준으로 동일한 높이를 갖는다. 이전 단계에서 송전코일(S4)과 수전코일(R)은 평행하게 정렬되어 있다. 이때 송전부 적외선 송수신부(C4)의 좌표를 0점으로 기준을 설정한다. 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)의 이격 거리의 중심점이 좌표 0점에 정렬되게 되면 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)는 X축을 기준으로 각각 X = ??F와 X = F 점에 위치하게 된다.

송전부 적외선 송수신부(C4)가 적외선을 방사하면 X축 방향으로 대칭적인 방사전력밀도 특성을 갖는다. 이때 이동체(20)가 X축 방향에서 좌측 또는 우측으로 이동하면서 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)에서 각기 수신되는 적외선 수신전력밀도(VP, VQ)를 비교한다. 두 값이 동일한 값(VP = VQ = VC)이 되면 X축 방향에서 중심 정렬이 이루어진 것으로 판정한다. 동일한 측정값 VC에 대한 기준값 VT는 VC의 0.5 ~ 0.8 배로 설정할 수 있다.

이러한 측정 기준을 갖고 각기 측정된 두 수신전력밀도 값(VP, VQ)이 동일한 측정값(VC)을 갖기까지 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어한다. 그러면 수전코일(R)의 권선중심영역이 선택된 송전코일패널(14)의 송전코일(S4)의 권선중심영역에 정렬된다. 즉, 이동체(20)의 수전 코일(R)이 무선충전 송전 스테이션(10)의 선택된 송전 코일(S1, S2, ... , S5 중 어느 하나)에 중심 정렬이 이루어진다.

계속해서 단계 S40에서 수전부 회로 및 제어모듈(22)은 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)를 측정 모드로 동작시켜 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부(P, Q)에서 선택된 송전코일패널(14)의 송전 방향면(ZT)까지의 간격을 각기 측정하면서 각기 측정된 두 값(DP, DQ)이 동일하되 설정된 기준값(예를 들어, DP = DQ = 1cm)이 될 때까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 수전부 코일이 선택된 송전부코일패널(14)의 송전코일(S4)까지 설정된 근접 거리로 정렬되게 제어한다. 즉, 선택된 송전 코일(S1, S2, ... , S5 중 어느 하나에 이동체(20)의 수전 코일(R)이 설정치까지 근접되게 정렬된다. 이때, X축 방향의 평행 정렬 상태와 중심 정렬 상태를 유지하기 위해 이전 제어 단계 S20과 S30이 반복 수행될 수 있다.

이상의 단계 S20에서 S40에 이르는 코일 정렬 제어 단계가 진행되면 이동체(20)가 선택된 송전코일패널(14)에 정렬된다. 이후 무선충전을 위한 제어 단계가 진행된다.

단계 S50에서 무선충전 송전 스테이션(10)과 이동체(20)의 통신 링크가 구성된다. 통신 링크를 구성하기 위해, 선택된 송전코일패널(14)의 송전부 적외선 송수신부(C4)와 제1 수전부 적외선 송수신부(P)는 통신 모드로 동작된다. 송전부 적외선 송수신부(C4)와 제1 수전부 적외선 송수신부(P)가 적외선 통신 링크를 구성하면, 이어 단계 S60에서 수전부 회로 및 제어 모듈(22)은 통신 링크를 통해서 충전 배터리(24)의 충전제원(예를 들어, 충전 배터리 형식, 충전 전압, 충전 전류 등)을 무선충전 송전 스테이션(10)으로 전송한다. 그러면 단계 S70에서 송전부 회로 및 제어 모듈(17)은 충전제원에 대한 충전 레시피에 따라 송전코일(S4)을 통해서 충전 전력을 송전하도록 제어하고, 수전부 회로 및 제어 모듈(22)은 수전코일(R)을 통해서 수전된 전력으로 충전 배터리(24)를 충전하도록 제어한다.

이상의 상술한 실시예에서는 서로 다른 높이를 갖는 여러 종류의 이동체에 각기 대응하기 위하여 무선충전 송전 스테이션에 설치되는 복수개의 송전코일들도 그 높이에 맞게 서로 다른 높이로 이격되어 설치된 예를 설명하였다. 그러나 한 종류의 이동체만을 사용하는 환경에서는 무선충전 송전 스테이션에도 하나의 송전코일만을 구비하는 것도 가능하다. 또한 수직형 무선충전 구조를 예시하고 있으나 본 발명의 사상에 기초할 때 수평식 구조로 변형하여 실시가 가능하다는 것을 잘 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 장치 및 방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.

그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 무선충전 송전스테이션
11, 12, 13, 14, 15: 송전코일패널
16: 송전코일 선택스위치
17: 송전부 회로 및 제어 모듈
20: 이동체
21: 수전코일패널
22: 수전부 회로 및 제어 모듈
23: 이동체 기동 제어부
24: 이동체 배터리
S1, S2, S3, S4, S5: 송전 코일
C1, C2, C3, C4, C5: 송전부 적외선 송수신부
R: 수전 코일
P: 제1 수전부 적외선 송수신부
Q: 제2 수전부 적외선 송수신부

Claims

무선충전 송전스테이션으로부터 이동체의 충전 배터리를 무선충전하기 위한 코일 정렬 제어 장치에 있어서,
상기 무선충전 송전스테이션은
송전코일과 송전부 적외선 송수신부를 갖는 복수개의 송전코일패널;
상기 복수개의 송전코일패널 중 어느 하나를 선택하기 위한 송전코일 선택 스위치; 및
상기 송전코일 선택 스위치를 통해 상기 복수개의 송전코일패널 중 어느 하나를 선택해서 송전을 수행하는 송전부 회로 및 제어 모듈을 포함하고,
상기 이동체는
서로 간격을 두고 설치되는 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부와 수전코일을 갖는 수전코일패널;
코일 정렬을 위한 이동체 기동을 제어하는 이동체 기동 제어부; 및
선택된 송전코일패널의 송전부 적외선 송수신부와 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 이용하여 선택된 송전코일패널의 송전코일과 상기 수전코일의 정렬 상태를 측정하며 상기 이동체 기동 제어부에 의한 코일 정렬 제어를 수행하고, 코일 정렬 후 상기 충전 배터리의 충전을 제어하는 수전부 회로 및 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 송전코일패널의 각각의 송전코일들은 서로 다른 높이를 갖고, 상기 이동체의 수전코일의 높이에 대응하는 어느 하나가 선택되어 송전이 수행되는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 수전부 회로 및 제어모듈은
상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부에서 상기 선택된 송전코일패널의 송전 방향면까지의 간격을 각기 측정하며,
각기 측정된 간격 값이 동일한 값을 갖기까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전 방향면이 상기 송전 방향면에 평행하게 되게 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 수전부 회로 및 제어모듈은
상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 선택된 송전코일패널의 송전부 적외선 송수신부에서 방사되는 적외선을 각기 수신하여 각각의 적외선 수신전력밀도를 측정하며,
각기 측정된 두 수신전력밀도 값이 동일한 값을 갖기까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전코일의 권선중심영역이 선택된 송전코일패널의 송전코일의 권선중심영역에 정렬되게 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 수전부 회로 및 제어모듈은
상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부에서 상기 선택된 송전코일패널의 송전 방향면까지의 간격을 각기 측정하며,
각기 측정된 두 값이 동일하되 설정된 기준값이 될 때까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전부 코일이 선택된 송전부코일패널의 송전코일까지 설정된 근접 거리로 정렬되게 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.
이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법에 있어서,
무선충전 송전스테이션의 송전코일의 송전 방향면에 대하여 이동체의 수전코일의 수전 방향면이 평행이 되도록 정렬 제어하는 단계; 및
상기 수전코일의 권선중심영역이 상기 송전코일의 권선중심영역에 정렬되도록 정렬 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 송전코일과 상기 수전코일의 간격이 설정된 간격으로 근접되도록 정렬 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 평행 정렬 제어와 상기 중심 정렬 제어는 상기 수전코일의 위치를 변화시켜 정렬 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 근접 정렬 제어는 상기 수전코일의 위치를 변화시켜 정렬 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체 배터리 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법.
무선충전 송전스테이션으로부터 이동체의 충전 배터리를 무선충전하기 위한 코일 정렬 제어 장치에 있어서,
상기 무선충전 송전스테이션은
송전코일과 송전부 적외선 송수신부를 갖는 송전코일패널; 및
상기 송전코일패널을 통해 송전을 수행하는 송전부 회로 및 제어 모듈을 포함하고,
상기 이동체는
서로 간격을 두고 설치되는 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부와 수전코일을 갖는 수전코일패널;
코일 정렬을 위한 이동체 기동을 제어하는 이동체 기동 제어부; 및
산기 송전부 적외선 송수신부와 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 이용하여 상기 송전코일과 상기 수전코일의 정렬 상태를 측정하며 상기 이동체 기동 제어부에 의한 코일 정렬 제어를 수행하고, 코일 정렬 후 상기 충전 배터리의 충전을 제어하는 수전부 회로 및 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 수전부 회로 및 제어모듈은
상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부에서 상기 송전코일의 송전 방향면까지의 간격을 각기 측정하며,
각기 측정된 간격 값이 동일한 값을 갖기까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전 방향면이 상기 송전 방향면에 평행하게 되게 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 수전부 회로 및 제어모듈은
상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 송전부 적외선 송수신부에서 방사되는 적외선을 각기 수신하여 각각의 적외선 수신전력밀도를 측정하며,
각기 측정된 두 수신전력밀도 값이 동일한 값을 갖기까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 송전코일의 권선중심영역과 상기 수전코일의 권선중심영역이 정렬되게 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 수전부 회로 및 제어모듈은
상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부를 측정 모드로 동작시켜 상기 제1 및 제2 수전부 적외선 송수신부에서 상기 송전코일의 송전 방향면까지의 간격을 각기 측정하며,
각기 측정된 두 값이 동일하되 설정된 기준값이 될 때까지 상기 이동체 기동 제어부가 동작하도록 제어하여 상기 수전부 코일이 송전코일까지 설정된 근접 거리로 정렬되게 제어하는 것을 특징으로 하는 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 장치.