KR20220034755A - 비접촉 전력 전송 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

비접촉 전력 전송 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

비접촉 전력 전송 시스템이 제공된다. 비접촉 전력 전송 시스템은 전력을 교환하도록 구성된 제1 전력 교환 코일을 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 제1 전력 교환 코일에 작동적으로 결합되어 시스템 주파수에서 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키도록 구성된 제1 전력 변환기를 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 시스템 주파수에서 상기 제1 전력 교환 코일에 제공된 교류 전력을 상기 시스템 주파수로 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기의 동작 상태를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다.

Description

비접촉 전력 전송 시스템 및 그 제어 방법{CONTACTLESS POWER TRANSFER SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 명세서의 실시예들은 전력 전송 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉 전력 전송 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
비접촉 전력 전송 시스템은 2곳의 위치 사이의 전선과 같은 물리적 접속부를 사용하지 않고 한 위치로부터 다른 위치로 전력을 전송하는 데 사용된다. 비접촉 전력 전송 시스템은 그 조작 원리를 기초로 유도성 커플링 시스템과 공진식 커플링 시스템으로 분류될 수 있다.
유도성 커플링 시스템은 잘 알려진 것으로 유도 원리를 기초로 작동한다. 그러나, 이러한 유도성 커플링 시스템에서는 전력이 2개의 근접 결합된 코일 사이에서만 전송될 수 있다. 또한, 유도성 커플링 시스템은 전력 전송 효율이 낮다.
공진식 커플링 시스템은 시스템 주파수에서 동작되어 자기장을 통해 2곳의 위치 사이에서 전력을 전송하는 공진 코일을 채용한다. 이러한 공진식 커플링 시스템은 비교적 장거리에 걸쳐 전력을 전송하는 데 사용되므로 다양한 용례에 사용된다. 이러한 용례에서, 공진식 커플링 시스템은 전력을 부하로 공급하는 데 사용되며, 부하에서는 부하의 정격 전력에 기초하여 시스템 주파수가 변동된다. 더욱이, 배터리를 충전하는 등의 공진식 커플링 시스템의 용례에서는 부하를 충전하는 데 필요한 부하 전력을 기초로 시스템 주파수가 변동될 수 있다. 이러한 용례에서, 요구되는 부하 전력은 단일 충전 사이클 중에 동일한 부하에 대해 다르며; 시스템 주파수는 단일 충전 사이클 내의 상이한 순간 시간에 요구되는 부하 전력을 기초로 동일한 부하에 대해 단일 충전 사이클 중에 변동된다. 시스템 주파수의 이러한 변동은 공진식 커플링 시스템의 전력 전송 효율이 공진 코일 동작 주파수에 의존하기 때문에 공진식 커플링 시스템의 전력 전송 효율에 바람직하지 않은 효과를 야기한다.
간단하게는, 본원의 일 양태에 따르면, 비접촉 전력 전송 시스템이 제공된다. 비접촉 전력 전송 시스템은 전력을 교환하도록 구성된 제1 전력 교환 코일을 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 제1 전력 교환 코일에 작동적으로 결합되어 시스템 주파수에서 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키도록 구성된 제1 전력 변환기를 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 시스템 주파수에서 상기 제1 전력 교환 코일에 제공된 교류 전력을 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기의 동작 상태를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
본원의 다른 양태로, 비접촉 전력 전송 방법이 제공된다. 방법은 제1 전력 교환 코일을 시스템 주파수로 동작시키는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 제2 전력 교환 코일을 감지하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 제1 전력 변환기를 이용하여 상기 시스템 주파수의 교류 전력을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 상기 교류 전력을 상기 시스템 주파수에서 자기장을 통해 상기 제1 전력 교환 코일로부터 상기 제2 전력 교환 코일로 전송하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 상기 제1 전력 변환기에 의해 생성된 상기 교류 전력을 변동시키도록 상기 시스템 주파수로 동작하는 상기 제1 전력 변환기의 동작 상태의 기간을 제어하는 단계를 포함한다. 상기 제1 전력 변환기의 동작 상태의 제어 단계는 상기 제1 전력 변환기에 의해 생성된 상기 교류 전력을 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기의 활성화 상태의 제1 기간을 변경하고 상기 제1 전력 변환기의 비활성화 상태의 제2 기간을 변경하는 단계를 포함한다.
본원의 또 다른 양태로, 비접촉 전력 전송 시스템이 제공된다. 비접촉 전력 전송 시스템은 시스템 주파수에서 전원으로부터 접수된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하도록 구성된 제1 전력 변환기를 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 제1 전력 변환기에 작동적으로 결합되어 상기 제1 전력 변환기로부터 상기 교류 전력을 접수하도록 구성된 제1 전력 교환 코일을 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 시스템 주파수에서 자기장을 통해 상기 제1 전력 교환 코일로부터 상기 교류 전력을 접수하도록 구성된 제2 전력 교환 코일을 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 제2 전력 교환 코일에 작동적으로 결합되어 상기 교류 전력을 부하로 전송되는 출력 직류 전력으로 변환시키도록 구성된 제2 전력 변환기를 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 제2 전력 변환기에 작동적으로 결합되어 적어도 상기 출력 직류 전력의 전압을 계측하도록 구성된 센서를 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 센서로부터 접수된 것 중 적어도 계측된 전압을 기초로 상기 제1 전력 변환기에 의해 생성된 상기 교류 전력을 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기에 작동적으로 결합되어 상기 제1 전력 변환기의 동작 상태를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
이들 언급된 것과 이외의 본 발명의 특징, 양태 및 장점들은 도면 전체에 걸쳐 유사 부분을 유사 부호로 표현하고 있는 첨부 도면을 참조로 이하의 상세한 설명을 파악하면 잘 이해될 것이다. 도면에서:
도 1은 본원의 여러 양태에 따른 비접촉 전력 전송 시스템의 블록도이고;
도 2a는 본원의 여러 양태에 따라 도 1의 비접촉 전력 전송 시스템에서 교류 전력을 생성하는 주파수 신호를 나타낸 그래프이고;
도 2b는 본원의 여러 양태에 따라 도 1의 비접촉 전력 전송 시스템에서 교류 전력을 생성하는 제어 신호를 나타낸 그래프이고;
도 2c는 본원의 여러 양태에 따라 도 1의 비접촉 전력 전송 시스템에서 교류 전력을 생성하는 변조된 신호를 나타낸 그래프이고;
도 3은 본원의 여러 양태에 따라 도 1의 비접촉 전력 전송 시스템에서 제1 전력 변환기를 이용하여 2.8 ㎾의 교류 전력을 생성하도록 수행된 시뮬레이션을 나타낸 예시적인 그래프이고;
도 4는 본원의 여러 양태에 따라 도 1의 비접촉 전력 전송 시스템에서 제1 전력 변환기를 이용하여 280 W의 교류 전력을 생성하도록 수행된 시뮬레이션을 나타낸 예시적인 그래프이고;
도 5는 본원의 여러 양태에 따라 제2 전력 교환 코일을 검지하도록 구성된 도 1의 비접촉 전력 전송 시스템의 일 실시예의 블록도이고;
도 6은 본원의 여러 양태에 따라 제2 전력 교환 코일을 검지하도록 구성된 바이어스 코일을 포함하는 도 5의 비접촉 전력 전송 시스템의 다른 실시예의 블록도이고;
도 7은 본원의 여러 양태에 따라 제2 전력 교환 코일을 검지하도록 구성된 바이어스 트랜스포머를 포함하는 도 5의 비접촉 전력 전송 시스템의 또 다른 실시예의 블록도이고;
도 8은 본원의 여러 양태에 따라 비접촉 전력 전송 시스템을 사용한 비접촉 전력 전송 방법에 포함되는 단계들을 나타낸 흐름도이다.
본원의 여러 양태는 비접촉 전력 전송 시스템 및 이를 이용한 비접촉 전력 전송 방법을 포함한다. 비접촉 전력 전송 시스템은 시스템 주파수에서 전원으로부터 접수된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하도록 구성된 제1 전력 변환기를 포함한다. 여기 사용되는 "시스템 주파수"란 용어는 비접촉 전력 전송 시스템의 동작 주파수를 말한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 제1 전력 변환기에 작동적으로 결합되어 상기 제1 전력 변환기로부터 상기 교류 전력을 접수하도록 구성된 제1 전력 교환 코일을 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 시스템 주파수에서 자기장을 통해 상기 제1 전력 교환 코일로부터 상기 교류 전력을 접수하도록 구성된 제2 전력 교환 코일을 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 제2 전력 교환 코일에 작동적으로 결합되어 상기 교류 전력을 부하로 전송될 수 있는 출력 직류 전력으로 변환시키도록 구성된 제2 전력 변환기를 포함한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 제2 전력 변환기와 상기 부하 사이에 위치된 제1 노드에 작동적으로 결합된 센서를 포함한다. 상기 센서는 상기 제1 노드에서 적어도 전압 또는 전류를 감지하도록 구성된다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템은 상기 센서로부터 접수된 것 중 적어도 감지된 전압 또는 감지된 전류를 기초로 상기 제1 전력 변환기에 의해 생성된 상기 교류 전력을 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기에 작동적으로 결합되어 상기 제1 전력 변환기의 동작 상태를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
달리 정의되지 않으면, 여기 사용되는 기술적 과학적 용어들은 본 개시 내용이 속하는 업계의 통상적인 기술자 중 한 사람이라면 공통적으로 이해하는 바와 같은 의미를 가진다. 여기 사용되는 "제1", 제2" 등의 용어는 임의의 순서, 수량, 또는 중요성을 나타내는 것이 아니라, 하나의 요소를 다른 것으로부터 구별하는 데 사용되는 것이다. 또한, "단수형" 표현은 수량의 제한을 나타내는 것이 아니라, 언급된 항목 중 적어도 하나의 존재를 나타낸다. "또는"이란 표현은 포괄적인 것으로 의미되는 것으로, 열거된 항목 중 하나, 일부 또는 모두를 의미한다. "포함하는", "구비하는", "가지는" 등의 표현과 그 파생어의 사용은 여기서는 추가적인 항목은 물론, 이후 열거되는 항목과 그 등가물을 포함하는 의미를 가진다. "교환"과 "전송"의 용어는 본 명세서에서 호환 가능하게 사용될 수 있고 동일한 의미를 표현한다. 달리 특정되지 않으면, "교환"이란 용어는 본 명세서의 목적상 전력의 비접촉 교환으로서 정의될 수 있다.
도 1은 본원의 일 양태에 따른 비접촉 전력 전송 시스템(10)의 블록도이다. 비접촉 전력 전송 시스템(10)은 제1 전력 교환 코일(20)과 제2 전력 교환 코일(24)을 포함하며, 비접촉 전력 전송 시스템(10)은 제1 전력 교환 코일(20)로부터 제2 전력 교환 코일(24)로 전력의 전송을 가능케 한다. 비접촉 전력 전송 시스템(10)은 본 명세서에서 추가로 상세히 논의된다.
비접촉 전력 전송 시스템(10)은 직류 전원(14)에 작동적으로 결합된 제1 전력 변환기(12)를 포함한다. 제1 전력 변환기(12)는 직류 전원(14)으로부터 전체적으로 참조부호 16으로 나타낸 직류 전력을 접수하고 비접촉 전력 전송 시스템(10)의 시스템 주파수에 기초하여 해당 직류 전력(16)을 전체적으로 참조부호 18로 나타낸 교류 전력으로 변환시킨다. 제1 전력 변환기(12)는 제1 전력 교환 코일(20)에 작동적으로 결합되어 교류 전력(18)을 제1 전력 교환 코일(20)로 전송한다. 제1 전력 교환 코일(20)은 교류 전력(18)을 접수하고, 접수된 교류 전력(18)에 기초하여 자기장(22)을 생성한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(10)은 제2 전력 교환 코일(24)을 포함한다. 제1 전력 교환 코일(20)로부터 소정 거리에 위치된 제2 전력 교환 코일(24)은 제1 전력 교환 코일(20)에 의해 생성된 자기장(22)을 접수하고 해당 자기장(22)을 제1 전력 변환기(12)에 의해 생성된 교류 전력(18)을 나타내는 대응하는 교류 전력(19)으로 변환시킨다. 여기 사용되는 "소정 거리"라는 표현은 교류 전력(18)을 전송하고자 하는 지점까지의 거리를 말한다. 소정의 실시예에서, 제1 전력 교환 코일(20)과 제2 전력 교환 코일(24)은 공진 코일일 수 있다. 일례로, 제1 전력 교환 코일(20)은 자기장(22)을 복수의 제2 전력 교환 코일(24)로 전송할 수 있다. 다른 예로, 복수의 제1 전력 교환 코일(20)이 자기장(22)을 제2 전력 교환 코일(24)로 전송할 수 있다. 전술한 구성 각각은 비접촉 전력 전송 시스템을 사용하는 용도에 따라 적용된다. 예를 들면, 제1 전력 교환 코일(20)은 전송기로서 동작할 수 있어서, 대응하는 장치에 배치된 복수의 제2 전력 교환 코일(24)로 전력을 비접촉 방식으로 전송할 수 있다. 또한, 복수의 제2 전력 교환 코일(24)은 각각 변조 기술을 이용하여 교류 전력(19)을 유사한 시간 간격으로 동시에 또는 동일하거나 상이한 시간 간격으로 순차적으로 접수할 수 있다.
또한, 제1 전력 교환 코일(20)과 제2 전력 교환 코일(24)은 시스템 요건을 기초로 다른 실시예에 따라 송신기 코일 또는 수신기 코일로서 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전력 교환 코일(20)과 제2 전력 교환 코일(24)은 동시에 전송기 및 수신기로서 작용할 수 있어서 전력, 데이터 또는 이들 모두의 양방향 동시 교환을 허용할 수 있다. 일 실시예로, 비접촉 전력 전송 시스템(10)은 제1 전력 교환 코일(20)과 제2 전력 교환 코일(24) 간의 자기적 결합을 강화시키는 자장 집속 요소(도 1에는 도시 생략)를 더 포함할 수 있다. 동일하거나 상이한 실시예로, 비접촉 전력 교환을 위해 제1 전력 교환 코일(20)과 제2 전력 교환 코일(24) 사이의 소정 거리를 증가시키도록 비접촉 전력 전송 시스템(10)에 하나 이상의 리피터 공진기(도 1에는 도시 생략)가 추가될 수 있다. 일부 실시예에서, 자장 집속 요소, 하나 이상의 리피터 공진기 또는 양자 모두는 제1 전력 교환 코일(20), 제2 전력 교환 코일(24) 또는 이들의 조합에 작동적으로 결합될 수 있다.
더욱이, 비접촉 전력 전송 시스템(10)에서, 제2 전력 교환 코일(24)은 제2 전력 변환기(26)에 작동적으로 결합된다. 제2 전력 변환기(26)는 제2 전력 교환 코일(24)에 의해 전송된 교류 전력(19)을 접수하도록 구성된다. 또한, 제2 전력 변환기(26)는 교류 전력(19)을 비접촉 전력 전송 시스템(10)에 작동적으로 결합된 부하의 작동에 이용되는 출력 직류 전력(28)으로 변환시킬 수 있다. 작동 중, 부하 전력으로도 지칭되는 전력이 부하(30)의 구동에 필요하다. 부하(30)가 요구하는 부하 전력은 특정 시간에서의 부하(30)의 상태를 기초로 시간에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 부하(30)가 방전되는 배터리인 경우, 배터리의 충전에 필요한 부하 전력은 배터리가 소모하는 방전 또는 충전량에 의존할 수 있다. 특히, 배터리 충전에 필요한 부하 전력은 배터리가 예컨대 90~95% 충전시의 배터리의 요구 부하 전력에 비하면 배터리가 거의 방전시에 더 높다.
또한, 제2 전력 변환기(26)와 부하(30) 사이의 제1 노드(34)에 센서(32)가 작동적으로 결합된다. 센서(32)는 적어도 제1 노드(34)의 전압(36)을 감지한다. 일부 실시예에서, 센서(32)는 한정되는 것은 아니지만 노드(34)의 전류와 같은 다른 전기적 파라미터를 감지하도록 구성될 수 있다. 제1 노드(34)의 전압은 부하(30)에 필요한 부하 전력을 기초로 유도된다. 따라서, 감지된 노드(34)의 전압(36)은 부하(30)에 필요한 전력을 나타낸다. 또한, 감지된 전압(36)을 나타내는 신호(37)가 비접촉 전력 전송 시스템(10) 내의 컨트롤러(38)로 전송된다. 일 실시예에서, 비접촉 전력 전송 시스템(10)은 감지된 전압(36)을 나타내는 신호(37)를 컨트롤러(38)로 전송하기 위해 센서(32)에 작동적으로 결합된 데이터 전송기를 포함할 수 있다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(10)은 데이터 전송기로부터 상기 감지된 전압(36)을 나타내는 신호(37)를 접수하기 위해 컨트롤러(38)에 작동적으로 결합된 데이터 수신기를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 감지된 전압(36)을 나타내는 신호(37)는 시스템 주파수와는 다른 데이터 주파수로 전송된다.
컨트롤러(38)는 센서(32)로부터 상기 감지된 전압(36)을 접수하고 해당 감지된 전압(36)을 기초로 부하(30)에 필요한 부하 전력을 산출한다. 또한, 컨트롤러(38)는 요구되는 부하 전력에 상응하는 출력 직류 전력(28)을 결정한다. 또한, 부하(30)의 구동에 필요한 상기 결정된 출력 직류 전력을 기초로, 컨트롤러(38)는 제1 전력 변환기(12)에 의해 생성되는 것이 요구되는 교류 전력(18)을 산출한다. 일부 실시예에서, 감지된 전압(36)을 기초로 상기 요구되는 부하 전력, 상기 출력 직류 전력(28) 또는 상기 제1 전력 변환기(12)에 의해 생성되는 것이 필요한 교류 전력(18)을 산출하기 위해 컨트롤러(38), 센서(32) 또는 양자 모두에 처리부(도 1에는 도시 생략)가 작동적으로 결합될 수 있다. 또한, 이들 실시예 중 일부에서, 컨트롤러가 제1 전력 변환기(12)를 제어할 수 있는 것을 기초로 하여, 부하 전력, 출력 직류 전력(28) 또는 제1 전력 변환기(12)에 의해 생성되는 것이 필요한 교류 전력(18)을 나타내는 신호가 처리부에 의해 컨트롤러(38)로 전송될 수 있다. 컨트롤러(38)는, 제1 전력 변환기(12)에 의해 생성되는 것이 요구되는 교류 전력(18)을 기초로, 요구되는 교류 전력(18)이 생성될 수 있도록 제1 전력 변환기(12)의 동작 상태를 제어한다. 동작 상태는 제1 전력 변환기(12)의 활성화 상태 또는 제1 전력 변환기(12)의 비활성화 상태일 수 있다. 또한, 컨트롤러(38)는 제1 전력 변환기(12)의 활성화 상태와 연관된 제1 기간과 제1 전력 변환기(12)의 비활성화 상태와 연관된 제2 기간을 제어한다.
상기 사용된 "활성화 상태"란 용어는 제1 전력 변환기(12)가 시스템 주파수에서 교류 전력(18)을 생성하는 제1 전력 변환기(12)의 상태로서 정의될 수 있다. 이러한 활성화 상태는 펄스 폭 변조 기술과 같은 듀티 사이클 변조 기술과는 다르다. 활성화 상태의 제1 기간은 부하에 필요한 부하 전력에 의존하고, 부하 전력 요건을 기초로 변동될 수 있다. 이에 대해, 듀티 사이클 변조 기술은 고정된 듀티 사이클을 포함하는 데, 고정된 듀티 사이클은 해당 고정된 듀티 사이클 내에서 변동될 수 있는 "ON" 시간 간격과 "OFF" 시간 간격을 더 포함한다. 따라서, 활성화 상태의 제1 기간은 듀티 사이클과 달라서 활성화 상태를 듀티 사이클 변조와 다르게 할 수 있다.
유사하게, 상기 사용된 "비활성화 상태"란 용어는 제1 전력 변환기(12)가 교류 전력(18)을 생성하지 않는 제1 전력 변환기(12)의 상태로서 정의될 수 있다. 이러한 비활성화 상태는 펄스 폭 변조 기술과 같은 듀티 사이클 변조 기술과는 다르다. 비활성화 상태의 제2 기간은 부하에 필요한 부하 전력에 의존하며, 부하 전력 요건을 기초로 변동될 수 있다. 이에 대해, 듀티 사이클 변조 기술은 고정된 듀티 사이클을 포함하는 데, 고정된 듀티 사이클은 해당 고정된 듀티 사이클 내에서 변동될 수 있는 "ON" 시간 간격과 "OFF" 시간 간격을 더 포함한다. 따라서, 비활성화 상태의 제2 기간은 듀티 사이클과 달라서 비활성화 상태를 듀티 사이클 변조와 다르게 할 수 있다.
컨트롤러(38)는 제1 전력 교환 코일(20)에 의해 제2 전력 교환 코일(24)로 전송되는 교류 전력(18)의 펄스를 생성하도록 제1 전력 변환기(12)를 시스템 주파수로 동작시키고 제1 기간 및 제2 기간을 변경시킨다. 이러한 구성에 의해 비접촉 전력 전송 시스템(10)은 다른 수치의 요구 부하 전력에 대해 고정된 시스템 주파수로 동작될 수 있어서 비접촉 전력 전송 시스템(10)의 전력 전송 효율이 향상될 수 있다. 일 실시예에서, 요구되는 출력 직류 전력(28)은 제1 전력 변환기(12)에 의해 생성되는 교류 전력(18)의 펄스의 평균이다. 비접촉 전력 전송 시스템의 동작은 아래에 더 상세히 논의된다.
도 2a~도 2c는 도 1의 비접촉 전력 전송 시스템(10)에서 교류 전력(18)을 생성하는 시스템 주파수 신호를 나타낸 그래프이다. 도 2a를 참조하면, 그래프(42)는 시스템 주파수(44)를 나타내는 데, 여기서 제1 그래프의 X축(46)은 시간을, Y축(48)은 시스템 주파수(44)를 나타낸다.
도 2b에서, 그래프(50)는 도 1의 제1 전력 변환기(12)의 동작 상태를 제어하는 제어 신호(52)를 나타내는 데, 여기서 X축(54)은 시간을, Y축(56)은 제1 전력 변환기(12)의 동작 상태를 나타낸다.
도 2c를 참조하면, 제3 그래프(58)는 시스템 주파수(44)를 기초로 변조된 신호(60)와 제어 신호(52)를 나타내는 데, 여기서 X축(62)은 시간을, Y축(64)은 변조 신호(60)를 나타낸다.
제1 그래프(42), 제2 그래프(50) 및 제3 그래프(58)를 결합하여 읽으면, 제1 전력 변환기(12)가 제1 시간 간격(66) 동안 시스템 주파수(44)에서 활성화 상태로 동작됨을 알 수 있다. 또한, 제2 시간 간격(68)에서, 제1 전력 변환기(12)는 제1 전력 변환기(12)에 의해 교류 전력이 생성되지 않는 비활성화 상태로 동작된다. 후속하여, 제3 시간 간격(69)에서, 제1 전력 변환기(12)는 다시 활성화 상태로 동작됨으로써 시스템 주파수(44)의 교류 전력(18)을 생성한다. 이러한 시간 간격(66, 68, 69)은 부하에 요구되는 전력을 기초로 제1 전력 변환기(12)에 의해 생성되는 교류 전력(18)을 변동시키도록 컨트롤러(38)에 의해 제어된다.
도 3은 본원의 여러 양태에 따라 제1 전력 변환기(12)를 이용하여 교류 전력(18)을 생성하는 방법에 대한 예시적인 그래프(70)이다. 그래프(70)는 제1 전력 변환기(12)를 이용하여 2.8 ㎾의 교류 전력(18)을 생성하도록 수행된 시뮬레이션을 나타내며, 그래프에서 X축(72)은 1/1000 초 단위의 시간을, Y축(74)은 볼트 단위의 변환기 전압을 나타낸다.
예시된 바와 같이, 제1 시간 간격(76)에서, 제1 전력 변환기(12)는 해당 제1 전력 변환기(12)의 출력에서 전류(78)를 발생시키는 활성화 상태로 동작됨으로써 제1 펄스(79)의 교류 전력(18)을 생성한다. 또한, 컨트롤러(38)에 의해 제1 전력 변환기(12)의 비활성화 상태가 개시되면, 제1 전력 변환기(12)의 전류(78)는 전이 기간(80) 중에 감쇠된다.
제2 시간 간격(82) 중에, 제1 전력 변환기(12)는 전류(78)가 제로인 비활성화 상태에 있다. 유사하게, 제3 시간 간격(84)에서, 제1 전력 변환기(12)는 다시 활성화 상태로 동작되어 제1 전력 변환기(12)의 출력에서 전류(78)가 발생된다. 따라서, 제1 전력 변환기(12)는 제3 시간 간격(84) 중에 제2 펄스(85)의 교류 전력(18)을 생성한다. 제1 펄스(79)와 제2 펄스(85)는 원하는 교류 전력(18)을 제1 전력 교환 코일(20)에 제공한다.
컨트롤러(38)는 제1 전력 변환기(12)의 활성화 상태와 비활성화 상태를 나타내는 시간 간격(76, 82, 84)의 지속 시간을 제어함으로써 시스템 주파수(44)의 원하는 교류 전력(18)을 생성한다(도 2a 참조).
도 4는 제1 전력 변환기(12)를 이용하여 280 W의 교류 전력(18)을 생성하도록 수행된 시뮬레이션을 나타낸 다른 예시적인 그래프(90)이다. 그래프(90)에서, X축(92)은 1/1000 초 단위의 시간을, Y축(94)은 볼트 단위의 제1 변환기 전압을 나타낸다.
알 수 있는 바와 같이, 제1 시간 간격(96)에서, 제1 전력 변환기(12)는 해당 제1 전력 변환기(12)의 출력에서 전류(98)를 발생시키는 활성화 상태로 동작됨으로써 제1 펄스(97)의 교류 전력(18)을 생성한다. 또한, 제1 전력 변환기(12)의 비활성화 상태의 개시시, 제1 전력 변환기(12)의 전류(98)는 전이 기간(100) 중 감쇠된다. 그래프(90)의 제1 시간 간격(96)은 그래프(70)의 제1 시간 간격(76)보다 작은 것을 알 수 있는 데, 이는 컨트롤러(38)로 하여금 제1 전력 변환기(12)를 제어하여 도 3의 제1 펄스(79)에 비해 제1 펄스(97)의 교류 전력(18)을 덜 생성되게 할 수 있다.
제2 시간 간격(102) 도중에, 제1 전력 변환기(12)는 전류(98)가 제로인 비활성화 상태에 있다. 그래프(90) 내의 제2 시간 간격(102)은 그래프(70) 내의 제2 시간 간격(82)보다 더 긴 것을 알아야 한다. 또한, 제3 시간 간격(104)에서, 제1 전력 변환기(12)는 다시 활성화 상태로 동작되어 제1 전력 변환기(12)의 출력에서 전류(98)를 발생시킨다. 제1 전력 변환기는 제3 시간 간격(104) 도중에 제2 펄스(105)의 교류 전력(18)을 생성한다. 그래프(90) 내의 제1 시간 간격(96)과 제3 시간 간격(104)은 그래프(70) 내의 제1 시간 간격(76)과 제3 시간 간격(84)보다 짧기 때문에, 컨트롤러(38)로 하여금 제1 전력 변환기(12)를 제어하여 도 3의 제1 펄스(79)와 제2 펄스(85)에 비해 제1 펄스(97)와 제2 펄스(105)의 교류 전력(18)을 덜 생성되게 할 수 있음을 알아야 한다.
도 5는 본원의 여러 양태에 따른 일 실시예의 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 블록도이다. 비접촉 전력 전송 시스템(110)은 제1 전력 교환 코일(120)과 제2 전력 교환 코일(124)을 포함하며, 비접촉 전력 전송 시스템(110)은 제1 전력 교환 코일(120)로부터 제2 전력 교환 코일(124)로 전력의 전송을 가능케 한다. 비접촉 전력 전송 시스템(110)은 본 명세서에서 추가로 상세히 논의된다.
비접촉 전력 전송 시스템(110)은 직류 전원(114)에 작동적으로 결합된 제1 전력 변환기(112)를 포함한다. 제1 전력 변환기(112)는 직류 전원(114)으로부터 전체적으로 참조부호 116으로 나타낸 직류 전력을 접수하고 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 시스템 주파수에 기초하여 해당 직류 전력(116)을 전체적으로 참조부호 118로 나타낸 교류 전력으로 변환시킨다. 제1 전력 변환기(112)는 제1 전력 교환 코일(120)에 작동적으로 결합되어 교류 전력(118)을 제1 전력 교환 코일(120)로 전송한다. 제1 전력 교환 코일(120)은 교류 전력(118)을 접수하고, 해당 교류 전력(118)에 기초하여 자기장(122)을 생성한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(110)은 제2 전력 교환 코일(124)을 포함한다. 제1 전력 교환 코일(120)로부터 소정 거리에 위치된 제2 전력 교환 코일(124)은 제1 전력 교환 코일(120)에 의해 생성된 자기장(122)을 접수하고 해당 자기장(122)을 제1 전력 변환기(112)에 의해 생성된 교류 전력(118)을 나타내는 대응하는 교류 전력(119)으로 변환시킨다. 제2 전력 교환 코일(124)은 제1 전력 교환 코일(120)에 의해 생성된 자기장(122)을 접수하고 해당 자기장(122)을 제1 전력 변환기(112)에 의해 생성된 교류 전력(118)을 나타내는 교류 전력(119)으로 변환시킨다. 또한, 제2 전력 교환 코일(124)은 제2 전력 변환기(126)에 작동적으로 결합된다. 제2 전력 변환기(126)는 제2 전력 교환 코일(124)에 의해 전송된 교류 전력(119)을 접수하고 해당 교류 전력(119)을 비접촉 전력 전송 시스템(110)에 작동적으로 결합된 부하(130)를 동작시키는 데 사용되는 출력 직류 전력(128)으로 변환시키도록 구성된다.
또한, 제2 전력 변환기(126)와 부하(130) 사이의 제1 노드(134)에 센서(132)가 작동적으로 결합된다. 센서는 적어도 제1 노드(134)의 전압(136)을 감지한다. 더욱이, 감지된 전압(136)을 나타내는 신호(137)가 비접촉 전력 전송 시스템(110) 내의 컨트롤러(138)로 전송된다. 컨트롤러(138)는 센서(132)로부터 상기 감지된 전압(136)을 나타내는 신호(137)를 접수하고 해당 감지된 전압(136)을 기초로 부하(130)에 필요한 부하 전력을 산출한다. 또한, 컨트롤러(138)는 요구되는 부하 전력에 상응하는 출력 직류 전력(128)을 결정한다. 또한, 부하(130)의 구동에 필요한 상기 출력 직류 전력(128)을 기초로, 컨트롤러(138)는 제1 전력 변환기(112)에 의해 생성되는 것이 요구되는 교류 전력(118)을 산출한다. 컨트롤러(138)는, 제1 전력 변환기(112)에 의해 생성되는 것이 요구되는 교류 전력(118)을 기초로, 요구되는 교류 전력(118)을 생성하도록 제1 전력 변환기(112)의 동작 상태를 제어한다. 동작 상태는 제1 전력 변환기(112)의 활성화 상태 또는 제1 전력 변환기(112)의 비활성화 상태일 수 있다. 또한, 컨트롤러(138)는 제1 전력 변환기(112)의 활성화 상태와 연관된 제1 기간과 제1 전력 변환기(112)의 비활성화 상태와 연관된 제2 기간을 제어한다.
비접촉 전력 전송 시스템(110)은 컨트롤러(138)에 작동적으로 결합된 제1 바이어스 처리부(140)를 더 포함한다. 제1 바이어스 처리부(140)는 전원(114)으로부터 컨트롤러(138)에 동작 전력(141)을 제공하도록 구성된다. 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 비가동 상태 중에, 컨트롤러(138)는 제1 전력 변환기(112)를 제어하여 바이어스 전력을 생성하는 데, 바이어스 전력은 제1 전력 교환 코일(120)을 통해 제2 전력 교환 코일(124)로 전송된다. 상기 사용되는 "바이어스 전력"이란 용어는 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 동작 중 전송되는 교류 전력보다 낮은 전력으로서 정의된다. 이러한 바이어스 전력은 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 비가동 상태 중에 비접촉 전력 전송 시스템(110) 내의 제2 전력 교환 코일(124)을 감지할 목적으로 이용되며, 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 동작 중에 제2 전력 교환 코일(124)에 전송되는 교류 전력(118)의 일부를 형성한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(110)은 제2 전력 교환 코일(124)에 작동적으로 결합된 제2 바이어스 처리부(144)를 포함하며, 제2 바이어스 처리부(144)는 제2 전력 교환 코일(124)을 통해 제1 전력 교환 코일(120)로부터 바이어스 전력(142)을 나타내는 바이어스 전력(143)을 접수하도록 구성된다. 제2 바이어스 처리부(144)는 제2 전력 교환 코일(124)로부터 바이어스 전력(143)을 접수하는 데, 해당 바이어스 전력은 제1 노드(134)의 전압을 계측하는 센서(132)를 활성화시키는 데도 사용된다. 또한, 바이어스 전력(143)은 적어도 상기 감지된 전압(136)을 나타내는 신호(146)를 생성하고 해당 신호(146)를 컨트롤러(138)로 전송하는 데에도 사용된다. 일 실시예에서, 비접촉 전력 전송 시스템(110)은 무선 통신 키트를 포함할 수 있는 데, 무선 통신 키트는 바이어스 전력(142)을 이용하여 통전되어 상기 신호(146)를 생성하여 컨트롤러(138)로 전송할 수 있다. 컨트롤러(138)는 상기 신호(146)를 나타내는 신호(147)를 접수하여 제2 전력 교환 코일(124)이 전력 전송에 사용될 수 있음을 인지한다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예의 비접촉 전력 전송 시스템(150)의 블록도이다. 비접촉 전력 전송 시스템(150)은 제1 전력 교환 코일(160)과 제2 전력 교환 코일(164)을 포함하며, 비접촉 전력 전송 시스템(150)은 제1 전력 교환 코일(160)로부터 제2 전력 교환 코일(164)로 전력의 전송을 가능케 한다. 비접촉 전력 전송 시스템(150)은 본 명세서에서 추가로 상세히 논의된다.
비접촉 전력 전송 시스템(150)은 직류 전원(154)에 작동적으로 결합된 제1 전력 변환기(152)를 포함한다. 제1 전력 변환기(152)는 직류 전원(154)으로부터 전체적으로 참조부호 156으로 나타낸 직류 전력을 접수하고 시스템 주파수에 기초하여 해당 직류 전력(156)을 전체적으로 참조부호 158로 나타낸 교류 전력으로 변환시킨다. 제1 전력 변환기(152)는 제1 전력 교환 코일(160)에 작동적으로 결합되어 교류 전력(158)을 제1 전력 교환 코일(160)로 전송한다. 제1 전력 교환 코일(160)은 교류 전력(158)을 접수하고, 해당 교류 전력(158)에 기초하여 자기장(162)을 생성한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(150)은 제2 전력 교환 코일(164)을 포함한다. 제1 전력 교환 코일(160)로부터 소정 거리에 위치된 제2 전력 교환 코일(164)은 제1 전력 교환 코일(160)에 의해 생성된 자기장(162)을 접수하고 해당 자기장(162)을 제1 전력 변환기(152)에 의해 생성된 교류 전력(158)을 나타내는 대응하는 교류 전력(159)으로 변환시킨다. 제2 전력 교환 코일(164)은 제1 전력 교환 코일(160)에 의해 생성된 자기장(162)을 접수하고 해당 자기장(162)을 제1 전력 변환기(152)에 의해 생성된 교류 전력(158)을 나타내는 교류 전력(159)으로 변환시킨다. 또한, 제2 전력 교환 코일(164)은 제2 전력 변환기(166)에 작동적으로 결합된다. 제2 전력 변환기(166)는 제2 전력 교환 코일(164)에 의해 전송된 교류 전력(158)을 접수하고 해당 교류 전력(159)을 비접촉 전력 전송 시스템(150)에 작동적으로 결합된 부하(170)를 동작시키는 데 사용되는 출력 직류 전력(168)으로 변환시키도록 구성된다.
또한, 제2 전력 변환기(166)와 부하(170) 사이의 제1 노드(174)에 센서(172)가 작동적으로 결합된다. 센서(172)는 적어도 제1 노드(174)의 전압(176)을 감지한다. 더욱이, 감지된 전압(176)을 나타내는 신호(177)가 비접촉 전력 전송 시스템(150) 내의 컨트롤러(178)로 전송된다. 컨트롤러(178)는 센서(172)로부터 상기 감지된 전압(176)을 나타내는 신호(177)를 접수하고 해당 감지된 전압(176)을 기초로 부하(170)에 필요한 부하 전력을 산출한다. 또한, 컨트롤러(138)는 요구되는 부하 전력에 상응하는 출력 직류 전력(168)을 결정한다. 또한, 부하(170)의 구동에 필요한 상기 출력 직류 전력(178)을 기초로, 컨트롤러(178)는 제1 전력 변환기(152)에 의해 생성되는 것이 요구되는 교류 전력(158)을 산출한다. 컨트롤러(178)는, 제1 전력 변환기(152)에 의해 생성되는 것이 요구되는 교류 전력(158)을 기초로, 요구되는 교류 전력(158)을 생성하도록 제1 전력 변환기(152)의 동작 상태를 제어한다. 동작 상태는 제1 전력 변환기(152)의 활성화 상태 또는 제1 전력 변환기(152)의 비활성화 상태일 수 있다. 또한, 컨트롤러(178)는 제1 전력 변환기(152)의 활성화 상태와 연관된 제1 기간과 제1 전력 변환기(152)의 비활성화 상태와 연관된 제2 기간을 제어한다.
비접촉 전력 전송 시스템(150)은 컨트롤러(178)에 작동적으로 결합된 제1 바이어스 처리부(180)를 더 포함한다. 제1 바이어스 처리부(180)는 전원(154)으로부터 컨트롤러(178)에 동작 전력(181)을 제공하도록 구성된다. 비접촉 전력 전송 시스템(150)의 비가동 상태 중에, 컨트롤러(178)는 제1 전력 변환기(152)를 제어하여 바이어스 전력(182)을 생성하는 데, 바이어스 전력은 제1 전력 교환 코일(160)을 통해 제2 전력 교환 코일(164)로 전송된다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(150)은 제2 전력 교환 코일(164)에 작동적으로 결합된 제2 바이어스 처리부(184)를 포함하며, 제2 바이어스 처리부(184)는 제1 전력 교환 코일(160)로부터 접수된 바이어스 전력(182)을 나타내는 바이어스 전력(183)을 접수하도록 구성된다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(150)은 제2 전력 교환 코일(164)과 제2 바이어스 처리부(184)에 작동적으로 결합된 바이어스 코일(186)을 포함하는 데, 해당 바이어스 코일(186)은 제1 전력 교환 코일(160)로부터 바이어스 전력(183)을 접수하여 해당 바이어스 전력(183)을 제2 바이어스 처리부(184)로 전송하도록 구성된다. 제2 바이어스 처리부(184)는 제2 전력 교환 코일(164)로부터 바이어스 전력(183)을 접수하는 데, 해당 바이어스 전력은 제1 노드(174)의 전압을 계측하는 센서(172)를 활성화시키는 데도 사용된다. 또한, 바이어스 전력(183)은 적어도 상기 감지된 전압(176)을 나타내는 신호(188)를 생성하고 해당 신호(188)를 컨트롤러(178)로 전송하는 데에도 사용된다. 일 실시예에서, 비접촉 전력 전송 시스템(150)은 무선 통신 키트를 포함할 수 있는 데, 무선 통신 키트는 바이어스 전력(183)을 이용하여 통전되어 상기 신호(188)를 생성하여 컨트롤러(178)로 전송할 수 있다. 컨트롤러(178)는 상기 신호(188)를 나타내는 신호(189)를 접수하여 제2 전력 교환 코일(164)이 전력 전송에 사용될 수 있음을 인지한다.
도 7은 본원의 여러 양태에 따른 일 실시예의 비접촉 전력 전송 시스템(200)의 블록도이다. 비접촉 전력 전송 시스템(200)은 제1 전력 교환 코일(210)과 제2 전력 교환 코일(214)을 포함하며, 비접촉 전력 전송 시스템(200)은 제1 전력 교환 코일(210)로부터 제2 전력 교환 코일(214)로 전력의 전송을 가능케 한다. 비접촉 전력 전송 시스템(200)은 본 명세서에서 추가로 상세히 논의된다.
비접촉 전력 전송 시스템(200)은 직류 전원(204)에 작동적으로 결합된 제1 전력 변환기(202)를 포함한다. 제1 전력 변환기(202)는 직류 전원(204)으로부터 전체적으로 참조부호 206으로 나타낸 직류 전력을 접수하고 시스템 주파수에 기초하여 해당 직류 전력(206)을 전체적으로 참조부호 208로 나타낸 교류 전력으로 변환시킨다. 제1 전력 변환기(202)는 제1 전력 교환 코일(210)에 작동적으로 결합되어 교류 전력(208)을 제1 전력 교환 코일(210)로 전송한다. 제1 전력 교환 코일(210)은 교류 전력(208)을 접수하고, 해당 교류 전력(208)에 기초하여 자기장(212)을 생성한다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(200)은 제2 전력 교환 코일(214)을 포함한다. 제1 전력 교환 코일(210)로부터 소정 거리에 위치된 제2 전력 교환 코일(214)은 제1 전력 교환 코일(210)에 의해 생성된 자기장(212)을 접수하고 해당 자기장(212)을 제1 전력 변환기(202)에 의해 생성된 교류 전력(208)을 나타내는 대응하는 교류 전력(209)으로 변환시킨다. 제2 전력 교환 코일(214)은 제1 전력 교환 코일(210)에 의해 생성된 자기장(212)을 접수하고 해당 자기장(212)을 제1 전력 변환기(202)에 의해 생성된 교류 전력(208)을 나타내는 교류 전력(209)으로 변환시킨다. 또한, 제2 전력 교환 코일(214)은 제2 전력 변환기(216)에 작동적으로 결합된다. 제2 전력 변환기(216)는 제2 전력 교환 코일(214)에 의해 전송된 교류 전력(208)을 접수하고 해당 교류 전력(209)을 비접촉 전력 전송 시스템(200)에 작동적으로 결합된 부하(220)를 동작시키는 데 사용되는 출력 직류 전력(218)으로 변환시키도록 구성된다.
또한, 제2 전력 변환기(216)와 부하(220) 사이의 제1 노드(224)에 센서(222)가 작동적으로 결합된다. 센서(222)는 적어도 제1 노드(224)의 전압(226)을 감지한다. 더욱이, 감지된 전압(226)을 나타내는 신호(227)가 비접촉 전력 전송 시스템(200) 내의 컨트롤러(228)로 전송된다. 컨트롤러(228)는 센서(222)로부터 상기 감지된 전압(226)을 나타내는 신호(227)를 접수하고 해당 감지된 전압(226)을 기초로 부하(220)에 필요한 부하 전력을 산출한다. 또한, 컨트롤러(228)는 요구되는 부하 전력에 상응하는 출력 직류 전력(218)을 결정한다. 또한, 부하(220)의 구동에 필요한 상기 출력 직류 전력(218)을 기초로, 컨트롤러(228)는 제1 전력 변환기(202)에 의해 생성되는 것이 요구되는 교류 전력(208)을 산출한다. 컨트롤러(228)는, 제1 전력 변환기(202)에 의해 생성되는 것이 요구되는 교류 전력(208)을 기초로, 요구되는 교류 전력(208)을 생성하도록 제1 전력 변환기(202)의 동작 상태를 제어한다. 동작 상태는 제1 전력 변환기(202)의 활성화 상태 또는 제1 전력 변환기(202)의 비활성화 상태일 수 있다. 또한, 컨트롤러(228)는 제1 전력 변환기(202)의 활성화 상태와 연관된 제1 기간과 제1 전력 변환기(202)의 비활성화 상태와 연관된 제2 기간을 제어한다.
비접촉 전력 전송 시스템(200)은 컨트롤러(228)에 작동적으로 결합된 제1 바이어스 처리부(230)를 더 포함한다. 제1 바이어스 처리부(230)는 전원(204)으로부터 컨트롤러(228)에 동작 전력을 제공하도록 구성된다. 비접촉 전력 전송 시스템(200)의 비가동 상태 중에, 컨트롤러(228)는 제1 전력 변환기(202)를 제어하여 바이어스 전력(232)을 생성하는 데, 바이어스 전력은 제1 전력 교환 코일(210)을 통해 제2 전력 교환 코일(214)로 전송된다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(200)은 제2 전력 교환 코일(214)에 작동적으로 결합된 제2 바이어스 처리부(234)를 포함하며, 제2 바이어스 처리부(234)는 제1 전력 교환 코일(210)로부터 접수된 바이어스 전력(232)을 접수하도록 구성된다. 또한, 비접촉 전력 전송 시스템(200)은 바이어스 트랜스포머(236)를 포함한다. 바이어스 트랜스포머(236)는 제2 전력 교환 코일(214)에 작동적으로 결합되어 제1 전력 교환 코일(210)로부터 바이어스 전력(232)을 접수하도록 구성된 1차 권선(238)을 포함한다. 또한, 바이어스 트랜스포머(236)는 제2 바이어스 처리부(234)에 작동적으로 결합되어 바이어스 전력(232)을 제2 바이어스 처리부(234)로 전송하도록 구성된 2차 권선(240)을 포함한다. 일 실시예에서, 제2 바이어스 처리부(234)는 전환식 모드의 전원을 포함할 수 있다. 제2 바이어스 처리부(234)는 제2 전력 교환 코일(214)로부터 바이어스 전력(233)을 접수하는 데, 해당 바이어스 전력은 제1 노드(224)의 전압을 계측하는 센서(222)를 활성화시키는 데도 사용된다. 또한, 바이어스 전력(233)은 적어도 상기 감지된 전압(226)을 나타내는 신호(242)를 생성하고 해당 신호(242)를 컨트롤러(228)로 전송하는 데에도 사용된다. 일 실시예에서, 비접촉 전력 전송 시스템(200)은 무선 통신 키트를 포함할 수 있는 데, 무선 통신 키트는 바이어스 전력(233)을 이용하여 통전되어 상기 신호(242)를 생성하여 컨트롤러(228)로 전송할 수 있다. 컨트롤러(228)는 상기 신호(242)를 나타내는 신호(243)를 접수하여 제2 전력 교환 코일(214)이 전력 전송에 사용될 수 있음을 인지한다.
도 8은 본원의 여러 양태에 따른 도 5의 비접촉 전력 전송 시스템(110)과 같은 본 명세서의 비접촉 전력 전송 시스템을 사용한 비접촉 전력 전송 방법(250)에 포함되는 단계들을 나타낸 흐름도이다. 방법(250)은 단계 252에서 제1 전력 교환 코일(120)을 시스템 주파수로 동작시키는 단계를 포함한다. 또한, 방법(250)은 단계 254에서 제2 전력 교환 코일(124)을 감지하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 바이어스 처리부(140)를 이용하여 바이어스 전력이 생성되고, 해당 바이어스 전력(142)은 제1 전력 교환 코일(120)로부터 제2 전력 교환 코일(124)로 전송된다. 다른 실시예에서, 제1 전력 교환 코일(120)로부터의 바이어스 전력이 제2 바이어스 처리부(144)에 의해 접수되고, 감지된 제2 전력 교환 코일(124)을 나타내는 신호(146)가 컨트롤러(138)로 전송된다.
방법(250)은 단계 256에서 제1 전력 변환기(112)를 이용하여 상기 시스템 주파수에서 교류 전력(118)을 생성하는 단계를 더 포함한다. 또한, 방법(250)은 단계 258에서 상기 교류 전력(118)을 자기장(122)을 통해 상기 시스템 주파수에서 상기 제1 전력 교환 코일(120)로부터 상기 제2 전력 교환 코일(124)로 전송하는 단계를 포함한다. 또한, 방법(250)은 단계 260에서 상기 제1 전력 변환기(112)에 의해 생성된 상기 교류 전력(118)을 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기(112)의 동작 상태의 기간을 제어하는 단계를 더 포함하는 데, 상기 제1 전력 변환기(112)의 동작 상태의 제어 단계는 상기 제1 전력 변환기(112)에 의해 생성된 상기 교류 전력(118)을 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기(112)의 활성화 상태의 제1 기간을 변경하고 상기 제1 전력 변환기(112)의 비활성화 상태의 제2 기간을 변경하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 전력 변환기(112)의 동작 상태의 기간은 제1 전력 변환기(112)에 의해 생성되는 교류 전력(118)을 변동시키도록 부하(130)에 요구되는 부하 전력을 기초로 제어된다. 다른 실시예에서, 제2 전력 교환 코일(124)과 부하(130) 사이에 위치된 제1 노드(134)의 전압을 감지하고, 적어도 상기 감지된 전압(136)을 기초로 교류 전력(118)이 변동된다.
당업자는 여러 다른 실시예들로부터 다양한 특징의 호환성을 인지할 것이고 각각의 특징에 대한 다른 공지된 균등물은 물론, 설명된 다양한 특징들은 본원의 원리에 따라 추가적인 시스템 및 기술을 구성하도록 당업자에 의해 혼합되고 연결될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 변형 및 변경 모두를 본 발명의 진정한 취지 내에 속하는 것으로 포괄하도록 의도된 것임을 알아야 한다.
여기서는 본 발명의 소정의 특징만을 예시하고 기술하였지만, 많은 변형 및 변경들이 당업자에 의해 안출될 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 변형 및 변경 모두를 본 발명의 진정한 취지 내에 속하는 것으로 포괄하도록 의도된 것임을 알아야 한다.

Claims (8)

  1. 비접촉 전력 전송 시스템에 있어서,
    전원(14; 114; 154)으로부터 수신된 직류 전력을 시스템 주파수에서 교류 전력으로 변환하도록 구성된 제1 전력 변환기(12; 112; 152);
    상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)에 동작 가능하게 결합되고 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)로부터 상기 교류 전력을 수신하도록 구성된 제1 전력 교환 코일(power exchanger coil)(20; 120; 160);
    상기 시스템 주파수에서 자기장을 통해 상기 제1 전력 교환 코일(20; 120; 160)로부터 상기 교류 전력을 수신하도록 구성된 제2 전력 교환 코일(24; 124; 164);
    상기 제2 전력 교환 코일(24; 124; 164)에 동작 가능하게 결합되고 상기 교류 전력을 부하(30; 130; 170)로 전송되는 출력 직류 전력으로 변환시키도록 구성된 제2 전력 변환기(26; 126; 166);
    상기 제2 전력 변환기(26; 126; 166)에 동작 가능하게 결합되고, 적어도, 상기 제2 전력 변환기(26; 126; 166)와 상기 부하(30; 130; 170) 사이에 위치된 제1 노드(34; 134; 174)에서의 전압을 계측하도록 구성된 센서(32; 132; 172);
    상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)에 동작 가능하게 결합되고, 적어도 상기 센서(32; 132; 172)로부터 수신된 감지 전압을 기초로, 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)에 의해 생성된 상기 교류 전력을 변동시키도록, 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 동작 상태를 제어하도록 구성된 컨트롤러(38; 138; 178)로서, 상기 컨트롤러(38; 138; 178)는, 상기 비접촉 전력 전송 시스템의 비가동 상태(idle state) 중에, 상기 제1 전력 교환 코일(20; 120; 160)에 의해 상기 제2 전력 교환 코일(24; 124; 164)로 전송되는 바이어스 전력을 생성하기 위해 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)를 제어하도록 구성되고, 상기 바이어스 전력은 상기 비접촉 전력 전송 시스템의 작동 중에 전송되는 교류 전력보다 낮은 것인 컨트롤러(38; 138; 178); 및
    상기 제2 전력 교환 코일(124; 164)에 동작 가능하게 결합되는 제2 바이어스 처리부(144; 184)로서, 상기 제2 바이어스 처리부(144; 184)는,
    상기 제1 전력 교환 코일(120; 160)에 의해 전송되는 상기 바이어스 전력을, 상기 제2 전력 교환 코일(124; 164)로부터 수신하도록 구성되고,
    상기 제2 전력 교환 코일(124; 164)로부터 수신된 상기 바이어스 전력을 사용하여, 상기 제1 노드에서의 전압을 계측하도록 상기 센서(32; 132; 172)를 활성화하고, 적어도 상기 제1 노드에서 계측된 감지 전압을 나타내는 신호를 생성하고, 상기 컨트롤러(138; 178)가 상기 제2 전력 교환 코일(124; 164)이 전력 전송에 이용 가능한 상태에 있음을 인지할 수 있도록 상기 감지 전압을 나타내는 신호를 상기 컨트롤러(138; 178)로 무선 전송하도록 구성되며, 상기 감지 전압은 상기 교류 전력이 적어도 상기 감지 전압에 기초하여 변동될 수 있도록 상기 부하에 의해 요구되는 전력을 나타내는 것인 제2 바이어스 처리부(144; 184)
    를 포함하고,
    상기 제2 전력 교환 코일(164)과 상기 제2 바이어스 처리부(184)에 동작 가능하게 결합된 바이어스 코일(186)로서, 상기 바이어스 코일(186)은 상기 제2 전력 교환 코일(164)을 감지하도록 상기 제1 전력 교환 코일(160)로부터 상기 바이어스 전력을 수신하고 상기 바이어스 전력을 상기 제2 바이어스 처리부(184)로 전송하도록 구성되는 것인 바이어스 코일(186); 또는
    상기 제2 전력 교환 코일(214)을 감지하도록 상기 제1 전력 교환 코일(210)로부터 상기 바이어스 전력을 수신하고 상기 바이어스 전력을 상기 제2 바이어스 처리부(234)로 전송하도록 구성된 바이어스 트랜스포머(236)로서, 상기 제2 전력 교환 코일(214)에 상기 바이어스 트랜스포머(236)의 1차 권선(238)이 동작 가능하게 결합되고, 상기 제2 바이어스 처리부(234)에 상기 바이어스 트랜스포머(236)의 2차 권선(240)이 동작 가능하게 결합되는 것인 바이어스 트랜스 포머(236)
    를 포함하며,
    상기 동작 상태는 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 활성화 상태 및 비활성화 상태를 포함하고, 상기 활성화 상태는 상기 제1 전력 변환기(12)가 시스템 주파수에서 상기 교류 전력을 생성하는 제1 전력 변환기(12)의 상태이고, 상기 비활성화 상태는 상기 제1 전력 변환기(12)가 상기 교류 전력을 생성하지 않는 제1 전력 변환기(12)의 상태이며,
    상기 컨트롤러(38; 138; 178)는,
    상기 감지 전압에 기초하여, 상기 부하에 의해 요구되는 것인, 요구되는 부하 전력을 계산하도록 구성되고,
    상기 요구되는 부하 전력을 상기 부하에 제공하기 위해, 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 활성화 상태의 제1 시구간의 기간 및 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 비활성화 상태의 제2 시구간의 기간을 제어하도록 구성되고,
    상기 부하에 제공되는 전력을 변동시키도록 상기 요구되는 부하 전력에 기초하여, 상기 제1 전력 교환 코일에 의해, 상기 제2 전력 교환 코일에 전송될 교류 전력의 펄스를 생성하기 위해, 상기 시스템 주파수에서 상기 제1 전력 변환기를 작동시키고 상기 제1 시구간의 기간 및 제2 시구간의 기간을 변동시키도록 구성되는 것인 비접촉 전력 전송 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러(138; 178)에 동작 가능하게 결합된 제1 바이어스 처리부(140; 180)를 더 포함하며, 상기 제1 바이어스 처리부(140; 180)는 상기 전원(114; 154)으로부터 상기 컨트롤러(138; 178)로 동작 전력을 제공하도록 구성된 것인 비접촉 전력 전송 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 바이어스 처리부(234)는 전환식 모드의 전원인 것인 비접촉 전력 전송 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 비접촉 전력 전송 시스템에 의해 수행되는 방법에 있어서,
    제1 전력 교환 코일(20; 120; 160)을 시스템 주파수로 동작시키는 단계(252);
    제2 전력 교환 코일(24; 124; 164)을 감지하는 단계(254);
    제1 전력 변환기(12; 112; 152)를 이용하여 상기 시스템 주파수에서 교류 전력을 생성하는 단계(256);
    상기 교류 전력을 상기 시스템 주파수에서 자기장을 통해 상기 제1 전력 교환 코일(20; 120; 160)로부터 상기 제2 전력 교환 코일(24; 124; 164)로 전송하는 단계(258); 및
    상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)에 의해 생성된 상기 교류 전력을 변동시키도록 상기 시스템 주파수로 동작하는 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 동작 상태의 시구간을 제어하는 제어 단계(260)로서, 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 동작 상태의 제어 단계는 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)에 의해 생성된 상기 교류 전력을 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 활성화 상태의 제1 시구간을 변경하고 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 비활성화 상태의 제2 시구간을 변경하는 것을 포함하는 제어 단계
    를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)에 의해 생성된 상기 교류 전력을 변동시키도록 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 동작 상태의 시구간을 제어하는 제어 단계(260)는, 요구되는 부하 전력에 기초하여 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)의 동작 상태의 시구간을 제어하는 것을 포함하는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 적어도 상기 제2 전력 교환 코일(24; 124; 164)과 부하(30; 130; 170) 사이에 위치된 제1 노드(34; 134; 174)에서의 전압을 계측하고 적어도 감지된 전압을 기초로 상기 교류 전력을 변동시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제2 전력 교환 코일(24; 124; 164)을 감지하는 단계는 상기 제1 전력 변환기(12; 112; 152)를 이용하여 바이어스 전력을 생성하고 상기 바이어스 전력을 상기 제1 전력 교환 코일(20; 120; 160)로부터 상기 제2 전력 교환 코일(24; 124; 164)로 전송하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제2 바이어스 처리부(144; 184)를 이용하여 상기 제1 전력 교환 코일(120; 160)로부터 상기 바이어스 전력을 수신하고 상기 제2 전력 교환 코일(124; 164)의 존재를 나타내는 신호를 컨트롤러(138; 178)로 전송하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
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