WO2013165097A1 - 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2013165097A1
WO2013165097A1 PCT/KR2013/002661 KR2013002661W WO2013165097A1 WO 2013165097 A1 WO2013165097 A1 WO 2013165097A1 KR 2013002661 W KR2013002661 W KR 2013002661W WO 2013165097 A1 WO2013165097 A1 WO 2013165097A1
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WO
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energy
auxiliary power
target device
unit
receiver
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PCT/KR2013/002661
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English (en)
French (fr)
Inventor
김태환
유주형
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact energy receiver and a method thereof, and more particularly to a non-contact energy receiver and a control method thereof that can supply power or energy wirelessly using light or heat energy.
  • Wireless energy transfer technology is a cutting-edge technology that can supply power anytime and anywhere without an electric cable, and is expected to be a future technology that has the potential to surpass current wireless communication technology.
  • Examples of conventional wireless power transmission technologies include an electromagnetic inductive method using an electromagnetic induction principle, an electromagnetic resonance method using an electromagnetic resonance, and a microwave method.
  • Electromagnetic inductive method which is one of the related art, uses two coils in close proximity using two electromagnetic induction principles, and when the current is applied to one coil, This is the principle of generating electromotive force on the coil.
  • This method requires the detection and protection of metal foreign substances caused by self-induced heat generation, affects the noise characteristics of other electronic devices, and deteriorates the electrical characteristics such as interference, and generates heat and chemical reactions during battery charging.
  • concerns about human hazards have exposed potential problems and caused controversy over safety.
  • the extremely limited power transmission range of several mm to several cm has been pointed out as a fatal problem of the electromagnetic induction method.
  • the Electromagnetic Resonance method uses a non-radiative resonance to extend the operating range to about 4m compared to the electromagnetic induction method, but the short application distance is practically applied in the application.
  • the low transmission efficiency has been pointed out as an obstacle to the spread of power transmission technology because it is still a constraint and is lost to the heat and propagation of the electromagnetic field.
  • CE consumer electronics
  • the problem of the prior art has a need for a new type of wireless power transmission technology that has a wide range of wireless power transmission area without harming the human body, and can supply power with high power transmission efficiency and stability.
  • the present invention provides a non-contact energy receiving device capable of stably supplying power and having a wide range of energy transmission regions without harming the human body, and a method of controlling the same.
  • the present invention provides a non-contact energy receiving device and a control method thereof having an auxiliary power source capable of stably supplying power or energy to a target device such as a consumer electronic device regardless of surrounding conditions.
  • the present invention provides a non-contact energy receiver and control device that supplies energy to a target device using an auxiliary power source that normally stores energy when an obstacle exists between a transmitter and a receiver or a diverter, thereby preventing a wireless energy supply.
  • a non-contact energy receiver and control device that supplies energy to a target device using an auxiliary power source that normally stores energy when an obstacle exists between a transmitter and a receiver or a diverter, thereby preventing a wireless energy supply.
  • a non-contact energy receiving apparatus for achieving the above object is formed in a state spaced apart from the transmitter, receiving the heat or light energy from the transmitter, the heat or light received from the receiver
  • An energy converter which converts energy into electrical energy to supply electrical energy to the target device, receives electrical energy from the receiver or the energy converter, and blocks energy transmission from the receiver or the energy converter to the target device.
  • an auxiliary power source operable to supply electrical energy to the target device.
  • a non-contact energy that has a wide range of wireless power transmission area without harming the human body and has high power transmission efficiency and can stably supply power.
  • the receiving device can be implemented.
  • a wireless power transmission mode control unit controlling electric energy to be transmitted from the energy conversion unit to the target device;
  • An auxiliary power operation mode control unit controlling electric energy to be transmitted from the auxiliary power source to the target device;
  • Auxiliary power level detection unit for detecting the charge amount of the auxiliary power;
  • a sub power remaining amount warning unit configured to send an alarm signal to a user when a charging amount of the sub power is smaller than a reference value, wherein the sub power remaining amount detecting unit or the sub power remaining amount warning unit is connected to the sub power.
  • the energy transfer between the auxiliary power source and the energy conversion unit or the target device may be controlled.
  • the transmitter may transmit energy in at least one of laser, natural light, or artificial light.
  • the receiver may include at least one of a solar cell, a heat collecting plate, or a light collecting plate.
  • the energy conversion unit or the auxiliary power source may be formed inside the target device or may be integrally formed with the target device.
  • the non-contact energy receiving apparatus for achieving the above object, the diffusion unit for diffusing or dissipating heat or light energy received from the transmitter; And an energy converter configured to receive heat or light energy diffused or dissipated by the diverter and convert it into electrical energy to supply electrical energy to a target device.
  • Receiving electrical energy from the diverging unit or the energy conversion unit may include an auxiliary power supply for supplying electrical energy to the target device when the energy transmission from the diverging unit or the energy conversion unit is blocked.
  • a wireless power transmission mode control unit controlling electric energy to be transmitted from the energy conversion unit to the target device;
  • An auxiliary power operation mode control unit controlling electric energy to be transmitted from the auxiliary power source to the target device;
  • Auxiliary power level detection unit for detecting the charge amount of the auxiliary power;
  • a sub power remaining amount warning unit configured to send an alarm signal to a user when a charging amount of the sub power is smaller than a reference value, wherein the sub power remaining amount detecting unit or the sub power remaining amount warning unit is connected to the sub power.
  • the energy transfer between the auxiliary power source and the energy conversion unit or the target device may be controlled.
  • the transmitter may transmit energy in at least one of laser, natural light, or artificial light.
  • the energy conversion unit or the auxiliary power source may be formed inside the target device or may be integrally formed with the target device.
  • the present invention is formed in a state spaced apart from the transmitter, the receiver receiving heat or light energy from the transmitter, converts the heat or light energy received from the receiver into electrical energy to target An energy converter that supplies electrical energy to a device and receives electrical energy from the receiver or the energy converter and supplies electrical energy to the target device when energy transmission from the receiver or the energy converter to the target device is blocked.
  • a control method of a non-contact energy receiving apparatus including an auxiliary power source comprising: a wireless power transmission and reception step of transmitting energy from the transmitter to the receiver; Detecting whether an obstacle exists between the transmitter and the receiver; Supplying energy from the energy converter to the target device when there is no obstacle between the transmitter and the receiver; An auxiliary power charging step of transmitting energy from the energy conversion unit to the auxiliary power source when there is no obstacle between the transmitter and the receiver; And supplying energy from the auxiliary power source to the target device when there is an obstacle between the transmitter and the receiver.
  • the control method of the non-contact energy receiver may be provided.
  • the non-contact energy receiving device and the control method according to the present invention can reduce the harmful to the human body because it transmits energy or power in the form of light or heat energy.
  • the non-contact energy receiving apparatus and control method thereof according to the present invention can widen the range for transmitting energy or power wirelessly.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a non-contact energy transmission equipment according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a modification of the non-contact energy transmission equipment according to FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a control unit of the non-contact energy transmission apparatus according to FIG. 1 or 2.
  • FIG. 4 and 5 are diagrams showing an example in which the non-contact energy transmission equipment according to FIG. 1 or 2 is applied.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a control method of the non-contact energy transmission equipment according to FIG. 1 or 2.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of the non-contact energy transmission equipment according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of a modification of the non-contact energy transmission equipment according to FIG. 1
  • FIG. 3 is according to FIG. 4 and 5 are views showing an example of the configuration of the control unit of the non-contact energy transmission equipment
  • FIG. 6 is a non-contact energy transmission according to FIG. It is a flow chart showing the control method of equipment.
  • the non-contact energy transmission apparatus 100 is a wireless power transmission technology, and may transmit power or energy wirelessly using a form of laser, light, or heat.
  • wireless power or “wireless power transfer” includes the meaning of transmitting power wirelessly using a form of light energy or heat energy.
  • a non-contact energy transmission apparatus 100 may include heat energy received from a transmitter 110 and a transmitter 110 for converting and transferring electrical energy into heat energy or light energy. It may include a non-contact energy receiving device 102 for converting light energy into electrical energy to supply to the target device 200 or the auxiliary power source 170.
  • the non-contact energy receiving device 102 included in the non-contact energy transmission equipment 100 is formed spaced apart from the transmitter 110 and the heat or light energy from the transmitter 110 in a wireless type.
  • the target unit converts the heat or light energy received from the diverter unit 180, the receiver 130 receiving the heat or light energy diffused from the diverter unit 180 and the receiver 130 to electrical energy to receive and diffuse the diffusion unit 180; Detects whether an obstacle exists between the energy converter 140, the transmitter 110, and the emitter 180 or the receiver 130 that supplies electrical energy to the 200, or the transmitter 110 and the emitter 180.
  • the controller 160 to turn on / off the state
  • the control unit 160 operates to supply electrical energy to the target device 200. It may include a power source 170.
  • the receiving device 102 can be implemented.
  • the diverging unit 180, the receiving unit 130, or the energy conversion unit 140 of the non-contact energy receiving device 102 according to the present invention may be integrally formed or included in the energy output unit 120.
  • the transmitter 110, the diverter 180, the receiver 130, and the energy converter 140 may form a wireless power transceiver.
  • the transmitter 110 and the receiver 130 or the diverter 180 is formed in a spaced or separated state, the transmitter 110 is not in contact with the receiver 130 or the diverter 180, that is, in a non-contact state. Energy or power.
  • the transmitter 110 receives the electrical energy and converts it into a laser, heat energy or light energy, and transmits the laser, heat or light energy to the diverter 180 or the receiver 130.
  • the transmitter 110 When the transmitter 110 transmits energy in the form of a laser, the transmitter 110 may use a laser diode.
  • the transmitter 110 converts electrical energy into a thermal energy having a wavelength of 1200 nm or more using a laser diode, and realizes wireless power transmission by beaming the energy to the receiver 130.
  • the energy output unit 120 may further include a diverging unit 180.
  • the diverter 180 is a component that receives a laser beam transmitted from the transmitter 110 and spreads or diverges. Since the area where the laser is incident is small and concentrated in one place, the diverter 180 may be used to maximize the area of the laser entering the receiver 130, that is, the area where the receiver 130 and the laser meet each other. .
  • a concave lens or the like may be used as the diverging part 180.
  • the diverter 180 may further include a housing in order to further increase the contact area between the diffused or divergent laser and the receiver 130.
  • the receiver 130 is a rectangular solar cell, and the entire receiver 130 may not be in contact with the laser.
  • the shape of the laser that is diffused or diverged is larger than the receiver 130, the entire receiver 130 may be in contact with the laser, but some energy may be lost.
  • the diffused or divergent laser may be in contact with the entire receiver 130.
  • the inside of the housing may be made of a material that reflects light or thermal energy.
  • the diverter 180 may use or include various types of housings.
  • the diverter 180 when the receiver 130 is a solar cell having a circular or elliptical shape, the diverter 180 includes a conical (conical) shape in order to maximize the area of the laser and the receiver 130.
  • the contact area of the 130 can be widened as much as possible.
  • the contact area between the laser and the receiver 130 is increased, thereby increasing the generation efficiency of electrical energy.
  • the diverging unit 180 may adjust the laser reception direction to increase the reception rate of the laser. That is, not only the diverging unit 180 is mounted in a fixed state, but also the diverging unit 180 may be provided to adjust or change the angle at which the diverging unit 180 views the transmitter 110.
  • the diverging unit 180 may be mounted to the target device 200 by a rotation driving motor (not shown) or a universal joint (not shown).
  • a sensing unit capable of detecting the direction of the laser is preferably provided, and the diverging unit 180 is formed by the sensing unit and the rotating driving motor. You can adjust the direction or angle automatically. If the diverging unit 180 is mounted by a universal joint or the like, the direction or angle of the diverging unit 180 may be manually adjusted by a user.
  • the diverging unit 180 is not only installed at the front end of the receiving unit 130, as shown in FIG. 2, that is, the diverging unit between the receiving unit 130 and the energy conversion unit 140 as shown in FIG. 180 may be formed.
  • the laser or energy transmitted from the receiver 130 may diverge or diffuse to increase the area of the laser incident on the energy converter 140.
  • the diverging unit 180 may be provided to diverge or diffuse not only a laser but also energy in the form of light or energy in the form of heat. Here, the diverging unit 180 may be omitted.
  • the transmitter 110 may transmit energy in at least one of laser, natural light, or artificial light.
  • the transmitter 110 is not limited to transmitting the laser, and may transmit energy in the form of natural light or artificial light.
  • the receiver 130 may be formed to include at least one of a solar cell, a heat collecting plate, and a light collecting plate.
  • the transmitter 110 may be configured to supply artificial light.
  • a fluorescent lamp installed in the room is installed consumer electronics without forming a separate transmitter 110.
  • the receiving unit 130 may be formed to track the light source to receive the most light energy from a light source such as a fluorescent lamp in which the installation position is fixed.
  • the receiver 130, the diverter 180, or the auxiliary power source 170 may be formed inside the target device 200 or may be integrally formed with the target device 200.
  • the target device 200 is a digital television
  • the receiver 130, the diverter 180, or the auxiliary power source 170 are formed inside the bezel (border) portion of the television. Can be.
  • the target device 200 may be provided inside the rear or upper surface of the refrigerator, and in the case of the washing machine, the target device 200 may be formed near a portion having a detergent container.
  • the receiver 130, the emitter 180, or the auxiliary power source 170 may be formed integrally with the target device 200 or embedded in the target device 200 to thereby receive the receiver 130, the emitter 180, or the auxiliary device.
  • the inconvenience of having to install the power supply 170 separately can be eliminated.
  • the sensing unit 150 or the control unit 160 may also be incorporated in the target device 200.
  • the receiver 130 is preferably formed of a solar cell.
  • the low efficiency problem of the conventional wireless power transmission technology can be solved by obtaining a high efficiency of about 40% under concentrated illumination by using a multiple junction solar cell structure using germanium.
  • Multi-Layer Anti-reflective Coating can absorb 300 ⁇ 1800nm wavelength range in case of multi-layer cell, so high efficiency wireless power transmission is possible in case of transmitting more than 1200nm wavelength.
  • the transmitter 110 may transmit energy having a wavelength of 1200 nm or more to the receiver 130.
  • gallium antimonide (GaSb) and indium phosphide (InP), which are group III-V semiconductor materials, have a direct bandgap structure that exhibits high efficiency in a specific long wavelength region according to the wavelength type of the laser to be used. Each can be used in the 1200nm band.
  • the control unit 160 of the non-contact energy receiving apparatus 102 may provide electrical energy from the energy conversion unit 140 or the energy output unit 120 to the target device 200.
  • Wireless power transmission mode control unit 162 for controlling to be transmitted
  • auxiliary power operation mode control unit 164 for controlling the transmission of electrical energy from the auxiliary power source 170 to the target device 200, the amount of charge of the auxiliary power 170 is sensed
  • the auxiliary power remaining amount detecting unit 168 and the auxiliary power remaining amount warning unit 169 may send an alarm signal to the user when the charging amount of the auxiliary power source 170 is smaller than the reference value.
  • the auxiliary power remaining amount detection unit 168 or the auxiliary power remaining amount warning unit 169 is connected to the auxiliary power 170, and transmits energy between the auxiliary power source 170 and the energy conversion unit 140 or the target device 200. Can be controlled.
  • the energy converter 140 may transmit electrical energy to the target device 200 and the auxiliary power source 170. That is, the energy transmitted from the transmitter 110 to the receiver 130 in the form of light or thermal energy or a laser beam is converted into electrical energy by the energy converter 140 to provide power or energy wirelessly to the target device ( Energy or power may be supplied to the 200 or the auxiliary power 170 may be charged for emergency use.
  • the non-contact energy receiving apparatus 102 includes an auxiliary power source 170.
  • FIGS. 4 and 5 are views showing an example in which the non-contact energy transmission equipment according to FIG. 1 is applied. 4 and 5, the target device 200 is a digital television. Depending on whether an obstacle exists between the transmitter 110 and the receiver 130 or the diverter 180 or an obstacle exists between the transmitter 110 and the target device 200, as shown in FIGS. 4 and 5. Accordingly, by varying the wireless power supply method, it is possible to stably supply power to the target device 200.
  • the electricity is transferred to heat using a laser diode safe for the human body in the transmitter 110 of electrical energy. Converts and wirelessly transmits it in the form of an invisible laser beam, and converts the heat of the beam transmitted from the receiver 130 having a solar cell into electrical energy in the energy converter 140 to supply power. Supply.
  • the energy conversion unit 140 may be connected to the auxiliary power source 170.
  • an obstacle 300 exists between the transmitter 110 and the receiver 130 or the diverter 180, or between a transmitter and the target device 200.
  • the laser, light, or heat may not be transmitted from the transmitter 110 to the receiver 130 or the diverter 180 by the obstacle 300.
  • the receiver 130 or the diverter 180 does not receive any energy, if the target device 200 is receiving energy from the energy converter 140, a failure may occur in the target device 200. have.
  • the receiver 102 according to the present invention includes an auxiliary power source 170.
  • the auxiliary power source 170 is preferably a secondary battery capable of charging and discharging.
  • the auxiliary power 170 In the normal state in which there is no obstacle 300 between the transmitter 110 and the receiver 130 or the diverter 180, the auxiliary power 170 is charged by the energy converter 140. That is, under the steady state, the energy conversion unit 140 not only supplies power or energy to the target device 200 but also charges the auxiliary power 170. In the normal state, the auxiliary power source 170 does not supply power or energy to the target device 200.
  • the auxiliary power remaining amount detector 168 detects whether the auxiliary power 170 is overcharged, and the auxiliary power remaining amount warning unit 169 overcharges the auxiliary power 170. The state may be notified to the user or the connection state between the energy conversion unit 140 and the auxiliary power source 170 may be blocked.
  • a VGA camera or an IR sensor may be controlled as a beam guard for detecting an obstacle and turning off the energy output unit 120.
  • the sensing unit 150 is not limited to a camera, an infrared sensor, or the like, and may be any shape capable of detecting an obstacle.
  • the wireless power supply mode is operated by an algorithm for recovering the consumed electric energy through continuous power supply. That is, when the charging amount of the auxiliary power supply 170 is smaller than the reference value, the auxiliary power remaining amount detection unit 168 may operate to operate the mode in which the auxiliary power supply 170 is charged by the energy conversion unit 140.
  • IrDA infrared data association
  • the auxiliary power Control of the non-contact energy receiving device comprising the step (S115) of supplying energy to the target device 200 in 170 It may provide a method.
  • the non-contact energy transmission equipment 100 or the non-contact energy receiving device 102 is turned on.
  • the sensing unit 150 detects whether an obstacle 300 exists between the transmitter 110 and the receiver 130 or the diverter 180. S111).
  • the wireless power transmission mode is activated to receive and transmit energy in the form of laser, light or heat wirelessly between the transmitter 110 and the receiver 130 or the diverter 180 (S112).
  • step S113 of transmitting and receiving wireless power may be performed.
  • the operation of the wireless power transfer mode may be controlled by the wireless power transfer mode controller 162.
  • the wireless power transfer mode controller 162 may operate in conjunction with the presence or absence of the obstacle 300.
  • the auxiliary power operation mode may be performed (S131).
  • the auxiliary power 170 supplies power or energy to the target device 200.
  • the auxiliary power operation mode may be controlled by the auxiliary power operation mode control unit 164, the auxiliary power operation mode control unit 164 may be linked to the wireless power transmission mode control unit 162.
  • the presence of an obstacle may be detected again (S114).
  • the energy conversion unit 140 may simultaneously transmit energy to the target device 200 and the auxiliary power source 170. That is, when it is determined that the obstacle does not exist by the sensing unit 150, the energy conversion unit 140 supplies power or energy to the target device 200 (S115), and the auxiliary power source 170 also converts the energy. Charged by 140 (S123).
  • the auxiliary power 170 may supply power or energy to the target device 200.
  • the charging of the auxiliary power 170 may be performed (S123).
  • the wireless power transmission and reception step (S113) can be performed again.
  • auxiliary power operation mode step (S131) since the auxiliary power 170 is reduced in the amount of charge is determined by the auxiliary power remaining amount detection unit 168 whether the remaining charge is sufficient (S132).
  • a step (S114) of detecting the presence of an obstacle is performed, and if the remaining charge is not sufficient, the remaining power of the auxiliary power is warned by the auxiliary power remaining amount warning unit 169 ( S141) may be performed.
  • step S141 After the auxiliary power remaining warning (S141), it is determined whether the auxiliary power 170 is replaced or whether there is an obstacle (S142), and according to the result, go to step (S115) or supply power to the target device 200 according to the result.
  • the step S151 of storing in the volatile memory may be performed.
  • the remaining charge amount of the auxiliary power source 170 is detected (S132), and if the remaining amount of the auxiliary power source 170 is insufficient, the auxiliary power source 170 is charged. The remaining amount can be warned (S141).
  • auxiliary power source 170 After warning the remaining charge of the auxiliary power source 170, it may be determined whether the auxiliary power source 170 is replaced or the presence of an obstacle (S132).
  • step S114 If it is determined in step S114 that there is no obstacle between the transmitter 110 and the receiver 130 or the diverter 180, it is determined that the remaining charge of the auxiliary power source 170 is a reference value.
  • the auxiliary power supply 170 may be charged by the energy conversion unit 140 (S123).
  • the present invention can be used in the wireless power transmission or wireless energy transmission technology.

Abstract

본 발명은, 송신부와 이격된 상태로 형성되고, 상기 송신부로부터 열 또는 빛 에너지를 전달받는 수신부; 상기 수신부에서 전달받은 상기 열 또는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여, 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 변환부; 및 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서 전기 에너지를 전달받으며, 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서부터 상기 타겟 장치로의 에너지 전송이 차단되면 상기 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하도록 작동하는 보조전원;을 포함하는, 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법을 제공한다. 본 발명은 인체에 해롭지 않고 넓은 범위의 전송 영역을 가지며, 안정적으로 에너지를 공급할 수 있다.

Description

비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛 또는 열 에너지를 이용하여 무선으로 전력 또는 에너지를 공급할 수 있는 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
무선전력전송(Wireless Energy Transfer Technology) 기술은 전기케이블 없이도 언제 어디서나 전력 공급이 가능한 첨단 기술로, 현재의 무선통신기술을 능가하는 잠재력을 지닌 미래 기술로 예측되고 있다.
종래의 무선전력전송 기술의 예로서, 전자기유도 원리를 이용한 전자유도(Electromagnetic Inductive)방식, 전자기 공진을 이용한 전자기공명(Electromagnetic Resonance)방식, 그리고 마이크로파(Micro wave)방식 등이 있다.
종래의 기술 중의 하나인, 전자유도(Electromagnetic Inductive)방식은 두 개의 전자기유도 원리를 이용하여 근접된 두 개의 코일을 이용하여, 한쪽의 코일에 전류를 인가할 때, 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에 기전력을 발생 시키는 원리이다. 이러한 방식은 자기유도 발열로 인한 금속 이물질에 대한 감지와 보호기능이 필요하며, 타 전자기기의 노이즈(Noise) 특성에 영향을 주어 간섭현상 등의 전기적 특성을 악화시키고, 배터리 충전 시 발열 및 화학반응에 의한 수명 문제 등이 지적 되어 왔고, 무엇보다도 인체 유해성에 대한 우려는 잠재적인 문제점을 노출시키며 안전성에 대한 논란을 일으키고 있다. 또한, 수 mm에서 수 cm로 극히 제한된 전력전송 범위는 전자유도 방식의 치명적 문제점으로 지적되어 왔다.
또 다른 기술 유형으로서, 전자기공명(Electromagnetic Resonance)방식은 비방사형 공진(Non-radiative resonance)을 이용하여 전자유도방식에 비해 4m 정도까지 작동범위를 확장하였음에도 불구하고, 짧은 적용거리는 실질적으로 적용에 있어, 여전히 제약사항으로 작용하고 있고, 전자장의 열과 전파로 손실되어 낮은 전송효율은 전력전송 기술 확산의 걸림돌로서 지적되어 왔다.
또한, 텔레비전을 비롯한 수십 와트 이상의 대용량 소비자 가전(Consumer Electronics: CE) 제품에는 낮은 전송 효율과 거리 제한으로 인해 적용하고 못하고 있다.
이러한 종래기술의 문제점은 인체에 해롭지 않으면서 넓은 범위의 무선전력전송 영역을 가지고, 전력전송 효율이 높고 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 새로운 형태의 무선전력전송 기술에 대한 필요성을 낳고 있다.
본 발명은 인체에 해롭지 않고 넓은 범위의 에너지 전송 영역을 가지며 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명은 보조전원을 구비하여 주변 상황과 상관없이 소비자 가전 기기 등의 타겟 장치에 전력 내지 에너지를 안정적으로 공급할 수 있는 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명은 송신부와 수신부 또는 발산부 사이에 방해물이 존재하여 무선 방식의 에너지 공급을 방해할 경우에는, 평상시 에너지를 저장하였던 보조전원을 이용하여 타겟 장치로 에너지를 공급하는 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 수신 장치는 송신부와 이격된 상태로 형성되고, 상기 송신부로부터 열 또는 빛 에너지를 전달받는 수신부, 상기 수신부에서 전달받은 상기 열 또는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 변환부 및 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서 전기 에너지를 전달받으며, 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서부터 상기 타겟 장치로의 에너지 전송이 차단되면 상기 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하도록 작동하는 보조전원을 포함할 수 있다.
상기와 같이 열 에너지 또는 빛 에너지를 이용하여 비접촉 또는 무선으로 전력 내지 에너지를 전송함으로써, 인체에 해롭지 않으면서 넓은 범위의 무선전력전송 영역을 가지며 전력전송 효율이 높고 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 비접촉 에너지 수신 장치를 구현할 수 있다.
상기 에너지 변환부에서 상기 타겟 장치로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 무선전력 전송모드 제어부; 상기 보조전원에서 상기 타겟 장치로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 보조전원 작동모드 제어부; 상기 보조전원의 충전량을 감지하는 보조전원 잔량 감지부; 및 상기 보조전원의 충전량이 기준값 보다 작으면 사용자에게 경보 신호를 보내는 보조전원 잔량 경고부;를 구비하는 제어부를 포함하며, 상기 보조전원 잔량 감지부 또는 상기 보조전원 잔량 경고부는 상기 보조전원과 연결되어, 상기 보조전원과 상기 에너지 변환부 또는 상기 타겟 장치 간의 에너지 전송을 제어할 수 있다.
상기 송신부는 레이저, 자연광 또는 인공광 중 적어도 어느 하나의 형태로 에너지를 전송할 수 있다.
상기 수신기는 태양전지, 집열판 또는 집광판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 에너지 변환부 또는 상기 보조전원은 상기 타겟 장치의 내부에 형성되거나 상기 타겟 장치와 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 수신 장치는, 송신부에서부터 전달받은 열 또는 빛 에너지를 확산 또는 발산시키는 발산부; 및 상기 발산부에 의해 확산 또는 발산된 열 또는 빛 에너지를 전달받아 전기 에너지로 변환하여, 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 변환부;를 포함할 수 있다.
상기 발산부 또는 상기 에너지 변환부에서 전기 에너지를 전달받으며, 상기 발산부 또는 상기 에너지 변환부에서부터 상기 타겟 장치로의 에너지 전송이 차단되면 상기 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 보조전원을 포함할 수 있다.
상기 에너지 변환부에서 상기 타겟 장치로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 무선전력 전송모드 제어부; 상기 보조전원에서 상기 타겟 장치로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 보조전원 작동모드 제어부; 상기 보조전원의 충전량을 감지하는 보조전원 잔량 감지부; 및 상기 보조전원의 충전량이 기준값 보다 작으면 사용자에게 경보 신호를 보내는 보조전원 잔량 경고부;를 구비하는 제어부를 포함하며, 상기 보조전원 잔량 감지부 또는 상기 보조전원 잔량 경고부는 상기 보조전원과 연결되어, 상기 보조전원과 상기 에너지 변환부 또는 상기 타겟 장치 간의 에너지 전송을 제어할 수 있다.
상기 송신부는 레이저, 자연광 또는 인공광 중 적어도 어느 하나의 형태로 에너지를 전송할 수 있다.
상기 에너지 변환부 또는 상기 보조전원은 상기 타겟 장치의 내부에 형성되거나 상기 타겟 장치와 일체로 형성될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면 본 발명은, 송신부와 이격된 상태로 형성되고, 상기 송신부로부터 열 또는 빛 에너지를 전달받는 수신부, 상기 수신부에서 전달받은 상기 열 또는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 변환부 및 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서 전기 에너지를 전달받으며 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서부터 상기 타겟 장치로의 에너지 전송이 차단되면 상기 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 보조전원을 포함하는 비접촉 에너지 수신 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 송신부에서 상기 수신부로 에너지를 전송하는 무선전력 송수신 단계; 상기 송신부와 상기 수신부 사이에 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 단계; 상기 송신부와 상기 수신부 사이에 장애물이 없으면 상기 에너지 변환부에서 상기 타겟 장치로 에너지를 공급하는 단계; 상기 송신부와 상기 수신부 사이에 장애물이 없으면 상기 에너지 변환부에서 상기 보조전원으로 에너지를 전송하는 보조전원 충전 단계; 및 상기 송신부와 상기 수신부 사이에 장애물이 존재하면 상기 보조전원에서 상기 타겟 장치로 에너지를 공급하는 단계;를 포함하는, 비접촉 에너지 수신 장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법은 빛 또는 열 에너지 형태로 에너지 또는 전력을 전송하기 때문에 인체에 대한 유해함을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법은 에너지 또는 전력을 무선으로 전송하는 범위를 넓힐 수 있다.
본 발명에 따른 비접촉 에너지 수신 장치 및 그 제어 방법은 송신부와 수신부 또는 발산부 사이에 장애물이 존재하여 무선으로 에너지를 타겟 장치에 전송할 수 없는 경우에도 충전된 보조전원을 이용하여 타겟 장치에 에너지를 안정적이고 지속적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 전송 장비의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 비접촉 에너지 전송 장비의 변형예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 따른 비접촉 에너지 전송 장비 중 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1 또는 도 2에 따른 비접촉 에너지 전송 장비가 적용된 일 례를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1 또는 도 2에 따른 비접촉 에너지 전송 장비의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 전송 장비의 구성을 나타내는 도면, 도 2는 도 1에 따른 비접촉 에너지 전송 장비의 변형예의 구성을 나타내는 도면, 도 3은 도 1 또는 도 2에 따른 비접촉 에너지 전송 장비 중 제어부의 구성을 나타내는 도면, 도 4 및 도 5는 도 1 또는 도 2에 따른 비접촉 에너지 전송 장비가 적용된 일 례를 나타내는 도면, 도 6은 도 1 또는 도 2에 따른 비접촉 에너지 전송 장비의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 전송 장비(100)는 무선 전력 전송 기술로서, 레이저, 빛 또는 열의 형태를 이용하여 무선으로 전력 또는 에너지를 전송할 수 있다. 이하에서, "무선전력" 또는 "무선전력전송"이라는 용어는 빛 에너지 또는 열 에너지의 형태를 이용하여 무선으로 전력을 전송한다는 의미를 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 전송 장비(100)는 전기 에너지를 열 에너지 또는 빛 에너지로 변환하여 전달하는 송신부(110) 및 송신부(110)에서 전달받은 열 에너지 또는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 타겟장치(200) 또는 보조 전원(170)에 공급하는 비접촉 에너지 수신 장치(102)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 전송 장비(100)에 포함된 비접촉 에너지 수신 장치(102)는, 송신부(110)와 이격 형성되며 송신부(110)로부터 무선 타입으로 상기 열 또는 빛 에너지를 전달받아 확산시키는 발산부(180), 발산부(180)에서 확산된 열 또는 빛 에너지를 전달받는 수신부(130), 수신부(130)에서 받은 상기 열 또는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 타겟 장치(200)에 전기 에너지를 공급하는 에너지 변환부(140), 송신부(110)와 발산부(180) 또는 수신부(130) 사이에 장애물이 존재하는지 여부를 감지하거나 송신부(110)와 발산부(180) 또는 수신부(130) 사이에서 에너지의 송수신이 유지되는지 여부를 감지하는 센싱부(150), 센싱부(150)의 센싱값에 따라 에너지 변환부(140)와 타겟 장치(200) 간의 전기 에너지 전송 상태를 온/오프하는 제어부(160) 및 에너지 변환부(140)에서 전기 에너지를 전달받으며 에너지 변환부(140)와 타겟 장치(200) 간의 에너지 전송이 차단되면 제어부(160)에 의해 타겟 장치(200)에 전기 에너지를 공급하도록 작동하는 보조전원(170)을 포함할 수 있다.
상기와 같이 열 에너지 또는 빛 에너지를 이용하여 비접촉 또는 무선으로 전력 내지 에너지를 전송함으로써, 인체에 해롭지 않으면서 넓은 범위의 무선전력전송 영역을 가지며 전력전송 효율이 높고 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 비접촉 에너지 수신 장치(102)를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 비접촉 에너지 수신 장치(102))의 발산부(180), 수신부(130) 또는 에너지 변환부(140)는 일체로 형성되거나 에너지 출력부(120)에 포함될 수 있다. 또한, 송신부(110), 발산부(180), 수신부(130) 및 에너지 변환부(140)가 무선전력 송수신부(미도시)를 형성할 수도 있다. 여기서, 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180)는 이격되거나 떨어진 상태로 형성되기 때문에 송신부(110)는 수신부(130) 또는 발산부(180)와 접촉하지 않은 상태, 즉 비접촉 상태로 에너지 또는 전력을 전달하게 된다.
송신부(110)는 전기 에너지를 받아 이를 레이저, 열 에너지 또는 빛 에너지로 변환하여, 발산부(180) 또는 수신부(130)에 레이저, 열 또는 빛 에너지를 전달할 수 있다.
송신부(110)가 레이저 형태로 에너지를 전달하는 경우, 송신부(110)는 레이저 다이오드(laser diode)가 사용될 수 있다. 송신부(110)는 레이저다이오드를 이용하여 전기 에너지를 1200nm 이상의 파장(Wavelength)를 갖는 열에너지를 변환하고, 이를 수신부(130)에 쏘아 줌(Beaming)으로써 무선전력전송을 실현할 수 있다.
여기서, 송신부(110)가 레이저 형태로 에너지를 전달하는 경우에 에너지 출력부(120)는 발산부(180)를 더 포함할 수도 있다. 발산부(180)는 송신부(110)에서 송신된 레이저를 전달받아 확산(spread, diffusion) 또는 발산(divergence)시키는 구성요소이다. 레이저가 입사되는 면적이 작고 한 곳에 집중된 형태이기 때문에, 수신부(130)로 들어가는 레이저의 면적 즉, 수신부(130)와 레이저가 만나는 부분의 면적을 최대한 크게 하기 위해서 발산부(180)를 사용할 수 있다. 예를 들면, 발산부(180)로는 오목렌즈 등이 사용될 수 있다.
그리고 확산 또는 발산되는 레이저와 수신부(130)의 접촉 면적을 더욱 크게 하기 위해, 발산부(180)는 하우징을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 확산 또는 발산되는 레이저의 형태는 원형이며, 수신부(130)는 사각형의 태양전지인 경우, 수신부(130) 전체가 레이저와 접촉될 수 없다. 물론 확산 또는 발산되는 레이저의 형태가 수신부(130)보다 큰 원형인 경우에는 수신부(130) 전체가 레이저와 접촉될 수 있으나, 일부 에너지가 손실될 수 있다.
이 경우 수신부(130)와 접촉되는 부분이 사각형인 깔데기 모양의 하우징을 이용함으로써, 확산 또는 발산되는 레이저가 수신부(130) 전체에 접촉될 수 있다. 하우징 내부는 빛 또는 열에너지를 반사시키는 소재로 구현될 수 있다.
수신부(130) 모양에 따라 발산부(180)는 다양한 형태의 하우징을 이용하거나 포함할 수 있다. 예를 들면, 수신부(130)가 원형 또는 타원형 모양의 태양전지인 경우에는 레이저와 수신부(130)의 면적을 최대한 넓히기 위해서 발산부(180)는 원추(원뿔) 모양을 하우징을 포함하여 레이저와 수신부(130)의 접촉면적을 최대한 넓힐 수 있다.
이와 같이, 발산부(180)에 의해서 레이저가 발산 또는 확산된 상태로 수신부(130)에 입사되기 때문에 레이저와 수신부(130)의 접촉 면적이 커지고, 이로 인해 전기 에너지의 생성 효율을 높일 수 있다.
발산부(180)는 레이저의 수신율을 높일 수 있도록 레이저 수신 방향을 조절할 수도 있다. 즉, 발산부(180)가 고정된 상태로 장착될 뿐만 아니라, 발산부(180)가 송신부(110)를 바라보는 각도를 조절하거나 변경할 수 있도록 발산부(180)가 제공될 수도 있다. 예를 들면, 발산부(180)는 회전구동모터(미도시) 또는 유니버셜 조인트(미도시) 등에 의해서 타겟 장치(200)에 장착될 수 있다.
회전구동모터에 의해 발산부(180)가 장착되는 경우에는 레이저의 방향을 감지할 수 있는 센싱수단(미도시)이 구비되는 것이 바람직하며, 센싱수단과 회전구동모터에 의해서 발산부(180)는 자동으로 방향 또는 각도를 조절할 수 있다. 만약, 유니버셜 조인트 등에 의해 발산부(180)가 장착되는 경우에는 사용자에 의해서 수동으로 발산부(180)의 방향 또는 각도를 조절할 수도 있다.
한편, 발산부(180)는 수신부(130)의 전단에 설치될 뿐만 아니라, 도 2에 도시된 바와 같이 수신부(130)의 후단 즉, 수신부(130)와 에너지 변환부(140) 사이에 발산부(180)가 형성될 수도 있다. 이 경우에는 수신부(130)에서 전달받은 레이저 또는 에너지를 발산 내지 확산하여 에너지 변환부(140)에 입사되는 레이저의 면적을 키울 수 있다.
발산부(180)는 레이저 뿐만 아니라 빛 형태의 에너지나 열 형태의 에너지를 발산시키거나 확산시키기 위해 구비될 수도 있다. 여기서, 상기한 발산부(180)는 생략될 수도 있다.
레이저 형태로 무선 전력을 전송하는 경우에는, 인체 유해성 측면에서 볼 때, 파장이 1200nm가 넘으면 빛(Light)이 아닌 열(Heat)로 감지되기 때문에 인체의 유해성 논란에서 벗어날 수 있으며, 레이저의 뛰어난 지향성과 원거리의 전반이 가능한 평행빔으로서의 특성은 100m 이상까지 원거리 전송이 가능한 무선전력전송기술을 구현할 수 있다.
송신부(110)는 레이저, 자연광 또는 인공광 중 적어도 어느 하나의 형태로 에너지를 전송할 수 있다. 송신부(110)는 레이저를 전송하는 것에 한정되는 것은 아니며, 자연광 또는 인공광의 형태로 에너지를 전송할 수도 있다. 이에 대응하여 수신부(130)는 태양전지, 집열판 또는 집광판 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 형성될 수 있다.
무선으로 에너지를 공급 받는 타겟 장치(200)가 소비자 가전 제품 예를 들면, 텔레비전 또는 냉장고 등인 경우에는 송신부(110)에서 인공광이 공급되도록 형성할 수도 있다. 또한, 별도의 송신부(110)를 형성하지 않고 소비자 가전 제품이 설치된 실내에 설치되어 있는 형광등을 이용할 수도 있다. 이런 경우, 설치 위치가 고정되어 있는 형광등과 같은 광원으로부터 빛 에너지를 가장 많이 받을 수 있도록 수신부(130)가 광원을 추적할 수 있도록 형성할 수도 있다.
수신부(130), 발산부(180) 또는 보조전원(170)은 타겟 장치(200)의 내부에 형성되거나 타겟 장치(200)와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 타겟 장치(200)가 디지털 텔레비전이라면 수신부(130), 발산부(180) 또는 보조전원(170)은 텔레비전의 베젤(테두리) 부분 내측에 형성될 수 있다. 또한, 타겟 장치(200)가 냉장고인 경우에는 냉장고의 후면 또는 상면 내측에 구비될 수도 있고, 세탁기인 경우에는 세제통이 있는 부분 근처에 형성할 수도 있다. 이와 같이, 수신부(130), 발산부(180) 또는 보조전원(170)을 타겟 장치(200)와 일체로 형성하거나 타겟 장치(200)에 내장시킴으로써 수신부(130), 발산부(180) 또는 보조전원(170)을 별도로 설치해야 하는 불편함을 해소할 수 있다. 경우에 따라서는 센싱부(150) 또는 제어부(160)도 타겟 장치(200)에 내장시키는 것이 바람직하다.
한편, 송신부(110)가 레이저 다이오드인 경우 수신부(130)는 태양전지로 형성하는 것이 바람직하다. 종래 무선전력전송기술의 저효율 문제를 저마늄(Germanium)을 이용한 멀티 정션 태양전지(Multiple Junction Solar Cell) 구조를 사용함으로써, Concentrated illumination 하에서 약 40%에 달하는 고효율을 얻음으로써 해결할 수 있다.
Multi-Layer Anti-reflective Coating을 다층구조 셀의 경우, 300~1800nm의 파장구간을 흡수할 수 있으므로, 1200nm 이상의 파장을 전송하는 경우에는 높은 효율의 무선전력전송이 가능하다. 송신부(110)는 1200 nm 이상의 파장을 가지는 에너지를 수신부(130)에 전송할 수 있다.
또한, 사용될 레이저의 파장 형태에 따라 특정 장파장 영역에서 고효율을 보이는 Direct Bandgap 구조를 가진 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질인 안티몬화 갈륨(Gallium antimonide, GaSb)와 인화 인듐(Indium phosphide, InP)을 1400nm 대역과 1200nm 대역에 각각 사용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 수신 장치(102)의 제어부(160)는 에너지 변환부(140) 또는 에너지 출력부(120)에서 타겟 장치(200)로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 무선전력 전송모드 제어부(162), 보조전원(170)에서 타겟 장치(200)로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 보조전원 작동모드 제어부(164), 보조전원(170)의 충전량을 감지하는 보조전원 잔량 감지부(168) 및 보조전원(170)의 충전량이 기준값 보다 작으면 사용자에게 경보 신호를 보내는 보조전원 잔량 경고부(169)를 포함할 수 있다.
여기서, 보조전원 잔량 감지부(168) 또는 보조전원 잔량 경고부(169)는 보조전원(170)과 연결되어, 보조전원(170)과 에너지 변환부(140) 또는 타겟 장치(200) 간의 에너지 전송을 제어할 수 있다.
에너지 변환부(140)는 타겟 장치(200)와 보조전원(170)에 전기 에너지를 전송할 수 있다. 즉, 송신부(110)에서부터 빛 또는 열 에너지 또는 레이저 빔의 형태로 수신부(130)에 전달된 에너지는 에너지 변환부(140)에서 전기 에너지로 변환되어 무선으로 전력 또는 에너지를 공급하고자 하는 타겟 장치(200)에 에너지 또는 전력을 공급하거나 비상시 사용을 위한 보조전원(170)을 충전시킬 수 있다.
본 발명에 따른 비접촉 에너지 수신 장치(102)는 기존의 무선전력전송 기술에 비해 송신부(110)와 수신부(130) 사이의 거리가 멀기 때문에 송수신부(110,130) 사이에 장애물이 존재할 수 있다. 이처럼 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물이 있게 되면 수신부(130) 또는 발산부(180)가 에너지를 수신할 수 없고, 결과적으로 타겟 장치(200)에 전력 또는 에너지를 공급할 수 없게 된다. 이러한 경우에 대비하기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 에너지 수신 장치(102)는 보조전원(170)을 구비한다.
도 4 및 도 5는 도 1에 따른 비접촉 에너지 전송 장비가 적용된 일 례를 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5에서 타겟 장치(200)는 디지털 텔레비전이다. 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물이 존재하거나 송신부(110)와 타겟 장치(200) 사이에 장애물이 존재하는지 여부에 따라서, 도 4 및 도 5와 같이 상황에 따라 무선전력공급 방법을 달리하여 타겟 장치(200)에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물이 없을 경우에는 전기에너지의 송신부(110)에서 인체에 안전한 레이저 다이오드를 이용하여, 전기를 열로 변환하고 이를 눈에 보이지 않는 레이저 빔의 형태로 무선전송하고, 태양전지(Solar Cell)을 구비한 수신부(130)에서 전송된 빔의 열을 에너지 변환부(140)에서 전기에너지로 변환하여 전원을 공급한다. 이 때, 에너지 변환부(140)는 보조전원(170)과 연결될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물(300)이 존재하거나 또는 송신부(110)와 타겟 장치(200) 사이에 사람이나 물건 등의 장애물(300)이 존재하는 경우에는, 장애물(300)에 의해서 레이저, 빛 또는 열 등이 송신부(110)에서 수신부(130) 또는 발산부(180)로 전송되지 못하고 차단될 수 있다. 이와 같이, 수신부(130) 또는 발산부(180)가 아무런 에너지를 받지 못하는 상황에서도 타겟 장치(200)가 에너지 변환부(140)에서 에너지를 공급 받고 있다면, 타겟 장치(200)에 고장이 발생할 수도 있다. 장애물(300)에 의해서 수신부(130) 또는 발산부(180)가 에너지를 받지 못하는 상황에 대비하여 본 발명에 따른 수신 장치(102)는 보조전원(170)을 구비하고 있다.
보조전원(170)은 충전 및 방전이 가능한 이차전지가 이용되는 것이 바람직하다. 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물(300)이 없는 정상상태의 경우에 보조전원(170)은 에너지 변환부(140)에 의해서 충전된다. 즉, 정상상태 하에서 에너지 변환부(140)는 타겟 장치(200)에 전원 또는 에너지를 공급할 뿐만 아니라 보조전원(170)도 충전하게 된다. 정상상태에서 보조전원(170)은 타겟 장치(200)에 전원 또는 에너지를 공급하지 않는다.
만약, 보조전원(170)이 과충전되는 경우에는 보조전원 잔량 감지부(168)가 보조전원(170)의 과충전 여부를 감지하고, 보조전원 잔량 경고부(169)에 의해서 보조전원(170)의 과충전 상태를 사용자에게 알리거나 에너지 변환부(140)와 보조전원(170)의 연결 상태를 차단할 수도 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 장애물(300)에 의해 송신부(110)에서 수신부(130) 또는 발산부(180)로 빛, 열 또는 레이저 빔(Laser Beam)이 전송되지 못할 경우에는, 무선전력송수신부(101)는 곧바로 꺼지고 보조전원(170)에 의해서 타겟 장치(200)에 전원 또는 에너지를 공급하는 알고리즘이 작동된다.
이러한 알고리즘 구현을 위해 장애물 감지 및 에너지 출력부(120)의 오프(Off)를 위한 빔가드(Beam Guard)로 VGA 카메라 또는 적외선 센서(IR sensor)를 구비하여 컨트롤할 수 있다. 센싱부(150)는 카메라, 적외선 센서 등에 국한되는 것은 아니며, 장애물을 감지할 수 있는 어떠한 형태라도 가능하다.
또한, Back Channel Communication 알고리즘으로 IrDA(Infrared Data Association, 적외선포트)와 같은 방법을 활용할 수 있다. 보조전원(170)의 경우는 무선전력공급 모드에서 계속적인 전원공급을 통해 소모된 전기에너지를 회복하는 알고리즘으로 운영 된다. 즉, 보조전원(170)의 충전량이 기준값 보다 작으면 보조전원 잔량 감지부(168)가 작동하여 에너지 변환부(140)에 의해서 보조전원(170)이 충전되는 모드가 작동할 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하여 장애물의 유무에 따라 에너지 변환부(140) 또는 보조전원(170)과 타겟 장치(200)의 연결 상태를 제어하는 방법에 대해서 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명은 비접촉 에너지 수신 장치(102)의 제어 방법에 있어서, 송신부(110)에서 수신부(130) 또는 발산부(180)로 에너지를 전송하는 무선전력 송수신 단계(S113), 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물(300)이 존재하는지 여부를 감지하는 단계(S114), 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물이 없으면 에너지 변환부(140)에서 타겟 장치(200)로 에너지를 공급하는 단계(S115), 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물(300)이 없으면 에너지 변환부(140)에서 보조전원(170)으로 에너지를 전송하는 보조전원 충전 단계(S123) 및 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물(300)이 존재하면 보조전원(170)에서 타겟 장치(200)로 에너지를 공급하는 단계(S115)를 포함하는 비접촉 에너지 수신 장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.
제어 방법이 시작되면, 비접촉 에너지 전송 장비(100) 또는 비접촉 에너지 수신 장치(102)가 켜지게 된다. 장비(100) 또는 장치(102)의 작동 초기에, 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물(300)이 존재하는지 여부를 센싱부(150)가 감지하는 단계(S111)를 수행한다. 장애물(300)이 존재하지 않는 것으로 감지되면, 송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 간에 무선으로 레이저, 빛 또는 열 형태로 에너지를 주고 받는 무선전력전송모드가 작동하고(S112), 이어서 무선전력을 송수신하는 단계(S113)가 수행될 수 있다. 무선전력전송모드의 작동은 무선전력 전송모드 제어부(162)에 의해서 작동여부가 제어될 수 있다. 무선전력 전송모드 제어부(162)는 장애물(300)의 존재 여부와 연동하여 작동될 수 있다.
만약 장애물(300)이 존재하는 것으로 판단되면, 보조전원 작동모드가 수행될 수 있다(S131). 보조전원 작동모드가 수행되면 보조전원(170)이 타겟 장치(200)에 전원 또는 에너지를 공급하게 된다. 보조전원 작동모드는 보조전원 작동모드 제어부(164)에 의해서 작동여부가 제어될 수 있으며, 보조전원 작동모드 제어부(164)는 무선전력 전송모드 제어부(162)와 연동될 수 있다.
상기 무선전력 송수신 단계(S113)가 일정 시간 동안 수행된 후에 다시 장애물 존재 여부를 감지할 수 있다(S114). 장애물 존재 여부 감지 단계(S114)에서 장애물이 존재하지 않은 것으로 감지되면, 에너지 변환부(140)는 타겟 장치(200)와 보조전원(170)으로 동시에 에너지를 전송할 수 있다. 즉, 센싱부(150)에 의해서 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 에너지 변환부(140)가 타겟 장치(200)에 전원 또는 에너지를 공급하고(S115), 보조전원(170)도 에너지 변환부(140)에 의해서 충전된다(S123).
이 때, 보조전원(170)을 충전하는 단계(S123)의 수행 전에 보조전원(170)의 충전 잔량이 기준값을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S121). 즉, 보조전원 잔량 감지부(168)에 의해서 충전 잔량이 기준값을 초과하는 것을 판단되면, 보조전원(170)이 타겟 장치(200)에 전원 또는 에너지를 공급할 수도 있다. 충전 잔량이 기준값을 초과하지 않는 경우에는 충전이 가능하므로 보조전원(170)을 충전하는 단계(S123)가 수행될 수 있다. 이 때, 보조전원의 충전단계(S123)가 완료되면, 다시 무선전력 송수신 단계(S113)가 수행될 수 있다.
한편, 상기 보조전원 작동모드 단계(S131)가 수행되면 보조전원(170)이 충전량이 감소하기 때문에 보조전원 잔량 감지부(168)에 의해서 충전 잔량이 충분한지 여부를 판단하게 된다(S132). 보조전원(170)의 잔량이 충분하면 장애물의 존재 여부를 감지하는 단계(S114)가 수행되고, 충전 잔량이 충분하지 않으면 보조전원 잔량 경고부(169)에 의해서 보조전원의 잔량을 경고하는 단계(S141)가 수행될 수 있다.
보조전원 잔량 경고(S141) 후에는, 보조전원(170)의 교환 여부 또는 장애물 존재 여부를 판단하고(S142), 그 결과에 따라 타겟 장치(200)에 전원을 공급하는 단계(S115)로 가거나 비휘발성 메모리에 저장하는 단계(S151)가 수행될 수 있다.
상기한 제어 방법을 간략히 다시 설명해 보면, 장애물 존재 여부 감지 단계(S114)에서 장애물이 존재하는 것으로 감지되면, 에너지 변환부(140)에서 타겟 장치(200)로의 에너지 전송은 중단되고 보조전원(170)에서 타겟 장치(200)로의 에너지 전송이 시작될 수 있다.
보조전원(170)에서 타겟 장치(200)로 에너지를 전송하는 중에 보조전원(170)의 충전 잔량을 감지하고(S132), 보조전원(170)의 충전 잔량이 부족하면 보조전원(170)의 충전 잔량을 경고할 수 있다(S141).
보조전원(170)의 충전 잔량을 경고한 후에는 보조전원(170)의 교환 여부 또는 장애물의 존재 여부를 판단(S132)할 수 있다.
송신부(110)와 수신부(130) 또는 발산부(180) 사이에 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 단계(S114)에서 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 보조전원(170)의 충전 잔량이 기준값을 초과하는지 판단하고(S121), 에너지 변환부(140)에 의해 보조전원(170)을 충전(S123)할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 무선전력전송 또는 무선에너지전송 기술분야에 이용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 송신부와 이격된 상태로 형성되고, 상기 송신부로부터 열 또는 빛 에너지를 전달받는 수신부;
    상기 수신부에서 전달받은 상기 열 또는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여, 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 변환부; 및
    상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서 전기 에너지를 전달받으며, 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서부터 상기 타겟 장치로의 에너지 전송이 차단되면 상기 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 보조전원;
    을 포함하는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 변환부에서 상기 타겟 장치로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 무선전력 전송모드 제어부;
    상기 보조전원에서 상기 타겟 장치로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 보조전원 작동모드 제어부;
    상기 보조전원의 충전량을 감지하는 보조전원 잔량 감지부; 및
    상기 보조전원의 충전량이 기준값 보다 작으면 사용자에게 경보 신호를 보내는 보조전원 잔량 경고부;를 구비하는 제어부를 포함하며,
    상기 보조전원 잔량 감지부 또는 상기 보조전원 잔량 경고부는 상기 보조전원과 연결되어, 상기 보조전원과 상기 에너지 변환부 또는 상기 타겟 장치 간의 에너지 전송을 제어하는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는 레이저, 자연광 또는 인공광 중 적어도 어느 하나의 형태로 에너지를 전송하는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 태양전지, 집열판 또는 집광판 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 변환부 또는 상기 보조전원은 상기 타겟 장치의 내부에 형성되거나 상기 타겟 장치와 일체로 형성되는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  6. 송신부에서부터 전달받은 열 또는 빛 에너지를 확산 또는 발산시키는 발산부; 및
    상기 발산부에 의해 확산 또는 발산된 열 또는 빛 에너지를 전달받아 전기 에너지로 변환하여, 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 변환부;
    를 포함하는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발산부 또는 상기 에너지 변환부에서 전기 에너지를 전달받으며, 상기 발산부 또는 상기 에너지 변환부에서부터 상기 타겟 장치로의 에너지 전송이 차단되면 상기 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 보조전원을 포함하는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 변환부에서 상기 타겟 장치로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 무선전력 전송모드 제어부;
    상기 보조전원에서 상기 타겟 장치로 전기 에너지가 전송되게 제어하는 보조전원 작동모드 제어부;
    상기 보조전원의 충전량을 감지하는 보조전원 잔량 감지부; 및
    상기 보조전원의 충전량이 기준값 보다 작으면 사용자에게 경보 신호를 보내는 보조전원 잔량 경고부;를 구비하는 제어부를 포함하며,
    상기 보조전원 잔량 감지부 또는 상기 보조전원 잔량 경고부는 상기 보조전원과 연결되어, 상기 보조전원과 상기 에너지 변환부 또는 상기 타겟 장치 간의 에너지 전송을 제어하는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 송신부는 레이저, 자연광 또는 인공광 중 적어도 어느 하나의 형태로 에너지를 전송하는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 변환부 또는 상기 보조전원은 상기 타겟 장치의 내부에 형성되거나 상기 타겟 장치와 일체로 형성되는, 비접촉 에너지 수신 장치.
  11. 송신부와 이격된 상태로 형성되고, 상기 송신부로부터 열 또는 빛 에너지를 전달받는 수신부, 상기 수신부에서 전달받은 상기 열 또는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 변환부 및 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서 전기 에너지를 전달받으며 상기 수신부 또는 상기 에너지 변환부에서부터 상기 타겟 장치로의 에너지 전송이 차단되면 상기 타겟 장치에 전기 에너지를 공급하는 보조전원을 포함하는 비접촉 에너지 수신 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 송신부에서 상기 수신부로 에너지를 전송하는 무선전력 송수신 단계;
    상기 송신부와 상기 수신부 사이에 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 단계;
    상기 송신부와 상기 수신부 사이에 장애물이 없으면 상기 에너지 변환부에서 상기 타겟 장치로 에너지를 공급하는 단계;
    상기 송신부와 상기 수신부 사이에 장애물이 없으면 상기 에너지 변환부에서 상기 보조전원으로 에너지를 전송하는 보조전원 충전 단계; 및
    상기 송신부와 상기 수신부 사이에 장애물이 존재하면 상기 보조전원에서 상기 타겟 장치로 에너지를 공급하는 단계;
    를 포함하는, 비접촉 에너지 수신 장치의 제어 방법.
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