WO2016114629A1 - 무선 전력 전송 장치 - Google Patents

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WO2016114629A1
WO2016114629A1 PCT/KR2016/000466 KR2016000466W WO2016114629A1 WO 2016114629 A1 WO2016114629 A1 WO 2016114629A1 KR 2016000466 W KR2016000466 W KR 2016000466W WO 2016114629 A1 WO2016114629 A1 WO 2016114629A1
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power
power transmission
primary coil
inductor
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정춘길
김학도
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Hanrim Postech Co Ltd
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Hanrim Postech Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
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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
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    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
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    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
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    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Definitions

  • the present invention relates to wireless charging, and more particularly, to a contactless power transmission device.
  • Wireless power transfer technology is a technology for wirelessly transferring power between a power source and an electronic device.
  • wireless power transfer technology allows a wireless terminal such as a smartphone or a tablet to be charged on a wireless charging pad by simply placing it on a wireless charging pad, and thus compared to a wired charging environment using a conventional wired charging connector. It can provide excellent mobility, convenience and safety.
  • wireless power transfer technology can be applied to various wearable devices such as electric vehicles, Bluetooth earphones, 3D glasses, home appliances, furniture, underground facilities, buildings, medical devices, robots, and leisure. It is drawing attention to replace the existing wired power transmission environment.
  • the wireless power transmission method is also referred to as a contactless power transmission method, a no point of contact power transmission method, or a wireless charging method.
  • the wireless power transmission system includes a wireless power transmission device for supplying electrical energy through a wireless power transmission method, and a wireless power reception device for receiving electric energy supplied wirelessly from the wireless power transmission device and supplying power to a power receiving device such as a battery cell. It consists of a device.
  • the magnetic induction method is a method of transmitting energy by using a current induced in a receiving coil due to a magnetic field generated by the transmitting coil battery cell according to the electromagnetic coupling between the transmitting coil and the receiving coil.
  • Magnetic induction wireless power transmission technology has the advantage of high transmission efficiency, but the power transmission distance is not only limited to a few mm, but also has a very low positional freedom because it is very sensitive to matching between coils.
  • the magnetic resonance method is similar to the magnetic induction method in that it uses a magnetic field.
  • resonance occurs when a specific resonant frequency is applied to the coil on the transmitting side and the coil on the receiving side, and as a result, energy is transferred due to the concentration of magnetic fields at both ends of the transmitting side and the receiving side.
  • This magnetic resonance method is capable of transmitting energy from a distance of several tens of centimeters to several meters in comparison with the magnetic induction method, as well as transmitting power to a plurality of devices at the same time, thereby achieving true cord-free. It is expected to be the wireless power transfer technology to be implemented.
  • An object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus for efficiently reducing the carrier power for the power transmitted to the wireless power receiver in a non-contact charging system.
  • a wireless power transmission apparatus configured to be connected to a power unit for supplying power to the wireless power transmitter, at least one primary coil for transmitting power to a wireless power receiver, and different ends of the power unit and the primary coil, respectively. It may be implemented including a first and a second capacitor.
  • the first and second capacitors are configured to reduce the reflected power applied from the wireless power receiver to the power supply unit as power is transmitted from the primary coil to the wireless power receiver.
  • the wireless power transmission device may further comprise a detection circuit for measuring the current or voltage flowing in the primary coil.
  • the detection circuit receives power data from the wireless power receiver, and generates a control signal for controlling the power supply unit based on the power data and a current or voltage flowing through the primary coil. Can be implemented.
  • the wireless power transmission apparatus may further include third and fourth capacitors disposed at both ends of the detection circuit or the primary coil to apply a signal required to the detection circuit. Can be.
  • the wireless power transmission device may further include a first and second ground connected to both ends of the inductor.
  • the wireless power transmission device may further include a fifth capacitor connected between the inductor and the first ground and a sixth capacitor connected between the inductor and the second ground.
  • the fifth and sixth capacitors may be implemented to reduce noise caused by voltages applied to other capacitors.
  • a wireless power transmission method by a wireless power transmission apparatus includes generating power required for transmitting wireless power by a power source, transmitting wireless power to a wireless power receiver, and attenuating reflected power reflected from the wireless power receiver. Can be implemented.
  • the step of transmitting the wireless power may be implemented to transmit power by at least one primary coil.
  • the step of reducing the reflected power may be implemented to reduce the reflected power applied to the power by the first and second capacitors configured at both ends of the primary coil.
  • the wireless power transmission method may further comprise the step of measuring the current or voltage flowing in the primary coil by a detection circuit.
  • the measuring of the current or voltage may include receiving power data from the wireless power receiver and controlling the power based on the power data and a current or voltage flowing in the primary coil. It can be implemented to generate a control signal.
  • the measuring of the current or the voltage may be performed such that a signal required for the detection circuit is applied by third and fourth capacitors configured at different ends of the detection circuit and the primary coil. Can be implemented.
  • a first and a second ground are respectively connected to both ends of the inductor, a fifth capacitor is connected between the inductor and the first ground, and between the inductor and the second ground.
  • the sixth condenser may be connected and implemented to reduce noise caused by voltages applied to the first and second condensers.
  • the carrier power with respect to the power transmitted to the wireless power receiver in the contactless charging system can be efficiently reduced.
  • FIG. 1 illustrates components of a wireless power transmission system according to an example of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to an example of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus according to another example of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus according to another example of the present invention.
  • FIG 5 shows a wireless power transmission method of the wireless power transmission apparatus according to an example of the present invention.
  • wireless power is used to mean any form of energy associated with an electric field, magnetic field, electromagnetic field, or the like transmitted from the wireless power transmitter to the wireless power receiver without the use of physical electromagnetic conductors.
  • Wireless power may be referred to as a power signal or wireless energy and may refer to an oscillating magnetic flux enclosed by the primary coil and the secondary coil.
  • power conversion in a system is described herein to wirelessly charge devices including mobile phones, cordless phones, iPods, MP3 players, headsets, and the like.
  • the basic principles of wireless power transfer herein include, for example, both magnetic induction coupling or magnetic resonance coupling using frequencies below 30 MHz. However, various frequencies may be used, including frequencies at which license-exempt operation is allowed at relatively high emission levels, eg, less than 135 kHz (LF) or 13.56 MHz (HF).
  • FIG. 1 illustrates components of a wireless power transmission system according to an example of the present invention.
  • the wireless power transmission system 100 includes a wireless power transmitter 110 and one wireless power receiver 150-1 or n wireless power receivers 150-1,..., 150. -n).
  • the wireless power transmitter 110 includes a primary core.
  • the primary core may include one or more primary coils 115.
  • the primary core may further include at least one capacitor coupled to the primary coil 115.
  • the wireless power transmitter 110 may have any suitable form, but one preferred form is a flat platform with a power transfer surface, each wireless power receiver 150-1, on or near that platform. 150-n) may be located.
  • the wireless power receivers 150-1,..., 150-n are detachable from the wireless power transmitter 110, and each of the wireless power receivers 150-1,. And a secondary core coupled to the electromagnetic field generated by the primary core of the wireless power transmitter 110 when in proximity to the wireless power transmitter 110.
  • the secondary core may include one or more secondary coils 155.
  • the secondary core may further include at least one capacitor coupled to the secondary coil 155.
  • the wireless power transmitter 110 transmits power to the wireless power receivers 150-1,..., 150-n without direct electrical contact.
  • the primary core and the secondary core are said to be magnetic inductive coupling or magnetic resonance coupling with each other.
  • Primary coil 115 or secondary coil 125 may have any suitable shape, but may be a copper wire wound around a high permeability formation, such as, for example, ferrite or amorphous metal.
  • the wireless power receivers 150-1,..., 150-n are usually connected to an external load (not shown. Also referred to herein as the actual load of the wireless power receiver. Power to the external load.
  • the wireless power receivers 150-1,..., 150-n may each be transported to an object that consumes or stores power, such as a portable electrical or electronic device or a rechargeable battery cell or battery.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to an example of the present invention.
  • the wireless power transmitter 200 includes a primary core 210, a driving circuit 220, a control circuit 230, and a measurement circuit 240.
  • the primary core 210 includes at least one primary coil.
  • the primary core 210 may include at least one primary resonant coil and at least one primary inductive coil, where the resonant coil and the induction coil are one single module.
  • What is included in the core or one wireless power transmitter may be referred to as a hybrid type.
  • the primary resonant coil is a coil used to transmit wireless power to the wireless power receiver by magnetic resonance coupling
  • the primary induction coil transmits wireless power to the wireless power receiver by magnetic induction coupling. Coils are used.
  • the primary core 210 may further include a capacitor coupled to the primary resonance coil to form a magnetic resonance with the primary resonance coil.
  • the primary core 210 may use a magnetic induction method to supply or transfer the corresponding power in transmitting wireless power in a magnetic resonance method, and thus the primary induction coil may be referred to as a drive coil.
  • the primary core 210 includes a plurality of primary coils, at least one capacitor coupled with the plurality of primary coils, and at least one switch (not shown) to perform switching of the plurality of primary coils. can do.
  • the primary core 210 generates an electromagnetic field according to a driving signal applied from the driving circuit 220 and transmits wireless power to the wireless power receiver through the electromagnetic field.
  • the driving circuit 220 is connected to the primary core 210 and applies driving signals to the primary core 210.
  • the control circuit 230 is connected to the driving circuit 220, and generates a control signal 231 for controlling an AC signal required when the primary core 210 generates an induced magnetic field or generates magnetic resonance.
  • the control circuit 230 is a type of processor and may include an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, and / or a data processing device.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • control circuit 230 may be connected to the primary core 210 to provide a control signal for controlling the switch of the primary core 210.
  • the control circuit 230 may perform an operation for driving the hybrid type coil.
  • the measurement circuit 240 measures the current or voltage flowing in the primary coil.
  • the current measured by the measurement circuit 240 may be an alternating current.
  • the measurement circuit 240 may be a current sensor or a voltage sensor.
  • the measurement circuit 240 may be a transformer that lowers a high current flowing in the primary coil to a low current or lowers a high voltage applied to the primary coil to a low voltage.
  • the wireless power transmitter 200 may further include at least one of a communication module and a storage device for transmitting and receiving data with the wireless power receiver wirelessly.
  • the communication module may include an RF antenna for transmitting or receiving a signal and circuitry for processing a wireless signal.
  • the storage device may include a disk drive, read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, a memory card, and a storage medium.
  • FIG. 3 is a block diagram of a wireless power transmitter 300 according to another example of the present invention.
  • the wireless power transmitter 300 may form part of the wireless power transmitter 200 shown in FIG. 2.
  • the wireless power transmitter 300 may include a power supply unit 310, an inductor 321, first to fourth capacitors 322, 323, 324, and 325, and a detection circuit 330. .
  • the power supply unit 310 supplies power required to drive the wireless power transmitter 300.
  • the supplied power may be alternating current (AC) or alternating voltage.
  • the inductor 321 may correspond to a primary coil constituting the primary core 210 illustrated in FIG. 2, or may form part of the primary core 210.
  • the first to fourth capacitors 322, 323, 324, and 325 may be defined as first to fourth capacitors.
  • the first capacitor 322 and the second capacitor 323 are configured in opposite directions between the inductor 321 and the power supply unit 310.
  • the first and second capacitors 322 and 323 may be configured at both ends of the inductor 321 or at both ends of the power supply unit 310.
  • the first capacitor 322 and the second capacitor 323 may have the same capacitance (capacitance), may have a different capacitance.
  • the inductor 321, the first capacitor 322, and the second capacitor 323 may form a resonant antenna.
  • the resonant frequency of the resonant antenna is determined by the inductance of the inductor 321 and the capacitance of the first capacitor 322 and the second capacitor 323.
  • the third condenser 324 and the fourth condenser 325 may also be used to form a resonant antenna, and the resonant frequency of the resonant antenna may include the inductance of the inductor 321 and the first to fourth condensers 322,. 323, 324, and 325.
  • Power transmission of the wireless power transmitter 300 may be performed through a resonance phenomenon of the magnetic field.
  • the resonance phenomenon refers to a phenomenon in which a high efficiency energy transfer occurs between two resonant antennas when two resonant antennas are coupled to each other when a near field corresponding to a resonant frequency occurs in one resonant antenna. .
  • the resonant antennas resonate with each other, and accordingly, energy is transmitted at a higher efficiency than when the magnetic field generated by the primary coil is radiated into free space. Can be.
  • the induced power generated by the inductor 321 is a power amplified at the resonance frequency, and the excess voltage having a voltage difference with respect to the voltage of the power supply unit 310 is reflected by the generation of the induced power and returns.
  • the reflected voltage may be large.
  • the first capacitor 322 and the second capacitor 323 configured to be disposed on both sides of the inductor 321 are fed back to the power supply unit 310 through the inductor 321 and return the reflected voltage. Can be reduced.
  • the capacities (ie, capacitances) of the first capacitor 322 and the second capacitor 323 the magnitude of the reduced reflection voltage may be adjusted, and the reflection voltage may be minimized by optimizing it.
  • the detection circuit 330 measures the current or voltage flowing through the inductor 321.
  • the current measured by the detection circuit 330 may be an alternating current (AC) current.
  • the detection circuit 330 may be a current sensor or a voltage sensor.
  • the detection circuit 330 may correspond to the measurement circuit 240 shown in FIG. 2 or may form part of the measurement circuit 240.
  • the detection circuit 330 receives power data corresponding to a power value from a wireless power receiver and measures a current or voltage flowing through the inductor 321, based on the power data and the current or voltage.
  • the control signal for controlling the power supply unit 310 may be generated.
  • the third capacitor 324 and the fourth capacitor 325 are configured between the inductor 321 and the detection circuit 330.
  • the third and fourth capacitors 324 and 325 may be configured at both ends of the inductor 321 or at both ends of the detection circuit 330, respectively.
  • the third and fourth capacitors 324 and 325 are configured to apply a signal required to the detection circuit 330.
  • the third capacitor 324 and the fourth capacitor 325 may have the same capacitance value or may have different capacitance values.
  • the capacitance of the third condenser 324 and the fourth condenser 325 may be optimized to improve the performance of the detection circuit 330.
  • the wireless power transmitter 300 may further include an impedance matcher (not shown).
  • the impedance matcher may perform impedance matching.
  • the impedance matcher may include a switching element for switching all or part of the inductor 321 and the first to fourth capacitors 322, 323, 324, 325, and 326.
  • the impedance matching detects the reflected signal of the wireless power transmitted through the wireless power transmission apparatus 300, switches the switching element based on the detected reflected wave, so that the first to fourth capacitors 322, 323, 324, 325, 326 or by adjusting the connection state of the inductor 321.
  • the impedance matching may be performed by adjusting the capacitance of the first to fourth capacitors 322, 323, 324, 325, and 326 or adjusting the inductance of the inductor 321.
  • the wireless power transmitter 400 may form part of the wireless power transmitter 200 shown in FIG. 2.
  • the wireless power transmitter 400 includes a power supply unit 410, an inductor 421, first to sixth capacitors 422, 423, 424, 425, 426, 4427, and a detection circuit 430. It may include.
  • the power supply unit 410 supplies power required to drive the wireless power transmitter 400.
  • the supplied power may be alternating current (AC) or alternating voltage.
  • the inductor 421 may correspond to the primary coil of the primary core 210 illustrated in FIG. 2, or may form part of the primary core 210.
  • the inductor 421 may correspond to the primary coil of the primary core 210 illustrated in FIG. 2, or may form part of the primary core 210. Meanwhile, the first to sixth capacitors 422, 423, 424, 425, 426, and 427 may be defined as first to sixth capacitors.
  • the first capacitor 422 and the second capacitor 423 are configured in opposite directions between the inductor 421 and the power supply unit 410.
  • the first and second capacitors 322 and 323 may be represented as being configured next to different sides of the inductor 321 or may be represented as being configured next to different sides of the power supply unit 310.
  • the first capacitor 422 and the second capacitor 423 may have the same capacitance, or may have different capacitances.
  • the inductor 421, the first capacitor 422, and the second capacitor 423 may configure a resonant antenna.
  • the resonant frequency of the resonant antenna is determined by the inductance of the inductor 421 and the capacitance of the first capacitor 422 and the second capacitor 423.
  • the third condenser 424 and the fourth condenser 425 may also be used to construct a resonant antenna, and the resonant frequency of the resonant antenna may include the inductance of the inductor 421 and the first to fourth condenser 422. 423, 424, 425).
  • the fifth condenser 426 and the sixth condenser 427 may be used to additionally configure the resonant antenna, wherein the resonant frequency of the resonant antenna is the inductance of the inductor 421 and the first to sixth condenser 422. , 423, 424, 425, 426, 427).
  • Power transmission of the wireless power transmitter 400 may be performed through a resonance phenomenon of the magnetic field.
  • the resonance phenomenon refers to a phenomenon in which a high efficiency energy transfer occurs between two resonant antennas when two resonant antennas are coupled to each other when a near field corresponding to a resonant frequency occurs in one resonant antenna. .
  • the resonant antennas resonate with each other, and accordingly, energy is transmitted at a higher efficiency than when the magnetic field generated by the primary coil is radiated into free space. Can be.
  • the induced power generated by the inductor 421 is amplified at a resonant frequency, and an excess voltage having a voltage difference with respect to the voltage of the power supply unit 410 is returned by the generation of the induced power.
  • the reflected voltage may be large.
  • the first capacitor 422 and the second capacitor 423 disposed on both sides of the inductor 421 may return the reflected voltage fed back to the power supply 410 through the inductor 421. Can be reduced.
  • the capacitances ie, capacitances
  • the magnitude of the reduced reflection voltage may be adjusted, and the reflection voltage may be minimized by optimizing it.
  • the detection circuit 430 measures a current or voltage flowing through the inductor 421.
  • the current measured by the detection circuit 430 may be an alternating current (AC) current.
  • the detection circuit 430 may be a current sensor or a voltage sensor.
  • the detection circuit 430 may correspond to the measurement circuit 240 shown in FIG. 2 or may form part of the measurement circuit 240.
  • the detection circuit 430 receives power data corresponding to a power value from a wireless power receiver, measures a current or voltage flowing through the inductor 421, based on the power data and the current or voltage.
  • the control signal for controlling the power supply unit 410 may be generated.
  • the third capacitor 424 and the fourth capacitor 425 are configured between the inductor 421 and the detection circuit 430.
  • the third and fourth capacitors 424 and 425 may be represented as being configured next to different sides of the inductor 421 or may be represented as being configured next to different sides of the detection circuit 430.
  • the third and fourth capacitors 424 and 425 are configured to apply a signal required to the detection circuit 430.
  • the third capacitor 424 and the fourth capacitor 425 may have the same capacitance value, or may have different capacitance values.
  • the capacitance of the third condenser 424 and the fourth condenser 425 may be optimized to improve performance of the detection circuit 430.
  • the wireless power transmitter 400 may further include a first ground 441 and a second ground 442 for grounding currents from different ends of the inductor 421.
  • a fifth capacitor 426 and a sixth capacitor 427 are further disposed between the inductor 421, the first ground 441, and the second ground 442, respectively, to the voltage applied to the other capacitors. Can reduce noise.
  • the wireless power transmitter 400 may further include an impedance matcher (not shown).
  • the impedance matcher may perform impedance matching.
  • the impedance matcher may include a switching element for switching all or part of the inductor 421 and the first to sixth capacitors 422, 423, 424, 425, 426, and 427.
  • the impedance matching detects the reflected wave of the wireless power transmitted through the wireless power transmitter 300 and switches the switching elements based on the detected reflected wave to form the first to sixth capacitors 422, 423, 424, 425, 426. 427 or by adjusting the connection state of the inductor 421.
  • impedance matching may be performed by adjusting the capacitances of the first to sixth capacitors 422, 423, 424, 425, 426, and 427 or adjusting the inductance of the inductor 421.
  • FIG 5 shows a wireless power transmission method of the wireless power transmission apparatus according to an example of the present invention.
  • the wireless power transmitter 300 generates power required for transmitting wireless power (S510).
  • the power may be alternating current (AC), and may be generated from the power supply unit 310.
  • the wireless power transmitter 300 transmits the wireless power to the wireless power receiver (520).
  • Power transmission of the wireless power transmitter 300 may be performed through a resonance phenomenon of a magnetic field.
  • the resonance phenomenon refers to a phenomenon in which a high efficiency energy transfer occurs between two resonant antennas when two resonant antennas are coupled to each other when a near field corresponding to a resonant frequency occurs in one resonant antenna. .
  • the resonant antennas resonate with each other, and accordingly, energy is transmitted at a higher efficiency than when the magnetic field generated by the primary coil is radiated into free space. Can be.
  • the wireless power transmitter 300 attenuates the reflected power reflected from the wireless power receiver (S530).
  • step S520 the power transmitted from the wireless power transmitter 300 to the wireless power receiver is induced power amplified at a resonance frequency, and surpluses a voltage difference with respect to the voltage of the power supply unit 310 by the generation of the induced power.
  • the voltage of is reflected back.
  • the first condenser 322 and the second condenser 323 are configured to be disposed on both sides of the inductor 321, thereby being fed back to the power supply unit 310 through the inductor 321.
  • the reflected voltage can be reduced.
  • the wireless power transmission method may further include measuring a current or voltage flowing through the primary coil by the detection circuit 330.
  • the detection circuit 330 may receive power data from the wireless power receiver, and generate a control signal for controlling the power based on the power data and a current or voltage flowing in the primary coil.
  • a third condenser 324 and a fourth condenser 325 may be configured between the inductor 321 and the detection circuit 330 to apply a signal required to the detection circuit 330.

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Abstract

본 명세서는 무선전력 전송 장치에 관한 것이다. 이러한 본 명세서는 상기 무선전력 전송 장치에 전원을 공급하는 전원부, 무선전력 수신장치로 전력을 전송하는 적어도 하나의 1차 코일 및 상기 전원부 및 상기 1차 코일의 서로 다른 양단에 각각 연결되도록 구성된 제1 및 제2 콘덴서를 포함하는 무선전력 전송 장치를 제공한다.

Description

무선 전력 전송 장치
본 발명은 무선 충전에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무접점 전력 전송 장치에 관한 것이다.
무선 전력 전송 기술은 전원 소스와 전자 기기 사이에 무선으로 전력을 전달하는 기술이다. 일 예로 무선 전력 전송 기술은 스마트폰이나 태블릿 등의 무선 단말기를 단지 무선 충전 패드 상에 올려놓는 것만으로 무선 단말기의 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써, 기존의 유선 충전 커넥터를 이용하는 유선 충전 환경에 비해 보다 뛰어난 이동성과 편의성 그리고 안전성을 제공할 수 있다. 무선 전력 전송 기술은 무선 단말기의 무선 충전 이외에도, 전기 자동차, 블루투스 이어폰이나 3D 안경 등 각종 웨어러블 디바이스(wearable device), 가전기기, 가구, 지중시설물, 건물, 의료기기, 로봇, 레저 등의 다양한 분야에서 기존의 유선 전력 전송 환경을 대체할 것으로 주목받고 있다.
무선전력 전송방식을 비접촉(contactless) 전력 전송방식 또는 무접점(no point of contact) 전력 전송방식, 무선충전(wireless charging) 방식이라 하기도 한다. 무선전력 전송 시스템은, 무선전력 전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력 전송장치와, 상기 무선전력 전송장치로부터 무선으로 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리셀등 수전장치에 전력을 공급하는 무선전력 수신장치로 구성된다.
무선 전력 전송 기술은 크게 자기 유도(magnetic induction) 방식과 자기 공진(magnetic resonance) 방식으로 분류된다. 자기유도 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일 간의 전자기결합에 따라 전송 측 코일배터리셀에서 발생시킨 자기장로 인해 수신 측 코일에 유도되는 전류를 이용하여 에너지를 전송하는 방식이다. 자기 유도 방식의 무선 전력 전송 기술은 전송 효율이 높은 장점을 가지고 있으나, 전력 전송 거리가 수 mm로 제한될 뿐 아니라 코일 간의 정합에 매우 민감하여 위치 자유도가 현저히 낮은 단점을 가지고 있다.
자기공진 방식은 자기장을 이용한다는 점에서 자기유도 방식과 유사하다. 하지만, 자기공진 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일에 특정 공진 주파수가 인가될 때 공진이 발생하고, 이로 인해 전송 측과 수신 측 양단에 자기장이 집중되는 현상에 의해 에너지가 전달되는 측면에서 자기유도와는 차이가 있다. 이러한 자기공진의 특성 때문에 자기유도와 달리 원거리로 전력을 전송할 수 있다. 이러한 자기공진 방식은 자기유도 방식에 비해 비교적 긴 수십 cm에서 수 m에 이르는 거리까지 에너지를 전송하는 것이 가능할 뿐 아니라 동시에 여러 대의 기기로 전력을 전송하는 것이 가능하여 진정한 코드프리(cord-free)를 구현할 무선 전력 전송 기술로 기대를 받고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 비접촉 충전 시스템에서 무선전력 수신 장치로 전송되는 전력에 대한 반송 전력을 효율적으로 감소시키는 무선전력 전송 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 무선전력 전송 장치를 제공한다. 상기 무선전력 전송 장치는 상기 무선전력 전송 장치에 전원을 공급하는 전원부, 무선전력 수신장치로 전력을 전송하는 적어도 하나의 1차 코일 및 상기 전원부 및 상기 1차 코일의 서로 다른 양단에 각각 연결되도록 구성된 제1 및 제2 콘덴서를 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 제1 및 제2 콘덴서는 상기 1차 코일에서 상기 무선전력 수신장치로 전력을 전송함에 따라 상기 무선전력 수신장치로부터 상기 전원부로 인가되는 반사전력을 감소시키도록 구성될 수 있다
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 무선전력 전송 장치는 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압을 측정하는 검파회로를 더 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 검파회로는 상기 무선전력 수신 장치로부터 전력 데이터를 수신하고, 상기 전력 데이터와 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압에 기반하여 상기 전원부를 제어하는 제어 신호를 발생시키도록 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 무선전력 전송 장치는 상기 검파회로 또는 상기 1차 코일의 양단에 배치되어 상기 검파회로에 요구되는 신호를 인가시키는 제3 및 제4 콘덴서를 더 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 무선전력 전송 장치는 상기 인덕터의 양단에 연결된 제1 및 제2 접지를 더 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 무선전력 전송 장치는 상기 인덕터와 상기 제1 접지 사이에 연결된 제5 콘덴서 및 상기 인덕터와 상기 제2 접지 사이에 연결된 제6 콘덴서를 더 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 제5 및 제6 콘덴서는 다른 커패시터들에 인가되는 전압에 의한 소음을 감소시키도록 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 무선전력 전송 장치에 의한 무선전력 전송 방법이 제공된다. 상기 무선전력 전송 방법은 전원에 의하여 무선전력을 전송하는데 필요한 전력을 발생시키는 단계, 무선전력 수신 장치로 무선전력을 전송하는 단계 및 상기 무선전력 수신 장치로부터 반사되는 반사전력을 감쇄시키는 단계를 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 무선전력을 전송하는 단계는, 적어도 하나의 1차 코일에 의하여 전력을 전송하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 반사전력을 감쇄시키는 단계는 상기 1차코일의 양단에 구성된 제1 및 제2 콘덴서에 의하여, 상기 전원에 인가되는 반사전력을 감소시키도록 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 무선전력 전송 방법은, 검파회로에 의하여 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압을 측정하는 단계를 더 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 전류 또는 전압을 측정하는 단계는 상기 무선전력 수신 장치로부터 전력 데이터를 수신하고, 상기 전력 데이터와 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압에 기반하여 상기 전원을 제어하는 제어 신호를 발생시키도록 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 전류 또는 전압을 측정하는 단계는 상기 검파회로 및 상기 1차 코일의 서로 다른 양단에 구성된 제3 및 제4 콘덴서에 의하여 상기 검파회로에 요구되는 신호가 인가되도록 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 인덕터의 양단에 각각 제1 및 제2 접지가 연결되고, 상기 인덕터와 상기 제1 접지 사이에 제5 콘덴서가 연결되고, 상기 인덕터와 상기 제2 접지 사이에 제6 콘덴서가 연결되어, 제1 및 제2 콘덴서에 인가되는 전압에 의한 소음을 감소시키도록 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면 비접촉 충전 시스템에서 무선전력 수신 장치로 전송되는 전력에 대한 반송 전력을 효율적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송 시스템의 구성요소들을 도시한 다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일례에 따른 무선전력 전송장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일례에 따른 무선전력 전송장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법을 나타낸다.
이하에서 사용되는 "무선 전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용없이 무선전력 전송장치로부터 무선전력 수신장치로 송신되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미하도록 사용된다. 무선전력은 전력 신호(power signal) 또는 무선 에너지(wireless energy)라고 불릴 수도 있으며, 1차 코일과 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)를 의미할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기, 코드리스 전화기, iPod, MP3 플레이어, 헤드셋 등을 포함하는 디바이스들을 무선으로 충전하기 위해 시스템에서의 전력 변환이 여기에 설명된다. 본 명세서에서 무선 전력 전송의 기본적인 원리는, 예를 들어, 자기 유도 커플링이나, 30MHz 미만의 주파수들을 사용하는 자기 공진 커플링을 모두 포함한다. 그러나, 비교적 높은 방사 레벨들에서의, 예를 들어, 135kHz (LF) 미만 또는 13.56MHz (HF)에서의 라이센스-면제 동작이 허용되는 주파수들을 포함하는 다양한 주파수들이 이용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송 시스템의 구성요소들을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 무선전력 전송 시스템(100)은 무선전력 전송장치(110)와 하나의 무선전력 수신장치(150-1) 또는 n개의 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)를 포함한다.
무선전력 전송장치(110)는 1차 코어(primary core)를 포함한다. 1차 코어는 하나 또는 그 이상의 1차 코일(primary coil, 115)을 포함할 수 있다. 1차 코어는 1차 코일(115)에 커플링되는 적어도 하나의 커패시터(capacitor)를 더 포함할 수 있다. 무선전력 전송장치(110)는 임의의 적합한 형태를 가질 수 있으나, 한 가지 바람직한 형태는 전력 전송 표면을 가진 평탄한 플랫폼이며, 이 플랫폼상에 또는 그 근처에 각각의 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)가 위치할 수 있다.
무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)는 무선전력 전송장치(110)로부터 분리가능하고, 각각의 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)는 무선전력 전송장치(110)의 근처에 있을 때 무선전력 전송장치(110)의 1차 코어에 의해 발생되는 전자기장과 결합되는 2차 코어(secondary core)를 구비한다. 2차 코어는 하나 또는 그 이상의 2차 코일(secondary coil, 155)을 포함할 수 있다. 2차 코어는 2차 코일(155)에 커플링되는 적어도 하나의 커패시터를 더 포함할 수 있다.
무선전력 전송장치(110)는 직접적인 전기 접촉 없이 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)로 전력을 전송한다. 이때, 1차 코어와 2차 코어는 서로 자기 유도 커플링 또는 자기 공진 커플링되었다고 한다. 1차 코일(115) 또는 2차 코일(125)은 임의의 적합한 형태들을 가질 수 있으나, 예컨대, 페라이트 또는 비정질 금속과 같은 고투자율의 형성물의 주위에 감긴 동선일 수 있다.
무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)는 보통 외부 부하(도시되지 않음. 여기서는 무선전력 수신장치의 실제 부하라고도 함)에 연결되어, 무선전력 전송장치(110)로부터 무선으로 수신한 전력을 외부 부하에 공급한다. 예를 들어 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)는 각각 휴대형 전기 또는 전자 디바이스 또는 재충전가능 배터리셀 또는 전지와 같이 전력을 소비하거나 저장하는 물체로 운반할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송장치를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선전력 전송장치(200)는 1차 코어(210), 구동 회로(driving circuit: 220), 제어 회로(control circuit: 230) 및 측정 회로(240)를 포함한다.
1차 코어(210)는 적어도 하나의 1차 코일을 포함한다. 예를 들어 1차 코어(210)는 적어도 하나의 1차 공진 코일(resonant coil) 및 적어도 하나의 1차 유도 코일(inductive coil)을 포함할 수 있는데, 공진 코일과 유도 코일이 단일 모듈로서 하나의 코어 또는 하나의 무선전력 전송장치에 포함되는 것을 하이브리드(hybrid) 타입이라 부를 수 있다. 하이브리드 타입에서 1차 공진 코일은 자기 공진 커플링에 의해 무선전력을 무선전력 수신장치로 전송하는데 사용되는 코일이고, 1차 유도 코일은 자기 유도 커플링에 의해 무선전력을 무선전력 수신장치로 전송하는데 사용되는 코일이다. 이때, 1차 코어(210)는 1차 공진 코일과 자기 공진을 형성하도록 1차 공진 코일에 커플링되는 커패시터를 더 포함할 수 있다. 1차 코어(210)가 자기 공진 방식으로 무선전력을 전송함에 있어서 해당 전력을 공급 또는 전달하기 위해 자기 유도 방식을 사용할 수 있으며, 따라서 1차 유도 코일은 드라이브 코일(drive coil)이라 불릴 수도 있다.
1차 코어(210)는 다수의 1차 코일, 다수의 1차 코일과 커플링되는 적어도 하나의 커패시터 및 상기 다수의 1차 코일의 스위칭을 수행하는 적어도 하나의 스위치(도면에 미도시)를 포함할 수 있다. 1차 코어(210)는 구동 회로(220)로부터 인가되는 구동 신호에 따라 전자기장을 발생시키며, 상기 전자기장을 통해 무선전력 수신장치로 무선 전력을 전송한다.
구동 회로(220)는 1차 코어(210)에 연결되며 1차 코어(210)에 구동 신호들을 인가한다.
제어 회로(230)는 구동 회로(220)에 연결되고, 1차 코어(210)가 유도 자기장을 발생시키거나, 자기 공진을 일으킬 때 필요한 AC 신호를 제어해주는 제어신호(231)를 생성한다. 제어 회로(230)는 프로세서의 일종으로서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩세트, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.
또한, 제어 회로(230)는 1차 코어(210)와 연결되어, 1차 코어(210)의 스위치를 제어하는 제어 신호를 제공할 수 있다. 특히, 1차 코어(210)에 포함된 1차 코일이 하이브리드 타입일 경우, 제어 회로(230)는 하이브리드 타입의 코일을 구동하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
측정 회로(240)는 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압을 측정한다. 특히 측정 회로(240)가 측정하는 전류는 교류전류일 수 있다. 측정 회로(240)는 전류 센서(current sensor) 또는 전압 센서(voltage sensor)일 수 있다. 또는 측정 회로(240)는 1차 코일에 흐르는 고전류를 저전류로 낮추어 사용하거나, 1차 코일에 인가되는 고전압을 저전압으로 낮추는 변압기(transformer)일 수 있다.
도면에 미도시되었으나, 무선전력 전송장치(200)는 무선으로 무선전력 수신장치와 데이터를 송수신하는 통신모듈 및 저장 장치 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 통신 모듈은 신호를 송신 또는 수신하기 위한 RF 안테나와 무선 신호를 처리하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 저장 장치는 디스크 드라이브, ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일례에 따른 무선전력 전송장치(300)의 블록도이다. 무선전력 전송장치(300)는 도 2에 도시된 무선전력 전송장치(200)의 일부를 구성할 수 있다. 도 3을 참조하면, 무선전력 전송장치(300)는 전원부(310), 인덕터(321), 제1 내지 제4 콘덴서(322, 323, 324, 325), 검파 회로(330)를 포함할 수 있다.
전원부(310)는 무선 전력 전송 장치(300)를 구동하는데 필요한 전원을 공급한다. 상기 공급되는 전원은 교류 전류(AC: Alternating Current) 또는 교류 전압일 수 있다.
상기 인덕터(321)는 도 2에 도시된 1차 코어(210)를 구성하는 1차 코일에 대응하거나, 1차 코어(210)의 일부를 구성할 수 있다. 한편, 상기 제1 내지 제4 콘덴서(322, 323, 324, 325)는 제1 내지 제4 커패시터로 정의될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 제1 콘덴서(322) 및 제2 콘덴서(323)는 인덕터(321)와 전원부(310)의 사이에서 서로 반대 방향에 구성된다. 다시 말해, 제1 및 제2 콘덴서(322, 323)는 인덕터(321)의 양단에 구성되거나 전원부(310)의 양단에 구성될 수 있다. 제1 콘덴서(322) 및 제2 콘덴서(323)는 서로 동일한 캐패시턴스(capacitance)를 가질 수 있고, 서로 다른 캐패시턴스를 가질 수도 있다.
상기 인덕터(321), 제1 콘덴서(322) 및 제2 콘덴서(323)는 공진 안테나를 구성할 수 있다. 이 때 공진 안테나의 공진 주파수는 인덕터(321)의 인덕턴스와 제1 콘덴서(322) 및 제2 콘덴서(323)의 커패시턴스에 의해 결정된다.
한편, 상기 제3 콘덴서(324) 및 제4 콘덴서(325) 또한 공진 안테나를 구성하는데 사용될 수 있고, 이 때 공진 안테나의 공진 주파수는 인덕터(321)의 인덕턴스와 제1 내지 제4 콘덴서(322, 323, 324, 325)의 커패시턴스에 의해 결정된다.
무선전력 전송장치(300)의 전력 전송은 자기장의 공진 현상을 통해 이루어질 수 있다. 공진 현상이란 하나의 공진 안테나에서 공진 주파수에 해당하는 근접장이 발생할 때 주위에 다른 공진 안테나가 위치하는 경우, 양 공진 안테나가 서로 커플링되어 공진 안테나 사이에서 높은 효율의 에너지 전달이 일어나는 현상을 의미한다. 공진 안테나 사이에서 공진 주파수에 해당하는 자기장이 발생하면, 공진 안테나들이 서로 공진하는 현상이 발생하고 이에 따라 일반적인 경우 1차 코일에서 발생한 자기장이 자유공간으로 방사되는 경우에 비해 높은 효율로 에너지가 전달될 수 있다.
인덕터(321)에 의해 발생되는 유도 전력은 공진 주파수에서 증폭되는 전력으로써, 상기 유도 전력의 발생에 의해 전원부(310)의 전압에 대하여 전압차를 갖는 잉여의 전압이 반사되어 돌아온다. 특히, 무선 전력 전송 장치의 1차 코일과, 무선 전력 수신 장치의 2차 코일간의 이격 거리가 클 경우, 반사되어 돌아오는 전압이 클 수 있다. 하지만, 도 3과 같이 인덕터(321)의 양쪽에 배치되도록 구성된 제1 콘덴서(322) 및 제2 콘덴서(323)는 인덕터(321)를 통하여 전원부(310)에 피드백(feedback)되어 돌아오는 반사전압을 감소시킬 수 있다. 상기 제1 콘덴서(322) 및 제2 콘덴서(323)의 용량(즉, 커패시턴스)의 조절을 통하여, 감소되는 반사전압의 크기를 조절할 수 있고, 이를 최적화하여 반사전압을 최소화할 수 있다.
검파 회로(330)는 상기 인덕터(321)를 통하여 흐르는 전류 또는 전압을 측정한다. 검파 회로(330)가 측정하는 전류는 교류(AC)전류일 수 있다. 검파 회로(330)는 전류 센서(current sensor) 또는 전압 센서(voltage sensor)일 수 있다. 검파 회로(330)는 도 2에 도시된 측정 회로(240)에 대응하거나, 측정 회로(240)의 일부를 구성할 수 있다.
한편, 검파 회로(330)는 무선전력 수신장치로부터 전력 값에 대응하는 전력 데이터를 수신하고, 상기 인덕터(321)를 통하여 흐르는 전류 또는 전압을 측정하여, 상기 전력 데이터와 상기 전류 또는 전압에 기반하여 전원부(310)를 제어하는 제어 신호를 발생시킬 수 있다.
한편, 제3 콘덴서(324) 및 제4 콘덴서(325)는 인덕터(321) 및 검파 회로(330)의 사이에 구성된다. 다시 말해, 제3 및 제4 콘덴서(324, 325)는 각각 인덕터(321)의 양단에 구성되거나 검파 회로(330)의 양단에 구성될 수 있다. 이로써, 상기 제3 및 제4 콘덴서(324, 325)는 검파 회로(330)에 요구되는 신호를 인가하도록 구성된다. 제3 콘덴서(324) 및 제4 콘덴서(325)는 서로 동일한 커패시턴스 값을 갖거나, 서로 다른 커패시턴스 값을 가질 수도 있다. 또한, 제3 콘덴서(324) 및 제4 콘덴서(325)의 커패시턴스를 최적화하여, 검파 회로(330)의 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(300)는 임피던스 정합기를 더 포함할 수 있다(도시되지 않음). 상기 임피던스 정합기는 임피던스의 정합을 수행할 수 있다. 상기 임피던스 정합기는 상기 인덕터(321), 제1 내지 제4 콘덴서(322, 323, 324, 325, 326)의 전부 또는 일부를 스위칭하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 임피던스의 정합은 무선 전력 전송 장치(300)를 통해 전송되는 무선전력의 반사신호를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 스위칭 소자를 스위칭하여 제1 내지 제4 콘덴서(322, 323, 324, 325, 326)나 인덕터(321)의 연결 상태를 조정함으로써 수행될 수 있다. 또는, 상기 임피던스 정합은 제1 내지 제4 콘덴서(322, 323, 324, 325, 326)의 캐패시턴스를 조정하거나 인덕터(321)의 인덕턴스를 조정함으로써 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일례에 따른 무선전력 전송장치(400)의 블록도이다. 무선전력 전송장치(400)는 도 2에 도시된 무선전력 전송장치(200)의 일부를 구성할 수 있다. 도 4를 참조하면, 무선전력 전송장치(400)는 전원부(410), 인덕터(421), 제1 내지 제6 콘덴서(422, 423, 424, 425, 426, 4427), 검파 회로(430)를 포함할 수 있다.
전원부(410)는 무선 전력 전송 장치(400)를 구동하는데 필요한 전원을 공급한다. 상기 공급되는 전원은 교류 전류(AC: Alternating Current) 또는 교류 전압일 수 있다.
상기 인덕터(421)는 도 2에 도시된 1차 코어(210)의 1차 코일에 대응하거나, 1차 코어(210)의 일부를 구성할 수 있다.
상기 인덕터(421)는 도 2에 도시된 1차 코어(210)의 1차 코일에 대응하거나, 1차 코어(210)의 일부를 구성할 수 있다. 한편, 상기 제1 내지 제6 콘덴서(422, 423, 424, 425, 426, 427)는 제1 내지 제6 커패시터로 정의될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 제1 콘덴서(422) 및 제2 콘덴서(423)는 인덕터(421)와 전원부(410)의 사이에서 서로 반대 방향에 구성된다. 다시 말해, 제1 및 제2 콘덴서(322, 323)는 인덕터(321)의 서로 다른 양 옆에 구성되는 것으로 표현되거나 전원부(310)의 서로 다른 양 옆에 구성되는 것으로 표현될 수도 있다. 제1 콘덴서(422) 및 제2 콘덴서(423)는 서로 동일한 캐패시턴스(capacitance)를 가질 수 있고, 서로 다른 캐패시턴스를 가질 수도 있다.
상기 인덕터(421), 제1 콘덴서(422) 및 제2 콘덴서(423)는 공진 안테나를 구성할 수 있다. 이 때 공진 안테나의 공진 주파수는 인덕터(421)의 인덕턴스와 제1 콘덴서(422) 및 제2 콘덴서(423)의 커패시턴스에 의해 결정된다.
한편, 상기 제3 콘덴서(424) 및 제4 콘덴서(425) 또한 공진 안테나를 구성하는데 사용될 수 있고, 이 때 공진 안테나의 공진 주파수는 인덕터(421)의 인덕턴스와 제1 내지 제4 콘덴서(422, 423, 424, 425)의 커패시턴스에 의해 결정된다.
또한, 상기 제5 콘덴서(426) 및 제6 콘덴서(427)가 추가적으로 공진 안테나를 구성하는데 사용될 수 있고, 이 때 공진 안테나의 공진 주파수는 인덕터(421)의 인덕턴스와 제1 내지 제6 콘덴서(422, 423, 424, 425, 426, 427)의 커패시턴스에 의해 결정된다.
무선전력 전송장치(400)의 전력 전송은 자기장의 공진 현상을 통해 이루어질 수 있다. 공진 현상이란 하나의 공진 안테나에서 공진 주파수에 해당하는 근접장이 발생할 때 주위에 다른 공진 안테나가 위치하는 경우, 양 공진 안테나가 서로 커플링되어 공진 안테나 사이에서 높은 효율의 에너지 전달이 일어나는 현상을 의미한다. 공진 안테나 사이에서 공진 주파수에 해당하는 자기장이 발생하면, 공진 안테나들이 서로 공진하는 현상이 발생하고 이에 따라 일반적인 경우 1차 코일에서 발생한 자기장이 자유공간으로 방사되는 경우에 비해 높은 효율로 에너지가 전달될 수 있다.
상기와 인덕터(421)에 의해 발생되는 유도 전력은 공진 주파수에서 증폭되는 전력으로써, 상기 유도 전력의 발생에 의해 전원부(410)의 전압에 대하여 전압차를 갖는 잉여의 전압이 반사되어 돌아온다. 특히, 무선 전력 전송 장치의 1차 코일과, 무선 전력 수신 장치의 2차 코일간의 이격 거리가 클 경우, 반사되어 돌아오는 전압이 클 수 있다. 하지만, 도 4와 같이 인덕터(421)의 양쪽에 배치된 제1 콘덴서(422) 및 제2 콘덴서(423)는 인덕터(421)를 통하여 전원부(410)에 피드백(feedback)되어 돌아오는 반사전압을 감소시킬 수 있다. 상기 제1 콘덴서(422) 및 제2 콘덴서(423)의 용량(즉, 커패시턴스)의 조절을 통하여, 감소되는 반사전압의 크기를 조절할 수 있고, 이를 최적화하여 반사전압을 최소화할 수 있다.
검파 회로(430)는 상기 인덕터(421)를 통하여 흐르는 전류 또는 전압을 측정한다. 검파 회로(430)가 측정하는 전류는 교류(AC)전류일 수 있다. 검파 회로(430)는 전류 센서(current sensor) 또는 전압 센서(voltage sensor)일 수 있다. 검파 회로(430)는 도 2에 도시된 측정 회로(240)에 대응하거나, 측정 회로(240)의 일부를 구성할 수 있다.
한편, 검파 회로(430)는 무선전력 수신장치로부터 전력 값에 대응하는 전력 데이터를 수신하고, 상기 인덕터(421)를 통하여 흐르는 전류 또는 전압을 측정하여, 상기 전력 데이터와 상기 전류 또는 전압을 기반하여 전원부(410)를 제어하는 제어 신호를 발생시킬 수 있다.
한편, 제3 콘덴서(424) 및 제4 콘덴서(425)는 인덕터(421) 및 검파 회로(430)사이에 구성된다. 다시 말해, 제3 및 제4 콘덴서(424, 425)는 인덕터(421)의 서로 다른 양 옆에 구성되는 것으로 표현되거나 검파 회로(430)의 서로 다른 양 옆에 구성되는 것으로 표현될 수도 있다. 이로써, 상기 제3 및 제4 콘덴서(424, 425)는 검파 회로(430)에 요구되는 신호를 인가하도록 구성된다. 제3 콘덴서(424) 및 제4 콘덴서(425)는 서로 동일한 커패시턴스 값을 갖거나, 서로 다른 커패시턴스 값을 가질 수도 있다. 또한, 제3 콘덴서(424) 및 제4 콘덴서(425)의 커패시턴스를 최적화하여, 검파 회로(430)의 성능을 향상시킬 수 있다.
무선전력 전송장치(400)는 인덕터(421)의 서로 다른 양단으로부터의 전류를 접지하는 제1 접지(441) 및 제2 접지(442)를 더 포함할 수 있다. 또한, 인덕터(421)와 제1 접지(441) 및 제2 접지(442)의 사이에 각각 제5 캐패시터(426) 및 제6 캐패시터(427)를 추가로 배치하여 다른 캐패시터들에 인가되는 전압에 의한 소음을 감소시킬 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(400)는 임피던스 정합기를 더 포함할 수 있다(도시되지 않음). 상기 임피던스 정합기는 임피던스의 정합을 수행할 수 있다. 상기 임피던스 정합기는 상기 인덕터(421), 제1 내지 제6 콘덴서(422, 423, 424, 425, 426, 427)의 전부 또는 일부를 스위칭하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 임피던스의 정합은 무선 전력 전송 장치(300)를 통해 전송되는 무선전력의 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 스위칭 소자를 스위칭하여 제1 내지 제6 콘덴서(422, 423, 424, 425, 426, 427)나 인덕터(421)의 연결 상태를 조정함으로써 수행될 수 있다. 또는, 임피던스 정합은 제1 내지 제6 콘덴서(422, 423, 424, 425, 426, 427)의 캐패시턴스를 조정하거나 인덕터(421)의 인덕턴스를 조정함으로써 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법을 나타낸다.
발명의 이해를 위하여, 도 3을 함께 참조하여 도 5에 따른 본 발명에 따른 무선전력 전송방법을 설명한다. 도 3을 참조하면, 먼저 무선전력 전송장치(300)는 무선전력을 전송하는데 필요한 전원을 발생시킨다(S510). 상기 전원은 교류 전류(AC: Alternating Current)일 수 있고, 전원부(310)로부터 발생될 수 있다.
다음으로, 무선전력 전송장치(300)는 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송한다(520). 상기 무선전력 전송장치(300)의 전력 전송은 자기장의 공진 현상을 통해 이루어질 수 있다. 공진 현상이란 하나의 공진 안테나에서 공진 주파수에 해당하는 근접장이 발생할 때 주위에 다른 공진 안테나가 위치하는 경우, 양 공진 안테나가 서로 커플링되어 공진 안테나 사이에서 높은 효율의 에너지 전달이 일어나는 현상을 의미한다. 공진 안테나 사이에서 공진 주파수에 해당하는 자기장이 발생하면, 공진 안테나들이 서로 공진하는 현상이 발생하고 이에 따라 일반적인 경우 1차 코일에서 발생한 자기장이 자유공간으로 방사되는 경우에 비해 높은 효율로 에너지가 전달될 수 있다.
다음으로, 무선전력 전송장치(300)는 무선전력 수신장치로부터 반사되는 반사전력을 감쇄시킨다(S530). 단계 S520에서 상기 무선전력 전송장치(300)로부터 무선전력 수신 장치로 전송되는 전력은 공진 주파수에서 증폭되는 유도 전력으로써, 상기 유도 전력의 발생에 의해 전원부(310)의 전압에 대하여 전압차를 갖는 잉여의 전압이 반사되어 돌아온다. 특히, 무선 전력 전송 장치의 1차 코일과, 무선 전력 수신 장치의 2차 코일간의 이격 거리가 클 경우, 반사되어 돌아오는 전압이 클 수 있다. 하지만, 도 3과 같이 제1 콘덴서(322) 및 제2 콘덴서(323)가 인덕터(321)의 양쪽에 배치되도록 구성함으로써, 인덕터(321)를 통하여 전원부(310)에 피드백(feedback)되어 돌아오는 반사전압을 감소시킬 수 있다. 상기 제1 콘덴서(322) 및 제2 콘덴서(323)의 용량, 즉, 커패시턴스의 조절을 통하여 감소되는 반사전압의 크기를 조절할 수 있고, 이를 최적화하여 반사전압을 최소화할 수 있다.한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 무선전력 전송 방법은, 검파회로(330)에 의하여 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 검파회로(330)는 상기 무선전력 수신 장치로부터 전력 데이터를 수신하고, 상기 전력 데이터와 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압에 기반하여 상기 전원을 제어하는 제어 신호를 발생시킬 수 있다.
인덕터(321) 및 검파 회로(330)의 사이에는 제3 콘덴서(324) 및 제4 콘덴서(325)가 구성되어 검파 회로(330)에 요구되는 신호를 인가할 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 무선전력 전송 장치에 있어서,
    상기 무선전력 전송 장치에 전원을 공급하는 전원부;
    무선전력 수신장치로 전력을 전송하는 적어도 하나의 1차 코일; 및
    상기 전원부 및 상기 1차 코일의 서로 다른 양단에 각각 연결되도록 구성된 제1 및 제2 콘덴서
    를 포함하는 무선전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 콘덴서는 상기 1차 코일에서 상기 무선전력 수신장치로 전력을 전송함에 따라 상기 무선전력 수신장치로부터 상기 전원부로 인가되는 반사전력을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압을 측정하는 검파회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 검파회로는 상기 무선전력 수신 장치로부터 전력 데이터를 수신하고, 상기 전력 데이터와 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압에 기반하여 상기 전원부를 제어하는 제어 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 검파회로 또는 상기 1차 코일의 양단에 배치되어 상기 검파회로에 요구되는 신호를 인가시키는 제3 및 제4 콘덴서
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 인덕터의 양단에 연결된 제1 및 제2 접지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인덕터와 상기 제1 접지 사이에 연결된 제5 콘덴서; 및
    상기 인덕터와 상기 제2 접지 사이에 연결된 제6 콘덴서
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제5 및 제6 콘덴서는 다른 커패시터들에 인가되는 전압에 의한 소음을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 장치.
  9. 무선전력 전송 장치에 의한 무선전력 전송 방법에 있어서,
    전원에 의하여 무선전력을 전송하는데 필요한 전력을 발생시키는 단계;
    무선전력 수신 장치로 무선전력을 전송하는 단계; 및
    상기 무선전력 수신 장치로부터 반사되는 반사전력을 감쇄시키는 단계
    를 포함하는 무선전력 전송 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 무선전력을 전송하는 단계는, 적어도 하나의 1차 코일에 의하여 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반사전력을 감쇄시키는 단계는 상기 1차코일의 양단에 구성된 제1 및 제2 콘덴서에 의하여, 상기 전원에 인가되는 반사전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 무선전력 전송 방법은, 검파회로에 의하여 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전류 또는 전압을 측정하는 단계는 상기 무선전력 수신 장치로부터 전력 데이터를 수신하고, 상기 전력 데이터와 상기 1차 코일에 흐르는 전류 또는 전압에 기반하여 상기 전원을 제어하는 제어 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 전류 또는 전압을 측정하는 단계는 상기 검파회로 및 상기 1차 코일의 서로 다른 양단에 구성된 제3 및 제4 콘덴서에 의하여 상기 검파회로에 요구되는 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 인덕터의 양단에 각각 제1 및 제2 접지가 연결되고, 상기 인덕터와 상기 제1 접지 사이에 제5 콘덴서가 연결되고, 상기 인덕터와 상기 제2 접지 사이에 제6 콘덴서가 연결되어, 제1 및 제2 콘덴서에 인가되는 전압에 의한 소음을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 방법.
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