KR101427368B1 - 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치 및 그 방법 - Google Patents

무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 무선 전력전송 시스템에서 무선으로 전송되는 전력을 수신하는 집전체(10)와; 상기 집전체(10)의 전압신호를 감지하는 전압센서(20)와; 상기 집전체(10)의 전류신호를 감지하는 전류센서(30)와; 상기 전압센서(20)의 전압신호와 상기 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 전압위상차와 전류위상차를 비교하고, 비교결과에 따라 모터(70)를 가동시켜 가변용량 리액턴스부(50)를 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절하는 제어부(40)와; 상기 제어부(40)의 제어에 따라 조절되어 공진 조건이 유지되도록 하는 가변용량 리액턴스부(50)와; 상기 집전체(10)와 연결되어 공진 조건이 유지되도록 하는 고정형 콘덴서(60)와; 상기 제어부(40)의 제어에 따라 구동되어 상기 가변용량 리액턴스부(50)의 용량이 가변되도록 하는 모터(70);를 포함하여 구성함으로서, 수신(집전)단에서 전압과 전류의 위상을 측정하여 동일한 위상이 되도록 용량성 리액턴스를 자동으로 맞추어 최대의 전력효율로 전력을 수신(집전) 할 수 있게 되는 것이다.

Description

무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치 및 그 방법{Apparatus and method for auto control of capacitive reactance variable resonance in wireless power transmission system}
본 발명은 무선 전력전송 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 전력전송 시스템의 수신(집전)단에서 전압과 전류의 위상을 측정하여 동일한 위상이 되도록 용량성 리액턴스를 자동으로 맞추어 최대의 전력효율로 전력이 수신(집전) 되도록 하기에 적당하도록 한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 전력전송 시스템은 전선을 사용하지 않고 전력을 보낼 수 있도록 하는 시스템이다. 무선으로 전기 에너지를 전력원에서 원하는 기기로 전달하는 무선 전력전송(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer) 시스템은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 이러한 무선 전력전송 시스템은 전자기파에 의한 원거리전송, 자기공명에 의한 근거리전송, 방사(radiative)에 의한 근거리전송, 자기유도에 의한 비접촉식 전송 기술 등이 개발되고 있다.
무선 전력전송 시스템은 무선으로 전력을 송신하는 급전장치와 전력을 수신하는 집전장치로 이루어지며, 버스나 철도 등 대전력이 필요한 무선 전력전송 장치에서는 공진이 제대로 맞추어지지 않을 경우 전력을 효율적으로 수신할 수 없어서 실용화에 적용할 수 없게 된다.
도 1은 일반적인 무선 전력전송 시스템의 수신단에서 고정형 콘덴서가 결합된 블록구성도이다.
여기서 참조번호 1은 무선 전력전송 시스템에서 무선으로 전송되는 전력을 수신하는 집전체이고, 참조번호 2는 상기 집전체(1)와 연결되어 공진을 맞춰주는 고정형 콘덴서이다.
그래서 무선 전력전송 시스템에서 전력이 무선으로 전송되면, 코어와 코일로 구성된 집전체(1)에서 전력을 수신하게 된다. 이때 고정형 콘덴서(2)는 공진을 맞춰 전력을 효율적으로 수신할 수 있도록 한다.
도 2는 종래 무선 전력전송 시스템의 수신단에서 고정형 콘덴서와 스위치가 결합된 블록구성도이다.
참조번호 3은 상기 고정형 콘덴서(2)를 온/오프 시키는 스위치이다.
그래서 종래에는 고정형 콘덴서(2)를 여러 개 설치한 이후 고정형 콘덴서(2) 중 일부를 온 시키거나 오프 시켜 공진을 맞추었다.
그러나 주변상황이 변하면 공진조건이 달라지기 때문에 콘덴서의 조합을 바꾸어 용량을 변경시켜야 하는데, 고정형 콘덴서(2)를 추가 설치하기 위해서는 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한 고정형 콘덴서(2)를 용량이 고정된 것이기 때문에, 정해진 기준에 모자를 경우 한 개를 추가하면 용량이 넘치게 되거나, 정해진 기준에 넘칠 경우 한 개를 감소시키면 기준보다 작게 되는 등의 상황이 발생해서 공진조건을 맞추기가 어려운 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력전송 시스템의 수신(집전)단에서 전압과 전류의 위상을 측정하여 동일한 위상이 되도록 용량성 리액턴스를 자동으로 맞추어 최대의 전력효율로 전력이 수신(집전) 되도록 할 수 있는 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치의 블록구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 무선 전력전송 시스템에서 무선으로 전송되는 전력을 수신하는 집전체(10)와; 상기 집전체(10)의 전압신호를 감지하는 전압센서(20)와; 상기 집전체(10)의 전류신호를 감지하는 전류센서(30)와; 상기 전압센서(20)의 전압신호와 상기 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 전압위상차와 전류위상차를 비교하고, 비교결과에 따라 모터(70)를 가동시켜 가변용량 리액턴스부(50)를 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절하는 제어부(40)와; 상기 제어부(40)의 제어에 따라 조절되어 공진 조건이 유지되도록 하는 가변용량 리액턴스부(50)와; 상기 집전체(10)와 연결되어 공진 조건이 유지되도록 하는 고정형 콘덴서(60)와; 상기 제어부(40)의 제어에 따라 구동되어 상기 가변용량 리액턴스부(50)의 용량이 가변되도록 하는 모터(70);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 4는 도 3에서 제어부의 상세블록도이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(40)는, 상기 전압센서(20)의 전압신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력하는 전압 비교부(41)와; 상기 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력하는 전류 비교부(42)와; 상기 전압 비교부(41)와 상기 전류 비교부(42)의 신호를 입력받아 전압위상차 값과 전류위상차 값을 측정하고 비교하여, 비교결과에 따라 모터 드라이버(45)를 제어하여 가변용량 리액턴스부(50)의 용량을 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절하는 마이크로프로세서(43)와; 상기 마이크로프로세서(43)를 사용자가 조작하도록 하는 사용자 조작 스위치(44)와; 상기 마이크로프로세서(43)의 제어를 받아 상기 모터(70)를 구동시키는 모터 드라이버(45);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 5는 도 3에서 가변용량 리액턴스부의 상세블록도이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 가변용량 리액턴스부(50)는, 스크류(56)를 통해 상기 모터(70)와 고정형으로 연결되는 고정자(51)와; 상기 고정자(51)에 연결되는 고정 극판(52)과; 상기 고정자(51)에 연결되고 상기 고정 극판(52)과 유동 극판(55)을 절연시키는 절연판(53)과; 상기 스크류(56)를 통해 상기 모터(70)와 유동형으로 연결되는 유동자(54)와; 상기 유동자(54)에 연결되는 유동 극판(55)과; 일단은 상기 모터(70)와 연결되고 타단은 상기 고정자(51)와 고정형으로 연결되며, 중간부분은 상기 유동자(54)와 유동형으로 연결되며, 상기 모터(70)의 구동에 따라 상기 유동자(54)의 위치가 조절되도록 하여 상기 가변용량 리액턴스부(50)의 용량이 조절되도록 하는 스크류(56);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치를 이용한 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절방법에 있어서, 집전체(10)을 전압신호를 전압센서(20)에서 감지하고 전류신호를 전류센서(30)에서 감지하면, 전압위상차 값과 전류위상차 값을 측정하는 제 1 단계(ST1)와; 상기 제 1 단계 후 제어부(40) 내의 전압비교부(41)에서는 전압센서(20)의 전압신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력하고, 전류 비교부(42)에서는 상기 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력시키고, 마이크로프로세서(43)에서는 전압위상차 값과 전류위상차 값을 비교하는 제 2 단계(ST2)와; 상기 제 2 단계 후 공진 조건이 유지되는 기준에 대해 차이가 발생하는지 판별하는 제 3 단계(ST3)와; 상기 제 3 단계에서 차이가 발생하면, 상기 마이크로프로세서(43)는 모터 드라이버(45)를 제어하여 가변용량 리액턴스부(50)의 용량을 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절하는 제 4 단계(ST4);를 포함하여 수행된 것을 특징으로 한다.
상기 제 4 단계(ST4)는, 차이 발생이 전압 위상에 비하여 전류의 위상이 뒤에 있는 것이면 모터(70)의 구동에 의해 스크류(56)가 회전되도록 하여 상기 가변용량 리액턴스부(50) 내의 고정 극판(52)과 유동 극판(55)이 많이 겹쳐지는 방향으로 이동되도록 하여 용량성 리액턴스를 크게 하고, 차이 발생이 전압 위상에 비하여 전류의 위상이 앞에 있는 것이면 상기 모터(70)의 구동에 의해 상기 스크류(56)가 회전되도록 하여 상기 가변용량 리액턴스부(50) 내의 상기 고정 극판(52)과 상기 유동 극판(55)이 적게 겹쳐지는 방향으로 이동되도록 하여 용량성 리액턴스를 작게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치 및 그 방법은 무선 전력전송 시스템의 수신(집전)단에서 전압과 전류의 위상을 측정하여 동일한 위상이 되도록 용량성 리액턴스를 자동으로 맞추어 최대의 전력효율로 전력이 수신(집전) 되도록 할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 일반적인 무선 전력전송 시스템의 수신단에서 고정형 콘덴서가 결합된 블록구성도이다.
도 2는 종래 무선 전력전송 시스템의 수신단에서 고정형 콘덴서와 스위치가 결합된 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치의 블록구성도이다.
도 4는 도 3에서 제어부의 상세블록도이다.
도 5는 도 3에서 가변용량 리액턴스부의 상세블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절방법을 보인 흐름도이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명은 무선 전력전송 시스템의 수신(집전)단에서 전압과 전류의 위상을 측정하여 동일한 위상이 되도록 용량성 리액턴스를 자동으로 맞추어 최대의 전력효율로 전력을 수신(집전)하고자 한 것이다.
전력을 효율적으로 수신하기 위해서는 공진이 필요한데, 공진을 하려면 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 같을 때 최적의 공진조건을 이루게 되며, 이때 전압의 위상과 전류의 위상이 같은 위상이 되어 최대 효율로 전력을 수신할 수 있기 때문이다.
리액턴스는 교류전기에서 전기를 잘 흐르지 못하게 하는 성질을 의미하는데 코일은 유도성 리액턴스에 해당하고 콘덴서는 용량성 리액턴스에 해당한다.
공진조건은 사용하는 주파수, 주변의 물리적 환경 등에 의해서 민감하게 변하게 되고, 공진조건을 맞추기 위해서는 사용하는 코일과 공진 콘덴서의 용량을 변경함으로서 맞출 수 있게 된다.
하지만 코일은 수신해야 하는 전력의 용량에 따라서 감은 횟수나 코일의 굵기 등이 결정되기 때문에 공진을 위해 용량을 바꿀 수 없고, 공진 콘덴서를 사용하여 공진조건을 맞추게 된다.
주변 상황이 변하면 공진조건이 달라지기 때문에 콘덴서의 조합(용량)을 바꾸어야 하는데, 시간도 많이 걸리고, 콘덴서의 용량은 정해져 있기 때문에 한 개를 추가하면 용량이 넘치고, 하나를 제거하면 모자라는 등의 상황이 발생하여 공진조건을 맞추기가 불편하다.
그래서 용량성 리액턴스를 가변할 수 있는 장치와 함께 전압과 전류의 위상을 측정하여 자동으로 최적의 공진조건을 맞출 수 있게 한 것이 본 발명이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치의 블록구성도이다.
집전체(10)는 무선 전력전송 시스템에서 무선으로 전송되는 전력을 수신한다. 이러한 집전체(10)는 코일과 코어로 구성되어 있다.
전압센서(20)는 집전체(10)의 전압신호를 감지하여 제어부(40)로 전달한다.
전류센서(30)는 집전체(10)의 전류신호를 감지하여 제어부(40)로 전달한다.
제어부(40)는 전압센서(20)의 전압신호와 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 전압위상차와 전류위상차를 비교하고, 비교결과에 따라 모터(70)를 가동시켜 가변용량 리액턴스부(50)를 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절한다.
가변용량 리액턴스부(50)는 제어부(40)의 제어에 따라 조절되어 공진 조건이 유지되도록 한다.
고정형 콘덴서(60)는 집전체(10)와 연결되어 공진 조건이 유지되도록 한다.
모터(70)는 제어부(40)의 제어에 따라 구동되어 가변용량 리액턴스부(50)의 용량이 가변되도록 한다.
도 4는 도 3에서 제어부의 상세블록도이다.
제어부(40)에서 전압 비교부(41)는 전압센서(20)의 전압신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 마이크로프로세서(43)로 출력한다.
전류 비교부(42)는 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 마이크로프로세서(43)로 출력한다.
마이크로프로세서(43)는 전압 비교부(41)와 전류 비교부(42)의 신호를 입력받아 전압위상차 값과 전류위상차 값을 측정하고 비교하여, 비교결과에 따라 모터 드라이버(45)를 제어하여 가변용량 리액턴스부(50)의 용량을 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절한다.
사용자 조작 스위치(44)는 마이크로프로세서(43)를 사용자가 조작하도록 한다.
모터 드라이버(45)는 마이크로프로세서(43)의 제어를 받아 모터(70)를 구동시킨다.
도 5는 도 3에서 가변용량 리액턴스부의 상세블록도이다.
가변용량 리액턴스부(50)에서 고정자(51)는 스크류(56)를 통해 모터(70)와 고정형으로 연결된다.
고정 극판(52)은 고정자(51)에 연결된다.
절연판(53)은 고정자(51)에 연결되고 고정 극판(52)과 유동 극판(55)을 절연시킨다.
유동자(54)는 스크류(56)를 통해 모터(70)와 유동형으로 연결된다.
유동 극판(55)은 유동자(54)에 연결된다.
스크류(56)는 일단이 모터(70)와 연결되고, 타단은 고정자(51)와 고정형으로 연결되며, 중간부분은 유동자(54)와 유동형으로 연결되고, 모터(70)의 구동에 따라 유동자(54)의 위치가 조절되도록 하여 가변용량 리액턴스부(50)의 용량이 조절되도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절방법을 보인 흐름도이다.
먼저 집전체(10)을 전압신호를 전압센서(20)에서 감지하고 전류신호를 전류센서(30)에서 감지하면, 전압위상차 값과 전류위상차 값을 측정한다(ST1).
그리고 제어부(40) 내의 전압비교부(41)에서는 전압센서(20)의 전압신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력하고, 전류 비교부(42)에서는 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력시키고, 마이크로프로세서(43)에서는 전압위상차 값과 전류위상차 값을 비교한다(ST2).
또한 공진 조건이 유지되는 기준에 대해 차이가 발생하는지 판별한다(ST3).
판별결과 차이가 발생하면, 마이크로프로세서(43)는 모터 드라이버(45)를 제어하여 가변용량 리액턴스부(50)의 용량을 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절한다(ST4). 이때 차이 발생이 전압 위상에 비하여 전류의 위상이 뒤에 있는 것이면 모터(70)의 구동에 의해 스크류(56)가 회전되도록 하여 가변용량 리액턴스부(50) 내의 고정 극판(52)과 유동 극판(55)이 많이 겹쳐지는 방향으로 이동되도록 하여 용량성 리액턴스를 크게 한다. 또한 차이 발생이 전압 위상에 비하여 전류의 위상이 앞에 있는 것이면 모터(70)의 구동에 의해 스크류(56)가 회전되도록 하여 가변용량 리액턴스부(50) 내의 고정 극판(52)과 유동 극판(55)이 적게 겹쳐지는 방향으로 이동되도록 하여 용량성 리액턴스를 작게 한다.
이러한 본 발명의 동작을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 장치의 동작은 전압의 위상을 알아내기 위해 전압센서(20)에서 전압을 읽어 들이고, 전류의 위상을 알아내기 위해 전류센서(30)가 전류를 읽어 들인다.
다음은 전압과 전류의 위상 차이를 읽어 들여서 전류의 위상이 전압에 비해 뒤지고 있으면, 유도성 리액턴스가 크다는 뜻이기 때문에, 제어부(40)가 가변용량 리액턴스부(50)를 가동하여 용량성 리액턴스를 크게 만든다.
만약 전류의 위상이 전압에 비해 앞서 있다면 용량성 리액턴스가 크다는 뜻이기 때문에, 제어부(40)는 가변용량 리액턴스부(50)를 가동하여 용량성 리액턴스를 작게 만든다.
따라서 제어부(40)는 항상 전압과 전류의 위상이 같아질 수 있도록 용량성 리액턴스 장치를 가동하여 용량성 리액턴스를 크게 하거나 또는 작게 하여 공진조건을 맞추게 되고, 결과적으로 최적의 공진상태를 유지함으로 최대효율로 무선전력을 수신(집전)하게 된다.
또한 필요에 따라서는 사용자 조작 스위치(44)를 이용하여 외부에서 제어기에 신호를 주어, 가변용량 리액턴스부(50)를 가동하여 용량성 리액턴스를 가변할 수 있기 때문에 콘덴서의 조합(용량)을 바꾸어 가면서 공진 위치를 찾아낼 필요없이 버튼만으로 스캔하듯 쉽게 공진 위치를 맞출 수 있게 된다.
수작업으로 콘덴서의 개수를 추가 하거나 빼내던 업무가 본 장치를 사용하면 수동으로 하더라도 용량성 리액턴스를 사용자 마음대로 바꿀 수 있기 때문에 시간과 노력을 절약할 수 있고, 자동으로 사용하면 실시간으로 추종하여 제어부(40)가 맞추어 주기 때문에 항상 최적의 상태를 유지할 수 있게 된다.
제어부(40)에서, 전압센서(20)와 전류센서(30)에서 신호가 들어오면, 전압비교부(41)와 전류비교부(42)를 사용하여 영(0) 전위와 비교하면 도 4에서와 같이, 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환 된다.
마이크로프로세서(43)는 입력받은 전압과 전류신호의 위상 차이를 측정하여, 전압에 비하여 전류의 위상이 뒤에 있으면 유도성 리액턴스가 큰 것이기 때문에 용량성 리액턴스를 크게 하기 위하여 모터(70)의 방향을 극판이 많이 겹쳐지는 방향으로 회전 시킨다.
전류의 위상이 앞쪽에 있으면 용량성 리액턴스가 큰 것이기 때문에 용량성 리액턴스를 줄이기 위해서 두 개의 극판인 고정 극판(52)과 유동 극판(55)의 겹쳐지는 면적이 작아지는 방향으로 모터를 회전 시킨다.
이러한 동작을 연속적으로 반복함으로서 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스를 같아지게 하고, 이를 통해 전압과 전류의 위상이 동일한 위상이 되고, 그로 인하여 최적의 공진조건이 만들어지며, 이는 최대의 효율로 무선전력을 수신(집전)하게 된다.
한편 가변용량 리액턴스부(50)를 구성하여 큰 용량의 용량성 리액턴스를 가변하기 위해서는 부피가 커지는 단점이 있기 때문에, 고정형 콘덴서(60)를 사용하여 필요한 용량보다 약간 작게 기본 용량을 맞추고 나머지 부분을 가변 용량으로 하여 구성한다.
기본 용량은 고정형 콘덴서(60)를 사용하고, 필요에 따라서 추가적으로 사용하여 필요한 용량을 맞추어 장착하며, 가변이 필요한 용량은 가변용량 리액턴스부(50)가 담당한다.
가변용량 리액턴스부(50)는 절연층(53)을 사이에 두고 고정 극판(52)과 유동 극판(55)을 여러층 적층하여 구성하는데, 가변이 필요한 유도성 리액턴스 용량에 따라서 극판의 넓이와 적층하는 층수를 결정한다.
적층한 두 개의 고정 극판(52)과 유동 극판(55)은 집전체(10)와 연결되는 단자에 각각 연결된다.
또한 스크류(56)에 연결된 모터의 정회전 또는 역회전에 의해 스크류가 회전하면, 고정자(51)와 연결되어 고정 극판(52)은 고정 상태가 되고, 유동자(54)와 연결된 유동 극판(55)은 유동 형태가 되어, 고정 극판(52)과 유동 극판(55)의 겹쳐지는 면적이 변경된다.
두 개의 극판인 고정 극판(52)과 유동 극판(55)의 겹쳐지는 면적이 변경되면, 콘덴서와 같은 원리로 캐패시턴스가 변경되고, 그것을 본 장치에서는 가변되는 용량성 리액턴스로 사용되게 된다.
이처럼 본 발명은 무선 전력전송 시스템의 수신(집전)단에서 전압과 전류의 위상을 측정하여 동일한 위상이 되도록 용량성 리액턴스를 자동으로 맞추어 최대의 전력효율로 전력이 수신(집전) 되게 되는 것이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 집전체
20 : 전압센서
30 : 전류센서
40 : 제어부
41 : 전압 비교부
42 : 전류 비교부
43 : 마이크로프로세서
44 : 사용자 조작 스위치
45 : 모터 드라이버
50 : 가변용량 리액턴스부
51 : 고정자
52 : 고정 극판
53 : 절연판
54 : 유동자
55 : 유동 극판
56 : 스크류
60 : 고정형 콘덴서
70 : 모터

Claims (5)

  1. 무선 전력전송 시스템에서 무선으로 전송되는 전력을 수신하는 집전체(10)와;
    상기 집전체(10)의 전압신호를 감지하는 전압센서(20)와;
    상기 집전체(10)의 전류신호를 감지하는 전류센서(30)와;
    상기 전압센서(20)의 전압신호와 상기 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 전압위상차와 전류위상차를 비교하고, 비교결과에 따라 모터(70)를 가동시켜 가변용량 리액턴스부(50)를 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절하는 제어부(40)와;
    상기 제어부(40)의 제어에 따라 조절되어 공진 조건이 유지되도록 하는 가변용량 리액턴스부(50)와;
    상기 집전체(10)와 연결되어 공진 조건이 유지되도록 하는 고정형 콘덴서(60)와;
    상기 제어부(40)의 제어에 따라 구동되어 상기 가변용량 리액턴스부(50)의 용량이 가변되도록 하는 모터(70);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 제어부(40)는,
    상기 전압센서(20)의 전압신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력하는 전압 비교부(41)와; 상기 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력하는 전류 비교부(42)와; 상기 전압 비교부(41)와 상기 전류 비교부(42)의 신호를 입력받아 전압위상차 값과 전류위상차 값을 측정하고 비교하여, 비교결과에 따라 모터 드라이버(45)를 제어하여 가변용량 리액턴스부(50)의 용량을 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절하는 마이크로프로세서(43)와; 상기 마이크로프로세서(43)를 사용자가 조작하도록 하는 사용자 조작 스위치(44)와; 상기 마이크로프로세서(43)의 제어를 받아 상기 모터(70)를 구동시키는 모터 드라이버(45);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변용량 리액턴스부(50)는,
    스크류(56)를 통해 상기 모터(70)와 고정형으로 연결되는 고정자(51)와;
    상기 고정자(51)에 연결되는 고정 극판(52)과;
    상기 고정자(51)에 연결되고 상기 고정 극판(52)과 유동 극판(55)을 절연시키는 절연판(53)과;
    상기 스크류(56)를 통해 상기 모터(70)와 유동형으로 연결되는 유동자(54)와;
    상기 유동자(54)에 연결되는 유동 극판(55)과;
    일단은 상기 모터(70)와 연결되고 타단은 상기 고정자(51)와 고정형으로 연결되며, 중간부분은 상기 유동자(54)와 유동형으로 연결되며, 상기 모터(70)의 구동에 따라 상기 유동자(54)의 위치가 조절되도록 하여 상기 가변용량 리액턴스부(50)의 용량이 조절되도록 하는 스크류(56);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치.
  4. 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절장치를 이용한 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절방법에 있어서,
    집전체(10)을 전압신호를 전압센서(20)에서 감지하고 전류신호를 전류센서(30)에서 감지하면, 전압위상차 값과 전류위상차 값을 측정하는 제 1 단계(ST1)와;
    상기 제 1 단계 후 제어부(40) 내의 전압비교부(41)에서는 전압센서(20)의 전압신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력하고, 전류 비교부(42)에서는 상기 전류센서(30)의 전류신호를 입력받아 영 전위와 비교하여 신호의 극성을 표현하는 신호로 변환시켜 출력시키고, 마이크로프로세서(43)에서는 전압위상차 값과 전류위상차 값을 비교하는 제 2 단계(ST2)와
    상기 제 2 단계 후 공진 조건이 유지되는 기준에 대해 차이가 발생하는지 판별하는 제 3 단계(ST3)와;
    상기 제 3 단계에서 차이가 발생하면, 상기 마이크로프로세서(43)는 모터 드라이버(45)를 제어하여 가변용량 리액턴스부(50)의 용량을 조절하여 공진 조건이 유지되도록 조절하고, 차이 발생이 전압 위상에 비하여 전류의 위상이 뒤에 있는 것이면 모터(70)의 구동에 의해 스크류(56)가 회전되도록 하여 상기 가변용량 리액턴스부(50) 내의 고정 극판(52)과 유동 극판(55)이 많이 겹쳐지는 방향으로 이동되도록 하여 용량성 리액턴스를 크게 하고, 차이 발생이 전압 위상에 비하여 전류의 위상이 앞에 있는 것이면 상기 모터(70)의 구동에 의해 상기 스크류(56)가 회전되도록 하여 상기 가변용량 리액턴스부(50) 내의 상기 고정 극판(52)과 상기 유동 극판(55)이 적게 겹쳐지는 방향으로 이동되도록 하여 용량성 리액턴스를 작게 하는 제 4 단계(ST4);
    를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력전송 시스템의 용량성 리액턴스 가변형 공진 자동 조절방법.
  5. 삭제
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107689692A (zh) * 2017-09-27 2018-02-13 华南理工大学 利用分数阶电感参与调谐的电场耦合式无线电能传输***
KR20180064219A (ko) * 2016-12-05 2018-06-14 동원건설산업 주식회사 소형 전기자동차용 최대 전력전달과 제어 안정화를 위한 무선충전 급집전 시스템 및 그 제어방법
US11275549B2 (en) 2019-11-04 2022-03-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Display apparatus and control method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009106136A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Toyota Motor Corp 電動車両および車両用給電装置
JP2010141977A (ja) * 2008-12-09 2010-06-24 Toyota Industries Corp 非接触電力伝送装置における電力伝送方法及び非接触電力伝送装置
JP2012139011A (ja) 2010-12-27 2012-07-19 Contec Co Ltd 非接触給電設備の２次側受電回路
JP5077340B2 (ja) * 2009-12-25 2012-11-21 トヨタ自動車株式会社 非接触受電装置およびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009106136A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Toyota Motor Corp 電動車両および車両用給電装置
JP2010141977A (ja) * 2008-12-09 2010-06-24 Toyota Industries Corp 非接触電力伝送装置における電力伝送方法及び非接触電力伝送装置
JP5077340B2 (ja) * 2009-12-25 2012-11-21 トヨタ自動車株式会社 非接触受電装置およびその製造方法
JP2012139011A (ja) 2010-12-27 2012-07-19 Contec Co Ltd 非接触給電設備の２次側受電回路

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180064219A (ko) * 2016-12-05 2018-06-14 동원건설산업 주식회사 소형 전기자동차용 최대 전력전달과 제어 안정화를 위한 무선충전 급집전 시스템 및 그 제어방법
CN107689692A (zh) * 2017-09-27 2018-02-13 华南理工大学 利用分数阶电感参与调谐的电场耦合式无线电能传输***
US11275549B2 (en) 2019-11-04 2022-03-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Display apparatus and control method thereof

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