KR20110134969A - 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치 및 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

무선 전력을 전송할 때, 전력수신을 원하지 않는 주변기기로의 전자기 간섭 발생문제를 해결하기 위한 적응적 전송 전력 조절 장치 및 방법을 제공한다. 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치는 주변기기로부터 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신하는 수신부, 상기 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭을 고려한 전력 전송 제어를 수행하는 전력 전송 제어부 및 상기 전력 전송 제어에 대한 정보 및 상기 제어에 따른 전력을 무선으로 전송하는 무선 전송부를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치 및 방법{ADAPTIVE TRANSMIT POWER CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE SUPPRESSION IN WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEMS}
기술분야는 무선 전력을 전송할 때, 전력수신을 원하지 않는 주변기기로의 전자기 간섭 발생문제를 해결하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 전력전송에 대한 연구는 휴대기기를 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선전력공급의 불편함 증가 및 기존 battery 용량의 한계 봉착 등을 극복하기 위해 시작되었다. 하지만, 무선 전력전송 시스템에서 전력송신기로부터 나오는 전자기 관련 신호는 전력수신을 원하지 않는 주변기기에 전자기 간섭효과를 발생시킬 수 있다.
즉, 전력송신기로부터 방출되는 자계 등 전자기 관련 에너지장이 전력을 수신하고자 하는 전력수신기뿐만 아니라 전력수신을 원하지 않는 주변기기들에게도 영향을 미칠 수 있다. 이렇게 전자기 에너지로 인해 주변기기에 미치는 간섭을 전자기 간섭 (Electromagnetic Interference, EMI, 전자파 장애) 이라고 한다. 전자기 간섭은 주변기기의 정상적인 동작을 방해하거나 원하지 않는 전력수신, 잡음 및 여러가지 장애현상을 일으키게 된다. 구체적으로 전력송신기로부터 방출되는 자장(magnetic field)의 변화는 정지한 주변기기의 도체에 전자기 유도현상으로 인한 전류를 발생시켜 비정상적인 동작을 일으킬 수 있다. 또한 전력송신기에서 발생된 static한 자장은 휴대기기 등이 자장의 주변을 이동하는 경우에도 휴대기기에 전류를 발생시켜 장애현상이 발생할 수 있다. 또한 전력송신기와 전력수신을 원하지 않는 주변기기가 공진조건이 비슷하게 되면 자기 공진 커플링(magnetic resonance coupling)이 발생할 수도 있어, 주변기기에 오동작을 일으킬 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 송신 전력 조절 장치는 주변기기로부터 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신하는 수신부, 상기 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭을 고려한 전력 전송 제어를 수행하는 전력 전송 제어부 및 상기 전력 전송 제어에 대한 정보 및 상기 제어에 따른 전력을 무선으로 전송하는 무선 전송부를 포함한다.
상기 전력 전송 제어에 대한 정보는 상기 무선 전송부를 구성하는 매칭 파라미터를 포함하고, 상기 전력 전송 제어부는 상기 매칭 파라미터를 현재 사용하고 있는 값과 다른 값으로 변경하는 매칭 파라미터 변경부를 포함할 수 있다.
상기 전력 전송 제어부는 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수를 다른 공진 주파수로 변경하는 공진 주파수 변경부를 포함할 수 있다.
상기 전력 전송 제어부는 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수에 대하여 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식으로 상기 공진 주파수를 변경하는 주파수 호핑 방식 변경부를 포함할 수 있다.
상기 전력 전송 제어부는 무선 전송되고 있는 전력량을 감소시키는 송신 전력 감소부를 포함할 수 있다.
상기 전력 전송 제어부는 상기 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭이 미치는 주변기기의 방향으로는 전력 전송을 하지 않도록 전송 전력의 방향을 변경하는 송신 전력 방향 변경부를 포함할 수 있다.
상기 무선 전송부는 이동체를 이용하여 이동하며 전력을 송신할 수 있다.
상기 주변기기는 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 주기적으로 측정하는 측정부, 상기 측정된 전자기 간섭에 대하여 상기 주변기기에 기 설정된 임계값 이상으로 전자기 간섭이 증가하였는지 여부를 판단하는 판단부 및 상기 기 설정된 임계값보다 상기 측정된 전자기 간섭이 증가한 경우, 상기 전자기 간섭과 관련된 정보를 전송하는 정보 전송부를 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 장치는 무선 전력 전송 장치에서 전송된, 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 전력 전송 제어에 대한 정보를 수신하는 수신부, 상기 수신된 정보에 기초하여 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 방식과 매칭이 되도록 전력 수신 장치를 제어하는 매칭부 및 상기 매칭된 방식에 기초하여 상기 무선 전력전송 장치로부터 전력을 수신하는 전력 수신부를 포함한다.
상기 매칭부는 상기 무선 전력 전송 장치에서 변경된 매칭 파라미터에 대응하여 임피던스 매칭의 방식으로 상기 전력 수신 장치를 제어할 수 있다.
상기 매칭부는 상기 무선 전력 전송 장치에서 변경된 공진 주파수에 대응하여 상기 공진 주파수와 일치하도록 상기 전력 수신 장치의 주파수를 변경할 수 있다.
상기 매칭부는 상기 무선 전력 전송 장치에서 적용된 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식에 대응하여 상기 호핑 방식과 동일한 방식으로 상기 전력 수신 장치의 주파수를 변경할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법은 주변기기로부터 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭을 고려한 전력 전송 제어를 수행하는 단계 및 상기 전력 전송 제어에 대한 정보 및 상기 제어에 따른 전력을 무선으로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 매칭 파라미터의 변경, 공진 주파수의 변경, 주파수의 호핑 방식에 의한 공진 주파수의 변경, 송신 전력의 감소, 송신 전력 방향의 변경 중 적어도 어느 하나를 통하여 전력 전송 제어를 수행할 수 있다.
상기 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 상기 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 제1 전력 전송 제어를 수행하는 단계 및 상기 제1 전력 전송 제어를 수행한 결과 상기 주변기기로부터 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 제2 전력 전송 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 상기 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 매칭 파라미터를 현재 사용하고 있는 값과 다른 값으로 변경하고, 상기 제2 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수를 다른 공진 주파수로 변경할 수 있다.
상기 제1 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 상기 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭이 미치는 주변기기의 방향으로는 전력 전송을 하지 않도록 전송 전력의 방향을 변경하고, 상기 제2 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수에 대하여 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식으로 상기 공진 주파수를 변경할 수 있다.
상기 주변기기는 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 주기적으로 측정하는 단계, 상기 측정된 전자기 간섭에 대하여 상기 주변기기에 기 설정된 임계값 이상으로 전자기 간섭이 증가하였는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 기 설정된 임계값보다 상기 측정된 전자기 간섭이 증가한 경우, 상기 전자기 간섭과 관련된 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 방법은 무선 전력 전송 장치에서 전송된, 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 전력 전송 제어에 대한 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 정보에 기초하여 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 방식과 매칭이 되도록 전력 수신 장치를 제어하는 단계 및 상기 매칭된 방식에 기초하여 상기 무선 전력전송 장치로부터 전력을 수신하는 단계를 포함한다.
무선전력전송 시스템에서, 무선전력송신기가 주변의 전기기기들에게 미칠 수 있는 전자기 간섭 현상을 감소 및 제거하여, 주변기기에 미치는 불필요한 오동작이나 원하지 않는 전력수신, 잡음 및 장애현상 발생을 방지한다.
도 1은 일측에 따른 무선 전력전송 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 일측에 따른 무선 전력전송 시스템에서 전자기 간섭을 나타낸 도면이다.
도 3은 일측에 따른 무선 전력전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치의 블록도이다.
도 4는 일측에 따른 전력전송 제어부의 블록도이다.
도 5는 일측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 장치의 블록도이다.
도 6은 일측에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 8은 다른 일측에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 커패시터의 삽입 위치를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 10은 일측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법의 흐름도이다.
도 11은 일측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 송수신 전력 조절 방법의 흐름도이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 무선 전력전송 시스템에 이용되는 무선 전력전송 기술을 설명한다. 무선전력전송 기술은 크게 전자기 유도 방식, 전파 수신 방식, 전장 혹은 자장의 공진방식 등 3가지 방식으로 구분할 수 있다.
첫째, 전자기 유도 방식은 서로 다른 두 개의 코일을 가까이 접근 시킨 후 한쪽 코일에 교류 전류를 흐르게 하면 자속이 발생하게 되고 이를 통해 다른 코일 한쪽에도 기전력이 발생하는 현상을 이용한다. 전자기 유도방식은 전력 이용 효율이 대략 60~98%에 이르는 등 고효율 및 실용화가 가장 많이 진행되어 있다.
둘째, 전파 수신 방식은 전파 에너지를 안테나로 수신하여 이용하는 것으로 교류 전파 파형을 정류회로를 통해 직류로 변환하여 전력을 얻는다. 전파수신방식은 가장 긴 거리간(수 m 이상) 무선전력전송이 가능하다.
셋째, 공진방식은 전장 혹은 자장의 공진을 이용한 것으로 기기간에 동일 주파수로 공진하여 에너지를 전달한다. 자장의 공진을 이용하는 경우 LC공진기 구조를 활용한 자계공진(magnetic resonance coupling)을 이용하여 전력을 발생시킨다. 자계공진방식은 사용 주파수의 파장에 비해 짧은 거리의 근접장(near field)효과를 이용하는 기술로써, 전파 수신 방식과는 달리 비방사형(non-radiative) 에너지 전송이며, 송수신부간의 공진주파수를 일치시켜 전력을 전송한다. 자계공진방식을 통해 전력 전송효율은 약 50~60% 정도로 높아지며, 이 정도의 효율은 전파 방사를 통한 전파 수신형 보다 상당히 높은 것이다. 송수신기간 거리는 약 수 m로써, 비록 전파 수신 방식보다는 근거리에서 사용되는 기술이나, 수 mm 이내의 전자 유도형 방식보다는 매우 먼 거리에서도 전력 전송이 가능하게 된다.
도 1은 일측에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1의 예에서, 무선 전력 전송 시스템을 통해 전송되는 무선 전력은 공진 전력(resonance power)이라 가정한다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 즉, 무선 전력 전송 시스템은 소스에 해당하는 공진 전력 전송 장치(110)와 타겟에 해당하는 공진 전력 수신 장치(120)를 포함한다.
공진 전력 전송 장치(110)는 외부의 전압 공급기로부터 에너지를 수신하여 공진 전력을 발생시키는 소스부(111) 및 소스 공진기(115)를 포함한다. 이때, 외부의 전압 공급원은 AC, DC 및 배터리 등이 될 수 있다. 또한, 공진 전력 전송 장치(110)는 공진주파수 또는 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 제어부(Matching control)(113)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 공진 전력 전송 장치(110)는 공진 주파수 대역을 이용하여 공진 전력 수신 장치(120)에 데이터를 전송할 수 있다.
소스부(111)는 외부의 전압 공급기로부터 에너지를 수신하여 공진 전력을 발생시킨다. 소스부(111)는 외부 장치로부터 입력되는 교류 신호의 신호 레벨을 원하는 레벨로 조정하기 위한 AC-AC Converter, AC-AC Converter로부터 출력되는 교류 신호를 정류함으로써 일정 레벨의 DC 전압을 출력하는 AC-DC Converter, AC-DC Converter에서 출력되는 DC 전압을 고속 스위칭함으로써 수 MHz ~ 수십MHz 대역의 AC 신호를 생성하는 DC-AC Inverter를 포함할 수 있다. 또한, 소스부(111)는 고정된 위치에 있는 것이 아니라 움직이는 이동체를 통하여 이동하면서 타겟부(125)에 공전 전력을 전송할 수 있다. 예를 들면, 소스부(111)는 이동하는 로봇장치에 포함될 수 있다.
매칭 제어부(Matching control)(113)는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 소스 공진기(115)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 매칭 제어부(Matching control)(113)는 소스 공진 대역폭 설정부(도시 되지 않음) 또는 소스 매칭 주파수 설정부(도시 되지 않음) 중 적어도 하나를 포함한다. 소스 공진 대역폭 설정부는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth)을 설정한다. 소스 매칭 주파수 설정부는 소스 공진기(115)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 이때, 소스 공진기의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 소스 공진기의 임피던스 매칭 주파수 설정에 따라서 소스 공진기(115)의 Q-factor가 결정될 수 있다.
소스 공진기(115)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 타겟 공진기로 전달(transferring)한다. 즉, 소스 공진기(115)는 타겟 공진기(121)와의 마그네틱 커플링(101)을 통해 공진 전력을 타겟 장치(120)로 전달한다. 이때, 소스 공진기(115)는 설정된 공진 대역폭 내에서 공진한다.
공진 전력 수신 장치(120)는 타겟 공진기(121), 공진주파수 또는 임피던스 매칭을 수행하는 Matching control부(123) 및 수신된 공진 전력을 부하로 전달하기 위한 타겟부(125)를 포함한다. 또한, 공진 전력 수신 장치(120)는 공진 주파수 대역을 이용하여 공진 전력 전송 장치(110)으로부터 데이터를 전송받을 수 있다.
타겟 공진기(121)는 소스 공진기(115)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 이때, 타겟 공진기(121)는 설정된 공진 대역폭 내에서 공진한다.
Matching control부(123)는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수 중 적어도 하나를 설정한다. Matching control부(123)는 타겟 공진 대역폭 설정부(도시 되지 않음) 또는 타겟 매칭 주파수 설정부(도시 되지 않음) 중 적어도 하나를 포함한다. 타겟 공진 대역폭 설정부는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth)을 설정한다. 타겟 매칭 주파수 설정부는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 이때, 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수 설정에 따라서 타겟 공진기(121)의 Q-factor가 결정될 수 있다.
타겟부(125)는 수신된 공진 전력을 부하로 전달한다. 이때, 타겟부(125)는 소스 공진기(115)로부터 타겟 공진기(121)로 수신되는 AC 신호를 정류하여 DC 신호를 생성하는 AC-DC Converter와, DC 신호의 신호 레벨을 조정함으로써 정격 전압을 디바이스(device) 또는 부하(load)로 공급하는 DC-DC Converter를 포함할 수 있다. 상기 공진 전력을 수신할 수 있는 부하에는 디지털 액자, 스피커, 청소기, 드라이기, 면도기 등을 비롯한 다양한 가전제품, 노트북 PC, 컴퓨터 및 그 주변기기, 그리고 휴대폰, 디지털 카메라, 캠코더, MP3 player, PDA 등 각종 휴대기기, 이밖에 펨토셀 기지국, 다양한 센서 및 조명기기 등이 포함될 수 있다.
소스 공진기(115) 및 타겟 공진기(121)는 헬릭스(helix) 코일 구조의 공진기 또는 스파이럴(spiral) 코일 구조의 공진기, 또는 meta-structured 공진기로 구성될 수 있다. meta-structured 공진기에 대한 설명은 도 6이하에서 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 큐-펙터의 제어 과정은, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 및 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭을 설정하고, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 사이의 마그네틱 커플링을 통해 전자기(electromagnetic) 에너지를 상기 소스 공진기(115)로부터 상기 타겟 공진기(121)로 전달(transferring)하는 것을 포함한다. 이때, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭은 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭 보다 넓거나 좁게 설정될 수 있다. 즉, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭이 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭 보다 넓거나 좁게 설정됨으로써, 소스 공진기의 BW-factor와 상기 타겟 공진기의 BW-factor는 서로 불평형(unbalance) 관계가 유지된다.
공진 방식의 무선 전력 전송에서, 공진 대역폭은 중요한 factor이다. 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 사이의 거리 변화, 공진 임피던스의 변화, 임피던스 미스 매칭, 반사 신호 등을 모두 고려한 Q-factor를 Qt라 할 때, Qt는 수학식 1과 같이 공진 대역폭과 반비례 관계를 갖는다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서, f0는 중심주파수,
Figure pat00002
는 대역폭,
Figure pat00003
는 공진기 사이의 반사 손실, BWS는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭, BWD는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭을 나타낸다. 본 명세서에서 BW-factor는 1/ BWS 또는 1/BWD를 의미한다.
한편, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 간의 거리가 달라지거나, 둘 중 하나의 위치가 변하는 등의 외부 영향에 의하여, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 간의 임피던스 미스 매칭이 발생할 수 있다. 임피던스 미스 매칭은 전력 전달의 효율을 감소시키는 직접적인 원인이 될 수 있다. 매칭 제어부(Matching control)(113)는 전송신호의 일부가 반사되어 돌아오는 반사파를 감지함으로써, 임피던스 미스 매칭이 발생한 것으로 판단하고, 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 또한, 매칭 제어부(Matching control)(113)는 반사파의 파형 분석을 통해 공진 포인트를 검출함으로써, 공진 주파수를 변경할 수 있다. 여기서, 매칭 제어부(Matching control)(113)는 반사파의 파형에서 진폭(amplitude)이 최소인 주파수를 공진 주파수로 결정할 수 있다.
즉, 공진 전력 전송 장치(110)는 공진 전력 수신 장치 (120)와 전력뿐만 아니라 데이터의 교환도 가능하며 전력전송용 주파수대역을 동시에 같이 사용할 수도 있고 별도의 독립적인 주파수대역을 사용할 수도 있다. 공진 전력 수신 장치(120)는 전력을 수신하여 부하에 공급하게 된다. 이때 공진 전력 전송 장치(110)에서 방출된 에너지 장은 주변 시스템에 여러 가지 불필요한 영향을 줄 수 있다.
도 2는 일측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭을 나타낸 도면이다.
도 2는 무선 전력 전송 장치에서 주변기기에 미치는 전자기 간섭 및 상기 전자기 간섭을 해결하기 위한 데이터 교환을 나타낸다. 주변기기는 자신에게 미치는 전자기 간섭을 측정하여 상기 전자기 간섭과 관련된 데이터를 무선 전력 전송 장치로 보고함으로써 무선 전력 전송 장치가 전력을 조절할 수 있도록 한다. 여기서 주변기기는 무선 전력 전송 장치로부터 직, 간접적으로 전자기 간섭을 받는 전기기기를 의미한다.
먼저, 무선 전력 전송 장치와 주변기기간에는 데이터통신이 가능함을 전제한다. 주변기기는 자신에게 미치는 전자기간섭을 주기적으로 측정하고 측정된 결과를 모니터링한다. 측정된 결과의 모니터링은 주변기기의 정상적인 동작에 필요한 기기내의 전류의 세기, 소모되는 전력의 크기 등을 관찰하여 비정상적인 수치가 관찰되거나, 기기내의 오동작 발생여부를 관찰하는 방법 등을 사용할 수 있다. 주변기기는 상기 방법을 통하여 전자기 간섭을 모니터링 한 결과 이상징후가 관찰되면 상기 전자기 간섭에 관한 정보를 무선 전력 전송 장치로 전송한다. 여기서 상기 전자기 간섭 관련 정보는 예를 들면, 전자기 간섭(EMI) 감소요청 신호 혹은 전자기 간섭(EMI) 발생기기의 위치정보 등을 포함할 수 있다. 이때 전자기 간섭(EMI) 감소요청 신호의 송신은 예를 들면, 주변기기가 기 설정된 임계값 이상으로 전자기 간섭이 증가했다고 판단하면 전자기 간섭(EMI) 감소요청 신호를 송신하고, 만약 기 설정된 임계값 보다 작다면 송신하지 않는 방법을 사용할 수 있다.
도 3은 일측에 따른 무선 전력전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 적응적 송신 전력 조절 장치는 수신부(310), 전력 전송 제어부(320), 무선 전송부(330)를 포함한다.
수신부(310)는 주변기기로부터 주변기기에 미치는 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신한다. 주변기기는 주기적으로 무선 전력 전송 장치로부터 미치는 전자기 간섭을 측정하고 모니터링 한다. 주변기기에 미치는 전자기 간섭이 기 설정된 임계값 이상이 되는 경우에 주변기기는 무선 전력 전송 장치로 전자기 간섭과 관련된 정보를 송신할 수 있다. 따라서, 수신부(310)는 주변기기로부터 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신한다. 전자기 간섭과 관련된 정보는 전자기 간섭(EMI) 감소요청 신호 혹은 전자기 간섭(EMI) 발생기기의 위치정보 등을 포함할 수 있다.
또한, 전력 전송 제어부(320)는 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 전자기 간섭을 고려한 전력 전송 제어를 수행한다. 전자기 간섭과 관련된 정보는 주변기기로부터 전자기 간섭 감소요청 신호, 전자기 간섭이 발생하는 주변기기의 위치정보 등을 포함할 수 있다. 전력 전송 제어부(320)는 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 전력 전송 제어를 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 전력 전송 제어의 다양한 수행 방법은 도 4에서 상세히 설명한다.
또한, 무선 전송부(330)는 전력 전송 제어에 대한 정보 및 제어에 따른 전력을 무선으로 전송한다. 무선 전송부(330)는 전자기 간섭을 줄이기 위해 사용한 전력 전송 제어에 대한 정보를 무선 전력 수신 장치에 송신한다. 여기서 전력 전송 제어에 대한 정보는 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 줄이기 위해 전력 전송 제어부(320)에서 적용된 방식으로 매칭 파라미터의 변경, 주파수의 변경, 주파수의 호핑 방식에 의한 변경, 송신 전력의 감소, 송신 전력 방향의 변경 등을 포함할 수 있다. 또한, 전력 전송 제어에 대한 정보는 무선 전송부(330)를 구성하는 매칭 파라미터를 포함할 수 있다. 매칭 파라미터는 무선 전력 전송 장치의 공진 주파수를 형성하는 임피던스, 리액턴스와 관련된 물리적 소자 값들을 의미할 수 있다.
또한, 무선 전송부(330)는 무선 전력 수신 장치에 전력 또는 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 무선 전송부(330)는 이동체를 통하여 이동하며 전력을 전송할 수 있다. 즉, 고정된 위치에서 무선 전력 전송을 수행하는 것이 아니라 이동체를 이용하여 이동 가능하도록 기 설정된 영역에서 이동하면서 전력을 전송할 수 있다. 이때 이동체는 로봇장치를 포함할 수 있다.
또한, 수신부(310)에 전자기 간섭과 관련된 정보를 전송하는 주변기기는 측정부, 판단부, 정보 전송부를 포함할 수 있다. 측정부는 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 주기적으로 측정할 수 있다. 전자기 간섭을 측정함에 있어서 주변기기의 정상적인 동작에 필요한 기기내의 전류의 세기, 소모되는 전력의 크기 등을 측정할 수 있다. 판단부는 측정된 전자기 간섭에 대하여 주변기기에 기 설정된 임계값 이상으로 전자기 간섭이 증가하였는지 여부를 판단할 수 있다. 각 주변기기마다 정상적인 동작 가능 범위의 전자기 간섭에 대한 임계값이 기 설정될 수 있다. 정보 전송부는 기 설정된 임계값보다 측정된 전자기 간섭이 증가한 경우, 전자기 간섭과 관련된 정보를 전송할 수 있다. 전자기 간섭과 관련된 정보는 전자기 간섭(EMI) 감소요청 신호 혹은 전자기 간섭(EMI) 발생기기의 위치정보 등을 포함할 수 있다.
도 4는 일측에 따른 전력 전송 제어부(320)의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 전력 전송 제어부(320)는 매칭 파라미터 변경부(410), 공진 주파수 변경부(420), 주파수 호핑 방식 변경부(430), 송신 전력 감소부(440), 송신 전력 방향 변경부(450)를 포함할 수 있다.
매칭 파라미터 변경부(410)는 무선 전송부(330)를 구성하는 매칭 파라미터(임피던스, 리액턴스)를 현재 사용하고 있는 값과 다른 값으로 변경할 수 있다. 매칭 파라미터는 현재 무선 전력 송신 장치로부터 전송되는 전력의 세기, 공진을 일으키는 주파수, 방출되는 자장 등과 관련된 물리적 값들을 의미한다. 예를 들면, 무선 전송부(330)를 구성하는 회로의 저항, 인덕터, 캐패시터로 이루어진 임피던스, 리액턴스 성분일 수 있다. 매칭 파라미터 변경부(410)는 매칭 파라미터를 변경함에 따라 주변기기에 미치는 전자기 간섭 및 주변기기로의 전력 전송량을 감소시킬 수 있다.
또한, 공진 주파수 변경부(420)는 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수를 다른 공진 주파수로 변경할 수 있다. 공진 주파수의 변경은 주변기기로 약하게 영향을 미치고 있던 공진 현상들의 전자기 간섭 및 주변기기로의 전력 전송량을 감소시킬 수 있다.
또한, 주파수 호핑 방식 변경부(430)는 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수에 대하여 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식으로 상기 공진 주파수를 변경할 수 있다. 주파수 호핑에서 일정 패턴이라 함은 기 설정된 주파수 대역에서 일정 대역폭으로 반복해서 주파수를 변경하는 것을 의미할 수 있다. 주파수 호핑 방식은 스펙트럼 확산 방식을 이용할 수 있다. 주파수 호핑 방식 변경부(430)는 주파수 호핑 방식으로 공진 주파수를 변경함으로써 특정한 주변기기와 공진 주파수가 일치하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전력 전송에서 동일한 주파수 호핑 방식으로 인증된 전력 수신 장치에만 전력을 전송할 수 있게 함으로써 보안성을 높일 수 있다.
또한, 송신 전력 감소부(440)는 무선 전송되고 있는 전력량을 감소시킬 수 있다. 송신 전력 감소부(440)는 주변기기로 원하지 않는 전력 전송을 피하기 위해 송신되는 전력을 감소시킬 수 있다. 송신 전력 감소부(440)는 전력 수신을 감소시킴으로써, 전력 수신을 원하는 무선 전력 수신 장치로의 전력량을 감소 시킬 수 있으므로 주변기기로의 전자기 간섭이 치명적인 경우에 사용할 수 있다.
또한, 송신 전력 방향 변경부(450)는 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭이 미치는 주변기기의 방향으로는 전력 전송을 하지 않도록 전송 전력의 방향을 변경할 수 있다. 전자기 간섭과 관련된 정보는 전자기 간섭을 받는 주변기기의 위치 및 방향에 대한 정보를 포함할 수 있다. 송신 전력 방향 변경부(450)는 주변기기의 위치 및 방향에 대한 정보에 기초하여 주변기기의 방향으로 전력 전송이 이루어지지 않도록 방향을 변경할 수 있다. 또한, 송신 전력 방향 변경부(450)는 주 송신 장치와 부 송신 장치로 구성된 무선 전력 전송 장치를 이용하여 무선 전력 수신 장치로부터 전력 전송을 요청받은 경우에만 부 송신 장치를 통하여 전력을 전송함으로써 송신 전력 방향을 변경할 수 있다. 이때 부 송신 장치는 주 송신 장치 주변에 복수 개 위치하여 무선 전력 수신 장치로부터 전력 전송을 요청받은 부 송신 장치만 동작할 수 있다. 또한, 주 송신 장치와 부 송신 장치는 서로 연결되어 송신 장치가 무선 전력 수신 장치로부터 전력 전송을 요청받은 경우 무선 전력 수신 장치의 방향으로 부 송신 장치가 회전하고, 주 송신 장치는 부 송신 장치를 통하여 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송할 수 있다.
또한, 전력 전송 제어부(320)에서 적용되는 제어 방법들은 각각 독립적으로 혹은 여러 방법들이 순차적으로 사용될 수 있다. 즉, 전력 전송 제어부(320)는 매칭 파라미터 변경 후 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 다시 고려하여 주파수 변경의 방법을 적용할 수도 있다. 제어 방법이 순차적으로 사용될 경우, 먼저 가장 효율적인 방법이 사용되고 난 후, 주변기기로의 전자기 간섭 잔존여부를 다시 확인하고 그 다음의 효율적인 방법을 사용하도록 한다. 여기서 효율적인 방법이란 무선 전력 전송 장치에서 구현하기에 복잡도가 낮고, 비용이 상대적으로 저렴하며, 무선 전력 전송 장치간에 전력 송수신효율이 높게 유지될 수 있는 방법을 의미한다.
도 5는 일측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 적응적 수신 전력 조절 장치는 수신부(510), 매칭부(520), 전력 수신부(530)를 포함한다.
수신부(510)는 무선 전력 전송 장치에서 전송된, 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 전력 전송 제어에 대한 정보를 수신한다. 전력 전송 제어에 대한 정보는 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 줄이기 위해 전력 전송 제어부(320)에서 적용된 방식으로 매칭 파라미터의 변경, 주파수의 변경, 주파수의 호핑 방식에 의한 변경, 송신 전력의 감소, 송신 전력 방향의 변경 등을 포함할 수 있다.
또한, 매칭부(520)는 수신된 전력 전송 제어에 대한 정보에 기초하여 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 방식과 매칭이 되도록 전력 수신 장치를 제어한다. 매칭부(520)는 수신된 전력 전송 제어 방식이 다양할 수 있으므로 상기 전력 제어 방식에 따라 매칭이 되도록 전력 수신 장치를 제어한다. 따라서, 매칭부(520)는 무선 전력 전송 장치에서 적용된 매칭 파라미터의 변경에 대응하여 전력을 최대로 수신할 수 있도록 임피던스를 매칭할 수 있다. 또한, 매칭부(520)는 무선 전력 전송 장치에서 변경된 공진 주파수에 대응하여 상기 공진 주파수와 일치하도록 전력 수신 장치의 주파수를 변경할 수 있다. 또한, 매칭부(520)는 무선 전력 전송 장치에서 적용된 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식에 대응하여 상기 호핑 방식과 동일한 방식으로 전력 수신 장치의 주파수를 변경할 수 있다. 매칭부(520)는 무선 전력 전송 장치에서 적용된 전송 제어 방식과 매칭이 되도록 전력 수신 장치를 제어함으로써, 전력 송수신 장치간에 전력 송수신 효율을 지속적으로 유지할 수 있다.
또한, 전력 수신부(530)는 매칭된 방식에 기초하여 무선 전력전송 장치로부터 전력을 수신한다. 전력 수신부(530)는 매칭된 상태에서 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신함으로써 지속적으로 전력 송수신 효율을 유지할 수 있다.
도 6는 일측에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, meta-structured 공진기는 전송 선로(610) 및 커패시터(620)를 포함한다. 여기서 커패시터(620)는 전송 선로(610)의 특정 위치에 직렬로 삽입되고, 전계(electric field)는 커패시터에 갇히게 된다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 meta-structured 공진기는 3차원 구조의 형태를 갖는다. 도 6에 도시된 것과 달리 공진기는 전송 선로가 x, z평면에 배치된 2차원 구조로의 구현될 수 있다.
커패시터(620)는 집중 소자(lumped element 및 분산 소자(distributed element), 예를 들어 interdigital 커패시터나 높은 유전율을 갖는 기판을 가운데다 둔 gap 커패시터 등의 형태로 전송 선로(610)에 삽입된다. 커패시터(620)가 전송 선로(610)에 삽입됨에 따라 상기 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다.
여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다. 대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 1보다 작은 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.
이 때, 집중 소자로서 삽입된 커패시터의 커패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 상기 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 커패시터의 커패시턴스를 적절히 조절함으로써, 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다.
상기 MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 커패시터를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접 필드(near field)에서 전계는 전송 선로(610)에 삽입된 직렬 커패시터(620)에 집중되므로, 직렬 커패시터(620)로 인하여 근접 필드에서는 자계(magnetic field)가 도미넌트(dominant)해진다.
또한, MNG 공진기는 집중 소자로의 커패시터(620)을 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, MNG 공진기는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(630)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기(630)는 MNG 공진기와의 결합을 위해 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기(630)에 의해 MNG 공진기의 임피던스는 조절된다. 그리고, 전류는 커넥터(640)를 통하여 MNG 공진기로 유입되거나 MNG 공진기로부터 유출된다.
또한, 도 6에 명시적으로 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 MNG 공진기가 갖는 특성들에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.
도 7은 도 6에 도시된 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 공진기는 도 7에 도시된 등가 회로로 모델링될 수 있다. 도 7의 등가 회로에서 CL은 도 6의 전송 선로의 중단부에 집중 소자의 형태로 삽입된 커패시터를 나타낸다.
이 때, 도 6에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 영번째 공진 특성을 갖는다. 즉, 전파 상수가 0인 경우, 무선 전력 전송을 위한 공진기는
Figure pat00004
를 공진 주파수로 갖는다고 가정한다. 이 때, 공진 주파수
Figure pat00005
는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 여기서, MZR은 Mu Zero Resonator를 의미한다.
[수학식 2]
Figure pat00006
상기 수학식 2를 참조하면, 공진기의 공진 주파수
Figure pat00007
는
Figure pat00008
에 의해 결정될 수 있고, 공진 주파수
Figure pat00009
와 공진기의 물리적인 사이즈는 서로 독립적일 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 공진 주파수
Figure pat00010
와 공진기의 물리적인 사이즈가 서로 독립적이므로, 공진기의 물리적인 사이즈는 충분히 작아질 수 있다.
도 8은 다른 일측에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, meta-structured 공진기는 전송선로부(810) 및 커패시터(820)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진기는, 피딩부(830)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
전송선로부(810)는 복수의 전송 선로 쉬트(Sheet)가 병렬로 배치된다. 복수의 전송 선로 쉬트가 병렬로 배치되는 구성은, 도 9를 통하여 보다 상세하기 설명하기로 한다.
커패시터(820)는, 전송선로부(810)의 특정 위치에 삽입된다. 이때, 커패시터(820)는 전송선로부(810)의 중단에 직렬로 삽입될 수 있다. 이때, 공진기에 생성되는 전계(electric field)는 커패시터(820)에 갇히게 된다.
커패시터(820)는 집중 소자(lumped element 및 분산 소자(distributed element), 예를 들어 interdigital 커패시터나 높은 유전율을 갖는 기판을 가운데다 둔 gap 커패시터 등의 형태로 전송선로부(810)에 삽입될 수 있다. 커패시터(820)가 전송선로부(810)에 삽입됨에 따라, 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다.
피딩부(830)는 MNG 공진기에 전류를 공급(feeding)하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 피딩부(830)는, 공진기로 공급되는 전류를 복수의 전송 선로 쉬트로 균등하게 분배되도록 설계될 수 있다.
도 9는 도 8의 커패시터(820)의 삽입 위치를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 커패시터(820)는 전송선로부(810)의 중단부에 삽입된다. 이때, 전송선로부(810)의 중단부는 커패시터(820)가 삽입될 수 있도록 오픈(open)된 형태일 수 있으며, 각각의 전송 선로 쉬트들(810-1, 810-2, 810-n)은 중단부에서 서로 병렬 연결된 형태로 구성될 수 있다.
도 10은 일측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법의 흐름도이다.
무선 전력 전송 시스템은 소스에 해당하는 무선 전력 전송 장치와 타겟에 해당하는 무선 전력 수신 장치를 포함한다.
1010단계에서 소스는 주변기기로부터 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신한다. 전자기 간섭과 관련된 정보는 전자기 간섭(EMI) 감소요청 신호 혹은 전자기 간섭(EMI) 발생기기의 위치정보 등을 포함할 수 있다.
또한, 1020단계에서 소스는 수신된 정보에 기초하여 전자기 간섭을 고려한 전력 전송 제어를 수행한다. 소스는 전력 전송 제어를 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 여기서 전력 전송 제어의 다양한 방법은 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 줄이기 위한 것으로 매칭 파라미터의 변경, 주파수의 변경, 주파수의 호핑 방식에 의한 변경, 송신 전력의 감소, 송신 전력 방향의 변경 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제어 방법들은 각각 독립적으로 혹은 여러 방법들이 순차적으로 사용될 수 있다. 즉, 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 제1 전력 전송 제어를 수행하는 단계 및 상기 제1 전력 전송 제어를 수행한 결과 상기 주변기기로부터 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 제2 전력 전송 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 제1 전력 전송 제어를 수행 방식 및 제2 전력 전송 제어를 수행 방식은 매칭 파라미터의 변경, 주파수의 변경, 주파수의 호핑 방식에 의한 변경, 송신 전력의 감소, 송신 전력 방향의 변경 등을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 소스는 제1 전력 전송 제어를 수행하는 단계에서 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 매칭 파라미터를 현재 사용하고 있는 값과 다른 값으로 변경할 수 있다. 소스는 상기 변경된 값에 대하여 주변기기로부터 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신할 수 있다. 소스는 다시 제2 전력 전송 제어를 수행하는 단계에서 상기 수신된 정보에 기초하여 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수를 다른 공진 주파수로 변경할 수 있다. 또한, 소스는 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 전자기 간섭이 미치는 주변기기의 방향으로는 전력 전송을 하지 않도록 전송 전력의 방향을 변경하고, 상기 변경된 값에 대하여 주변기기로부터 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보에 기초하여 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수에 대하여 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식으로 상기 공진 주파수를 변경할 수 있다. 이때 주변기기는 주기적으로 전자기 간섭에 대한 정보를 무선 전력 전송 장치에 전송함으로써, 주변기기에 미치는 전자기 간섭에 대한 정보를 갱신할 수 있다.
또한, 1030단계에서 소스는 전력 전송 제어에 대한 정보 및 제어에 따른 전력을 무선으로 전송한다. 소스는 전자기 간섭을 줄이기 위해 사용한 전력 전송 제어에 대한 정보를 무선 전력 수신 장치에 송신한다.
또한, 소스에 전자기 간섭에 관한 정보를 전송하는 주변기기는 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 주기적으로 측정하는 단계, 상기 측정된 전자기 간섭에 대하여 상기 주변기기에 기 설정된 임계값 이상으로 전자기 간섭이 증가하였는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 기 설정된 임계값보다 상기 측정된 전자기 간섭이 증가한 경우, 상기 전자기 간섭과 관련된 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
도 11은 일측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 송수신 전력 조절 방법의 흐름도이다.
도 11은 주변기기, 무선 전력 전송부, 무선 전력 수신부간에 발생하는 기능을 시간의 흐름에 따라 나타낸 것이다.
무선 전력 전송 장치가 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송(1103)할 때, 무선 전력 전송 장치 주변에 있는 전기기기들은 전자기 간섭(1101)을 받을 수 있다. 전자기 간섭을 받는 주변기기는 전자기 간섭(EMI)을 측정(1105)하고, 일반적으로 허용되는 범위의 전자기 간섭범위인지 모니터링 하여 이상여부를 판단한다(1107). 이상이 있는 경우 주변기기는 전자기 간섭에 관련된 정보를 무선 전력 전송 장치로 전송한다(1109). 전자기 간섭에 관련된 정보, 즉, 전자기 간섭 감소요청 신호, 주변기기의 위치정보 등에 기초하여 무선 전력 전송 장치는 전력 전송을 제어한다(1111). 전력 전송 제어 방식은 매칭 파라미터의 변경, 주파수의 변경, 주파수의 호핑 방식에 의한 변경, 송신 전력의 감소, 송신 전력 방향의 변경 등을 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 새롭게 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하고(1117), 무선 전력 수신 장치에서 수신 효율을 계속적으로 유지할 수 있도록 전력 전송 제어 방식에 관한 정보도 전송한다. 이때 무선 전력 전송 장치는 주변기기에 전자기 간섭을 줄 수 있으므로(1113) 주변기기는 주기적으로 전자기 간섭을 측정하고, 이상여부를 판단한다. 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치에서 적용된 전력 전송 제어 방식에 매칭되도록 구성을 제어(1119)하여 전력 및 데이터의 수신 효율을 계속적으로 유지한다. 무선 전력 전송 장치는 주변기기로부터 전자기 간섭 감소 요청 신호를 수신하는 경우에는 계속하여 상기 절차를 반복할 수 있다. 따라서, 적응적으로 무선 전력 전송 장치는 전력 전송을 제어함으로써 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 감소/제거할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 주변기기로부터 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신하는 수신부;
    상기 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭을 고려한 전력 전송 제어를 수행하는 전력 전송 제어부; 및
    상기 전력 전송 제어에 대한 정보 및 상기 제어에 따른 전력을 무선으로 전송하는 무선 전송부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 제어에 대한 정보는 상기 무선 전송부를 구성하는 매칭 파라미터를 포함하고,
    상기 전력 전송 제어부는 상기 매칭 파라미터를 현재 사용하고 있는 값과 다른 값으로 변경하는 매칭 파라미터 변경부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 제어부는,
    무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수를 다른 공진 주파수로 변경하는 공진 주파수 변경부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 제어부는,
    무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수에 대하여 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식으로 상기 공진 주파수를 변경하는 주파수 호핑 방식 변경부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 제어부는,
    무선 전송되고 있는 전력량을 감소시키는 송신 전력 감소부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 제어부는,
    상기 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭이 미치는 주변기기의 방향으로는 전력 전송을 하지 않도록 전송 전력의 방향을 변경하는 송신 전력 방향 변경부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치.
  7. 제1항에 있어서
    상기 무선 전송부는 이동체를 통하여 이동하며 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주변기기는,
    상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 주기적으로 측정하는 측정부;
    상기 측정된 전자기 간섭에 대하여 상기 주변기기에 기 설정된 임계값 이상으로 전자기 간섭이 증가하였는지 여부를 판단하는 판단부; 및
    상기 기 설정된 임계값보다 상기 측정된 전자기 간섭이 증가한 경우, 상기 전자기 간섭과 관련된 정보를 전송하는 정보 전송부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치.
  9. 무선 전력 전송 장치에서 전송된, 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 전력 전송 제어에 대한 정보를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 정보에 기초하여 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 방식과 매칭이 되도록 전력 수신 장치를 제어하는 매칭부; 및
    상기 매칭된 방식에 기초하여 상기 무선 전력전송 장치로부터 전력을 수신하는 전력 수신부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 매칭부는,
    상기 무선 전력 전송 장치에서 변경된 매칭 파라미터에 대응하여 임피던스 매칭의 방식으로 상기 전력 수신 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 매칭부는,
    상기 무선 전력 전송 장치에서 변경된 공진 주파수에 대응하여 상기 공진 주파수와 일치하도록 상기 전력 수신 장치의 주파수를 변경하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 매칭부는,
    상기 무선 전력 전송 장치에서 적용된 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식에 대응하여 상기 호핑 방식과 동일한 방식으로 상기 전력 수신 장치의 주파수를 변경하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 장치.
  13. 주변기기로부터 상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭과 관련된 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭을 고려한 전력 전송 제어를 수행하는 단계; 및
    상기 전력 전송 제어에 대한 정보 및 상기 제어에 따른 전력을 무선으로 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전력 전송 제어를 수행하는 단계는,
    매칭 파라미터의 변경, 공진 주파수의 변경, 주파수의 호핑 방식에 의한 공진 주파수의 변경, 송신 전력의 감소, 송신 전력 방향의 변경 중 적어도 어느 하나를 통하여 전력 전송 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전력 전송 제어를 수행하는 단계는,
    상기 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 제1 전력 전송 제어를 수행하는 단계; 및
    상기 제1 전력 전송 제어를 수행한 결과 상기 주변기기로부터 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 제2 전력 전송 제어를 수행하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 상기 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 매칭 파라미터를 현재 사용하고 있는 값과 다른 값으로 변경하고,
    상기 제2 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수를 다른 공진 주파수로 변경하는
    것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 상기 수신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 상기 전자기 간섭이 미치는 주변기기의 방향으로는 전력 전송을 하지 않도록 전송 전력의 방향을 변경하고,
    상기 제2 전력 전송 제어를 수행하는 단계는 갱신된 전자기 간섭과 관련된 정보에 기초하여 무선 전력 전송용으로 사용하고 있는 공진 주파수에 대하여 일정 패턴에 따라 주기적으로 주파수 변경을 수행하는 주파수 호핑 방식으로 상기 공진 주파수를 변경하는
    것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 주변기기는,
    상기 주변기기에 미치는 전자기 간섭을 주기적으로 측정하는 단계;
    상기 측정된 전자기 간섭에 대하여 상기 주변기기에 기 설정된 임계값 이상으로 전자기 간섭이 증가하였는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 기 설정된 임계값보다 상기 측정된 전자기 간섭이 증가한 경우, 상기 전자기 간섭과 관련된 정보를 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 방법.
  19. 무선 전력 전송 장치에서 전송된, 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 전력 전송 제어에 대한 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 정보에 기초하여 상기 무선 전력 전송 장치에 적용된 방식과 매칭이 되도록 전력 수신 장치를 제어하는 단계; 및
    상기 매칭된 방식에 기초하여 상기 무선 전력전송 장치로부터 전력을 수신하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 수신 전력 조절 방법.
KR1020100054629A 2010-06-10 2010-06-10 무선 전력 전송 시스템에서 전자기 간섭 감소를 위한 적응적 전송 전력 조절 장치 및 방법 KR20110134969A (ko)

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