KR20150030018A - 무선전력 송수신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 무선전력 송수신 장치에 관한 것으로, 코일; 상기 코일을 통해 교류 자기장을 생성하여 제공하는 전력 제공부; 상기 코일에 인가되는 교류 자기장에 의해 발생하는 전압의 변화를 직류 전압으로 변환하는 전력 수용부; 타 장치와 신호 교환을 통해 상기 전력 제공부 또는 전력 수용부의 동작 여부를 제어하는 통신 제어부;를 포함하여 구성된다.

Description

무선전력 송수신 시스템{WIRELESS POWER TRANSMISSION AND RECEPTION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 무선전력 송수신 시스템에 관한 것이다.
무선 충전 기술(wireless charging technology)은 전원 코드나 충전용 커넥터를 사용하지 않고 무선으로 배터리의 충전에 필요한 전력을 전송하는 기술이다.
이와 같은 무선 충전 기술로서 자기유도 방식과 자기공진 방식의 무선 충전 방법이 사용되고 있다.
자기유도 방식에서는 베이스 스테이션(base station)과 모바일 장치(mobile device)가 1 대 1로 구성되는 것이 일반적이며, 베이스 스테이션에서 송신 코일을 복수개로 구성하는 경우에 복수개의 모바일 장치에서 전력 수신이 가능하다.
한편, 자기공진 방식은 유도코일과 공진코일을 포함하는 베이스 스테이션에서 역시 유도코일과 공진코일을 포함하는 모바일 장치로 교류 전자기 에너지를 전달하는 방식으로서, 1 대 1뿐만 아니라 다수의 모바일 장치를 충전할 수 있는 방식이다.
그러나, 종래의 무선 충전기술은 모바일 장치의 충전을 위해서는 유선전원에 연결된 베이스 스테이션을 필요로 하며, 모바일 장치 간에는 직접 충전이 불가능한 단점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 베이스 스테이션(base station) 없이도 무선전력 송수신 장치 간에 무선전력 송수신에 의한 충전이 가능하도록 하여, 무선전력 송수신 장치가 휴대 단말에 포함되도록 구성되는 경우 별도의 유선 전원 없이 타 휴대 단말로부터 무선 충전이 가능하도록 하고, 노트북이나 타블렛 PC에 포함되는 경우 휴대 단말을 보다 편리하게 충전하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 무선전력 송수신 장치가 전기 자동차에 구비되도록 하여 타 전기 자동차로부터 무선으로 배터리 충전이 가능함으로써, 정해진 배터리 충전소에서 충전하는 불편함을 줄이고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 무선전력 송수신 시스템은, 코일; 상기 코일을 통해 교류 자기장을 생성하여 제공하는 전력 제공부; 상기 코일에 인가되는 교류 자기장에 의해 발생하는 전압의 변화를 직류 전압으로 변환하는 전력 수용부; 타 장치와 신호 교환을 통해 상기 전력 제공부 또는 상기 전력 수용부의 동작 여부를 제어하는 통신 제어부;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 자성 시트로 구성되며, 상기 코일에 인접하도록 배치되어 상기 교류 자기장을 전달하는 마그네틱 어트랙터(magnetic attractor);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 자성 시트와 안테나 패턴으로 구성되어, 전자기파를 전달하는 마그네틱 리피터(magnetic field repeater);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 통신 제어부는 상기 전력 제공부의 동작 여부를 제어하는 제1 통신 제어부; 상기 전력 수용부의 동작 여부를 제어하는 제2 통신 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 전력 제공부에 전력을 인가하고, 상기 전력 수용부로부터 전력을 인가받는 배터리;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송수신 장치는 전력 제공부와 전력 수용부를 포함하도록 구성되어, 베이스 스테이션(base station) 없이도 무선전력 송수신 장치 간에 무선전력 송수신에 의한 충전이 가능하여, 무선전력 송수신 장치가 휴대 단말에 포함되도록 구성되는 경우 별도의 유선 전원 없이 타 휴대 단말로부터 무선 충전이 가능하고, 노트북이나 타블렛 PC에 포함되는 경우 휴대 단말을 보다 편리하게 충전할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치가 전기 자동차에 구비되는 경우에는 타 전기 자동차로부터 무선으로 배터리 충전이 가능하여, 정해진 배터리 충전소에서 충전하는 불편함을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 및 도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치를 이용한 전기차동차의 무선충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치(110)를 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치(100)는 코일(110), 전력 송수신부(120), 배터리(130)를 포함하고, 상기 전력 송수신부(120)는 전력 제공부(121), 전력 수용부(122) 및 통신 제어부(123)를 포함하여 구성된다.
전력 제공부(121)는 코일(110)을 통해 교류 자기장을 생성하여 제공한다.
전력 수용부(122)는 코일(110)에 인가되는 교류 자기장에 의해 발생하는 전압의 변화를 직류 전압으로 변환한다.
즉, 종래 기술과 달리 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치(100)는 전력 제공부(121)와 전력 수용부(122)를 모두 포함하도록 구성되어, 무선전력의 송신과 수신이 가능하다.
통신 제어부(123)는 타 장치와 신호 교환을 통해 상기 전력 제공부(121) 또는 전력 수용부(122)의 동작 여부를 제어한다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 통신 제어부(123)는 타 장치의 통신 제어부와 디지털 신호(digital ping)를 송수신하며, 송수신된 정보를 바탕으로 전력 전송을 위한 설정과 계약 조건을 생성하는 역할을 한다.
상기 전력 제공부(121) 또는 전력 수용부(122)를 통해 무선전력의 송수신이 개시되면, 상기 통신 제어부(123)는 상기 코일(110)에 인가되는 전류 또는 상기 코일(110)에 유기되는 전압, 배터리(130)의 충전 상태를 지속적으로 모니터링하여 초기 설정과 계약 조건을 유지하도록 제어한다.
또한, 상기 통신 제어부(120)는 상기 계약 조건에 해당하지 않는 환경에서는 전력 전송을 중지하도록 제어한다.
한편, 또 다른 실시예에서는 상기 통신 제어부(123)가 상기 전력 제공부(121)의 동작 여부를 제어하는 제1 통신 제어부 및 상기 전력 수용부(122)의 동작 여부를 제어하는 제2 통신 제어부로 각각 구성될 수 있다.
배터리(130)는 상기 전력 제공부(121)에 전력을 인가할 수 있고, 상기 전력 수용부(122)로부터 전력을 인가 받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치(100)는 코일(110), 전력 송수신부(120), 전력 수신부(125), 배터리(130)를 포함하고, 상기 전력 송수신부(120)는 제1 통신 제어부(122), 전력 제공부(121)를 포함하여 구성되고, 전력 수신부(125)는 전력 수용부(126) 및 제2 통신 제어부(127)를 포함하여 구성된다.
전력 제공부(121)는 코일(110)을 통해 교류 자기장을 생성하여 제공한다.
전력 수용부(122)는 코일(110)에 인가되는 교류 자기장에 의해 발생하는 전압의 변화를 직류 전압으로 변환한다.
제1 통신 제어부(122)는 타 장치와 신호 교환을 통해 상기 전력 제공부(121) 의 동작 여부를 제어한다.
또한, 제2 통신 제어부(127)는 타 장치와의 신호 교환을 통해 상기 전력 수용부(122)의 동작 여부를 제어한다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 제1 통신 제어부(122) 및 제2 통신 제어부(127)는 타 장치의 통신 제어부와 디지털 신호(digital ping)를 송수신하며, 송수신된 정보를 바탕으로 전력 전송을 위한 설정과 계약 조건을 생성하는 역할을 한다.
상기 전력 제공부(121) 또는 전력 수용부(126)를 통해 무선전력의 송수신이 개시되면, 상기 제1 통신 제어부(122) 및 제2 통신 제어부(127)는 상기 코일(110)에 인가되는 전류 또는 상기 코일(110)에 유기되는 전압, 배터리(130)의 충전 상태를 지속적으로 모니터링하여 초기 설정과 계약 조건을 유지하도록 제어한다.
또한, 상기 통신 제어부(120)는 상기 계약 조건에 해당하지 않는 환경에서는 전력 전송을 중지하도록 제어한다.
한편, 배터리(130)는 상기 전력 제공부(121)에 전력을 인가할 수 있으며, 상기 전력 수용부(122)로부터 전력을 인가 받을 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따르면 도 3에 도시된 바와 같이 제1 무선전력 송수신 장치(100)와 제2 무선전력 송수신 장치(200) 간에 자기유도 방식의 전력 송수신이 이루어질 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 자기유도 방식의 전력 송수신 방법은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 무선전력 송수신 장치 간에 1 대 1 전력 송수신 방법으로서, 마스터 장치(Master device)의 역할을 하는 제1 무선전력 송수신 장치(100)로부터 무선전력이 송신되고, 슬레이브 장치(Slave device)의 역할을 하는 제2 무선전력 송수신 장치(200)에서는 상기 송신된 무선전력을 수신한다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 무선전력 송수신 장치를 포함하는 제1 휴대 단말(101)을 제2 무선전력 송수신 장치를 포함하는 제2 휴대 단말(201)의 상부에 접촉하도록 배치하여 자기유도 방식의 전력 송수신을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
보다 상세하게 설명하면, 도 5는 본 발명의 무선전력 송수신 장치의 자기공진 방식의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 무선전력 송수신 장치가 자기공진 방식의 전력 송수신이 가능하도록 구성된 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 무선전력 송수신 장치(100)로부터 제2 무선전력 송수신 장치(200)로 무선전력 송수신 장치 간에 1 대 1 전력 송수신이 가능할 뿐만 아니라, 제1 무선전력 송수신 장치(100)로부터 복수개의 무선전력 송수신 장치(300)로의 무선 충전이 가능하다.
도 6은 및 도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따르면 도 6에 도시된 바와 같이 제1 무선전력 송수신 장치(100)와 제2 무선전력 송수신 장치(200) 간에 마그네틱 어트랙터(magnetic attractor)를 개입시켜 자기유도 방식의 전력 송수신이 이루어질 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 자기유도 방식의 전력 송수신 방법은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 무선전력 송수신 장치 간에 1 대 1 전력 송수신 방법으로서, 마그네틱 어트랙터(400)가 제1 무선전력 송수신 장치(100)와 제2 무선전력 송수신 장치(200)의 코일에 인접하도록 배치되며, 마스터 장치(Master device)의 역할을 하는 제1 무선전력 송수신 장치(100)로부터 무선전력이 송신되고, 상기 송신된 무선전력이 마그네틱 어트랙터(400)를 통해 슬레이브 장치(Slave device)의 역할을 하는 제2 무선전력 송수신 장치(200)로 수신된다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 무선전력 송수신 장치를 포함하는 제1 휴대 단말(101)과 제2 무선전력 송수신 장치를 포함하는 제2 휴대 단말(201)의 사이에 마그네틱 어트랙터(400)를 배치하여 자기유도 방식의 전력 송수신을 수행할 수 있다.
상기 마그네틱 어트랙터(400)는 자성 시트로 구성되어 자기장(magnetic field)의 가이더(guider) 역할을 하므로 투자율 10 이상의 재료로 구성되어야 하며, 페라이트, 연자성 복합 시트, 연자성 금속 리본 중에서 적어도 어느 하나의 재료로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 보다 상세하게는 본 발명의 무선전력 송수신 장치의 마그네틱 리피터(magnetic field repeater)를 이용한 자기공진 방식의 전력 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 실시예에서는 마그네틱 리피터(500)를 통해 제1 무선전력 송수신 장치(100)로부터 제2 무선전력 송수신 장치(200) 간에 1 대 1 전력 송수신이 가능할 뿐만 아니라, 제1 무선전력 송수신 장치(100)로부터 복수개의 무선전력 송수신 장치(300)로의 무선 충전이 가능하다.
상기 마그네틱 리피터(500)는 자성 시트와 안테나 패턴으로 구성되어 전자기파를 전달하며, 페라이트, 연자성 복합 시트, 연자성 금속 리본 중에서 적어도 어느 하나의 재료로 구성되는 자성 시트 상에 유도 전압을 발생시킬 수 있는 코일 형태의 안테나 패턴으로 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치를 이용한 전기차동차의 무선충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 제1 무선전력 송수신 장치(100)를 포함하는 제1 전기자동차(102)와 제2 무선전력 송수신 장치(200)를 포함하는 제2 전기자동차(202)의 사이에 마그네틱 리피터(400)를 배치하여 자기유도 방식의 전력 송수신을 수행할 수 있다.
이와 같이 전기자동차에 무선전력 송수신 장치가 구비되는 경우에는 마그네틱 리피터(400)를 통해 하나의 전기자동차로부터 다수의 전기자동차의 무선전력 충전도 가능하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 송수신 장치는 휴대폰, 노트북, PC, 타블렛, MP3 플레이어, 게임기, 스마트 안경, 스마트 시계 등의 포함되어 구성될 수 있으며, 전기자동차, 전기스쿠터, 전동 킥보드, 전기버스 등의 다양한 전기 방식의 탈것에 포함되어 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 베이스 스테이션(base station) 없이도 무선전력 송수신 장치 간에 무선전력 송수신에 의한 충전이 가능하여, 무선전력 송수신 장치가 휴대 단말에 포함되도록 구성되는 경우 별도의 유선 전원 없이 타 휴대 단말로부터 무선 충전이 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 노트북이나 타블렛 PC에 포함되는 경우 휴대 단말을 보다 편리하게 충전할 수 있으며, 무선전력 송수신 장치가 전기 자동차에 구비되는 경우에는 타 전기 자동차로부터 무선으로 배터리 충전이 가능하여, 정해진 배터리 충전소에서 충전하는 불편함을 줄일 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 무선전력 송수신 장치
110: 코일
120: 전력 송수신부
121: 전력 제공부
122: 전력 수용부
130: 배터리

Claims (5)

  1. 코일;
    상기 코일을 통해 교류 자기장을 생성하여 제공하는 전력 제공부;
    상기 코일에 인가되는 교류 자기장에 의해 발생하는 전압의 변화를 직류 전압으로 변환하는 전력 수용부;
    타 장치와 신호 교환을 통해 상기 전력 제공부 또는 상기 전력 수용부의 동작 여부를 제어하는 통신 제어부;
    를 포함하는 무선전력 송수신 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    자성 시트로 구성되며, 상기 코일에 인접하도록 배치되어 상기 교류 자기장을 전달하는 마그네틱 어트랙터(magnetic attractor);
    를 더 포함하는 무선전력 송수신 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    자성 시트와 안테나 패턴으로 구성되어, 전자기파를 전달하는 마그네틱 리피터(magnetic field repeater);
    를 더 포함하는 무선전력 송수신 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신 제어부는,
    상기 전력 제공부의 동작 여부를 제어하는 제1 통신 제어부;
    상기 전력 수용부의 동작 여부를 제어하는 제2 통신 제어부;
    를 포함하는 무선전력 송수신 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 제공부에 전력을 인가하고, 상기 전력 수용부로부터 전력을 인가 받는 배터리;
    를 더 포함하는 무선전력 송수신 시스템.
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