KR20180131114A - 자기공명을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 충전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물 안에서 거리의 제약을 없이 충전할 수 있는 자기공명 방식 장거리 무선 전력 전송 시스템 및 그 충전 방법에 관한 것으로서, 송수신 안테나 간의 공명현상을 이용하는 방식으로, 수 MHz에서 수십 MHz 대역의 주파수를 사용하여 자기적 공명을 이루어 전력을 전송하는 기술. 전자기유도보다 먼 거리에서 전자기방사 보다는 더 높은 효율로 에너지를 전달할 수 있다.
또한, 송·수신 기간의 코일의 자기공명 방식을 이용한 무선 충전방식으로, 10x15x2cm, 무게 300g 이하의 H/W로 고객에게 편리성을 제공하고자 한다. 전송전력 거리가 짧은 자기유도방식이나 전송 거리는 길지만, 인체에 영향을 끼치는 전자기파 방식과는 다르게 인체에 무해하고 전력전송 거리도 자기유도방식에 비해 비교적 양호하다.

Description

자기공명을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 충전 방법{Wireless power transmission system using magnetic resonance and charging method}

본 발명은 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 배터리 [0001] 정보를 기반으로 충전이 필요한 기기를 선택하여 충전할 수 있는 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 전력 전송 시스템 및 그 충전 방법에 관한 것이다.

스마트 폰과 태블릿, 각종 웨어러블 기기가 출시되고 있지만 이러한 기기들 대부분 유선 접지를 통한 충전방식을 가지고 있다. 최근에는 전동칫솔이나 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되고, 스마트 폰도 무선충전을 이용한 제품들이 출시되고 있다.

그러나 자기 유도 방식은 전력 전송 효율이 90% 이상으로 매우 높다는 장점이 있지만, 수cm 이상 떨어지거나 송신 코일과 수신 코일의 중심이 정확히 일치하지 않으면 전력이 거의 전송되지 않을 정도로 효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 전자기파 방식은 수십km이상 멀리 떨어진 곳에 수십kW 이상의 높은 전력을 송신할 수 있지만, 전력의 상당 부분이 전송 도중에 사방으로 흩어져 버리기 때문에 효율이 매우 낮을 뿐만 아니라 인체에 치명적으로 해롭다는 단점도 있다.

자기 유도 방식의 짧은 전송 거리와 전자기파 방식의 효율성 및 인체 유해성 문제를 극복한 새로운 무선전력 전송방식이 자기 공명방식이다.

자기공명 방식은 송신부 코일에서 특정 공진주파수로 진동하는 자기장을 만들어 같은 공진주파수를 가진 수신부 코일에 전기에너지를 전달하는 방식으로 충전이 이뤄진다.

일반 가옥 또는 사무실, 관공서, 편의시설 등 공공장소 내에서 하나의 에너지 존을 구성해 놓고 근처의 다양한 전기기기들을 충전하거나 전원을 공급하는 것이 가능해 진다는 것이다.

전기자동차의 경우에도 자기공명 무선충전 기술을 통해 주차장 근처에 주차한 다수한 전기자동차에 자동으로 충전이 진행되는 것도 가능해 충전소 자리를 별도로 마련하거나, 타 차량 충전 시 대기해야 하는 시간을 줄여줄 수 있다.

국내 전자통신연구원에서도 2015년 60와트급 자기 공명 방식을 이용해 1M 거리에서도 무선충전을 할 수 있는 원천기술을 개발했다고 밝힌 바 있다. 이 기술이 상용화될 경우 우리가 사용하고 있는 ”와이파이 존”과 같은 “에너지 존”의 형성이 가능하다는 것이다.

그러나 거리에 따라 떨어지는 충전 효율, 전자파의 영향, 상대적으로 긴 충전시간이 비효율적이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 기존의 자기유도 방식이나 유선충전 방식에서 생기는 행동반경의 제약을 없애는 자기공명 방식의 무선 전력 전송 시스템 및 그 충전 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 자기공명 방식의 무선 전력 전송 시스템 및 그 충전 방법을 이용하여 거리의 제약 없이 충전한다.

상기 무선 충전기기는, 송수신 안테나 간의 공명현상을 이용하는 방식으로, 수 MHz에서 수십 MHz 대역의 주파수를 사용하여 자기적 공명을 이루어 전력을 전송하는 기술. 전자기유도보다 먼 거리에서 전자기방사 보다는 더 높은 효율로 에너지를 전달가능하다.

본 발명에 따라, 자기유도방식을 적용한 무선 전력전송장치가 특정 공진 주파수를 가진 코일을 감지할 경우, 이를 사용자에게 알려 기기의 충전이 가능하도록 함으로서 기존의 유선충전방식의 거리에 의한 제약이 해소되어 사용자의 편리성을 증진한다.

또한, 장애물에 의한 충전 방해 시 이를 사용자에게 알리고, 장애물 제거 시 재 연결하여 충전의 효율성을 높인다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 방식을 이용한 장거리 무선 에너지 전송 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 방식을 이용한 장거리 무선 에너지 전송 시스템의 무선 전력공급 장치와 무선 충전기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 방식을 이용한 장거리 무선 에너지 전송 시스템의 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 방식을 이용한 다중 충전 시스템은 자기공명 방식을 통해 부선으로 에너지를 공급하는 무선 공급 장치(100)와 부선 전력 공급 장치(100)와 일정 거리만큼 떨어진 곳에 위치하며 무선 전력공급 장치(100)로부터 무선으로 전력을 공급받는 다수의 무선 충전기기를 포함하여 구성된다.

자기공명 방식은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 공간에 공명을 이용한 무선 전송 효율은 극대화 시키는 방법이다. 이를 위해서는 무선 전력공급 장치(100)와 무선 충전기기(200) 사이의 공명 주파수를 맞추어 공명 채널을 형성하고 이를 통하여 무선 전력을 송신한다.

무선 전련공급 장치(100)는 부착과 설치함으로 구현될 수 있으며, 구현될 경우 실내에서는 천장이나 탁자 가구등의 부착하여 사용할 수 있고, 실외에서는 전철이나 버스 정류장과 주차장 등의 설치를 통하여 무선 충전을 가능하게 한다.

무선 충전기기는 베터리가 장착되어 있는 모바일 단말기, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등이 있다.

도 2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명유도 방식을 이용한 다중 무선 에너지 전송 시스템의 무선 전력공급 장치(100)는, 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 무선 전력공급 장치(100)와 무선 충전기기(200) 간의 공명 주파수 대역을 갖는 AC 전력으로 변환하는 전력 변환부(120), 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 무선 충전기기(200)와의 자기장 통신을 수행하도록 하는 자기장 통신 모뎀(130), 전력 변환부(140)로부터의 AC 전력과 자기장 통신 모뎀(120)으로부터의 데이터를 자기공명유도 방식을 이용하여 무선 충전기기(200)로 송신하는 송신 안테나(110), 전력 변환부(140) 및 자기장 통신 모뎀(120)을 비롯한 무선 전력 공급장치(100)의 구성요소들을 제어하는 제어부(130)를 포함한다.

도 3은 본 발명의 실시한 것에 따른 자기공명 방식을 이용한 다중 무선 에너지 전송 시스템에서 효율적으로 각 무선 충전기기를 충전하는 흐름도이다.

도 3에서 보는 것과 같이 처음 새로운 기기(S300)가 무선충전기로 충전이 될 때 충전이 필요한 한지 여부(S310)를 확인하고 충전이 되었으면 다음 흐름으로 진행된다. 다음 흐름인 배터리 충전(S320)이 진행되고 배터리 충전이 완료되면(S330)완료알림을 띄우게 되고(S330) 완료 되지 않았으면 다시 배터리 충전이 진행되는 방식으로 한다.

100 : 무선 전력전송 장치
110 : 송신 안테나
120 : 전력 변환부
130 : 자기장 통신 모뎀
140 : 제어부
200 : 무선 충전기기
210 : 수신 안테나
220 : 전력 관리부
230 : 자기장 통신 모뎀
240 : 제어부
250 : 부하

Claims (5)

1. 무선 전력송신 장치와 상기 무선 전력송신 장치와 이격되어 있으며 송수신 안테나 간의 공명현상을 이용하여 상기 무선 전력송신 장치와 통신 할 수 있는 다수의 무선 충전기기를 포함하는 장거리 무선 전력 전송 시스템으로서, 상기 무선 전력송신 장치는 상기 무선 충전기기의 배터리 상태 정보를 수신하여, 상기 무선 충전기기 중 배터리 잔량을 확인하고,
   
   상기 무선 충전기기 끼리의 내부 회로를 제어하여 무선 전력송신 장치로부터 송신되는 무선 전력이 다른 상기 무선 충전기기의 부하로 전달되지 않도록 하되,
   
   상기 무선 충전기기는,
   상기 무선 전력송신 장치로부터 송신되는 무선 전력을 수신하는 수신 안테나와, 상기 수신 안테나와 연결되어 있으며, 상기 무선 충전기기 사이의 송수신 안테나의간의 공명현상을 이용하여, 상기 무선 충전기기의 충전/충전완료 중 하나의 상태로 설정되도록 제어하는 장거리 무선 전력 전송 시스템.
   
2. 상기 무선 전력송신 장치는 범위 내에서 자동으로 상기 무선 충전기기를 감지, 상기 무선 충전기기는 반대로 전력공급 장치인 상기 무선 전력송신 장치를 감지하는 장거리 무선 전력 전송 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 무선 전력송신 장치는,
   상기 무선 충전기기로 미리 정한 설정량의 무선 전력을 송신한 경우 상기 무선 충전기기로부터 상기 배터리 상태 정보를 다시 수신하여 충전 신호를 단절하는 장거리 무선 전력 전송 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력송신 장치는,
   장애물에 가려 충전이 중단된 경우 잠시 상기 무선 전력송신 장치의 연결을 끊었다가 다시 연결하여 충전을 재개하는 장거리 무선 전력 전송 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력송신 장치는,
   10 ~ 20대의 상기 무선 충전기기를 송수신 안테나 간의 공명 현상을 이용하여 동시에 충전이 가능하게 하는 장거리 무선 전력 전송 시스템.

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