KR20190069545A - 에너지 전송 장치 및 에너지 전송 방법 - Google Patents

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슈테펜 에플러
필립 슈만
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전기 에너지를 비접촉식으로 전송하기 위한 에너지 전송 장치(1, 10)에 관한 것이며, 상기 에너지 전송 장치는 복수의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32); 복수의 수신 코일(4, 5, 14, 15); 및 에너지 전송 모드에서 기설정된 개수의 상기 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)을 순차적으로 제어하도록 설계된 제어 장치(6, 16);를 포함한다. 또한, 본 발명은 상응하는 에너지 전송 방법에 관한 것이다.

Description

에너지 전송 장치 및 에너지 전송 방법
본 발명은 전기 에너지를 비접촉식으로 전송하기 위한 에너지 전송 장치, 및 상응하는 에너지 전송 방법에 관한 것이다.
본 발명은 하기에서 주로 휴대폰 또는 태블릿 PC와 같은 휴대용 전자 기기들의 충전과 관련하여 기술된다. 그러나 본 발명은 결코 이러한 용례로 제한되지 않으며, 예컨대 전기 차량의 충전 시 전기 에너지가 전송되어야 하는 곳이라면 어디에서나 이용될 수 있다.
예컨대 휴대폰과 같은 전자 기기들은 일반적으로 기기의 작동을 위해 필요한 전기 에너지를 공급하는 배터리를 구비한다. 배터리가 완전 방전되면, 상기 배터리를 충전해야 한다.
통상적으로, 케이블을 통해 전자 기기와 연결되어 배터리들을 충전하기 위한 충전 전압을 공급하는 유선 충전 기기들이 이용된다. 케이블은 비실용적이기 때문에, 무선 충전 방법, 특히 유도 충전 방법이 점점 더 많이 사용되고 있다.
유도 충전 방법의 경우, 배터리를 충전하기 위한 전기 에너지는 일차 측이기도 한 송신 코일로부터, 이차 측이기도 한 수신 코일로 전송된다. 각각 일차 측의 하나의 코일 및 이차 측의 하나의 코일을 사용할 때, 상기 코일들은 상호 정확하게 포지셔닝되어야 한다. 즉, 자유로운 포지셔닝(free positioning)이 불가능하다.
임의의 포지셔닝을 가능하게 하기 위해, 일차 측 및/또는 이차 측에서 복수의 코일이 사용될 수 있으며, 최대 결합 계수(coupling factor)를 갖는 코일 쌍이 에너지 전송을 위해 이용될 수 있다.
이 경우, 코일들 사이에 위치하는 금속 물체들이 가열될 수 있는 점에 유념해야 한다.
따라서, 금속 물체들을 감지하여 상기 금속 물체가 검출된 경우 충전을 중단시키는 금속 물체 검출 시스템들이 이용될 수 있다.
본 발명은 특허 청구항 제1항의 특징들을 갖는 에너지 전송 장치 및 특허 청구항 제7항의 특징들을 갖는 에너지 전송 방법을 개시하고 있다.
본 발명에 따라:
전기 에너지를 비접촉식으로 전송하기 위한 에너지 전송 장치로서, 복수의 송신 코일; 복수의 수신 코일; 및 에너지 전송 모드에서 기설정 개수의 송신 코일을 순차적으로 제어하도록 설계된 제어 장치;를 포함하는 에너지 전송 장치가 제공된다.
추가로:
전기 에너지를 비접촉식으로 전송하기 위한 에너지 전송 방법으로서, 복수의 송신 코일 및 복수의 수신 코일을 제공하는 단계; 및 에너지 전송 모드에서 기설정 개수의 송신 코일을 순차적으로 제어하는 단계;를 포함하는 에너지 전송 방법이 제공된다.
발명의 장점
본 발명에 따른 에너지 전송 장치는 예컨대 휴대폰, 태블릿 PC 등과 같은 이동 기기들을 충전하기 위해 이용될 수 있다. 또는 에너지 전송 장치가 예컨대 차량 등을 유도 충전하기 위해서도 이용될 수 있다.
송신 코일들은, 에너지 전송 장치에서 일차 측 또는 에너지원의 측에, 다시 말해 예컨대 전기 공급 전원 또는 소켓에 배치되는 코일들을 의미한다. 수신 코일들은, 에너지 전송 장치에서 수신기 측, 다시 말해 이차 측에 배치되는 코일들을 지칭한다. 따라서 송신 코일들은 예컨대 전자기장의 형태로 전기 에너지를 송출한다. 수신 코일들은 상기 전기 에너지를 흡수하여 이를 각각의 기기로 전달한다.
에너지 전송 모드에서의 제어 시, 제어 장치는 송신 코일들에 예컨대 교류 전류 또는 교류 전압을 공급할 수 있으며, 그럼으로써 상기 송신 코일들은 요구된 전자기장을 형성하게 된다. 수신기 측에서, 개별 수신 코일들은 예컨대 정류기와 연결될 수 있으며, 그럼으로써 수신기 내에서 예컨대 배터리들을 충전하기 위해 이용될 수 있는 정류된 전류 또는 정류된 전압이 가용화된다.
복수의 송신 코일 및 복수의 수신 코일은 송신 측 및 수신기 측에서 각각 하나의 이른바 멀티 코일 시스템을 형성한다. 상기 시스템들은 수신 코일들에 상대적인 송신 코일들의 임의의 포지셔닝을 가능하게 한다. 그 결과, 수신기 멀티 코일 시스템에 상대적인 송신기 멀티 코일 시스템의 각각의 위치에 따라 상이한 코일 쌍들이 형성된다.
공지된 시스템들의 경우, 최대 결합 계수를 갖는 단일 코일 쌍은 준연속 모드(quasi-continuous mode)에서 제어된다. 다시 말해, 개별 코일들은 보통 수 초의 기간에 걸쳐 전출력(full power)으로 작동된다. 코일들 사이에 금속 물체가 존재하는 경우, 앞서 이미 설명한 것처럼 상기 물체가 가열될 수 있다.
그에 반해, 본 발명의 경우, 개별 코일들은 준연속 모드로 제어되지 않는다. 오히려, 다수의 코일 쌍이 선택되고, 이들 코일 쌍은 순차적으로, 다시 말해 교대로 또는 차례로 제어된다. 그 결과, 각각의 개별 코일은 단기간 동안만 제어되지만, 전체적으로는 송신 코일들과 수신 코일들 간에 전기 에너지가 지속적으로 전송된다.
그러나 전기 에너지는 항상 다른 코일 쌍들을 통해, 그리고 그에 따라 상이한 장소들로 전송되기 때문에, 코일 쌍들 중 하나의 코일 쌍 사이에 금속 물체가 놓여 있을 경우, 이 금속 물체는 단지 미약하게 가열된다.
그 결과, 본 발명은, 금속 물체 검출을 행하지 않는 에너지 전송 장치를 제공할 수 있게 하며, 그와 동시에 수신 코일들에 상대적인 송신 코일들의 임의의 포니셔닝을 허용한다.
바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들과 도면 설명부에 명시된다.
일 실시예에서, 제어 장치는, 식별 모드(identification mode)에서 송신 코일들 각각에 대해 각각 개별 수신 코일들과의 결합 계수를 식별하고, 최대 결합 계수를 갖는, 송신 코일과 수신 코일로 이루어진 코일 쌍에서 시작하여, 결합 계수에 따라, 에너지 전송 모드에서 제어되는 송신 코일들을 선택하도록 설계될 수 있다. 다시 말해, 에너지 전송을 위해 임의의 코일 쌍들이 선택되지 않는다. 오히려, 최대 결합 계수를 갖는 코일 쌍이 에너지 전송을 위해 선택됨으로써, 에너지 전송의 효율이 최대화된다.
일 실시예에서, 제어 장치는, 송신 코일들의 순차 제어 시, 각각 마지막에 제어된 송신 코일까지의 간격이 최대인 송신 코일을 다음 송신 코일로서 제어하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 예컨대 각각의 주기에서 선택된 모든 송신 코일이 정확히 한번 제어되며, 그런 다음 상기 주기가 반복된다. 이 경우, 송신 코일들이 제어되는 순서는 전술한 간격을 토대로 결정된다. 코일들 사이에 금속 물체가 존재할 경우, 상기 물체는 상호 간에 최대한 멀리 떨어져 있는 지점들에서 국소적으로 가열되는 점이 보장된다. 그 결과, 송신 코일들 간의 전환을 통해, 다시 말하면 순차 제어를 통해, 물체 내에 단지 미약하게만 열이 발생한다.
자명한 사실로서, 개별 송신 코일들의 제어 시 다른 순서도 선택될 수 있다. 예컨대 송신 코일들 간의 평균 간격이 최대화될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 송신 코일들의 제어를 위한 각각의 가능한 순서가 검사될 수 있다.
일 실시예에서 제어 장치는, 송신 코일들의 순차 제어 시, 송신 코일들 각각을 1초 미만, 특히 500밀리초 미만, 250밀리초 미만, 또는 100밀리초 미만의 기간 동안 제어하도록 설계될 수 있다. (존재한다면) 금속 물체가 송신 코일들 중 하나의 송신 코일의 전자기장에 더 오래 노출될수록, 상기 물체는 더 강하게 가열된다. 다시 말해, 각각의 개별 코일을 제어하는 기간은, 코일 내의 전류에 추가로, 즉, 송신 코일 위쪽에서 국소적으로 금속 물체 내에서 발생하는 열에 영향을 미친다. 전술한 시간 간격들에 의해, 용례에 따라서, 제어 장치가 얼마나 빠르게 코일들 간의 전환을 수행하는지가 선택될 수 있다.
그에 추가로 또는 그 대안으로, 계산 장치는, 연속해서 제어되는 코일들의 간격에 기반하여 동적으로도 기간을 결정할 수 있으며, 이때 간격이 더 크면 기간도 더 길어진다.
또 다른 추가의 또는 대안의 실시예에서, 개별 송신 코일들을 작동시키는 데 이용되는 전류의 최댓값이 기설정될 수 있다. 이 경우, 상기 전류에 대한 기간 및 최댓값은 경우에 따라 각각의 송신 코일 위쪽에 놓인 금속 물체 내로의 최대 에너지 유입의 한계값을 기반으로 선택될 수 있다.
높은 결합 계수를 갖는 코일의 경우, 전류가 동일할 때, 낮은 결합 계수를 갖는 코일에서보다 더 많은 전기 에너지가 이차 측으로 전송된다. 그러므로 개별 송신 코일들을 작동시키는 데 이용되는 전류는, 예컨대 각각의 송신 코일에 대해 그 송신 코일의 결합 계수에 상응하게, 최대 에너지 유입의 한계값이 초과되지 않는 방식으로, 최대화될 수 있다. 개별 송신 코일들의 제어를 위한 기간은 마찬가지로 가변적이며, 그럼으로써 금속 물체 내로의 평균 에너지 유입은 기설정 한계값을 초과하지 않게 된다.
일 실시예에서, 본원의 에너지 전송 장치는, 송신 코일들을 제어하기 위한 교류 전류 또는 교류 전압을 생성하도록 설계된 교류 전류원 또는 교류 전압원; 및 교류 전류원 또는 교류 전압원을 코일들 중 하나와 제어 가능하게 전기적으로 연결하도록 설계된 전환 스위치;를 포함할 수 있다. 상기 제어 장치는, 송신 코일들 중 각각 하나를 제어하기 위해, 전환 스위치를 제어하도록 형성될 수 있다. 이렇게, 하나의 소스에 의해 복수의 송신 코일이 제어될 수 있다. 예컨대 2개의 소스가 제공될 수도 있고, 전환 스위치가 송신 코일들 중 2개와 교류 전류원 또는 교류 전압원을 동시에 연결할 수도 있다. 2개보다 더 많은 송신 코일이 가용한 경우, 전기 에너지를 전송하기 위해 예컨대 2개의 코일이 동시에 이용될 수도 있다. 2개의 코일 쌍을 사용하기 전에, 예컨대 각각의 코일 쌍들 간의 간격이 충분히 큰지(기설정 임계값보다 더 큰지)의 여부가 검사될 수도 있다.
일 실시예에서, 기설정 개수는, 수신 코일들 중 하나와 각각의 송신 코일 간의 결합 계수의 한계값에 기반하여 동적으로 결정될 수 있다. 즉, 그 결합 계수들이 기설정 한계값을 초과하는 모든 코일 쌍이 순차적으로 제어된다. 다시 말해, 예컨대 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 정해진 개수의 송신 코일 대신, 얼마나 많은 송신 코일이 이용될 지가 동적으로 결정된다. 예컨대 10개의 송신 코일 및 10개의 수신 코일이 제공되고, 이들 송신 코일 및 수신 코일이 각각 쌍을 이루어 서로 직접 겹쳐서 놓인다면, 다시 말해 높은 결합 계수를 갖는다면, 10개의 코일 쌍 모두 에너지 전송을 위해 이용될 수도 있다.
자명한 사실로서, 적어도 에너지 전송을 위해 이용될 수 있는 코일 쌍들의 최소 개수도 기설정될 수 있다. 예컨대, 비록 해당 코일 쌍들의 결합 계수가 한계값 미만이더라도, 항상 2개 이상의 코일 쌍이 에너지 전송을 위해 이용되어야 하는 것으로 기설정될 수 있다.
충분한 결합 계수(예: 기설정 최소 결합 계수)를 갖는 2개의 코일이 확인되지 않는 경우, 예컨대 수신 코일들이 송신 코일들에 상대적으로 다시 포지셔닝되어야 한다고 표시될 수 있다.
일 실시예에서 제어 장치는, 송신 코일들 각각에 연속으로 기설정 전류, 특히 교류 전류를 공급하고 그에 기인하는 전류를 수신 코일들 각각에서 측정함으로써, 송신기 측 또는 일차 측에서 개별 송신 코일들을 위해 결합 계수를 결정하도록 설계될 수 있다. 결합 계수를 측정할 때 전류는 특히 에너지 전송 시의 전류보다 더 작을 수 있다. 이 경우, 결합 계수는 정확하게 결정되지 않아도 된다. 오히려, 결합 계수를 정성적으로 결정하는 것만으로도 충분하다. 즉, 어느 수신 코일들에서 각각 최대 전류가 측정될지를 결정하는 것만으로도 충분하다. 다시 말해, 송신 및 수신 코일들이 동일하다면, 상기 코일들은 특히 동일한 인덕턴스를 가지며, 그럼에도 결합 계수는 송신 코일에서의 전류에 대한 수신 코일에서의 전류의 비로서 근사치로 계산될 수 있다. 송신 및 수신 코일들의 인덕턴스들이 서로 상이한 경우, 상이한 인덕턴스들은 계산 시 마찬가지로 고려될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 장치는, 수신 코일들의 개방 및 수신 코일들의 단락 시, 송신 코일들의 인덕턴스를 측정함으로써, 송신기 측 또는 일차 측에서 개별 송신 코일들을 위해 결합 계수를 결정하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 제어 장치는 수신기 측 또는 이차 측에 스위칭 장치를 포함할 수 있으며, 이 스위칭 장치는, 수신 코일들을 개별적으로 또는 동시에 개방하도록, 다시 말해 추가 요소들과 수신 코일들의 접점들을 연결하지 않고 수신 코일들을 단락시키도록 설계된다. 이 경우, 결합 계수는 1에서 각각의 송신 코일의 인덕턴스들(단락/개방)의 비를 감산한 값의 제곱근으로서 결정될 수 있다. 이 경우, 인덕턴스는 예컨대 각각 기지의 정전용량을 갖는 진동 회로의 공진 주파수의 측정을 기반으로 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 장치는, 2개의 개별 계산 장치, 예컨대 컨트롤러를 포함할 수 있다. 이 경우, 계산 장치들 중 하나는 예컨대 일차 측에, 그리고 또 하나는 이차 측에 배치될 수 있다. 계산 장치들은 예컨대 무선 통신 인터페이스를 통해 상호 통신 연결을 구축할 수 있다. 이렇게, 이차 측 계산 장치는, 예컨대 어느 수신 코일에서 어느 시점에 최대 전류가 측정되었는지, 그리고/또는 측정된 전류의 크기는 얼마인지를 일차 측 계산 장치에 전달할 수 있다. 또한, 일차 측 계산 장치는, 수신 코일들 중 어느 수신 코일이 언제 개방되거나 단락되어야 하는지, 그리고 어느 코일 쌍들을 통해 최종적으로 에너지 전송이 수행될지를 이차 측 계산 장치에 전달할 수 있다.
상술한 실시예들 및 개선예들은 유의미하다면 상호 간에 임의로 조합될 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 가능한 실시예들, 개선예들, 및 구현들은 앞에서 또는 하기에서 실시예들과 관련하여 기술되는 특징들의 명시되지 않은 조합들도 포함한다. 이 경우, 특히 통상의 기술자는 본 발명의 각각의 기본 형태에 개선 사항 또는 보완 사항으로서의 개별 양태들을 부가할 수도 있을 것이다.
본 발명은 하기에서 개략적인 도면들에 명시된 실시예들에 기초하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 전송 장치의 일 실시예의 블록회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 전송 장치의 또 다른 실시예의 블록회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 전송 방법의 일 실시예의 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 전송 장치의 일 실시예의 송신 코일들의 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
모든 도면에서, 동일하거나 기능이 동일한 요소들 및 장치들에는, 달리 명시되지 않는 한, 동일한 도면부호가 부여되었다.
도 1에는, 전기 에너지를 비접촉식으로 전송하기 위한, 예컨대 전자 기기 내의 배터리들을 충전하기 위한 에너지 전송 장치(1)가 도시되어 있다.
에너지 전송 장치(1)는 일차 측에, 즉, 송신기 측에 15개의 송신 코일(2, 3)을 포함한다. 오직 제1 및 제2 송신 코일(2, 3)에만 명확성을 위해 도면부호들이 부여되어 있다. 송신 코일들은 송신 코일들(2, 3)의 3x5 행렬로, 즉, 3개의 행과 5개의 열로 배열된다. 자명한 사실로서, 상기 배열은 단지 예시일 뿐이다. 용례에 따라서, 당연히 다른 개수의 송신 코일(2, 3) 또는 다른 배열의 송신 코일들(2, 3)도 선택될 수 있다. 송신 코일들(2, 3)의 배열과 유사하게, 15개의 수신 코일(4, 5)은 수신기 측 또는 이차 측에 도시되어 있다. 여기서도, 명확성을 위해, 제1 및 제2 수신 코일(4, 5)에만 도면부호들이 부여되어 있다.
또한, 에너지 전송 모드에서 송신 코일들(2, 3)들을 제어하고 이들에 교류 전류 또는 교류 전압을 공급하기 위해 상기 송신 코일들과 연결된 제어 장치(6)가 도시되어 있다. 그러나 제어 장치(6)가 모든 또는 무작위로 선택된 송신 코일(2, 3)을 제어하지 않는다. 오히려, 제어 장치(6)는 기설정 개수의 송신 코일(2, 3)을 순차적으로, 다시 말해 연속으로 제어한다. 이로 인해, 송신 코일들(2, 3)과 수신 코일들(4, 5) 간에 지속적으로 전력이 전송된다. 이와 동시에, 전기 에너지가 전송되는 장소가 연속적으로 변경된다. 이차 코일들(2, 3)과 수신 코일들(4, 5) 사이에 금속 물체가 존재하는 경우, 이 물체는 결과적으로 다음 송신 코일(2, 3)이 제어될 때까지, 국소적으로만 단시간 가열된다.
특히 예컨대 스마트폰과 같은 모바일 기기들의 경우, 상기 모바일 기기들이 송신 코일들(2, 3) 위쪽에 정확하게 포지셔닝되지 않고, 그에 따라 송신 코일들(2, 3)과 수신 코일들(4, 5)이 서로 정확하게 겹쳐서 놓이지 않는 경우도 있을 수 있다. 즉, 코일들의 기하학적 행렬 배열에서 동일한 위치에 놓이지 않은 송신 코일들(2, 3)과 수신 코일들(4, 5)이 상호 강력하게 결합될 수 있다.
에너지 전송을 최대한 효율적으로 구현하기 위해, 식별 모드에서 제어 장치(6)가 송신 코일들(2, 3) 각각에 대해 수신 코일들(4, 5) 중 하나와의 결합 계수를 결정할 수 있다. 그런 다음, 제어 장치(6)는 에너지 전송을 위해, 최대 결합 계수를 갖는 송신 코일들(2, 3)을 이용할 수 있다. 이 경우, 이용할 송신 코일들(2, 3)의 개수가 예컨대 기설정될 수 있다. 예컨대 한 용례에서는, 에너지 전송을 위해 4개의 최대 결합 계수를 갖는 4개의 송신 코일(2, 3)이 이용되는 것으로 기설정될 수 있다. 그 대안으로, 이용할 송신 코일들(2, 3)의 개수가 개별적으로 결정될 수 있다. 예컨대, 그 결합 계수가 기설정 임계값을 초과하는 모든 송신 코일(2, 3)이 이용되는 것으로 기설정될 수 있다. 결합 계수로서, 실제 결합 계수에 대한 정성적 진술을 허용하는 각각의 변수도 다루어질 수 있다. 예컨대 송신 코일(2, 3) 내의 전류를 알고 있다면, 수신 코일(4, 5)에서 측정된 전류가 결합 계수로서 표시될 수 있다.
금속 물체 내로의 국소적 에너지 유입 및 그에 따른 상기 금속 물체의 가열을 최대한 적게 유지하기 위해, 제어 장치(6)는 송신 코일들(2, 3)의 순차 제어 시 각각 마지막에 제어된 송신 코일(2, 3)까지의 간격이 최대인 송신 코일(2, 3)을 다음 송신 코일로서 제어할 수 있다. 자명한 사실로서, 이는, 에너지 전송을 위해 2개보다 더 많은 송신 코일(2, 3)이 가용한 경우, 상호 가장 멀리 이격되어 놓인 2개의 송신 코일(2, 3) 간의 전후 점프(jump back and forth)를 의미하지 않는다. 오히려, 계산 장치(6)가 송신 코일들(2, 3)의 제어를 위한 순서를 결정할 수 있으며, 그럼으로써 바로 연이어 제어되는 송신 코일들(2, 3)이 상호 최대한 멀리 떨어져 위치하거나, 연속해서 제어되는 송신 코일들(2, 3) 간의 평균 간격이 최대화된다. 이 경우, 제어 장치(6)는 예컨대 1s 미만, 또는 500㎳ 미만, 250㎳ 미만, 또는 100㎳ 미만의 기설정 기간 동안 송신 코일들(2, 3) 각각을 제어할 수 있다.
그 대안으로, 계산 장치(6)는, 연속해서 제어되는 코일들의 간격에 기반하여 동적으로도 기간을 결정할 수 있으며, 간격이 더 크면 기간도 더 길어진다.
도 2에는, 에너지 전송 장치(1)를 기반으로 하는 본 발명에 따른 에너지 전송 장치(10)가 도시되어 있다. 15개의 송신 코일(그 중 3개가 도면부호 11, 12 및 13으로 표시되어 있음) 및 수신 코일들(14, 15)에 추가로, 에너지 전송 장치(10)는 교류 전류원(19)과 전환 스위치(20)를 포함한다. 교류 전류원(19)은 예컨대 인버터일 수 있다. 또는 교류 전류원(19)은 예컨대, 공급 전압을 필요한 전압으로 변환하고 상응하는 전류 조정기를 포함하는 변압기일 수도 있다.
또한, 제어 장치(16)는 2개 부재형이다. 이 경우, 하나의 계산 장치(17)는 송신 측 또는 일차 측에 배치된다. 제2 계산 장치(18)는 수신 측 또는 이차 측에 배치된다. 2개의 계산 장치(17, 18)는 상호 무선으로 통신할 수 있다. 이를 위해, 예컨대 송신 코일들(11, 12, 13)을 제어하는데 이용되는 교류 전류가 변조될 수 있다. 그 대안으로, 별도의 통신 인터페이스, 예컨대 NFC, 블루투스, WLAN 등이 제공될 수 있다.
계산 장치(17)는 전환 스위치(20)를 제어하며, 그럼으로써 각각 요구된 송신 코일(11, 12, 13)이 전기 에너지, 즉, 여기서는 전원(19)의 교류 전류를 공급받는다. 전환 스위치(20)는 단지 개략적으로 송신 코일들 중 3개(11, 12, 13)와 연결되어 있다. 전환 스위치(20)는 당연히 모든 송신 코일(11, 12, 13)을 제어하도록 설계된다. 또한, 전환 스위치(20)는, 복수의 송신 코일(11, 12, 13)을 동시에 제어하도록 형성될 수도 있다. 예컨대 매트릭스의 모서리들에 있는 4개의 송신 코일이 높은 결합 계수를 가질 수도 있다. 이 경우, 각각 서로 대향하여 위치하는 2개의 송신 코일이 동시에 제어될 수 있다.
계산 장치(17)는, 자신이 예컨대 송신 코일들(11, 12, 13)에 기설정 전류, 특히 교류 전류를 공급함으로써, 송신기 측 또는 일차 측에서 개별 송신 코일들(11, 12, 13)을 위해 결합 계수를 결정할 수 있다. 이와 동시에, 계산 장치(18)는 수신기 측 또는 이차 측에서 각각 개별 수신 코일들(14, 15) 내의 전류를 측정할 수 있고 이 정보를 계산 장치(17)로 전송할 수 있다. 그런 다음 상기 계산 장치는 전류의 값에 따라 최대 결합 계수를 갖는 코일 쌍(들)을 식별할 수 있다. 그 대안으로, 계산 장치(18)는 오직 각각의 송신 코일(11, 12, 13)을 위한 결합 계수의 값에 대한 정보만 전송할 수도 있다. 결합 계수는, 전술한 것처럼, 예컨대 이차 측의 전류 측정을 기반으로, 오직 정성적으로만 결정될 수 있다. 그러한 정성적 결정은, 에너지 전송을 위해 이용될 송신 코일들(11, 12, 13)을 식별하기에 충분하다. 정성적 결정 시, 예컨대 수신 코일들(14, 15) 내의 전류의 값이 비교값으로서 이용될 수 있다.
계산 장치(17)는 그 대안으로, 예컨대 수신 코일들(14, 15)의 개방 및 수신 코일들(14, 15)의 단락 시 송신 코일들(11, 12, 13)의 인덕턴스를 측정함으로써, 송신기 측 또는 일차 측에서 개별 송신 코일들(11, 12, 13)을 위해 결합 계수를 결정할 수 있다. 이를 위해, 계산 장치(18)는 수신기 측 또는 이차 측에 스위칭 장치를 포함할 수 있으며, 이 스위칭 장치는, 수신 코일들(14, 15)을 개별적으로 또는 동시에 개방하거나 단락시키도록 설계된다. 이 경우, 결합 계수는 1에서 각각의 송신 코일(11, 12, 13)의 인덕턴스들(단락/개방)의 비를 감산한 값의 제곱근으로서 결정될 수 있다. 계산 장치(17)는, 예컨대 각각 기지의 정전용량을 갖는 진동 회로의 공진 주파수의 측정을 기반으로 인덕턴스를 결정할 수 있다.
도 3에는, 전기 에너지를 비접촉식으로 전송하기 위한 에너지 전송 방법의 순서도가 도시되어 있다.
상기 방법은 복수의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 및 복수의 수신 코일(4, 5, 14, 15)을 준비하는 단계(S1)를 제공한다. 또한, 에너지 전송 모드에서 기설정 개수의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)이 순차적으로 제어된다(S2).
송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)의 제어 시, 교류 전류 또는 교류 전압이 생성될 수 있고, 주기적으로 또는 순차적으로 각각 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 중 상응하는 송신 코일에 공급될 수 있다. 이 경우, 제어 대상 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)의 개수는 예컨대 수신 코일들 중 하나와 각각의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 사이의 결합 계수의 한계값에 기반하여 동적으로 결정될 수 있다.
에너지 전송을 위해 이용될 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)을 식별하기 위해, 식별 모드에서 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 각각에 대해, 수신 코일들(4, 5, 14, 15) 중 하나와의 상기 송신 코일의 결합 계수가 각각 식별될 수 있다. 그런 다음, 에너지 전송 모드에서, 제어 대상 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)은 최대 결합 계수를 갖는 코일에서 시작하여 결합 계수에 따라 선택될 수 있다.
국소적 에너지 유입 및 그에 따른 금속 물체의 국소적 가열은, 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)의 순차 제어 시 각각 마지막에 제어된 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)까지의 간격이 최대인 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)이 다음 송신 코일로서 제어될 때, 최소화될 수 있다. 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)의 순차 제어 시, 상기 송신 코일들은 각각 1초 미만, 특히 500밀리초 미만, 250밀리초 미만, 또는 100밀리초 미만의 기간 동안 제어될 수 있다.
도 4에는, 송신 코일들(30, 31, 32)의 제어를 설명하기 위한 그래프가 도시되어 있다. 송신 코일들(30, 31, 32)은, 도 1 및 도 2에도 도시된 것과 같은 15개의 송신 코일을 가진 매트릭스로 배열된다. 송신 코일들(30, 31, 32)은 파선으로 도시되어 있으며, 상응하는 수신 코일들에 대해 최대 결합 계수를 갖는 3개의 송신 코일(30, 31, 32)을 표시한다.
송신 코일들(30, 31, 32)의 하단에 도시된 그래프에는, 개별 송신 코일들(30, 31, 32)이 어떻게 제어되는지가 도시되어 있다. 여기서는, 각각 송신 코일들(30, 31, 32) 중 단 하나만이 동시에 제어되는 점이 확인된다. 맨 처음, 송신 코일(30)이 제어되고, 그에 이어 송신 코일(31)이, 그리고 최종적으로 송신 코일(32)이 제어된다. 이 시퀀스는 전체 충전 과정 동안 계속 반복된다.
비록 본 발명이 바람직한 실시예들에 따라 상기에 기술되었기는 하나, 본 발명은 상기 실시예들로 제한되지 않으며 다양한 유형 및 방식으로 수정될 수 있다. 특히 본 발명은 발명의 핵심에서 벗어나지 않는 한 다양한 방식으로 변경되거나 수정될 수 있다.

Claims (12)

  1. 전기 에너지를 비접촉식으로 전송하기 위한 에너지 전송 장치(1, 10)로서,
    복수의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 및 복수의 수신 코일(4, 5, 14, 15); 그리고
    에너지 전송 모드에서 기설정 개수의 상기 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)을 순차적으로 제어하도록 설계된 제어 장치(6, 16);를 포함하는, 에너지 전송 장치(1, 10).
  2. 제1항에 있어서, 제어 장치(6, 16)는, 식별 모드에서 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 각각에 대해 각각 개별 수신 코일들(4, 5, 14, 15)과의 결합 계수를 식별하고, 최대 결합 계수를 갖는 코일 쌍에서 시작하여 결합 계수에 따라 에너지 전송 모드에서 제어되는 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)을 선택하도록 형성되는, 에너지 전송 장치(1, 10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 장치(6, 16)는, 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)의 순차 제어 시, 각각 마지막에 제어된 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)까지의 간격이 최대인 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)을 다음 송신 코일로서 제어하도록 설계되는, 에너지 전송 장치(1, 10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 장치(6, 16)는, 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)의 순차 제어 시, 상기 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 각각을 1초 미만, 특히 500밀리초 미만, 250밀리초 미만, 또는 100밀리초 미만의 기간 동안 제어하도록 설계되는, 에너지 전송 장치(1, 10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 전송 장치는 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)을 제어하기 위한 교류 전류를 생성하도록 설계된 교류 전류원(19); 및 상기 교류 전류원(19)을 코일들 중 하나와 제어 가능하게 전기적으로 연결하도록 설계된 전환 스위치(20);를 포함하며,
    제어 장치(6, 16)는, 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 중 각각 하나를 제어하기 위해, 상기 전환 스위치(20)를 제어하도록 설계되는, 에너지 전송 장치(1, 10).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 장치(6, 16)는, 수신 코일들 중 하나와 각각의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 사이의 결합 계수의 한계값에 기반하여 동적으로 기설정 개수를 결정하도록 설계되는, 에너지 전송 장치(1, 10).
  7. 전기 에너지를 비접촉식으로 전송하기 위한 에너지 전송 방법으로서,
    복수의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 및 복수의 수신 코일(4, 5, 14, 15)을 제공하는 단계(S1); 및
    에너지 전송 모드에서 기설정 개수의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)을 순차적으로 제어하는 단계(S2);를 포함하는, 에너지 전송 방법.
  8. 제7항에 있어서, 식별 모드에서 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 각각에 대해 개별 수신 코일들(4, 5, 14, 15)과의 결합 계수가 식별되며,
    최대 결합 계수를 갖는 코일 쌍에서 시작하여 결합 계수에 따라, 에너지 전송 모드에서 제어되는 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)이 선택되는, 에너지 전송 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)의 순차 제어 시, 각각 마지막에 제어된 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)까지의 간격이 최대인 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)이 다음 송신 코일로서 제어되는, 에너지 전송 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)의 순차 제어 시, 상기 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 각각은 1초 미만, 특히 500밀리초 미만, 250밀리초 미만, 또는 100밀리초 미만의 기간 동안 제어되는, 에너지 전송 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32)을 제어하기 위한 교류 전류를 생성하는 단계; 및 상기 송신 코일들(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 중 상응하는 송신 코일과 교류 전류를 각각 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는, 에너지 전송 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 기설정 개수는, 상기 수신 코일들 중 하나와 각각의 송신 코일(2, 3, 11, 12, 13, 30, 31, 32) 간의 결합 계수의 한계값에 기반하여 동적으로 결정되는, 에너지 전송 방법.
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