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KR102008847B1 - 무선 전력 전송 방법 및 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 방법 및 장치 Download PDF

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KR102008847B1
KR102008847B1 KR1020170083113A KR20170083113A KR102008847B1 KR 102008847 B1 KR102008847 B1 KR 102008847B1 KR 1020170083113 A KR1020170083113 A KR 1020170083113A KR 20170083113 A KR20170083113 A KR 20170083113A KR 102008847 B1 KR102008847 B1 KR 102008847B1
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transmitting
coil
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주식회사 다원퓨처텍
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Abstract

본 발명은 웨어러블 디바이스 등을 대상으로 무선 전력 전송을 구현할 때 전력 전송 효율을 높일 수 있는 무선 전력 전송 방법 및 장치에 관한 것으로,
일 방향으로 배열되는 복수의 송신 코일이 병렬로 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 단계; AC 전력을 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하는 단계; 복수의 송신 코일을 타 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 전원장치(10)와 전력증폭기(20)의 사이에 위치하는 전류 센서(40)를 통하여 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 타 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시키는 단계; 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 단계; AC 전력을 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급하고, 상기 전류 센서(40)를 통하여 전류 환산값을 측정하며, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송하는 단계;를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 방법 및 장치{Wireless power transmission method and apparatus}
본 발명은 웨어러블 디바이스 등을 대상으로 무선 전력 전송을 구현할 때 전력 전송 효율을 높일 수 있는 무선 전력 전송 방법 및 장치에 관한 것으로, 드론, 스마트폰, LED 조명 등 중·소형 가전 기기 등에도 적용할 수 있다.
웨어러블 디바이스는 최근 빠르게 성장하고 있으며, 핵심 성장 동력으로 주목받고 있는 산업군이다. 반도체 제품들이 더 작은 크기에서 더 좋은 성능으로 발전함에 따라 손목시계 또는 그 이하의 크기에서도 정보 수집이나 가공이 가능한 제품들이 구현 가능하게 되었다. 웨어러블 디바이스는 가벼운 무게와 작은 크기로 사용자가 일상에서 편리하게 소지할 수 있으며, 사용자와 관련된 정보를 수집하고 분석하거나 간편 결제 등의 편의 기능을 제공할 수 있기 때문에 이를 이용하는 사용자가 빠르게 늘어나고 있는 실정이다.
현재 웨어러블 디바이스를 사용함에 있어 가장 큰 단점 및 불편한 점은 짧은 배터리 수명과 충전 방법에 관한 것이다. 스마트 워치의 경우 스마트폰의 1/10 정도가 되는 용량의 배터리를 탑재하고 있으며, 최장 3∼4일 정도 사용 가능한 것으로 파악되고 있다. 이를 더 긴 시간 동안 운용하기 위해서는 배터리 용량을 늘리거나 스마트 워치의 기능을 줄여야 하나, 배터리 용량을 늘리는 경우 작은 크기에서 구현되는 스마트 워치의 강점이 사라지고, 기능을 줄이는 경우 사용자 편의성이 크게 감소한다.
또한, 웨어러블 디바이스를 충전하기 위해서는 유선 케이블을 직접 연결하거나 접점 방식의 충전기를 이용해야 한다. 그러나 유선 케이블을 연결하는 경우 연결 시에 단자가 조금씩 마모되어 최종적으로 단자가 고장 나면 충전할 수 없으며, 접점 방식의 경우 마모에 따른 문제는 덜하지만 접점이 제품 외부에 드러남으로써 제품의 디자인을 완벽하게 완성시킬 수 없다는 한계가 존재한다.
그리하여 대한민국 특허청 공개특허 제10-2013-0130366호는 무선 충전기용 수신모듈을 소개하였고, 휴대 단말기 등에 장착되어 외부의 송신 코일과 전자기적으로 커플링되어 유도 전류를 발생시켜 휴대 단말기 등의 배터리를 충전하였다.
그러나 상기 무선 충전기용 수신모듈은 송신 코일과의 정렬이 어긋나는 경우에 무선 전력 전송 효율이 급격히 떨어지는 문제점이 발생하였다.
그리하여 송신 코일을 이동시켜 송신 코일과 수신 코일의 중심이 정렬되도록 하는 기술이 소개되었으나, 코일의 정렬에 많이 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 송신 코일을 일 방향으로 배열하고, 타 방향으로 이동할 수 있게 함으로써, 짧은 시간 안에 가장 무선 전력 전송 효율이 높은 송신 코일을 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 가장 무선 전력 전송 효율이 높은 송신 코일을 찾는데 전류 센서를 제외한 별도의 장치가 불필요하고, 수신 코일이 2개 이상 존재하더라도 멀티 충전이 가능한 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는, 외부에서 공급되는 AC 전력을 DC 전력으로 변경하는 전원장치; y축 방향으로 배열되는 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우 또는 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 커패시터 선택기; 상기 전원장치에서 인가받은 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 전력증폭기; 상기 전력증폭기에서 인가받은 AC 전력을, 모두 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하거나 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급하는 코일 선택기; 상기 전원장치와 전력증폭기의 사이에 위치하여 전류 환산값을 측정하는 전류 센서; 및 복수의 송신 코일을 x축 방향으로 소정 거리 이동시키는 이동부;를 포함하며, 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일을 이동부를 통하여 x축 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우의 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 x축 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시키고, 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 AC 전력이 인가될 때에 하나의 송신 코일이 직렬로 연결된 경우의 전류 환산값을 측정하고, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송한다.
이때, 상기 이동부는 볼 스크류(ball screw)로 형성될 수 있고, 상기 볼 스크류의 볼 너트에 복수의 송신 코일이 형성될 수 있으며, 복수의 송신 코일은 y축 방향으로 적어도 2열로 배열될 수 있고, 일 열의 송신 코일과 타 열의 송신 코일은 서로 어긋나게 배열되어 일 열의 송신코일의 사이에 타 열의 송신코일이 위치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 방법은, y축 방향으로 배열되는 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 단계; AC 전력을 모두 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하는 단계; 복수의 송신 코일을 x축 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 전원장치와 전력증폭기의 사이에 위치하는 전류 센서를 통하여 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우의 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 x축 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시키는 단계; 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 단계; AC 전력을 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급하고, 상기 전류 센서를 통하여 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우의 전류 환산값을 측정하며, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송하는 단계;를 포함한다.
복수의 송신 코일의 중심에 LED가 설치되어 사용자가 복수의 송신 코일의 중심을 무선 전력 송신 장치에서 파악할 수 있으며, 상기 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일의 중심에 설치된 LED만이 점등되고, 나머지 송신 코일의 중심에 설치된 LED는 소등될 수 있다. 또한, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일의 전류 환산값이 설정값보다 작으면 점등된 LED 쪽으로 수신 코일을 이동하라는 음성이 제공될 수 있다.
본 발명은 복수의 송신 코일을 일 방향으로 배열하고, 타 방향으로 이동할 수 있게 함으로써, 짧은 시간 안에 가장 무선 전력 전송 효율이 높은 송신 코일을 찾을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 가장 무선 전력 전송 효율이 높은 송신 코일을 찾는데 전류 센서를 제외한 별도의 장치가 불필요하여 제조 원가와 구성을 간소화할 수 있고, 2개 이상의 수신 코일이 존재하더라도 멀티 충전이 가능한 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 송신 코일이 병렬로 연결되는 무선 전력 전송 장치를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 복수의 송신 코일이 병렬로 연결되는 경우를 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 하나의 송신 코일을 통하여 무선 전력 전송이 이루어지는 것을 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 송신 코일에 각각 AC 전력이 인가될 때의 전류 센서에서 측정된 전류 환산값을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 복수의 송신 코일이 2열로 배열되는 무선 전력 전송 장치를 나타내는 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 2열로 배열되는 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일을 통하여 무선 전력 전송이 이루어지는 것을 나타내는 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 방법을 나타내는 순서도.
본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 복수의 송신 코일이 병렬로 연결되는 무선 전력 전송 장치를 나타내는 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 복수의 송신 코일이 병렬로 연결되는 경우를 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우를 나타내는 개략도이며, 도 5는 본 발명에 따른 하나의 송신 코일을 통하여 무선 전력 전송이 이루어지는 것을 나타내는 개략도이다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는, 외부에서 공급되는 AC 전력을 DC 전력으로 변경하는 전원장치(10); 일 방향으로 배열되는 복수의 송신 코일이 병렬로 연결되는 경우 또는 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 커패시터 선택기(15); 전원장치(10)에서 인가받은 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 전력증폭기(20); 전력증폭기(20)에서 인가받은 AC 전력을, 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하거나 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급하는 코일 선택기(30); 전원장치(10)와 전력증폭기(20)의 사이에 위치하여 전류 환산값을 측정하는 전류 센서(40); 및 복수의 송신 코일을 타 방향으로 소정 거리 이동시키는 이동부(60);를 포함하며, 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일을 이동부(60)를 통하여 타 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 타 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시키고, 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 AC 전력이 인가될 때에 전류 환산값을 측정하고, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는 전원장치(10), 커패시터 선택기(15), 전력증폭기(20), 코일 선택기(30), 전류 센서(40), 이동부(60) 및 복수의 송신 코일(31, 32, 33, 34)을 포함하고, 수신 코일(39)은 드론 또는 웨어러블 디바이스 등에 설치된다. 전력 손실을 줄이고 효율적으로 전력을 전송하기 위해서는 송신 코일과 수신 코일(39)의 중심이 정렬되었을 때 가능하고, 일 방향으로 배열되는 송신 코일의 수는 필요에 따라 선택할 수 있다.
전원장치(10)는 외부에서 공급되는 220V AC 전력을 소정 값의 DC 전력으로 변경하여 전력증폭기(20)에 공급한다. 또한, 전원장치(10)는 커패시터 선택기(15), 코일 선택기(30) 및 이동부(60)를 제어하는 제어부(50)에 필요한 전력을 공급한다.
커패시터 선택기(15)는 일 방향(y축 방향)으로 배열되는 복수의 송신 코일(31, 32, 33, 34)이 모두 병렬로 연결되는 경우 또는 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우의 커패시터 값(Cg 또는 Ci)을 선택한다.
전력증폭기(20)는 전원장치(10)에서 인가받은 DC 전력을 공진 주파수 대역(본 발명에서는 6.78Mhz로 선택함)의 AC 전력으로 변환한다. 이때, 제어부(50)는 커패시터 선택기(15)에 커패시터 값(Cg 또는 Ci) 선택을 위한 신호를 보내고, 코일 선택기(30)에 송신 코일 선택을 위한 신호를 보내며, 코일 선택기(30)는 복수의 송신 코일(31, 32, 33, 34) 모두를 병렬로 연결하거나 복수의 송신 코일(31, 32, 33, 34) 중 하나의 송신 코일을 선택하고, 전력증폭기(20)에서 인가받은 AC 전력을 병렬로 연결되는 복수의 송신 코일 또는 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급한다.
코일 선택기(30)는 다수의 릴레이를 활용하여 AC 전력이 이동하는 경로를 병렬로 연결되는 복수의 송신 코일 또는 하나의 송신 코일로 제한할 수 있다. 즉, 코일 선택기(30)는 전력증폭기(20)에서 인가받은 AC 전력을, 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하거나 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급한다.
전원장치(10)와 전력증폭기(20)의 사이에 위치하는 전류 센서(40)는 전류 환산값을 측정할 수 있고, 이동부(60)는 복수의 송신 코일을 타 방향(x축 방향)으로 소정 거리 이동시킬 수 있으며, 이동부(60)는 볼 스크류(ball screw)로 형성될 수 있고, 상기 볼 스크류의 볼 너트에 복수의 송신 코일이 형성되어 타 방향으로 설정된 거리만큼 이동할 수 있다. 이때, 이동부(60)로는 볼 스크류를 대신하여 벨트의 일측에 복수의 송신 코일을 형성하고, 벨트를 구동시키는 모터를 사용할 수 있으며, 설정된 거리만큼 복수의 송신 코일을 이동시킬 수 있는 다양한 이동 장치들이 사용될 수 있다.
코일 선택기(30)에 의해 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되고, 병렬로 연결된 복수의 송신 코일을 타 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 전류 센서(40)를 통하여 전류 환산값을 측정하면, 복수의 송신 코일(31, 32, 33, 34)의 타 방향(x축 방향) 위치에 따른 AC 전력이 인가될 때의 전류 환산값을 파악할 수 있다.
제어부(50)와 이동부(60)는 측정된 전류 환산값이 가장 큰 타 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시킨다. 이때, 타 방향(x축 방향)의 모든 위치에서 전류 환산값을 측정하지 않더라도 처음으로 전류 환산값이 감소하는 위치의 이전 위치로 복수의 송신코일을 이동할 수도 있다.
복수의 송신 코일이 병렬로 연결된 경우에 측정되는 전류 환산값을 통하여 타 방향의 위치가 결정되면, 전류 환산값이 가장 크게 나오는 타 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시키고, 복수의 송신 코일 중 일 방향(y축 방향)의 순서대로 선택되는 하나의 송신 코일만을 전력증폭기(20)에 직렬로 연결하여 전류 환산값을 측정한다.
복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에만 AC 전력을 지속적으로 인가하여 드론 또는 웨어러블 디바이스 등에 설치된 수신 코일(39)로 무선 전력을 전송한다. 이때, 복수의 송신 코일이 병렬로 연결된 경우의 타 방향(x축 방향)의 위치에 따른 전류 환산값과 각 송신 코일에 AC 전력이 인가될 때의 전류 환산값을 통하여 수신 코일(39)의 상대적 위치를 검출할 수 있다.
또한, 복수의 송신 코일(31, 32, 33, 34)의 중심에 LED를 설치하여 사용자가 복수의 송신 코일(31, 32, 33, 34)의 중심 위치를 무선 전력 전송 장치에서 파악할 수 있으며, 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일의 중심에 설치된 LED만이 점등되고, 나머지 송신 코일의 중심에 설치된 LED는 소등되게 할 수 있다.
이때, 전류 환산값이 설정값보다 크면 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일의 중심에 설치된 LED 불빛의 색깔이 바뀌거나 무선 충전이 시작된다는 음성이 제공될 수 있고, 가장 큰 전류 환산값이 설정값보다 작으면 점등된 LED 쪽으로 수신 코일을 이동하라는 음성이 제공될 수 있다. 가장 큰 전류 환산값을 가지는 송신 코일의 좌표값과 검출된 수신 코일(39)의 위치를 통하여 점등된 LED 방향으로 어느 정도 거리를 이동하여야 하는지에 대한 정보도 음성으로 제공될 수 있다. 이동 후 다시 측정된 가장 큰 전류 환산값이 설정값보다 크면, 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송한다. 또한, 설정값과의 비교 없이 가장 큰 전류 환산값을 가지는 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일(39)로 무선 전력을 전송할 수도 있다.
적어도 2개의 수신 코일(39)이 존재하는 경우에 전류 환산값이 큰 순서대로 수신 코일(39)의 개수만큼 코일 선택기(30)에 의하여 송신 코일이 병렬로 연결될 수 있으므로 멀티 충전도 가능하고, 멀티 충전하는 송신 코일의 중심에 설치된 LED는 점등되고, 나머지 송신 코일의 중심에 설치된 LED는 소등되게 할 수 있다. 이때, 수신 코일(39)은 일 방향(y축 방향)으로 나란히 놓여지는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 복수의 송신 코일의 타 방향(x축 방향) 위치가 결정된 후에 송신 코일에 각각 AC 전력이 인가될 때의 전류 센서에서 측정된 전류 환산값을 나타내는 그래프이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 4개의 송신 코일(31, 32, 33, 34) 중 제1 송신 코일(31)에만 AC 전력이 인가될 때의 전류 센서에서 측정된 전류 환산값은 약 600 정도이고, 제2 송신 코일(32)에만 AC 전력이 인가될 때의 전류 센서에서 측정된 전류 환산값은 약 700 정도이며, 제3 송신 코일(33)에만 AC 전력이 인가될 때의 전류 센서에서 측정된 전류 환산값은 약 590 정도이고, 제4 송신 코일(34)에만 AC 전력이 인가될 때의 전류 센서에서 측정된 전류 환산값은 약 520 정도이며, 가장 큰 전류 환산값(약 700)이 설정값(650) 이상이면, 제2 송신 코일(32)에 AC 전력을 인가하여 드론 또는 웨어러블 디바이스에 설치된 수신 코일(39)로 무선 전력을 전송한다. 이때, 가장 큰 전류 환산값(약 700)이 설정값(750) 이하이면, 제2 송신 코일(32)의 중심에 설치된 LED가 점등되고, 점등된 LED 방향으로 어느 정도 거리를 이동하라는 음성이 제공될 수 있다. 이동 후 다시 측정된 가장 큰 전류 환산값이 설정값보다 크면, 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송할 수 있다.
또한, 설정값과의 비교 없이 가장 큰 전류 환산값(약 700)을 가지는 제2 송신 코일(32)에 AC 전력을 인가하여 수신 코일(39)로 무선 전력을 전송할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 복수의 송신 코일이 2열로 배열되는 무선 전력 전송 장치를 나타내는 개략도이고, 도 8은 본 발명에 따른 2열로 배열되는 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일을 통하여 무선 전력 전송이 이루어지는 것을 나타내는 개략도이다.
복수의 송신 코일(31, 32, 33, 34, 34, 35, 36, 37)은 일 방향으로 적어도 2열로 배열될 수 있고, 일 열의 송신 코일(31, 32, 33, 34)과 타 열의 송신 코일(35, 36, 37)은 서로 어긋나게 배열되어 일 열의 송신코일(31, 32, 33, 34)의 사이에 타 열의 송신코일(35, 36, 37)이 위치할 수 있다. 송신 코일의 수를 증가시키면 코일 비용이 증가하나, 보다 전력 전송 효율이 높은 송신 코일을 선택할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다. 사용자가 무선 전력 전송 장치의 상면에 드론 또는 웨어러블 디바이스 등의 수신 코일(39)을 위치시키면, 제어부(50)의 제어에 따라 커패시터 선택기(15)가 커패시터 값(Cg: 복수의 송신 코일이 병렬로 연결된 경우의 커패시터 값)을 선택하고, 제어부(50)의 제어에 따라 코일 선택기(30)는 복수의 송신 코일을 모두 병렬로 전력증폭기(20)에 연결하며, 제어부(5)의 제어에 따라 이동부(60)는 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일을 타 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 전류 센서(40)는 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 타 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시킨다.
복수의 송신 코일의 타 방향(x축 방향) 위치가 결정된 후에 커패시터 선택기(15)는 커패시터 값(Ci: 하나의 송신 코일이 직렬로 연결된 경우의 커패시터 값)을 선택하고, 코일 선택기(30)는 제1 송신 코일(31)부터 제7 송신 코일(37)까지 순차적으로 각각의 송신 코일에만 전력증폭기(20)에서 인가받은 AC 전력를 공급하고, 전류 센서는 전류 환산값을 측정하여 그 값을 제어부(50)에 전송한다.
제어부(50)는 가장 큰 전류 환산값과 설정값을 비교하고, 설정값이 작으면, 코일 선택기(30)를 통하여 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 드론 또는 웨어러블 디바이스에 설치된 수신 코일(39)로 무선 전력을 전송하고, 설정값이 크면, 가장 큰 전류 환산값을 가지는 송신 코일의 좌표값과 검출된 수신 코일(39)의 위치를 통하여 어느 방향(점등된 LED)으로 어느 정도 거리를 이동하여야 하는지에 대한 정보를 사용자에게 제공하고, 이동 후 다시 측정된 가장 큰 전류 환산값이 설정값보다 크면, 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송한다. 이때, 설정값과의 비교 없이 가장 큰 전류 환산값을 가지는 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일(39)로 무선 전력을 전송할 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 방법은, 일 방향으로 배열되는 복수의 송신 코일이 병렬로 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 단계; AC 전력을 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하는 단계; 복수의 송신 코일을 타 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 전원장치(10)와 전력증폭기(20)의 사이에 위치하는 전류 센서(40)를 통하여 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 타 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시키는 단계; 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 단계; AC 전력을 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급하고, 상기 전류 센서(40)를 통하여 전류 환산값을 측정하며, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송하는 단계;를 포함한다.
제1단계는 전원장치(10)를 통하여 외부에서 공급되는 220V AC 전력을 DC 전력으로 변경하는 단계이고, 제2단계는 일 방향으로 배열되는 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우의 커패시터 값(Cg)을 커패시터 선택기(15)를 통하여 선택하는 단계이며, 제3단계는 전력증폭기(20)를 통하여 상기 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 단계이고, 제4단계는 제3단계의 AC 전력을 병렬로 모두 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하는 단계이다.
제5단계는 복수의 송신 코일을 타 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 전원장치(10)와 전력증폭기(20)의 사이에 위치하는 전류 센서(40)를 통하여 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 타 방향의 위치로 복수의 송신 코일을 위치시키는 단계이다.
제6단계는 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일만이 연결되는 경우의 커패시터 값(Ci)을 커패시터 선택기(15)를 통하여 선택하는 단계이고, 제7단계는 전력증폭기(20)를 통하여 상기 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 단계이다.
제8단계는 제7단계의 AC 전력을 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급하고, 전류 센서(40)를 통하여 전류 환산값을 측정하며, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 제7단계의 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송하는 단계이다.
적어도 2개의 수신 코일(39)이 존재하는 경우에 전류 환산값이 큰 순서대로 수신 코일(39)의 개수만큼 송신 코일이 병렬로 연결되어 멀티 무선 전력 전송이 가능하다. 이때, 수신 코일(39)은 일 방향(y축 방향)으로 나란히 놓여지는 것이 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 전원장치 15: 커패시터 선택기
20: 전력증폭기 30: 코일 선택기
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37: 송신 코일
39: 수신 코일 40: 전류 센서
50: 제어부 60: 이동부

Claims (6)

  1. y축 방향으로 배열되는 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 단계;
    AC 전력을 모두 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하는 단계;
    복수의 송신 코일을 x축 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 전원장치(10)와 전력증폭기(20)의 사이에 위치하는 전류 센서(40)를 통하여 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우의 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 x축 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시키는 단계;
    복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 단계;
    AC 전력을 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급하고, 상기 전류 센서(40)를 통하여 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우의 전류 환산값을 측정하며, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 송신 코일의 중심에 LED가 설치되어 사용자가 복수의 송신 코일의 중심을 파악할 수 있으며, 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일의 중심에 설치된 LED만이 점등되고, 나머지 송신 코일의 중심에 설치된 LED는 소등되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일의 전류 환산값이 설정값보다 작으면 점등된 LED 쪽으로 수신 코일을 이동하라는 음성이 제공되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
  4. 외부에서 공급되는 AC 전력을 DC 전력으로 변경하는 전원장치(10);
    y축 방향으로 배열되는 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우 또는 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일이 직렬로 연결되는 경우의 커패시터 값을 선택하는 커패시터 선택기(15);
    상기 전원장치(10)에서 인가받은 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 전력증폭기(20);
    상기 전력증폭기(20)에서 인가받은 AC 전력을, 모두 병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일에 공급하거나 복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 공급하는 코일 선택기(30);
    상기 전원장치(10)와 전력증폭기(20)의 사이에 위치하여 전류 환산값을 측정하는 전류 센서(40); 및
    복수의 송신 코일을 x축 방향으로 소정 거리 이동시키는 이동부(60);를 포함하며,
    병렬로 연결되어 있는 복수의 송신 코일을 이동부(60)를 통하여 x축 방향으로 소정 거리 이동시켜 가면서 복수의 송신 코일이 모두 병렬로 연결되는 경우의 전류 환산값을 측정하여 전류 환산값이 가장 크게 나오는 x축 방향의 위치에 복수의 송신 코일을 위치시키고,
    복수의 송신 코일 중 선택된 하나의 송신 코일에 AC 전력이 인가될 때에 하나의 송신 코일이 직렬로 연결된 경우의 전류 환산값을 측정하고, 복수의 송신 코일 중에서 전류 환산값이 가장 큰 송신 코일에 AC 전력을 인가하여 수신 코일로 무선 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동부(60)는 볼 스크류(ball screw)로 형성되고, 상기 볼 스크류의 볼 너트에 복수의 송신 코일이 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    복수의 송신 코일은 y축 방향으로 적어도 2열로 배열되고, 일 열의 송신 코일과 타 열의 송신 코일은 서로 어긋나게 배열되어 일 열의 송신코일의 사이에 타 열의 송신코일이 위치하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
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