KR101222749B1

KR101222749B1 - 무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법

Info

Publication number: KR101222749B1
Application number: KR1020100127537A
Authority: KR
Inventors: 이광두; 김정훈; 박준섭; 김응주; 황상훈; 윤영석; 박철균; 윤정호
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: US20140333147A1; US8803365B2; KR20120066281A; US20120146425A1

Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법에 관한 것으로, 상기 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 신호를 생성하여 자기 공명 방식에 의해 송신하고, 무선 전력 수신부로부터 반사된 반사 무선 전력 신호를 수신하여 부하 장치의 존재 유무를 파악한 후 부하 장치 존재 시 부하 장치와의 거리 변화에 따른 임피던스와 출력 전력을 자동으로 추적하여 최적화된 상태로 상기 부하 장치에 무선 전력이 공급되도록 무선 전력 신호를 전송하는 무선 전력 송신부; 및 상기 부하 장치에 연결되고, 송신된 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 수신하여 접속된 부하 장치에 제공하며, 반사 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 송신부에 반사하는 무선 전력 수신부를 포함함으로써, 별도의 통신 장비나 시스템 없이 무선 송신부에서 수신측 환경의 인지가 가능하므로 비용이 절감되고 전송 효율이 향상된다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법 {Wireless power transmission apparatus and transmission method thereof}

본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법에 관한 것이다.

무선통신기술의 발달로 언제 어디서나 누구나 원하는 모든 정보를 주고 받을 수 있는 유비쿼터스 정보환경이 되고 있다. 하지만, 아직까지 통신정보기기들은 대부분 배터리에 의존하고 있고, 유선 전원코드에 의한 전원을 공급받아 통신정보기기의 사용이 제한을 받고 있다. 따라서, 무선정보 네트워크 환경은 단말기 전원에 대한 문제를 해결하지 않고서는 진정으로 자유로워질 수 없다.

이런 문제를 해결하기 위하여 무선으로 전력을 전달하기 위한 많은 기술이 개발되고 있다.

우선, 전파(Microwave)를 이용한 전파수신형 기술, 그리고 자기장을 이용한 자기유도형 기술, 또한 자기장과 전기장의 에너지 전환에 의한 자기공명 기술 등이 대표적이다.

여기서, 전파수신형 기술은 안테나를 통해 전파를 공기 중으로 방사함으로써 먼 거리까지 전력전송이 가능하다는 장점이 있으나, 공기 중에서 소모되는 방사손실(Radiation loss)이 매우 커서 전력전송의 효율성에 한계가 있다.

또한, 자기유도형 기술은 송신측 1차 코일과 수신측 2차 코일에 의한 자기 에너지 결합을 이용한 기술로 높은 전력전송의 효율성을 갖는 장점이 있다. 그러나, 자기유도형 기술은 전력전송을 위해서 송신측 1차 코일과 수신측 2차 코일이 수 mm 정도의 짧은 거리에 인접해 있어야 한다. 또한, 송신측 1차 코일과 수신측 2차 코일의 코일정렬에 따라 전력전송의 효율성이 급격히 변하며, 발열량이 크다는 단점이 있다.

따라서, 최근에 자기유도형 기술과 유사하나 코일형의 인덕터(L)와 캐패시터(C)에 의한 특정 공진 주파수에 에너지가 집중되게 하여 자기에너지 형태로 전력을 송신하는 자기공명 기술이 개발되고 있다.

이러한 자기공명 기술은 비교적 큰 전력을 수 미터까지 보낼 수 있다는 장점이 있으나, 높은 공진 특성(High Quality factor)을 요구하고 있다.

다시 말해, 자기공명 기술은 임피던스 정합 여부, 송신측의 LC 코일과 수신측의 LC 코일 사이의 공진 주파수 일치 여부에 따라 효율이 급격하게 변하는 단점이 있다.

특히, 송신측과 수신측 간의 거리 변화에 따른 임피던스 부정합과 낮은 출력 전력의 전송도는 무선 전력 전송에 있어 최적의 무선 전력 전송을 방해하는 주요한 원인이 된다.

이를 위해, 종래의 자기유도형 기술은 송신측과 수신측에 통신 디바이스(예컨대, 트랜스시버)를 장착하여 송신측과 수신측의 통신을 통해 상술한 문제점을 제어하였다.

그러나, 통신 디바이스(예컨대, 트랜스시버)를 별도로 장착하면 무선 전력 전송 장치의 비용이 증가하며, 장치의 구성이 복잡해지는 문제점이 발생한다.

또한, 낮은 출력 전력의 전송도를 향상시키기 위해 상기 출력 전력을 증폭시키기 위한 전력 증폭기는 전력 증폭이 불필요한 상황에서도 계속 온(on) 상태에 있어야 하므로 상기 전력 증폭기를 구동시키기 위한 전력 낭비가 초래된다.

본 발명은 송신측과 수신측의 통신을 위해서 별도의 트랜스시버 모듈을 구비하지 않고, 수신 환경을 자동으로 인지하여 최적의 무선 전력 전송 상태로 무선 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 송신측과 수신측 간 거리 변화 시 최적의 임피던스와 최대의 출력 전력을 갖도록 임피던스와 출력 전력을 자동으로 추적하여 조절하는 무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 온/오프 제어가 가능한 전력 증폭기를 사용함으로써 전력 낭비를 최소화할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 외부로부터 입력되는 전력을 받아서 무선으로 전송할 무선 전력 신호를 생성하고, 생성된 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 무선 송신하며, 반사 무선 전력 신호를 수신하여 부하 장치의 존재 유무를 파악하고, 상기 부하 장치의 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 임피던스와 출력 전력의 변화를 자동으로 추적하여 최적 임피던스로 정합되고 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 무선 송신하여 상기 부하 장치에 전력이 공급되도록 무선 전력 신호를 전송하는 무선 전력 송신부; 및 상기 부하 장치에 연결되며, 상기 무선 전력 송신부에서 송신된 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 수신하여 접속된 부하 장치에 제공하고, 소모되지 않은 반사 무선 전력 신호는 상기 무선 전력 송신부에 반사하는 무선 전력 수신부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 무선 전력 송신부는, 외부에서 입력되는 전력을 받아서 전송을 원하는 무선 전력 신호를 생성하는 주파수 발진기; 상기 주파수 발진기에서 생성된 무선 전력 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭기; 상기 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 송신하며, 상기 무선 전력 수신부에서 반사되는 반사 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 수신하는 제1 공진형 안테나; 상기 전력 증폭기와 상기 제1 공진형 안테나 사이에 위치하여 상기 전력 증폭기와 상기 제1 공진형 안테나 사이의 임피던스 정합을 제공하도록 최적 임피던스로 가변되는 임피던스 정합기; 상기 전력 증폭기와 상기 임피던스 정합기 사이에 또는 상기 임피던스 정합기와 상기 제1 공진형 안테나 사이에 위치하며, 상기 전력 증폭기 또는 상기 임피던스 정합기에서 제1 포트를 통해 입력되는 상기 무선 전력 신호를 제2 포트를 통해 상기 제1 공진형 안테나로 출력하고, 상기 제2 포트를 통해 상기 제1 공진형 안테나로부터 입력된 상기 반사 무선 전력 신호를 제3 포트를 통해 출력되도록 방향성을 갖는 방향성 전력 결합기; 상기 방향성 전력 결합기의 제2 포트로부터 출력된 상기 무선 전력 신호의 출력 전력을 검출하여 출력하는 출력 전력 검출기; 상기 방향성 전력 결합기의 제3 포트로부터 출력된 상기 반사 무선 전력 신호의 반사 전력을 검출하여 출력하는 반사 전력 검출기; 상기 전력 증폭기를 통해 증폭될 무선 전력 신호가 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 최대 출력 전력을 갖도록 입력 전압을 가변하여 승압된 출력 전압을 상기 전력 증폭기에 전달하는 가변 전압기; 및 상기 출력 전력과 상기 반사 전력을 입력 받아 산출된 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 부하 장치의 존재 유무를 파악하고, 상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 임피던스 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최적 임피던스로 정합되도록 상기 임피던스 정합기를 제어하며, 상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 출력 전력 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최대 출력 전력을 추적하도록 상기 가변 전압기를 제어하고, 상기 최적 임피던스로 정합되고 상기 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 상기 제1 공진형 안테나를 통해 송신하도록 제어하는 송신 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무선 전력 수신부는 부하 장치에 연결되며, 상기 무선 전력 송신부에서 전송한 무선 전력 신호를 자기공명 방식에 의해 수신하며, 반사 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 송신부로 반사하는 제2 공진형 안테나; 상기 제2 공진형 안테나에 의해 수신된 무선 전력 신호를 정류하는 정류기; 부하 장치가 접속되어 있으며, 상기 정류기에 의해 정류된 무선 전력 신호를 전력 공급 방식에 따른 전력 신호로 변환하여 상기 부하 장치에 제공하는 전력 신호 변환기; 및 상기 제2 공진형 안테나에서 자기 공명 방식에 의해 무선 전력 신호를 수신하여 상기 부하 장치에 전력이 공급되도록 제어하고, 상기 반사 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 송신부로 반사되도록 제어하는 수신 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 방법은, (A) 무선 전력 송신부가 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 무선 전력 수신부로 전송하여 반사된 반사 무선 전력 신호로부터 반사 전력을 검출하여 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재 유무를 확인하는 단계; 및 (B) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재가 확인된 경우에 상기 무선 전력 송신부와 상기 부하 장치 간 거리 변화에 따른 임피던스와 출력 전력의 변화를 자동으로 추적하여 최적 임피던스로 정합되고 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은, (A) 무선 전력 송신부가 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 무선 전력 수신부로 전송하는 단계; (B) 무선 전력 송신부가 무선 전력 수신부에서 반사되는 반사 무선 전력 신호를 수신하여 반사 전력을 검출한 후, 상기 반사 전력과 상기 무선 전력 신호로부터 검출된 출력 전력을 이용한 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재 여부를 확인하는 단계; (C) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재가 확인된 경우에, 상기 무선 전력 송신부와 상기 부하 장치 간 거리 변화에 따른 임피던스와 출력 전력의 변화를 자동으로 추적하는 단계; 및 (D) 상기 추적된 최적 임피던스로 정합되고 상기 추적된 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신 방법은, (A) 무선 전력 수신부가 무선 전력 송신부로부터 전송된 무선 전력 신호를 수신하여 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치에 제공한 후, 반사 무선 전력 신호를 반사하는 단계; 및 (B) 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치가 접속이 해제된 경우에 상기 무선 전력 송신부에서 전송되는 무선 전력 신호의 수신을 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 별도의 통신 장비나 시스템 없이 송신 장치가 수신 환경을 인지할 수 있으므로 무선 전력 송수신 장치의 비용이 감소하며, 장치의 구성 및 제어가 단순해지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 송신측과 수신측의 거리 변화에 따라 최적의 임피던스와 최대의 출력 전력으로 자동 조절되므로 송신측과 수신측 간 협대역의 공진 특성 하에서도 최적의 무선 전력 전송 환경을 제공하여 전송 효율을 극대화하는 효과가 있다.

또한, 전력패스 스위치 및 온/오프 제어가 가능한 전력 증폭기를 사용함으로써 불필요한 전력 소모를 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 송신부에서 바라 본 입력 임피던스를 설명하기 위한 등가회로도이다.
도 3의 (a)는 송수신부 간 거리 변화를 나타내는 도면이고, 도 3의 (b)는 송수신부간 거리 변화에 따른 자기 결합 상수(k)를 나타내는 그래프이다.
도 4는 가변 트랜스포머로 구현된 임피던스 정합기의 구성을 나타내는 상세도이다.
도 5의 (a)는 임피던스 정합 수행 전 본 발명의 무선 전력 송수신부 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 입력 반사 계수(input reflection coefficient)를 나타내는 스미스 차트이고, 도 5의 (b)는 임피던스 정합 수행 전 본 발명의 무선 전력 송수신부 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 출력 반사 계수(output reflection coefficient)의 스미스 차트이다.
도 6의 (a)는 임피던스 정합 후 본 발명에 따른 무선 전력 송수신부(100,200) 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 입력 반사 계수(input reflection coefficient)를 나타내는 스미스 차트이고, 도 6의 (b)는 임피던스 정합 후 본 발명에 따른 무선 전력 송수신부(100,200) 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 출력 반사 계수(output reflection coefficient)를 나타내는 스미스 차트이다.
도 7의 (a)는 표 1에 나타낸 변압 모듈의 권선비 조절을 통한 임피던스 정합 전의 전달특성 비교도이고, 도 7의 (b)는 표 1에 나타낸 변압 모듈의 권선비 조절을 통한 임피던스 정합 후의 전달특성 비교도이다.
도 8은 도 1에 도시된 가변 전압기의 상세도이다.
도 9는 도 1에 도시된 임피던스 추적 모듈의 회로도의 일례이다.
도 10은 도 1에 도시된 전력 추적 모듈의 회로도의 일례이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 송신부의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 수신부의 동작을 설명하는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(1000)는 크게 무선 전력 송신부(100)와 무선 전력 수신부(200)로 구성된다.

상기 무선 전력 송신부(100)는 주파수 발진기(110), 전력 패스(pass) 스위치(120), 전력 증폭기(130), 임피던스 정합기(140), 방향성 전력 결합기(150), 제1 공진형 안테나(160), 전력 검출기(170), 가변 전압기(180) 및 송신 제어기(190)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 무선 전력 수신부(200)는 제2 공진형 안테나(210), 스위치(220), 정류기(230), 전력 신호 변환기(240), 충전 회로(250) 및 수신 제어기(260)를 포함하여 구성된다.

상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200) 간의 무선 전력 전송은 자기공명 방식으로 이루어진다.

즉, 상기 무선 전력 송신부(100)로부터 자기공명 방식에 의해 전송된 무선 전력이 상기 무선 전력 수신부(200)에서 자기공명 방식에 의해 수신되고, 이렇게 수신된 무선 전력은 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하(Load) 장치 (300)에 공급되거나 저장된다.

상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200) 간의 자기공명 방식에 의한 무선 전력 전송 과정을 개략적으로 살펴보면, 먼저, 상기 무선 전력 송신부(100)에서 무선 전력 신호를 생성하여 상기 무선 전력 신호가 가변 인덕터와 가변 캐패시터로 구성된 제1 공진형 안테나(160)에서 LC 공진에 의한 자기 에너지로 변환된다.

그러면, 상기 변환된 자기 에너지가 상기 무선 전력 수신부(200)의 가변 인덕터와 가변 캐패시터로 구성된 제2 공진형 안테나(210)와 자기 결합(Magnetic coupling)함으로써 자기공명 방식에 의한 무선 전력 전송이 이루어진다.

이때, 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200) 사이의 거리 변화 및 위치 변동에 따라 달라지는 임피던스와 상기 무선 전력 신호의 출력 전력을 자동으로 추적하여 최적 임피던스로 정합시키거나 상기 무선 전력 신호가 최대 출력 전력으로 증폭되도록 출력 전압의 크기를 조절함으로써 자기 에너지 결합을 극대화할 수 있다.

한편, 상기 자기 결합에 의한 자기력(Magnetic field)은, 전자기파(Electromagnetic wave)에 대한 맥스웰(Maxwell) 방정식의 제4 법칙에 따르면 "자기력은 항상 폐루프(Closed-Loop)를 이룬다" 라고 정의하고 있다.

따라서, 물결파와 같이 멀리 퍼져나가는 성질의 전기력(Electric field)과 달리, 자기력은 원을 그리며 되돌아 오는 성질로 인해 매질에 의한 손실이 없다면 항상 에너지는 보존된다고 해석할 수 있다.

이러한 성질을 활용하면 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200) 사이에 통신이 이루어 지지 않은 환경(이를 테면, 무선통신을 위한 트랜스시버(transceiver)를 구비하지 않은 환경) 하에서, 상기 무선 전력 송신부(100)가 상기 무선 전력 수신부(200)의 환경을 인지하도록 할 수 있다.

즉, 상기 무선 전력 송신부(100)가 켜져 있을 때 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 없거나 켜져 있지 않다면(즉, 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속되어 있지 않다면), 상기 무선 전력 송신부(100)에서 볼 때 에너지 손실이 없으므로 무선 전력 전송 환경 내에 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

반대로, 만약 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 존재한다면, 상기 무선 전력 송신부(100)에서 볼 때 에너지 손실이 발생하므로 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 존재한다고 판단할 수 있다.

따라서, 상기 무선 전력 송신부(100)로부터 송신된 무선 전력이 반사되는 반사 전력을 측정하여 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 존재 유무를 판별하고, 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 존재 시 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 부하 장치(300)가 접속된 무선 전력 수신부(200) 사이의 거리 변화에 따른 임피던스 조절 및 출력전력 조절을 통해 최적의 상태로 무선 전력을 전송하여 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 부하 장치(300)는 상기 무선 전력 송신부(100)로부터 상기 무선 전력 수신부(200)로 전달된 무선 전력을 수신하여 상기 부하 장치(300)에 전력을 충전하거나 가정용 전원을 공급하도록 하여 공급된 전력을 소모하는 장치이다.

예를 들면, 상기 부하 장치는 텔레비전 및 컴퓨터와 같은 전자/가전 기기들, 또는 배터리일 수 있다.

이제, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(1000)의 무선 전력 송신부(100)와 부하 장치(300)가 접속될 수 있는 무선 전력 수신부(200)의 각 구성과 동작 방법을 보다 자세하게 기술하기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 무선 전력 송신부(100)의 구성 및 동작 방법을 살펴보기로 한다.

상기 주파수 발진기(110)는 외부전력을 무선 전력 신호로 변환한다. 이때, 무선 전력 신호는 교류신호로써, 외부에서 입력되는 교류신호가 무선 전력 전송에 적절하지 않은 교류신호의 형태를 가질 수 있으므로 상기 주파수 발진기(110)는 외부전력을 무선으로 송신하기에 적절한 교류신호로 변환하여 출력한다.

상기 주파수 발진기(110)에서 생성된 무선 전력 신호의 발진 주파수는 제1 공진형 안테나(160)의 가변 인덕터와 가변 캐패시터의 가변에 의해 설정된 공진 주파수보다 작으며, 상기 제1 공진형 안테나(160)에서 수신측까지 바라본 상호 인덕턴스 값이 더해져서 계산된 공진 주파수와 같다.

상기 전력 증폭기(130)는 무선 전력 송신의 효율을 높이기 위해 상기 무선 전력 신호의 세기를 크게 하거나 소정의 세기로 조절되도록 증폭하여 출력한다.

이때, 상기 주파수 발진기(110)와 상기 전력 증폭기(130) 사이에는 전력 패스 스위치(120)가 구비될 수 있다.

이러한 상기 전력 패스 스위치(120)는 상기 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 존재 유무에 따라 상기 주파수 발진기(110)와 상기 전력 증폭기(130) 사이를 연결하거나, 상기 주파수 발진기(110)와 상기 임피던스 정합기(140)(또는 상기 방향성 전력 결합기(150))가 연결되도록 바이패스(Bypass) 경로를 제공한다.

즉, 상기 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 존재 하지 않을 경우, 상기 전력 패스 스위치(120)를 통해 상기 주파수 발진기(110)로부터 생성된 무선 전력 신호를 상기 전력 증폭기(130)에서 증폭하지 않고 상기 임피던스 정합기(140)(또는 상기 방향성 전력 결합기(150))로 바이패스 시킴으로써 주기적으로 이루어지는 상기 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 존재 유무 판별을 수행할 수 있고 불필요한 전력 낭비를 최소화할 수 있다.

상기 임피던스 정합기(140)는 상기 전력 증폭기(130)와 상기 제1 공진형 안테나(160) 사이에 위치하며, 상술한 바와 같이 최적의 전송 효율로 상기 무선 전력 신호를 전송하기 위해, 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200) 사이의 거리 변화 및 위치 변동에 따른 임피던스 정합을 제공한다.

구체적으로, 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 부하 장치(300)가 접속된 무선 전력 수신부(200)와의 거리가 멀어질수록 자계 에너지 결합력이 약화되며, 이에 따라 임피던스 부정합이 발생된다.

도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 송신부에서 바라 본 입력 임피던스를 설명하기 위한 등가회로도이다.

도 2를 참조하면, 상기 무선 전력 송신부(100)가 캐패시터(Cp)와 인덕터(Lp)로 구성되고, 상기 무선 전력 수신부(200)가 캐패시터(Cs)와 인덕터(Ls)로 구성되며, 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 상호 인덕턴스를 M이라 할 때(도 2의 (a) 참조), 상기 무선 전력 송신부(100)에서 바라본 입력 임피던스(Z_in)의 등가회로는 도 2의 (b)로 나타낼 수 있으며, 이는 또한 아래의 식(1) 내지 (4)로 나타낼 수 있다:

(1)

(2)

(3)

(4)

식 (1)에 식 (2), (3)과 s=j·ω을 대입하면, 식 (4)와 같이 상호 인덕턴스(M)를 구할 수 있다. 여기서, k는 자기 결합 상수(k≤1)이다.

식 (4)에 나타낸 바와 같이 상기 상호 인덕턴스(M)는 자기 결합 상수(k)의 함수이며, 상기 자기 결합 상수(k)는 송수신부 간 거리 변화에 따라 변화한다.

따라서, 상기 부하 장치(300)가 접속된 무선 전력 수신부(200)의 위치 변동(즉, 송수신부 간 거리 변화)이 발생했을 때 공진 주파수에 의해 LC 값이 결정되게 되면, 입력 임피던스(Z_in)는 송수신 결합 에너지인 상호 인덕턴스(M)의 영향을 받게 된다.

도 3의 (a)는 송수신부 간 거리 변화를 나타내는 도면이고, 도 3의 (b)는 송수신부간 거리 변화에 따른 자기 결합 상수(k)를 나타내는 그래프이다.

도 3의 (a)와 (b)를 참조하면, 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 거리가 멀어질수록 자기 결합 상수(k)의 값은 작아지므로 상기 입력 임피던스(Z_in)는 로우(low) 임피던스 방향으로 변화된다.

이와 같은 상기 임피던스 정합기(140)는 태핑(tapped)형태 또는 다중-부하(multi load) 형태의 가변 트랜스포머(transformer)로 구현될 수 있으며 변압 모듈의 권선비를 조절함으로써 임피던스 정합을 수행할 수 있다.

이러한 가변 트랜스포머의 일례를 도 4에 도시하였다.

도 4는 가변 트랜스포머로 구현된 임피던스 정합기의 구성을 나타내는 상세도이다.

도 4를 참조하면, 상기 임피던스 정합기(140)는 변압 모듈(141), 다수의 제1 스위치(SW1), 제1 스위치 제어기(143)을 포함하여 구성된다.

상기 변압 모듈(141)은 1차측 권선(N)과 2차측 권선으로 구성되며, 상기 2차측 권선은 고정되어 있을 수 있다.

상기 다수의 제1 스위치(SW1)은 상기 변압 모듈(141)의 권선비가 가변 가능하도록 상기 1차측 권선(N)에 설치된다.

상기 제1 스위치 제어기(143)는 상기 다수의 제1 스위치(SW1)에 연결되며, 최적 임피던스로 정합하기 위해 상기 1차측 권선(N)과 상기 2차측 권선의 권선비(N:1)가 가변되도록 후술될 송신 제어기(190)의 제어에 따라(이를 테면, 후술될 임피던스 추적 모듈(193)로부터 제공된 제1 제어 신호에 따라) 상기 다수의 제1 스위치(SW1)의 온/오프를 제어한다.

상기 다수의 제1 스위치(SW1)의 단자(T₁ ~ T_n)는 후술될 임피던스 추적 모듈(193)의 다수의 단자(T₁ ~ T_n)와 1대1로 대응되어, 임피던스 추적 모듈(193)로부터 선택된 출력 단자 정보를 포함한 상기 제1 제어 신호에 의해 상기 다수의 제1 스위치(SW1)의 단자 중 상기 제1 제어 신호에 포함된 출력 단자 정보에 대응되는 제1 스위치 단자가 온(on)된다.

그러면, 상기 임피던스 정합기(140)는 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 위치 변동 등에 의한 거리 변화에 따른 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 가변된 상기 변압 모듈(141)의 권선비에 따라 최적 임피던스로 정합을 수행하게 된다.

이와 같이 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 위치 변동 등에 의한 거리 변화로 인해 발생된 임피던스 부정합은 상기 임피던스 정합기(140)의 변압 모듈(141)을 가변함으로써 정합될 수 있다.

도 5의 (a)는 임피던스 정합 수행 전 본 발명의 무선 전력 송수신부 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 입력 반사 계수(input reflection coefficient)를 나타내는 스미스 차트이고, 도 5의 (b)는 임피던스 정합 수행 전 본 발명의 무선 전력 송수신부 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 출력 반사 계수(output reflection coefficient)의 스미스 차트이다.

도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 입력측과 출력측 모두 마킹된 지점들이 중심점(예컨대, m5 및 m9)으로부터 거리가 멀어질수록 멀리 떨어져 있는 것을 볼 수 있다.

이는 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 손실이 크다는 것을 의미한다.

즉, 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 거리 변화에 의한 임피던스가 정합되지 않았음을 의미한다.

도 6의 (a)는 임피던스 정합 후 본 발명에 따른 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 입력 반사 계수(input reflection coefficient)를 나타내는 스미스 차트이고, 도 6의 (b)는 임피던스 정합 후 본 발명에 따른 무선 전력 송수신부(100,200) 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 출력 반사 계수(output reflection coefficient)를 나타내는 스미스 차트이다.

도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 입력측과 출력측 모두 마킹된 지점들이 중심점(예컨대, m22 및 m27) 부근으로 모여든 것을 알 수 있다.

이는 무선 전력 송수신부(100,200) 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)에 따른 전송 에너지의 손실이 작다는 것을 의미한다.

즉, 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 거리 변화에 의한 임피던스가 정합되었음을 의미한다.

이와 같이 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 거리 변화에 의한 임피던스 정합 전후의 삽입 손실을 비교하기 위해 다음과 같은 시뮬레이션을 실시하였다.

본 시물레이션은 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 거리 변화에 의한 자기 결합 상수(k)의 범위가 0.006~0.002이고, 이때의 임피던스 정합을 위한 상기 변압 모듈(141)의 권선비가 1:3 내지 1:5로 변화를 주어 실시하였다.

표 1은 본 시뮬레이션의 결과를 정리한 것이다.

자기 결합 상수(k)	권선비	임피던스 정합 전 삽입 손실(dB)	임피던스 정합 후 삽입 손실(dB)
0.006	3	-0.01	-0.01
0.005	2.5	-0.2	-0.15
0.004	2.5	-0.22	-0.1
0.003	2	-1(80%)	-0.1(98%)
0.002	1.5	-3.1(49%)	-0.15(96%)

표 1을 참조하면, 각각의 자기 결합 상수(k)에서 임피던스 정합 전과 후를 비교하면 임피던스 정합 후 삽입 손실이 더 작은 것을 알 수 있다.

또한, 임피던스 정합 전에는 자기 결합 상수(k)가 작아질수록, 즉 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 사이가 멀어질수록 삽입 손실이 커지는 반면, 임피던스 정합 후에는 자기 결합 상수(k)의 변화에도 삽입 손실이 약 -0.1[dB]로 거의 유사함을 알 수 있다.

이는 본 발명에 따라 상기 변압 모듈(141)의 권선비를 조절하여 임피던스 정합을 수행하면 자기 결합 상수(k)의 변화에 상관 없이 삽입 손실은 거의 일정하다는 것을 의미한다.

표 1의 결과에 기초한 삽입 손실을 나타내는 전달특성은 도 7의 (a) 및 (b)의 그래프를 참조하면 보다 명확하게 알 수 있다.

도 7의 (a)는 표 1에 나타낸 변압 모듈의 권선비 조절을 통한 임피던스 정합 전의 전달특성 비교도이고, 도 7의 (b)는 표 1에 나타낸 변압 모듈의 권선비 조절을 통한 임피던스 정합 후의 전달특성 비교도이다.

도 7의 (a) 및 (b)을 참조하면, 상기 변압 모듈(141)의 권선비(N:1) 조절을 통한 임피던스 정합 전 전달특성(도 7의 (a) 참조)에서는 주파수 대역에 따라 각각 전달특성이 다르게 나타나는 반면, 임피던스 정합 후 전달특성(도 7의 (b) 참조)에서는 모든 주파수 대역에서 자기 결합 상수(k)의 변화에 상관 없이 거의 동일하게 나타나는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 임피던스 정합기(140)를 통해 임피던스 정합이 수행되면 주파수 대역과 상기 무선 전력 송수신부(100, 200) 간 거리 변화에 상관 없이 거의 동일한 삽입 손실을 갖도록 전달특성이 개선된다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 방향성 전력 결합기(150)는 상기 전력 증폭기(130)와 상기 임피던스 정합기(140) 사이 또는 상기 임피던스 정합기(140)와 상기 제1 공진형 안테나(160) 사이에 설치될 수 있다.

이러한 상기 방향성 전력 결합기(150)는 다수의 단자로 구성되며, 한 단자로 입력된 신호가 나머지 단자 중 하나로만 출력되고 다른 나머지 단자로는 출력되지 않도록 함으로써 입력되는 신호의 방향을 변환한다. 이때, 상기 입력되는 신호의 방향은 일정한 방향성을 갖게 된다.

이러한 방향성 전력 결합기(150)는 그를 통해 입력된 상기 무선 전력 신호를 상기 제1 공진형 안테나(160)로 출력하여 전달하고, 상기 제1 공진형 안테나(160)를 통해 폐루프를 형성하는 자기 결합 에너지로부터 반사되는 무선 전력 신호(이하 '반사 무선 전력 신호'라 칭함)를 입력 받아 출력한다.

예를 들어, 상기 방향성 전력 결합기(150)는 상기 전력 증폭기(130) 또는 상기 임피던스 정합기(140)로부터 제1 포트를 통해 입력되는 상기 무선 전력 신호를 제2 포트를 통해 상기 제1 공진형 안테나(160)로 출력하고, 상기 제2 포트를 통해 상기 제1 공진형 안테나(160)로부터 입력된 상기 반사 무선 전력 신호를 제3 포트를 통해 출력되도록 방향성을 갖는다.

이처럼, 상기 방향성 전력 결합기(150)는 다수개의 단자를 갖는 써큘레이터(circulator) 또는 아이솔레이터(isolator)로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 써큘레이터 또는 아이솔레이터는 다수개의 단자를 포함하나, 어느 단자로 입력된 신호든지 한 방향으로만 전달한다.

이때, 상기 방향성 전력 결합기(150)에는 효율적인 무선 전력 전송을 위해 출력 전력에 대한 반사 전력의 비율을 계산하기 위한 전력 검출기(170)가 연결된다.

이러한 전력 검출기(170)는 출력 전력 검출기(171)와 반사 전력 검출기(173)로 구성된다.

상기 출력 전력 검출기(171)는 상기 방향성 전력 결합기(150)를 통해 제1 공진형 안테나(160)로 전달되어 수신측으로 출력된(예컨대, 상기 방향성 전력 결합기(150)의 제1 포트로부터 입력 받아 제2 포트로 출력된) 상기 무선 전력 신호의 출력 전력(P_out=P_detect)을 측정한다.

그리고, 상기 반사 전력 검출기(173)는 상기 제1 공진형 안테나(160)로부터 상기 방향성 전력 결합기(150)를 통해 입력 받아 출력된(예컨대, 상기 방향성 전력 결합기(150)의 제2 포트로부터 입력 받아 제3 포트로 출력된) 상기 반사 무선 전력 신호의 반사 전력(P_reflect)을 검출한다.

이렇게 검출된 출력 전력(P_out=P_detect)과 반사 전력(P_reflect)은 후술될 송신 제어기(190)로 전달된다.

상기 제1 공진형 안테나(160)는 가변 인덕터와 가변 캐패시터를 포함하여 구성되며, 상기 무선 전력 신호가 입력되면 인덕턴스와 캐패시턴스의 가변에 의한 LC 공진에 의해 자기 에너지로 변환되어 폐루프를 형성한다.

상기 제1 공진형 안테나(160)는 수신측과의 LC 공진에 의한 공진 주파수를 조절할 뿐만 아니라 상기 LC 가변에 의한 임피던스 정합을 수행한다.

상기 가변 전압기(180)는 상기 전력 검출기(170)의 출력 전력 검출기(171)에 의해 상기 무선 전력 신호로부터 검출된 출력 전력(P_out=P_detect)과 상기 전력 검출기(170)의 반사 전력 검출기(173)에 의해 상기 반사 무선 전력 신호로부터 검출된 반사 전력(P_reflect)을 입력 받아 상기 출력 전력(P_out=P_detect)과 상기 반사 전력(P_reflect)을 사용한 출력 전력 대 반사 전력 비에 의해 입력 전압(Vin)을 가변하여 승압되며, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 조절 가능하도록 기준 전압과 가변 전압으로 분배된 출력 전압(Vout)을 출력한다.

이러한 상기 가변 전압기(180)는 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따른 최대 출력 전력으로 상기 무선 전력 신호가 증폭되도록 상기 출력 전압(Vout)을 상기 전력 증폭기(130)에 전달한다. 이러한 가변 전압기(180)의 상세도가 도 8에 도시된다.

도 8은 도 1에 도시된 가변 전압기의 상세도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 전압기(180)는 DC-DC 컨버터(181), 제1 부하저항(R₁), 저항조절모듈(183) 및 제2 스위치 제어기(185)를 포함하여 구성된다.

상기 DC-DC 컨버터(181)는 입력 전압(Vin)을 가변시켜 승압된 출력 전압(Vout)을 출력한다.

이러한 상기 DC-DC 컨버터(181)의 출력 전압(Vout)은 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 조절 가능하도록 기준 전압과 가변 전압으로 분배된다.

상기 제1 부하 저항(R₁)은 고정 저항으로, 상기 기준 전압(Vref)을 형성한다.

상기 저항조절모듈(183)은 상기 제1 부하저항(R₁)과 접지 사이에 연결되고, 서로 다른 값을 갖는 병렬로 연결된 다수의 제2 부하 저항(R₂₁ ~ R_2m)과 각각의 상기 다수의 제2 부하 저항(R₂₁ ~ R_2m) 연결된 다수의 제2 스위치(SW2)로 구성된다.

이때, 상기 다수의 제2 부하 저항(R₂₁ ~ R_2m) 중 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 선택된 제2 부하 저항에 의해 상기 가변 전압을 형성한다.

상기 제2 스위치 제어기(185)는 상기 다수의 제2 부하 저항(R₂₁ ~ R_2m) 중 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따른 제2 부하 저항이 선택되도록 후술될 송신 제어기(190)의 제어에 따라(이를 테면, 후술될 전력 추적 모듈(195)로부터 제공된 제2 제어 신호에 따라) 상기 다수의 제2 스위치(SW2)의 온/오프를 제어한다.

상기 다수의 제2 스위치(SW2)의 단자(T₁ ~ T_m)는 후술될 전력 추적 모듈(195)의 다수의 단자(T₁ ~ T_m)와 1대1로 대응되어, 전력 추적 모듈(195)로부터 선택된 출력 단자 정보를 포함한 상기 제2 제어 신호에 의해 상기 다수의 제2 스위치(SW2)의 단자 중 상기 제2 제어 신호에 포함된 출력 단자 정보에 대응되는 제2 스위치 단자가 온(on)된다.

그러면, 상기 가변 전압기(180)는 하기 식(5)에 나타낸 바와 같이 상기 저항조절모듈(183)로부터 선택된 제2 부하 저항(R₂₁ ~ R_2m)의 값에 따라 출력 전압(Vout)이 달라지게 된다:

출력 전압(Vout) = 기준 전압(Vref) ⅹ (1+제1 부하 저항(R₁)/선택된 제2 부하 저항(R_2m)) (5)

즉, 상기 가변 전압기(180)는 상기 무선 전력 신호가 최대 출력 전력으로 증폭되도록 상기 제1 부하 저항(R₁)과 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 선택된 제2 부하 저항(R_2m)의 저항비에 의해 가변된 최대 출력 전압(Vout)을 상기 전력 증폭기(130)에 제공한다.

상기 송신 제어기(190)는 상기 무선 전력 송신부(100)를 전반적으로 제어하는 것으로, 비교 모듈(191), 임피던스 추적 모듈(193) 및 전력 추적 모듈(195)을 포함하여 구성된다.

상기 송신 제어기(190)의 비교 모듈(191)은 상기 출력 전력 검출기(171)와 상기 반사 전력 검출기(173)로부터 검출된 상기 무선 전력 신호의 출력 전력(P_out=P_detect)과 상기 반사 무선 전력 신호의 반사 전력(P_reflect)을 입력 받아 상기 출력 전력 대 반사 전력 비와 소정의 설정값을 비교하여 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 존재 유무를 파악한다.

이러한 비교 모듈(191)은 상기 부하 장치(300)의 존재 유무에 따라 상기 전력패스 스위치(120)를 제어하여, 상기 부하 장치(300)의 존재 시에는 상기 주파수 발진기(110)와 상기 전력 증폭기(130) 사이를 연결하고, 상기 부하 장치(300) 부재 시에는 사기 전력 증폭기(130)를 바이패스하여 상기 주파수 발진기(110)와 상기 임피던스 정합기(140)(또는 상기 방향성 전력 결합기(150))가 연결되도록 한다.

구체적으로, 상기 송신 제어기(190)는 상기 비교 모듈(191)에서 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값(예컨대, 0.9)보다 크면, 상기 무전 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 존재하지 않는 것으로 판단하여 상기 무선 전력 신호가 상기 전력 증폭기(130)를 패스하여 상기 임피던스 정합기(또는 상기 방향성 전력 결합기(150))로 입력되도록 상기 전력 패스 스위치(120)를 제어한다.

반대로, 상기 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 상기 설정값보다 작으면, 상기 무전 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 존재하는 것으로 판단하여 상기 주파수 발진기(110)로부터 생성된 무선 전력 신호가 상기 전력 증폭기(130)로 입력되도록 상기 전력 패스 스위치(120)를 제어한다.

상기 송신 제어기(190)의 임피던스 추적 모듈(193)은 상기 부하 장치(300) 존재 시 상기 부하 장치(300)와의 거리 변화에 따른 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최적 임피던스를 추적하도록 상기 임피던스 정합기를 제어한다.

이러한 임피던스 추적 모듈(193) 상기 임피던스 정합기(140)에서 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 임피던스를 가변하기 위해 상기 변압 모듈(141)의 권선비(N:1)가 조절되도록 상기 다수의 제1 스위치(SW1)의 온/오프를 제어하기 위한 제1 스위치 제어기(143)를 제어한다.

도 9는 도 1에 도시된 임피던스 추적 모듈의 회로도의 일례이다.

도 9를 참조하면, 상기 임피던스 추적 모듈(193)은 상기 전력 검출기(170)로부터 검출된 출력 전력(P_out=P_detect) 및 반사 전력(P_reflect)이 입력되는 두 개의 입력 단자와 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 레벨화된 반사 전압이 각각 출력되는 다수의 출력 단자(T₁ ~ T_n)를 가지며, 상기 두 개의 입력 단자와 상기 다수의 출력 단자(T₁ ~ T_n) 사이에 제1 전압분배회로(193a), 제1 비교 회로(193b) 및 제1 출력 단자 선택 회로(193c)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 전압분배회로(193a)는 상기 반사 전력(P_reflect)으로부터 검출된 반사 전압과 접지 사이에 서로 다른 값을 갖는 직렬로 연결된 다수의 저항(R1 ~ Rn)으로 구성되며, 상기 반사 전압이 상기 다수의 저항(R1 ~ Rn)에 의해 다수의 반사 전압으로 분배된다.

상기 제1 비교 회로(193b)는 상기 제1 전압분배회로(193a)로부터 분배된 상기 다수의 반사 전압과 상기 출력 전력(P_out=P_detect)으로부터 검출된 출력 전압을 각각 입력 받아 상기 다수의 반사 전압이 상기 출력 전압에 비해 하위 레벨인지 상위 레벨인지를 각각 비교하는 다수의 비교기로 구성되며, 상기 다수의 비교기에 의해 상기 다수의 반사 전압이 레벨화된다.

여기서, 상기 다수의 반사 전압과 비교되는 출력 전압은 별도의 기준 전압으로 설정할 수도 있다.

상기 제1 출력 단자 선택 회로(193c)는 상기 제1 비교 회로(193b)로부터 레벨화된 다수의 반사 전압 중 하나의 상위 레벨의 반사 전압이 상기 다수의 출력 단자(T₁ ~ T_n) 중 하나의 출력 단자로 출력되도록 한다.

이러한 상기 제1 출력 단자 선택 회로(193c)는 입력단에 상기 다수의 비교기가 각각 연결되고 출력단에 상기 다수의 출력 단자(T₁ ~ T_n)가 각각 연결된 다수의 AND 게이트와, 상기 다수의 AND 게이트의 입력단 중 하나에 각각 연결된 다수의 인버터를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 AND 게이트의 두 입력 단자 중 하나에 연결되어 인버터는 상기 다수의 비교기를 통해 레벨화된 반사 전압을 반전시켜 상기 AND 게이트로 입력하며, 상기 AND 게이트는 두 개의 입력, 즉 상기 레벨화된 반사 전압과 상기 인버터를 통해 레벨이 반전된 반사 전압이 모두 상위 레벨일 경우에만 해당 출력 단자(T₁ ~ T_n)를 통해 출력하도록 동작한다.

구체적으로, 상기 임피던스 추적 모듈(193)은 상기 전압분배회로(193a)에 의해 분배된 반사 전압 V₁과 V₂가 상기 비교 회로(193b)를 거쳐 레벨화되어, 상기 반사 전압 V₁은 상위 레벨로 상기 반사 전압 V₂ ~ V_n은 하위 레벨로 출력되었다면, 상기 출력 단자 선택 회로(193c)를 통해 상기 반사 전압 V₁은 상위 레벨로 상기 AND 게이트의 입력 단자 중 하나에 입력되고 상기 전압 V₂는 인버터에 의해 상위 레벨로 반전되어 상기 AND 게이트의 입력 단자 중 다른 하나에 입력된다.

그러면, 상기 AND 게이트에 입력된 반사 전압 V₁ 및 V₂가 모두 상위 레벨이므로 상기 다수의 출력단자(T₁ ~ T_n) 중 해당 출력단자인 T₁으로 상기 반사 전압 V₁이 출력된다.

만약, 상기 비교 회로(193b)를 거쳐 레벨화된 반사 전압 V₁ 및 V₂가 모두 상위 레벨이고 나머지 반사 전압 V₃ ~ V_n이 모두 하위 레벨일 경우에는 출력단자 T₂로 상기 전압 V₂가 출력된다.

한편, 상기 AND 게이트는 NOR 게이트로도 대체 가능하며, 상기 NOR 게이트를 사용할 경우 상기 NOR 게이트에 입력된 두 개의 반사 전압이 모두 하위 레벨일 경우에만 해당 출력 단자(T₁ ~ T_n ₎로 출력하도록 하는 것이 상이할 뿐 하나의 출력 단자를 통해 서로 다르게 분배된 전압을 각각 출력하는 방식은 상술한 바와 동일하다.

이와 같은 방식으로 동작하는 상기 임피던스 추적 모듈(193) 회로도의 진리표를 표 2에 정리하였다.

V₁	V₂	V₃	V₄	V_n _-1	V_n	선택된 출력 단자
H	H	H	H	H	H	T_n

H	H	H	H	H	L	T₄
H	H	H	L	L	L	T₃
H	H	L	L	L	L	T₂
H	L	L	L	L	L	T₁

표 2에 나타낸 바와 같이 상기 임피던스 추적 모듈(193)은 상기 제1 출력 단자 선택 회로(193c)로부터 선택된 하나의 출력 단자 정보를 포함한 제1 제어 신호를 상기 임피던스 정합기(140)에 제공하여 제어한다.

여기서, 상기 다수의 출력단자(T₁ ~ T_n)는 상기 임피던스 정합기(140)의 다수의 제1 스위치(SW1) 단자와 각각 1대1로 대응된다.

그러면, 상기 임피던스 정합기(140)의 다수의 제1 스위치(SW1) 단자 중 상기 제1 제어 신호에 포함된 출력 단자 정보에 대응되는 제1 스위치 단자가 온(on)되어 상기 변압 모듈(141)의 권선비가 조절됨으로써 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 정합될 최적 임피던스를 추적할 수 있게 된다.

상기 송신 제어기(190)의 전력 추적 모듈(195)은 상기 부하 장치(300) 존재 시 상기 부하 장치(300)와의 거리 변화에 따른 출력 전력의 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최대 출력 전력을 추적하도록 상기 가변 전압기(180)를 제어한다.

이러한 전력 추적 모듈(195)은 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 무선 전력 신호의 출력 전력을 증폭하기 위해 상기 가변 전압기(180)의 제1 부하 저항(R₁)과 저항조절모듈(183)의 다수의 제2 부하 저항(R₂₁ _~R_2m) 중 선택된 제2 부하 저항의 저항비에 따라 출력 전압(Vout)이 조절되도록 다수의 제2 스위치(SW2)의 온/오프를 제어하기 위한 제2 스위치 제어기(185)를 제어한다.

도 10은 도 1에 도시된 전력 추적 모듈의 회로도의 일례이다.

도 10을 참조하면, 상기 전력 추적 모듈(195)은 상기 전력 검출기(170)로부터 검출된 출력 전력(P_out=P_detect) 및 반사 전력(P_reflect)이 입력되는 두 개의 입력 단자와 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 레벨화된 반사 전압이 각각 출력되는 다수의 출력 단자(T₁ ~ T_m)를 가지며, 상기 두 개의 입력 단자와 상기 다수의 출력 단자(T₁ ~ T_m) 사이에 제2 전압분배회로(195a), 제2 비교 회로(195b) 및 제2 출력 단자 선택 회로(195c)를 포함하여 구성된다.

도 10에 도시된 상기 전력 추적 모듈(195) 회로도의 일례는 도 9에 도시된 상기 임피던스 추적 모듈(193) 회로도의 일례와 동일한 구성을 가지고 동일한 방법으로 동작하므로 구성요소에 대한 상세한 설명은 상술하 것으로 대체하기로 한다.

다만, 상기 전력 추적 모듈(195)은 상기 제2 출력 단자 선택 회로(195c)로부터 선택된 하나의 출력 단자 정보를 포함한 제2 제어 신호를 상기 가변 전압기(180)에 제공하여 제어한다.

여기서, 상기 다수의 출력단자(T₁ ~ T_m)는 상기 가변 전압기(180)의 다수의 제2 스위치(SW2) 단자와 각각 1대1로 대응된다.

그러면, 상기 가변 전압기(180)의 다수의 제2 스위치(SW2) 단자 중 상기 제2 제어 신호에 포함된 출력 단자 정보에 대응되는 제2 스위치 단자가 온(on)되어 선택된 제2 부하 저항과 제1 부하 저항의 저항비에 따라 출력 전압(Vout)이 조절됨으로써 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 증폭될 최대 출력 전압을 추적할 수 있게 된다.

이제, 본 발명의 일 실시 예에 무선 전력 수신부(200)의 구성 및 동작 방법을 살펴보기로 한다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 제2 공진형 안테나(210)는 가변 인덕터와 가변 캐피시터로 구성되며, 인덕턴스와 캐패시턴스의 가변을 통한 LC 공진에 의해 폐루프를 형성하는 자기 에너지로 변환되어 상기 무선 전력 송신부(100)로부터 형성된 자기 에너지와 자기 결합한다.

이렇게 형성된 자기 결합 에너지는 역시 폐루프를 형성하고 있으므로, 상기 자기 결합 에너지로부터 변환된 무선 전력 신호를 자기공명 방식에 의해 수신한다.

그런 다음, 상기 제2 공진형 안테나(210)는 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)에 상기 무선 전력 송신부(100)로부터 전송된 무선 전력 신호를 공급하고, 반사 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 송신부(200)로 반사한다.

이러한 제2 공진형 안테나(210)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기에 상술한 제1 공진형 안테나(160)와 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 상세 설명은 상술한 것으로 대체하기로 한다.

상기 스위치(220)는 상기 제2 공진형 안테나(210)와 정류기(230) 사이에 위치하며, 상기 제2 공진형 안테나(210)가 상기 무선 전력 송신부(100)와의 자기 결합을 수행하거나 차단하도록 스위칭한다.

다시 말해, 상기 스위치(220)는 무선 전력 수신부(200)의 수신대기상태 또는 수신종결상태를 결정한다.

상기 스위치(220)가 온(ON)되면 상기 무선 전력 수신부(200)는 무선 전력 신호를 수신하게 되고, 상기 스위치(220)가 오프(OFF)되면 상기 무선 전력 수신부(200)는 무선 전력 신호의 수신을 중단하게 된다.

예를 들어, 상기 스위치(220)는 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)에서 더 이상 전력이 필요하지 않을 때(예컨대, 배터리의 충전이 완료되었거나 텔레비전이나 컴퓨터 등의 전자/가전기기 등이 오프되었을 때) 상기 무선 전력 송신부(100)와의 자기 결합을 종료하거나, 반대로 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)에서 전력이 필요할 때(예컨대, 배터리의 충전을 시작하거나 텔레비전이나 컴퓨터 등의 전자/가전기기 등이 온 되었을 때) 상기 무선 전력 송신부(100)와의 자기 결합을 시작하도록 스위칭한다.

상기 정류기(230)는 상기 제2 공진형 안테나(210)로부터 수신된 무선 전력 신호를 정류한다.

상기 전력 신호 변환기(240)는 상기 부하 장치(300)가 접속되며, 상기 부하 장치(300)의 전원부(미도시)에 전력을 충전하거나 가정용 전원을 공급하도록 상기 정류기(230)로부터 정류된 무선 전력 신호를 적절한 직류 신호 또는 교류 신호의 형태로 변환한다.

예를 들어, 상기 전력 신호 변환기(240)에 접속된 상기 부하 장치(300)의 전원부가 배터리 충전기와 같이 일정 시간 동안 충전하여 일정한 용량을 저장하는 방식일 경우, 상기 전력 신호 변환기(240)는 상기 부하 장치(300)의 전원부에 전력을 충전하기 위해 상기 수신된 무선 전력 신호를 적절한 직류 신호로 변환한다.

이 경우, 상기 부하 장치(300)가 접속된 무선 전력 수신부(200)는 상기 배터리 충전기의 용량을 검출할 수 있는 배터리 용량 검출기(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 배터리 용량 검출기(미도시)로부터 검출된 신호를 상기 무선 전력 수신부(200)의 수신 제어기(260)로 전달한다.

또한, 상기 부하 장치(300)의 전원부가 전자/가전기기와 같이 계속적으로 전원을 공급해야 하는 방식일 경우, 상기 전력 신호 변환기(240)는 상기 부하 장치(300)의 전원부에 가정용 전원을 공급하기 위해 상기 수신된 무선 전력 신호를 적절한 교류 신호로 변환한다.

따라서, 상기 전력 신호 변환기(240), 상기 수신된 무선 전력 신호를 적절한 교류 신호 형태로 변환하기 위한 교류 변환기(AC-AC Converter)(미도시)와 상기 수신된 무선 전력 신호를 적절한 직류 신호 형태로 변환하기 위한 교류-직류 변환기(AC-DC Converter)(미도시) 등을 포함할 수 있다.

상기 충전 회로(250)는 상기 전력 신호 변환기(240)로부터 변환된 전력을 충전하는 회로이다. 이러한 충전 회로(250)는 도 1에 도시된 바와 같이 무선 전력 수신부(200)에 포함될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 부하 장치(300)에 포함될 수도 있다.

상기 수신 제어기(260)는 상기 무선 전력 수신부(200)를 전반적으로 제어한다.

구체적으로, 상기 수신 제어기(260)는 상기 제2 공진형 안테나(210)에서 자기 공명 방식에 의해 무선 전력 신호를 수신하여 상기 부하 장치(300)에 전력이 공급되도록 제어하고, 상기 반사 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 송신부(100)로 반사되도록 제어한다.

또한, 상기 수신 제어기(260)는 상기 배터리 용량 검출기로부터 전달받은 배터리 용량에 근거하여 상기 스위치(220)를 온/오프되게 스위칭하도록 제어하거나 상기 부하 장치(300)의 접속 여부에 따라 상기 스위치(220)를 온/오프되게 스위칭하도록 제어한다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 송신부의 동작을 설명하는 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 상기 무선 전력 송신부(100)가 온(on)되면 초기에 전력 패스 스위치(120)는 상태 A에 있고 전력 증폭기(130)는 오프 상태 또는 대기 상태에 있다(S1110).

여기서, 상기 상태 A는 상기 전력 패스 스위치(120)가 바이패스 상태에 있는 것을 말하는 것으로, 주파수 발진기(110)로부터 발생된 무선 전력 신호가 전력 증폭기(130)로 스위칭되지 않고 바이패스하여 임피던스 정합기(140)(또는 방향성 전력 결합기(150))로 스위칭된 상태이다.

이에 따라, 상기 전력 패스 스위치(120)가 A 상태이면 상기 전력 증폭기(130)로 입력되는 신호가 없으므로 상기 전력 증폭기(130)는 오프(off) 상태 또는 대기 상태에 있게 된다.

이러한 무선 전력 송신부(100)는 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 존재 유무를 판단하기 위해 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값 1보다 작은지를 판단한다(S1120).

여기서, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비는 출력 전력(P_out=P_detect)에 대한 상기 반사 전력(P_reflect)의 변화정도(비율)(이하 '출력 전력 대 반사 전력 비'라 칭함)를 의미한다.

상기 출력 전력(P_out=P_detect)은 상기 주파수 발진기(110)로부터 생성된 무선 전력 신호가 A 상태에 있는 상기 전력 패스 스위치(120)에 의해 바이패스하여 증폭하지 않고 임피던스 정합 후 제1 공진형 안테나(160)를 통해 상기 수신부(200)로 전송하는데, 이때 전송된 무선 전력 신호로부터 검출된다.

상기 반사 전력(P_reflect)은 상기 전송된 무선 전력 신호가 상기 무선 전력 수신부(200)로부터 되돌아오는 반사 무선 전력 신호로부터 검출된다.

이렇게 검출된 상기 출력 전력(P_out=P_detect)과 상기 반사 전력(P_reflect)을 이용하여 상기 단계(1120)에서 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값 1보다 작은지를 판단하여 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 존재 유무를 판단하는 것이다.

예를 들어, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 1이라면 상기 출력 전력(P_out=P_detect)과 상기 반사 전력(P_reflect)이 같다는 것을 의미한다.

즉, 상기 무선 전력 수신부(200)로 전송된 무선 전력 신호가 100% 모두 다시 되돌아온 것이므로 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)는 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

그러나, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비는 공기 중 손실 등에 의해 실제로는 1이 될 수 없다.

따라서, 상기 단계(S1120)에서 설정값 1은 이러한 공기 중 손실 등을 고려하여 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 존재하지 않을 경우 측정될 수 있는 출력 전력 대 반사 전력 비의 최대 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 단계(S1120)에서, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값 1(예컨대, 0.9)보다 작다면, 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)는 존재하는 것으로 판단하여 상기 전력패스 스위치(120)를 B 상태로 전환하며, 상기 전력패스 스위치(120)에 의해 상기 주파수 발진기(110)로부터 생성된 무선 전력 신호가 상기 전력 증폭기(130)로 입력되면 상기 전력 증폭기는 온(on)되어 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따른 전력의 세기로 상기 무선 전력 신호를 증폭한다(S1130).

여기서, 상기 상태 B는 상기 전력 패스 스위치(120)가 전력 증폭기(130)로 스위칭된 상태이다.

상기 단계(S1120)에서, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값 1(예컨대, 0.9)보다 크거나 같다면, 상기 단계(S1110)로 돌아가 상기 전력패스 스위치(120)는 계속 A 상태를 유지하고 상기 전력 증폭기(130)도 오프 상태 또는 대기 상태를 계속 유지한다.

이처럼, 상기 전력패스 스위치(120)에 의해 상기 전력 증폭기(130)가 필요에 따라 온/오프될 수 있으므로 불필요한 전력 소모를 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 단계(S1130) 이후, 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 존재함에 따라 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300) 간 소정의 위치 변동에 따른 거리 변화 시 임피던스 추적 단계(S1140)와 출력 전압 추적 단계(S1150)가 수행된다.

도 11에서는 상기 임피던스 추적 단계(S1140) 이후 상기 출력 전압 추적 단계(S1150)가 순차적으로 수행되는 것으로 도시하였으나, 그 반대의 순서로 순차적으로 수행되는 것은 물론 상기 임피던스 추적 단계(S1140)와 상기 출력 전압 추적 단계(S1150)는 동시에 각각 수행될 수도 있다.

먼저, 상기 임피던스 정합 단계(S1140)는 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300) 간 소정의 위치 변동에 따라 변화되는 임피던스를 정합하기 위해 임피던스 정합기(140)의 변압 모듈(141)의 권선비를 조절하여 임피던스를 조정하는 단계(S1142) 및 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값 2보다 큰지를 판단하는 단계(S1144)를 포함한다.

상기 단계(S1142)는 임피던스 추적 모듈(193)에 의해 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 다수의 출력 단자(T₁ ~ T_n) 중 선택된 출력 단자가 상기 변압 모듈(141)의 권선비를 조절하기 위한 다수의 제1 스위치(SW1) 중 해당 스위치 단자와 연결되어 스위칭되도록 함으로써 임피던스를 조절한다.

그 다음, 단계(S1144)는 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값 2보다 큰 지를 판단하는데, 이때 설정값 2는 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300) 간 거리에 따른 출력 전력 대 반사 전력 비의 최대 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 거리에 따라 최적의 임피던스 정합 상태에서 측정된 출력 전력 대 반사 전력 비를 미리 설정한다.

만약, 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 소정 거리(예컨대, 30cm)만큼 이격된 상태에서 상기 출력 전력 대 반사 전력 비의 최대 값이 0.7로 설정된 경우, 상기 설정값 2는 0.7로 설정한다.

그러면, 상기 단계(S1144)에서, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 0.7보다 큰 경우 최적 상태의 임피던스 정합이 수행된 것으로 판단하여 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 수신부(200)로 전송한다.

그러나, 상기 단계(S1144)에서, 상기 출력 전력 대 반산 전력 비가 0.7보다 작거나 같을 경우 최적의 임피던스 정합이 수행되지 않은 것으로 판단하여 최적 상태의 임피던스 정합을 수행하기 위해 상기 단계(S1142)로 돌아가 임피던스를 조절한다.

이러한 임피던스 정합 단계(S1140)는 최적의 임피던스 정합을 수행하기 위해 상기 단계(S1144)의 조건이 만족될 때까지 임피던스 조정 단계(S1142)를 반복하여 수행한다.

마찬가지로, 상기 출력 전압 추적 단계(S1150)는 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300) 간 소정의 위치 변동에 따라 변화되는 출력 전압을 조정하기 위해 가변 전압기(180)의 저항조절모듈(183)의 저항값을 조절하여 출력 전압을 조정하는 단계(S1152) 및 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값 3보다 큰지를 판단하는 단계(S1154)를 포함한다.

상기 단계(S1152)는 전압 추적 모듈(195)에 의해 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 다수의 출력 단자(T₁ ~ T_m) 중 선택된 출력 단자가 상기 저항조절모듈(183)의 저항값을 조절하기 위한 다수의 제2 스위치(SW2) 중 해당 스위치 단자와 연결되어 스위칭되도록 함으로써 저항값을 조절하여 상기 가변 전압기(180)의 출력 전압을 조절한다.

그 다음, 단계(S1154)는 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 설정값 3보다 큰 지를 판단하는데, 이때 상기 설정값 3은 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300) 간 거리에 따른 출력 전력 대 반사 전력 비의 최대 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)의 거리에 따라 최대의 출력 전압을 갖는 상태에서 측정된 출력 전력 대 반사 전력 비의 최대 값을 미리 설정한다.

만약, 상기 무선 전력 송신부(100)와 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)가 소정 거리(예컨대, 30cm)만큼 이격된 상태에서 상기 출력 전력 대 반사 전력 비의 최대 값이 0.7로 설정된 경우, 상기 설정값 3은 0.7로 설정한다.

그러면, 상기 단계(S1154)에서, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비가 0.7보다 큰 경우 출력 전압이 최대인 것으로 판단하여 최대로 증폭된 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 수신부(200)로 전송한다(S1160).

그러나, 상기 단계(S1154)에서, 상기 출력 전력 대 반산 전력 비가 0.7보다 작거나 같을 경우 출력 전압이 최대가 아닌 것으로 판단하여 최대 출력 전압을 갖도록 상기 단계(S1152)로 돌아가 저항값을 조절하여 출력 전압을 조절한다.

이러한 전압 추적 단계(S1150)는 최대의 출력 전압을 갖도록 하기 위해 상기 단계(S1154)의 조건이 만족될 때까지 출력 전압 조정 단계(S1152)를 반복하여 수행한다.

상기 단계(S1140) 및 단계(S1150)가 수행된 후에는 최적 상태로 상기 무선 전력 신호가 상기 무선 전력 수신부(200)로 전송된다(S1160).

이때, 상기 무선 전력 수신부(200)로 전송된 무선 전력은 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)에 충전되는데, 상기 부하 장치(300)가 점차 충전됨에 따라 상기 출력 전력 대 반산 저력 비의 변화량(△)이 점점 감소되어 충전에 완료된 후에는 상기 출력 전력 대 반산 저력 비의 변화량(△)이 '0'이 될 것이다.

그러므로, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비의 변화량(△)이 설정값 4보다 큰지를 판단하여(S1170), 상기 무선 전력 신호의 전송을 중지할 것인지를 판단한다(S1180).

이때, 상기 설정값 4는 상기 부하 장치(300)에 충전이 완료되었을 경우 상기 출력 전력 대 반사 전력 비의 변화량(△)의 최저값으로 설정하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 상기 부하 장치(300)에 충전이 완료되었을 경우 상기 출력 전력 대 반사 전력 비의 변화량(△)의 최저값이 0인 경우, 상기 설정값 4는 0으로 설정한다.

이 경우, 상기 단계(S1170)에서 상기 설정값 4(예컨대, 0)가 0보다 크면 상기 부하 장치(300)의 충전이 완료되지 않은 것으로 판단하고, 상기 무선 전력 신호의 송신을 중지하기 위한 중지 신호가 입력되는지를 판단한다(S1180).

그러나, 상기 단계(S1170)에서 상기 설정값 4(예컨대, 0)가 0보다 작거나 같다면 상기 부하 장치(300)의 충전이 완료된 것으로 판단하고, 상기 단계(S1110)로 돌아가 대기한다.

한편, 상기 단계(S1180)에서, 상기 중지 신호가 입력되는 경우 무선 전력 신호의 송진을 중지하고, 상기 중지 신호가 입력되지 않는 경우 상기 단계(S1110)로 돌아가 대기한다.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 수신부의 동작을 설명하는 흐름도이다.

도 12를 참조하여 상기 무선 전력 수신부(200)에서의 동작을 살펴보면, 상기 무선 전력 수신부(200)가 온(ON)되면(S1210), 제2 공진형 안테나(210)를 통해 송신측으로부터 전송된 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 수신한다(S1220).

그 다음, 수신된 상기 무선 전력 신호를 정류기(230)를 통해 정류한 후(S1230), 상기 무선 전력 수신부(200)에 접속된 부하 장치(300)에 따라 적절한 전원이 공급되도록 전력 신호 변환기(240)를 통해 상기 무선 전력 신호의 형태를 교류에서 교류로 또는 교류에서 직류로 변환하여(S1240), 상기 부하 장치(300)에 변환된 무선 전력을 공급한다(S1250).

그 후, 상기 부하 장치(300)에 충전이 완료되거나, 전원 공급이 중단되도록 턴-오프 되었는지를 판단하여(S1260), 상기 무선 전력 수신부(200)로부터 수신된 무선 전력을 계속 공급하거나 상기 무선 전력의 수신을 중지하도록 스위치를 오프시킨다(S1270).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 무선 전력 송신부 110: 발진기
120: 전력 패스 스위치 130: 전력 증폭기
140: 임피던스 정합기 150: 방향성 전력 결합기
160: 제1 공진형 안테나 170: 전력 검출기
171: 출력전력 검출기 173: 반사전력 검출기
180: 가변 전압기 190: 송신 제어기
191: 비교 모듈 193: 임피던스 추적 모듈
195: 전력 추적 모듈 200: 무선 전력 수신부
210: 제2 공진형 안테나 220: 스위치
230: 정류기 240: 전력 신호 변환기
250: 충전 회로 260: 수신 제어기
300: 부하 장치

Claims

외부로부터 입력되는 전력을 받아서 무선으로 전송할 무선 전력 신호를 생성하고, 생성된 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 무선 송신하며, 반사 무선 전력 신호를 수신하여 부하 장치의 존재 유무를 파악하고, 상기 부하 장치의 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 임피던스와 출력 전력의 변화를 자동으로 추적하여 최적 임피던스로 정합되고 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 무선 송신하여 상기 부하 장치에 전력이 공급되도록 무선 전력 신호를 전송하는 무선 전력 송신부; 및
상기 부하 장치에 연결되며, 상기 무선 전력 송신부에서 송신된 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 수신하여 접속된 부하 장치에 제공하고, 소모되지 않은 반사 무선 전력 신호는 상기 무선 전력 송신부에 반사하는 무선 전력 수신부를 포함하며,
상기 무선 전력 송신부는,
외부에서 입력되는 전력을 받아서 전송을 원하는 무선 전력 신호를 생성하는 주파수 발진기;
상기 주파수 발진기에서 생성된 무선 전력 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭기;
상기 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 송신하며, 상기 무선 전력 수신부에서 반사되는 반사 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 수신하는 제1 공진형 안테나;
상기 전력 증폭기와 상기 제1 공진형 안테나 사이에 위치하여 상기 전력 증폭기와 상기 제1 공진형 안테나 사이의 임피던스 정합을 제공하도록 최적 임피던스로 가변되는 임피던스 정합기;
상기 전력 증폭기와 상기 임피던스 정합기 사이에 또는 상기 임피던스 정합기와 상기 제1 공진형 안테나 사이에 위치하며, 상기 전력 증폭기 또는 상기 임피던스 정합기에서 제1 포트를 통해 입력되는 상기 무선 전력 신호를 제2 포트를 통해 상기 제1 공진형 안테나로 출력하고, 상기 제2 포트를 통해 상기 제1 공진형 안테나로부터 입력된 상기 반사 무선 전력 신호를 제3 포트를 통해 출력되도록 방향성을 갖는 방향성 전력 결합기;
상기 방향성 전력 결합기의 제2 포트로부터 출력된 상기 무선 전력 신호의 출력 전력을 검출하여 출력하는 출력 전력 검출기;
상기 방향성 전력 결합기의 제3 포트로부터 출력된 상기 반사 무선 전력 신호의 반사 전력을 검출하여 출력하는 반사 전력 검출기;
상기 전력 증폭기를 통해 증폭될 무선 전력 신호가 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 최대 출력 전력을 갖도록 입력 전압을 가변하여 승압된 출력 전압을 상기 전력 증폭기에 전달하는 가변 전압기; 및
상기 출력 전력과 상기 반사 전력을 입력 받아 산출된 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 부하 장치의 존재 유무를 파악하고, 상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 임피던스 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최적 임피던스로 정합되도록 상기 임피던스 정합기를 제어하며, 상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 출력 전력 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최대 출력 전력을 추적하도록 상기 가변 전압기를 제어하고, 상기 최적 임피던스로 정합되고 상기 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 상기 제1 공진형 안테나를 통해 송신하도록 제어하는 송신 제어기를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 임피던스 정합기는,
1차측 권선과 2차측 권선으로 구성된 변압 모듈;
상기 변압 모듈의 권선비가 가변 가능하도록 상기 1차측 권선에 설치된 다수의 제1 스위치; 및
상기 다수의 제1 스위치에 연결되며, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 임피던스를 조절하기 위해 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선의 권선비가 가변되도록 상기 송신 제어기의 제어에 따라 상기 다수의 제1 스위치들의 온/오프를 제어하는 제1 스위치 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 가변 전압기는,
입력 전압을 가변하여 승압되며, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 조절 가능하도록 기준 전압과 가변 전압으로 분배된 출력 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터;
상기 기준 전압을 형성하는 제1 부하 저항;
상기 제1 부하 저항과 접지 사이에 연결되고, 서로 다른 값을 갖는 병렬로 연결된 다수의 제2 부하 저항과 각각의 상기 다수의 제2 부하 저항에 연결된 다수의 제2 스위치로 구성되며, 상기 다수의 제2 부하 저항 중 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 선택된 제2 부하 저항에 의해 상기 가변 전압을 형성하는 저항조절모듈; 및
상기 다수의 제2 부하 저항 중 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따른 제2 부하 저항이 선택되도록 상기 송신 제어기의 제어에 따라 상기 다수의 제2 스위치의 온/오프를 제어하는 제2 스위치 제어기를 포함하며,
상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 상기 제1 부하 저항과 상기 선택된 제2 부하 저항의 저항비에 의해 가변된 최대 출력 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 송신 제어기는,
상기 출력 전력과 상기 반사 전력을 입력 받아 산출된 출력 전력 대 반사 전력 비와 설정값을 비교하여 상기 부하 장치의 존재 유무를 파악하는 비교 모듈;
상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 임피던스 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최적 임피던스를 추적하도록 상기 임피던스 정합기를 제어하는 임피던스 추적 모듈; 및
상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 출력 전력의 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최대 출력 전력을 추적하도록 상기 가변 전압기를 제어하는 전력 추적 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 임피던스 추적 모듈은,
상기 반사 전력으로부터 검출된 반사 전압과 접지 사이에 서로 다른 값을 갖는 직렬로 연결된 다수의 저항으로 구성되며, 상기 반사 전압이 상기 다수의 저항에 의해 다수의 반사 전압으로 분배되는 제1 전압분배회로;
상기 제1 전압분배회로로부터 분배된 상기 다수의 반사 전압과 상기 출력 전력으로부터 검출된 출력 전압을 각각 입력 받아 상기 다수의 반사 전압이 상기 출력 전압에 비해 하위 레벨인지 상위 레벨인지를 각각 비교하는 다수의 비교기로 구성되며, 상기 다수의 비교기에 의해 상기 다수의 반사 전압이 레벨화되는 제1 비교 회로; 및
상기 제1 비교 회로로부터 레벨화된 다수의 반사 전압 중 하나의 상위 레벨의 반사 전압이 다수의 출력 단자 중 선택된 하나의 출력 단자로 출력되는 제1 출력 단자 선택 회로를 포함하며,
상기 제1 출력 단자 선택 회로로부터 상기 선택된 출력 단자 정보를 포함하는 제1 제어 신호에 의해 최적 임피던스를 추적하여 상기 임피던스 정합기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 전력 추적 모듈은,
상기 반사 전력으로부터 검출된 반사 전압과 접지 사이에 서로 다른 값을 갖는 직렬로 연결된 다수의 저항으로 구성되며, 상기 반사 전압이 상기 다수의 저항에 의해 다수의 반사 전압으로 분배되는 제2 전압분배회로;
상기 제2 전압분배회로로부터 분배된 상기 다수의 반사 전압과 상기 출력 전력으로부터 검출된 출력 전압을 각각 입력 받아 상기 다수의 반사 전압이 상기 출력 전압에 비해 하위 레벨인지 상위 레벨인지를 각각 비교하는 다수의 비교기로 구성되며, 상기 다수의 비교기에 의해 상기 다수의 반사 전압이 레벨화되는 제2 비교 회로; 및
상기 제2 비교 회로로부터 레벨화된 다수의 반사 전압 중 하나의 상위 레벨의 반사 전압이 다수의 출력 단자 중 선택된 하나의 출력 단자로 출력되는 제2 출력 단자 선택 회로를 포함하며,
상기 제2 출력 단자 선택 회로로부터 상기 선택된 출력 단자 정보를 포함하는 제2 제어 신호에 의해 최대 전압을 추적하여 상기 가변 전압기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 무선 전력 송신부는 상기 부하 장치의 존재 유무에 따라 상기 주파수 발진기와 상기 전력 증폭기 사이를 연결하고, 상기 주파수 발진기와 상기 임피던스 정합기 또는 상기 방향성 전력 결합기가 연결되도록 바이패스 경로를 제공하는 전력 패스 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 무선 전력 수신부는,
상기 무선 전력 송신부에서 전송한 무선 전력 신호를 자기공명 방식에 의해 수신하며, 반사 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 송신부로 반사하는 제2 공진형 안테나;
상기 제2 공진형 안테나에 의해 수신된 무선 전력 신호를 정류하는 정류기;
부하 장치가 접속되어 있으며, 상기 정류기에 의해 정류된 무선 전력 신호를 전력 공급 방식에 따른 전력 신호로 변환하여 상기 부하 장치에 제공하는 전력 신호 변환기; 및
상기 제2 공진형 안테나에서 자기 공명 방식에 의해 무선 전력 신호를 수신하여 상기 부하 장치에 전력이 공급되도록 제어하고, 상기 반사 무선 전력 신호를 상기 무선 전력 송신부로 반사되도록 제어하는 수신 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 무선 전력 수신부는,
상기 제2 공진형 안테나와 상기 정류기 사이에 위치하여 상기 제2 공진형 안테나에서 수신한 무선 전력 전송을 차단하는 스위치를 더 포함하며,
상기 수신 제어기는 상기 부하 장치의 접속이 해제되는 경우에 상기 스위치를 제어하여 상기 제2 공진형 안테나에서 수신한 전력 전송을 차단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
외부에서 입력되는 전력을 받아서 전송을 원하는 무선 전력 신호를 생성하는 주파수 발진기;
상기 주파수 발진기에서 생성된 무선 전력 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭기;
상기 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 송신하며, 상기 무선 전력 수신부에서 반사되는 반사 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 수신하는 제1 공진형 안테나;
상기 전력 증폭기와 상기 제1 공진형 안테나 사이에 위치하여 상기 전력 증폭기와 상기 제1 공진형 안테나 사이의 임피던스 정합을 제공하도록 최적 임피던스로 가변되는 임피던스 정합기;
상기 전력 증폭기와 상기 임피던스 정합기 사이에 또는 상기 임피던스 정합기와 상기 제1 공진형 안테나 사이에 위치하며, 상기 전력 증폭기 또는 상기 임피던스 정합기에서 제1 포트를 통해 입력되는 상기 무선 전력 신호를 제2 포트를 통해 상기 제1 공진형 안테나로 출력하고, 상기 제2 포트를 통해 상기 제1 공진형 안테나로부터 입력된 상기 반사 무선 전력 신호를 제3 포트를 통해 출력되도록 방향성을 갖는 방향성 전력 결합기;
상기 방향성 전력 결합기의 제2 포트로부터 출력된 상기 무선 전력 신호의 출력 전력을 검출하여 출력하는 출력 전력 검출기;
상기 방향성 전력 결합기의 제3 포트로부터 출력된 상기 반사 무선 전력 신호의 반사 전력을 검출하여 출력하는 반사 전력 검출기;
상기 전력 증폭기를 통해 증폭될 무선 전력 신호가 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 최대 출력 전력을 갖도록 입력 전압을 가변하여 승압된 출력 전압을 상기 전력 증폭기에 전달하는 가변 전압기; 및
상기 출력 전력과 상기 반사 전력을 입력 받아 산출된 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 부하 장치의 존재 유무를 파악하고, 상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 임피던스 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최적 임피던스로 정합되도록 상기 임피던스 정합기를 제어하며, 상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 출력 전력 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최대 출력 전력을 추적하도록 상기 가변 전압기를 제어하고, 상기 최적 임피던스로 정합되고 상기 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 상기 제1 공진형 안테나를 통해 송신하도록 제어하는 송신 제어기를 포함하여 이루어진 무선 전력 송신부.
청구항 11에 있어서, 상기 임피던스 정합기는,
1차측 권선과 2차측 권선으로 구성된 변압 모듈;
상기 변압 모듈의 권선비가 가변 가능하도록 상기 1차측 권선에 설치된 다수의 제1 스위치; 및
상기 다수의 제1 스위치에 연결되며, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 임피던스를 조절하기 위해 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선의 권선비가 가변되도록 상기 송신 제어기의 제어에 따라 상기 다수의 제1 스위치들의 온/오프를 제어하는 제1 스위치 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 11에 있어서, 상기 가변 전압기는,
입력 전압을 가변하여 승압되며, 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 조절 가능하도록 기준 전압과 가변 전압으로 분배된 출력 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터;
상기 기준 전압을 형성하는 제1 부하 저항;
상기 제1 부하 저항과 접지 사이에 연결되고, 서로 다른 값을 갖는 병렬로 연결된 다수의 제2 부하 저항과 각각의 상기 다수의 제2 부하 저항에 연결된 다수의 제2 스위치로 구성되며, 상기 다수의 제2 부하 저항 중 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 선택된 제2 부하 저항에 의해 상기 가변 전압을 형성하는 저항조절모듈; 및
상기 다수의 제2 부하 저항 중 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따른 제2 부하 저항이 선택되도록 상기 송신 제어기의 제어에 따라 상기 다수의 제2 스위치의 온/오프를 제어하는 제2 스위치 제어기를 포함하며,
상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 상기 제1 부하 저항과 상기 선택된 제2 부하 저항의 저항비에 의해 가변된 최대 출력 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
제11항에 있어서, 상기 송신 제어기는,
상기 출력 전력과 상기 반사 전력을 입력 받아 산출된 출력 전력 대 반사 전력 비와 설정값을 비교하여 상기 부하 장치의 존재 유무를 파악하는 비교 모듈;
상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 임피던스 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최적 임피던스를 추적하도록 상기 임피던스 정합기를 제어하는 임피던스 추적 모듈; 및
상기 부하 장치 존재 시 상기 부하 장치와의 거리 변화에 따른 출력 전력의 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최대 출력 전력을 추적하도록 상기 가변 전압기를 제어하는 전력 추적 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 14에 있어서, 상기 임피던스 추적 모듈은,
상기 반사 전력으로부터 검출된 반사 전압과 접지 사이에 서로 다른 값을 갖는 직렬로 연결된 다수의 저항으로 구성되며, 상기 반사 전압이 상기 다수의 저항에 의해 다수의 반사 전압으로 분배되는 제1 전압분배회로;
상기 제1 전압분배회로로부터 분배된 상기 다수의 반사 전압과 상기 출력 전력으로부터 검출된 출력 전압을 각각 입력 받아 상기 다수의 반사 전압이 상기 출력 전압에 비해 하위 레벨인지 상위 레벨인지를 각각 비교하는 다수의 비교기로 구성되며, 상기 다수의 비교기에 의해 상기 다수의 반사 전압이 레벨화되는 제1 비교 회로; 및
상기 제1 비교 회로로부터 레벨화된 다수의 반사 전압 중 하나의 상위 레벨의 반사 전압이 다수의 출력 단자 중 선택된 하나의 출력 단자로 출력되는 제1 출력 단자 선택 회로를 포함하며,
상기 제1 출력 단자 선택 회로로부터 상기 선택된 출력 단자 정보를 포함하는 제1 제어 신호에 의해 최적 임피던스를 추적하여 상기 임피던스 정합기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 15에 있어서, 상기 제1 출력 단자 선택 회로는,
입력단에 상기 다수의 비교기가 각각 연결되고 출력단에 상기 다수의 출력 단자가 각각 연결된 다수의 AND 게이트; 및
상기 다수의 AND 게이트의 입력단 중 하나에 각각 연결된 다수의 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 15에 있어서, 상기 제1 출력 단자 선택 회로는,
입력단에 상기 다수의 비교기가 각각 연결되고 출력단에 상기 다수의 출력 단자가 각각 연결된 다수의 NOR 게이트; 및
상기 다수의 NOR 게이트의 입력단 중 하나에 각각 연결된 다수의 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 14에 있어서, 상기 전력 추적 모듈은,
상기 반사 전력으로부터 검출된 반사 전압과 접지 사이에 서로 다른 값을 갖는 직렬로 연결된 다수의 저항으로 구성되며, 상기 반사 전압이 상기 다수의 저항에 의해 다수의 반사 전압으로 분배되는 제2 전압분배회로;
상기 제2 전압분배회로로부터 분배된 상기 다수의 반사 전압과 상기 출력 전력으로부터 검출된 출력 전압을 각각 입력 받아 상기 다수의 반사 전압이 상기 출력 전압에 비해 하위 레벨인지 상위 레벨인지를 각각 비교하는 다수의 비교기로 구성되며, 상기 다수의 비교기에 의해 상기 다수의 반사 전압이 레벨화되는 제2 비교 회로; 및
상기 제2 비교 회로로부터 레벨화된 다수의 반사 전압 중 하나의 상위 레벨의 반사 전압이 다수의 출력 단자 중 선택된 하나의 출력 단자로 출력되는 제2 출력 단자 선택 회로를 포함하며,
상기 제2 출력 단자 선택 회로로부터 상기 선택된 출력 단자 정보를 포함하는 제2 제어 신호에 의해 최대 전압을 추적하여 상기 가변 전압기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 18에 있어서, 상기 제2 출력 단자 선택 회로는,
입력단에 상기 다수의 비교기가 각각 연결되고 출력단에 상기 다수의 출력 단자가 각각 연결된 다수의 AND 게이트; 및
상기 다수의 AND 게이트의 입력단 중 하나에 각각 연결된 다수의 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 18에 있어서, 상기 제2 출력 단자 선택 회로는,
입력단에 상기 다수의 비교기가 각각 연결되고 출력단에 상기 다수의 출력 단자가 각각 연결된 다수의 NOR 게이트; 및
상기 다수의 NOR 게이트의 입력단 중 하나에 각각 연결된 다수의 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 11에 있어서,
상기 부하 장치의 존재 유무에 따라 상기 주파수 발진기와 상기 전력 증폭기 사이를 연결하고, 상기 주파수 발진기와 상기 임피던스 정합기 또는 상기 방향성 전력 결합기가 연결되도록 바이패스 경로를 제공하는 전력 패스 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
청구항 11에 있어서, 상기 방향성 전력 결합기는 써큘레이터(Circulator) 또는 아이솔레이터(isolator)인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부.
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(A) 무선 전력 송신부가 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 무선 전력 수신부로 전송하여 반사된 반사 무선 전력 신호로부터 반사 전력을 검출하여 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재 유무를 확인하는 단계; 및
(B) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재가 확인된 경우에 상기 무선 전력 송신부와 상기 부하 장치 간 거리 변화에 따른 임피던스와 출력 전력의 변화를 자동으로 추적하여 최적 임피던스로 정합되고 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 전송하는 단계를 포함하여 이루어진 무선 전력 전송 방법.
제26항에 있어서,
상기 (A) 단계는,
(A-1) 무선 전력 송신부가 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 무선 전력 수신부로 전송하는 단계;
(A-2) 상기 무선 전력 수신부가 상기 전송된 무선 전력 신호를 수신하고, 상기 반사 무선 전력 신호를 반사하는 단계; 및
(A-3) 상기 무선 전력 송신부가 상기 반사된 반사 무선 전력 신호를 수신하여 반사 전력 검출한 후, 상기 반사 전력과 상기 무선 전력 신호로부터 검출된 출력 전력을 이용한 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 접속 여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
제26항에 있어서,
상기 (B) 단계는,
(B-1) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재가 확인된 경우에, 상기 무선 전력 송신부와 상기 부하 장치 간 거리 변화에 따른 임피던스의 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최적 임피던스를 추적하는 단계;
(B-2) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재가 확인된 경우에, 상기 무선 전력 송신부와 상기 부하 장치 간 거리 변화에 따른 출력 전력의 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최대 출력 전력을 추적하는 단계;
(B-3) 상기 추적된 최적 임피던스로 정합되고 상기 추적된 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
(A) 무선 전력 송신부가 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 무선 전력 수신부로 전송하는 단계;
(B) 무선 전력 송신부가 무선 전력 수신부에서 반사되는 반사 무선 전력 신호를 수신하여 반사 전력을 검출한 후, 상기 반사 전력과 상기 무선 전력 신호로부터 검출된 출력 전력을 이용한 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재 여부를 확인하는 단계;
(C) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재가 확인된 경우에, 상기 무선 전력 송신부와 상기 부하 장치 간 거리 변화에 따른 임피던스와 출력 전력의 변화를 자동으로 추적하는 단계; 및
(D) 상기 추적된 최적 임피던스로 정합되고 상기 추적된 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 전송하는 단계를 포함하여 이루어진 무선 전력 송신 방법.
청구항 29에 있어서,
상기 (B) 단계는,
(B-1) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에서 반사되는 반사 무선 전력 신호를 수신하여 반사 전력을 검출하고, 상기 무선 전력 신호로부터 출력 전력을 검출하는 단계; 및
(B-2) 상기 출력 전력과 상기 반사 전력을 이용한 출력 전력 대 반사 전력 비를 설정값과 비교하여 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재 여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 방법.
청구항 29에 있어서,
상기 (C) 단계는,
(C-1) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재가 확인된 경우에, 상기 무선 전력 송신부와 상기 부하 장치 간 거리 변화에 따른 임피던스의 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최적 임피던스를 추적하는 단계;
(C-2) 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력 수신부에 접속된 부하 장치의 존재가 확인된 경우에, 상기 무선 전력 송신부와 상기 부하 장치 간 거리 변화에 따른 출력 전력의 변화를 상기 출력 전력 대 반사 전력 비에 따라 자동으로 가변하여 최대 출력 전력을 추적하는 단계; 및
(C-3) 상기 추적된 최적 임피던스로 정합되고 상기 추적된 최대 출력 전력으로 증폭된 무선 전력 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 방법.
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