KR100915842B1 - 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션 및 그의 제어방법 - Google Patents

평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무접점전력충전스테이션에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대용 장치에 유도자기장을 이용하여 전력신호를 전송하는 무접점전력충전스테이션의 1차측코어가 코어베이스에 평면 나선형 코어 구조로 되는 피티피에스 코어로 구비되기 때문에 형태가 단순하여 무접점 충전기에 장착하기가 용이하도록 하고, 또한 하나의 충전스테이션 내에 다수 개의 충전을 위한 평면 나선코어가 구비되기 때문에 배터리팩 또는 휴대용 장치가 어느 위치로 이동되어도 항상 충전작동이 연속적으로 이뤄지도록 하여 안정적으로 충전되도록 하는 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은 무접점전력수신장치(50) 측으로 전력충전 및 데이터 전송용 유도자기장 신호가 발신되도록 하는 무접점전력충전스테이션(10)에 있어서, 상기 무접점전력충전스테이션(10)은 내부에 전력전송 및 데이터 송수신을 위한 컨트롤부(11)와, 상기 컨트롤부(11)와 전기적으로 연결되는 1차측코어부(31)가 내재되어 유도자기장 신호가 발신되도록 하며 상부로 상기 무접점전력수신장치(50)가 놓여지는 스테이션부(30)가 구비되며, 상기 1차측코어부(31)는 코어베이스(32)에 유도패턴코어(33)가 구비되고, 상기 코어베이스(32)가 상기 스테이션부(30)에 구비되며, 상기 유도패턴코어(33)는 얇은 코일 여러가닥이 횡방향으로 나란하게 형성된 평면단위코어(330)를 이용한 평면나선형의 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)로 하여 이루어지는 피티피에스 코어(PT-PS Core, Power Transmission - Planar Spiral Core)로 구비되고, 상기 유도패턴코어(33)는 코어베이스(32)의 상부로 제1평면코어(331)와 제2평면코어(332)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020080131043
무접점전력충전스테이션, 무접점전력수신장치, 배터리팩, 휴대용장치

Description

평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션 및 그의 제어방법{NON-CONTACT CHARGING STATION OF WIRELESS POWER TRANSMISION WITH PT-LW CORE HAVING PLANAR SPIRAL CORE STRUCTURE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 무접점전력충전스테이션에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대용 장치에 유도자기장을 이용하여 전력신호를 전송하는 무접점전력충전스테이션의 1차측코어가 코어베이스에 평면 나선형 코어 구조로 되는 피티피에스 코어로 구비되기 때문에 형태가 단순하여 무접점 충전기에 장착하기가 용이하도록 하고, 또한 하나의 충전스테이션 내에 다수 개의 충전을 위한 평면 나선코어가 구비되기 때문에 배터리팩 또는 휴대용 장치가 어느 위치로 이동되어도 항상 충전작동이 연속적으로 이뤄지도록 하여 안정적으로 충전되도록 하는 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, PDA, PMP, DMB단말기, MP3 또는 노트북과 같은 휴대용 장치들은 이동하면서 사용하기 때문에 일반 가정 전원을 직접 꽂아서 전원을 공급받을 수 없어, 일회용 배터리를 장착하거나 충방전이 가능한 배터리가 장착되는 것이다.
그러나 이러한 휴대용 장치의 배터리에 전기를 충전시키기 위한 충전기는 일반전원으로부터 전기를 공급받아 배터리에 전원공급선 및 전원공급단자를 통하여 배터리팩에 전원을 공급하는 단자공급방식이 이용되고 있다. 하지만 이처럼 단자공급방식으로 전원을 공급하면, 충전기와 배터리가 서로 결합되거나 분리될 경우, 양측의 단자들이 서로 다른 전위차를 가지고 있어서 단자부분에서 순간방전현상이 발생된다. 이로써 양측 단자들에는 점점 이물질이 쌓이게 되며, 이로 인해서 화재가 발생할 우려도 있는 것이다. 또한 단자가 공기에 직접 노출되기 때문에 습기 또는 먼지가 묻어 자연 방전될 수 있는 등, 충전기 및 배터리의 수명과 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
이러한 단자공급방식의 문제점을 해결하기 위하여, 무접점 충전기가 개발된 것이다. 이와 같은 종래기술에 따른 무접점 충전기는 무접점충전기의 1차코일의 상부로, 충전하고자 하는 배터리가 내재된 단말기을 위치시키면, 배터리의 2차코일에 의하여 충전이 된다. 즉 1차코일에서 발생되는 자기장에 의해 2차코일에서는 유도기전력이 발생되는 것으로, 이처럼 유도되는 전기를 충전하게 되는 것이다.
그러나 이러한 종래의 무접점 충전기는 단지 휴대용 단말기에 전력을 공급할 뿐, 다른 이용이 한정되어 있어 실용성에 제한이 있는 것이다.
또한 1차코일에서 발생되는 자기장에 대하여 금속이 놓이게 되면 자장의 변 화로 인하여 1차코일에 전력손실이 상당하여 무접점충전기가 파손될 수 있는 등의 문제점이 있는 것이다. 또한 2차측코일 및 배터리팩 회로에 과전류가 흐르게 되면 발열현상이 일어나 결국 배터리팩이 과열로 인한 폭발사고가 발생할 우려가 있다.
나아가 기존에 무접점 충전기에서는 굵은 코일을를 이용하기 때문에, 전체 충전기의 크기가 커져서, 충전기의 크기도 커질 뿐만 아니라 구조적으로도 복잡해지고 제조하기도 난해한 단점이 있다. 뿐만 아니라 다양한 형태로 형성하기가 곤란하여 이용에 한계가 있다.
특히 충전작동 중에 요동으로 배터리팩이 움직이게 되면 전력전송이 제대로 이뤄지지 않아 전송효율이 저하되는 문제점이 있는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 휴대용 장치에 유도자기장을 이용하여 전력신호를 전송하는 무접점전력충전스테이션의 1차측코어가 코어베이스에 평면 나선형 코어 구조로 되는 피티피에스 코어로 구비되기 때문에 형태가 단순하여 무접점 충전기에 장착하기가 용이하여 적용성이 향상되도록 하는 목적이 있다.
또한 하나의 충전스테이션 내에 다수 개의 충전을 위한 평면 나선코어가 구비되기 때문에 배터리팩 또는 휴대용 장치가 어느 위치로 이동되어도 항상 충전작동이 연속적으로 이뤄지도록 하여 안정적으로 충전되도록 하는 목적이 있다.
특히 어느 정도 약간의 요동으로 충전 중이던 코어에서 이동되는 경우에도 전송되는 전력의 세기가 달라지게 되면 전력제어알고리즘에 의하여 일정한 정도의 세기로 하여 전력전송이 이뤄지도록 하여 전력 전송 효율이 향상되도록 하는 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션은, 무접점전력수신장치(50) 측으로 전력충전 및 데이터 전송용 유도자기장 신호가 발신되도록 하는 무접점전력충전스테이션(10)에 있어서, 상기 무접점전력충전스테이션(10)은 내부에 전력전송 및 데이터 송수신을 위한 컨트롤부(11)와, 상기 컨트롤부(11)와 전기적으로 연결되는 1차측코어부(31)가 내재되어 유도자기장 신호가 발신되도록 하며 상부로 상기 무접점전력수신장치(50)가 놓여지는 스테이션부(30)가 구비되며, 상기 1차측코어부(31)는 코어베이스(32)에 유도패턴코어(33)가 구비되고, 상기 코어베이스(32)가 상기 스테이션부(30)에 구비되며, 상기 유도패턴코어(33)는 얇은 코일 여러가닥이 횡방향으로 나란하게 형성된 평면단위코어(330)를 이용한 평면나선형의 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)로 하여 이루어지는 피티피에스 코어(PT-PS Core, Power Transmission - Planar Spiral Core)로 구비되고, 상기 유도패턴코어(33)는 코어베이스(32)의 상부로 제1평면코어(331)와 제2평면코어(332)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이에 상기 1차측코어부(31)의 유도패턴코어(33)는, 평면의 원형나선코어 형태의 원형코어구조, 평면의 타원형나선코어 형태의 타원형코어구조, 평면의 삼각형나선코어 형태의 삼각형코어구조, 평면의 사각형나선코어 형태의 사각형코어구조, 평면의 오각형나선코어 형태의 오각형코어구조, 평면의 육각형나선코어 형태의 육각형코어구조, 평면의 다각형나선코어 형태의 다각형코어구조 중 어느 한 형태의 평면나선코어구조로 구비될 수 있다.
그리고 상기 1차측코어부(31)는 상기 유도패턴코어(33)의 아래측으로 차폐부(35)가 구비되고, 상기 차폐부(35)는 차폐패널부(351), 차폐메쉬부(352), 금속박 막부(353)로 형성되어 구비될 수 있다.
또한 전원이 공급되도록 하기 위한 전원공급부(13); 상기 전원공급부(13)의 전원이 1차측코어부(31)의 제1코어(331), 제2코어(332)로 공급되도록 하기 위한 공진형컨버터(14); 컨트롤부(10)의 제어에 의하여 상기 공진형컨버터(14)로 발진신호를 전송하기 위한 프리드라이버(15); 상기 전원공급부(13), 공진형컨버터(14), 프리드라이버(15)를 포함한 무접점전력충전스테이션(10)의 부재들이 작동되도록 제어하기 위한 컨트롤부(11); 데이터가 저장되는 스테이션메모리부(12); 상기 1차측코어부(31)의 제1코어(331), 제2코어(332)와 연결되어 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 신호를 분별하는 ID신호검출부(19); 상기 공진형컨버터(14)와 상기 제1코어(331) 사이에 연결되는 제1스위칭부(211); 상기 공진형컨버터(14)와 상기 제2코어(332) 사이에 연결되는 제2스위칭부(212)가 포함되어 구비되고, 상기 컨트롤부(11)의 제어에 의하여 상기 제1스위칭부(211), 상기 제2스위칭부(212)가 스위칭작동되도록 하는 스테이트컨트롤블럭(22)가 구비될 수 있다.
나아가 본 발명에 따른 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션의 제어방법은,
컨트롤부(11)의 제어에 의하여 1차측코어부(31)에서 무접점전력수신장치(50) 측으로 고유ID 신호를 요청하여 무접점전력수신장치(50)를 탐색하기 위한 스텐바이단계(S01);
상기 스텐바이단계(S01)에서 상기 무접점전력수신장치(50)로부터 고유ID 신호가 수신되어 ID신호검출부(19)에서 신호처리하는 ID신호검출단계(S02);
상기 ID신호검출부(19)에서 검출된 신호가 컨트롤부(11)에 전송되고, 검출된 신호가 제1코어(331), 제2코어(332) 중 어느 코어로부터 감지된 신호인지 판별하는 코어신호판별단계(S03);
상기 코어신호판별단계(S03)에 의하여 무접점전력수신장치(50)가 위치된 것으로 판별되는 해당 코어 측으로 스위칭 작동되도록 하기 위한 스위칭신호를 스테이트컨트롤블럭(22) 측으로 전송하는 스위칭제어신호전송단계(S04);
상기 스위칭제어신호전송단계(S04)와 함께 프리드라이버(15) 측으로 전력전송제어신호를 전송하여 공진형컨버터(14)에서 제1스위치부(211), 제2스위치부(212) 측으로 전력이 인가되도록 하여, 스위치온 된 해당 코어에서 전력신호를 인가받아유도자기장 신호가 발신되도록 하는 무접점전력전송단계(S05)가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구비되는 본 발명은 휴대용 장치에 유도자기장을 이용하여 전력신호를 전송하는 무접점전력충전스테이션의 1차측코어가 코어베이스에 평면 나선형 코어 구조로 되는 피티피에스 코어로 구비되기 때문에 형태가 단순하여 무접점 충전기에 장착하기가 용이하여 적용성이 향상되도록 하는 탁월한 효과가 있다.
또한 하나의 충전스테이션 내에 다수 개의 충전을 위한 평면 나선코어가 구 비되기 때문에 배터리팩 또는 휴대용 장치가 어느 위치로 이동되어도 항상 충전작동이 연속적으로 이뤄지도록 하여 안정적으로 충전되도록 하는 장점이 있다.
특히 어느 정도 약간의 요동으로 충전 중이던 코어에서 이동되는 경우에도 전송되는 전력의 세기가 달라지게 되면 전력제어알고리즘에 의하여 일정한 정도의 세기로 하여 전력전송이 이뤄지도록 하여 전력 전송 효율이 향상되도록 하는 효과가 있다.
이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 대한 제어구성도, 도 2는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 적용된 1차측코어부의 리쯔와이어에 대한 개략적인 예시사진, 도 3은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션의 1차측코어부에 대한 개략적인 실시 예시사진 및 층구성 단면 예시도, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션의 1차측코어부에 대한 개략적인 층구성 단면도, 그리고 도 6은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 대한 개략적인 전력전송 제어구성도가 각각 도시된 것으로, 무접점전력충전스테이션에 대한 일 실시 예시도가 도시된 것이다.
그리고 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션 및 무접점전력수신장치의 제어순서도, 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 대한 전력전송에 따른 효율 그래프, 도 11은 본 발명에 따른 무접점전력충전 스테이션의 제어흐름도, 그리고 도 12는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 무접점전력수신장치가 위치된 상태에 대한 실시예시 사진가 각각 도시된 것으로, 무접점전력충전스테이션에 피티피에스 코어가 장착되어 전력제어됨에 따른 실시시험예가 제시된 것이다.
이러한 전력전송제어 알고리즘이 적용되는 효율 그래프에서, 효율은 전력전송용 유도자기장이 발생되는 무접점전력충전스테이션(10)에서의 전력전송에 소요되는 입력파워에 대하여, 전력수신받는 무접점전력수신장치(50)에서의 수신되는 파워의 비율('효율' = '2차 DC output power' / '1차 DC input power')로 산출되는 것이다.
즉 본 발명에 따른 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션(10)은 도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 휴대용 장치에 전원을 공급하기 위하여 배터리팩 등으로 구비될 수 있는 무접점전력수신장치(50) 측으로 전력을 전송하기 위한 장치이다. 특히 무접점전력충전스테이션(10)에서 발생되는 유도자기장에 대하여, 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)에서 유도자기장에 의한 전력신호를 전송받아 전원이 충전되도록 구비되는 것이다.
이와 같이 구비된 무접점전력충전스테이션(10)의 세부구성을 살펴보면 다음과 같다. 즉 도 1에서와 같이, 상기 무접점전력충전스테이션(10)은 내부에 전력전송 및 데이터 송수신을 위한 컨트롤부(11)와, 상기 컨트롤부(11)와 전기적으로 연결되어 유도자기장이 발생되도록 하며 상부로 상기 무접점전력수신장치(50)가 놓여 지는 스테이션부(30)가 구비되며, 상기 스테이션부(30)는 유도자기장이 발생되도록 하는 1차측코어부(31)가 구비되는 것이다.
또한 이와 같이 무접점전력충전스테이션(10)의 각 부재에 전원을 공급하고 1차측코어부(31)에서 유도자기장이 발생되도록 하기 위하여 전원을 공급하기 위한 전원공급부(13)가 구비된다.
그리고 상기 전원공급부(13)의 전원이 1차측코어부(31)의 저부코어(331), 제1상부코어(332), 제2상부코어(333)로 공급되도록 하기 위한 공진형컨버터(14), 컨트롤부(10)의 제어에 의하여 상기 공진형컨버터(14)로 발진신호를 전송하기 위한 프리드라이버(15) 등이 함께 구비되어 상기 공진형컨버터(14)가 작동되도록 제어하기 위한 컨트롤부(11)의 제어에 의하여 작동되게 된다. 그리고 이러한 처리에 대한 데이터는 데이터가 저장되는 스테이션메모리부(12)에 저장되게 된다.
또한 1차측코어부(31)와 연결되어, 상기 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 신호를 처리하여 상기 컨트롤부(11)로 전송하는 ID신호검출부(19)이 구비되는 것이다.
그리고 상기 무접점전력충전스테이션(10)의 무접점충전케이스(미도시됨)에는 전방으로 전원 온/오프스위치, 신호입력을 위한 입력패널이 구비되고, 상기 무접점충전 플레이트 및 상기 무접점전력수신장치(50)에서의 충전상태를 표시하기 위한 엘씨디패널 및 충전상태엘이디 등의 표시부(101)가 구비될 수 있다.
그리하여 무접점전력충전스테이션(10)의 충전 플레이트에는 휴대폰, PDA, PMP, DMB단말기, MP3, UMPC 또는 노트북과 같은 휴대용 장치(M) 또는 휴대용 장치 에 탈부착이 가능한 배터리팩(즉 탈부착되어 각각 충전가능하게 이용될 수 있는 배터리팩을 세미이너팩이라 한다) 등으로 구비될 수 있는 무접점전력수신장치(50)가 놓여지는 것이고, 이에 무접점전력수신장치(50)가 놓여지면 무접점전력충전스테이션(10)은 이를 감지하여 충전작동을 하게 되는 것이다.
그리고 이러한 무접점전력충전스테이션(10) 전원공급부(13)의 전원은, 컴퓨터(C)의 USB포트의 전원, AC adapter, Cigar Jack 등으로부터 입력되는 전원이 공급될 수도 있을 것이다.
또한 충전 과정 중 무접점전력충전스테이션(10)의 온도를 검출하는 온도검출부(18)를 구비하여, 온도검출부(18)에서 검출되는 온도에 따라 과열되는 경우에는 충전작동이 정지될 수 있고, 무접점전력충전스테이션(10) 전체적으로 과열되는 경우에는 전체 시스템의 작동이 일시 정지되도록 구성될 수도 있다.
나아가 전원공급부(13), 프리드라이버(15), 공진형컨버터(14) 또는 ID신호검출부(19) 등과 연결되어 각각 전류의 흐름을 감시하도록 전류검출부(17) 등과 같은 전류센싱부재가 함께 구비될 수 있으며, 이러한 전류센싱부재에 의하여 해당 부재들이 과전류, 과전압 상태로 되면 충전 작동을 정지하거나 시스템의 작동을 정지하도록 하고, 이에 대한 신호를 발신하도록 구성될 수 있다. 물론 전류검출부(17)를 통하여 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 신호를 검출하도록 구비될 수도 있을 것이다.
이와 같이 구비되는 무접점전력충전스테이션(10)으로부터 유도자기장이 발생 되어짐에, 이러한 유도자기장으로 인하여 유도전력이 발생되어 이를 충전하도록 하고 휴대용 장치로 전원이 공급되도록 하는 무접점전력수신장치(50)에 대한 일 실시예에 따른 세부구성을 살펴보면 다음과 같다.
즉 무접점전력충전스테이션(10)에서 발생되는 유도자기장을 수신받은 상기 무접점전력수신장치(50)에서는 2차측코어부(51)에서 유도전류가 발생되고, 이러한 유도전류에 의한 전력은 배터리셀(53)에 충전되는 것이다. 이처럼 발생된 전력신호는 정류되어 충전되는 것으로, 수신되는 전력의 세기를 배터리팩제어부(54)에서 감지하여 무접점전력충전스테이션(10) 측으로 감지데이터에 대한 신호를 전송하여, 무접점전력충전스테이션(10)에서 발신되는 유도자기장이 조절되도록 구비하게 된다. 또한 충전되는 전력이 조절되도록 하여 안정적으로 충전되도록 하면서, 휴대폰, PDA, PMP, DMB단말기, MP3 또는 노트북과 같은 휴대용 장치들(M)에 안정적으로 전원을 공급하게 되는 것이다. 특히 이러한 무접점전력수신장치(50)는 휴대용 장치들과 별체로 분리구성되어, 휴대용장치들에 장착되거나 분리가 가능하도록 하는 배터리팩 또는 커버가 있는 세미배터리팩 등으로 구비될 수도 있을 것이다. 또한 휴대용장치들의 케이스 내에 장착되어, 휴대용장치(M)들의 전원공급부와 직결되도록 일체형으로 구비될 수도 있을 것이다.
이를 위한 무접점전력수신장치(50)에는 상기 2차측코어부(51)와 연결되어 유도전류를 정류하는 정류부블럭(52)(Rectifier block)이 구비되고, 상기 2차측코어부(51)에 의해 송수신되는 데이터를 처리하는 배터리팩제어부(54)가 구비되는 것이다.
그리고 상기 배터리팩제어부(54)의 제어에 의하여 상기 정류부블럭(52)으로부터 공급되는 전력이 배터리셀(53)에 충전되도록 하는 충전회로부블럭(55)(Charger Management Block)가 구비되고, 상기 배터리셀(53)의 충전정도를 감시하고 만충전 또는 방전 상태의 신호를 상기 배터리팩제어부(54)로 전송하는 충전감시회로부블럭(56)가 포함되어 구비되는 것이다.
따라서 배터리팩제어부(54)(Power receiver controler)에서는 정류부블럭(52)(Rectification Block), 충전회로부블럭(55), 충전감시회로부블럭(56)(Protection Control Block), 게이지블럭(57)(Fuel Gauge Control Block) 등 무접점전력수신장치(50)의 부재들을 제어하며 무접점전력충전스테이션(10) 측으로 ID 데이터신호를 발생하고 충전상태를 모니터링하도록 구비되는 것이다.
그리고 보호회로부블럭(56)(Protection Circuit Module block, PCM)은 상기 충전회로부블럭(55)과 상기 배터리셀(53) 사이에 구비되어 상기 배터리셀(53)에 충전되는 전류를 검출하여 상기 배터리셀(53)의 충전상태 정보를 배터리팩제어부(54)로 전송하며 배터리의 과전압, 부족전압(Under voltage), 과전류, 단락 등을 감지하게 되는 것이다.
또한 무접점전력수신장치(50)에서는 상기 2차측코어부(51)를 통하여 수신되는 전력을 감시하고, 수신되는 전력의 전압의 정도를 판별하여 안정적으로 수신되는지 판별하게 된다. 이에 수신되는 전력의 기준전압으로는 해당 무접점전력수신장치(50)의 선택 사양별로 다양하게 선택될 수 있는 것으로, 대체로 2 ~ 20V 정도로 설정될 수 있으며, 특히 일반적인 휴대용 장치에 적용되는 경우에는 대체로 5V 정 도로 하여 설정될 수 있는 것이다.
이처럼 수신되는 전력의 전압이 저전압으로 감지되는지, 그리고 수신되는 전력의 전압이 고전압으로 감지되는지 여부를 비교판별하게 되는 것이다. 예를 들면, 기준전압에 대해 앞에서의 예시와 같이 5V를 예로하는 경우에는 대체로 저전압 감지여부는 5V 보다 -1.5V 내지 -0.5V 정도가 감압된 정도로 감지되는 경우로 정하여 질 수 있을 것이다. 그리고 고전압의 기준이 되는 전압의 정도는 5V를 예로하면, 대체로 5V 보다 +1.5V 내지 +0.5V 정도가 승압된 정도로 감지되는 경우로 정하여질 수 있을 것이다.
이처럼 감압 또는 승압된 기준치보다 낮거나 높은 전압으로 전력신호가 수신되면 배터리팩제어부(54)에서는 무접점전력수신장치(50)의 고유 ID데이터신호와 함께 전압보정의 정도에 대한 전송신호를 무접점전력충전스테이션(10) 측으로 발신하게 되는 것이다. 따라서 무접점전력수신장치(50)에서는 수신된 전력의 정도를 제어하기 위한 컨버터부재가 구비하지 않거나 소형으로 구비되도록 하여 전체 무접점전력수신장치(50)의 크기를 작게할 수 있는 장점이 있는 것이다.
이와 같이 구비되는 무접점전력수신장치(50) 측으로 전력전송을 위한 유도자기장이 발생되도록 하는 무접점전력충전스테이션(10)은 전력전송이 효율적으로 이루어지도록 하는 1차측코어부(31)가 구비되는 것이다.
즉 상기 1차측코어부(31)는 코어베이스(32)에 유도패턴코어(33)가 구비되어, 상기 코어베이스(32)가 상기 스테이션부(30)에 체결되도록 구비되는 것이다.
또한 상기 유도패턴코어(33)는 평면나선형의 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)로 하는 피티피에스 코어(PT-PS Core, Power Transmission - Planar Spiral Core)로 구비되는 것이다. 즉 피티피에스 코어로 되는 유도패턴코어(33)는 도 4 및 도 5에서와 같이 얇은 코일이 여러가닥으로 하여 하나의 평면단위코어(330)를 이루는 것으로, 이러한 평면단위코어(330)는 여러가닥의 얇은 코일이 횡방향으로 나란하게 나열된 상태에서, 접착부재(330')에 의하여 굵은 단일 단위의 코어를 이루는 것이다. 따라서 이러한 평면단위코어(330)는 도 2 등에서와 같이 수회를 걸쳐 감겨진 상태로 하나의 커다란 코어를 이루어 유도패턴코어(33)를 형성하게 되는 것이다. 마치 리쯔코어에서처럼 많은 수의 얇은 코일을 다수회 걸쳐 감아 형성되는 것으로, 다만 일반적인 리쯔코어는 얇은 코일을 다수개 엉켜지도록 꼬아서 굵은 코일을 만든 다음에 다수회 권선하여 코어를 만드는 반면, 본 발명에서는 두께가 얇아지도록 평면단위코어를 형성한 후, 다수회 감겨지도록 구비되는 것이다. 따라서 본 발명에 따른 코어의 두께가 얇게 형성되는 것이 특징인 것이다.
물론 유도패턴코어(33)는 평평한 상태의 평면단위코어(330)가 중앙으로부터 외향으로(또는 반대방향으로) 감겨져 나선형태로 이루어지기 때문에, 유도패턴코어(33) 전체의 형상도 평평한 평면나선코어 형태를 갖도록 하는 피티피에스 코어(PT-PS Core, Power Transmission - Planar Spireal Core)를 이루게 되는 것이다.
이와 같은 평면단위코어(330)가 감겨져 하나의 평면나선코어 형태인 피티피에스코어(PT-PS Core)로 되는 유도패턴코어(33)는 그 전체 형상이 평평한 상태로, 상하두께가 얇게 되기 때문에, 배터리팩 및 무접점전력충전스테이션(10) 등과 같이 얇게 되도록 하는 무선전력전송장치 및 장비에 유용하게 적용될 수 있는 것이다. 즉 전체 스테이션부(30)의 두께를 더욱 얇게 할 수 있어 다른 부재들의 탑재 효율을 높이고, 나아가 제품의 크기도 작게 할 수 있는 장점이 있는 것이다.
그리고 이러한 상기 1차측코어부(31)의 유도패턴코어(33)는, 평면단위코어(330)가 수회 감겨져 이루어지는 것으로, 그 형태에 따른 구조는 평면의 원형나선코어 형태의 원형코어구조, 평면의 타원형나선코어 형태의 타원형코어구조, 평면의 삼각형나선코어 형태의 삼각형코어구조, 평면의 사각형나선코어 형태의 사각형코어구조, 평면의 오각형나선코어 형태의 오각형코어구조, 평면의 육각형나선코어 형태의 육각형코어구조, 평면의 다각형나선코어 형태의 다각형코어구조 중 어느 한 형태의 평면나선코어구조로 구비될 수 있는 것이다.
이와 같이 다양한 형태의 평면 나선형 코어구조로 이루어지는 피티피에스 코어(PT-PS Core)인 유도패턴코어(33)는 코어베이스(32) 상에 단일로 하여 평면 나선형 코어구조로 이루어질 수도 있을 것이다. 또한 도 5와 같이 유도패턴코어(33)가 코어베이스(32) 상에 제1평면코어(331), 제2평면코어(332)로 하여 구비될 수도 있을 것이다.
따라서 전자유도 기전력이 발생되도록 유도자기장 신호를 하게 되는 무접점전력충전스테이션(10)에 의하면, 선이 없이 무선으로 전력신호를 전송하고, 기종에 관계없이 휴대용 장치(M, Portable devices)(예를 들면 휴대폰, PDA, PMP, MP3, MP3P, DMB 등)에 전원을 공급하기 위한 배터리팩 등과 같은 무접점전력수신장 치(50)에 전원이 충전되도록 하기 위한 것이다. 이에 특히 무접점전력충전스테이션(10)에 적용되는 1차측코어부(31)의 코어가, 미세코일(예 : 대략 0.2mm 이하 정도)을 여러가닥으로 하여 평평하게 평면상태로 하여 평면단위코어(330)를 이루도록 하고, 이러한 평면단위코어(330)가 여러 회에 걸쳐 감겨지도록 하여 이루어지는 피티피에스 코어(PT-PS Core)로 된 유도패턴코어(33)가 형성되도록 하여 적용한 것이다. 특히 이러한 피티피에스 코어로 된 유도패턴코어가 스테이션부(30)에 나란히 복수 개를 위치시켜 이루어지는 것으로, 배터리팩 등으로 되는 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)의 위치가 스테이션부(30) 상에서 어떻게 놓이더라도 복수 개의 유도패턴코어(33) 중 어느 한 코어에 위치되기 때문에 항상 양호한 전력전송상태를 이루기 때문에 높여지는 위치에 상관없이 충전효율이 양호하도록 하여 사용자들이 편리하게 사용하도록 하는 것이다. 이에 대한 실시예로 본 발명에서는 스테이션부(30)에 두 개의 피티피에스 코어로 하여 유도패턴코어(33)가 이루어지도록 함을 실시예로 하여 보이고 있는 것이다.
이에 더하여 본 발명은 컨트롤부(11), 스테이션메모리부(12), 전원공급부(13), 공진형컨버터(14), 프리드라이버(15), 전원검출부(17), 온도검출부(18), ID신호검출부(19), 1차측코어부(31) 등의 다수 부재들에 의하여, 무선 충전이 가능한 전용의 배터리팩 등과 같은 무접점전력수신장치(50)를 인식하기 이한 고유ID인식기능, 충전상태를 표시하기 위한 디스플레이부(101)(LED, LCD 등), 휴대용장치( M)에 내장된 무선데이터부재들과 통신할 수 있도록 하는 통신기능, 동기동기화할 수 있는 무선통신모듈(bluetooth, zigbee, wifi, wibro, 적외선통신 등), 충전하고 자 하는 휴대용장치 이외의 다른 금속 이물질이 스테이션부(30) 상에 올려졌을 때 이를 감지하여 전력전송작동을 차단할 수 있는 이물질감지기능, 과부하와 온도 프로텍션 기능 등, 무접점 전력전송에 따른 다양한 기능들이 탑재될 수 있을 것이다.
또한 자기장 발생을 위한 공진형 컨버터와 같은 부재, 배터리팩 등의 무접점전력수신장치(50)의 위치를 판별하고 사각 또는 원형의 나선코어가 평면 어래이되어 이루어지는 코어모듈, ID 통신이 가능하도록 하는 1차측코어부의 해당코어로 전력을 인가하도록 하는 스위칭 모듈 제어회로 구성, 일련의 제어 알로기즘을 통하여 전력전송효율이 양호하도록 하는 프로세싱 구성 등도 함께 구비될 수 있을 것이다.
이처럼 구비되는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션(10)의 1차측코어부(31)는, 얇은 코일 여러가닥이 평평하게 되어 평면으로 다수회 감겨지는 평면나선형 코어구조(PSCS)로 되는 피티피에스 코어(PT-PS, Power Transmission - Planar Core)로 하여 사각 또는 원형 등 다양한 형태로 이루어지는 것이다.
이에 단일의 코어는 이물질감지기능 및 전력전송 등의 효율 때문에, 대체로 하나의 코어 크기가 45 ~ 55 Ф 정도로 구비될 수 있을 것이다. 이보다 커질 경우에는 자기장의 세기가 너무 세기 때문에 전자파 등에 의한 문제가 야기될 수도 있을 것이다. 또한 가운데 부분의 자기장의 세기가 세지나 반면 외곽으로 갈수록 급격히 낮아지는 포물선의 구조로 되기 때문에, 전체적으로 하나의 코어에서 위치에 따라 전송되는 전압의 불균형이 심할 수 있는 것이다.
이와 같이 구비될 수 있는 개별 코어의 크기에 대해서 살펴보면 다음 표 1과 같이 살펴볼 수 있을 것이다.
(무접점전력충전스테이션의 1차측코어의 크기별 전력소모 비교표)
구분 Case 1 Case 2 Case 3
1차측코어 사이즈 45Ф 55Ф 65Ф
무부하시 2차측 정류단 유기 DC전압 7V 10V 14V
부하시 2차측 정류단 유기 DC 전압(@2.5W) 5V 6V 7V
전압 드롭 차(Vdrop) (= a - b) 0.5 (5 - 4.5) 0.15 (6 - 4.5) 2.5 (7 - 4.5)
전력소모(W) (부하전류) * (전압 드롭 차) 0.25 (0.5 * 0.5) 0.75 (0.5 * 0.75) 1.25 (0.5 * 2.5)
상기 (표 1)에서 2차측인 무접점전력수신장치(50)에서의 정류단 측정시 부하(@2.5W)는 부하전류 500mA, 5V 에서의 부하 측정을 하였을 경우이며, 전압 드롭차(Vdrop)는 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)를 통하여 정류단에서 발생되는 전압으로 하여, 배터리셀에 4.5V로 충전될 경우이다. 이와 같이 측정되는 상기 (표 1)에서와 같이 무부하시(no load) 무접점전력충전스테이션(10)의 1차측코어부(31)의 크기가 커질수록 정류단의 유기전압이 커지게 된다. 그리고 부하시(@2.5W) 1차측코어가 커짐에 따라 전압드롭차가 커져 전력소모가 많게 됨을 알 수 있다. 이에 도 3 등에서의 예시에서는 일반적인 휴대폰에 적용되는 무접점전력수신장치(50)인 배터리팩에 대한 실시예시 사진 및 층구성 단면도로, 무접점전력충전스테이션(10)의 1차측코어부(31)에서는 하나의 패턴코어가 50 X 45mm로 하여 사각 형상구조로 하고, 반면 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)의 코어는 이보다 작게 하여 사각형상구조로 형성됨을 예시한 것이다.
(무접점전력충전스테이션의 1차측코어의 형태에 따른 특성표)
항목 원형형태의 Planar PCB winding 사각 형태의 Planar PCB winding
2차측 부하의 위치에 따른 이동성 센터 : 5V 유지 외곽 : 3.5V 정도로 낮음 센터 : 4.8V 유지 외곽 : 4.5V 이상 유지
에너지 효율 (@2.5W 부하시) 60% 59%
성능 평가 효율은 약간 높지만 위치 이동에 따른 제약이 있음 효율은 비슷하면서 위치 이동에 따른 제약이 적음.
상기 (표 2)에서는 1차측코어의 형태에 따라 2차측 코어의 위치가 변동함에 대한 특성표로, 원형형태로 구비되는 경우에는 코어의 중앙 부분에서의 전력전송 특성을 양호하나 외측으로 2차측코어가 위치되는 경우에는 전송특성이 저하되는 것이다. 반면 사각형상으로 1차측코어가 형성되는 경우에는 외측으로 2차측코어가 이동되어도 전력전송효율이 저하되지 않아 위치에 따른 제약기 적음을 알 수 있다.
이에 도 3의 실시예를 들어 살펴보면, 2차측코어부(51)가 어떠한 위치에 위치되더라도 무접점전력충전스테이션(10)에서는 해당 위치의 코어가 이를 감지하여 국부적으로 충전작동하게 되는 것이다. 즉 처음 스테이션부(30)의 유도패턴코어(33) 중 도 3의 상측인 제1평면코어(331)에 2차측코어부(51)(도 3에서 'Load #1'으로 표시된 사각영역)에 위치되어 충전하던 중에, 요동에 의하여 무접점전력수신장치(50)가 이동될 수 있을 것이다. 이에 요동으로 인하여 2차측코어부(51)(도 3에서 'Load #2'로 표시된 사각영역)가 하측인 제2평면코어(332)로 이동될 수 있을 것이다.
이에 처음 상측에 2차측코어부(51)가 위치된 상태에서는 제1평면코어(331) 측으로만 4.5 ~ 5.5V 정도의 유기전력이 발생되도록 전력전송되도록 제1평면코어(331) 측만 여기(excitation)될 것이고, 바면 제2평면코어(332) 측으로는 오프상태가 되는 것이다.
반면 요동으로 2차측코어부(51)가 하측인 제2평면코어(332) 측으로 이동되게 되면 이를 감지하여 판별한 컨트롤부(11)의 제어에 의하여 제1평면코어(331) 측은 오프상태가되도록 제어하고, 반면 제2평면코어(332) 측을 통하여 전력전송되도록 제2평면코어(332) 측만 여기(excitation)되도록 제어하게 되는 것이다.
물론 이처럼 2차측코어부(51)의 위치 이동 중에서도, 전력전송 중에는 2차측코어부(51)가 각각 제1평면코어(331) 및 제2평면코어(332) 내에서 각각 이동하는 중에는, 제1평면코어(331) 및 제2평면코어(332) 내에서의 이동에 따른 전송된 전력의 세기에 따라 전력제어 알고리즘이 적용되어 안정적으로 전력전송이 이뤄지도록 구비되는 것이다. 즉 도 7 내지 도 8 등에 의한 전력제어 알로리즘에 따른 제어 순서도에 의하여 무접점전력수신장치(50)에서 수신되는 전력이, 2차측코어부(51)가 외향으로 이동으로 인하여 4.5V 이하로 수신되거나 또는 외측에 있다가 중앙으로 이동되어 5.5V 이상으로 수신되는 경우에는, 전력전송보상에 대한 신호를 무접점전력충전스테이션(10) 측으로 전송하게 되는 것이다. 따라서 무접점전력충전스테이션(10)에서는 보상된 신호로 하여 유도자기장 신호가 발신되도록 하고, 이에 무접점전력수신장치(50)에서는 보상되어 안정된 일정한 정도의 전력신호를 수신하게 되는 것이다.
이에 도 9는 전력전송보상 알고리즘이 적용되지 않는 경우에 대한 전력전송효율 그래프에 대한 것이고, 도 10은 전력전송보상 알고리즘이 적용되어 전력전송이 이뤄질 경우에 있어서의 전력전송 효율에 대한 그래프이다. 이에 도 10에서와 같이 전력전송보상 알로리즘이 적용된 경우에 더욱 안정적이고 일정한 전력전송 효율이 나타남을 알 수 있다.
그리고 이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션(10)은 단일 스테이션부(30)에 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어(PT-PS Core)가 제1평면코어(331)와 제2평면코어(332)로 하여 1차측코어부(31)가 구성됨을 실시예로 보이고 있다. 이와 같이 복수 개로 하는 피티피에스 코어로 하여 1차측코어부(31)가 구비되는 경우에, 스위칭제어의 구성도를 보인 도 6을 참조하여 스위칭 제어 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.
ID신호검출부(19)(ID Checking Logic)은 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 고유ID신호를 인식하기 위하여 필터링 기술이 적용된 것으로, LC 공진신호에 의해서 추출되도록 구비될 수을 것이다. 또한 컨트롤부(11)(Wireless Power Transfer Controller)는 무접점전력수신장치(50)의 고유ID데이터에 대한 요청신호 등이 포함되는 신호를 일정기간 펄스신호로 하여 발신하여, 2차측인 무접점전력수신장치(50)에서 응답신호로 고유ID 신호를 발신하게 되면, 이러한 무접점전력수신장치(50)의 고유ID 데이터의 코드값과 일치하는지 여부를 판별하는 ID 스캐닝 기능을 갖게 된다. 또한 직렬공진형 컨버터 측으로 4상의 스위칭 신호에 따른 시퀀스 제어를 위한 신호를 발신하는 등, 무접점전력충전스테이션(10)가 각 부재를 제어하여 전력전송을 위한 유도자기장 신호가 발신하도록 구비되는 것이다. 이에 의하여 프리드라이버(15)의 구동 드라이버를 통하여 공진형컨버터(14)인 직렬 공진형 컨버터의 스위칭 작동을 제어하게 되는 것이다.
또한 1차측코어부(31)의 유도패턴코어(33)가 제1평면코어(331)와 제2평면코어(332)로 되는 등 복수 개의 평면코어로 구비되고, 이에 이들의 코어로 전력전송을 위한 신호가 전송되도록 하기 위하여 개별 스위치가 마련될 수 있는 것이다. 즉 상기 공진형컨버터(14)와 상기 제1평면코어(331) 사이에 연결되는 제1스위칭부(211)(도 6에서 'SSR1'); 상기 공진형컨버터(14)와 상기 제2평면코어(332) 사이에 연결되는 제2스위칭부(212)(도 6에서 'SSR2')가 구비되는 것이다.
그리고 상기 컨트롤부(11)의 제어에 의하여 상기 제1스위칭부(211), 상기 제2스위칭부(212) 등이 스위칭작동되도록 하는 스테이트컨트롤블럭(22)(Solid State Relay Controller)가 구비되는 것이다.
그리하여 컨트롤부(11)에서 제1평면코어(331), 제2평면코어(332) 등을 통하여 무접점전력수신장치(50)를 감지하기 위한 신호를 전송함에, ID신호검출부(19)(ID Checking Logic) 측에서는 제1평면코어(331), 제2평면코어(332) 등으로부터 감지되는 신호를 수신받아 컨트롤부(11) 측으로 전송하게 된다. 이에 컨트롤부(11)(Wireless Power Transfer Controller) 측에서는 제1평면코어(331), 제2평면코어(332) 중 어느 코어에서 송수신되는 신호가 가장 안정적인지를 판별하게 된다. 이후 신호송수신이 안정적인 코어 측으로 전력신호를 전송하기 위하여 해당 코어와 연결되는 스위치부가 작동되도록 제어하게 된다.
그리하여 스테이션컨트롤블럭(22)으로 제어신호를 전송하게 된다. 물론 이와 함께 프리드라이버(15)(Pre-driver) 및 공진형컨버터(14)(Series Full Bridge Resonant Converter) 측으로 전력신호가 전송되도록 제어신호를 전송하게 되며, 이에 따라 해당 스위치부가 작동되는 해당 코어에서 전력신호 전송을 위한 유도자기장이 발신되는 것이다.
따라서 스테이션컨트롤블럭(22)(Solid State Relay Controller)에서는 두 개의 평면코어 중 어느 쪽에서 무접점전력수신장치(50)의 고유ID 신호가 수신되는지에 따라 해당 코어와 연결된 스위치가 작동되도록 구비되는 것이다. 그리하여 무접점전력충전스테이션(10)의 해당 코어에서 유도자기장이 발신되고, 이에 무접점전력수신장치(50)에서는 전자기 유도에 의해 유기된 전압을 정류회로를 통하여 정류되도록 하며, 기타 1차측인 무접점전력충전스테이션(10) 측으로 전송할 고유ID 신호를 발신하고, ID 신호 송수신에 이후 전력전송 과정에 따라 충전모드로 전환되도록 충전 IC 온/오프 제어가 되도록 하며, 만충전시 충전 IC 측으로부터 상태값을 피드백 받아 무접점전력충전스테이션(10) 측으로 충전 정도에 따른 상태신호를 전송하기 위하여 ID 코드 발생기능을 하게 된다. 또한 배터리셀에 충전하기 위한 기능, 셀의 과전압, 과전류, 저전압, 단락으로부터 충전감시회로부블럭(56)(PCM, Protection Circuit Module) 등에 의한 보호기능 등이 작동되게 되는 것이다.
이에 더하여 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션(10)은 도 3, 도 4 등에서와 같이, 1차측코어부(31)에는 상기 유도패턴코어(33)의 아래측으로 차폐부(35)(HPES : Hanrim Postech Electro-magnetic shield)가 구비될 수 있을 것이다.
특히 상기 차폐부(35)(HPES : Hanrim Postech Electro-magnetic shield)는 차폐패널부(351), 차폐메쉬부(352), 금속박막부(353)로 형성되어 구비될 수 있는 것이다.
이에 차폐패널부(351)는 센더스트 55 ~ 75 중량부에 대하여 25 ~ 55 중량부의 폴리우레탄이 포함되어 이루어져 구비될 수 있는 것이다.
이러한 센더스트(sendust)는 알루미늄, 규소, 철 등으로 조성되는 것으로, 고투자율 합금에 해당되는 것이다. 이러한 차폐성능이 탁월한 센더스트와 폴리우레탄을 함께 조성하여 전송차폐패널을 구비한 것이다. 이에 센더스트가 55 중량부 이하이면 차폐성능이 저하될 우려가 있고, 반면 75 중량부 이상일 경우에는 투여되는 양에 비하여 성능이 향상되지 않게 된다.
이처럼 패널 형태로 이루면서 센더스트가 포함되어 이루어지는 차폐패널부(351)에 의하여 자기장이 효과적을 차폐될 수 있는 것이다.
그리고 차폐메쉬부(352)는 유도자기장에 의해 발생되는 유도기전력에 대한 와전류를 저감하게 되는 부재로, 망형상으로 형성되는 폴리에스터에 와전류저감조성물이 도금되어 이루어지는 것으로, 상기 와전류저감조성물은 니켈 55 ~ 65 중량부에 대하여 35 ~ 45 중량부의 아연이 포함되어 이루어져 구비될 수 있고, 금속망형상으로 100 메쉬 내지 200 메쉬 정도의 금속망으로, 보다 바람직하게는 135 메쉬로 이루어질 수 있다. 그리하여 무접점전력충전스테이션(10)에서 발생될 우려가 있는 와전류는 와전류저감부재인 차폐메쉬부(352)에 의하여 소멸되도록 구비될 수 있는 것이다.
나아가 금속박막부(353)는 알루미늄 박막으로 형성되는 것으로 차폐부(35)(HPES : Hanrim Postech Electro-magnetic shield)의 제일 하측에서 최종적으로 자기장을 차단하여, 회로에 영향을 주지않도록 구비되는 것이다.
이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션(10)의 제어 흐름도를 살펴보면 다음과 같다. 즉 도 1, 도 6, 도 11 등에서와 같이, 컨트롤부(11)의 제어에 의하여 1차측코어부(31)에서 무접점전력수신장치(50) 측으로 고유ID 신호를 요청하여 무접점전력수신장치(50)를 탐색하기 위한 스텐바이단계(S01)가 수행되는 것이다. 이러한 스텐바이단계(S01)에서는 프리드라이버(15) 및 공진형컨버터(14) 그리고 스테이트컨트롤브럭(22) 등을 이용하여 제1평면코어(331), 제2평면코어(332) 등에서 순차적으로 감지신호를 전송하게 된다. 이에 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 신호는 순차적으로 제1평면코어(331), 제2평면코어(332) 등에서는 각각의 개별 고유ID신호와 함께 무접점전력수신장치(50)의 고유ID신호를 함께 수신하게 되어, 해당 고유ID에 해당하는 코어 및 ID신호검출부(19)를 통하여 신호를 수신하여 컨트롤부(11)로 전송하게 된다. 이에 무접점전력수신장치(50)에서는 스텐바이단계(S01)에서 무접점전력충전스테이션(10)으로부터 전송되는 신호의 감도(예, 유도된 전류의 세기 및 전압의 세기 등)를 감지하여 무접점전력충전스테이션(10)의 컨트롤부(11) 측으로 해당 코어의 고유ID신호 및 무접점전력수신장치(50)의 고유ID신호와 함께 감도에 대한 신호를 전송하게 된다.
이와 같은 상기 스텐바이단계(S01)에서 상기 무접점전력수신장치(50)로부터 고유ID 신호가 수신되어 감지하는 것으로, ID신호검출부(19)에서 신호처리하는 ID신호검출단계(S02)가 수행된다.
그리고 상기 ID신호검출부(19)에서 검출된 신호가 컨트롤부(11)에 전송되고, 검출된 신호가 제1평면코어(331), 제2평면코어(332) 중 어느 코어로부터 감지된 신호인지 판별하는 코어신호판별단계(S03)가 수행된다.
상기 코어신호판별단계(S03)에 의하여 무접점전력수신장치(50)가 위된 것으로 판별되는 해당 코어 측으로 스위칭 작동되도록 하는 스위칭신호를 스테이트컨트롤블럭(22) 측으로 전송하는 스위칭제어신호전송단계(S04)가 수행된다.
이와 같은 일련의 스텐바이단계(S01), ID신호검출단계(S02), 위치판별단계(S03), 스위칭제어신호전송단계(S04)를 수행함에, 상기 스위칭제어신호전송단계(S04)와 함께 프리드라이버(15) 측으로 전력전송제어신호를 전송하여 공진형컨버터(14)에서 제1스위치부(211), 제2스위치부(212) 측으로 전력이 인가되도록 하여, 스위치온 된 해당 코어에서 전력신호를 인가받아 유도자기장이 발생되도록 하는 무접점전력전송단계(S05)가 수행된다.
따라서 컨트롤부(11)의 제어신호를 수신받은 스테이트컨트롤블럭(22)에 의하여 스위치작동되는 제1스위칭부(211), 제2스위칭부(212) 중 어느 한 스위칭부가 연결되는 것이고, 이에 따라서 작동중인 스위칭부와 연결되는 해당 코어가 공진형컨버터(14) 측으로부터 전송되는 신호에 의하여 유도자기장이 발생되는 것이다.
물론 이와 같이 전력전송이 이뤄지고 있는 상태에서는 무접점전력수신장치(50)에서는 대략 4.5 ~ 5.5 V 정도의 전력신호를 수신받게 되는 것이다. 그리고 요동으로 1차측코어부(31)와 2차측코어부(51)의 위치가 변동되게 되면, 전력제어 알고리즘에 의하여 보상된 전력신호를 무접점전력수신장치(50)에서 무접점전력충전스테이션(10) 측으로 전송하게 되고, 이에 따라 보상된 정도로 하여 유도자기장 신호가 발신되는 것이다. 따라서 무접점전력수신장치(50)에서는 안정된 전력신호의 세기로 하여 수신받게 된다. 나아가 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)가 무접점전력충전스테이션(10)의 일측 코어로부터 타측 코어로 이동되는 경우에는, 종전의 충전중이던 코어는 전력전송기능을 중지하도록 제어하고, 또한 새로 이동된 코어에서는 충전작동되도록 여기(excitation)되어, 무접점전력수신장치(50)에서 안정적인 전력수신작동이 이뤄지도록 구비되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 대한 제어구성도.
도 2는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 적용된 1차측코어부의 리쯔와이어에 대한 개략적인 예시사진.
도 3은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션의 1차측코어부에 대한 개략적인 실시 예시사진 및 층구성 단면 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션의 1차측코어부에 대한 개략적인 층구성 단면도.
도 5는 도 4의 B부분에 대한 부분확대도.
도 6은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 대한 개략적인 전력전송 제어구성도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션 및 무접점전력수신장치의 제어순서도.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 대한 전력전송에 따른 효율 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션의 제어흐름도.
도 12는 본 발명에 따른 무접점전력충전스테이션에 무접점전력수신장치가 위치된 상태에 대한 실시예시 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 무접점전력충전스테이션
11 : 컨트롤부 12 : 스테이션메모리부
13 : 전원공급부 14 : 공진형컨버터
15 : 프리드라이버 19 : ID신호검출부
22 : 스테이트컨트롤블럭
30 : 스테이션부 31 : 1차측코어부
32 : 코어베이스 33 : 유도패턴코어
50 : 무접점전력수신장치
51 : 2차측코어부 52 : 정류부블럭
53 : 배터리셀 54 : 배터리팩제어부
55 : 충전회로부블럭 56 : 충전감시회로부
211 : 제1스위칭부 212 : 제2스위칭부
331 : 제1평면코어 332 : 제2평면코어

Claims (5)

  1. 무접점전력수신장치(50) 측으로 전력충전 및 데이터 전송용 유도자기장 신호가 발신되도록 하는 무접점전력충전스테이션(10)에 있어서,
    상기 무접점전력충전스테이션(10)은 내부에 전력전송 및 데이터 송수신을 위한 컨트롤부(11)와, 상기 컨트롤부(11)와 전기적으로 연결되는 1차측코어부(31)가 내재되어 유도자기장 신호가 발신되도록 하며 상부로 상기 무접점전력수신장치(50)가 놓여지는 스테이션부(30)가 구비되며,
    상기 1차측코어부(31)는 코어베이스(32)에 유도패턴코어(33)가 구비되고, 상기 코어베이스(32)가 상기 스테이션부(30)에 구비되며,
    상기 유도패턴코어(33)는 얇은 코일 여러가닥이 횡방향으로 나란하게 형성된 평면단위코어(330)를 이용한 평면나선형의 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)로 하여 이루어지는 피티피에스 코어(PT-PS Core, Power Transmission - Planar Spiral Core)로 구비되고,
    상기 유도패턴코어(33)는 코어베이스(32)의 상부로 제1평면코어(331)와 제2평면코어(332)가 구비되며,
    상기 컨트롤부(11)는, 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 신호가 상기 제1평면코어(331)와 제2평면코어(332) 중 어느 코어로 수신되는지를 판별하고, 판별결과에 대응하여 해당 코어를 통해 전력신호를 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 1차측코어부(31)의 유도패턴코어(33)는, 평면의 원형나선코어 형태의 원형코어구조, 평면의 타원형나선코어 형태의 타원형코어구조, 평면의 삼각형나선코어 형태의 삼각형코어구조, 평면의 사각형나선코어 형태의 사각형코어구조, 평면의 오각형나선코어 형태의 오각형코어구조, 평면의 육각형나선코어 형태의 육각형코어구조, 평면의 다각형나선코어 형태의 다각형코어구조 중 어느 한 형태의 평면나선코어구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 1차측코어부(31)는 상기 유도패턴코어(33)의 아래측으로 차폐부(35)가 구비되고,
    상기 차폐부(35)는 차폐패널부(351), 차폐메쉬부(352), 금속박막부(353)로 형성되어 구비되는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원이 공급되도록 하기 위한 전원공급부(13);
    상기 전원공급부(13)의 전원이 1차측코어부(31)의 제1코어(331), 제2코어(332)로 공급되도록 하기 위한 공진형컨버터(14);
    컨트롤부(10)의 제어에 의하여 상기 공진형컨버터(14)로 발진신호를 전송하기 위한 프리드라이버(15);
    상기 전원공급부(13), 공진형컨버터(14), 프리드라이버(15)를 포함한 무접점전력충전스테이션(10)의 부재들이 작동되도록 제어하기 위한 컨트롤부(11);
    데이터가 저장되는 스테이션메모리부(12);
    상기 1차측코어부(31)의 제1코어(331), 제2코어(332)와 연결되어 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 신호를 분별하는 ID신호검출부(19);
    상기 공진형컨버터(14)와 상기 제1코어(331) 사이에 연결되는 제1스위칭부(211);
    상기 공진형컨버터(14)와 상기 제2코어(332) 사이에 연결되는 제2스위칭부(212)가 포함되어 구비되고,
    상기 컨트롤부(11)의 제어에 의하여 상기 제1스위칭부(211), 상기 제2스위칭부(212)가 스위칭작동되도록 하는 스테이트컨트롤블럭(22)가 구비되는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션.
  5. 컨트롤부(11)의 제어에 의하여 1차측코어부(31)에서 무접점전력수신장치(50) 측으로 고유ID 신호를 요청하여 무접점전력수신장치(50)를 탐색하기 위한 스텐바이단계(S01);
    상기 스텐바이단계(S01)에서 상기 무접점전력수신장치(50)로부터 고유ID 신호가 수신되어 ID신호검출부(19)에서 신호처리하는 ID신호검출단계(S02);
    상기 ID신호검출부(19)에서 검출된 신호가 컨트롤부(11)에 전송되고, 검출된 신호가 제1코어(331), 제2코어(332) 중 어느 코어로부터 감지된 신호인지 판별하여 무접점전력수신장치(50)의 위치를 확인하는 코어신호판별단계(S03);
    상기 코어신호판별단계(S03)에 의하여 무접점전력수신장치(50)가 위치된 것으로 판별되는 해당 코어 측으로 스위칭 작동되도록 하기 위한 스위칭신호를 스테이트컨트롤블럭(22) 측으로 전송하는 스위칭제어신호전송단계(S04);
    상기 스위칭제어신호전송단계(S04)와 함께 프리드라이버(15) 측으로 전력전송제어신호를 전송하여 공진형컨버터(14)에서 제1스위치부(211), 제2스위치부(212) 측으로 전력이 인가되도록 하여, 스위치온 된 해당 코어에서 전력신호를 인가받아유도자기장 신호가 발신되도록 하는 무접점전력전송단계(S05)가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 피티피에스 코어가 구비된 무접점전력충전스테이션의 제어방법.
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