KR101172169B1

KR101172169B1 - 무선 충전 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101172169B1
Application number: KR1020100070218A
Authority: KR
Inventors: 김장훈; 김병남; 유태환
Original assignee: 주식회사 에이스테크놀로지
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-08-07
Also published as: KR20120008890A

Abstract

무선 충전 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 장치는 다수의 충전 셀; 상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되는 인덕터 코일; 상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되는 센서; 메인 제어 유닛; 및 상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되어 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛의 전기적 경로를 온/오프시키는 스위치를 포함하되, 상기 센서는 해당 충전 셀 위에 특정 물체가 놓여지는지 여부를 감지하여 감지 신호를 생성하고 상기 메인 제어 유닛은 상기 감지 신호에 기초하여 상기 스위치의 온/오프를 제어한다. 개시된 장치에 따르면, 충전이 필요한 경우에만 동작하여 사용 수명이 오래 지속될 수 있으며, 충전이 필요한 경우에만 동작하여 전력 소모를 감소시킬 수 있고, 충전 대상 장치의 배터리 수명 단축을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 충전 장치 및 방법{Wireless Charging Apparatus and Method}

본 발명은 무선 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휴대폰, 노트북과 같이 배터리에 의해 동작하는 장치를 무선으로 충전하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

20세기에 들어 무선 통신 기술은 비약적으로 발전하였다. 1901년 12월 12일 안테나를 통해 무선 신호를 수신하는 것을 성공한 이례로 무선 통신 기술은 라디오 및 TV 시대를 지나 CDMA 기술, IMT2000, WiFi, DMB, 위성통신 등 다양한 방향으로 발전하였으며, 이제는 세계인과의 음성 통화는 물론 화상통신까지 가능한 시대가 되었다.

이제는 세계 각지에서 일어난 일을 인터넷이나 위성 방송을 통해 확인하는 것이 가능하며, 다른 나라의 사라들과 자유롭게 휴대폰으로 전화를 하는 것이 가능하다.

더 나아가, 사람들간의 통신뿐만 아니라, 블루투스, Zigbee, RFID 등과 같이 통신 기기간의 데이터 통신도 무선으로 대체되고 있는 실정이며, WSN(Wireless Sensor Network), USN(Ubiquitus Sensor Network)과 같은 분야도 계속적으로 발전하고 있다.

그러나, 전원을 제공하는 전력만은 여전히 유선으로 공급받아야 하는 것이 현실이며 컴퓨터는 주변 기기와 무선으로 통신을 할 수 있으나 전원부만은 여전히 전원 케이블에 의해 전력을 공급받아야 한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 무선으로 전력을 전송하는 WPT(Wireless Power Transfer) 기술이 연구되었으며, 현재 다양한 방식의 WPT 기술이 제안되고 있다.

무선 전력 전송을 위해 제안된 전력 공급 방식은 자기 공명 방식(두 매체가 같은 주파수로 공진하는 것을 이용), 복사 방식(RFID와 같이 원거리 방사를 이용), 유도 결합 방식(코일의 상호 유도 결합을 이용) 등이 있으며, 현재 상용화된 무선 충전 장치가 개발되기도 하였다.

현재까지 개발된 무선 충전 장치는 무선 충전을 위한 셀이 집적된 충전 영역에 단말기나 노트북과 같은 충전 대상 장치를 올려놓고 충전하는 방식으로 동작한다. 그런데, 현재까지 개발된 무선 충전 장치는 항상 셀이 동작 상태로 유지되고 충전 대상 장치가 충전 영역에 놓여지면 상호작용에 의해 충전이 이루어지도록 동작하여 무선 충전 장치의 수명이 쉽게 단축되고 에너지 소모가 큰 문제점이 있었다. 또한, 충전 대상 장치가 이미 충전이 충분히 되었음에도 불구하고 계속적으로 충전이 이루어져서 충전 대상 장치의 배터리의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 충전이 필요한 경우에만 동작하여 사용 수명이 오래 지속될 수 있는 무선 충전 장치 및 방법을 제안한다.

또한, 본 발명은 충전이 필요한 경우에만 동작하여 전력 소모를 감소시킬 수 있는 무선 충전 장치 및 방법을 제안한다.

아울러, 본 발명은 충전 대상 장치의 배터리 수명 단축을 방지할 수 있는 무선 충전 장치 및 방법을 제안한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 충전 셀; 상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되는 인덕터 코일; 상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되는 센서; 메인 제어 유닛; 및 상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되어 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛의 전기적 경로를 온/오프시키는 스위치를 포함하되, 상기 센서는 해당 충전 셀 위에 특정 물체가 놓여지는지 여부를 감지하여 감지 신호를 생성하고 상기 메인 제어 유닛은 상기 감지 신호에 기초하여 상기 스위치의 온/오프를 제어하는 무선 충전 장치가 제공된다.

상기 센서는 하중 센서이며, 상기 메인 제어 유닛이 감지된 하중에 기초하여 상기 스위치의 온/오프를 제어한다.

상기 무선 충전 장치는 상기 각각의 충전 셀의 센서로부터의 감지 신호를 다중화하여 상기 메인 제어 유닛에 제공하는 멀티플렉서를 더 포함할 수 있다. 상기 특정 물체가 놓여지는 것을 감지한 경우, 상기 메인 제어 유닛은 상기 스위치를 온시키며, 상기 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단한다.

상기 메인 제어 유닛은 상기 놓여진 물체가 충전이 필요하지 않은 장치일 경우 상기 스위치를 오프 상태로 전환하며, 상기 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치일 경우 상기 스위치를 온 상태로 유지한다.

상기 메인 제어 유닛은 상기 충전 셀의 인덕터 코일과 놓여진 물체 내부의 인덕터 코일의 상호 작용에 의해 발생하는 전류의 세기를 감지하여 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단한다.

상기 메인 제어 유닛은 상기 메인 제어 유닛과 상기 인덕터 코일을 연결하는 전기적 경로에서 발생하는 전류의 A/D 컨버팅된 값이 미리 설정된 임계치를 초과하는지 여부에 의해 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 인덕터 코일 및 센서가 각각 구비되는 다수의 충전 셀을 포함하는 무선 충전 장치에서 무선 충전 방법으로서, 상기 센서를 통해 특정 충전 셀 위에 특정 물체가 놓여지는지 여부를 판단하는 단계(a); 상기 단계(a)에서 해당 충전 셀에 특정 물체가 놓여졌을 경우 상기 인덕터 코일과 메인 제어 유닛과의 전기적 경로가 연결되도록 스위칭하는 단계(b); 상기 해당 충전 셀에 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단하는 단계(c); 상기 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치일 경우 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛과의 전기적 경로의 연결을 유지하는 단계(d); 및 상기 놓여진 물체가 충전이 필요하지 않은 장치일 경우 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛과의 전기적 경로의 연결이 끊어지도록 스위칭하는 단계(e)를 포함하는 무선 충전 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 충전이 필요한 경우에만 동작하여 사용 수명이 오래 지속될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 충전이 필요한 경우에만 동작하여 전력 소모를 감소시킬 수 있고, 충전 대상 장치의 배터리 수명 단축을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 외부 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치에서 하나의 충전 셀의 내부 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치와 충전 대상 장치의 동작 관계를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 전체적인 동작을 도시한 순서도.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무선 충전 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 외부 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 무선 충전 장치는 평판 형태를 가질 수 있으며, 다수의 충전 셀(100)을 포함하며, 충전 셀이 연속적으로 배열되어 있다. 평판 형태의 무선 장치 상부에는 충전 대상 장치(102)가 놓여진다. 충전 대상 장치는 휴대폰, 노트북, MP3 플레이어, PMP와 같이 배터리로 동작하는 장치를 포함할 수 있다.

충전 대상 장치(102)는 충전 셀(100)과의 상호 작용을 통해 무선 충전이 수행되며, 일례로 인덕티브 커플링 방식에 의해 무선 충전이 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 충전 셀(100)이 무선 충전 장치의 평판 영역에 연속적으로 배열된 경우가 도시되어 있으나, 충전 셀이 특정 영역에만 배열될 수도 있을 것이다.

도 1과 같이 다수의 충전 셀이 연속적으로 배열된 구조에 의하면, 사용자가 충전 대상 장치를 비교적 정확하게 올려놓지 않더라도 용이하게 충전이 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치에서 하나의 충전 셀의 내부 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 하나의 충전 셀에는 인덕터 코일(200), 센서(202) 및 스위치(204)가 구비되며, 각각의 충전 셀의 센서(202)는 무선 충전 장치의 멀티플렉서(208)와 결합된다.

인덕터 코일(200)은 전원이 인가될 때 자계를 발생시킨다. 인덕터 코일(200)은 셀마다 구비되며, 충전 대상 장치와의 인덕티브 커플링을 통한 상호 작용에 의해 무선 충전을 수행한다. 인덕터 코일(200)에 의한 무선 충전 방식은 기존에 이용하던 무선 충전 방식과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

센서(202)는 충전 셀 위에 충전 대상 장치가 놓여졌는지 여부를 감지하는 기능을 한다. 센서(202)의 감지 신호는 멀티플렉서(208)에게 전달되며, 멀티플렉서(208)는 각 충전 셀의 센서로부터의 감지 신호를 메인 제어 유닛(206)에 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하중 센서가 센서(202)로 사용될 수 있으며, 충전 셀 위에 특정 물체가 놓여져 하중이 가해질 때 해당 하중을 인식하여 감지 신호를 제공할 수 있다. 하중 센서 이외에도 물체의 존재 여부를 감지할 수 있는 다양한 센서가 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

스위치(204)는 충전 셀의 인덕터 코일(200)과 메인 제어 유닛(206)과의 경로를 온/오프시키며, 스위치(204)의 온/오프 동작은 메인 제어 유닛(206)에 의해 제어된다. 메인 제어 유닛은 해당 셀의 센서(202)로부터 감지 신호에 기초하여 스위치(204)의 온/오프를 제어한다.

물체가 놓여지지 않은 정상 상태에서 스위치는 오프 상태이며 인덕터 코일(200)과 메인 제어 유닛(206)과의 경로는 차단된다. 특정 물체가 셀 위에 놓여졌음이 센서(202)에 의해 감지되면, 센서(202)의 감지 신호는 메인 제어 유닛(206)에 제공되며, 메인 제어 유닛(206)은 스위치(204)를 온 상태로 전환시킨다.

스위치(204)가 온 상태가 되면 메인 제어 유닛(206)으로부터 인덕터 코일(200)에 전원이 제공되며 인덕터 코일(200)은 자계를 발생시켜 무선 충전을 수행한다.

즉, 본 발명의 무선 충전 장치에서 각 셀에는 센서가 구비되어 충전 대상 물체가 놓여졌는지 여부를 감지하므로 각 셀의 인덕터 코일이 항상 동작하지 않고 충전 대상 물체가 놓여졌을 때만 동작하므로 무선 충전 장치의 수명을 늘릴 수 있으며 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.

센서에 의해 대상 물체의 존재 여부를 감지하더라도 셀 위에 놓여진 물체가 충전이 필요하지 않은 물체일 수도 있다. 예를 들어, 셀 위에 놓여진 물체가 화분이나 필통과 같이 충전 대상 장치가 아니거나 충전 대상 장치더라도 더 이상 충전이 필요없을 정도로 충전이 완료된 장치일 수도 있다.

본 발명에서는 이와 같이 충전 대상 장치가 아니거나 충전이 완료되어 더 이상 충전이 불필요한 충전 대상 장치가 셀 위에 놓여질 때 불필요한 충전이 이루어지지 않는 방법을 제안한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치와 충전 대상 장치의 동작 관계를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1 충전 셀에는 충전이 필요한 충전 대상 장치(350)가 놓여지고 제2 충전 셀에는 충전이 불필요한 화분(352)이 놓여진 상태가 도시되어 있다.

제1 충전 셀에 충전이 필요한 충전 대상 장치가 놓여질 때, 하중 등을 감지하게 되면 스위치(302)는 인덕터 코일(300)과 메인 제어 유닛(304)과의 전기적 경로를 온시킨다. 이때 무선 충전 장치의 인덕터 코일(300)에 전원이 제공되어 자계가 발생하며, 인덕티브 커플링에 의해 충전 대상 장치의 인덕터 코일(320)에도 유도 전류가 발생하여 충전이 이루어진다.

이때, 본 발명의 무선 충전 장치는 인덕터 코일(300, 320)간의 상호 작용에 의해 발생하는 전류의 크기를 감지하여 적절한 충전이 이루어지는지 여부를 판단한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 메인 제어 유닛(304)에서 A/D 컨버팅된 전류값을 인지하여 적절한 충전이 이루어지는 여부를 판단할 수 있다.

한편, 화분과 같이 충전이 불필요한 장치가 놓여질 때, 일단 제2 셀에 특정 하중을 가진 물체가 놓여지므로 스위치(312)는 온 상태로 전환되고 메인 제어 유닛(304)과 제2 셀의 인덕터 코일(310)과의 전기적 경로가 온 상태가 된다. 충전이 불필요한 장치에는 인덕터 코일(310)과 상호 작용할 수 있는 코일이 존재하지 않으므로 유도 전류가 발생하지 않는다. 유도 전류가 발생하지 않을 경우 메인 제어 유닛(304)과 스위치(312)의 경로에는 전류가 발생하지. 않게 되며, 메인 제어 유닛(304)은 이를 감지하여 스위치(312)를 다시 오프시킨다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 전체적인 동작을 도시한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 일단 각 셀에 구비된 센서는 물체가 놓여지는지 여부를 감지하기 위한 대기 모드 상태이다(단계 400).

셀에 특정 물체가 놓여질 경우 센서는 물체의 존재 여부를 감지한다(단계 402). 전술한 바와 같이, 하중 센서를 이용하여 특정 하중 이상이 셀에 가해졌을 때 물체가 놓여진 것으로 인식할 수 있다.

특정 물체의 존재를 감지할 경우, 센서는 감지 신호를 메인 제어 유닛에 제공한다(단계 404).

센서로부터 감지 신호를 수신한 메인 제어 유닛은 해당 셀의 인덕터 코일과 메인 제어 유닛과의 전기적 경로를 개폐하는 스위치를 온시킨다.

스위치를 온시킨 후, 메인 제어 유닛은 놓여진 물체와의 인덕티브 커플링에 의한 유도 전류가 발생하여 메인 제어 유닛과 해당 셀의 인덕터 코일 사이의 전류가 미리 설정된 임계치 이상인지 여부를 판단한다(단계 406).

전술한 바와 같이, 놓여진 물체가 충전 대상 장치가 아니거나 충전 대상 장치일지라도 이미 충전이 충분히 된 장치라면 메인 제어 유닛과 인덕터 코일 사이에 전류 흐름이 없거나 전류의 양이 매우 미약하다. 따라서, 메인 제어 유닛과 인덕터 코일 사이의 전류가 미리 설정된 임계치 이햐일 경우 메인 제어 유닛은 스위치를 다시 오프시킨다(단계 408).

메인 제어 유닛과 인덕터 코일 사이의 전류가 미리 설정된 임계치 이상일 경우, 메인 제어 유닛은 스위치를 계속 온 상태로 유지한다(단계 410).

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 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.

Claims

다수의 충전 셀;
상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되는 인덕터 코일;
상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되는 하중 센서;
메인 제어 유닛; 및
상기 다수의 충전 셀 각각에 구비되어 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛의 전기적 경로를 온/오프시키는 스위치를 포함하되,
상기 하중 센서는 해당 충전 셀 위에 하중이 가해지는지 여부를 통해 특정 물체가 놓여지는지 여부를 감지하여 감지 신호를 생성하고 상기 메인 제어 유닛은 상기 감지 신호에 기초하여 상기 스위치의 온/오프를 제어하며,
상기 메인 제어 유닛은 상기 충전 셀의 인덕터 코일과 놓여진 물체 내부의 인덕터 코일의 상호 작용에 의해 발생하는 전류의 세기를 감지하여 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 각각의 충전 셀의 센서로부터의 감지 신호를 다중화하여 상기 메인 제어 유닛에 제공하는 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 특정 물체가 놓여지는 것을 감지한 경우, 상기 메인 제어 유닛은 상기 스위치를 온시키며, 상기 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
제4항에 있어서,
상기 메인 제어 유닛은 상기 놓여진 물체가 충전이 필요하지 않은 장치일 경우 상기 스위치를 오프 상태로 전환하며, 상기 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치일 경우 상기 스위치를 온 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
삭제
제5항에 있어서,
상기 메인 제어 유닛은 상기 메인 제어 유닛과 상기 인덕터 코일을 연결하는 전기적 경로에서 발생하는 전류의 A/D 컨버팅된 값이 미리 설정된 임계치를 초과하는지 여부에 의해 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
인덕터 코일 및 센서가 각각 구비되는 다수의 충전 셀을 포함하는 무선 충전 장치에서 무선 충전 방법으로서,
상기 센서를 통해 하중을 측정하여 특정 충전 셀 위에 특정 물체가 놓여지는지 여부를 판단하는 단계(a);
상기 단계(a)에서 해당 충전 셀에 특정 물체가 놓여졌을 경우 상기 인덕터 코일과 메인 제어 유닛과의 전기적 경로가 연결되도록 스위칭하는 단계(b);
상기 해당 충전 셀에 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단하는 단계(c);
상기 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치일 경우 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛과의 전기적 경로의 연결을 유지하는 단계(d); 및
상기 놓여진 물체가 충전이 필요하지 않은 장치일 경우 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛과의 전기적 경로의 연결이 끊어지도록 스위칭하는 단계(e)를 포함하되,
상기 단계(c)는 상기 인덕터 코일과 상기 놓여진 물체 내부의 인덕터 코일과의 상호 작용에 의해 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛과의 전기적 경로에 발생하는 전류를 감지하여 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단하는 을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 다수의 충전 셀 각각의 센서의 감지 신호는 멀티플렉서에 의해 다중화되어 상기 메인 제어 유닛으로 제공되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 메인 제어 유닛은 상기 인덕터 코일과 상기 메인 제어 유닛과의 전기적 경로에 발생하는 전류의 A/D 컨버팅된 값이 미리 설정된 임계치 이상인지 여부에 기초하여 놓여진 물체가 충전이 필요한 장치인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.