KR101213649B1 - 이물질 및 무선 충전기기의 이동을 감지할 수 있는 자기공진유도 방식을 이용한 무선 전력전송 장치 및 방법 - Google Patents

이물질 및 무선 충전기기의 이동을 감지할 수 있는 자기공진유도 방식을 이용한 무선 전력전송 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기공진유도 방식의 무선 전력 전송 시스템에서 전력 송신 효율 저하의 원인이 되는 이물질을 감지할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 무선 전력전송 장치의 전력 변환부에 전류 센서, 전압 센서, 위상 센서 중 적어도 하나를 설치하여 기준 전류, 전압, 위상과 측정된 전류, 전압, 위상을 비교함으로써 이물질을 감지하고, 그 결과를 사용자에게 알린다. 이에 따라 이물질을 제거하고 정상적으로 충전이 이루어지도록 할 수 있어 전력 전송 효율을 높이고 에너지 낭비를 방지할 수 있다. 또한, 충전 효율이 일정 한계 이하로 떨어질 경우 충전을 중단함으로써 불필요한 전력 낭비를 막고 시스템을 보호할 수 있다. 한편, 비교 결과 전류 또는 전압에 변화가 있지만 이물질이 존재하는 경우가 아니라, 충전 대상기기의 이동이 있는 것으로 판단되는 경우에는 임피던스 매칭을 재수행한다.

Description

이물질 및 무선 충전기기의 이동을 감지할 수 있는 자기공진유도 방식을 이용한 무선 전력전송 장치 및 방법{wireless power transmission apparatus and method capable of detecting obstacles and movement of chargeable device}
본 발명은 무선 전력전송 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 이물질이나 무선 충전기기의 이동을 감지할 수 있는 자기공진유도 방식을 이용한 무선 전력전송 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선으로 에너지를 전달하는 무선 전력 전송 기술로서 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템이 사용되고 있다.
예컨대, 전동칫솔 또는 무선 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되며, 최근에는 전자기 유도를 이용하여 휴대전화나 PDA, MP3 플레이어, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대기기를 충전할 수 있는 무선충전제품들이 출시되고 있다.
그러나, 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어진다. 이에 따라 이러한 자기유도 방식의 충전 시스템은 수 cm 이하의 근거리에서만 사용할 수 있다는 약점이 있다.
한편, 미국특허 7,741,735호에서는 공진장의 감쇄파 결합에 기반을 둔 비방사형 에너지 전달 방식을 개시하고 있다. 이는 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체와는 영향을 미치지 않지만 서로 커플링하려는 경향을 가지는 점을 이용한 것으로 기존의 전자기 유도에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 기술로서 소개되고 있다.
공진을 이용하여 무선으로 에너지를 전송하는 기술에 있어서는 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 주파수가 매칭되지 않으면 전력 송신 효율이 급격히 떨어진다. 그런데, 에너지의 송신측과 수신측 사이에 금속성 이물질이 존재할 경우 이의 영향으로 공진 주파수가 변화하여 매칭이 이루어지지 않게 되므로 전력 송신의 효율이 떨어지게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 자기공진유도 방식의 무선 전력 전송 시스템에서 전력 송신 효율 저하의 원인이 되는 이물질을 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 무선 전력전송 장치의 전력 변환부에 전류 센서, 전압 센서, 위상 센서 중 적어도 하나를 설치하여 기준 전류, 전압, 위상과 측정된 전류, 전압, 위상을 비교함으로써 이물질을 감지하고, 그 결과를 사용자에게 알린다.
본 발명의 일면에 따른 무선 전력전송 장치는, 외부의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치로서, 미리 정해진 일정한 주파수의 신호를 생성하는 오실레이터와, 상기 오실레이터에 의해 생성된 신호를 증폭하는 파워 앰프와, 상기 파워 앰프에 의해 증폭된 신호를 자기공진유도 방식으로 송신하기 위하여 주파수 매칭하는 매칭 네트워크와, 상기 매칭 네트워크에 의하여 주파수 매칭된 신호를 상기 무선 충전기기로 송신하는 송신 안테나와, 상기 매칭 네트워크와 상기 송신 안테나 사이에 연결되어 있는 전류 센서와, 상기 전류 센서를 통해 감지된 전류와 미리 정해진 기준 전류의 차이가 미리 정한 제1 임계치를 넘는 경우 이물질이 감지되었음을 출력하는 출력부를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 출력부는 이물질이 감지되었음을 화면으로 출력하는 표시 화면과, 이물질이 감지되었음을 음성으로 출력하는 음성 출력부와, 이물질이 감지되었음을 경고하는 경고등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 무선 전력전송 장치는 상기 전류 센서를 통해 감지된 전류와 상기 기준 전류의 차이에 기초한 판단 결과, 상기 무선 전력전송 장치로부터 상기 충전기기로의 전력전송 효율이 미리 정한 제2 임계치 이하인 경우 전력전송을 중단할 수 있으며, 상기 송신 안테나와 연결된 자기장 통신 모뎀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 면에 따른 무선 전력전송 장치는, 미리 정해진 일정한 주파수의 신호를 생성하는 오실레이터와, 상기 오실레이터에 의해 생성된 신호를 증폭하는 파워 앰프와, 상기 파워 앰프에 의해 증폭된 신호를 자기공진유도 방식으로 송신하기 위하여 주파수 매칭하는 매칭 네트워크와, 상기 매칭 네트워크에 의하여 주파수 매칭된 신호를 상기 무선 충전기기로 송신하는 송신 안테나와, 상기 매칭 네트워크와 상기 송신 안테나 사이에 연결되어 있는 전압 센서와, 상기 전압 센서를 통해 감지된 전압과 미리 정해진 기준 전압의 차이가 미리 정한 임계치를 넘는 경우 이물질이 감지되었음을 출력하는 출력부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 면에 따른 무선 전력전송 장치는, 외부의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치로서, 미리 정해진 일정한 주파수의 신호를 생성하는 오실레이터와, 상기 오실레이터에 의해 생성된 신호를 증폭하는 파워 앰프와, 상기 파워 앰프에 의해 증폭된 신호를 자기공진유도 방식으로 송신하기 위하여 주파수 매칭하는 매칭 네트워크와, 상기 매칭 네트워크에 의하여 주파수 매칭된 신호를 상기 무선 충전기기로 송신하는 송신 안테나와, 상기 매칭 네트워크에 병렬로 연결되어 상기 매칭 네트워크를 통과하기 전의 신호와 상기 매칭 네트워크를 통과한 후의 신호의 위상차를 검출하는 위상 센서와, 상기 위상차가 미리 정한 임계치를 넘는 경우 이물질이 감지되었음을 출력하는 출력부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 면에 따른 무선 전력전송 장치는, 외부의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치로서, 미리 정해진 일정한 주파수의 신호를 생성하는 오실레이터와, 상기 오실레이터에 의해 생성된 신호를 증폭하는 파워 앰프와, 상기 파워 앰프에 의해 증폭된 신호를 자기공진유도 방식으로 송신하기 위하여 주파수 매칭하는 매칭 네트워크와, 상기 매칭 네트워크에 의하여 주파수 매칭된 신호를 상기 무선 충전기기로 송신하는 송신 안테나와, 상기 매칭 네트워크와 상기 송신 안테나 사이에 연결되어 있는 전류 센서와, 상기 전류 센서를 통해 감지된 전류와 미리 정해진 기준 전류의 차이에 따른 저항값이 미리 정한 제1 임계치를 넘는 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단하여 이물질의 존재사실을 사용자에게 표시하도록 제어하고, 상기 저항값이 상기 제1 임계치를 넘지 않는 경우, 일정 시간 간격으로 상기 저항값을 2회 이상 재검출하여, 재검출한 상기 저항값이 미리 정한 제2 임계치-제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 작은 값을 갖는다-를 넘는 경우 상기 매칭 네트워크가 주파수 매칭을 재수행하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 재검출한 상기 저항값이 상기 제2 임계치를 넘는지를 판단함에 있어서, 2회 이상 재검출한 상기 저항값의 평균을 기준으로 판단하거나, 2회 이상 재검출한 상기 저항값의 최대값을 기준으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력전송 장치는 이물질의 존재사실을 사용자에게 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 면에 따른 무선 전력전송 장치는, 외부의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치로서, 미리 정해진 일정한 주파수의 신호를 생성하는 오실레이터와, 상기 오실레이터에 의해 생성된 신호를 증폭하는 파워 앰프와, 상기 파워 앰프에 의해 증폭된 신호를 자기공진유도 방식으로 송신하기 위하여 주파수 매칭하는 매칭 네트워크와, 상기 매칭 네트워크에 의하여 주파수 매칭된 신호를 상기 무선 충전기기로 송신하는 송신 안테나와, 상기 매칭 네트워크와 상기 송신 안테나 사이에 연결되어 있는 전압 센서와, 상기 전압 센서를 통해 감지된 전압과 미리 정해진 기준 전압의 차이에 따른 저항값이 미리 정한 제1 임계치를 넘는 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단하여 이물질의 존재사실을 사용자에게 표시하도록 제어하고, 상기 저항값이 상기 제1 임계치를 넘지 않는 경우, 일정 시간 간격으로 상기 저항값을 2회 이상 재검출하여, 재검출한 상기 저항값이 미리 정한 제2 임계치-제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 작은 값을 갖는다-를 넘는 경우 상기 매칭 네트워크가 주파수 매칭을 재수행하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 자기공진유도 방식을 무선 전력전송 장치가 무선 전력전송 장치 주위에 이물질이 존재하는 것을 감지한 경우, 이를 사용자에게 알려 제거할 수 있도록 함으로써 전력 전송 효율을 높이고 에너지 낭비를 방지할 수 있다. 또한, 전력 전송에 방해가 되는 물질이 감지되었을 경우 전력 공급을 차단하고 이를 알려줌으로써 시스템을 보호할 수 있다.
또한, 이물질의 존재 때문이 아니라, 충전 대상기기의 이동 등으로 인해 매칭이 변화한 경우 매칭을 재수행하여 충전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 에너지 전송 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치 주위에 이물질이 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 여러 실시예에 따른 무선 전력전송 장치의 전력 변환부의 구성을 각각 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치의 출력부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력전송 시스템에서 이물질을 감지하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 이물질을 감지할 수 있는 자기공진유도 방식을 이용한 무선 전력 전송 장치 및 그 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 에너지 전송 시스템은 자기공진유도 방식을 통해 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력전송 장치(100)와, 무선 전력전송 장치(100)와 소정의 거리만큼 떨어진 곳에 위치하며 무선 전력전송 장치(100)로부터 무선으로 전력을 공급받는 다수의 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)를 포함하여 구성된다.
무선 전력전송 장치(100)는 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)와 자기장 통신을 통해 충전기기의 식별정보, 종류, 위치, 또는 충전상태를 포함하는 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)의 정보를 수신할 수 있으며, 이와 같은 충전 정보를 바탕으로 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)로 자기공진유도 방식으로 전력을 전송한다.
무선 전력전송 장치(100)는 고정형 또는 이동형으로 구현될 수 있으며, 고정형으로 구현될 경우 실내에서는 천장이나 테이블 등의 가구 등에 설치될 수 있고, 실외에서는 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치될 수 있으며, 무선 전력전송 장치(100)가 차량이나 기차, 지하철과 같은 이동체의 내부에 설치될 수도 있다. 무선 전력전송 장치(100)가 이동형으로 구현되는 경우에는, 무선 전력전송 장치(100) 자체가 별도의 이동형 장치로 구현될 수도 있고, 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 디지털 기기의 일부로서 구현될 수도 있다.
무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)는 각종 모바일 단말기, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등 배터리를 구비하는 모든 디지털 기기를 포함할 수 있으며, 지중, 수중, 건물 내부 등 접근이 용이하지 않은 곳에 배치되는 센서 및 계측기 등의 전자기기가 될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치의 전체 구성을 좀 더 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치(100)는 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 무선 전력전송 장치(100)와 무선 충전기기(200) 간의 공진 주파수 대역을 갖는 AC 전력으로 변환하는 전력 변환부(120), 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 무선 충전기기(200)와의 자기장 통신을 수행하도록 하는 자기장 통신 모뎀(130), 전력 변환부(120)로부터의 AC 전력과 자기장 통신 모뎀(130)으로부터의 데이터를 자기공진유도 방식을 이용하여 무선 충전기기(200)로 송신하는 송신 안테나(110), 전력 변환부(120) 및 자기장 통신 모뎀(130)을 비롯한 무선 전력전송 장치(100)의 구성요소들을 제어하는 제어부(140) 및 이물질 감지 상황을 출력하는 출력부(150)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티노드 무선 에너지 전송 시스템에서 사용하는 자기공진유도 방식은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 공진에 의하여 에너지의 무선 전송 효율을 극대화시키는 방법이다. 이를 위하여 무선 전력전송 장치(100)와 무선 충전기기(200) 사이의 공진 주파수를 맞추어 공진 채널을 형성하고 이를 통하여 무선 전력을 송신한다. 따라서, 무선 전력전송 장치(100)와 무선 충전기기(200) 사이의 공진 주파수의 매칭이 중요한 과제이다. 그런데, 무선 전력전송 장치(100)와 무선 충전기기(200) 사이에 이물질이 존재할 경우 매칭이 되지 않아 전송 효율이 급격히 떨어지게 된다. 특히, 도 3에 나타난 바와 같이 판형 베이스 스테이션으로 구현된 무선 전력전송 장치의 경우, 무선 전력전송 장치의 송신 안테나 주위에 이물질이 위치할 가능성이 높아지며, 열쇠 등과 같은 금속성의 이물질이 존재할 경우 이의 영향으로 주파수 매칭이 맞지 않게 된다.
따라서, 이와 같은 이물질의 존재에 의하여 무선 전력전송에 장애가 발생할 경우, 이를 사용자에게 알려 이물질을 치우도록 하거나, 경우에 따라서는 무선 충전을 중단하도록 하여야 할 필요가 생길 수도 있다. 이를 위하여 본 발명의 실시예에서는 무선 전력전송 장치 주위에 존재하는 이물질을 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 여러 실시예에 따른 무선 전력전송 장치의 전력 변환부의 구성을 각각 나타내는 블록도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 무선 전력전송 장치(100)의 전력 변환부(120)는 오실레이터(121), 파워 앰프(122), 매칭 네트워크(123) 및 전류 센서(124)를 포함하여 이루어진다. 오실레이터(121)는 소정 주파수의 신호를 생성하고, 이 신호는 파워 앰프(122)에 의해 증폭된 다음 매칭 네트워크(123)를 통해 주파수 매칭되어 송신 안테나(110)를 통해 전송된다.
매칭 네트워크(123)와 송신 안테나(110) 사이에는 전류 센서(124)가 연결되어 매칭 네트워크(123)로부터 송신 안테나(110)로 전달되는 전류를 측정한다. 이 때, 송신 안테나(110) 주위에 이물질이 존재하면 매칭 네트워크(123)로부터 송신 안테나(110)로 흐르는 전류가 변하게 된다. 전류 센서(124)는 이와 같은 전류의 변화를 감지한다.
즉, 전류 센서(124)에 의해 측정된 전류와 이물질이 없는 정상 상태의 전류인 기준 전류와의 차이가 미리 정한 제1 임계치를 넘는 경우, 무선 전력전송 장치(100)는 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 이물질의 존재를 출력부(도 2: 150)를 통하여 사용자에게 경고할 수 있다. 출력부(도 2:150)는 화면상으로 이물질의 존재를 표시하거나, 음성으로 안내하거나, 경고등을 켜는 등의 다양한 방식을 이용하여 경고할 수 있다.
또한, 전류의 변화가 제1 임계치보다 큰 제2 임계치를 넘게 되어 충전 효율이 지나치게 낮아지는 경우, 무선 전력전송 장치(100)는 전력 송신을 중단하도록 할 수도 있다. 이 경우는 이물질의 존재와 함께 전력 송신이 중단됨을 출력부(도 2:150)를 통해 안내할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환부의 구성을 나타낸다. 도 5에 나타난 실시예에서는 전류 센서 대신 전압 센서를 사용하여 이물질의 존재를 감지한다.
도 5에 나타난 바와 같이, 무선 전력전송 장치(100)의 전력 변환부(120)는 오실레이터(121), 파워 앰프(122), 매칭 네트워크(123) 및 전압 센서(125)를 포함한다.
전압 센서(125)는 매칭 네트워크(123)와 송신 안테나(110) 사이의 전압을 측정한다. 측정된 전압과 이물질이 없는 정상 상태의 전압인 기준 전압과의 차이가 미리 정한 임계치를 넘는 경우, 무선 전력전송 장치(100)는 이물질이 존재하는 것으로 판단하고 이를 사용자에게 알릴 수 있다. 경고 방식이나 전력 송신의 중단 등은 도 4를 참고로 하여 상술한 실시예에서와 유사하다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환부의 구성을 나타내며, 도 6에 나타난 실시예에서는 이물질의 존재를 감지하기 위하여 위상 센서를 사용한다.
도 6에 나타난 바와 같이, 전력 변환부(120)는 오실레이터(121), 파워 앰프(122), 매칭 네트워크(123) 및 위상 센서(126)를 포함하여 이루어진다. 위상 센서(126)는 매칭 네트워크(123)와 병렬로 연결되어 매칭 네트워크(123)를 통과하기 전과 통과한 후의 신호의 위상차를 검출한다.
위상차가 미리 정한 임계치를 넘는 경우, 무선 전력전송 장치(100)는 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있으며, 이에 따라, 이물질의 존재를 출력부(도 2: 150)를 통하여 사용자에게 경고한다. 경고 방식이나 전력 송신의 중단 등은 도 4를 참고로 하여 상술한 실시예에서와 유사하다.
보다 정확한 이물질의 감지를 위하여 두 개 이상의 센서를 함께 사용할 수 있다. 즉, 전류 센서와 위상 센서를 함께 사용하거나 전압 센서와 위상 센서를 함께 사용하여 두 종류의 정보를 획득함으로써, 더욱 정확하게 이물질의 존재를 감지할 수 있게 된다. 도 7은 전류 센서와 위상 센서를 함께 사용하는 실시예의 구성을 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치의 출력부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8에 나타난 바와 같이, 출력부(150)는 표시 화면(151), 음성 출력부(152) 및 경고등(153)을 포함한다. 출력부(150)는 이물질의 감지를 표시하는 외에도 충전 정보 등을 표시하기 위하여 사용될 수 있다. 또한 도 7에서는 출력부(150)가 표시 화면(151), 음성 출력부(152) 및 경고등(153)을 모두 포함하는 것으로 도시하였지만, 출력부(150)는 표시 화면(151), 음성 출력부(152) 및 경고등(153) 중 적어도 하나만을 포함하도록 구성될 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력전송 장치 주위에 이물질이 위치하여 충전 효율이 떨어지게 될 경우, 이를 감지하여 사용자에게 알림으로써 이물질을 제거하도록 하여 정상적으로 충전이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 충전 효율이 일정 한계 이하로 떨어질 경우 충전을 중단함으로써 불필요한 전력의 소모를 막을 수 있게 된다.
한편, 무선 전력전송 장치(100)와 무선 충전기기(200) 사이의 매칭이 맞지 않게 되는 이유로는 상술한 예에서와 같은 금속성 이물질이 존재하기 때문인 경우도 있지만, 무선 전력전송 장치(100) 주위로 사람이 지나가거나, 충전중인 무선 충전기기(200)의 위치가 변화하는 등의 이유로 매칭이 맞지 않게 될 수도 있다.
예를 들어, 무선 전력전송 장치(100) 주위로 사람이 지나가는 경우 사람이 소지한 여러 기기나 금속성 물질에 의해 매칭이 일시적으로 영향을 받지만, 사람이 무선 전력전송 장치(100) 주위를 벗어나게 되면 다시 원상태로 돌아오게 되므로 이 경우 경보를 나타내거나 충전을 중단하게 되는 것은 바람직하지 않다.
또한, 충전상태를 확인하기 위해서 충전중인 기기를 잠시 들었다가 내려놓는 등과 같이 충전중인 무선 충전기기의 위치가 변화하는 경우, 경보를 나타내기보다는 변화된 위치에 맞추어 매칭을 다시 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 점을 고려하여 본 발명의 다른 실시예에서는 무선 충전 중 전류나 전압의 이상이 감지된 경우, 이물질의 존재와는 다른 상술한 상황들을 고려하여 적절한 방식으로 대응하도록 한다.
한편, 상술한 실시예에서는 전압 센서, 전류 센서, 위상 센서 등을 이용하여 전압, 전류, 위상의 변화가 일정값을 넘는 경우 이물질이 존재하는 것으로 판단하였다. 그런데, 전압 또는 전류의 변화를 측정하면, 오옴의 법칙에 따라 저항값을 계산할 수 있으므로 이와 같이 계산된 저항값을 기준으로 이물질의 존재를 판단할 수도 있으며, 후술할 본 발명의 다른 실시예에서는 저항값을 기준으로 이물질의 존재와 충전 대상기기의 위치 변화를 판단한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력전송 장치의 이물질 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9에 나타난 바와 같이, 먼저 저항값(R)을 검출하는데(S910), 이 때의 저항값은 측정된 저항과 이물질이 없는 정상 상태의 저항인 기준 저항과의 차이를 의미한다.
검출된 저항값 R이 이물질의 존재로 판단하는 기준이 되는 Rmax 이상이 되는 경우(S920의 "예"), 상술한 다른 실시예들에서와 마찬가지로 이물질이 존재하는 것으로 판단하여 경보를 출력한다(S930). 이 때, 필요에 따라서는 충전을 일시 중단할 수도 있다.
저항값 R이 검출되었지만 그 값이 Rmax보다 작은 경우(S920의 "아니오")에는, 이물질의 존재가 확실하지 않은 것으로 볼 수 있어, 일정 시간 간격으로 n회 측정을 반복한다(S940).
다음, n회 측정을 반복한 결과를 이용하여 저항값 R을 기준값인 Rmin 값과 비교한다(S950). 이때 Rmin은 Rmax보다 작은 값으로서, 저항값 R이 Rmin 이하인 경우에는 저항이 약간 변화하였더라도 충전이 미치는 영향이 크지 않은 것으로 판단하여 충전을 계속하고 저항값을 검출하는 초기 단계(S910)으로 되돌아간다.
반대로, R이 Rmin보다 큰 경우에는(S950의 "아니오"), 무시할 만한 값은 아니지만 이물질의 존재로 인한 것이라기보다는 충전 대상기기의 이동 등으로 인한 저항값의 변화로 판단하여 임피던스 매칭을 재수행하도록 한다(S960). 즉, 현재 전력전송을 중단하고 송신기는 테스트파워를 전송하고 수신기는 수신된 파워레벨을 관측하여 송신기에게 알리면서 최고의 수신파워를 갖는 매칭 값을 찾는다.
한편, n회 측정을 반복하여 그 결과의 저항값 R을 얻기 위해서는 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, n회 측정한 값의 평균을 이용하거나, n회 측정한 결과 중 최대값을 이용하는 등으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력전송 장치 주위의 환경 변화로 인하여 저항값이 변하는 경우, 저항값의 변화에 따라 환경의 변화를 유추하여 그에 따른 적절한 대응을 할 수 있다. 즉, 이물질이 위치하여 충전 효율이 떨어지게 될 경우, 이를 감지하여 사용자에게 알림으로써 이물질을 제거하도록 하여 정상적으로 충전이 이루어지도록 하고, 충전 효율이 일정 한계 이하로 떨어질 경우 충전을 중단함으로써 불필요한 전력의 소모를 막도록 하며, 충전 대상기기의 이동 등으로 인해 매칭이 변화한 경우 매칭을 재수행하여 충전 효율을 높인다.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (8)

  1. 외부의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치로서,
    미리 정해진 일정한 주파수의 신호를 생성하는 오실레이터와,
    상기 오실레이터에 의해 생성된 신호를 증폭하는 파워 앰프와,
    상기 파워 앰프에 의해 증폭된 신호를 자기공진유도 방식으로 송신하기 위하여 주파수 매칭하는 매칭 네트워크와,
    상기 매칭 네트워크에 의하여 주파수 매칭된 신호를 상기 무선 충전기기로 송신하는 송신 안테나와,
    상기 매칭 네트워크와 상기 송신 안테나 사이에 연결되어 있는 전류 센서와,
    상기 전류 센서를 통해 감지된 전류와 미리 정해진 기준 전류의 차이에 따른 저항값이 미리 정한 제1 임계치를 넘는 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단하여 이물질의 존재사실을 사용자에게 표시하도록 제어하고, 상기 저항값이 상기 제1 임계치를 넘지 않는 경우, 일정 시간 간격으로 상기 저항값을 2회 이상 재검출하여, 재검출한 상기 저항값이 미리 정한 제2 임계치-제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 작은 값을 갖는다-를 넘는 경우 상기 매칭 네트워크가 주파수 매칭을 재수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 무선 전력전송 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    재검출한 상기 저항값이 상기 제2 임계치를 넘는지를 판단함에 있어서, 2회 이상 재검출한 상기 저항값의 평균을 기준으로 판단하는 것인 무선 전력전송 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    재검출한 상기 저항값이 상기 제2 임계치를 넘는지를 판단함에 있어서, 2회 이상 재검출한 상기 저항값의 최대값을 기준으로 판단하는 것인 무선 전력전송 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이물질의 존재사실을 사용자에게 표시하는 표시부를 더 포함하는 무선 전력전송 장치.
  5. 외부의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치로서,
    미리 정해진 일정한 주파수의 신호를 생성하는 오실레이터와,
    상기 오실레이터에 의해 생성된 신호를 증폭하는 파워 앰프와,
    상기 파워 앰프에 의해 증폭된 신호를 자기공진유도 방식으로 송신하기 위하여 주파수 매칭하는 매칭 네트워크와,
    상기 매칭 네트워크에 의하여 주파수 매칭된 신호를 상기 무선 충전기기로 송신하는 송신 안테나와,
    상기 매칭 네트워크와 상기 송신 안테나 사이에 연결되어 있는 전압 센서와,
    상기 전압 센서를 통해 감지된 전압과 미리 정해진 기준 전압의 차이에 따른 저항값이 미리 정한 제1 임계치를 넘는 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단하여 이물질의 존재사실을 사용자에게 표시하도록 제어하고, 상기 저항값이 상기 제1 임계치를 넘지 않는 경우, 일정 시간 간격으로 상기 저항값을 2회 이상 재검출하여, 재검출한 상기 저항값이 미리 정한 제2 임계치-제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 작은 값을 갖는다-를 넘는 경우 상기 매칭 네트워크가 주파수 매칭을 재수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 무선 전력전송 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    재검출한 상기 저항값이 상기 제2 임계치를 넘는지를 판단함에 있어서, 2회 이상 재검출한 상기 저항값의 평균을 기준으로 판단하는 것인 무선 전력전송 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    재검출한 상기 저항값이 상기 제2 임계치를 넘는지를 판단함에 있어서, 2회 이상 재검출한 상기 저항값의 최대값을 기준으로 판단하는 것인 무선 전력전송 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 이물질의 존재사실을 사용자에게 표시하는 표시부를 더 포함하는 무선 전력전송 장치.


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