KR101425434B1 - 무선 전력 전송 네트워크 및 무선 전력 전송 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 네트워크 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 전송하고, 무선 전력 전송에 이용되는 자기장을 통해 인-밴드(in-band) 통신을 수행하는 무선 전력 전송 네트워크 및 이를 이용하는 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 자기장을 이용하여 무선 전력 전송 및 상기 자기장을 이용하는 인-밴드(in-band) 통신을 수행하고, 전력을 공급하는 베이스 스테이션 및 전력을 공급받는 복수의 전자 기기를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 베이스 스테이션에 의해 수행되는 무선 전력 전송 방법에 있어서, 상기 인-밴드 통신을 통해 상기 복수의 전자 기기를 인식하는 단계; 상기 인식 결과를 이용하여 전력 전송 구간을 복수의 타임 슬롯으로 분할하고, 각 타임 슬롯에 적어도 하나의 전자 기기를 할당하는 단계; 및 상기 전력 전송 구간 동안 상기 복수의 타임 슬롯 각각에서 해당 타임 슬롯에 할당된 전자 기기로 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 무선 전력 전송 방법이 제공될 수 있다.

Description

무선 전력 전송 네트워크 및 무선 전력 전송 방법{WIRELESS POWER TRANSFER NETWORK AND WIRELESS POWER TRANSFER METHOD}

본 발명은 무선 전력 전송 네트워크 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 전송하고, 무선 전력 전송에 이용되는 자기장을 통해 인-밴드(in-band) 통신을 수행하는 무선 전력 전송 네트워크 및 이를 이용하는 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.

무선 전력 전송 기술은 전원과 전자 기기 사이에 선이나 접점 없이 전력을 전달하는 기술로서, 향후 가전, 의료, 레저, 로봇, 자동차 등을 비롯한 다양한 분야에서 활용될 것이 예상되고 있다.

무선 전력 전송 기술은 크게 자기 유도(inductive coupling) 방식과 자기 공명(resonant magnietic coupling) 방식으로 분류된다.

자기 유도 방식은 전자기 유도 원리를 이용하여 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도함으로써 에너지를 전달하는 방식으로, 최근에는 자기 유도 방식을 이용하는 무접점 충전 시스템(non-contact charging sytstem)이 전동 칫솔이나 무선 면도기 등에 활용되고 있다.

그러나, 자기 유도 방식은 두 코일 간의 거리나 상대적인 위치에 매우 민감하여 조금만 멀어지거나 틀어져도 전송 효율이 급격히 나빠지므로, 이를 이용한 무접점 충전 시스템은 충전 거리가 수 cm 이하의 고정된 지점으로만 한정되는 제약을 가지고 있다.

이에 반해 자기 공명 방식은 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체를 배제하고 서로 간에 커플링하려는 경향을 가지는 원리를 이용한 것으로, 기존 자기 유도 방식에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 장점을 가지고 있어 차세대 무선 전력 전송 기술로 각광받고 있다.

특허문헌 1: 미국 등록 특허 제7,741,735호

본 발명의 일 과제는 복수의 전자 기기에 효율적으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 네트워크 및 무선 전력 전송 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 자기장을 이용하여 무선 전력 전송 및 상기 자기장을 이용하는 인-밴드(in-band) 통신을 수행하고, 전력을 공급하는 베이스 스테이션 및 전력을 공급받는 복수의 전자 기기를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 베이스 스테이션에 의해 수행되는 무선 전력 전송 방법에 있어서, 상기 인-밴드 통신을 통해 상기 복수의 전자 기기를 인식하는 단계; 상기 인식 결과를 이용하여 전력 전송 구간을 복수의 타임 슬롯으로 분할하고, 각 타임 슬롯에 적어도 하나의 전자 기기를 할당하는 단계; 및 상기 전력 전송 구간 동안 상기 복수의 타임 슬롯 각각에서 해당 타임 슬롯에 할당된 전자 기기로 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 무선 전력 전송 방법이 제공될 수 있다.

본 별명의 다른 측면에 따르면, 자기장을 이용하여 무선 전력 전송 및 상기 자기장을 이용하는 인-밴드(in-band) 통신을 수행하고, 전력을 공급하는 베이스 스테이션 및 전력을 공급받는 복수의 전자 기기를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 베이스 스테이션에 의해 수행되는 무선 전력 전송 방법에 있어서, 상기 복수의 전자 기기에 대하여 적어도 하나의 전자 기기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하는 단계; 전력 전송 구간을 복수의 타임 슬롯으로 분할하고, 상기 적어도 하나의 그룹에 적어도 하나의 타임 슬롯을 할당하는 단계; 및 상기 전력 전송 구간 동안 상기 복수의 타임 슬롯에서 해당 타임 슬롯을 할당받은 그룹에 속하는 전자 기기로 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 베이스 스테이션이 인-밴드 통신을 통해 전자 기기에 관한 정보를 수집하고, 이를 이용하여 타임 슬롯의 분할 및 할당을 수행하여 복수의 전자 기기에 대하여 효율적으로 전력을 전송할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 송신 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 수신 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 네트워크의 구성도이다.
도 5는 도 4의 무선 전력 전송 네트워크의 충전 영역과 통신 영역을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 프레임의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 순서도이다.
도 8은 도 7의 무선 전력 전송 네트워크를 구성하는 단계의 세부 순서도이다.
도 9는 도 7의 전자 기기로 무선 전력 공급을 수행하는 단계의 세부 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 순서도이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이고, 도면에 도시된 형상은 필요에 따라 본 발명의 이해를 돕기 위하여 과장되어 표시된 것이므로, 본 발명이 본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 자기장을 이용하여 무선 전력 전송 및 상기 자기장을 이용하는 인-밴드(in-band) 통신을 수행하고, 전력을 공급하는 베이스 스테이션 및 전력을 공급받는 복수의 전자 기기를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 베이스 스테이션에 의해 수행되는 무선 전력 전송 방법에 있어서, 상기 인-밴드 통신을 통해 상기 복수의 전자 기기를 인식하는 단계; 상기 인식 결과를 이용하여 전력 전송 구간을 복수의 타임 슬롯으로 분할하고, 각 타임 슬롯에 적어도 하나의 전자 기기를 할당하는 단계; 및 상기 전력 전송 구간 동안 상기 복수의 타임 슬롯 각각에서 해당 타임 슬롯에 할당된 전자 기기로 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 무선 전력 전송 방법이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 할당하는 단계에서, 상기 인식 결과에 따른 상기 복수의 전자 기기의 특성을 이용하여 상기 타임 슬롯의 분할 및 할당을 수행할 수 있다.

또한, 상기 할당하는 단계에서, 상기 복수의 전자 기기 중 상기 특성이 유사한 전자 기기를 동일한 타임 슬롯에 할당할 수 있다.

또한, 상기 복수의 전자 기기의 특성은, 정격 전압, 배터리 상태, 전자 기기의 종류, 전자 기기의 위치, 전송 효율, 전소 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 인식하는 단계는, 요청 패킷을 자기장 신호로 송신하는 단계; 상기 요청 패킷을 수신한 상기 복수의 전자 기기가 자기장 신호로 송신한 응답 패킷을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 응답 패킷에 근거하여 상기 복수의 전자 기기를 인식하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 응답 패킷은, 상기 복수의 전자 기기의 특성에 관한 정보를 포함하고, 상기 할당하는 단계에서, 상기 복수의 전자 기기의 특성에 관한 정보를 이용하여 상기 타임 슬롯의 분할 및 할당을 수행할 수 있다.

또한, 상기 타임 슬롯 할당 정보를 포함하는 요청 패킷을 송신하는 단계;를 더 포함하고, 상기 복수의 전자 기기 각각은, 상기 타임 슬롯 할당 정보를 이용하여 할당받은 타임 슬롯 동안에는 활성화되고, 할당받지 않은 타임 슬롯 동안에는 비활성화될 수 있다.

본 별명의 다른 측면에 따르면, 자기장을 이용하여 무선 전력 전송 및 상기 자기장을 이용하는 인-밴드(in-band) 통신을 수행하고, 전력을 공급하는 베이스 스테이션 및 전력을 공급받는 복수의 전자 기기를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 베이스 스테이션에 의해 수행되는 무선 전력 전송 방법에 있어서, 상기 복수의 전자 기기에 대하여 적어도 하나의 전자 기기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하는 단계; 전력 전송 구간을 복수의 타임 슬롯으로 분할하고, 상기 적어도 하나의 그룹에 적어도 하나의 타임 슬롯을 할당하는 단계; 및 상기 전력 전송 구간 동안 상기 복수의 타임 슬롯에서 해당 타임 슬롯을 할당받은 그룹에 속하는 전자 기기로 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 인-밴드 통신을 통해 상기 복수의 전자 기기를 인식하는 단계;를 더 포함하고, 상기 그룹을 설정하는 단계에서, 상기 인식 결과에 따른 상기 복수의 전자 기기의 특성을 이용하여 상기 적어도 하나의 그룹을 설정할 수 있다.

또한, 상기 그룹을 설정하는 단계에서, 상기 복수의 전자 기기 중 상기 특성이 유사한 전자 기기를 동일한 그룹으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 복수의 전자 기기의 특성은, 정격 전압, 배터리 상태, 전자 기기의 종류, 전자 기기의 위치, 전송 효율, 전소 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 특정 그룹에 속하는 전자 기기에 상기 특정 그룹을 지시하는 그룹 식별자를 포함하는 요청 패킷을 송신하는 단계; 및 상기 복수의 전자 기기에 상기 타임 슬롯 할당 정보를 송신하는 단계;를 더 포함하고, 상기 특정 그룹에 속하는 전자 기기는 상기 그룹 식별자 및 상기 타임 슬롯 할당 정보에 근거하여 상기 전력 전송 구간 중 할당받은 타임 슬롯 동안에는 활성화되고, 할당받지 않은 타임 슬롯 동안에는 비활성화될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)에 관하여 설명한다.

무선 전력 전송 시스템(1000)은 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 전송하고, 전력 전송에 이용되는 자기장을 통해 인-밴드(in-band) 통신을 수행할 수 있다.

이에 따라 무선 전력 전송 시스템(1000)은 각종 전자 기기(2200)들에 전선이나 전원 케이블과 같은 선 없이 무선으로 전력을 공급할 수 있다. 또 무선 전력 전송 시스템(1000)은 복수의 전자 기기(2200)에 전력을 공급하는 경우 통신을 수행하여 보다 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.

무선 전력 전송 시스템(1000)에서 전력 전송은 자기 공명 방식에 의해 수행될 수 있다. 자기 공명 방식이란 자기장의 공진에 의해 수신단과 송신단이 서로 커플링되어 송신단으로부터 수신단으로 에너지가 전달되는 현상을 이용하는 무선 전력 전송 방식으로, 기존의 자기 유도 방식에 비하여 비교적 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 장점이 있다.

한편, 무선 전력 전송 시스템(1000)이 전력을 전송하는 방식이 자기 공명 방식으로 한정되는 것은 아니므로, 무선 전력 전송 시스템(1000)이 자기 유도 방식을 이용해 무선 전력 전송을 수행하는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 무선 전력 전송이 자기 공명 방식에 따라 수행되는 것을 기준으로 설명한다.

또 무선 전력 전송 시스템(1000)에서 통신은 전력 전송에 이용되는 주파수 대역의 자기장을 이용하여 수행될 수 있다. 즉, 무선 전력 전송 시스템(1000)은 동일한 주파수 대역의 자기장을 이용하여 전력 전송 및 인-밴드 통신을 함께 수행할 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 시스템(1000)은 무선 전력 전송을 위한 송수신 모듈을 그대로 이용하여 인-밴드 통신을 수행할 수 있고, 이에 따라 별도의 통신 모듈이 추가적으로 필요하지 않아 경제성 및 설계 편의성에 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(1000)은 송신 장치(1100) 및 수신 장치(1200)를 포함할 수 있다. 송신 장치(1100)는 전력을 공급하고, 수신 장치(1200)는 송신 장치(1100)로부터 무선으로 전력을 공급받는다. 수신 장치(1200)는 하나 또는 복수(1200-1, 1200-2, … , 1200-n)로 제공될 수 있다. 전력의 전송은 자기 공명 방식에 따라 수행될 수 있다. 또 송신 장치(1100)와 수신 장치(1200)는 전력의 전송에 이용되는 주파수 대역의 자기장을 이용하는 인-밴드 통신에 따라 서로 정보를 주고 받을 수 있다.

송신 장치(1100)는 고정형 또는 이동형으로 제공될 수 있다. 고정형의 예로는 실내의 천장이나 벽면 또는 테이블 등의 가구에 설치되는 형태, 실외의 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치되는 형태나 차량이나 기차 등의 운송 수단에 설치되는 형태 등이 있다. 이동형인 송신 장치(1100)는 이동 가능한 무게나 크기의 이동형 장치나 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 장치의 일부로 구현될 수 있다.

수신 장치(1200)의 예로는 이동 통신 단말기, 스마트폰(smart phone), 휴대 전자 기기(portable terminal), 개인 정보 전자 기기(PDA: personal digital assistant), 휴대 미디어 플레이어(PMP: portable media player), 와이브로 단말기(Wibro terminal), 텔레비전(television), 입체 영상 텔레비전(3D-TV), 인터넷 텔레비전(IP-TV: interet protocol television), 텔레메틱스(telemetics) 단말기, 네비게이션 단말기(navigation terminal), 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터, 전기 차량 등과 같이 배터리를 구비하는 각종 전자 기기들 및 전원 케이블 대신 무선으로 공급받는 전원으로 구동되는 가전 기기 등이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치(1100) 및 수신 장치(1200)의 구성에 관하여 설명한다.

도 2는 도 1의 송신 장치(1100)의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 송신 장치(1100)는 전력 변환 모듈(1120), 제1 통신 모듈(1130), 제1 안테나(1110) 및 제1 제어 모듈(1140)을 포함할 수 있다.

전력 변환 모듈(1120)은 외부의 전력 공급원(R)으로부터 공급되는 전력을 송신 장치(1100)와 수신 장치(1200) 간의 공진 주파수 대역의 교류 전력을 변환할 수 있다. 제1 통신 모듈(1130)은 자기장 통신 프로토콜에 따라 수신 장치(1200)와 인-밴드 통신을 수행하기 위한 신호 처리를 수행할 수 있다. 제1 안테나(1110)는 자기 공명 방식을 이용하여 전력 변환 모듈(1120)에서 변환된 공진 주파수 대역의 전력이나 제1 통신 모듈(1130)에서 처리된 자기장 신호를 송신하거나 수신 장치(1200)로부터 자기장 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 제1 안테나(1110)는 한 쌍의 자기 코일로 구현될 수 있다. 제1 제어 모듈(1140)은 송신 장치(1100)의 구성요소들을 제어할 수 있다.

도 3은 도 2의 수신 장치(1200)의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 수신 장치(1200)는 제2 통신 모듈(1230), 제2 안테나(1210), 전력 관리 모듈(1220), 배터리(1250) 및 제2 제어 모듈(1240)을 포함할 수 있다.

제2 통신 모듈(1230)은 자기장 통신 프로토콜에 따라 송신 장치(1100)와 인-밴드 통신을 수행하기 위한 신호 처리를 수행할 수 있다. 제2 안테나(1210)는 자기 공명 방식을 이용하여 송신 장치(1100)로부터 전력인 자기장 신호를 수신하거나 제2 통신 모듈(1230)에서 처리된 자기장 신호를 송신할 수 있다. 여기서, 제2 안테나(1210)는 한 쌍의 자기 코일로 구현될 수 있다. 전력 관리 모듈(1220)은 송신 장치(1100)로부터 공급된 전력을 관리한다. 예를 들어, 전력 관리 모듈(1220)은 공급된 전력을 직류로 변환하여 배터리(1250)로 공급할 수 있다. 배터리(1250)는 공급되는 전력을 저장할 수 있다. 제2 제어 모듈(1240)은 수신 장치(1200)의 구성요소들을 제어할 수 있다.

한편, 수신 장치(1200)에서 배터리(1250)가 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리는 수신 장치(1200)에 탈부착이 가능한 형태의 외부 구성으로 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 수신 장치(1200)는 배터리(1250) 대신 다양한 구동 수단을 포함하고, 공급 받은 전력을 이용하여 구동 수단을 구동시켜 다양한 기능을 수행할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 네트워크(2000)에 관하여 설명한다.

무선 전력 전송 네트워크(WPTN: wireless power transfer network, 2000)는 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 전송하고, 전력 전송에 이용되는 자기장을 이용하여 인-밴드 통신을 수행하는 네트워크로, 상술한 무선 전력 전송 시스템(1000)을 이용하여 구현될 수 있다.

예를 들어, 무선 전력 전송 네트워크(2000)는 약 30~300KHz의 저주파 대역을 동작 주파수 대역으로 하고, 128KHz를 동작 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 전력을 전송하고, 동일한 주파수 대역의 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 변조 방식은 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying) 또는 진폭 편이(ASK: amplitude shift keying)를 이용할 수 있다. 코딩 방식은 맨체스터(Manchester) 코딩 또는 넌 제로 복귀 레벨(NZR-L: non-return-to-zero level) 코딩을 이용할 수 있다. 이러한 무선 전력 전송 네트워크(2000)는 수 미터에 이르는 거리까지 수 kbps의 데이터 전송율을 제공할 수 있다.

한편, 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 동작 주파수 대역, 변조 방식, 코딩 방식이 상술한 예로 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 무선 전력 전송 네트워크(2000)는 다양한 기기들에 의해 형성될 수 있다. 각 기기들은 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 노드를 이루는데, 노드는 그 기능에 따라 베이스 스테이션 노드(WPTN-B: wireless power transfer network base station, 2100) 및 전자 기기 노드(WPTN-D: wireless power transfer network device, 2200)로 나뉘어질 수 있다.

무선 전력 전송 네트워크(2000)에서 베이스 스테이션 노드(2100)는 오직 하나만 존재하고, 전자 기기 노드(2200)는 하나 또는 복수로 제공될 수 있다. 무선 전력 전송 네트워크(2000)가 형성될 때 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 이루는 노드 중 베이스 스테이션 노드(2100)가 먼저 정해지고, 다음으로 나머지 노드가 전자 기기 노드(2200)로 결정될 수 있다. 여기서, 베이스 스테이션 노드(2100)는 상술한 무선 전력 전송 시스템(1000)의 송신 장치(1100)에 해당할 수 있고, 전자 기기 노드(2200)는 수신 장치(1200)에 해당할 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 전자 기기(2200)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다. 또 베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 관리할 수 있다. 예를 들어, 베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 설정 및 해제나 전자 기기 노드(2200)의 접속 및 분리를 관리할 수 있다. 다른 예를 들어, 베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송이나 인-밴드 통신을 위한 스케쥴링을 수행할 수 있다.

전자 기기(2200)는 베이스 스테이션(2100)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또 전자 기기(2200)는 베이스 스테이션(2100)과 인-밴드 통신을 수행할 수 있다.

무선 전력 전송 네트워크(2000)는 물리적으로 충전 영역(charging zone, Zp)과 통신 영역(communication zone, Zc)으로 나뉠 수 있다.

충전 영역(Zp)은 전자 기기(2200)가 베이스 스테이션(2100)으로부터 전력을 공급받을 수 있는 영역을 의미한다. 물론, 충전 영역(Zp)에 있는 전자 기기(2200)는 베이스 스테이션(2100)과 인-밴드 통신을 하는 것도 가능하다. 통신 영역(Zc)은 전자 기기(2200)와 베이스 스테이션(2100) 간의 자기장 통신은 가능하지만, 전력 공급은 불가능한 영역을 의미한다.

전자 기기(2200)가 자기장을 통해 공급되는 전력을 이용하여 배터리(1250)를 충전하거나 구동하기 위해서는 공급되는 전력이 문턱치(threshold value)보다 커야 하며, 그렇지 않은 경우에는 배터리(1250)를 충전하거나 전자 기기(2200)를 구동시킬 수 없다. 이에 반해 자기장 통신은 이러한 제약이 없거나 적다. 자기장을 이용하는 무선 전력 전송은 거리에 따라 전송되는 전력의 양이 감소하므로, 결과적으로 무선 전력 전송 네트워크(2000)에서 전력 전송이 가능한 범위는 자기장 통신이 가능한 범위보다 작게 된다.

다시 말해 충전 영역(Zp)이란 해당 영역 내의 전자 기기(2200)가 베이스 스테이션(2100)과 자기장을 이용하여 정상적으로 통신 패킷을 송수신할 수 있음은 물론, 무선 전력 전송을 위한 자기장 신호를 정상적으로 수신, 이를 이용하여 배터리(1250)를 충전하거나 구동 수단을 구동시킬 수 있는 영역이다. 또 통신 영역(Zc)이란 해당 영역 내의 전자 기기(2200)가 정상적인 통신 패킷의 송수신은 가능하지만, 무선 전력 전송을 위한 자기장 신호를 정상적으로 수신하지 못하거나 수신하더라도 이를 이용하여 배터리(1250)를 충전하거나 구동 수단을 구동시키지는 못하는 영역이다.

전자 기기(2200)는 베이스 스테이션(2100)으로부터 수신된 자기장 신호에 근거하여 영역(Zp) 및 통신 영역(Zc) 중 어느 영역에 속하는지 여부를 판단할 수 있다(S1240). 구체적으로 자기장 신호의 특성에 근거하여 배터리(1250) 충전이나 구동 수단의 구동을 위한 전력 전송이 정상적으로 수행될 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 자기장 신호의 특성은 수신된 자기장 신호의 세기, 진폭 및 주파수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 전자 기기(2200)는 자기장 신호의 특성을 고려하여 자기장 신호를 통해 공급되는 전력량이 미리 정해진 값 이상인지를 판단할 수 있다. 미리 정해진 값 이상인 경우에는 전자 기기(2200)는 정상적인 전력 전송이 가능한 것으로 판단하여 충전 영역(Zp)에 포함되는 것으로 판단하고, 미리 정해진 값 이하인 경우에는 전자 기기(2200)는 정상적인 전력 전송이 불가능하여 통신 영역(Zc)에 포함되는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 배터리(1250)를 충전하기 위해서는 배터리(1250)의 특성에 따른 문턱치(threshold value) 이상의 전력이 공급되어야 하는데, 미리 정해진 값은 배터리(1250) 충전이나 최소한의 구동을 위한 정격 전력과 같은 문턱치일 수 있다.

다른 예를 들어, 전자 기기(2200)는 수신되는 자기장 신호에 따른 무선 전력 전송의 전송 효율, 전송 이득, 전자 기기(2200)에 수신된 자기장 신호의 수신 전압, 수신 전류 중 적어도 하나를 고려하여 무선 전력이 정상적으로 공급되는지 여부는 결정될 수 있다.

여기서, 전송 효율은 베이스 스테이션(2100)의 전송 전력 과 전자 기기(2200)의 수신 전력 간의 비율일 수 있다. 전자 기기(2200)는 수신 전압 정보 및 수신 전류 정보를 근거로 수신 전력을 검출할 수 있다. 수신 전압 및 수신 전류는 제2 제어 모듈(1240)이나 전력 관리 모듈(1220)에 의해 수행될 수 있다.

또, 전송 이득은 베이스 스테이션(2100)의 송신 전압에 대한 전자 기기(2200)의 수신 전압 간의 비율일 수 있다. 예를 들어, 전자 기기(2200)의 수신 전압이 미리 정해진 값보다 큰지 작은지 여부에 따라 무선 전력 전송이 정상적으로 수행될 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 미리 정해진 값은 충전 전압, 배터리 규격, 제조사의 설계값 등에 따라 결정될 수 있다.

도 5는 도 4의 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 충전 영역(Zp)과 통신 영역(Zc)을 도시한 도면이다. 도 5는 전자 기기(2200) 중 일부(2200-1, 2200-2, 2200-4)는 충전 영역(Zp)에 포함되고, 다른 일부(2200-3, 2200-5)는 통신 영역(Zc)에 포함되는 것을 도시하고 있다. 다만, 도 5에서는 충전 영역(Zp)과 통신 영역(Zc)이 공간적으로 정확히 분리되는 것으로 도시하고 있으나, 실제로는 충전 영역(Zp)과 통신 영역(Zc)은 전자 기기(2200)의 특성에 따라 변경될 수 있는 것이므로, 동일한 위치이더라도 특정 전자 기기(2200)에 대해서는 충전 영역(Zp)이고, 다른 전자 기기(2200)에 대해서는 통신 영역(Zc)일 수 있다.

한편, 충전 영역(Zp)이라고 지칭하지만, 충전 영역(Zp)에 있는 전자 기기(2200)가 공급 받은 전력을 반드시 배터리(1250) 충전에만 사용해야 하는 것은 아니며, 전자 기기(2200)는 공급 받은 전력을 전자 기기(2200)의 구동에 사용할 수도 있다.

무선 전력 전송 네트워크(2000)에서 무선 전력 전송 및 인-밴드 통신은 슈퍼 프레임 구조를 이용하여 수행될 수 있다. 슈퍼 프레임 구조는 시간 분할 다중 접속(TDMA: time division multiple access) 방식을 응용하는 프레임으로, 슈퍼 프레임 구조를 이용하면 하나의 베이스 스테이션(2100)이 복수의 전자 기기(2200)에 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 프레임 구조에 관하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 프레임의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 슈퍼 프레임은 요청 구간, 응답 구간 및 자율 구간을 포함한다. 요청 구간, 응답 구간 및 자율 구간이 시간에 따라 차례대로 배치될 수 있다. 따라서, 슈퍼 프레임은 요청 구간으로 시작하여, 응답 구간을 거쳐 자율 구간으로 종료될 수 있다. 여기서, 요청 구간과 응답 구간의 시간 길이는 가변적으로 조절될 수 있다.

요청 구간에서는 베이스 스테이션(2100)이 전자 기기(2200)로 요청 패킷(request packet)을 전송할 수 있다. 예를 들어, 베이스 스테이션(2100)은 요청 구간에 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 설정을 위한 패킷을 브로드 캐스팅(broad casting)할 수 있다. 다른 예를 들어, 베이스 스테이션(2100)은 요청 구간에 무선 전력 전송 네트워크(2000)에 접속 또는 분리를 요청하는 패킷을 전자 기기(2200)로 송신할 수 있다.

응답 구간에서는 전자 기기(2200)로 베이스 스테이션(2100)으로 응답 패킷(response packet)을 전송할 수 있다. 또 전력 전송 시에는 응답 구간에서 베이스 스테이션(2100)이 전자 기기(2200)로 전력을 전송할 수 있다. 응답하거나 전력을 전송받을 전자 기기(2200)가 없는 경우에는 응답 구간이 존재하지 않는 것도 가능하다.

자율 구간에서는 베이스 스테이션(2100)의 요청 없이 전자 기기(2200)가 자율적으로 베이스 스테이션(2100)으로 정보를 전송할 수 있다. 자율 구간은 응답 패킷의 전송이나 전력의 전송이 종료된 시점 또는 종료 시점으로부터 일정 시간이 경과하면 시작될 수 있다. 자율 구간은 베이스 스테이션(2100)이 요청 패킷을 전송하면 종료될 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 응답 구간은 타임 슬롯으로 분할 될 수 있다. 타임 슬롯은 하나 또는 복수일 수 있으며, 각 타임 슬롯의 길이는 가변적일 수 있다. 베이스 스테이션(2100)은 응답 구간을 타임 슬롯으로 분할하고, 전자 기기(2200)에 타임 슬롯을 할당할 수 있다. 또 베이스 스테이션(2100)은 각 타임 슬롯의 길이를 결정할 수 있다. 응답 구간에 대한 타임 슬롯의 분할과 전자 기기(2200)에 대한 타임 슬롯의 할당은 각 슈퍼 프레임마다 동적으로 변경될 수 있다.

응답 구간 동안 전자 기기(2200)는 할당받은 타임 슬롯을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기(2200)는 할당된 타임 슬롯 동안 베이스 스테이션(2100)으로 응답 패킷을 전송할 수 있다. 다른 예를 들어, 베이스 스테이션(2100)이 전력을 전송하면, 전자 기기(2200)는 할당받은 타임 슬롯 동안 베이스 스테이션(2100)으로부터 전력을 전송받을 수 있다.

무선 전력 전송 네트워크(2000)는 타임 슬롯으로 분할된 응답 구간을 가지는 슈퍼 프레임을 이용하여, 무선 전력 전송 네트워크(2000) 내에 다수의 전자 기기 노드(2200)가 있는 경우에 효율적으로 무선 전력 전송을 수행할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법에 관하여 설명한다. 무선 전력 전송 방법에 관해서는 상술한 무선 전력 전송 시스템(1000), 무선 전력 전송 네트워크(2000) 및 슈퍼 프레임을 이용하여 설명한다. 다만, 무선 전력 전송 방법에 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 동일 유사한 다른 시스템, 네트워크, 프레임을 이용하여 수행될 수도 있다.

또한, 이하에서 설명하는 무선 전력 방법에서 베이스 스테이션 노드(2100)에 의해 수행되는 단계는 베이스 스테이션(2100)에 해당하는 송신 장치(1100)의 제1 제어 모듈(1140)에 의해 수행되고, 전자 기기 노드(2200)에 의해 수행되는 단계는 전자 기기(2200)에 해당하는 수신 장치(1200)의 제2 제어 모듈(1240)에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있다.

제1 제어 모듈(1140) 및 제2 제어 모듈(1240)은 각각 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다.

제1 제어 모듈(1140) 및 제2 제어 모듈(1240)은 하드웨어적으로는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 인쇄회로기판(PCB: printed circuit board), 직접 회로(IC: integrated circuit), 프로세서, 마이크로 프로세서, 제어기(controller)나 이들과 유사한 제어 기능을 수행하는 전기적인 수단으로 구현될 수 있다.

또 제1 제어 모듈(1140) 및 제2 제어 모듈(1240)은 소프트웨어적으로는 하나 이상의 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 코드 또는 소프트웨어 어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어는 하드웨어에 의해 실행될 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 순서도이다.

도 7을 참조하면, 무선 전력 전송 방법은 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 구성하는 단계(S1100), 전자 기기(2200)를 인식하는 단계(S1200), 전자 기기(2200)에 관한 정보를 수집하는 단계(S1300), 무선 전력 전송을 위한 스케쥴링을 수행하는 단계(S1400) 및 무선 전력 공급을 수행하는 단계(S1500)을 포함할 수 있다. 다만, 무선 전력 전송 방법에서 상술한 단계가 모두 필수적인 것은 아니므로, 무선 전력 전송 방법은 일부 단계를 생략하고 수행될 수 있으며, 상술한 단계가 반드시 설명되는 순서대로만 수행되어야 하는 것은 아니므로, 나중에 설명되는 단계가 먼저 설명된 단계보다 앞서 수행되는 것도 가능하다.

이하에서는 상술한 각 단계에 관하여 구체적으로 설명한다.

먼저 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 구성한다(S1100).

도 8은 도 7의 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 구성하는 단계(S1100)의 세부 순서도이다.

도 8을 참조하면, 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 이룰 범위 내에 있는 기기 중 베이스 스테이션(2100)이 결정된다(S1110). 이때, 범위 내의 기기 중 송신 장치(1100)에 해당하는 기기를 베이스 스테이션(2100)으로 결정할 수 있다. 범위 내에 복수의 송신 장치(1100)가 있는 경우에도 오직 하나의 송신 장치(1100)가 베이스 스테이션(2100)으로 결정될 수 있다. 베이스 스테이션(2100)이 결정되면 나머지 기기들이 전자 기기 노드(2200)로 결정된다. 이에 따라 하나의 베이스 스테이션(2100)과 적어도 하나의 전자 기기(2200)를 가지는 무선 전력 전송 네트워크(2000)가 형성될 수 있다.

무선 전력 전송 네트워크(2000)가 형성되면, 베이스 스테이션(2100)은 슈퍼 프레임의 요청 구간 중에 합류 요청 패킷(association request packet)을 송신한다(S1120). 이때 패킷 전송은 브로드 캐스팅 방식에 따라 수행될 수 있다. 합류 요청 패킷에는 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 식별하는 네트워크 식별자(WPTN-ID: wireless power transfer network identifier)가 포함될 수 있다. 네트워크 식별자는 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 고유한 값을 가질 수 있다.

베이스 스테이션(2100)이 전송하는 자기장의 수신 범위 내에 위치하는 기기는 합류 요청 패킷을 수신한다(S1130). 여기서, 자기장의 수신 범위는 통신 영역(Zc)에 해당할 수 있다. 합류 요청 패킷을 수신한 기기는 네트워크 식별자에 근거하여 합류 요청 패킷을 송신한 베이스 스테이션(2100)이 합류하고자 하는 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 베이스 스테이션(2100)인지를 판단할 수 있다.

합류 요청 패킷을 수신한 기기는 판단 결과 전자 기기 노드(2200)로써 응답 구간에 합류 응답 패킷(association response packet)을 전송할 수 있다(S1140). 합류 응답 패킷에는 제조사 등에 의해 기기 자체에 할당된 고유의 값인 고유 식별자(unique identifier)가 포함될 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 합류 응답 패킷을 수신하고(S1150), 각 전자 기기 노드(2200)에 노드 식별자(node identifier)를 할당한다(S1160). 베이스 스테이션(2100)은 합류 응답 패킷을 송신한 전자 기기 노드(2200)로 합류 확인 패킷(association acknowledge packet)을 송신한다(S1170). 이때, 베이스 스테이션(2100)은 합류 응답 패킷에 포함된 고유 식별자를 이용하여 전자 기기 노드(2200)를 구분하여 전자 기기 노드(2200)로 합류 응답 패킷을 송신할 수 있다. 합류 응답 패킷에는 각 전자 기기(2200)에 할당된 노드 식별자가 포함될 수 있다.

전자 기기(2200)는 합류 확인 패킷을 수신하고(S1180), 할당된 노드 식별자를 자신의 노드 식별자로 설정한다(S1190). 이에 따라 베이스 스테이션 노드(2100) 및 전자 기기 노드(2200)에 주소가 할당되고, 무선 전력 전송 네트워크(2000)가 구성될 수 있다.

이상에서는 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 구성하는 단계에 대해 최초로 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 구성하는 상황을 기준으로 설명하였으나, 이미 무선 전력 전송 네트워크(2000)가 구성된 상태에서 미 합류한 전자 기기(2200)가 새로이 합류하는 상황에도 적용될 수 있다.

무선 전력 전송 네트워크(2000)의 구성이 완료되면, 베이스 스테이션(2100)이 전자 기기(2200)를 인식한다(S1200).

무선 전력 전송 네트워크(2000)가 상술한 단계 S1120 내지 S1190를 거치지 않아 아직 전자 기기 노드(2200)에 노드 식별자가 할당되기 전인 경우에는 상술한 단계 S1120 내지 S1190의 과정을 통해 베이스 스테이션(2100)이 전자 기기(2200)를 인식할 수 있다. 예를 들어, 베이스 스테이션은 합류 응답 패킷을 수신하고, 합류 응답 패킷에 포함된 고유 식별자에 따라 무선 전력 전송 네트워크(2000)에 포함된 전자 기기(2200)를 인식할 수 있다.

다만, 상기와 같은 방식을 통해 베이스 스테이션(2100)이 전자 기기(2200)를 인식해도 무방하나, 일반적으로 고유 식별자는 노드 식별자보다 용량이 커 사용에 제약이 따르므로 노드 식별자가 할당된 뒤에는 고유 식별자보다는 노드 식별자를 주로 노드를 지시하는 주소의 용도로 사용할 수 있다.

무선 전력 전송 네트워크(2000)에서 노드 식별자에 따라 주소가 할당되면, 베이스 스테이션(2100)이 전자 기기(2200)의 인식을 위한 요청 패킷을 요청 구간에 송신할 수 있다.

전자 기기(2200)는 요청 패킷을 수신하면, 응답 구간 중 그에 대한 응답 패킷을 송신할 수 있다. 응답 패킷에는 전자 기기(2200)의 인식을 위한 정보가 포함될 수 있다. 예를 들어, 응답 패킷에는 전자 기기(2200)의 노드 식별자가 포함될 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 응답 패킷을 수신하면, 응답 패킷에 근거하여 전자 기기(2200)를 인식할 수 있다. 구체적으로 베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송 네트워크(2000)의 전자 기기 노드(2200)의 구성을 파악할 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 전자 기기(2200)에 관한 정보를 수집한다(S1300). 베이스 스테이션(2100)은 요청 구간 동안 전자 기기(2200)에 관한 정보를 요청하는 요청 패킷을 전자 기기(2200)로 송신할 수 있다. 전자 기기(2200)는 요청 패킷을 수신하면, 응답 구간 동안 전자 기기(2200)에 정보에 관한 응답 패킷을 송신할 수 있다, 응답 패킷에는 전자 기기(2200)의 특성에 관한 정보가 포함될 수 있다. 여기서, 전자 기기(2200)의 특성은 정격 전압, 배터리 상태, 전자 기기의 종류, 전자 기기의 위치, 충전 영역과 통신 영역 중 어느 영역에 있는지 여부, 전송 효율 및 전송 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 응답 패킷을 수신하고, 전자 기기(2200)에 관한 정보를 획득할 수 있다. 이로써 베이스 스테이션(2100)이 전자 기기(2200)에 관한 정보를 수집할 수 있다.

한편, 이상에서는 단계 S1200과 단계 S1300이 별개로 이루어지는 것으로 설명하였으나, 단계 S1200 및 단계 S1300은 동시에 수행될 수 있다. 예를 들어, 단계 S1200과 단계 S1300은 하나의 슈퍼 프레임을 이용해 이루어질 수 있다. 즉, 베이스 스테이션(2100)이 요청 패킷을 송신하고, 전자 기기(2200)가 응답 패킷을 송신할 때, 요청 패킷은 전자 기기(2200)의 인식 및 전자 기기(2200)의 정보를 동시에 요청하는 하나의 패킷이고, 응답 패킷은 전자 기기(2200)의 노드 식별자 및 전자 기기(2200)의 정보를 모두 포함하는 하나의 패킷일 수 있다. 나아가 단계 S1200, S1300에서 사용되는 슈퍼 프레임은 합류 요청 패킷 및 합류 응답 패킷과 동일한 슈퍼 프레임일 수도 있다.

정보 수집이 종료되면, 무선 전력 전송을 위한 스케쥴링을 수행한다(S1400).

베이스 스테이션(2100)은 수집된 정보를 이용하여 무선 전력 전송을 위한 슈퍼 프레임의 응답 구간을 스케쥴링할 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 전력 전송을 위한 슈퍼 프레임의 응답 구간을 타임 슬롯으로 분할하고, 전자 기기(2200)의 인식 결과 및 전자 기기(2200)의 특성에 관한 정보를 이용하여 전자 기기(2200)에 타임 슬롯을 할당한다. 구체적으로는 베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송 네트워크(2000) 내에 포함되는 것으로 인식된 전자 기기(2200) 중 그 특성이 유사한 전자 기기(2200)를 동일한 타임 슬롯에 할당할 수 있다.

예를 들어, 베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송 네트워크(2000)에 있는 전자 기기(2200) 중 정격 전압이 유사 또는 동일한 전자 기기들(2200)을 동일한 타임 슬롯에 할당할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 다섯 기의 전자 기기(2200)를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크(2000)에서 두 기의 전자 기기는 5W의 정격 전력을 가지고, 나머지 두 기의 전자 기기는 7W의 정격 전압을 가지고, 나머지 한 기의 전자 기기는 3W의 정격 전압을 가지는 경우에는, 베이스 스테이션(2100)은 응답 구간을 세 개의 타임 슬롯으로 구분하고, 하나의 타임 슬롯에는 5W 정격 전압의 전자 기기들(2200)을 할당하고, 다른 하나의 타임 슬롯에는 7W 정격 전압의 전자 기기들(2200)을 할당하고, 나머지 하나의 타임 슬롯에는 3W 정격 전압의 전자 기기(2200)를 할당할 수 있다.

다른 예를 들어, 베이스 스테이션(2100)은 전자 기기(2200) 중 기기 종류가 유사하거나 위치가 근처에 있는 전자 기기들(2200)을 동일한 타임 슬롯에 할당할 수 있다.

또 베이스 스테이션(2100)은 충전을 효과적으로 수행하기 위하여 타임 슬롯의 길이나 개수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 배터리(1250)가 수준이 낮은 전자 기기(2200)와 배터리(1250)가 상당 수준 충전된 전자 기기(2200)를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크(2000)에서 베이스 스테이션은 보다 많은 전력이 필요한 배터리(1250) 수준이 낮은 전자 기기(2200)에 할당되는 타임 슬롯의 길이나 개수를 배터리(1250)가 상당 수준 충전되어 적은 전력을 필요로 하는 전자 기기(2200)에 할당되는 타임 슬롯의 길이나 개수에 비하여 많도록 할 수 있다.

또 베이스 스테이션(2100)은 충전 영역 밖에 있거나 배터리(1250)가 완전 충전된 전자 기기(2200)에는 타임 슬롯을 할당하지 않을 수 있다. 예를 들어, 다섯 기의 전자 기기(2200) 중 한 기는 통신 영역에 포함되고, 충전 영역의 네 기의 전자 기기(2200) 중 두 기는 배터리(1250)가 완충된 경우에는 베이스 스테이션(2100)은 응답 구간을 두 개의 타임 슬롯으로 분할하여 각각 충전을 요하는 전자 기기(2200)에 하나씩 할당할 수 있다.

스케쥴링에 따라 전자 기기(2200)로 무선 전력 공급을 수행한다(S1500).

도 9는 도 7의 전자 기기(2200)로 무선 전력 공급을 수행하는 단계(S1500)의 세부 순서도이다.

도 9를 참조하면, 베이스 스테이션(2100)은 슈퍼 프레임의 요청 구간에 전력 전송 준비 요청 패킷(power transfer ready request packet)을 송신한다(S1510). 전력 전송 준비 요청 패킷에는 단계 S1400에서 수행된 스케쥴링에 따른 타임 슬롯 할당 정보가 포함될 수 있다.

전자 기기(2200)는 충전 준비 요청 패킷을 수신한다(S1520). 전자 기기(2200)는 수신된 충전 준비 요청 패킷에 따라 해당 전자 기기(2200)에 할당된 타임 슬롯을 판단할 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 전자 기기(2200)로 전력 전송을 위한 자기장 신호를 송출한다(S1530). 이때 특정 타임 슬롯 동안 전송되는 자기장 신호는 그 타임 슬롯 동안 전력을 수신할 전자 기기(2200)에 대응되는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 타임 슬롯 동안 전송되는 자기장 신호는 그 타임 슬롯을 할당받은 전자 기기(2200)의 정격 전압, 전류, 전력 또는 충전 전압, 전류, 전력을 가지도록 제공될 수 있다. 자기장 신호의 특성은 수집한 정보에 근거하여 송신 장치(1100)의 전력 변환 모듈(1120)에서 조절될 수 있다.

응답 구간 동안 전자 기기(2200)는 응답 구간 동안 할당받은 타임 슬롯에서는 전력을 수신하도록 활성화하고(S1540), 할당받지 않은 타임 슬롯에서는 전력을 수신하지 않도록 비활성화될 수 있다50).

여기서, 활성화는 전자 기기(2200)가 베이스 스테이션(2100)과 자기 공명 방식에 따라 전력 전송을 받을 수 있는 상태이고, 비활성화는 그렇지 않은 상태일 수 있다. 구체적으로는 수신 장치(1200)의 제2 안테나(1210) 또는 자기 코일을 베이스 스테이션(2100)과 공명시킴으로써 전자 기기(2200)가 활성화되고, 반대로 이를 비활성화시킴으로써 전자 기기(2200)가 비활성화될 수 있다.

자기 공명 방식을 이용해 무선 전력 전송을 수행하는 경우에 전자 기기(2200) 각각이 공진체로 동작할 수 있는데, 전력을 공급받아야 하는 전자 기기(2200) 외의 다른 전자 기기(2200)가 활성되는 경우에는 의도치 않는 공진체로 동작하여 전력 전송 효율이 저하될 수 있다. 이에 대하여 각 전자 기기(2200)가 할당받지 않은 타임 슬롯 동안에는 비활성화되어, 타임 슬롯을 할당받은 전자 기기(2200)로 전력이 전송되는 것을 방해하는 것이 방지될 수 있다.

이처럼 베이스 스테이션(2100)이 응답 구간에 전자 기기(2200)에 자기장을 이용하여 전력을 공급할 수 있다. 또 베이스 스테이션(2100)은 응답 구간을 타임 슬롯으로 분할하고, 전자 기기(2200)의 인식 결과 및 전자 기기(2200)에 관한 정보에 근거하여 타임 슬롯에 전자 기기(2200)에 할당하여 하나의 응답 구간에서 동시에 복수의 전자 기기(2200)로 전력을 효율적으로 전송할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 순서도이다.

도 10을 참조하면, 무선 전력 전송 방법은 무선 전력 전송 네트워크(2000)를 구성하는 단계(S2100), 전자 기기(2200)를 인식하는 단계(S2200), 전자 기기(2200)에 관한 정보를 수집하는 단계(S2300), 전자 기기(2200)에 대한 그룹을 설정하는 단계(S2400), 설정된 그룹을 고려하여 무선 전력 전송을 위한 스케쥴링을 수행하는 단계(S2500) 및 무선 전력 공급을 수행하는 단계(S2600)을 포함할 수 있다. 다만, 무선 전력 전송 방법에서 상술한 단계가 모두 필수적인 것은 아니므로, 무선 전력 전송 방법은 일부 단계를 생략하고 수행될 수 있으며, 상술한 단계가 반드시 설명되는 순서대로만 수행되어야 하는 것은 아니므로, 나중에 설명되는 단계가 먼저 설명된 단계보다 앞서 수행되는 것도 가능하다.

이하에서는 상술한 각 단계에 관하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 다른 실시에에 따른 무선 전력 전송 방법에서 단계 S2100 내지 단계 S2300은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 단계 S1100 내지 단계 S1300과 동일 또는 유사한 방식으로 수행될 수 있으므로, 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.

베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송 네트워크(2000) 내의 전자 기기(2200)에 대한 그룹을 설정한다(S2400).

베이스 스테이션(2100)은 인식 결과 및 특성 정보를 이용하여 전자 기기(2200)를 적어도 하나의 전자 기기(2200)를 포함하는 그룹으로 분류할 수 있다. 구체적으로 베이스 스테이션(2100)은 전자 기기(2200) 중 적어도 일부에 대하여 기기 특성이 유사한 전자 기기들(2100)을 동일한 그룹으로 분류할 수 있다. 이는 기본적으로 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 방법에서 스케쥴링하는 방법과 유사할 수 있다.

예를 들어, 베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송 네트워크(2000)에 있는 전자 기기(2200) 중 정격 전압이 유사 또는 동일한 전자 기기들(2200)을 동일한 그룹으로 설정할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 다섯 기의 전자 기기(2200)를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크(2000)에서 두 기의 전자 기기는 5W의 정격 전력을 가지고, 나머지 두 기의 전자 기기는 7W의 정격 전압을 가지고, 나머지 한 기의 전자 기기는 3W의 정격 전압을 가지는 경우에는, 베이스 스테이션(2100)은 5W 정격 전압의 전자 기기들(2200)을 제1 그룹으로 설정하고, 7W 정격 전압의 전자 기기들(2200)을 제2 그룹으로 설정할 수 있다. 나머지 하나의 전자 기기(2200)는 단수이므로 제3 그룹으로 설정되거나 설정되지 않아도 무방할 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 각 그룹에 그룹 식별자(group identifier)를 할당할 수 있다. 그룹 식별자는 적어도 하나의 전자 기기(2200)를 포함하는 그룹을 식별하기 위한 값이다.

베이스 스테이션(2100)은 그룹 분류가 설정되면, 요청 구간에 그룹 지정 요청 패킷을 송신한다. 그룹 지정 요청 패킷에는 그룹 식별자 및 그룹 식별자에 연계된 노드 식별자를 포함하는 그룹 할당 정보가 포함될 수 있다. 전자 기기(2200)는 그룹 지정 요청 패킷을 수신하고, 그룹 할당 정보에 따라 그룹 아이디를 자신의 그룹 식별자로 설정한다. 이에 따라 그룹 설정이 완료된다.

그룹 설정이 종료되면, 무선 전력 전송을 위한 스케쥴링을 수행한다(S2400).

베이스 스테이션(2100)은 무선 전력 전송을 위한 슈퍼 프레임의 응답 구간을 스케쥴링할 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 전력 전송을 위한 슈퍼 프레임의 응답 구간을 타임 슬롯으로 분할하고, 각 타임 슬롯에 그룹 또는 개별 전자 기기(2200)를 할당할 수 있다.

예를 들어, 다섯 기의 전자 기기(2200)를 가지고, 두 기는 제1 그룹이고, 나머지 두 기는 제2 그룹이고, 나머지 한 기는 그룹으로 분류되지 않은 무선 전력 전송 네트워크(2000)에서 베이스 스테이션(2100)은 응답 구간을 세 타임 슬롯으로 분류하고, 제1 타임 슬롯에는 제1 그룹을, 제2 타임 슬롯에서는 제2 그룹을, 제3 타임 슬롯에는 그룹에 속하지 않은 개별 전자 기기(2200)를 할당할 수 있다.

스케쥴링에 따라 전자 기기(2200)로 무선 전력 공급을 수행한다(S2600). 본 단계(S2600)은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 단계 S1500과 동일 또는 유사하게 수행될 수 있으므로, 본 단계(S2600)에 대해서는 단계 S1500과의 차이점을 중심으로 설명한다.

베이스 스테이션(2100)은 슈퍼 프레임의 요청 구간에 전력 전송 준비 요청 패킷(power transfer ready request packet)을 송신하여 스케쥴된 내용을 전자 기기(2200)에 제공할 수 있다.

베이스 스테이션(2100)은 전자 기기(2200)로 전력 전송을 위한 자기장 신호를 송출하고, 전자 기기(2200)는 해당 전자 기기(2200)가 할당받은 타임 슬롯에서 전력을 공급받을 수 있다. 여기서, 특정 타임 슬롯에 특정 그룹이 할당된 경우에는, 그 그룹 내의 전자 기기(2200)가 모두 동시에 전력을 공급받을 수 있다.

전자 기기(2200)는 할당받은 타임 슬롯에서는 활성화되고, 그렇지 않은 타임 슬롯에서는 비활성화되는데, 특정 타임 슬롯이 특정 그룹에 할당된 경우에는, 특정 그룹에 속하는 전자 기기들(2200)은 그 특정 타임 슬롯에서는 모두 활성화될 수 있다. 이에 따라 베이스 스테이션(2100)이 그룹에 속한 전자 기기(2200) 모두에 전력을 공급할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000: 무선 전력 전송 시스템
1100: 송신 장치
1110: 제1 안테나
1120: 전력 변환 모듈
1130: 제1 통신 모듈
1140: 제1 제어 모듈
1200: 수신 장치
1210: 제2 안테나
1220: 전력 관리 모듈
1230: 제2 통신 모듈
1240: 제2 제어 모듈
1250: 배터리
2000: 무선 전력 전송 네트워크
2100: 베이스 스테이션 노드
2200: 전자 기기 노드
R: 전원 공급원
Zp: 충전 영역
Zc: 통신 영역

Claims (12)

1. 자기장을 이용하여 무선 전력 전송 및 상기 자기장을 이용하는 인-밴드(in-band) 통신을 수행하고, 전력을 공급하는 베이스 스테이션 및 전력을 공급받는 복수의 전자 기기를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 베이스 스테이션에 의해 수행되는 무선 전력 전송 방법에 있어서,
   상기 인-밴드 통신을 통해 상기 복수의 전자 기기를 인식하는 단계;
   상기 인식 결과를 이용하여 전력 전송 구간을 복수의 타임 슬롯으로 분할하고, 각 타임 슬롯에 적어도 하나의 전자 기기를 할당하는 단계; 및
   상기 전력 전송 구간 동안 상기 복수의 타임 슬롯 각각에서 해당 타임 슬롯에 할당된 전자 기기로 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 단계;를 포함하되,
   상기 베이스 스테이션은 상기 각 타임 슬롯의 길이 또는 상기 적어도 하나의 전자 기기에 할당되는 타임 슬롯의 개수를 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 하는
   무선 전력 전송 방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 할당하는 단계에서, 상기 인식 결과에 따른 상기 복수의 전자 기기의 특성을 이용하여 상기 타임 슬롯의 분할 및 할당을 수행하는
   무선 전력 전송 방법.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 할당하는 단계에서, 상기 복수의 전자 기기 중 상기 특성이 유사한 전자 기기를 동일한 타임 슬롯에 할당하는
   무선 전력 전송 방법.
   
4. 제2 항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 복수의 전자 기기의 특성은, 정격 전압, 배터리 상태, 전자 기기의 종류, 전자 기기의 위치, 전송 효율, 전소 이득 중 적어도 하나를 포함하는
   무선 전력 전송 방법.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 인식하는 단계는,
   요청 패킷을 자기장 신호로 송신하는 단계;
   상기 요청 패킷을 수신한 상기 복수의 전자 기기가 자기장 신호로 송신한 응답 패킷을 수신하는 단계; 및
   상기 수신된 응답 패킷에 근거하여 상기 복수의 전자 기기를 인식하는 단계;를 포함하는
   무선 전력 전송 방법.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 응답 패킷은, 상기 복수의 전자 기기의 특성에 관한 정보를 포함하고,
   상기 할당하는 단계에서, 상기 복수의 전자 기기의 특성에 관한 정보를 이용하여 상기 타임 슬롯의 분할 및 할당을 수행하는
   무선 전력 전송 방법.
   
7. 제 1항에 있어서,
   타임 슬롯 할당 정보를 포함하는 요청 패킷을 송신하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 복수의 전자 기기 각각은, 상기 타임 슬롯에 관한 할당 정보를 이용하여 할당받은 타임 슬롯 동안에는 활성화되고, 할당받지 않은 타임 슬롯 동안에는 비활성화되는
   무선 전력 전송 방법.
   
8. 자기장을 이용하여 무선 전력 전송 및 상기 자기장을 이용하는 인-밴드(in-band) 통신을 수행하고, 전력을 공급하는 베이스 스테이션 및 전력을 공급받는 복수의 전자 기기를 포함하는 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 베이스 스테이션에 의해 수행되는 무선 전력 전송 방법에 있어서,
   상기 복수의 전자 기기에 대하여 적어도 하나의 전자 기기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하는 단계;
   전력 전송 구간을 복수의 타임 슬롯으로 분할하고, 상기 적어도 하나의 그룹에 적어도 하나의 타임 슬롯을 할당하는 단계; 및
   상기 전력 전송 구간 동안 상기 복수의 타임 슬롯에서 해당 타임 슬롯을 할당받은 그룹에 속하는 전자 기기로 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 단계;를 포함하는
   무선 전력 전송 방법.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 인-밴드 통신을 통해 상기 복수의 전자 기기를 인식하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 그룹을 설정하는 단계에서, 상기 인식 결과에 따른 상기 복수의 전자 기기의 특성을 이용하여 상기 적어도 하나의 그룹을 설정하는
   무선 전력 전송 방법.
   
10. 제9 항에 있어서,
    상기 그룹을 설정하는 단계에서, 상기 복수의 전자 기기 중 상기 특성이 유사한 전자 기기를 동일한 그룹으로 설정하는
    무선 전력 전송 방법.
    
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 복수의 전자 기기의 특성은, 정격 전압, 배터리 상태, 전자 기기의 종류, 전자 기기의 위치, 전송 효율, 전소 이득 중 적어도 하나를 포함하는
    무선 전력 전송 방법.
    
12. 제7항에 있어서,
    특정 그룹에 속하는 전자 기기에 상기 특정 그룹을 지시하는 그룹 식별자를 포함하는 요청 패킷을 송신하는 단계; 및
    상기 복수의 전자 기기에 상기 타임 슬롯 할당 정보를 송신하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 특정 그룹에 속하는 전자 기기는 상기 그룹 식별자 및 상기 타임 슬롯 할당 정보에 근거하여 상기 전력 전송 구간 중 할당받은 타임 슬롯 동안에는 활성화되고, 할당받지 않은 타임 슬롯 동안에는 비활성화되는
    무선 전력 전송 방법.
    
    

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