KR101659183B1 - 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치가 공개된다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 표준 인덕터 및 상기 표준 인덕터와 병렬로 연결된 표준 커패시터를 포함하는 표준 공진기, 상기 표준 공진기와 직렬로 연결되고, 각각으로 인가되는 제어 전압에 응답하여 인덕턴스가 가변되는 적어도 하나의 전용 가변 인덕터, 상기 전용 가변 인덕터 각각과 병렬로 연결된 적어도 하나의 전용 공진 커패시터, 및 상기 제어 전압을 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 출원은 무선으로 전력을 송신하는 장치 및 시스템에 관한 것이다.
무선 전력 전송 (Wireless Power Transfer) 기술은 스마트폰을 비롯한 다양한 통신 기기 및 여러가지 가전 기기의 충전기 분야에 폭넓게 적용되고 있는 추세이며, 향후 전기 자동차 등에도 적용될 수 있는 등, 그 활용분야가 매우 넓은 기술이다.
무선 전력 전송 기술은 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 개발되고 있다. WPC(Wireless Power Consortium) 표준 방식에 따른 자기 유도 방식은 110kHz~205kHz의 주파수를 사용하고 있으며, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 방식에 따른 자기 공진 방식은 6.78MHz의 주파수를 사용하고 있다.
최근들어, 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 통합된 방식도 개발되고 있다. 예를 들면, 110kHz~250kHz의 주파수를 사용하는 자기 유도 방식에서 자기 공진 동작을 구현하여 원거리 무선충전을 구현하는 기술개발이 이루어지고 있다.
한편, 하나의 무선 전력 송신 장치를 이용하여 복수개의 무선 전력 수신 장치를 충전할 수도 있다. 그런데, 종래의 기술에 따르면, 복수개의 무선 전력 수신 장치들 중 선택된 일부만을 선택적으로 충전할 수 없었다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사용자의 요구 또는 사용자 인증에 따라 복수개의 무선 전력 수신 장치들 중 선택된 일부만을 충전할 수 있는 무선 전력 송신 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사용자의 요구 또는 사용자 인증에 따라 복수개의 무선 전력 수신 장치들 중 선택된 일부만을 충전할 수 있는 무선 전력 송신 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 표준 인덕터 및 상기 표준 인덕터와 병렬로 연결된 표준 커패시터를 포함하는 표준 공진기, 상기 표준 공진기와 직렬로 연결되고, 각각으로 인가되는 제어 전압에 응답하여 인덕턴스가 가변되는 적어도 하나 이상의 전용 가변 인덕터, 상기 전용 가변 인덕터 각각과 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 전용 공진 커패시터, 및 상기 제어 전압을 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템은 무선 전력 수신 장치가 접속하면, 상기 무선 전력 수신 장치의 인증 여부에 대한 정보 및 상기 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수에 대한 정보를 전송하는 외부 서버, 및 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 외부 서버와 접속하도록 지원하고, 상기 무선 전력 수신 장치가 인증된 경우 상기 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치를 포함하고, 상기 무선 전력 송신 장치는 표준 인덕터 및 상기 표준 인덕터와 병렬로 연결된 표준 커패시터를 포함하는 표준 공진기, 상기 표준 공진기와 직렬로 연결되고, 각각으로 인가되는 제어 전압에 응답하여 인덕턴스가 가변되는 적어도 하나 이상의 전용 가변 인덕터, 상기 전용 가변 인덕터 각각과 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 전용 공진 커패시터, 및 상기 제어 전압을 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 시스템은 다양한 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신함으로써, 복수개의 무선 전력 수신 장치들 중 선택된 일부로만 무선 전력을 전송할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송에 사용되는 공진 주파수의 변경을 위한 회로와 제어가 단순해지고, 실시간으로 공진 주파수의 동적 변경을 가능하게 한다. 또한, 이로 인해 복수개의 무선 전력 수신 장치들로 시분할 충전을 용이하게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 구비하는 무선 전력 전송 시스템의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 나타낸 본 발명의 무선 전력 송신 장치의 무선 전원 공급부의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3은 공통 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전원 공급부의 등가 회로도를 나타낸 도면이고, 도 4는 제1 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전원 공급부의 등가 회로도를 나타낸 도면이고, 도 5는 제2 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전원 공급부의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 실제 적용례를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역에 형성된 코일의 실시예의 평면을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역의 단면의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 상에 복수개의 무선 전력 수신 장치들이 위치한 것을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에서 무선 전력 송신 장치가 시분할 방식으로 무선 전력을 송신하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 나타낸 본 발명의 무선 전력 송신 장치의 무선 전원 공급부의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3은 공통 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전원 공급부의 등가 회로도를 나타낸 도면이고, 도 4는 제1 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전원 공급부의 등가 회로도를 나타낸 도면이고, 도 5는 제2 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전원 공급부의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 실제 적용례를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역에 형성된 코일의 실시예의 평면을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역의 단면의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 상에 복수개의 무선 전력 수신 장치들이 위치한 것을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에서 무선 전력 송신 장치가 시분할 방식으로 무선 전력을 송신하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 구비하는 무선 전력 전송 시스템의 실시예를 나타낸 도면으로서, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있으며, 추가적으로 외부 서버(300)가 더 구비될 수도 있다.
도 1에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
무선 전력 송신 장치(100)는 무선으로 전력을 공급한다. 무선 전력 송신 장치(100)는 외부로부터 전원을 인가받고, 상기 전원을 이용하여 무선 전력을 공급할 수 있다. 이때, 상기 무선 전력 송신 장치(100)는 상기 무선 전력의 공진 주파수를 가변시킬 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 송신 장치(100)는 다양한 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 전송할 수 있으며, 무선 전력의 공진 주파수를 동적으로 변경할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)가 공급한 무선 전력을 수신한다. 무선 전력 수신 장치(200)는 휴대폰, 스마트폰, 테블릿 PC 등 다양한 형태의 휴대용 단말 장치일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력을 수신하는 수신부를 구비할 수 있으며, 상기 수신부는 하나 또는 복수개의 공진 주파수들을 가질 수 있다. 상기 수신부가 복수개의 공진 주파수들을 가질 경우, 복수개의 공진 주파수들 중 적어도 하나는 다른 무선 전력 수신 장치의 수신부의 공진 주파수와 동일한 표준 공진 주파수일 수 있다.
상기 무선 전력 수신 장치(200)가 무선 전력 송신 장치(100)로부터 무선 전력을 수신하기 위해, 상기 무선 전력 수신 장치(200)는 사전에 사용자 인증 등의 과정을 거칠 수 있다. 예를 들면, 상기 무선 전력 수신 장치(200)는 상기 무선 전력 송신 장치(100)에 내장된 와이파이 장치를 통해 외부 서버(300)와 접속하고, 상기 외부 서버(300)가 인증 여부 및 인증된 무선 전력 수신 장치(200)의 공진 주파수를 상기 무선 전력 송신 장치(100)로 전송함으로써 상기 사용자 인증 과정이 수행될 수 있다. 상기 무선 전력 송신 장치(100)는 상술한 방법을 통하여 인증 여부를 알 수 있으며, 인증된 경우에만 상기 인증된 무선 전력 수신 장치(200)의 공진 주파수로 무선 전력을 공급함으로써, 인증받은 무선 전력 수신 장치(200)로만 무선 전력을 공급할 수 있다.
사용자 인증 과정은 상술한 방법 이외에 다양한 방법으로 수행될 수 있으며, 상기 외부 서버(300) 없이 수행될 수도 있다. 예를 들면, 상기 무선 전력 송신 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)가 인증된 기기인지 여부 및 무선 전력 수신 장치(200)의 공진 주파수를 판단하고, 인증된 기기라고 판단된 경우 상기 공진 주파수로 무선 전력을 공급할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 구성을 나타낸 도면으로서, 무선 전력 송신 장치(100)는 전원부(110), 무선 전원 공급부(120), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다. 상기 무선 전원 공급부(120)는 상기 전원부(110)로부터 공급 전원이 인가되는 단자와 접지 사이에 직렬로 연결된 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2), 상기 접지와 일단이 연결된 표준 인덕터(Lrc), 상기 표준 인덕터(Lrc)와 병렬로 연결된 표준 커패시터(Crc), 상기 제1 스위치(Q1)와 상기 제2 스위치(Q2)가 연결된 단자와 상기 표준 인덕터(Lrc)의 타단 사이에 연결된 복수개의 전용 가변 인덕터들(Lr1, Lr2, … LrN), 및 상기 복수개의 전용 가변 인덕터들(Lr1, Lr2, … LrN) 각각과 병렬로 연결된 복수개의 전용 커패시터들(Cr1, Cr2, … CrN)을 포함할 수 있다.
도 2에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
전원부(110)는 입력되는 전원을 공급 전원(Vdc)으로 변환하여 출력한다. 상기 입력되는 전원은 교류 전원일 수 있으며, 상기 공급 전원(Vdc)는 직류 전원일 수 있다. 전원부(110)는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
무선 전원 공급부(120)는 공급 전원(Vdc)을 입력하여 무선 전력을 발생시킨다.
무선 전원 공급부(120)의 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)는 하프 프리지 스위치를 구성한다. 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)는 제어부(130)로부터 인가되는 제어 신호들(con1, con2)에 응답하여 상보적으로 온/오프 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
복수개의 전용 가변 인덕터들(Lr1, Lr2, … LrN) 각각의 인덕턴스는 제어부(130)로부터 인가되는 제어 전압들(V1, V2, … VN) 각각에 따라 가변된다. 복수개의 전용 가변 인덕터들(Lr1, Lr2, … LrN) 각각은 1차 코일과, 상기 1차 코일과 자기적으로 결합되고, 상기 제어 전압들(V1, V2, … VN) 중 대응되는 제어 전압이 인가되는 2차 코일을 포함할 수 있다. 이 때, 복수개의 전용 가변 인덕터들(Lr1, Lr2, … LrN) 각각의 1차 코일들이 직렬로 연결될 수 있다. 상기 2차 코일은 상기 1차 코일에 추가적으로 와인딩된 코일일 수 있다. 다시 말하면, 복수의 전용 가변 인덕터들(Lr1, Lr2, … LrN) 각각은, 마그네틱 코어에 1차 코일과 2차 코일이 와인딩된 형태일 수 있다. 이 경우, 제어 전압이 2차 코일에 인가되면, 마그네틱 코어에 상기 제어 전압에 의한 DC 바이어스 자속(magnetic flux)이 형성된다. DC 바이어스 자속에 의해, 1차 코일에 의해 마그네틱 코어에 형성될 수 있는 자속(magnetic flux)의 양이 제한된다. 즉, 전용 가변 인덕터의 인덕턴스(가변 인덕터의 1차 코일 양단에서 바라본 인덕턴스)가 감소하게 된다. 즉, 제어 전압이 0V인 경우에 전용 가변 인덕터의 인덕턴스는 최대값을 가지며, 마그네틱 코어를 포화시킬 수 있는 DC 바이어스 자속을 형성하는 제어 전압이 인가되는 경우에 전용 가변 인덕터의 인덕턴스는 0이 된다. 무선 전원 공급부(120)의 구체적 동작은 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술한다.
제어부(130)는 상기 제어 신호들(con1, con2) 및 상기 제어 전압들(V1, V2, … VN)을 출력한다. 구체적으로 제어부(130)는 전송할 무선 전력의 공진 주파수를 결정하고, 결정된 공진 주파수에 따라 상기 제어 전압들(V1, V2, … VN)을 출력한다. 또한, 상기 제어 전압들(V1, V2, … VN)에 따라 결정된 상기 무선 전력의 공진 주파수에 연동되는 스위칭 주파수로 상기 제1 스위치(Q1) 및 상기 제2 스위치(Q2)를 상보적으로 온/오프 시키도록 상기 제어 신호들(con1, con2)을 출력한다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 나타낸 본 발명의 무선 전력 송신 장치(100)의 무선 전원 공급부(120)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3은 공통 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 무선 전원 공급부(120)의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
공통 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 제어부(130)는 복수개의 전용 가변 인덕터들(Lr1, Lr2, … LrN) 각각의 인덕턴스가 모두 0이 되도록 제어 전압들(V1, V2, … VN)을 출력한다. 이 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 복수개의 전용 가변 인덕터들(Lr1, Lr2, … LrN) 및 복수개의 전용 커패시터들(Cr1, Cr2, … CrN) 모두 회로에 아무런 영향을 미치지 못하게 되며, 따라서 공진 주파수는 표준 인덕터(Lrc) 및 표준 커패시터(Crc)에 의해 결정된다. 따라서, 공진 주파수가 공통 공진 주파수가 되도록 상기 표준 인덕터(Lrc) 및 상기 표준 커패시터(Crc)의 크기를 결정함으로써, 무선 전력 송신 장치(100)는 공통 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 수 있다.
도 4는 제1 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 무선 전원 공급부(120)의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
제1 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 제어부(130)는 제1 전용 가변 인덕터(Lr1)는 제1 인덕턴스를 가지고, 제1 전용 가변 인덕터(Lr1)를 제외한 나머지 전용 가변 인덕터들(Lr2, … LrN) 각각의 인덕턴스가 모두 0이 되도록 제어 전압들(V1, V2, … VN)을 출력한다. 이 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 전용 가변 인덕터(Lr1)를 제외한 나머지 전용 가변 인덕터들(Lr2, … LrN) 및 제1 전용 커패시터(Cr1)를 제외한 나머지 전용 커패시터들(Cr2, … CrN)은 모두 회로에 아무런 영향을 미치지 못하게 되며, 따라서 공진 주파수는 상기 제1 전용 가변 인덕터(Lr1), 상기 제1 전용 커패시터(Cr1), 상기 표준 인덕터(Lrc) 및 상기 표준 커패시터(Crc)에 의해 결정된다. 따라서, 공진 주파수가 제1 개별 공진 주파수가 되도록 상기 제1 전용 가변 인덕터(Lr1), 상기 제1 전용 커패시터(Cr1), 상기 표준 인덕터(Lrc) 및 상기 표준 커패시터(Crc)의 크기를 결정함으로써, 무선 전력 송신 장치(100)는 제1 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 수 있다.
도 5는 제2 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 무선 전원 공급부(120)의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
제2 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 때, 제어부(130)는 제2 전용 가변 인덕터(Lr2)는 제2 인덕턴스를 가지고, 제2 전용 가변 인덕터(Lr2)를 제외한 나머지 전용 가변 인덕터들(Lr1, … LrN) 각각의 인덕턴스가 모두 0이 되도록 제어 전압들(V1, V2, … VN)을 출력한다. 이 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 전용 가변 인덕터(Lr2)를 제외한 나머지 전용 가변 인덕터들(Lr1, … LrN) 및 제2 전용 커패시터(Cr2)를 제외한 나머지 전용 커패시터들(Cr1, … CrN)은 모두 회로에 아무런 영향을 미치지 못하게 되며, 따라서 공진 주파수는 상기 제2 전용 가변 인덕터(Lr2), 상기 제2 전용 커패시터(Cr2), 상기 표준 인덕터(Lrc) 및 상기 표준 커패시터(Crc)에 의해 결정된다. 따라서, 공진 주파수가 제2 개별 공진 주파수가 되도록 상기 제2 전용 가변 인덕터(Lr2), 상기 제2 전용 커패시터(Cr2), 상기 표준 인덕터(Lrc) 및 상기 표준 커패시터(Crc)의 크기를 결정함으로써, 무선 전력 송신 장치(100)는 제2 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)의 구성을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)는 수신부(210) 및 정류부(220)를 포함할 수 있으며, 충전지(230)를 더 포함할 수도 있다.
도 6에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
수신부(210)는 2개의 코일들(L1, L2)과 2개의 커패시터들(C1, C2)을 포함하며, 무선 전력 송신 장치(100) 로부터 전송된 무선 전력을 수신한다. 상기 코일들과 커패시터의 개수는 변경될 수 있다. 본 실시예의 2개의 코일들(L1, L2)은 2개의 커패시터들(C1, C2) 각각과 직렬로 연결될 수 있으며, 직렬로 연결된 코일과 커패시터들((L1, C1), (L2, C2)) 각각은 공진 회로를 구성할 수 있다. 예를 들어, 수신부(210)는 2개의 서로 다른 공진 주파수들(
,
)을 가질 수 있다. 상기 공진 주파수들 중 하나(fr1)는 개별 공진 주파수일 수 있으며, 다른 하나(frc)는 공통 공진 주파수일 수 있다. 상기 개별 공진 주파수는 무선 전력 수신 장치가 다른 무선 전력 수신 장치와 구별되어 가지는 고유의 주파수를 의미하며, 공통 공진 주파수는 복수개의 무선 전력 수신 장치가 공동으로 가지는 하나의 주파수를 의미한다.
정류부(220)는 수신부(210)에서 수신한 무선 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환할 수 있다. 정류부(220)는 경우에 따라 상기 직류 전력의 전압을 승압 또는 감압할 수도 있다.
충전지(230)는 상기 정류부(220)로부터 직류 전력을 공급받아 에너지를 저장한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)의 실제 적용례를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 무선 전력 수신 장치(200)는 회로 및 전자 부품등이 실장되는 제1 영역(240)과 코일 등이 형성되는 제2 영역(250)을 포함하는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200, 도 6 참조)의 정류부(220, 도 6 참조)는 상기 제1 영역(240)에 배치될 수 있다. 정류부(220, 도 6 참조)는 하나의 칩 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200, 도 6 참조)의 수신부(210, 도 6 참조)의 제1 코일(L1) 및 제2 코일(L2) 는 제2 영역(250)에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200, 도 6 참조)의 수신부(210, 도 6 참조)의 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 제1 영역(240)에 배치될 수도 있으며, 제2 영역(250)에 형성될 수도 있다. 상기 제1 커패시터(C1) 및 상기 제2 커패시터(C2)가 제2 영역(250)에 형성될 경우, 상기 제1 커패시터(C1) 및 상기 제2 커패시터(C2)는 상기 인쇄 회로 기판 내부에 임베딩(embedding)되는 형태로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)의 제2 영역에 형성된 코일의 실시예의 평면을 나타낸 도면이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 코일(L1)은 동일한 인쇄 회로 기판 표면에 배치되는 제2 코일(L2)과 간격(d)을 가지고 내측에 배치될 수 있다. 도 8에서는 제1 코일(L1)이 제2 코일(L2)의 내경의 내측에, 제2 코일(L2)이 제1 코일(L1)의 외경의 외측에 배치되는 경우를 도시하였으나, 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2)의 배치 위치는 변경될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2)은 동일한 PCB 기판 표면에 좌우로 병렬 배치될 수도 있으며, 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2) 각각이 서로 다른 인쇄 회로 기판의 레이어, 예를 들면, 인쇄 회로 기판의 일면과 타면에 배치될 수도 있다.
또한, 도 8에서는 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2)가 원형인 경우를 예시하였으나, 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2)의 형상은 특별히 제한되지 않는다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역의 단면의 실시예를 나타낸 도면으로서, 무선 전력 수신 장치(200)의 제2 영역(250)에 형성된 커패시터의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 영역(250)에는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)가 배치될 수 있으며, 이 경우, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 PCB 내부에 임베딩되는 형태로 구현될 수 있다. 임베딩된 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 비아홀들(via)을 통하여 제1 코일(L1)과 정류부(220, 도 6 참조) 사이 및 제2 코일(L2)과 정류부(220, 도 6 참조) 사이 각각에 배치될 수 있다. 제1 커패시터(C1)가 제1 코일(L1)과 직렬로, 제2 커패시터(C2)가 제2 코일(L2)과 직렬로 연결되는 것을 전제로, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 위치는 특별히 제한되지 않는다.
또한, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 제1 영역(240)에 배치될 수도 있으며, 이 경우, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 제2 영역(250)에서 제외될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100) 상에 복수개의 무선 전력 수신 장치들(200-1, 200-2)이 위치한 것을 나타낸 도면이다.
복수개의 무선 전력 수신 장치들(200-1, 200-2) 각각은 도 6에 나타낸 것과 동일한 구성을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)는 제1 개별 공진 주파수(fr1)와 공통 공진 주파수(frc)를 가지는 수신부를 포함할 수 있으며, 제2 무선 전력 수신 장치(200-2)는 제2 개별 공진 주파수(fr2)와 공통 공진 주파수(frc)를 가지는 수신부를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 다양한 방법으로 복수개의 무선 전력 수신 장치들(200-1, 200-2) 중 선택된 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 공급하거나, 복수개의 무선 전력 수신 장치들(200-1, 200-2) 모두로 무선 전력을 공급할 수 있다.
예를 들면, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1) 만이 인증되고, 제2 무선 전력 수신 장치(200-2)는 인증되지 않은 경우, 무선 전력 송신 장치(100)는 제1 개별 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력을 전송함으로써, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)에만 무선 전력을 공급할 수 있다.
만일, 제2 무선 전력 수신 장치(200-2) 만이 인증되고, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)는 인증되지 않은 경우, 무선 전력 송신 장치(100)는 제2 개별 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력을 전송함으로써, 제2 무선 전력 수신 장치(200-2)에만 무선 전력을 공급할 수 있다.
제1 무선 전력 수신 장치(200-1)와 제2 무선 전력 수신 장치(200-2) 모두 인증된 경우, 무선 전력 송신 장치(100)는 공통 공진 주파수(frc)를 가지는 무선 전력을 전송함으로써, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)와 제2 무선 전력 수신 장치(200-2) 모두로 무선 전력을 공급할 수 있다.
또는, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)와 제2 무선 전력 수신 장치(200-2) 모두 인증된 경우, 무선 전력 송신 장치(100)는 제1 개별 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력과 제2 개별 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력을 시분할 방식으로 전송함으로써, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)와 제2 무선 전력 수신 장치(200-2) 모두로 무선 전력을 공급할 수도 있다.
도 11은 도 10에서, 시분할 방식으로 무선 전력이 전송되는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 도 11의 (a)는 무선 전력 송신 장치(100)가 송신하는 무선 전력의 공진 주파수를, (b)는 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)가 수신하는 무선 전력의 공진 주파수를, (c)는 제2 무선 전력 수신 장치(200-2)가 수신하는 무선 전력의 공진 주파수를 각각 나타낸 것이다.
시분할 방식으로 무선 전력이 전송되는 경우, 무선 전력 송신 장치(100)는 제1 시간 동안 제1 개별 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력을 송신하고, 제2 시간 동안 제2 개별 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력을 송신할 수 있다. 이 때, 상기 제1 시간과 제2 시간은 동일할 수도 있으나, 도 11에 도시된 바와 같이 상이할 수도 있다.
예를 들면, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)의 우선 순위가 제2 무선 전력 수신 장치(200-2)의 우선 순위보다 높다면, 제1 무선 전력 수신 장치(200-1)로 무선 전력이 공급되는 시간(제1 시간)이 제2 무선 전력 수신 장치(200-2)로 무선 전력이 공급되는 시간(제2 시간)보다 길게 설정될 수 있다. 무선 전력 수신 장치의 우선 순위는 무선 전력 수신 장치의 배터리의 충전 정도나, 무선 전력 수신 장치의 사용자의 등급, 및 무선 전력 수신 장치의 온도 중 적어도 하나 이상에 기초하여 결정될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 무선 전력 송신 장치 200: 무선 전력 수신 장치
300: 외부 서버 110: 전원부
120 : 무선 전원 공급부 130 : 제어부
210 : 수신부 220 : 정류부
230 : 충전지
300: 외부 서버 110: 전원부
120 : 무선 전원 공급부 130 : 제어부
210 : 수신부 220 : 정류부
230 : 충전지
Claims (19)
- 표준 인덕터 및 상기 표준 인덕터와 병렬로 연결된 표준 커패시터를 포함하는 표준 공진기;
상기 표준 공진기와 직렬로 연결되고, 각각으로 인가되는 제어 전압에 응답하여 인덕턴스가 가변되는 적어도 하나 이상의 전용 가변 인덕터;
상기 전용 가변 인덕터 각각과 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 전용 공진 커패시터; 및
상기 제어 전압을 출력하는 제어부를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
입력되는 전원을 공급 전원으로 변환하여 출력하는 전원부;
상기 공급 전원이 인가되는 단자와 접지 사이에 직렬로 연결된 제1 스위치와 제2 스위치를 포함하고,
상기 표준 인덕터와 상기 전용 가변 인덕터는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 연결된 단자와 상기 접지 사이에 연결되는 무선 전력 송신 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 제어하는 제어 신호들을 추가적으로 출력하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 상보적으로 온/오프 스위칭 동작을 수행하는 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전용 가변 인덕터 각각은
1차 코일;
상기 1차 코일과 자기적으로 결합되고, 상기 제어 전압이 인가되는 2차 코일을 포함하고,
상기 적어도 하나 이상의 전용 가변 인덕터의 1차 코일이 상기 표준 인덕터와 직렬로 연결되는 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는
상기 무선 전력 송신 장치가 공통 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신하는 경우, 상기 전용 가변 인덕터 각각의 인덕턴스가 모두 0이 되도록 상기 제어 전압을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는
상기 무선 전력 송신 장치가 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신하는 경우, 상기 전용 가변 인덕터 중 하나를 제외한 나머지 전용 가변 인덕터의 인덕턴스가 모두 0이 되도록 상기 제어 전압들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는
인증된 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수에 따라 상기 제어 전압들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 제어부는
제1 개별 공진 주파수를 가지는 제1 무선 전력 수신 장치와 제2 개별 공진 주파수를 가지는 제2 무선 전력 수신 장치가 인증된 경우, 제1 시간 동안 상기 제1 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력이 송신되도록 상기 제어 전압들을 출력하고, 제2 시간 동안 상기 제2 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력이 송신되도록 상기 제어 전압을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 무선 전력 수신 장치의 우선 순위가 상기 제2 무선 전력 수신 장치의 우선 순위보다 높은 경우, 상기 제1 시간을 상기 제2 시간보다 길게 설정하는 무선 전력 송신 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 무선 전력 수신 장치 및 상기 제2 무선 전력 수신 장치 각각의 사용자 등급, 배터리 충전 정도, 및 온도 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 우선 순위를 결정하는 무선 전력 송신 장치.
- 무선 전력 수신 장치가 접속하면, 상기 무선 전력 수신 장치의 인증 여부에 대한 정보 및 상기 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수에 대한 정보를 전송하는 외부 서버; 및
상기 무선 전력 수신 장치가 상기 외부 서버와 접속하도록 지원하고, 상기 무선 전력 수신 장치가 인증된 경우 상기 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치를 포함하고,
상기 무선 전력 송신 장치는
표준 인덕터 및 상기 표준 인덕터와 병렬로 연결된 표준 커패시터를 포함하는 표준 공진기;
상기 표준 공진기와 직렬로 연결되고, 각각으로 인가되는 제어 전압에 응답하여 인덕턴스가 가변되는 적어도 하나 이상의 전용 가변 인덕터;
상기 전용 가변 인덕터 각각과 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 전용 공진 커패시터; 및
상기 제어 전압을 출력하는 제어부를 포함하는 무선 전력 송신 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
와이파이 장치를 포함하고, 상기 무선 전력 수신 장치는 상기 와이파이 장치를 통해 상기 외부 서버와 접속하는 무선 전력 송신 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 전용 가변 인덕터들 각각은
1차 코일;
상기 1차 코일과 자기적으로 결합되고, 상기 제어 전압이 인가되는 2차 코일을 포함하고,
상기 전용 가변 인덕터의 1차 코일이 상기 표준 인덕터와 직렬로 연결되는 무선 전력 송신 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 제어부는
상기 무선 전력 송신 장치가 공통 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신하는 경우, 상기 전용 가변 인덕터의 인덕턴스가 모두 0이 되도록 상기 제어 전압들을 출력하는 무선 전력 송신 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 제어부는
상기 무선 전력 송신 장치가 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 송신하는 경우, 상기 전용 가변 인덕터 중 하나를 제외한 나머지 전용 가변 인덕터의 인덕턴스가 모두 0이 되도록 상기 제어 전압을 출력하는 무선 전력 송신 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 제어부는
인증된 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수에 따라 상기 제어 전압을 출력하는 무선 전력 송신 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 제어부는
제1 개별 공진 주파수를 가지는 제1 무선 전력 수신 장치와 제2 개별 공진 주파수를 가지는 제2 무선 전력 수신 장치가 인증된 경우, 제1 시간 동안 상기 제1 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력이 송신되도록 상기 제어 전압들을 출력하고, 제2 시간 동안 상기 제2 개별 공진 주파수를 가지는 무선 전력이 송신되도록 상기 제어 전압을 출력하는 무선 전력 송신 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 무선 전력 수신 장치의 우선 순위가 상기 제2 무선 전력 수신 장치의 우선 순위보다 높은 경우, 상기 제1 시간을 상기 제2 시간보다 길게 설정하는 무선 전력 송신 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 외부 서버는
상기 제1 무선 전력 수신 장치 및 상기 제2 무선 전력 수신 장치 각각의 사용자 등급, 배터리 충전 정도, 및 온도 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 우선 순위를 결정하고, 결정된 우선 순위에 대한 정보를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 시스템.
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