KR101781650B1 - 무선 다중 충전을 위한 방법 및 전력 송신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른, 전력을 무선으로 송신하는 전력 송신기에 의한 무선 다중 충전 방법은, 제1 전력 수신기를 감지하는 단계와; 상기 제1 전력 수신기가 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키는 단계와; 제2 전력 수신기를 감지하는 단계와; 상기 제1 전력 수신기의 충전이 중지되도록 송신 전력을 감소시키는 단계와; 상기 제1 및 제2 전력 수신기가 동시에 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키는 단계를 포함한다.

Description

무선 다중 충전을 위한 방법 및 전력 송신기{WIRELESS POWER MULTI-CHARGE METHOD AND POWER TRANSMITTER}
본 발명은 무선 충전 방법에 관한 것으로서, 특히 다중 무선 충전을 위한 전력 송신기 및 방법에 관한 것이다.
종래에 따른 공진 방식의 무선 충전 시스템은 제1 공진기를 구비하는 전력 송신기와 제2 공진기를 구비하는 전력 수신기를 포함한다. 상기 제1 공진기에 의해 발생한 RF 필드(radiofrequency filed) 내에 상기 제2 공진기가 위치하면, 상기 제2 공진기가 상기 RF 필드를 흡수하면서 전력 전달이 이루어진다.
상기 전력 송신기가 상기 전력 수신기(이하, 제1 전력 수신기)를 무선 충전하는 동안에, 제2 전력 수신기가 상기 전력 송신기의 충전 가능 영역(즉, RF 필드의 강도가 기설정된 임계값 이상인 유효 RF 필드 영역) 내에 진입하면, 상기 전력 송신기의 송신 전력이 상기 제1 및 제2 전력 수신기를 충전하기에 충분함에도 불구하고, RF 필드의 대부분을 상기 제1 전력 수신기가 흡수하기 때문에, 상기 제2 전력 수신기를 충전할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
본 발명의 특정 실시 예들의 목적은 종래기술과 관련된 문제점들 및/또는 단점들 중의 적어도 하나를 적어도 부분적으로 해결, 경감 또는 제거하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 제1 전력 수신기를 무선 충전하는 도중에 제2 전력 수신기의 동시 충전이 요구된 경우에, 상기 제1 및 제2 전력 수신기를 동시에 균일하게 충전할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 제1 전력 수신기를 무선 충전하는 도중에 제2 전력 수신기의 동시 충전이 요구된 경우에, 상기 제1 및 제2 전력 수신기를 동시에 균일하게 충전하면서도, 상기 제1 전력 수신기가 충전이 중단된 것으로 인식하지 않도록 하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른, 전력을 무선으로 송신하는 전력 송신기에 의한 무선 다중 충전 방법은, 제1 전력 수신기를 감지하는 단계와; 상기 제1 전력 수신기가 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키는 단계와; 제2 전력 수신기를 감지하는 단계와; 상기 제1 전력 수신기의 충전이 중지되도록 송신 전력을 감소시키는 단계와; 상기 제1 및 제2 전력 수신기가 동시에 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 무선 다중 충전을 위한 전력 송신기는, RF 필드를 생성하고, 상기 RF 필드를 통해 제1 및 제2 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 공진기와; 상기 제1 및 제2 전력 수신기를 감지하는 센서부와; 상기 제1 전력 수신기가 감지되면, 상기 제1 전력 수신기가 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키고, 상기 제2 전력 수신기가 감지되면, 상기 제1 전력 수신기의 충전이 중지되도록 송신 전력을 감소시키고, 상기 제1 및 제2 전력 수신기가 동시에 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키도록 구성된 제어부를 포함한다.
본 발명은 제1 전력 수신기가 충전 중일 때, 전력 송신기에 제2 또는 제3의 전력 수신기가 탑재되어도 충전을 시작할 수 있도록 제1 전력 수신기가 흡수하고 있는 RF 필드를 해제함과 동시에 제1 전력 수신기의 충전이 끊어지지 않고 지속적으로 충전이 되도록 한다.
즉, 본 발명은 다중 충전 시작 시에 짧은 시간 동안 RF 필드를 줄여 줌에 따라 RF 필드를 리셋시켜주는 효과를 발생시킴으로써 RF 필드를 다시 배분하여 멀티 충전이 원활히 시작될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 전력 송신기가 제1 전력 수신기를 충전하는 중에 제2, 제3의 전력 수신기가 탑재될 경우, 충전이 잘 시작될 수 있도록 RF 필드를 해제하면서도 제1 전력 수신기의 충전이 중지되는 것을 사용자 인터페이스(user interface: UI)에 표시되지 않도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 다중 충전 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 다중 충전 방법을 나타내는 흐름도,
도 3 내지 도 5는 충전 중지 및 제2 충전 단계를 설명하기 위한 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 다중 충전 방법을 나타내는 신호 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예들에서 제1, 제2 등과 같은 서수를 사용하고 있으나, 이는 단지 실질적으로 동일한 기능 또는 절차를 수행하는 동일한 명칭의 소자들 또는 단계들을 서로 구분하기 위한 것이고, 그 순서는 임의로 정할 수 있으며, 후순위의 소자 또는 단계에 대해 선행하는 설명을 준용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 다중 충전 시스템을 나타내는 도면이다. 상기 무선 다중 충전 시스템(10)은 전력 송신기(TX, 100) 및 전력 수신기(RX, 200)를 포함한다.
상기 전력 송신기(100)는, 전력 공급부(110), 구동부(120), 제1 공진기(130), 제1 센서부(140), 제1 통신부(150), 제1 표시부(160), 제1 제어부(170) 및 제1 메모리(180)를 포함한다.
상기 전력 공급부(110)는 외부 전원과 연결되고, 상기 외부 전원과의 연결 상태(온/오프, 인가 전압 등)를 나타내는 신호를 상기 제1 제어부(170)로 출력하고, 상기 제1 제어부(170)의 제어에 따른 전력(전압 및/또는 전류)을 상기 구동부(120)에 공급한다. 본 예와 다르게, 상기 전력 공급부(110)는 미리 설정된 레벨의 전력을 상기 구동부(120)에 공급할 수도 있다.
상기 구동부(120)는 상기 제1 제어부(170)의 제어에 따라 상기 전력 공급부(110)로부터 공급된 전력을 변환 또는 조절하여 상기 제1 공진기(130)를 위한 구동 신호를 생성하고, 상기 생성된 구동 신호를 상기 제1 공진기(130)로 출력한다. 상기 구동 신호는 일정한 주기를 갖는 펄스, 사인파 등일 수 있다.
상기 제1 공진기(130)는 상기 구동 신호에 따른 RF 필드를 생성한다. 상기 제1 공진기(130)는 평판 형태를 가질 수 있으며, 상기 제1 공진기(130)의 표면상의 RF 필드 세기는 전체적으로 균일한 분포를 나타내거나, 그 중앙부에서 약하고 그 주변부에서 강한 분포를 나타낼 수 있다.
상기 제1 센서부(140)는 상기 제1 공진기(130)의 충전 가능 영역 내에 전력 수신기(200)가 위치하는지의 여부를 감지하고, 그 감지 정보를 상기 제1 제어부(170)로 출력한다. 상기 제1 센서부(140)는 상기 구동부(120) 내 로드 임피던스(load impedance) 값의 변화, 상기 제1 공진기(130)의 공진 주파수 값의 변화, 또는 RF 필드의 변화에 따라 변동하는 상기 구동부(120) 또는 상기 제1 공진기(130) 내 신호(예를 들어, 상기 제1 공진기(130)에 제공되는 주기적인 펄스의 파형 변화)를 측정하고, 그 변화 값이 기설정된 임계값 이상인 경우에 상기 충전 가능 영역 내에 전력 수신기(200)가 위치하는 것으로 판단하고, 그 판단 결과를 상기 제1 제어부(170)로 출력한다. 본 예와 다르게, 상기 제1 센서부(140)는 상기 로드 임피던스 값, 공진 주파수 값 또는 기타 신호 값, 또는 그 변화 값에 대한 정보를 상기 제1 제어부(170)로 출력하고, 이러한 측정 대상이 되는 신호의 변화 값이 기설정된 임계값 이상인 경우에, 상기 제1 제어부(170)가 상기 충전 가능 영역 내에 전력 수신기(200)가 위치하는 것으로 판단할 수도 있다.
상기 제1 통신부(150)는 상기 제1 제어부(170)로부터 입력된 하향 데이터 신호를 상기 전력 수신기(200)로 무선 전송하고, 상기 전력 수신기(200)로부터 무선 수신된 상향 데이터 신호를 상기 제1 제어부(170)로 출력한다. 이때, 상향 및 하향 데이터 신호의 각각은 헤더(header) 및 페이로드(payload)의 기본 구성을 갖는 메시지, 패킷 또는 프레임의 포맷을 갖는다. 상기 각 데이터 신호는 무선 충전을 위한 정보를 나타낸다. 상기 제1 통신부(150)는 지그비(Zigbee), 근거리 무선 통신(Near Field Communication: NFC), 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wifi) 또는 RFID(Radio-Frequency Identification) 등의 전력 전달을 위한 주파수가 아닌 다른 외부 주파수를 사용하는 아웃밴드(out-band) 통신 장치(또는 모듈) 또는 전력 송신에 사용되는 주파수를 변조하여 통신을 하는 인밴드(inband) 통신 장치일 수 있다.
상기 제1 표시부(160)는 상기 제1 제어부(170)의 제어에 따라 전력 공급 상태, 충전 상태, 에러 상황, 충전되고 있는 전력 수신기의 개수 등을 사용자에게 표시한다. 상기 제1 표시부(160)로는 터치스크린, LCD(liquid crystal display), LED 어레이(light emitting diode array) 등을 사용할 수 있다.
상기 제1 제어부(170)는 상기 제1 센서부(140)로부터 수신한 정보, 상기 전력 수신기(200)와의 통신을 통해 획득한 정보 등에 근거하여, 상기 구동부(120)(및 전력 공급부(110))를 제어하여 상기 제1 공진기(130)를 통해 상기 전력 수신기(200)로 전달되는 송신 전력을 조절한다. 상기 제1 제어부(170)는 상기 전력 송신기(100) 내 다른 구성 소자들을 제어함으로써, 후술하는 전반적인 기능들 또는 단계들을 수행한다.
상기 제1 메모리(180)는 충전을 위해 상기 전력 수신기(200)로 전송할 정보, 상기 전력 수신기(200)로부터 수신한 정보, 충전 가능한 전력 수신기들에 대한 식별 정보를 나타내는 데이터베이스 등을 저장한다. 상기 제1 메모리(180)는 SSD(Solid State Disk), 플래시 메모리 카드(flash memory card), ROM(Read Only Memory) 등과 같은 비휘발성 메모리(Non- Volatile Memory: NVM), RAM(Random Access Memory) 등과 같은 휘발성 메모리 등일 수 있다.
상기 전력 수신기(200)는, 제2 공진기(210), 전력 변환부(220), 제2 센서부(230), 제2 통신부(240), 제2 표시부(250), 제2 제어부(260) 및 제2 메모리(270)를 포함한다.
상기 제2 공진기(210)는 상기 전력 송신기(100)의 RF 필드를 흡수함으로써 전력 신호를 생성한다. 즉, 상기 제2 공진기(210)는 상기 제1 공진기(130)에 의해 발생한 RF 필드 내에 위치함으로써, 상기 RF 필드를 흡수하면서 전력을 전달받는다. 상기 제2 공진기(210)는 평판 형태를 가질 수 있다.
상기 전력 변환부(220)는 충전될 대상 기기(휴대폰, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어 등과 같은 휴대용 통신 단말)와 연결되고, 상기 전력 신호를 상기 대상 기기의 충전을 위한 충전 전압으로 변환하고, 상기 충전 전압을 상기 대상 기기에 제공한다. 상기 전력 변환부(220)는 상기 대상 기기의 충전 상태를 나타내는 신호를 상기 제2 제어부(260)로 출력한다.
상기 제2 센서부(230)는 상기 제1 공진기(130)의 충전 가능 영역 내에 상기 전력 수신기(200)가 위치하는지의 여부를 감지하고, 그 감지 정보를 상기 제2 제어부(260)로 출력한다. 상기 제2 센서부(230)는 상기 제2 공진기(210)의 공진 주파수 값의 변화 또는 상기 제2 공진기(210)의 출력 변화를 측정하고, 그 변화 값이 기설정된 임계값 이상인 경우에 상기 충전 가능 영역 내에 상기 전력 수신기(200)의 제2 공진기(210)가 위치하는 것으로 판단하고, 그 판단 결과를 상기 제2 제어부(260)로 출력한다. 본 예와 다르게, 상기 제2 센서부(230)는 상기 공진 주파수 값 또는 상기 제2 공진기(210)의 출력 값, 또는 그 변화 값에 대한 정보를 상기 제2 제어부(260)로 출력하고, 이러한 측정 대상이 되는 신호의 변화 값이 기설정된 임계값 이상인 경우에, 상기 제2 제어부(260)가 상기 충전 가능 영역 내에 상기 전력 수신기(200)가 위치하는 것으로 판단할 수도 있다.
상기 제2 통신부(240)는 상기 제2 제어부(260)로부터 입력된 상향 데이터 신호를 상기 전력 송신기(100)로 무선 전송하고, 상기 전력 송신기(100)로부터 무선 수신된 하향 데이터 신호를 상기 제2 제어부(260)로 출력한다. 상기 각 데이터 신호는 무선 충전을 위한 정보를 나타낸다. 상기 제2 통신부(240)는 상기 제1 통신부(150)의 통신 방식(사용 주파수, 프로토콜 등을 포함)으로 작동 가능한 통신 장치이다. 상기 제1 및 제2 통신부(150, 240)의 통신 방식은 양자의 협의, 상기 제1 통신부(150) 측의 통지 또는 선택에 의하거나, 미리 설정된 것일 수 있다.
상기 제2 표시부(250)는 상기 제2 제어부(260)의 제어에 따라 충전 상태, 에러 상황 등을 사용자에게 표시한다. 상기 제2 표시부(250)로는 터치스크린, LCD, LED 어레이 등을 사용할 수 있다.
상기 제2 제어부(260)는 상기 제2 센서부(230)로부터 수신된 정보, 상기 전력 송신기(100)와의 통신을 통해 획득한 정보 등에 근거하여, 상기 대상 기기의 충전을 수행하고, 상기 제2 통신부(240)를 통해 요구되는 전력 등의 정보를 상기 전력 송신기(100)로 송신한다. 상기 제2 제어부(260)는 상기 전력 수신기(200) 내 다른 구성 소자들을 제어함으로써, 후술하는 전반적인 기능들 또는 단계들을 수행한다.
상기 제2 메모리(270)는 충전을 위해 상기 전력 송신기(100)로 전송할 정보, 상기 전력 송신기(100)로부터 수신한 정보 등을 저장한다. 상기 제2 메모리(270)는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리 등일 수 있다.
상기 전력 수신기(200)는 이하의 설명에서 제1 전력 수신기(RX1)라고 칭한다.
도 2은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 다중 충전 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 3 내지 도 5는 충전 중지 및 제2 충전 단계를 설명하기 위한 도면이다. 제2 전력 수신기(300)는 도 1에 도시된 제1 전력 수신기(200)와 동일한 구성을 갖는다.
상기 방법은 검색 단계(Detection Step, S110), 제1 등록 단계(Registration Step, S120), 제1 충전 설정 단계(Configuration Step, S130), 제1 충전 단계(Charge Step, S140), 발견 단계(Discovery Step, S150), 제2 등록 단계(S160), 제2 충전 설정 단계(S170), 충전 중지 단계(Charge Pause Step, S180) 및 제2 충전 단계(S190)를 포함한다.
상기 검색 단계(S110)에서, 전력 송신기(100)는 제1 공진기(130)에 낮은 파워를 갖는 펄스를 주기적으로 공급하면서, 상기 제1 공진기(130)에 걸리는 부하(load)를 모니터링(monitoring)하고, 부하에 변화가 발생하면 상기 전력 송신기(100)의 충전 가능 영역 내에 충전하려는 물체(즉, 상기 제1 전력 수신기(200))가 진입한 것으로 감지한다. 상기 제1 전력 수신기(200)가 감지되면, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 제1 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제1 전력 수신기(200)에 통신이 가능한 정도의 전력을 공급한다. 본 예에서, 상기 전력 송신기(100)는, 불필요한 전력 소모를 피하기 위해, 상기 제1 전력 수신기(200)가 감지된 이후에 상기 기설정된 제1 전력 레벨(즉, 통신 전력 레벨)로 송신 전력을 증가시키는 것으로 예시하고 있으나, 상기 전력 송신기(100)는 상기 모니터링 단계에서부터 제1 전력 레벨로 전력을 송신할 수도 있다. 또한, 위 예들과 다르게, 실제로 통신을 위한 전력량이 크지 않고 사용 목적에 따라 이러한 통신 전력의 제공이 필요치 않은 경우도 있기 때문에, 상기 전력 송신기(100)는 통신을 위한 전력 자체를 제공하지 않을 수도 있다.
상기 제1 등록 단계(S120)에서, 상기 제1 전력 수신기(200)는 상기 전력 송신기(100)에게 충전을 위한 등록을 요청하고, 상기 전력 송신기(100)는 상기 제1 전력 수신기(200)로부터 수신한 제1 식별 정보를 분석하고, 그 분석 결과가 기설정된 기준에 부합하는 경우에, 상기 제1 전력 수신기(200)의 등록을 허가한다. 예를 들어, 상기 기설정된 기준은 제조사, 제품, 보안 등과 관련된 기준일 수 있고, 구체적으로 제조사가 일치하는 경우에만 등록을 허가할 수 있다.
상기 제1 충전 설정 단계(S130)에서, 상기 제1 전력 수신기(200)는 상기 전력 송신기(100)에게 필요한 전력 등에 대한 설정 정보를 제공하고, 상기 전력 송신기(100)는 수신한 설정 정보를 분석하고, 그 분석 결과가 기설정된 기준에 부합하는 경우에, 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 허가한다. 예를 들어, 상기 전력 송신기(100)는 상기 필요 전력이 가용 전력 이하인 경우에, 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 허가할 수 있다. 상기 가용 전력은 미리 설정되어 제1 메모리(180)에 저장되어 있거나, 제1 제어부(170)에 의해 산출된 것일 수 있다.
상기 제1 충전 단계(S140)에서, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 제2 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제1 전력 수신기(200)에 충전이 가능한 정도의 전력을 공급한다. 이러한 제1 충전 단계(S140) 동안에, 상기 전력 송신기(100) 및 제1 전력 수신기(200)는 충전에 필요한 정보들을 서로 교환한다.
상기 발견 단계(S150)에서, 상기 제1 전력 수신기(200)를 충전하는 도중에, 상기 전력 송신기(100)는 상기 충전 가능 영역 내로 진입하는 제2 전력 수신기(300)를 발견한다. 즉, 상기 전력 송신기(300)는 상기 검색 단계(S110) 이후에도 상기 제1 공진기(130)에 걸리는 부하를 모니터링하고, 부하에 변화가 발생하면 상기 충전 가능 영역 내로 상기 제2 전력 수신기(300)가 진입한 것으로 감지한다. 상기 제2 전력 수신기(300)가 감지되면, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 제3 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제2 전력 수신기(300)에 통신이 가능한 정도의 전력을 공급하면서, 동시에 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 유지한다. 본 발견 단계(S150)는 생략 가능한 선택적 단계로서, 본 예에서, 상기 전력 송신기(100)는, 불필요한 전력 소모를 피하기 위해, 상기 제2 전력 수신기(300)가 감지된 이후에 상기 기설정된 제3 전력 레벨(즉, 통신 및 충전 전력 레벨)로 송신 전력을 증가시키는 것으로 예시하고 있으나, 상기 전력 송신기(100)는 상기 제1 충전 단계(S140)에서부터 제3 전력 레벨로 전력을 송신할 수도 있다.
상기 제2 등록 단계 단계(S160)에서, 상기 제2 전력 수신기(300)는 상기 전력 송신기(100)에게 충전을 위한 등록을 요청하고, 상기 전력 송신기(100)는 상기 제2 전력 수신기(300)로부터 수신한 제2 식별 정보를 분석하고, 그 분석 결과가 기설정된 기준에 부합하는 경우에, 상기 제2 전력 수신기(300)의 등록을 허가한다.
상기 제2 충전 설정 단계(S170)에서, 상기 제2 전력 수신기(300)는 상기 전력 송신기(100)에게 필요한 전력 등에 대한 설정 정보를 제공하고, 상기 전력 송신기(100)는 수신한 설정 정보를 분석하고, 그 분석 결과가 기설정된 기준에 부합하는 경우에, 상기 제2 전력 수신기(300)의 충전을 허가한다.
상기 충전 중지 단계(S180)에서, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 시간 동안 기설정된 제4 전력 레벨로 송신 전력을 감소시킴으로써, 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 중지시키면서, 동시에 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)에 통신이 가능한 정도의 전력만을 공급한다. 본 예와 다르게, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 시간 동안 송신 전력을 차단할 수도 있다.
상기 제2 충전 단계(S190)에서, 상기 기설정된 시간이 경과하면, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 제5 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300) 모두에 충전이 가능한 정도의 전력을 공급한다. 이러한 제2 충전 단계(S190) 동안에, 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300) 각각과 상기 전력 송신기(100)는 충전에 필요한 정보들을 서로 교환한다. 상기 제5 전력 레벨은 상기 제1 전력 수신기(200)가 요구한 전력 레벨과 상기 제2 전력 수신기(300)가 요구한 전력 레벨의 합 이상이 된다. 상기 제1 내지 제5 전력 레벨(P1~P5)은 P1 < P2 < P4 < P3 < P5의 크기 관계를 갖는다.
도 3 내지 도 5는 충전 중지(S180) 및 제2 충전 단계(S190)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 전력 송신기(100)의 제1 공진기(130)의 상면에 제1 전력 수신기(200)가 탑재(또는 그 위에 이격 배치)되어 충전되는 경우를 예시하고 있다. 도 3의 (a)는 제1 공진기(130) 및 제1 전력 수신기(200)를 평면도로 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 제1 공진기(130) 및 제1 전력 수신기(200)를 측면도로 나타낸 것이다. 상기 제1 전력 수신기(200)가 탑재되기 이전에는, 상기 제1 공진기(130)의 상면상에서 RF 필드의 분포는 초기 상태(균일한 분포, 또는 그 중앙부에서 약하고 그 주변부에서 강한 분포)를 유지한다. 상기 제1 전력 수신기(200)가 탑재되어 충전되는 경우에, 상기 제1 전력 수신기(200)가 상기 RF 필드를 흡수하면서 전력 전달이 이루어진다. 이때, 상기 제1 공진기(130)에 의해 생성된 RF 필드의 대부분을 상기 제1 전력 수신기(200)가 흡수하기 때문에, 상기 제1 공진기(130)상의 RF 필드 분포는 상기 제1 전력 수신기(200) 측으로 집중된다. 즉, 전체 충전 가능 영역 중 상기 제1 전력 수신기(200)가 차지하는 영역에서 RF 필드의 공간 밀도가 과도하게 증가하게 됨으로써, 나머지 영역에서의 RF 필드의 공간 밀도가 과도하게 감소하게 된다.
도 4는 상기 제1 전력 수신기(200)가 충전되고 있는 동안에 상기 제1 공진기(130)의 상면에 제2 전력 수신기(300)가 탑재(또는 그 위에 이격 배치)되는 경우를 예시하고 있다. 도 4의 (a)는 제1 공진기(130)와 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)를 평면도로 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 제1 공진기(130)와 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)를 측면도로 나타낸 것이다. 전술한 바와 같이, 상기 제1 공진기(130)에 의해 생성된 RF 필드의 대부분을 상기 제1 전력 수신기(200)가 흡수하기 때문에, 상기 제1 공진기(130)상의 RF 필드 분포는 상기 제1 전력 수신기(200) 측으로 집중되고, 따라서 상기 제2 전력 수신기(300)가 차지하는 영역에서의 RF 필드의 공간 밀도는 과도하게 감소되어 있다. 이로 인해, 상기 전력 송신기(100)의 송신 전력이 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)를 충전하기에 충분함에도 불구하고, 상기 제2 전력 수신기(300)가 흡수하는 RF 필드의 세기(또는 양)가 충전하기에 부족하여 상기 제2 전력 수신기(300)를 충전할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
도 5는 상기 제1 전력 수신기(200)가 충전되고 있는 동안에 상기 제1 공진기(130)의 상면에 제2 전력 수신기(300)가 탑재(또는 그 위에 이격 배치)되면, 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 중지하고, 기설정된 시간이 흐른 후에 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)의 충전을 동시에 진행하는 경우를 예시하고 있다. 도 5의 (a)는 제1 공진기(130)와 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)를 평면도로 나타낸 것이고, 도 5의 (b) 및 (c)는 제1 공진기(130)와 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)를 측면도로 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 공진기(130)에 의해 생성된 RF 필드의 대부분을 상기 제1 전력 수신기(200)가 흡수하고 있는 상태에서, 상기 제2 전력 수신기(300)가 상기 제1 공진기(130) 위에 탑재되면, 상기 제2 전력 수신기(300)를 충전할 수 없게 된다. 이때, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 시간 동안 송신 전력을 차단할 수 있다. 따라서, 상기 제1 공진기(130)로부터 RF 필드가 출력되지 않음을 알 수 있다. 바람직하게는, 상기 전력 송신기(100)는 상기 기설정된 제4 전력 레벨로 송신 전력을 감소시킴으로써, 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 중지시키면서, 동시에 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)에 통신이 가능한 정도의 전력만을 공급한다. 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 기설정된 시간이 경과하면, 상기 전력 송신기(100)는 상기 기설정된 제5 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300) 모두에 충전이 가능한 정도의 전력을 공급한다.
전술한 바와 같이, 상기 전력 송신기(100)는 제2 전력 수신기(300)가 탑재되면, 바로 송신 전력을 증가시키지 않고, 잠시 송신 전력을 감소시킴으로써, 제1 전력 수신기(200)로 전달되는 전력을 감소시키고, 이로 인하여 RF 필드 분포를 리셋(reset)시키는 효과가 나타나도록 한다. 이때, 상기 각 전력 수신기(200. 300)의 제2 통신부(240) 및 제2 제어부(260)에는 전력이 공급되나, 충전 대상 기기에는 충전하기에 충분하지 않은 전력이 공급된다. 바람직하게는, 상기 각 전력 수신기(200, 300)의 전력 변환부(220)는 상기 충전 대상 기기 내 충전 IC(integrated circuit)에서 충전이 끊어지지 않은 것으로 인식하도록 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환부(220)는 상기 충전 IC에 걸리는 전압은 5V(충전용 전압)이나 전류는 거의 흐르지 않는 상태가 되도록 유지할 수 있다.
도 6 및 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 다중 충전 방법을 나타내는 신호 흐름도이다. 도 6 및 7은 도 2에 도시된 각 단계의 세부적인 단계들을 설명하기 위한 것이다.
검색 단계(S110)에서, 전력 송신기(100)는 제1 공진기(130)에 낮은 파워를 갖는 펄스를 주기적으로 공급하면서, 상기 제1 공진기(130)에 걸리는 부하를 모니터링함으로써, 제1 전력 수신기(200)의 탑재 여부를 모니터링한다(S210). 이러한 모니터링 단계에서 상기 전력 송신기(100)로부터 주기적으로 출력되는 신호를 핑(ping) 신호라고 한다. 상기 제1 전력 수신기(200)가 감지되면, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 제1 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제1 전력 수신기(200)에 통신이 가능한 정도의 전력(또는 상기 제1 전력 수신기(200)를 제어하기 위한 전력)을 공급한다(S212).
제1 등록 단계(S120)에서, 상기 제1 전력 수신기(200)는 상기 전력 송신기(100)에 등록하기 위해 제조사, 시리얼 번호 및/또는 보안 코드 등의 제1 식별 정보를 포함하는 등록 요청 메시지(Request Join Message)를 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S220). 상기 등록 요청 메시지를 수신하면, 상기 전력 송신기(100)는 상기 제1 식별 정보를 미리 저장된 식별 정보와 비교하고, 서로 일치하면 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전이 가능한 것으로 판단하고, 상기 제1 전력 수신기(200)에 통신용 ID를 할당하고, 상기 통신용 ID를 포함하는 등록 응답 메시지(Response Join Message)를 상기 제1 전력 수신기(200)로 송신한다(S222). 상기 등록 응답 메시지를 수신하면, 상기 제1 전력 수신기(200)는 정상 수신을 확인하여 주는 확인 메시지(Ack Message)를 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S224). 충전 가능한 전력 수신기들에 대한 식별 정보를 나타내는 데이터베이스는 상기 전력 송신기(100)의 제1 제어부(170), 또는 상기 제1 제어부(170) 내에 마련된 메모리, 또는 상기 전력 송신기(100) 내에 별도로 구비된 제1 메모리(180)에 저장될 수 있다.
제1 충전 설정 단계(S130)에서, 상기 제1 전력 수신기(200)는 충전을 위해 필요한 전력 등급 및/또는 필요 전력 등의 충전 설정 정보를 포함하는 충전 요청 메시지(Request Charge Message)를 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S230). 상기 충전 요청 메시지를 수신하면, 상기 전력 송신기(100)는 수신한 설정 정보를 분석하고, 그 분석 결과가 기설정된 기준에 부합하는 경우에, 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 허가한다. 예를 들어, 상기 전력 송신기(100)는 상기 필요 전력이 가용 전력 이하인 경우에, 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 허가하고, 상기 충전 요청의 허가 또는 거절을 나타내는 충전 응답 메시지(Response Charge Message)를 상기 제1 전력 수신기(200)로 송신한다(S232). 상기 충전 응답 메시지를 수신하면, 상기 제1 전력 수신기(200)는 정상 수신을 확인하여 주는 확인 메시지를 상기 전력 송신기로 송신한다(S234).
제1 충전 단계에서(S140), 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 제2 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제1 전력 수신기(200)에 충전이 가능한 정도의 전력을 공급한다(S244). 상기 전력 송신기(100)는 싱크(Sync) 정보, 충전 시작(charge start), 리셋(reset), 충전 종료(charge finish) 및/또는 에러(error) 상황 등의 충전 상태 정보를 포함하는 통지 메시지(Notice Message)를 주기적으로 또는 이벤트(상기 충전 상태의 변경) 발생시마다 상기 제1 전력 수신기(200)로 송신한다(S240). 상기 제1 전력 수신기(200)는 필요한 전력(전압, 전류), 상기 전력 송신기(100)로부터 수신한 전력(전압, 전류), 충전 상태, 에러 상황 등의 충전 상태 정보를 포함하는 보고 메시지(Report message)를 주기적으로 또는 이벤트 발생시마다 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S242).
발견 단계(S150)에서, 상기 제1 전력 수신기(200)를 충전하는 도중에 제2 전력 수신기(300)를 발견하면, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 제3 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제2 전력 수신기(300)에 통신이 가능한 정도의 전력을 공급하면서, 동시에 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 유지한다(S250).
상기 제2 등록 단계(S160)에서, 상기 제2 전력 수신기(300)는 상기 전력 송신기(100)에 등록하기 위해 제조사, 시리얼 번호 및/또는 보안 코드 등의 제2 식별 정보를 포함하는 등록 요청 메시지를 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S260). 상기 등록 요청 메시지를 수신하면, 상기 전력 송신기(100)는 상기 제2 식별 정보를 미리 저장된 식별 정보와 비교하고, 서로 일치하면 상기 제2 전력 수신기(300)의 충전이 가능한 것으로 판단하고, 상기 제2 전력 수신기(300)에 통신용 ID를 할당하고, 상기 통신용 ID를 포함하는 등록 응답 메시지를 상기 제2 전력 수신기(300)로 송신한다(S262). 상기 등록 응답 메시지를 수신하면, 상기 제2 전력 수신기(300)는 정상 수신을 확인하여 주는 확인 메시지를 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S264).
제2 충전 설정 단계(S170)에서, 상기 제2 전력 수신기(300)는 충전을 위해 필요한 전력 등급 및/또는 필요 전력 등의 충전 설정 정보를 포함하는 충전 요청 메시지를 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S270). 상기 충전 요청 메시지를 수신하면, 상기 전력 송신기(100)는 수신한 설정 정보를 분석하고, 그 분석 결과가 기설정된 기준에 부합하는 경우에, 상기 제2 전력 수신기(300)의 충전을 허가하고, 상기 충전 요청의 허가 또는 거절을 나타내는 충전 응답 메시지를 상기 제2 전력 수신기(300)로 송신한다(S272). 상기 충전 응답 메시지를 수신하면, 상기 제2 전력 수신기(300)는 정상 수신을 확인하여 주는 확인 메시지를 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S274).
상기 충전 중지 및 제2 충전 단계(S180, S190)에서, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 시간 동안 기설정된 제4 전력 레벨로 송신 전력을 감소시킴으로써, 상기 제1 전력 수신기(200)의 충전을 중지시키면서, 동시에 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 230)에 통신이 가능한 정도의 전력만을 공급한다(S280). 상기 기설정된 시간이 경과하면, 상기 전력 송신기(100)는 기설정된 제5 전력 레벨로 송신 전력을 증가시킴으로써, 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 230) 모두에 충전이 가능한 정도의 전력을 공급한다(S294). 상기 전력 송신기(100)는 싱크(Sync) 정보, 충전 시작(charge start), 리셋(reset), 충전 종료(charge finish) 및/또는 에러(error) 상황 등의 충전 상태 정보를 포함하는 통지 메시지를 주기적으로 또는 이벤트(상기 충전 상태의 변경) 발생시마다 상기 제1 전력 수신기(200) 및/또는 제2 전력 수신기(300)로 송신한다(S290). 상기 제1 및 제2 전력 수신기(200, 300)는 각각 필요한 전력(전압, 전류), 상기 전력 송신기(100)로부터 수신한 전력(전압, 전류), 충전 상태, 에러 상황 등의 충전 상태 정보를 포함하는 보고 메시지를 주기적으로 또는 이벤트 발생시마다 상기 전력 송신기(100)로 송신한다(S292). 예를 들어, 상기 전력 송신기(100)는 송신 전력을 감소시키기에 앞서 리셋 상태를 나타내는 통지 메시지를 상기 제1 전력 수신기(200)(및 상기 제2 전력 수신기(300))로 송신하고, 상기 기설정된 시간이 경과한 후 송신 전력의 증가 직전 또는 직후에 충전 시작을 나타내는 통지 메시지를 상기 제1 및 상기 제2 전력 수신기(200, 300)로 송신할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 전력 송신기 또는 전력 수신기 내에 포함될 수 있는 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서의 임의의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다.
100: 전력 송신기, 200: 제1 전력 수신기, 300: 제2 전력 수신기

Claims (15)

  1. 전력을 무선으로 송신하는 전력 송신기에 의한 무선 다중 충전 방법에 있어서,
    제1 전력 수신기를 감지하는 단계와;
    상기 제1 전력 수신기가 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키는 단계와;
    제2 전력 수신기를 감지하는 단계와;
    상기 제1 전력 수신기의 충전이 중지되도록 송신 전력을 감소시키는 단계와;
    상기 제1 및 제2 전력 수신기가 동시에 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신기와의 통신에 필요한 통신 전력을 상기 제1 전력 수신기에 공급하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신기로부터 등록 요청 메시지를 수신하는 단계와;
    상기 등록 요청 메시지의 응답으로, 상기 제1 전력 수신기의 ID를 포함하는 등록 응답 메시지를 상기 제1 전력 수신기로 송신하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 등록 요청 메시지에 포함되어 수신된 식별 정보와 미리 저장된 식별 정보를 비교하는 단계와;
    상기 수신된 식별 정보와 상기 미리 저장된 식별 정보가 일치하는 경우에, 상기 제1 전력 수신기의 등록을 허가하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신기로부터 필요 전력에 대한 정보를 포함하는 충전 요청 메시지를 수신하는 단계와;
    상기 충전 요청 메시지의 응답으로, 충전 요청을 허가하는 충전 응답 메시지를 상기 제1 전력 수신기로 송신하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 필요 전력을 가용 전력과 비교하는 단계와;
    상기 필요 전력이 상기 가용 전력 이하인 경우에 충전 요청을 허가하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 송신기의 제1 충전 상태 정보를 포함하는 통지 메시지를 상기 제1 전력 수신기로 송신하는 단계와;
    상기 제1 전력 수신기의 제2 충전 상태 정보를 포함하는 보고 메시지를 상기 제1 전력 수신기로부터 수신하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 충전 상태 정보는 싱크 정보, 충전 시작, 리셋, 충전 종료 또는 에러 상황을 포함하고, 상기 제2 충전 상태 정보는 필요한 전력, 상기 전력 송신기로부터 수신한 전력, 충전 상태 또는 에러 상황을 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    제2 전력 수신기를 감지하면, 상기 제2 전력 수신기와의 통신에 필요한 통신 전력을 상기 제2 전력 수신기에 공급하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 송신 전력을 감소시키는 단계 동안에 상기 제1 및 제2 전력 수신기와의 통신에 필요한 통신 전력을 상기 제1 및 제2 전력 수신기에 공급함을 특징으로 하는 전력 송신기를 이용한 무선 다중 충전 방법.
  11. 무선 다중 충전을 위한 전력 송신기에 있어서,
    RF 필드를 생성하고, 상기 RF 필드를 통해 제1 및 제2 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 공진기와;
    상기 제1 및 제2 전력 수신기를 감지하는 센서부와;
    상기 제1 전력 수신기가 감지되면, 상기 제1 전력 수신기가 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키고,
    상기 제2 전력 수신기가 감지되면, 상기 제1 전력 수신기의 충전이 중지되도록 송신 전력을 감소시키고,
    상기 제1 및 제2 전력 수신기가 동시에 충전될 수 있도록 송신 전력을 증가시키도록 구성된 제어부를 포함함을 특징으로 하는 무선 다중 충전을 위한 전력 송신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전력 수신기와의 무선 통신을 위한 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전력 수신기로부터 등록 요청 메시지를 수신하고,
    상기 등록 요청 메시지의 응답으로, 상기 제1 전력 수신기의 ID를 포함하는 등록 응답 메시지를 상기 제1 전력 수신기로 송신하도록 구성됨을 특징으로 하는 무선 다중 충전을 위한 전력 송신기.
  13. 제12항에 있어서,
    충전 가능한 전력 수신기들에 대한 식별 정보를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 등록 요청 메시지에 포함되어 수신된 식별 정보와 상기 메모리에 저장된 식별 정보를 비교하고,
    상기 수신된 식별 정보와 상기 미리 저장된 식별 정보가 일치하는 경우에, 상기 제1 전력 수신기의 등록을 허가하도록 구성됨을 특징으로 하는 무선 다중 충전을 위한 전력 송신기.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 전력 수신기로부터 필요 전력에 대한 정보를 포함하는 충전 요청 메시지를 수신하고,
    상기 필요 전력을 가용 전력과 비교하고,
    상기 필요 전력이 상기 가용 전력 이하이면, 상기 충전 요청 메시지의 응답으로, 충전 요청을 허가하는 충전 응답 메시지를 상기 제1 전력 수신기로 송신하도록 구성됨을 특징으로 하는 무선 다중 충전을 위한 전력 송신기.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 송신 전력이 감소된 동안에 상기 제1 및 제2 전력 수신기와의 통신에 필요한 통신 전력을 상기 제1 및 제2 전력 수신기에 공급하도록 구성됨을 특징으로 하는 무선 다중 충전을 위한 전력 송신기.
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