KR101830649B1 - 무선 전력 전송 장치, 무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템 - Google Patents

무선 전력 전송 장치, 무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치는 송신 공진기, 자기장을 발생시켜, 상기 송신 공진기를 공진시키는 송신 회로부 및 충전될 외부 기기와 무선 충전 장치 사이의 거리에 기초하여, 송신 공진기의 공진 여부를 제어하는 센싱 공진기를 포함한다. 이에 따라 부하 장치의 존재를 인식하여 송신기의 동작을 제어할 수 있기 때문에, 송신기에서 불필요하게 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 장치, 무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템 {WIRELESS POWER SUPPLY APPARATUS, WIRELESS CHARGING APPARATUS AND WIRELESS CHARGING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 무선 전력 전송 장치, 무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전 대상의 존재를 인식하는 무선 전력 전송 장치, 무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
근래에 이르러 무선전력전송기술(wireless power transfer)의 개발이 가속화되고 있다. 현재 일반적인 무선전력전송을 구현하는 기술로서 유도형과 공명형이 있다. 현재 유도형 무선전력전송의 경우는 상용화 가능한 수준의 제품이 출시되고 있지만, 공명형 무선전력전송의 경우는 크게 상용화되지 못하는 추세이다.
공명형 무선전력전송은 위치 자유도 및 거리 면에서 응용범위가 넓지만, 여러 가지 극복되어야 할 과제를 안고 있다. 특히, 공명형 무선전력전송에 있어서는, 부하 장치, 즉, 무선으로 전력을 전송받을 수신 장치의 존재 여부를 인식할 수 없었다.
쉬운 이해를 위하여 도 1을 참조하여 설명하면, 무선으로 전력을 전송하는 송신기(10)는 무선으로 전력을 전송받을 수신기(20)가 근처에 오는 경우, 일반적인 무선전력전송의 원리를 이용하여 전력을 전송하게 된다. 그러나, 수신기(20)가 송신기(10)로부터 멀리 떨어진 경우에는, 송신기(10) 자체가 이를 인지할 방법이 없어, 계속 수신기(20)에 무선으로 전력을 전송하는 것으로 판단하여, 최대 전력을 지속적으로 유지하게 되어, 불필요하게 전력이 소비되는 결과를 낳는다는 문제점을 안고 있다.
이에 따라 전력소모를 방지하기 위해서는, 수신기(20)가 송신기(10)로부터 멀어지게 되는 경우나, 수신기(20)의 충전이 완료되는 경우에, 송신기(10)의 전원을 일일이 오프(OFF)시켜야 하는 번거로움이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 부하 장치의 존재를 인식하여 송신기의 동작을 오프할 수 있는 무선 전력 전송 장치, 무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 외부 기기에 공진 방식으로 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치에 있어서, 상기 외부 기기의 접근을 센싱하는 센싱 공진기; 자기 공진에 의해 상기 외부 기기에 에너지를 전달하는 송신 공진기; 및 상기 센싱 공진기의 출력에 따라 송신 공진기의 무선 전력 전송을 제어하는 송신 회로부;를 포함한다.
그리고, 상기 송신 회로부는, 상기 센싱 공진기의 출력과 기설정된 레벨을 비교하여 상기 송신 공진기의 동작 여부를 결정할 수 있다.
또한, 상기 센싱 공진기는, 상기 송신 공진기로부터 자기 공진에 의해 무선으로 에너지를 수신하고, 수신한 에너지에 기초하여 상기 외부 기기의 접근 여부를 판단할 수 있다.
그리고, 상기 센싱 공진기는, 상기 센싱 공진기에서 측정된 전압 또는 전류가 특정 기준치보다 적으면 상기 외부 기기가 접근했다고 판단하고, 제1 레벨을 출력할 수 있다.
또한, 상기 센싱 공진기는, 상기 센싱 공진기에서 측정된 전압 또는 전류가 특정 기준치보다 크면 상기 외부 기기가 접근하지 않았다고 판단하고, 제2 레벨을 출력할 수 있다.
그리고, 상기 센싱 공진기는, 상기 송신 공진기의 Q값보다 작은 Q값을 가질 수 있다.
또한, 상기 송신 회로부는, 기설정된 주기마다 기설정된 시간 구간동안 상기 송신 공진기의 동작을 온(ON)시켜 상기 센싱 공진기의 센싱을 유도할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 무선 충전 시스템에 포함되는 무선 충전 장치에 있어서, 송신 공진기; 자기장을 발생시켜, 상기 송신 공진기를 공진시키는 송신 회로부; 및 충전될 외부 기기와 상기 무선 충전 장치 사이의 거리에 기초하여, 상기 송신 공진기의 공진 여부를 제어하는 센싱 공진기;를 포함한다.
그리고, 상기 센싱 공진기는, 상기 충전될 외부 기기가 상기 무선 충전 장치로부터 기설정된 거리 내에 위치하는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 송신 공진기의 공진 여부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 센싱 공진기는, 상기 충전될 외부 기기가 기설정된 거리 내에 위치한다고 판단한 경우에는 상기 송신 공진기를 공진시킬 수 있다.
그리고, 상기 센싱 공진기의 신호 레벨을 검지하는 레벨 디텍터;를 더 포함하고, 상기 레벨 디텍터는 검지된 신호 레벨에 따라 상기 송신 회로부의 온(ON)/오프(OFF)를 제어할 수 있다.
또한, 상기 레벨 디텍터는, 상기 센싱 공진기로부터 수신한 신호의 레벨이 기설정된 레벨보다 크거나 같은 경우에는, 상기 송신 회로부를 오프(OFF)시켜 상기 송신 공진기의 공진을 방지하고, 기설정된 레벨보다 작은 경우에는, 상기 송신 회로부를 온(ON)시켜 상기 송신 공진기의 공진을 유도할 수 있다.
그리고, 상기 신호 레벨은 상기 센싱 공진기에서 검지되는 전압 또는 전류의 크기 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 송신 회로부는 송신 피더(feeder);를 더 포함하고, 상기 송신 피더는, 상기 송신 공진기를 여자시켜 특정 주파수에 집중된 자기장을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 충전될 외부 기기는 수신 공진기를 포함하며, 상기 송신 공진기의 공진 주파수는 상기 수신 공진기의 공진 주파수와 동일할 수 있다.
또한, 상기 송신 공진기 및 상기 수신 공진기는 하이 Q(high quality factor)값을 가지며, 상기 센싱 공진기는 로우 Q(low quality factor)값을 가질 수 있다.
그리고, 상기 충전될 외부 기기는 충전이 완료되는 경우 상기 수신 공진기의 Q 값을 변경하고, 상기 송신 회로부는 상기 충전될 외부 기기로의 에너지 전달을 중지할 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템은, 송신 공진기; 자기장을 발생시켜, 상기 송신 공진기를 공진시키는 송신 회로부; 및 충전될 외부 기기와 상기 무선 충전 송신기 사이의 거리에 기초하여, 상기 송신 공진기의 공진 여부를 제어하는 센싱 공진기;를 포함하는 송신기 및; 상기 송신 공진기로부터 에너지를 수신하는 수신 공진기; 상기 수신 공진기가 수신한 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 수신 회로부;를 포함하는 수신기;를 포함한다.
그리고, 상기 수신기는, 상기 수신 회로부에서 변환된 전기적 에너지를 충전하는 충전부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센싱 공진기는, 상기 수신기가 상기 송신기로부터 기설정된 거리 내에 위치하는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 송신 공진기의 공진 여부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 센싱 공진기는, 상기 수신기가 상기 송신기로부터 기설정된 거리 내에 위치한다고 판단한 경우에는 상기 송신 공진기를 공진시킬 수 있다.
또한, 상기 송신기는 상기 센싱 공진기의 신호 레벨을 검지하는 레벨 디텍터;를 더 포함하고, 상기 레벨 디텍터는 검지된 신호 레벨에 따라 상기 송신 회로부의 온(ON)/오프(OFF)를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 레벨 디텍터는, 상기 센싱 공진기로부터 수신한 신호의 레벨이 기설정된 레벨보다 크거나 같은 경우에는, 상기 송신 회로부를 오프(OFF)시켜 상기 송신 공진기의 공진을 방지하고, 기설정된 레벨보다 작은 경우에는, 상기 송신 회로부를 온(ON)시켜 상기 송신 공진기의 공진을 유도할 수 있다.
또한, 상기 신호 레벨은 상기 센싱 공진기에서 검지되는 전압 또는 전류의 크기 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 상기 송신기는 송신 피더(feeder);를 더 포함하고, 상기 송신 피더는, 상기 송신 공진기를 여자시켜 특정 주파수에 집중된 자기장을 형성할 수 있다.
또한, 상기 송신 공진기의 공진 주파수와 상기 수신 공진기의 공진 주파수는 동일할 수 있다.
그리고, 상기 수신 회로부는 상기 충전부의 충전이 완료되는 경우, 상기 송신 공진기로부터 에너지를 수신하지 못하도록 상기 수신 공진기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 수신 회로부는 상기 충전부의 충전이 완료되는 경우, 상기 송신 공진기의 Q(quality factor)값을 변경함으로써 상기 송신 공진기로부터 에너지를 수신하지 못하도록 상기 수신 공진기를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 송신 공진기 및 상기 수신 공진기는 하이 Q(HIGH quality factor)값을 가지며, 상기 센싱 공진기는 로우 Q(LOW quality factor)값을 가질 수 있다.
상기 본 발명의 구성을 갖는 무선 전력 전송 장치, 무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템에 의하면, 부하 장치의 존재를 인식하여 송신기의 동작을 제어할 수 있기 때문에, 송신기에서 불필요하게 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 센싱 공진기의 전달 효율을 나타내는 그래프,
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 센싱 공진기의 전달 효율을 나타내는 그래프,
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 구성을 나타내는 도면,
도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치의 구성을 나타내는 도면, 그리고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 다른 무선 충전 시스템의 적용례를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템은 기본적으로 송신기(100)와 수신기(200)로 구성된다.
한편, 송신기(100)는 송신 회로부(110), 송신 공진기(130), 센싱 공진기(140) 및 레벨 디텍터(150)를 포함한다. 또한, 수신기(200)는 수신 회로부(210), 수신 공진기(220) 및 충전부(230)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템은 공명형 무선 충전 시스템인 것이 바람직하며, 수신기(100)는 전력을 공급하는 주체를 의미하며, 송신기(200)는 전력을 공급받는 주체를 의미한다.
송신 회로부(110)는 고주파의 AC 파형을 생성하여 자기장을 형성시키고, 공명 주파수에 집중된 자기장을 형성한다. 송신 회로부(110)는 송신 피더(feeder)(미도시)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 또는, 송신 피더가 송신 회로부와는 이격된 별개의 구성일 수 있다. 상기 송신 회로부(110)의 기능을 다시 설명하면, 송신 회로부(110)는 고주파(MHz급)의 AC 파형을 생성하여 송신 피더를 여자시킨다. 이후 송신 피더는 인덕티브 커플링(inductive coupling) 형태로 연결된 이하에서 설명할 송신 공진기를 여자시켜, 특정 주파수에 집중된 자장의 생성을 유도한다.
송신 공진기(130)는 특정 주파수에 집중된 자장을 생성한다. 송신 공진기(130)는 하이 Q(high quality factor) 값을 갖도록 설계되는 것이 바람직하다. Q 값은 커패시터(Capacitor), 인덕터(inductor)나 저항(registor)의 성질을 변형시킴으로써 변경시킬 수 있다.
센싱 공진기(140)는 수신기(200)가 송신기(100)의 근처에 있는지 여부를 판단한다. 센싱 공진기(140)는 일반적인 수신 공진기와는 달리 로우 Q(low quality factor) 값을 갖기 때문에, 하이 Q 값을 갖는 수신기(200)의 수신 공진기(220)가 일정 거리내에 존재하는 경우에는, 송신 공진기(130)는 전력을 수신 공진기(220)에만 전송하지만, 하이 Q 값을 갖는 수신기(200)의 수신 공진기(220)가 일정 거리내에 존재하지 않는 경우라면, 로우 Q 값을 갖는 센싱 공진기(140)에 전력을 전송하게 된다.
다시 말하면, 센싱 공진기(140)는 송신기(100)의 일정 거리 이내에 수신기(200)가 존재하는지 여부를 판단할 수 있는 센싱 기능을 갖는다.
레벨 디텍터(150)는 센싱 공진기(140)의 레벨 변화를 감지한다. 여기서, 레벨 변화란 센싱 공진기(140)의 전압 또는 전류의 변화를 의미한다. 즉, 레벨 디텍터(150)는 센싱 공진기(140)에 유입되는 에너지에 따른 센싱 공진기(140)의 전압 또는 센싱 공진기(140)에 흐르는 전류의 변화를 감지하기 위하여, 센싱 공진기(140)와 물리적으로 결합된다. 이때, 레벨 디텍터(150)는 센싱 공진기(140)에서 검지된 전압 또는 전류의 크기가 기설정된 전압 또는 전류보다 큰 경우에는, 송신 공진기(130)로부터 센싱 공진기(140)에 에너지가 유입되었다는 것으로 판단한다. 이미 언급하였다시피, 이 경우는 수신기(200)가 송신기(100)로부터 멀리 떨어진 것을 의미할 것이다. 레벨 디텍터(150)가 이와 같이 송신 공진기(130)로부터 센싱 공진기(140)로 에너지가 유입되었다고 판단하면, 송신 회로부(110)를 오프(off)한다. 이에 따라, 송신 회로부(110)는 더 이상 송신 공진기(130)를 공진시키지 않는다.
한편, 레벨 디텍터(150)는 센싱 공진기(140)에서 검지된 전압 또는 전류의 크기가 기설정된 전압 또는 전류보다 작은 경우에는, 송신 공진기(130)로부터 센싱 공진기(140)에 에너지가 유입되지 않았다는 것으로 판단한다. 상기와 같이, 이 경우는 수신기(200)가 송신기(100)로부터 일정 거리 내에 존재한다는 것을 의미할 것이다. 레벨 디텍터(150)가 이와 같이 송신 공진기(130)로부터 센싱 공진기(140)로 에너지가 유입되지 않는다고 판단하면, 송신 회로부(110)를 온(on)한다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 송신 회로부(110)는 송신 피더를 여자시키고, 다시 송신 공진기(100)를 통해 수신 공진기(220)로 에너지를 전송한다.
한편, 수신기(200)는 송신기(100)로부터 에너지를 전송받는다. 수신기(200)의 구성인 수신 공진기(220)를 먼저 설명하면, 수신 공진기(220)는 상술한 바와 같이 하이 Q 값을 갖고 있어, 송신기(100)로부터 일정 거리 내에 위치하는 경우에는, 송신 공진기(130)로부터 에너지를 공급받는다.
수신 회로부(210)는 수신 공진기(220)로부터 입력된 에너지를 전기적 에너지로 변환하고, 이를 충전부(230)에 전달한다. 또한, 수신 회로부(210)는 충전이 완료되었다고 판단하는 경우에는 수신 공진기(220)의 Q 값을 변화시킴으로써, 더 이상 송신기(100)로부터의 에너지 전송을 차단시키는 기능도 갖는다.
충전부(230)는 상기와 같이 수신 회로부(210)로부터 전기적 에너지를 수신하여, 저장하는 기능을 갖는다.
도 2의 설명과 관련해서, 레벨 디텍터(150)는 센싱 공진기(140)의 신호 레벨을 감지하여, 송신 회로부(110)를 온/오프 하는 것으로 설명하였으나, 반드시 송신 회로부(110)를 온/오프 하는 것에 한정되는 것은 아니다. 이와 달리, 송신 회로부(110)로부터의 출력을 증가시키거나 감소시키는 방식으로 제어하는 경우도 상정할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에 포함되는 구성 이외의 구성이 추가될 수도 있고, 동일한 기능을 갖는 다른 구성으로 대체될 수도 있음은 물론이다. 그리고, 본 발명의 이해를 모호하게 하거나, 발명의 특징을 흐릴 염려가 있다고 판단되는 경우, 이미 공지된 기술들은 설명을 생략하였다. 당업자라면 상기 설명에 의하여 본 발명의 기술적 특징을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4에 도시된 무선 충전 장치는 도 2에서의 송신기(100)에 해당할 수 있기 때문에, 동일한 도면 번호를 사용하여 설명하기로 한다. 더욱 구체적으로, 도 3 및 도 4는 무선 충전 장치(100)에 있어서, 수신기(200)가 일정 거리 이내에 존재하는지 여부의 판단과 관련한 동작을 보여준다. 도 3은 수신기(200)가 일정 거리 이내에 존재하지 않는 경우, 그리고, 도 4는 수신기(200)가 일정 거리 이내에 존재하는 경우를 나타낸다.
도 3에서는 도 2에서와 마찬가지로, 송신 회로부(110), 송신 공진기(130), 센싱 공진기(140) 및 레벨 디텍터(150)를 포함하고 있다. 한편, 도 3에서는 송신 피더(feeder)(120)를 별개의 구성으로 포함하는 것으로 도시하였다. 물론, 송신 피더(120)는 송신 회로부(110)에 포함될 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.
센싱 공진기(140)는 공명형 무선전력송신방법에서의 일반적인 수신 공진기와는 달리 로우 Q 값을 가지고 있다. Q 값은 커패시터나 인덕터 또는 저항의 조합으로 다양하게 설계될 수 있다. 반면, 송신 공진기(130)는 하이 Q 값을 갖도록 설계되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 송신 회로부(110)는 송신 피더(120)를 여자시킨다. 송신 피더(120)는 송신 공진기(130)와 인덕티브 커플링되어 있어, 송신 공진기(130)를 여자시키게 된다. 이때, 공진 주파수에 집중된 자장을 형성하게 된다. 이와 동일한 공진 주파수를 갖는 공진기가 외부에 존재한다면, 전력을 전송할 수 있는 환경이 제공된다.
다만, 도 3에 도시된 바와 같이, 송신 공진기(130)와 마찬가지로 하이 Q 값을 갖는 수신 공진기가 근처에 존재하지 않기 때문에, 송신 공진기(130)로부터 출력되는 대부분의 에너지는 센싱 공진기(140)가 흡수하게 된다.
센싱 공진기(140)는 에너지를 흡수함에 따라, 전류 또는 전압의 변화를 일으키게 되며, 레벨 디텍터(150)는 센싱 공진기(140)와 물리적으로 연결되어 있어, 신호 레벨의 변화, 즉, 전류 또는 전압의 크기의 변화를 감지하게 된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 센싱 공진기 회로상의 일단 또는 양단에 접속되어 있어, 센싱 공진기(140)의 신호 레벨을 감지하게 된다.
도 3의 경우에, 센싱 공진기(140)는 송신 공진기(130)로부터 에너지를 흡수하게 되며, 이에 따라, 레벨 디텍터(150)는 센싱 공진기(140)로부터 검지된 신호 레벨이 소정의 범위를 넘는다고 판단하기 때문에, 송신 회로부(110)를 오프시킨다. 이와 달리, 송신 회로부(110)로부터의 출력을 감소시킬 수도 있다.
이에 따라, 송신 회로부(110)는 송신 피더(120)를 여자시켜, 송신 공진기(130)로부터 자기장을 형성하게끔 최대 전력을 출력하지 않게 된다. 즉, 불필요한 전력 낭비를 줄일 수 있게 되는 것이다.
무선 충전 장치(100)의 일정 거리 이내에 수신기(200)가 존재하는 경우의 동작은 도 4를 참조하면서 설명하기로 한다.
상기와 같이 수신 공진기(220)는 송신 공진기(130)와 마찬가지로 하이 Q 값을 갖는다. 또한, 도 2와 마찬가지로 수신기(200)는 수신 공진기(220), 수신 회로부(210) 및 충전부(230)를 포함한다. 한편, 도 4에서는 수신기(200)가 수신 픽업(240)을 더 포함하는 것으로 상정하여 설명하기로 한다.
수신기(200)가 무선 충전 장치(100)로부터 일정 거리 내에 위치하는 경우, 송신 공진기(130)는 하이 Q 마그네틱 커플링(magnetic coupling)으로 연결된 수신 공진기(220)에 에너지를 전송하게 된다. 이때 센싱 공진기(140)는 상술한 바와 같이 로우 Q 값을 갖고 있기 때문에, 에너지 유입이 거의 이루어지지 않는다. 수신 공진기(220)는 송신 공진기(130)로부터 형성된 전자기장을 통하여 에너지를 수신한 후, 인덕티브 커플링되어 있는 수신 픽업(240)에 에너지를 전달한다. 수신 픽업(240)은 수신 공진기(220)와 인덕티브 커플링되어 있어, 에너지를 수신하는 것이 가능하다. 수신 회로부(210)는 수신 픽업(240)과 물리적으로 연결되어 있고, 수신한 에너지를 전기적 에너지로 변환한다. 그리고, 수신 회로부(210)에서 변환된 전기적 에너지는 충전부(230)에 저장된다.
여기서, 수신 픽업(240)은 수신 회로부(210)의 일부 구성이 되어 생략될 수도 있다. 또한, 충전부(230) 역시 생략되어, 수신 회로부(210)로부터 연결되는 다른 장치에 전기적 에너지를 공급하는 것도 가능하다.
또한, 도 3 및 도 4의 설명함에 있어서의 일정 거리란, 하이 Q 마그네틱 커플링된 송신 공진기(130) 및 수신 공진기(220) 사이에서 에너지 전달이 일어날 수 있을 정도의 거리를 말한다. 일정 거리는 Q 값의 변화를 통해서 변경될 수 있음은 물론이며, 따라서, 회로 설계에 의하여 다양하게 변할 수 있고, 어느 특정 거리에 한정되지 않는다.
도 5a 및 도 5b는 센싱 공진기(140)에 있어서, 수신기(200)의 존재가 인식되지 않는 경우와 수신기(200)의 존재가 인식되는 경우의 전달 효율을 각각 나타내는 그래프이다. 더욱 구체적으로, 수신기(200)의 존재여부에 따라 송신 공진기(130)로부터 센싱 공진기(140)로 유입되는 에너지의 전달 효율을 보여준다.
도 5a는 수신기(200)의 존재가 인식되지 않는 경우를 나타내는 것으로, 도 5a에서 센싱 공진기(140)로의 에너지 전달 효율(500)이 매우 높은 것을 알 수 있다. 즉, 수신기(200)의 존재가 인식되지 않는다면, 송신 공진기(130)로부터 센싱 공진기(140)로 유입되는 에너지의 전달 효율이 매우 높아, 송신 공진기(130)로부터 출력되는 에너지가 대부분 센싱 공진기(140)로 유입됨을 알 수 있다. 이후에는 상술한 바와 마찬가지로, 센싱 공진기(140)의 신호 레벨을 검지하는 레벨 디텍터(150)에 의하여, 송신 회로부(110)가 제어될 것이다.
도 5b는 수신기(200)의 존재가 인식되는 경우를 나타내는 것으로, 도 5b에서 센싱 공진기(140)로의 에너지 전달 효율(500)이 매우 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 수신기(200)의 존재가 인식된다면, 송신 공진기(130)로부터 센싱 공진기(140)로 유입되는 에너지의 전달 효율이 매우 낮아, 송신 공진기(130)로부터 출력되는 에너지가 센싱 공진기(140)로 거의 유입되지 않음을 알 수 있다. 송신 공진기(130)로부터 출력되는 에너지는 상술한 바와 같이 수신기(200)의 수신 공진기(230)로 유입될 것이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 6a 및 도 6b에서는 특히 송신 공진부(130)와 센싱 공진부(140)의 배치만을 도시하였고, 송신 회로부(110)나 송신 피더(120) 또는 레벨 디텍터(150)는 생략하였다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 무선 충전 장치(100)에서 센싱 공진부(140)는 송신 공진부(130) 주변의 송신 회로부의 PCB(printed circuit board) 등을 이용하여 패턴 형태로 설계될 수 있다. 또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 센싱 공진부(140)는 송신 공진부(130)와 이격되어 배치될 수 있다. 다만, 이 경우 센싱 공진부(140)가 송신 공진부(130)로부터 에너지를 전송받을 수 있을 정도의 거리인 것이 바람직할 것이다.
다만, 도 6a 및 도 6b는 센싱 공진부(140)와 송신 공진부(130)의 구성을 예시적으로 나타낸 것에 불과하고, 얼마든지 다른 구성으로 배치되어 동일한 작용 및 효과를 이룰 수 있다는 것은 당업자에 자명할 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 적용례를 나타낸다. 본 실시예에서는 무선 충전 대상, 즉, 수신기가 3D 안경인 것으로 상정하였다. 송신기인 무선 충전 장치(100)는 수신기인 3D 안경이 일정 거리 내에 위치하면, 상술한 방법에 의하여 3D 안경(200)에 에너지를 전송한다. 하지만, 3D 안경(200)이 무선 충전 장치(100)로부터 멀어지게 되면, 무선 충전 장치(100)는 내장된 센싱 공진기가 송신 공진기로부터의 에너지를 흡수하게 되고, 이에 따른 센싱 공진기의 신호 레벨의 차이를 레벨 디텍터가 감지한 후, 송신 회로부로부터의 출력을 오프하거나 감소시키게 된다.
이로써, 무선 충전 장치(100)는 3D 안경의 존재를 인식할 수 있게 되며, 불필요한 전력 감소를 방지할 수 있는 효과를 가져오게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100.............................송신기
110.............................송신 회로부
120.............................송신 피더(feeder)
130.............................송신 공진기
140.............................센싱 공진기
150.............................레벨 디텍터
200.............................수신기
210.............................수신 회로부
220.............................수신 공진기
230.............................충전부

Claims (29)

  1. 외부 기기에 공진 방식으로 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치에 있어서,
    자기 공진에 의해 상기 외부 기기에 에너지를 전달하는 송신 공진기;
    상기 송신 공진기로부터 자기 공진에 의해 무선으로 에너지를 수신하고, 수신한 에너지에 기초하여 상기 외부 기기가 상기 무선 전력 전송 장치로부터 기설정된 거리 이내에 위치하는지 여부를 판단하는 센싱 공진기; 및
    상기 센싱 공진기의 출력에 따라 송신 공진기의 무선 전력 전송을 제어하는 송신 회로부;를 포함하고,
    상기 송신 회로부는, 상기 센싱 공진기의 출력과 기설정된 레벨을 비교하여 상기 송신 공진기의 동작 여부를 결정하고,
    상기 센싱 공진기는 상기 송신 공진기의 Q값보다 작은 Q값을 갖고,
    상기 센싱 공진기의 출력 크기에 따라 상기 송신 공진기의 공진이 방지되거나 유도되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센싱 공진기는,
    상기 센싱 공진기에서 측정된 전압 또는 전류가 특정 기준치보다 적으면 상기 외부 기기가 접근했다고 판단하고, 제1 레벨을 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센싱 공진기는,
    상기 센싱 공진기에서 측정된 전압 또는 전류가 특정 기준치보다 크면 상기 외부 기기가 접근하지 않았다고 판단하고, 제2 레벨을 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 공진기의 Q값은 커패시터, 인덕터 중 적어도 하나에 의해 설계되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 회로부는,
    기설정된 주기마다 기설정된 시간 구간동안 상기 송신 공진기의 동작을 온(ON)시켜 상기 센싱 공진기의 센싱을 유도하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  8. 무선 충전 시스템에 포함되는 무선 충전 장치에 있어서,
    송신 공진기;
    자기장을 발생시켜, 상기 송신 공진기를 공진시키는 송신 회로부;
    상기 송신 공진기로부터 자기 공진에 의해 무선으로 에너지를 수신하고, 충전될 외부 기기와 상기 무선 충전 장치 사이의 거리에 따라 상기 송신 공진기로부터 출력되는 에너지에 기초하여, 상기 송신 회로부의 동작을 제어하는 센싱 공진기; 및
    상기 센싱 공진기의 신호 레벨을 검지하는 레벨 디텍터;를 포함하고,
    상기 센싱 공진기는 상기 송신 공진기의 Q값보다 작은 Q값을 갖고,
    상기 레벨 디텍터는, 상기 검지된 신호 레벨에 따라 상기 송신 회로부의 온(ON)/오프(OFF)를 제어하고,
    상기 레벨 디텍터는, 상기 센싱 공진기로부터 수신한 신호의 레벨이 기설정된 레벨보다 크거나 같은 경우에는, 상기 송신 회로부를 오프(OFF)시켜 상기 송신 공진기의 공진을 방지하고, 기설정된 레벨보다 작은 경우에는, 상기 송신 회로부를 온(ON)시켜 상기 송신 공진기의 공진을 유도하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 센싱 공진기는,
    상기 충전될 외부 기기가 상기 무선 충전 장치로부터 기설정된 거리 내에 위치하는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 송신 공진기의 공진 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 센싱 공진기는,
    상기 충전될 외부 기기가 기설정된 거리 내에 위치한다고 판단한 경우에는 상기 송신 공진기를 공진시키는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 신호 레벨은 상기 센싱 공진기에서 검지되는 전압 또는 전류의 크기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 송신 회로부는 송신 피더(feeder);를 더 포함하고,
    상기 송신 피더는, 상기 송신 공진기를 여자시켜 특정 주파수에 집중된 자기장을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 충전될 외부 기기는 수신 공진기를 포함하며,
    상기 송신 공진기의 공진 주파수는 상기 수신 공진기의 공진 주파수와 동일한 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 송신 공진기 및 상기 수신 공진기는 하이 Q(high quality factor)값을 가지며, 상기 센싱 공진기는 로우 Q(low quality factor)값을 가지는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 충전될 외부 기기는 충전이 완료되는 경우 상기 수신 공진기의 Q 값을 변경하고, 상기 송신 회로부는 상기 충전될 외부 기기로의 에너지 전달을 중지하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  18. 송신기 및 수신기를 포함하는 무선 충전 시스템에 있어서,
    상기 송신기는,
    송신 공진기;
    자기장을 발생시켜, 상기 송신 공진기를 공진시키는 송신 회로부; 및
    상기 송신 공진기로부터 자기 공진에 의해 무선으로 에너지를 수신하고, 수신한 에너지에 기초하여 상기 수신기가 상기 송신기로부터 기설정된 거리 내에 위치하는지 여부를 판단하며, 상기 판단 결과에 따라, 상기 송신 공진기의 공진 여부를 제어하는 센싱 공진기;를 포함하고,
    상기 수신기는,
    상기 송신 공진기로부터 에너지를 수신하는 수신 공진기;
    상기 수신 공진기가 수신한 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 수신 회로부; 및
    상기 센싱 공진기의 신호 레벨을 검지하는 레벨 디텍터;를 포함하며,
    상기 센싱 공진기는 상기 송신 공진기의 Q값보다 작은 Q값을 갖고,
    상기 레벨 디텍터는, 상기 검지된 신호 레벨에 따라 상기 송신 회로부의 온(ON)/오프(OFF)를 제어하고,
    상기 레벨 디텍터는, 상기 센싱 공진기로부터 수신한 신호의 레벨이 기설정된 레벨보다 크거나 같은 경우에는, 상기 송신 회로부를 오프(OFF)시켜 상기 송신 공진기의 공진을 방지하고, 기설정된 레벨보다 작은 경우에는, 상기 송신 회로부를 온(ON)시켜 상기 송신 공진기의 공진을 유도하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 수신기는, 상기 수신 회로부에서 변환된 전기적 에너지를 충전하는 충전부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  20. 삭제
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 센싱 공진기는,
    상기 수신기가 상기 송신기로부터 기설정된 거리 내에 위치한다고 판단한 경우에는 상기 송신 공진기를 공진시키는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제 18항에 있어서,
    상기 신호 레벨은 상기 센싱 공진기에서 검지되는 전압 또는 전류의 크기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  25. 제 18항에 있어서,
    상기 송신기는 송신 피더(feeder);를 더 포함하고,
    상기 송신 피더는, 상기 송신 공진기를 여자시켜 특정 주파수에 집중된 자기장을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  26. 제 18항에 있어서,
    상기 송신 공진기의 공진 주파수와 상기 수신 공진기의 공진 주파수는 동일한 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  27. 제 19항에 있어서,
    상기 수신 회로부는 상기 충전부의 충전이 완료되는 경우, 상기 송신 공진기로부터 에너지를 수신하지 못하도록 상기 수신 공진기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  28. 제 19항에 있어서,
    상기 수신 회로부는 상기 충전부의 충전이 완료되는 경우, 상기 송신 공진기의 Q(quality factor)값을 변경함으로써 상기 송신 공진기로부터 에너지를 수신하지 못하도록 상기 수신 공진기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  29. 제 18항에 있어서,
    상기 송신 공진기 및 상기 수신 공진기는 하이 Q(HIGH quality factor)값을 가지며, 상기 센싱 공진기는 로우 Q(LOW quality factor)값을 가지는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.

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