KR101834385B1 - 유도 가열 겸용 무선 충전 장치 및 전용 텀블러의 인식 방법 - Google Patents

Abstract

제안된 발명은 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치로서 충전 객체 또는 가열 객체가 놓여지도록 형성되는 본체를 포함하되, 전원을 수신하는 전원부, 본체 위에 놓여지는 충전 객체 또는 가열 객체를 인식하는 센서부, TX 코일을 포함하여, 충전 또는 가열 동작을 수행하는 충전/가열부 및 센서부의 신호에 따라 충전 객체 또는 가열 객체를 식별하며, 식별 결과에 따라 충전 또는 가열 동작 중 어느 하나로만 동작하도록 상기 충전/가열부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

유도 가열 겸용 무선 충전 장치 및 전용 텀블러의 인식 방법 {Apparatus and Method for both Wireless power charging and Inductive heating}

본 발명은 전자기기에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 무선 충전 겸용 온열 장치에 관한 것이다.

과거에는 전자기기들에 유선으로 전원을 공급하였는데, 최근에는 무선으로 전원을 공급하는 무선 충전 기술이 널리 사용되고 있다. 무선으로 에너지를 수신하는 무선 전력 수신 장치는 수신된 무선 전력에 의해 직접 구동되거나, 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하여 충전된 전력에 의해 구동된다.

자기 유도 방식의 무선 전력 전송에 대한 기술을 다루는 무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium)는 2010 년 4월 12일에 무선 전력 전송에서의 호환성(interoperability)에 대한 "무선 전력 전송 시스템 설명서, 제1권, 저전력, 파트 1: 인터페이스 정의, 버전 1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)" 표준 문서를 공개하였다. 한편, 또 다른 기술표준협의체인 파워매터스얼라이언스(Power Matters Alliance)는 2012년 3월 설립되어, 인터 페이스 표준의 제품군을 발전시키고, 유도 공진 전력을 제공하기 위하여 유도 결합 기술을 기반으로 한 표준 문서를 공개하였다.

제안된 발명은 WPC 규격의 무선 전력 전송 장치에서 전자기기를 충전하는 기능뿐만 아니라 무선으로 컵을 가열하여 따뜻한 음료를 제공하는 두 가지 기능을 겸한 하나의 장치를 제공함을 목적으로 한다.

나아가, 제안된 발명은 제품이 충전 대상인지 가열 대상인지 식별함으로써 가열 동작을 할 때에 안전성을 확보함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치가 충전 객체 또는 가열 객체가 놓여지는 본체를 형성하고, 전원을 수신하는 전원부; 본체 위에 놓여지는 충전 객체 또는 가열 객체를 인식하는 센서부; TX 코일을 포함하여, 충전 또는 가열 동작을 수행하는 충전/가열부; 및 상기 센서부의 신호에 따라 충전 객체 또는 가열 객체를 식별하며, 식별 결과에 따라 충전 또는 가열 동작 중 어느 하나로만 동작하도록 상기 충전/가열부를 제어하되, 가열 객체 종류를 식별하여 가열 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 본체는 본체 선단에 가열 객체의 체결부와 체결되는 대응체결부를 더 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 센서부는 본체 위에 놓여지는 가열 객체에 의해 스위치가 스위칭 되고, 상기 스위칭에 따라 가열 객체 인식 신호를 상기 제어부에 전송하는 스위칭부를 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 센서부는 광 신호를 출사하여 기 설정된 광 신호 값을 인식하는 경우 가열 객체 인식 신호를 상기 제어부에 전송하는 광 검출부를 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 센서부는 상기 TX 코일에 흐르는 전류 값을 측정하여 기 설정된 전류 값을 인식하는 경우 가열 객체 인식신호를 상기 제어부에 전송하는 전류 검출부를 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부는 상기 센서부로부터 수신하는 복수의 신호가 모두 가열 객체 인식 신호일 경우에만 본체 위에 놓여지는 객체를 가열 객체로 인식하는 가열 객체 식별부를 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 가열 객체 식별부는 상기 센서부로부터 수신하는 신호 값에 따라 가열 객체의 온도 제어 특성을 식별하는 가열 객체 종류 식별부를 더 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부는 식별된 온도 제어 특성에 기초하여 반복적으로 가열 동작을 온-오프 하는 온도 유지 동작을 수행하도록 상기 충전/가열부를 제어하는 온도제어부를 더 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 온도제어부는 식별된 온도 제어 특성에 기초하여 기 설정된 시간 동안 가열 동작을 유지하되, 상기 기 설정된 시간 이후에는 상기 온도 유지 동작을 수행하도록 상기 충전/가열부를 제어하는 고온유지부를 더 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 온도제어부는 사용자의 스위치 입력에 따라 가열 객체에 공급되는 온도를 설정하도록 상기 충전/가열부를 제어하는 온도조절부를 더 포함한다.

제안된 발명에 따르면, 하나의 장치로 전자 기기를 무선 충전하고, 액체 저장 용기를 가열할 수 있다.

나아가 제안된 발명 따르면, 무선 충전 장치로 가열 가능한 전용 용기를 제공하고 해당 용기를 식별함으로써, 이물질 등이 가열될 위험을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따라 제안된 발명이 충전 모드 또는 가열 모드로 사용되는 모습을 도시한 그림이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 제안된 발명의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 또 다른 일 실시 예에 따른 제안된 발명의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4 및 도 5는 일 실시 예에 다른 제안된 발명의 본체 및 이와 결합되는 가열 객체의 단면도를 도시한다.
도 6은 일 실시 예에 따른 제안된 발명의 센서부를 도시한 블록도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 제안된 발명의 제어부를 도시한 블록도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 제안된 발명이 충전 모드 또는 가열 모드로 동작되는 방법을 도시한 흐름도이다.

전술한 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 후술하는 실시 예들을 통해 더욱 명확해 질 것이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 실시 예들을 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있을 정도로 상세히 설명하기로 한다. 나아가 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 명세서에서 기술한 부란, "하드웨어 또는 소프트웨어의 시스템을 변경이나 플러그인 가능하도록 구성한 블록"을 의미하는 것으로서, 즉 하드웨어나 소프트웨어에 있어 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.

도 1은 제안된 발명의 일 실시예에 따른 사용 모습을 도시한 그림이다. 도 2는 제안된 발명의 일 실시 예에 따라, 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치(이하, 제안된 장치)를 구동하기 위한 구성을 도시한 블록도이다. 도1에 도시된 바와 같이 제안된 장치는 무선 충전 기능과 가열 기능을 겸한다. 도 2에 도시된 바와 같이 제안된 장치는 전원입력부(10), 유도 전력 신호 발생기(20), 제어기(30), 측정센서(40)(전류, 전압 센서) 및 TX코일을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 전원입력부(10)는 USB2.0/DC5V~12V 일 수 있다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 전원입력부(10)는 제안 장치의 외부면에 배치되어 전원을 수신하도록 구성된다. 유도 전력 신호 발생기(20)는 전원입력부(10)에서 수신한 전원을 TX코일(60)에 공급한다. 출력 센서(40)는 TX코일에 흐르는 전류 및/또는 전압 값을 감지하고 이를 제어기(30)로 전달한다.

일 실시 예에 있어서, 제어기(30)는 출력 센서(40)로부터 수신한 전류 및/또는 전압 값에 따라 유도 전력 신호 발생기(20)를 제어하여 TX 코일(60)에 공급하는 전류를 조절할 수 있다. 또한, 제어기(30)는 출력 센서(40) 외에도 다른 센서들의 감지 결과에 따라 TX 코일(60)에 흐르는 전류를 조절할 수 있다. 자세한 내용은 후술한다.

도 3은 제안된 장치의 일 실시 예에 따른 구성을 도시한 블록도이다. 도4 내지 도5는 일 실시예에 따라 제안된 장치가 가열 객체와 결합되는 구성을 도시한 그림이다.

일 양상에 있어서, 제안된 장치는 충전 객체 또는 가열 객체가 놓여지도록 형성되는 본체를 포함한다. 예를 들어, 충전 객체는 휴대폰, 태블릿 PC, 웨어러블 전자기기 등과 같은 휴대용 단말기나 휴대용 배터리 일 수 있다. 또 예를 들어, 가열 객체는 텀블러, 컵 등의 액체 용기이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제안된 장치는 전원부(100), 센서부(200), 충전/가열부(400), 제어부(500) 및 메모리부(300)를 포함한다.

일 실시 예에 따르면, 전원부(100)는 전원을 수신한다. 예를 들어, 5V 2A의 전원을 본체에 연결하면 시스템에 사용되는 전류의 인식, 안정적 동작을 위한 기계적 스위치 및 추가적인 인식 센서 등을 통해 센서의 값을 받아 히팅 소스원으로 동작할 할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 메모리부(300)는 제안된 장치를 제어하기 위한 기 설정된 정보들을 저장한다. 예를 들어, 충전 객체나 가열 객체를 식별하는 정보, 가열 객체의 종류를 식별하는 정보, 가열 객체에 공급하는 온도를 조절하는 알고리즘 등을 저장할 수 있다.

일 양상에 따르면, 센서부(200)는 본체 위에 놓여지는 충전 객체 또는 가열 객체를 인식한다. 일 실시 예에 따르면, 센서부(200)는 본체 위에 놓여지는 객체가 충전 객체인지 가열 객체인지 식별하도록 구성된다. 예를 들어, 센서부(200)는 기계적 신호, 광학적 신호, 및/또는 전기적 신호를 감지할 수 있다. 자세한 사항은 후술한다.

일 양상에 따르면, 충전/가열부(400)는 TX 코일을 포함하여, 충전 또는 가열 동작을 수행한다. 일 실시 예에 따르면, 충전/가열부(400)는 TX 코일에 흐르는 전류의 크기에 따라 충전 동작 또는 가열 동작을 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 충전/가열부(400)는 본체 위에 놓여지는 객체가 RX 코일을 포함하는 충전 객체인 경우 RX코일에 유도 전류를 발생시켜 충전 객체의 전기 에너지를 충전할 수 있다. 또 다른 일 실시 예에 따르면, 충전/가열부(400)는 강자성체 물질을 포함하는 가열 객체가 본체 위에 놓여지는 경우 가열 동작을 수행한다. 예를 들어, 가열 객체에는 SUS201/SS-400/SUS430/STK400/FC-25등의 강자성체의 특성 물질이 포함된다. 여기서, 강자성체는 비 투자율이 1 이상인 자성체이다.

충전 /가열부에 전류가 흐르면 와 전류손과 히스테리시스 손실로 텀블러에 포함된 강자성체에 열을 발생시킴으로써 가열 동작을 수행하게 된다. 자성체 재료의 자계에 의한 자속 밀도 응답 지연과 물질 내부 분자 내부의 마찰에 따른 에너지 손실로서, 일반적으로 열이 되어 손실되는 현상을 자계 히스테리시스 손실이라 한다. 철심에 교변 자계를 가하면 자속 밀도의 변화에 의해서 철심 속의 자속의 변화로 2차 전류가 유도되고, 이 전류가 철심에 흐르면 줄(Joule) 열이 발생한다. 이때 열손실을 와전류손이라고 부른다.

일 실시 예에 따르면, 가열 객체의 강자성체와 제안된 장치의 TX코일 사이의 거리는 0~10mm 내이도록 구성된다.

후술하겠지만, 충전/가열부(400)의 동작은 본체 위에 객체가 놓여진다고 항상 동작하는 것은 아니며, 객체의 식별 결과에 따라 제어될 수 있다.

일 양상에 따르면, 제어부(500)는 센서부(200)의 신호에 따라 충전 객체 또는 가열 객체를 식별하며, 식별 결과에 따라 충전 또는 가열 동작 중 어느 하나로만 동작하도록 충전/가열부(400)를 제어한다.

일 실시 예에 따르면, 센서부(200)는 본체 위에 객체가 놓여지면 이를 감지하고, 감지된 객체가 충전 객체인지 가열 객체인지 식별하는 신호를 제어부(500)로 전송할 수 있다. 제어부(500)는 센서부(200)로부터 수신한 신호에 따라, 해당 신호가 충전 객체 식별 신호이면 충전 모드로만 동작하고, 해당 신호가 가열 객체 식별 신호이면 가열 동작으로만 동작하도록 제안 장치, 즉 충전/가열부(400)를 제어할 수 있다.

도 4와 도 5에서는 일 실시 예에 따른 가열 객체가 본체 위에 놓여진 단면도를 도시한다.

추가적인 일 양상에 따르면, 본체는 본체 선단에 가열 객체의 체결부(1)와 체결되는 대응체결부를 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 가열 객체는 하단부에 제안된 장치의 본체와 체결 가능한 체결부(1)를 지닐 수 있다. 예를 들어, 체결부는 용기의 바닥에서, 용기의 테두리를 따라 돌출된 형태이다. 제안된 장치의 본체는 위와 같은 체결부(1)를 구비한 가열 객체와 체결되는 대응체결부(1)를 구비한다. 예를 들어, 대응체결부(1)는 도4, 도5에 도시된 바와 같이 체결 턱의 형태로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 사용자는 가열 객체의 체결부(1)와 본체의 대응체결부(1)를 식별력 있게 구성하여 제안된 장치에 전용으로 쓰이는 가열 객체를 공급할 수 있다. 체결부(1)와 본체의 대응체결부(1)의 구체적인 형상은 본 명세서에 제시된 예에 한정되지 않는다.

도 6은 일 실시 예에 따른 센서부(200)의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이 센서부(200)는 스위칭부(210), 광 검출부 및/또는 전류검출부(230)를 포함할 수 있다.

일 양상에 따르면, 스위칭부(210)는 본체 위에 놓여지는 가열 객체에 의해 스위칭 된다. 일 실시 예에 있어서, 제안 장치와 가열 객체의 결합에 의해 기계식 버튼이 스위칭 될 수 있다. 도4 및 도5는 제안 장치와 가열 객체가 결합되는 모습을 도시한 일 실시 예이다. 전술한 바와 같이, 제안 장치의 대응체결부(1)와 가열 객체의 체결부(1)는 서로 아귀가 맞아 결합될 수 있는 형상을 지닐 수 있다. 또한, 제안 장치의 대응체결부(1)와 가열 객체의 체결부(1)가 결합될 때, 대응체결부(1)에 기계식 스위치(211)가 동작할 수 있도록 구성될 수 있다.

일 양상에 따르면, 스위칭부(210)는 기계식 버튼의 스위칭에 의한 스위칭 신호를 제어부(500)로 전송한다. 이러한 스위칭 신호는 가열 객체 인식 신호에 해당한다. 예를 들어, 제어부(500)는 스위칭부(210)로부터 신호를 수신하면 이를 가열 객체 인식 신호로 수신한다.

또 다른 일 양상에 따르면, 광 검출부(220)는 광 신호를 출사하여기 설정된 반사 신호 값을 인식하는 경우 가열 객체 인식 신호를 제어부(500)에 전송한다. 광 검출부(220)는 광을 이용하여 물체의 유, 무를 검출하는 센서로서, 투과형, 미러형, 직접 반사형 등일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 광 검출부(220)는 발광부와 수광부를 구비하고, 발광부에서 광 신호를 출력하고 해당 광 신호를 수광부에서 수신하지 못하는 경우 가열 객체를 인식할 수 있다. 예를 들어, 본체의 대응체결부(1)가 홈으로 구성된 경우, 홈의 일측면에 발광부가 위치하고, 홈의 타측면에 수광부가 위치한다. 가열 객체의 돌출된 체결부(1)가 본체의 대응체결부(1)인 홈에 끼워져 발광부에서 출사된 광 신호가 수광부에 도달하지 못하는 경우, 광 검출부(220)는 가열 객체를 인식한다.

또 다른 일 실시 예에 따르면, 발광부와 수광부가 모두 본체의 일측에 놓여져 수광부가 가열 객체로부터 반사되어 돌아오는 광 신호를 수신함으로써 가열 객체를 인식할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 가열 객체의 체결부(1)에는 광 검출부(220)에서 특정 가열 객체임을 인식할 수 있는(예를 들어, 제안된 장치의 전용 텀블러) 코팅 물질을 부착할 수 있다. 예를 들어, 광 검출부(220)에서 출력하는 신호가 흰 객체에서 90% 반사, 회색 객체에서 50%반사, 검정 객체에서 10% 반사되고, 광 검출부(220)는 90% 반사 신호만을 가열 객체로 인식하도록 기 설정할 수 있다. 이 경우, 제안된 장치 전용 가열 객체의 체결부(1) 내측 면에는 흰색 코팅 물질을 부착할 수 있다.

또 다른 일 실시 예에 따르면, 광 검출부(220)는 광 신호를 출력하여 가열 객체로부터 반사되는 신호를 수신하지 못하는 경우에도 가열 객체를 인식할 수도 있다. 예를 들어, 본체의 대응체결부(1)가 홈으로 구성된 경우, 홈의 일측면에 발광부와 수광부가 모두 위치하고, 홈의 타측면에 반사형 물질이 코팅될 수 있다.

광 검출부(220)의 유형, 구성이나 가열 객체 인식 방법은 위 제시된 예에 한정되지 않으며, 광 신호를 통해 특정 가열 객체를 인식할 수 있는 다양한 방법이 적용될 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 광 검출부(220)는 스위칭부(210)에서 가열 객체를 인식한 후에 동작할 수 있다. 예를 들어, 가열 객체가 제안 장치와 결합되어 기계식 스위치(211)가 스위칭 되고, 이에 따라 스위칭부(210)가 제어부(500)에 가열 객체 인식 신호를 전송한다. 제어부(500)가 스위칭부(210)로부터 가열 객체 인식 신호를 수신한 후에 광 검출부(220)의 동작을 제어하여 결합된 가열 객체에 대하여 광 신호를 출력하고 광 신호가 수광되는지 확인함으로써 가열 객체 여부를 다시 확인하게 된다.

또 다른 일 양상에 따르면, 전류 검출부는 TX 코일에 흐르는 전류 값을 측정하여 기 설정된 전류 값을 인식하는 경우 가열 객체 인식신호를 제어부(500)에 전송하는 전류 검출부를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 강자성체가 TX 코일과 일정 거리 내에 놓이게 되면, TX 코일에는 전류가 흐르게 된다. 예를 들어 하단부에 강자성체를 포함하고 있는 가열 객체를 제안 장치의 본체 위에 올려 놓게 되면, 강자성체로 인해 TX 코일에 전류가 발생하게 된다. 전류 검출부는 이와 같이 강자성체에 의해 TX코일에 흐르는 전류의 값을 측정하여, 측정 값이 기 설정된 전류 값이거나, 그 이상인 경우 본체 위에 놓인 강자성체를 포함하는 객체가 가열 객체임을 감지할 수 있다. 전류검출부(230)는 가열 객체임을 감지하게 되면 제어부(500)로 가열 객체 인식 신호를 전송하게 된다.

일 실시 예에 있어서, 전류검출부(230)는 스위칭부(210)에서 가열 객체를 인식한 후에 동작할 수 있다. 예를 들어, 가열 객체가 제안 장치와 결합되어 기계식 스위치(211)가 스위칭 되고, 이에 따라 스위칭부(210)가 제어부(500)에 가열 객체 인식 신호를 전송한다. 제어부(500)가 스위칭부(210)로부터 가열 객체 인식 신호를 수신한 후에 전류검출부의 동작을 제어함으로써 가열 객체 여부를 다시 확인할 수 있다.

또 다른 일 실시 예에 있어서, 전류 검출부는 광 검출부(220)에서 가열 객체를 인식한 후에 동작할 수 있다. 또는 전류 검출부는 스위칭부(210)와 광 검출부(220)에서 가열 객체를 보두 인식한 후에 동작할 수 있다.

또 다른 일 실시 예에 따르면, 스위칭부(210)와 전류검출부가 가열 객체를 인식한 후에 광 검출부(220)가 동작할 수도 있다.

도 7은 제안된 발명의 제어부(500)의 구성을 도시한 블록도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(500)는 가열 객체 식별부(510), 온도제어부(530), 충전 객체 식별부(520)를 포함할 수 있다.

일 양상에 있어서, 가열 객체 식별부(510)는 센서부(200)로부터 수신하는 복수의 신호가 모두 가열 객체 인식 신호일 경우에만 본체 위에 놓여지는 객체를 가열 객체로 인식할 수 있다. 즉, 객체 식별부는 전술하였던 스위칭부(210), 광 검출부(220) 및 전류 검출부로부터 모두 가열 객체 인식 신호를 인식한 경우에만 본체 위에 놓여진 객체를 가열 객체로 인식한다.

추가적인 일 양상에 따르면, 가열 객체 식별부(510)는 가열 객체 종류 식별부를 더 포함할 수 있다. 가열 객체 종류 식별부는 센서부(200)로부터 수신하는 신호 값에 따라 가열 객체의 온도 제어 특성을 식별한다. 일 실시 예에 있어서, 가열 객체는 포함하는 강자성체의 종류에 따라 구별된다. 즉, 포함되는 강자성체의 종류에 따라 가열 객체의 유형의 나뉜다. 일 실시 예에 있어서, 가열 객체에 포함되는 강자성체는 고유의 온도 제어 특성을 지니고 있다.

예를 들어, 온도 제어 특성은 △℃(객체의 온도)/△t(가열 시간))에 해당하는 온도기울기 일 수 있다. 예를 들어, 온도기울기는 온도 상승기울기, 온도 하강기울기를 포함한다. 온도 제어 특성을 식별하는 이유는 가열 객체와 제안된 장치가 물리적으로 별개의 장치이며, 액체는 가열 객체에 용기에 담기기 때문에 제안된 장치가 해당 액체의 온도를 측정할 수 없기 때문이다. 따라서, 후술하겠지만, 가열 객체가 포함하는 강자성체의 온도기울기 특성을 이용하여 가열 시간을 통해 가열 객체에 담긴 액체의 온도를 상대적으로 측정할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 센서부(200)로부터 제어부(500)가 신호를 수신하는데, 해당 신호 값에 대응하는 가열 객체의 종류가 미리 지정되어 있다. 즉, 해당 신호 값에 대응하는 강자성체 종류가 지정되어 있다. 따라서, 제어부(500)는 수신한 신호 값으로부터 인식된 가열 객체가 어떤 강자성체를 포함하는 객체인지 식별할 수 있다.

일 양상에 따르면, 온도제어부(530)는 식별된 온도 제어 특성에 기초하여 반복적으로 가열 동작을 온-오프하는 온도 유지 동작을 수행하도록 충전/가열부(400)를 제어한다.전술한 바와 같이, 제안된 장치가 직접적으로 가열 객체에 담긴 액체의 온도를 직접 측정하여 제어할 수 없기 때문에, 온도제어부(530)는 강자성체의 온도 제어 특성을 통해 가열된 시간을 기준으로 액체의 온도를 상대적으로 예측하여 온도 조절을 제어하게 된다.

일 실시 예에 있어서, 가열 객체 종류 식별부가 가열 객체가 포함하는 강자성체에 따른 온도 제어 특성을 식별하면, 식별된 온도 제어 특성에 따라 미리 설정된 온도 유지 동작을 수행할 수 있다. 온도 유지 동작은 가열 객체 내의 액체 온도를 보온 온도로 유지하기 위해 가열 동작의 온-오프를 반복하는 동작을 말한다. 보온 온도는 통상적으로 사람이 마시기에 적당히 따뜻한 액체의 온도를 말하며, 사용자가 설정할 수 있고, 특정 온도에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 보온 온도가 A℃이고, a 라는 강자성체를 포함하는 가열 객체가 A/T(△℃/△t)의 온도 상승기울기, -H/T(△℃/△t)의 온도 하강기울기를 갖는 경우, 해당 가열 객체가 A℃를 유지하기 위해서는 시간 T(예를 들어, 단위는 분)만큼 충전/가열부(400)가 가열 동작을 유지하여야 한다.

또한, T시간만큼 가열 동작을 유지하여 가열 객체가 A℃에 도달한 경우 가열 동작을 기 설정된 일정시간 동안 중단하여 A℃이상으로 온도가 올라가지 않게 한다. 기 설정된 일정시간은 온도 하강기울기에 기초하여 설정될 수 있다. 일정시간 동안 가열 동작을 중단하여 C℃로 온도가 내려가면(A>C ℃), 다시 T/C 시간만큼 가열 동작을 유지하여 다시 가열 객체가 A℃가 되도록 한다. 이와 같이 강자성체에 따른 온도기울기를 고려하여 가열 동작의 온-오프를 반복함으로써, 가열 객체의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 온도제어부(530)는 고온유지부를 더 포함한다. 일 양상에 따르면, 고온유지부는 식별된 온도 제어 특성에 기초하여 기 설정된 시간 동안 가열 동작을 유지하되, 기 설정된 시간 이후에는 온도 유지 동작을 수행하도록 충전/가열부(400)는 제어한다. 예를 들어, 고온은 액체가 끓기 이전의 온도일 수 있으며 특정 온도에 제한되는 것은 아니다.

일 실시 예에 있어서, 객체 용기에 담긴 액체를 고온으로 가열하기 위해서는 가열 객체의 강자성체가 고온에 도달할 때까지 가열 모드를 유지해야 한다. 따라서, 고온유지부는 식별된 온도 제어 특성에 따라, 즉, 온도기울기에 따라 고온에 도달하기 위한 일정시간 동안 가열모드를 유지한다. 일 실시 예에 있어서, 기 설정된 일정 시간이 경과하면 전술한 온도 유지 동작을 수행하게 된다. 즉, 고온에 도달한 후 도달한 온도를 유지하기 위하여 가열 동작의 온-오프를 반복한다. 전술한 바와 같이 가열 동작이 온-오프 되는 주기는 가열 객체가 포함하는 강자성체, 즉, 온도기울기에 따라 미리 설정된다.

추가적인 양상에 따르면, 온도제어부(530)는 사용자의 스위치 입력에 따라 가열 객체에 공급되는 온도를 설정하도록 충전/가열부(400)를 제어하는 온도조절부를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제안된 장치는 스위치 입력 등을 통하여 사용자로부터 가열 객체에 공급하고자 하는 온도 값을 입력 받을 수 있다. 구체적인 일 실시 예에 따르면, 제안된 장치에서 HOT 모드와 WARM 모드를 구분하는 스위치를 포함할 수 있으며, 사용자의 스위치 입력에 따라 온도제어부(530)가 HOT모드와 WARM모드를 구분하여 동작하도록 충전/가열부(400)를 제어할 수 있다. 예를 들어, WARM 모드인 경우에는 온도제어부(530)를 통해 바로 온도 유지 동작이 시작되며, HOT모드인 경우에는 고온유지부를 통해 일정시간 동안의 가열 동작 후 온도 유지 동작을 수행하게 된다.

일 실시 예에 따르면, 전술한 온도제어부(530), 고온유지부의 동작들은 식별된 가열 객체의 종류, 즉 가열 객체가 포함하는 강자성체의 종류에 따라 미리 설정된 온도 알고리즘에 따라 동작하는 것일 수 있다. 즉, 가열 모드가 시간에 따라 온-오프되거나, 일정시간 유지되는 등의 온도 설정 알고리즘들이 미리 설정 되어있고, 식별된 가열 객체(또는, 식별된 온도 제어 특성)의 종류에 따라 선택되어 해당 알고리즘에 따라 제어부(500)가 충전/가열부(400)를 제어할 수 있다.

일 양상에 따르면, 충전 객체 식별부(520)는 본체 위에 놓여진 객체로부터 아날로그 핑에 대한 응답이 있는 경우, 해당 객체에 디지털 핑을 수행한다. 아날로그 핑이란 제안된 장치의 충전/가열부(400)의 전력량이 변화하는 것을 감지하여 일정 범위 내에 충전 객체가 존재하는지 확인하는 과정을 말한다.

또 다른 일 양상에 따르면, 가열 객체 식별부(510)는 아날로그 핑에 대한 응답이 없는 경우, 광 검출부(220)를 동작시킬 수 있다.

추가적인 일 양상에 따르면 충전 객체 식별부(520)는 식별 정보 판단부를 포함한다. 일 실시 예에 있어서, 식별 정보 판단부는 디지털 핑에 대한 응답 신호를 수신하면, 해당 응답 신호가 기 설정된 식별 정보와 일치하는지 판단할 수 있다. 후술하겠지만, 제어부(500)는 디지털 핑 응답 신호가 기 설정된 식별 정보와 일치하는 경우 충전 모드를 실행할 수 있다.

도 8은 일 실시 예에 따른 제안 장치가 가열 모드 또는 충전 모드를 중 어느

하나로 동작하는 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.

일 양상에 따르면, 먼저 제안 장치에 전원이 인가되면 제안 장치는 아날로그 핑을 수행한다. 제안 장치가 아날로그 핑 수행에 대한 응답을 수신하는 경우, 이후에 디지털 핑을 수행하게 된다. 만약 제안 장치가 아날로그 핑 수행에 대한 응답을 수신하지 못한 경우, 광 센서가 동작하게 된다. 광 센서가 동작한 이후의 단계는 이후에 자세히 설명한다.

일 양상에 따르면, 제안 장치는 디지털 핑을 수행하며, 동작점의 전력 신호를 충전 객체로 전송한다. 일 실시 예에 있어서, 충전 객체가 제안 장치가 전송한 전력 신호를 수신하는 경우, 수신한 전력 신호에 따른 패킷을 생성하여 제안장치로 전송한다. 또한, 충전 객체는 자신의 고유 식별 패킷과 구성 정보를 생성하여 제안 장치로 전송할 수 있다.

일 양상에 따르면, 제안 장치는 충전 객체로부터 수신한 패킷 및 구성 정보를 확인한다. 확인 결과 자신이 충전할 수 있는 충전 객체인 경우 충전/가열부(400)에 전력을 공급한다.

일 양상에 다르면, 제안 장치는 이후에 과전압 전력 (OVP), 과전류 전력(OCP) 등의 충전중단 사유가 발생하는지 판단한다. 만약, OVP, OCP 등의 사유가 발생하면 제안 장치는 충전을 종료한다. 나아가 LED 조명을 깜빡이도록 하여 이상 상태를 알릴 수 있다.

일 양상에 따르면, 제안 장치는 충전 중단 사유가 발생하지 않는 경우, 충전 객체의 온도를 확인하여 충전 객체의 온도가 특정 온도 조건을 만족한 경우에만 충전을 지속한다. 예를 들어, 충전 객체의 온도가 60도 이하인 경우에만 충전을 지속하고, 온도가 60도 이상인 경우 충전을 종료할 수 있다. 나아가 LED 조명을 깜박이도록 하여 이상 상태를 알릴 수 있다.

또 다른 일 양상에 따르면, 전술한 바와 같이 제안된 장치가 아날로그 핑 수행에 대한 응답을 수신하지 못한 경우에는 제안 장치가 가열 모드로 동작해야 하는지를 판별하게 된다.

구체적인 일 양상에 있어서, 제안 장치는 아날로그 핑 수행에 대한 응답을 수신하지 못한 경우 광 신호를 통해 제안 장치에 놓여진 객체가 가열 객체인지 감지하게 된다.

일 양상에 따르면, 제안 장치는 이후에 TX코일에 흐르는 전류를 검출한다. 검출된 전류의 값이 기 설정된 값 이상인 경우 제안 장치는 제안 장치에 놓인 객체를 가열 객체로 인식할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 강자성체 물질의 종류에 따라 TX코일에 유도되는 초기 전류 값이 달라질 수 있다. 이에 따라, 제안된 장치는 특정 강자성체 물질에 의해 유도되는 전류 값만이 인식될 때에 가열 객체가 놓여진 것으로 인식하도록 설정될 수 있다.

일 양상에 따르면, 제안 장치는 이후에 과전압 전력, 과전류 전력 등의 가열중단 사유가 발생하는지 판단한다. 만약, OVP, OCP 등의 사유가 발생하면 제안 장치는 가열 동작을 종료한다. 나아가 LED 조명을 깜빡이도록 하여 이상 상태를 알릴 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제안 장치는 이후에 광 신호를 통해 가열 객체를 감지하는 단계와 가열 중단 사유가 발생했는지 판단하는 단계를 한번 더 반복할 수 있다. 가열 모드의 위험성을 고려하여, 안정성을 확보하기 위함이다.

일 양상에 따르면, 제안 장치는 가열 중단 사유가 없는 경우 가열 객체의 온도를 확인하여 가열 객체의 온도가 특정 온도 조건을 만족한 경우에만 가열 동작을 지속한다. 예를 들어, 가열 객체의 온도가 90도 이하인 경우에는 가열 동작을 지속하고, 가열 객체의 온도가 100도 이상인 경우에는 가열 동작을 종료한다. 나아가 LED 조명을 깜박이도록 하여 이상 상태를 알릴 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 유도 가열 및 무선 충전 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.

1: 체결부, 대응체결부 10: 전원입력부
20: 유도 전력 신호 발생기 30: 제어기
40: 출력 센서 100: 전원부
200: 센서부 300: 메모리부
400: 충전 가열부 500: 제어부
210 : 스위칭부 211: 기계식 스위치
220: 광 검출부 230: 전류검출부
510: 가열 객체 식별부 520: 충전 객체 식별부
530: 온도제어부 540: 과전류보호부
550: 과온도보호부

Claims (10)

1. 충전 객체 또는 가열 객체가 놓여지는 본체를 형성하고,
   전원을 수신하는 전원부;
   본체 위에 놓여지는 충전 객체 또는 가열 객체를 인식하는 센서부;
   TX 코일을 포함하여, 충전 또는 가열 동작을 수행하는 충전/가열부; 및
   상기 센서부의 신호에 따라 충전 객체 또는 가열 객체를 식별하며, 식별 결과에 따라 충전 또는 가열 동작 중 어느 하나로만 동작하도록 상기 충전/가열부를 제어하되, 가열 객체 종류를 식별하여 가열 동작을 제어하는 제어부를;
   포함하는 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치에 있어서,
   상기 센서부가:
   본체 위에 놓여지는 가열 객체에 의해 스위치가 스위칭 되고, 상기 스위칭에 따라 가열 객체 인식 신호를 상기 제어부에 전송하는 스위칭부;
   광 신호를 출사하여 기 설정된 광 신호 값을 인식하는 경우 가열 객체 인식 신호를 상기 제어부에 전송하는 광 검출부; 및
   상기 TX 코일에 흐르는 전류 값을 측정하여 기 설정된 전류 값을 인식하는 경우 가열 객체 인식신호를 상기 제어부에 전송하는 전류 검출부를;
   포함하고,
   상기 제어부가:
   상기 센서부의 스위칭부와, 광 검출부와, 전류 검출부 모두에서 가열 객체 인식 신호를 수신할 경우에만 본체 위에 놓여지는 객체를 가열 객체로 인식하고, 수신된 가열 객체 인식 신호 값에 따라 가열 객체의 온도 제어 특성을 식별하는 가열 객체 식별부와;
   물리적으로 별개인 가열 객체에 담긴 액체의 온도를 직접 측정하여 제어할 수 없기 때문에, 가열 객체 식별부에 의해 식별된 온도 제어 특성에 기초하여 가열된 시간을 기준으로 액체의 온도를 상대적으로 예측하는 온도제어부를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 본체는
   본체 선단에 가열 객체의 체결부와 체결되는 대응체결부를;
   더 포함하는 유도 가열 겸용 무선전력 송신 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 가열 객체 식별부는
   상기 센서부로부터 수신하는 신호 값에 따라 가열 객체의 온도 제어 특성을 식별하는 가열 객체 종류 식별부를;
   더 포함하는 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 온도제어부는
   식별된 온도 제어 특성에 기초하여 반복적으로 가열 동작을 온-오프 하는 온도 유지 동작을 수행하도록 상기 충전/가열부를 제어하는 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 온도제어부는
   식별된 온도 제어 특성에 기초하여 기 설정된 시간 동안 가열 동작을 유지하되, 상기 기 설정된 시간 이후에는 상기 온도 유지 동작을 수행하도록 상기 충전/가열부를 제어하는 고온유지부를;
   더 포함하는 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치.
10. 제 8항에 있어서, 상기 온도제어부는
    사용자의 스위치 입력에 따라 가열 객체에 공급되는 온도를 설정하도록 상기 충전/가열부를 제어하는 온도조절부를;
    더 포함하는 유도 가열 겸용 무선 전력 송신 장치.

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