KR102208692B1 - 에너지 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 에너지를 송수신하는 트랜스 폰더, 및 상기 트랜스 폰더로부터 송신되는 상기 무선 에너지를 하나 이상의 외부 장치로 송신하고, 상기 하나 이상의 외부 장치로부터 수신되는 상기 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더로 송신하는 공진기를 포함하고, 상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기는 단일 모듈인 에너지 충전 장치를 제공한다.

Description

에너지 충전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHARGING ENERGY}
본 발명의 실시예들은 에너지 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
송수신 공진기는 크기가 매우 작아야 다양한 응용 기기에 활용될 수 있다. 이러한 이유 때문에 송수신 공진기는 전송 거리가 협격하게 감소하는 특징을 갖고 있어 공간상의 사용 제약 조건을 갖고 있는 것이 현실이다.
수신 공진기는 크기가 직경 D인 경우, 전송 거리가 RF 효율 80%이상이거나 직경 D에 준하는 수준의 소형으로 설계 제작하는 것도 어려우며, 상기 소형 공진기를 개발한다 하더라도 상기 전송 거리가 공진기의 직경으로 한정될 수 있다.
일반적으로, 자기 공명을 이용한 무선 전력 전송의 기술은 1m 내외의 중거리 전송의 특성을 가지며, 공진기의 직경을 전송 거리의 한계로 볼 수 있어, 공진기의 직경을 확대하기 위한 연구 개발이 다양하게 진행 중에 있다.
그러나, 공진기는 공진 모드의 결합에 의한 자기 공명법을 이용하는 경우, 전송 거리의 한계라는 제약이 따를 수 밖에 없는 실정이다.
일반적으로 공진기의 전송 거리는 공진기의 직경으로 인정하고 있어, 공진기를 이용한 무선 에너지 전송 장치는 송신 공진기 및 송신부가 존재하는 특정 영역에서만 무선 에너지 전송이 이루어지는 한계가 있다.
본 발명의 일실시예는 사물 통신이나 웨어러블(wearable) 기기에 적용 가능한 송수신부가 함께 구비된 무선 에너지 충전 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예는 자기 공명 모드 및 자기 공진 모드의 두 가지 방식의 전송 모드를 모두 제공한다.
본 발명의 일실시예는 하나의 공진기로 무선 에너지의 송수신 및 전송 모드 전환 기능을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 스마트 스토리지 개념으로 에너지를 저장하여, 언제, 어디에서나 무선 에너지 충전을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치는 무선 에너지를 송수신하는 트랜스 폰더, 및 상기 트랜스 폰더로부터 송신되는 상기 무선 에너지를 하나 이상의 외부 장치로 송신하고, 상기 하나 이상의 외부 장치로부터 수신되는 상기 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더로 송신하는 공진기를 포함하고, 상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기는 단일 모듈이다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 트랜스 폰더는 상기 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 송신부, 상기 공진기로부터 상기 무선 에너지를 수신하는 수신부, 및 상기 송신부 및 상기 수신부 중 어느 하나와 상기 공진기를 선택적으로 연결하여, 상기 트랜스 폰더를 송신 모듈 또는 수신 모듈 중 어느 하나로 전환하는 트랜스 폰더 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 송신부는 상기 송신부의 통신 신호 및 제어 신호를 제어하는 제어부, 자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 고주파 송신부, 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 저주파 송신부, 및 상기 고주파 송신부 및 상기 저주파 송신부 중 어느 하나와 상기 트랜스 폰더 스위치를 선택적으로 연결하여, 고주파 송신 모드 또는 저주파 송신 모드 중 어느 하나로 전환하는 모드 전환 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 고주파 송신부는 상기 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하는 신호 발생부, 상기 신호를 증폭하는 전력 증폭부, 및 상기 증폭된 신호를 상기 공진부의 출력에 정합되도록 제어하는 임피던스 정합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 저주파 송신부는 상기 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하는 신호 발생부, 상기 신호를 증폭하는 전력 증폭부, 및 상기 증폭된 신호를 상기 공진부의 출력에 정합되도록 제어하는 임피던스 정합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 수신부는 상기 수신부의 통신 신호 및 제어 신호를 제어하는 제어부, 자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 상기 공진기로부터 수신하는 고주파 수신부, 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 상기 공진기로부터 수신하는 저주파 수신부, 및 상기 고주파 수신부 및 상기 저주파 수신부 중 어느 하나와 상기 트랜스 폰더 스위치를 선택적으로 연결하여, 고주파 수신 모드 또는 저주파 수신 모드 중 어느 하나로 전환하는 모드 전환 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 고주파 수신부는 상기 공진기로부터 수신된 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하는 임피던스 정합부, 및 상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류하는 정류부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 저주파 수신부는 상기 공진기로부터 수신된 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하는 임피던스 정합부, 및 상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류하는 정류부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 에너지 충전 장치는 상기 무선 에너지를 저장하는 배터리를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 방법은 공진기를 이용하여 트랜스 폰더로부터 수신되는 무선 에너지를 하나 이상의 외부 장치로 송신하는 단계, 및 상기 공진기를 이용하여 상기 하나 이상의 외부 장치로부터 수신되는 상기 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기는 단일 모듈이다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 트랜스 폰더는 상기 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 송신부, 상기 공진기로부터 상기 무선 에너지를 수신하는 수신부, 및 상기 송신부 및 상기 수신부 중 어느 하나와 상기 공진기를 선택적으로 연결하여, 상기 트랜스 폰더를 송신 모듈 또는 수신 모듈 중 어느 하나로 전환하는 트랜스 폰더 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 무선 에너지를 상기 하나 이상의 외부 장치로 송신하는 단계는, 상기 송신부에 포함된 모드 전환 스위치에 의하여 고주파 송신 모드 또는 저주파 송신 모드 중 어느 하나로 전환되는 단계, 상기 고주파 송신 모드로 전환된 경우, 자기 공진 기법을 이용하여 상기 공진기를 통하여 상기 하나 이상의 외부 장치로 고주파 무선 에너지를 송신하는 단계, 및 상기 저주파 송신 모드로 전환된 경우, 자기 유도 기법을 이용하여 상기 공진기를 통하여 상기 하나 이상의 외부 장치로 저주파 무선 에너지를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 고주파 무선 에너지를 송신하는 단계는 상기 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하는 단계, 상기 신호를 증폭하는 단계, 및 상기 증폭된 신호를 상기 공진부의 출력에 정합되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 저주파 무선 에너지를 송신하는 단계는 상기 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하는 단계, 상기 신호를 증폭하는 단계, 및 상기 증폭된 신호를 상기 공진부의 출력에 정합되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 상기 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더로 송신하는 단계는 상기 수신부에 포함된 모드 전환 스위치에 의하여 고주파 송신 모드 또는 저주파 송신 모드 중 어느 하나로 전환되는 단계, 상기 고주파 수신 모드로 전환된 경우, 자기 공진 기법을 이용하여 상기 공진기를 통하여 상기 트랜스 폰더로 고주파 무선 에너지를 송신하는 단계, 및 상기 저주파 수신 모드로 전환된 경우, 자기 유도 기법을 이용하여 상기 공진기를 통하여 상기 트랜스 폰더로 저주파 무선 에너지를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 고주파 무선 에너지를 수신하는 단계는 상기 공진기로부터 수신된 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하는 단계, 및 상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 저주파 무선 에너지를 수신하는 단계는 상기 공진기로부터 수신된 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하는 단계, 및 상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 에너지 충전 방법은 배터리에 상기 무선 에너지를 저장하는 단계, 및 상기 배터리로부터 상기 저장된 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기를 통하여 상기 하나 이상의 외부 장치로 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 사물 통신이나 웨어러블(wearable) 기기에 적용 가능한 송수신부가 함께 구비된 무선 에너지 충전 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 자기 공명 모드 및 자기 공진 모드의 두 가지 방식의 전송 모드를 모두 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 하나의 공진기로 무선 에너지의 송수신 및 전송 모드 전환 기능을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 스마트 스토리지 개념으로 에너지를 저장하여, 언제, 어디에서나 무선 에너지 충전을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치를 이용한 무선 에너지 충전의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일측에 따른 송신부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일측에 따른 수신부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일측에 따른 도 2의 무선 에너지 충전 장치(250)의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일측에 따른 에너지 충전 장치를 이용하여 무선 에너지 사용 장치에 무선 에너지를 전송하는 개념을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일측에 따른 배터리를 포함하는 에너지 충전 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치는 무선으로 에너지를 공급 및 충전하는 것으로, 매우 낮은 주파수의 전파를 이용하여 무선 전력을 공급 및 충전할 수 있다.
또한, 에너지 충전 장치는 무선 에너지의 충전 및 전송을 위하여 대부분의 자기장으로 이루어진 루프 구조의 안테나 코일을 사용할 수 있다.
또한, 에너지 충전 장치는 무선으로 에너지를 전달하기 위하여, RF 신호를 이용할 수 있으며, RF 신호를 이용하여 무선 에너지를 전달하기 위하여 DC/RF 변환 방법, RF/DC 변환 방법 등의 회로 변환 기술 등을 적용할 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치는 자기 공명 및 자기 유도 기술을 이용하여 무선 에너지 전송의 공간적인 제약 조건을 극복할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치를 이용한 무선 에너지 충전의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치는 무선 에너지 전송의 경우 무선 에너지 전송 장치가 특정 장소에 설치되고, 설치된 무선 에너지 전송 장치로부터 패드 구조로 무선 에너지를 전송할 수도 있다.
에너지 충전 장치는 독립적인 장치로 구성될 수도 있으며, 노트북(110), 휴대 단말기(120), 웨어러블(wearable) 장치(130, 140), 카메라(150) 등의 무선 에너지 사용 장치에 탑재되어 무선 에너지 사용 장치 간의 무선 에너지를 송수신 및 충전할 수도 있다.
예를 들어, 에너지 충전 장치가 탑재된 노트북(110)은 휴대 단말기(120), 카메라(150), 웨어러블(wearable) 장치(140) 등으로 무선으로 에너지를 전송할 수 있으며, 무선 에너지를 수신한 휴대 단말기(120)로부터 다른 웨어러블 장치(130)으로 무선 에너지를 전달 및 전송할 수도 있다.
아래에서는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치의 상세한 구성을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치는 각각 단일 모듈로 구성된 트랜스 폰더(210), 및 공진기(220)를 포함한다.
트랜스 폰더(210)는 무선 에너지를 송수신하고, 공진기(220)는 트랜스 폰더(210)로부터 송신되는 무선 에너지를 하나 이상의 외부 장치로 송신하고, 하나 이상의 외부 장치로부터 수신되는 무선 에너지를 트랜스 폰더(210)로 송신한다.
본 발명의 일측에 따르면, 트랜스 폰더(210)는 트랜스 폰더 스위치(211), 송신부(212), 및 수신부(213)를 포함할 수 있다.
송신부(212)는 무선 에너지를 공진기(220)로 송신하고, 수신부(213)는 공진기(220)로부터 무선 에너지를 수신할 수 있다.
이때, 트랜스 폰더 스위치(211)는 송신부(212) 및 수신부(213) 중 어느 하나와 공진기(220)를 선택적으로 연결하여, 트랜스 폰더(210)를 송신 모듈 또는 수신 모듈 중 어느 하나로 전환할 수 있다.
예를 들어, 공진기(220)는 단일 모듈로 구성되어 무선 에너지를 송수신을 할 수 있으며, 단일 모듈로 구성된 트랜스 폰더(210) 및 외부 에너지 충전 장치 간의 무선 에너지를 모두 송수신할 수 있다.
또한, 에너지 충전 장치의 트랜스 폰더(210)는 사용자의 선택에 따른 선택 요청 신호에 의하여 트랜스 폰더 스위치(211)가 전환되어 에너지 송신 모듈 또는 에너지 수신 모듈로 동작할 수 있다.
예를 들어, 에너지 충전 장치는 트랜스 폰더(210)가 에너지 송신 모듈로 동작하는 경우, 트랜스 폰더 스위치(211)에 의하여 공진기(220)와 송신부(212) 사이가 연결되어, 공진기(220)가 에너지 송신 공진기로 구동될 수 있다.
이때, 다른 에너지 충전 장치는 트랜스 폰더(210)에서 송신되는 무선 에너지를 수신하기 위하여, 트랜스 폰더 스위치(231)에 의하여 트랜스 폰더(230)의 수신부(233)와 공진기(240)가 서로 연결되어, 에너지 수신 모듈로 활성화 될 수 있다.
다른 에너지 충전 장치의 트랜스 폰더(230)는 에너지 송신 모듈로 작동할 수도 있다.
예를 들어, 다른 에너지 충전 장치는 트랜스 폰더(230)가 에너지 송신 모듈로 동작하는 경우, 트랜스 폰더 스위치(231)에 의하여 공진기(240)와 송신부(232) 사이가 연결되어, 공진기(240)가 에너지 송신 공진기로 구동될 수 있다.
이때, 에너지 충전 장치는 트랜스 폰더(230)에서 송신되는 무선 에너지를 수신하기 위하여, 트랜스 폰더 스위치(211)에 의하여 트랜스 폰더(210)의 수신부(213)와 공진기(220)가 서로 연결되어, 에너지 수신 모듈로 활성화 될 수 있다.
또한, 에너지 충전 장치는 자기 유도 또는 자기 공진 방식으로 제작된 무선 에너지 충전 장치가 근접할 경우, 예를 들어, 트랜스 폰더(210)가 없는 장치가 근접하여도 트랜스 폰더(210)는 무선 에너지 충전 장치(250)에 대한 이전 버전과의 호환성(backward compatibility)을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일측에 따른 송신부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일측에 따른 송신부(300)는 제어부(310), 고주파 송신부(320), 저주파 송신부(330), 및 모드 전환 스위치(340)를 포함할 수 있다.
제어부(310)는 송신부(300)의 통신 신호 및 제어 신호를 제어할 수 있다. 제어부(310)는 통신 및 제어를 담당하는 MCU 및 통신 모듈을 포함할 수 있다.
고주파 송신부(320)는 자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 공진기(220)로 송신할 수 있으며, 저주파 송신부(330)는 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 공진기(220)로 송신할 수 있다.
고주파 송신부(320)는 저주파 송신부(330)에 의하여 송신되는 주파수보다 높은 주파수(예를 들어, 6.78MHz)를 이용하는 자기 공진 또는 자기 공명 기법을 활용한 High-Q 송신 모드로 동작할 수 있다.
저주파 송신부(330)는 고주파 송신부(320)에 의하여 송신되는 주파수보다 낮은 주파수를 이용하는 자기 유도 기법을 활용하여 Low-Q 송신 모드로 동작할 수도 있다. 저주파 송신부(330)는 고주파 송신부(320)보다 무선 에너지의 전송 거리가 짧으나 효율 측면에서 유리할 수 있다.
모드 전환 스위치(340)는 고주파 송신부(320) 및 저주파 송신부(330) 중 어느 하나와 트랜스 폰더 스위치(211)를 선택적으로 연결하여, 고주파 송신 모드 또는 저주파 송신 모드 중 어느 하나로 전환할 수 있다.
또한, 고주파 송신부(320)는 신호 발생부(321), 전력 증폭부(322), 및 임피던스 정합부(323)를 포함할 수 있다.
신호 발생부(321)는 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하고, 전력 증폭부(322)는 상기 신호를 증폭하며, 임피던스 정합부(323)는 상기 증폭된 신호를 공진부(220)의 출력에 정합되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 에너지 충전 장치가 전술한 High-Q 송신 모드로 동작하는 경우, 신호 발생부(321)에 의하여 고주파 무선 에너지에 대한 신호가 생성되고, 전력 증폭부(322)에 의하여 상기 생성된 신호가 증폭되며, 임피던스 정합부(323)에 의하여 상기 증폭된 신호가 공진부(220)의 출력에 정합되도록 할 수 있다.
또한, 저주파 송신부(330)는 신호 발생부(331), 전력 증폭부(332), 및 임피던스 정합부(333)를 포함할 수 있다.
신호 발생부(331)는 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하고, 전력 증폭부(332)는 상기 신호를 증폭하며, 임피던스 정합부(333)는 상기 증폭된 신호를 공진부(220)의 출력에 정합되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 에너지 충전 장치가 전술한 Low-Q 송신 모드로 동작하는 경우, 신호 발생부(331)에 의하여 저주파 무선 에너지에 대한 신호가 생성되고, 전력 증폭부(332)에 의하여 상기 생성된 신호가 증폭되며, 임피던스 정합부(333)에 의하여 상기 증폭된 신호가 공진부(220)의 출력에 정합되도록 할 수 있다.
또한, 에너지 충전 장치는 모드 스위칭 구조의 증폭기를 사용할 수 있으며, Low-Q 모드의 경우 인버터(Inverter) 구조의 신호 발생기를 이용할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일측에 따른 수신부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일측에 따른 수신부(400)는 제어부(410), 고주파 수신부(420), 저주파 수신부(430), 및 모드 전환 스위치(440)를 포함할 수 있다.
제어부(410)는 수신부(400)의 통신 신호 및 제어 신호를 제어할 수 있다. 제어부(410)는 통신 및 제어를 담당하는 MCU 및 통신 모듈을 포함할 수 있다.
고주파 수신부(420)는 자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 공진기(220)로부터 수신할 수 있으며, 저주파 수신부(430)는 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 공진기(220)로부터 수신할 수 있다.
모드 전환 스위치(440)는 고주파 수신부(420) 및 저주파 수신부(430) 중 어느 하나와 트랜스 폰더 스위치(211)를 선택적으로 연결하여, 고주파 수신 모드 또는 저주파 수신 모드 중 어느 하나로 전환할 수 있다.
고주파 수신부(420)는 저주파 수신부(430)에 의하여 수신되는 주파수보다 높은 주파수(예를 들어, 6.78MHz)를 이용하는 자기 공진 또는 자기 공명 기법을 활용한 High-Q 송신 모드로 동작할 수 있다.
저주파 수신부(430)는 고주파 수신부(420)에 의하여 수신되는 주파수보다 낮은 주파수를 이용하는 자기 유도 기법을 활용하여 Low-Q 송신 모드로 동작할 수도 있다. 저주파 수신부(430)는 고주파 수신부(420)보다 무선 에너지의 전송 거리가 짧으나 효율 측면에서 유리할 수 있다.
수신 공진기(220)로부터 수신된 무선 에너지는 모드 전환 스위치(440)을 통해 Low-Q 모드와 High-Q모드로 구분되어 부하(450)를 통하여 트랜스 폰더(210)로 전송될 수 있다.
또한, 고주파 수신부(420)는 임피던스 정합부(421), 및 정류부(422)를 포함할 수 있다.
임피던스 정합부(421)는 공진기(220)로부터 수신된 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 트랜스 폰더(210)의 출력에 정합되도록 제어할 수 있으며, 정류부(422)는 상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류할 수 있다.
또한, 저주파 수신부(430)는 임피던스 정합부(431), 및 정류부(432)를 포함할 수 있다.
임피던스 정합부(431)는 공진기(220)로부터 수신된 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 트랜스 폰더(210)의 출력에 정합되도록 제어할 수 있으며, 정류부(432)는 상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류할 수 있다.
예를 들어, 수신 공진기(220)로부터 수신된 무선 에너지는 스위치(440)를 통해 Low-Q와 High-Q로 구분되어 수신될 수 있으며, 수신된 임피던스 정합부(421, 431)를 통해 Low-Q 모드 및 High-Q 모드의 정합이 이루어지고 정류부(422, 432)에서 RF/DC로 전환될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일측에 따른 도 2의 무선 에너지 충전 장치(250)의 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 무선 에너지 충전 장치(500)는 임피던스 정합부(510), 정류부(520), 제어부(530), 및 부하(540)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일측에 따른 에너지 충전 장치는 무선 에너지 충전 장치(500)와 호환성을 확보할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 에너지 충전 장치는 트랜스 폰더(210)를 활용하여 무선 에너지 충전 장치(250)에 무선 에너지를 송신할 수 있다.
에너지 충전 장치는 제어부에 의하여 무선 에너지 충전 장치(250)에 대응하는 송신 모드를 자동으로 선정될 수 있다.
예를 들어, 에너지 충전 장치는 무선 에너지 충전 장치(250)가 자기 공진 모드 혹은 자기 유도 방식인지 여부를 자동으로 판단하고, 상기 충전 모드 방식에 따라 자동으로 송신 모드를 전환하여 무선 에너지 충전 장치(250)에 대응하는 무선 에너지를 송신할 수 있다.
구체적으로, 에너지 충전 장치는 무선 에너지 충전 장치(250)가 자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 수신하는 장치인 경우, 자동으로 송신 모드를 고주파 송신 모드로 전환하여 고주파 무선 에너지를 송신할 수 있다.
다른 예로, 에너지 충전 장치는 무선 에너지 충전 장치(250)가 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 수신하는 장치인 경우, 자동으로 송신 모드를 저주파 송신 모드로 전환하여 저주파 무선 에너지를 송신할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일측에 따른 에너지 충전 장치를 이용하여 무선 에너지 사용 장치에 무선 에너지를 전송하는 개념을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 에너지 충전 장치는 스마트 에너지 스토리지(610) 형태로 구조화 될 수 있으며, 웨어러블 장치(620, 640) 및 휴대 단말기(630) 등의 무선 에너지 사용 장치에 무선 에너지를 송신할 수 있다.
에너지 충전 장치(610)는 전술한 도 2의 구조의 모듈들이 내장되어, 트랜스 폰더 기능을 동작할 수 있으며, 추가적으로 무선 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 포함할 수도 있다.
예를 들어, 상기 배터리는 출장 등으로 인하여 휴대 단말기, 웨어러블 장치 등에 필요한 추가 에너지의 총 용량이 30Wh라고 가정하는 경우, 상기 필요한 용량의 추가 에너지를 에너지 충전 장치(610)에 저장하여 필요에 따라 휴대 단말기, 웨어러블 장치 등에 무선으로 충전할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일측에 따른 배터리를 포함하는 에너지 충전 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 에너지 충전 장치(700)는 내부에 무선 에너지를 송수신을 할 수 있는 트랜스 폰더(710) 및 상기 무선 에너지를 저장하는 배터리(720)를 포함할 수 있다.
아래에서는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 방법을 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 방법은 전술한 에너지 충전 장치를 이용하여 수행될 수 있으므로, 에너지 충전 장치 관점에서 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 에너지 충전 장치는 공진기를 이용하여 트랜스 폰더로부터 수신되는 무선 에너지를 하나 이상의 외부 장치로 송신하고(810), 상기 공진기를 이용하여 상기 하나 이상의 외부 장치로부터 수신되는 상기 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더로 송신한다(850).
본 발명의 일측에 따르면, 상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기는 단일 모듈이다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 트랜스 폰더는 상기 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 송신부, 상기 공진기로부터 상기 무선 에너지를 수신하는 수신부, 및 상기 송신부 및 상기 수신부 중 어느 하나와 상기 공진기를 선택적으로 연결하여, 상기 트랜스 폰더를 송신 모듈 또는 수신 모듈 중 어느 하나로 전환하는 트랜스 폰더 스위치를 포함할 수 있다.
에너지 충전 장치는 무선 에너지를 상기 하나 이상의 외부 장치로 송신하는 단계(810)를 수행함에 있어서, 고주파 송신 모드 또는 저주파 송신 모드를 판단하여 상기 송신부에 포함된 모드 전환 스위치를 이용하여 고주파 송신 모드 또는 저주파 송신 모드 중 어느 하나로 전환시킬 수 있다(820).
에너지 충전 장치는 상기 고주파 송신 모드로 전환된 경우, 자기 공진 기법을 이용하여 상기 공진기를 통하여 상기 하나 이상의 외부 장치로 고주파 무선 에너지를 송신할 수 있다(830).
에너지 충전 장치는 상기 저주파 송신 모드로 전환된 경우, 자기 유도 기법을 이용하여 상기 공진기를 통하여 상기 하나 이상의 외부 장치로 저주파 무선 에너지를 송신할 수 있다(840).
에너지 충전 장치는 상기 고주파 무선 에너지를 송신하는 단계(830)를 수행함에 있어, 상기 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하고, 상기 신호를 증폭하며, 상기 증폭된 신호를 상기 공진부의 출력에 정합되도록 제어할 수 있다.
에너지 충전 장치는 상기 저주파 무선 에너지를 송신하는 단계(840)를 수행함에 있어, 상기 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하고, 상기 신호를 증폭하며, 상기 증폭된 신호를 상기 공진부의 출력에 정합되도록 제어할 수 있다.
에너지 충전 장치는 상기 상기 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더로 송신하는 단계(850)를 수행함에 있어서, 고주파 송신 모드 또는 저주파 송신 모드를 판단하여 상기 수신부에 포함된 모드 전환 스위치를 이용하여 고주파 송신 모드 또는 저주파 송신 모드 중 어느 하나로 전환시킬 수 있다(860).
에너지 충전 장치는 상기 고주파 수신 모드로 전환된 경우, 자기 공진 기법을 이용하여 상기 공진기를 통하여 상기 트랜스 폰더로 고주파 무선 에너지를 송신할 수 있다(870).
에너지 충전 장치는 상기 저주파 수신 모드로 전환된 경우, 자기 유도 기법을 이용하여 상기 공진기를 통하여 상기 트랜스 폰더로 저주파 무선 에너지를 송신할 수 있다(880).
에너지 충전 장치는 상기 고주파 무선 에너지를 수신하는 단계(870)를 수행함에 있어, 상기 공진기로부터 수신된 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하며, 상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류할 수 있다.
에너지 충전 장치는 상기 저주파 무선 에너지를 수신하는 단계(880)를 수행함에 있어, 상기 공진기로부터 수신된 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하며, 상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류할 수 있다.
또한, 에너지 충전 장치는 배터리에 상기 무선 에너지를 저장할 수 있으며, 상기 배터리로부터 상기 저장된 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기를 통하여 상기 하나 이상의 외부 장치로 송신할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 에너지 충전 방법은 일반적인 무선 에너지 송신 장치가 존재하는 장소에서만 무선 충전이 가능했던 점을 탈피하여, 언제 어디에서나 에너지 충전 장치를 이용하여 무선 에너지 충전을 가능하게 하고, 다양한 장치 간의 무선에너지를 전송 및 충전할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 송신되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
210: 트랜스 폰더
211: 트랜스 폰더 스위치
212: 송신부
213: 수신부
220: 공진기

Claims (19)

  1. 무선 에너지를 송수신하는 트랜스 폰더; 및
    상기 트랜스 폰더로부터 송신되는 상기 무선 에너지를 하나 이상의 외부 장치로 송신하고, 상기 하나 이상의 외부 장치로부터 수신되는 상기 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더로 송신하는 공진기
    를 포함하고,
    상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기는 단일 모듈이고,
    상기 트랜스 폰더는,
    상기 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 송신부;
    상기 공진기로부터 상기 무선 에너지를 수신하는 수신부; 및
    상기 송신부 및 상기 수신부 중 어느 하나와 상기 공진기를 선택적으로 연결하여, 상기 트랜스 폰더를 송신 모듈 또는 수신 모듈 중 어느 하나로 전환하는 트랜스 폰더 스위치를 포함하고,
    상기 송신부는,
    자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 고주파 송신부; 및 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 저주파 송신부를 포함하고, 상기 고주파 송신부 및 상기 저주파 송신부 중 어느 하나는 모드 전환 스위치의 스위칭에 따라 트랜스 폰더와 연결되고,
    상기 수신부는,
    자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 상기 공진기로부터 수신하는 고주파 수신부; 및 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 상기 공진기로부터 수신하는 저주파 수신부를 포함하고, 상기 고주파 수신부와 저주파 수신부는 모드 전환 스위치의 스위칭에 따라 트랜스폰더와 연결되는 에너지 충전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 송신부는,
    상기 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하는 신호 발생부;
    상기 신호를 증폭하는 전력 증폭부; 및
    상기 증폭된 신호를 상기 공진기의 출력에 정합되도록 제어하는 임피던스 정합부
    를 포함하는 에너지 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저주파 송신부는,
    상기 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하는 신호 발생부;
    상기 신호를 증폭하는 전력 증폭부; 및
    상기 증폭된 신호를 상기 공진기의 출력에 정합되도록 제어하는 임피던스 정합부
    를 포함하는 에너지 충전 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 수신부는,
    상기 공진기로부터 수신된 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하는 임피던스 정합부; 및
    상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류하는 정류부
    를 포함하는 에너지 충전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저주파 수신부는,
    상기 공진기로부터 수신된 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하는 임피던스 정합부; 및
    상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류하는 정류부
    를 포함하는 에너지 충전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무선 에너지를 저장하는 배터리
    를 더 포함하는 에너지 충전 장치.
  10. 공진기를 이용하여 트랜스 폰더로부터 수신되는 무선 에너지를 하나 이상의 외부 장치로 송신하는 단계; 및
    상기 공진기를 이용하여 상기 하나 이상의 외부 장치로부터 수신되는 상기 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더로 송신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기는 단일 모듈이고,
    상기 트랜스 폰더는,
    상기 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 송신부;
    상기 공진기로부터 상기 무선 에너지를 수신하는 수신부; 및
    상기 송신부 및 상기 수신부 중 어느 하나와 상기 공진기를 선택적으로 연결하여, 상기 트랜스 폰더를 송신 모듈 또는 수신 모듈 중 어느 하나로 전환하는 트랜스 폰더 스위치를 포함하고,
    상기 송신부는,
    고주파 송신부를 통해 자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 단계; 및 저주파 송신부를 통해 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 고주파 송신부 및 상기 저주파 송신부 중 어느 하나는 모드 전환 스위치의 스위칭에 따라 트랜스 폰더와 연결되고,
    상기 수신부는,
    고주파 수신부를 통해 자기 공진 기법을 이용하여 고주파 무선 에너지를 상기 공진기로부터 수신하는 단계; 및 저주파 수신부를 통해 자기 유도 기법을 이용하여 저주파 무선 에너지를 상기 공진기로부터 수신하는 단계를 포함하고, 상기 고주파 수신부와 저주파 수신부는 모드 전환 스위치의 스위칭에 따라 트랜스폰더와 연결되는 에너지 충전 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 고주파 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 단계는,
    상기 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하는 단계;
    상기 신호를 증폭하는 단계; 및
    상기 증폭된 신호를 상기 공진기의 출력에 정합되도록 제어하는 단계
    를 포함하는 에너지 충전 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 저주파 무선 에너지를 상기 공진기로 송신하는 단계는,
    상기 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 생성하는 단계;
    상기 신호를 증폭하는 단계; 및
    상기 증폭된 신호를 상기 공진기의 출력에 정합되도록 제어하는 단계
    를 포함하는 에너지 충전 방법.
  15. 삭제
  16. 제10항에 있어서,
    상기 고주파 무선 에너지를 상기 공진기로부터 수신하는 단계는,
    상기 공진기로부터 수신된 고주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하는 단계; 및
    상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류하는 단계
    를 포함하는 에너지 충전 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 저주파 무선 에너지를 상기 공진기로부터 수신하는 단계는,
    상기 공진기로부터 수신된 저주파 무선 에너지에 대한 신호를 상기 트랜스 폰더의 출력에 정합되도록 제어하는 단계; 및
    상기 정합된 신호를 상기 무선 에너지로 정류하는 단계
    를 포함하는 에너지 충전 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    배터리에 상기 무선 에너지를 저장하는 단계; 및
    상기 배터리로부터 상기 저장된 무선 에너지를 상기 트랜스 폰더 및 상기 공진기를 통하여 상기 하나 이상의 외부 장치로 송신하는 단계
    를 더 포함하는 에너지 충전 방법.
  19. 제10항, 제13항 내지 제14항 및 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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