KR102479879B1 - 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 공진 주파수를 사용하여 송수신코일의 간격이 일정거리 이상 멀어질 경우에도 이물질 검출이 가능하게 되고 송수신부의 모서리로 갈수록 이물질이 존재하여 품질계수(Q-factor)의 변화율이 미약하게 되어도 이물질의 검출이 가능하게 되도록 무선전력전송 중에 이물질을 검출하기 위하여 큐-팩터(Q-factor)를 이용한 방법과 밸런스트 코일(Balanced coil)을 이용한 방법을 2중으로 사용하여 무선전력전송의 송신부와 수신부의 사이에 위치되는 코일의 정렬상태(alignment)의 확인과 코일 이물질(Forign Object, FO)의 검출을 보다 효율적이고 정밀하게 검출하는 것이 가능한 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 검출 시스템에 관한 것이다.

Description

2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 검출 시스템{Foreign Object detection method and detection system for wireless power transmission with dual detection method}

본 발명은 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 공진 주파수를 사용하여 송수신코일의 간격이 일정거리 이상 멀어질 경우에도 이물질 검출이 가능하게 되고 송수신부의 모서리로 갈수록 이물질이 존재하여 품질계수(Q-factor)의 변화율이 미약하게 되어도 이물질의 검출이 가능하게 되도록 무선전력전송 중에 이물질을 검출하기 위하여 큐-팩터(Q-factor)를 이용한 방법과 밸런스트 코일(Balanced coil)을 이용한 방법을 2중으로 사용하여 무선전력전송의 송신부와 수신부의 사이에 위치되는 이물질(Forign Object, FO)의 검출을 보다 효율적이고 정밀하게 검출하는 것이 가능한 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 검출 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰, 노트북, PDA와 같은 휴대용 단말기(Portable Terminal)가 충전되려면, 휴대용 단말기가 외부의 충전기로부터 전기에너지(또는 전력)을 공급받아야 한다. 이러한 휴대용 단말기는 공급되는 전기에너지를 저장하는 배터리셀과 배터리셀의 충전 및 방전(휴대용 단말기로 전기에너지를 공급)을 위한 회로를 포함한다.

배터리셀에 전기에너지를 충전시키기 위한 충전기와 배터리셀간의 전기적 연결방식은, 상용전원을 공급받아 배터리셀에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리셀의 단자를 통해 배터리셀로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 포함한다.

이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은, 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재발생, 자연방전, 배터리팩의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.

최근에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선전력 전송방식을 이용한 충전시스템(이하 무선전력 전송시스템)과 제어방법들이 제시되고 있다. 무선전력 전송방식을 비접촉(contactless) 전력 전송방식 또는 무접점(no point of contact) 전력 전송방식이라 하기도 한다.

이러한 무선전력 전송 시스템은, 무선전력 전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력 전송장치와, 상기 무선전력 전송장치로부터 무선으로 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리셀을 충전하는 무선전력 수신장치로 구성된다.

단자공급방식에서는 충전기와 단말기간에 단자연결만 잘 된다면 이물질과 같이 충전을 방해하는 장해요인이 존재할 가능성이 크지 않다. 반면, 무선전력 전송 시스템은 무접점 충전이라는 특성으로 인하여, 충전시에 무선전력 수신장치와 무선전력 전송장치 사이에 이물질이 삽입될 수 있다. 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 사이에 금속과 같은 이물질이 끼게 될 경우, 이물질로 인하여 전력전송이 원활히 이루어지지 못함은 물론, 과부하 및 이물질 발열로 인한 제품의 소손 및 폭발 등의 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 무선전력 전송 시스템에서 이물질을 감지할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다.

현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다. 자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.

자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

어떻튼, 상용화된 무선전력전송 기기에서 송수신코일 근접 거리에서는 금속 이물질의 검출이 가능하나 송수신코일에서 일정거리 이상 멀어질 경우 이물질 검출의 어려움이 있으며, 일반적으로 사용하는 자기공진 감쇠 측정에 의한 품질계수의 측정에 의한 한계는 모서리로 갈수록 이물질이 존재하여도 Q-factor의 변화율이 미약하게 되어 이물질의 검출이 어렵게 되고, 또한, 전력전송 중에는 Q-factor의 측정을 위하여 전력전송을 중단하여야 하므로 비용과 시간이 많이 소요되게 되는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-1955806호 공개특허 제10-2019-0015953호 공개특허 제10-2019-0015953호

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 송수신코일의 간격이 일정거리 이상 멀어질 경우에도 이물질 검출이 가능하게 되고 송수신부의 모서리로 갈수록 이물질이 존재하여도 Q-factor의 변화율이 미약하게 되어도 이물질의 검출이 가능하게 되도록 무선전력전송 중에 이물질을 검출하기 위하여 큐-팩터(Q-factor)를 이용한 방법과 밸런스트 코일(Balanced coil)을 이용한 방법을 2중으로 사용하여 무선전력전송의 송신부와 수신부의 사이에 위치되는 이물질(Forign Object, FO)의 검출을 보다 효율적이고 정밀하게 검출하는 것이 가능한 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 검출 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은 본 발명에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 무선전력전송의 이물질 검출 시스템에 의하여 달성된다.

본 발명의 이러한 목적은, 충전 영역에 배치된 품질 계수를 이용한 이물질을 검출하는 단계에서, 공진코일에서 입력된 임펄스에 의해서 발생하는 자기 공진 주파수와 감쇠도를 측정하여 공진코일의 인덕턴스, 저항의 계산에 의하여 품질 계수를 계산하고, 송수신부의 밸런스트 코일(Balanced coil)이용한 이물질 검출 단계에서는, 무선전력전송 코일에 전력을 공급하여 밸런스트 코일 각각에서 발생하는 전압, 전류, 위상차를 측정 한다.

상기 측정된 품질 계수, 인던터스 값과 밸런스트 코일에서 측정된 파형의 위상과 진폭값을 저장하는 단계와, 무선전력 송신기와 수신기가 무선전력전송을 위한 정보를 교환하는 단계와,

상기 수신기에 대응되는 품질 계수 및 수신측 밸런스트 코일에서 측정된 위상 및 진폭 이용한 수신측 이물질 검출 정보등을 이용한 이물질 검출등 적어도 하나를 이용하여 이물질을 검출하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 이러한 목적은, 이물질 검출을 위하여 무선전력 전송 송신기 전력 송신 코일의 자기공진 감쇠도 측정과, 공진 주파수를 측정하는 측정부와, 상기 감쇠도, 주파수를 이용한 인덕턴스 및 품질계수 계산하는 계산부와,

송수신기에 대한 정보를 교환하는 통신부와, 밸런스드 코일에서 발생된 파형을 분석하는 분석부와, 상기 밸런스드 코일에서 발생된 파형의 위상 및 진폭을 기준 파형의 위상 및 진폭과 비교하는 비교부와, 상기 비교부에서 판단한 진폭과 위상이 임계점의 이하이면 이물질 검출로 판단하는 판단부를 포함하는 밸런스드 코일 검출부와;를 포함하는 본 발명에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 시스템에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 무선전력전송의 이물질 검출 시스템은, 송수신코일의 간격이 일정거리 이상 멀어질 경우에도 이물질 검출이 가능하게 되고 밸런스드 코일의 모서리로 갈수록 이물질이 존재하여도 Q-factor의 변화율이 미약하게 되어도 이물질의 검출이 가능하게 되도록 무선전력전송 중에 이물질을 검출하기 위하여 큐-팩터(Q-factor)를 이용한 방법과 밸런스트 코일(Balanced coil)을 이용한 방법을 복합적으로 사용하여 무선전력전송의 송신부와 수신부의 사이에 위치되는 이물질(Forign Object, FO)의 검출을 보다 효율적이고 정밀하게 검출하는 것이 가능하게 되는 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블럭도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 시스템의 블럭도
도 3a, 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 시스템의 큐팩터 검출부에 의한 이물질 유무에 따른 파형도와 모서리 검출불량의 도시된 수치표
도 4a, 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 시스템의 밸런스드 코일의 개략적인 종단면도와 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 시스템의 개략적인 설명을 도시한 블럭도
도 6a, 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 시스템내에 이물질이 없는 경우의 파형과 있는 경우의 파형의 개략도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 방법의 흐름도

이하에서 사용되는 "무선 전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용없이 송신기로부터 수신기로 송신되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미하도록 사용된다. 무선전력은 전력 신호(power signal)라고 불릴 수도 있으며, 1차 코일과 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기, 코드리스(codeless) 전화기, iPod, MP3 플레이어, 헤드셋 등을 포함하는 디바이스들을 무선으로 충전하기 위해 시스템에서의 전력 변환이 여기에 설명된다.

일반적으로, 무선 에너지 전달의 기본적인 원리는, 예를 들어, 자기 유도 커플링 방식이나, 30MHz 미만의 주파수들을 사용하는 자기 공진 커플링(즉, 공진 유도) 방식을 모두 포함한다. 그러나, 비교적 높은 방사 레벨들에서의, 예를 들어, 135kHz (LF) 미만 또는 1356MHz (HF)에서의 라이센스-면제 동작이 허용되는 주파수들을 포함하는 다양한 주파수들이 이용될 수도 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 전송 표준은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 표준 기술을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 1개 이상의 송신기로부터 무선 파워를 수신할 수도 있다.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 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 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블럭도로서, 무선 충전 시스템은 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신기(100)와, 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신기(200)와, 수신된 전력을 공급받아 소비하는 부하(300)로 구성되어, 상기 무선 전력 송신기를 통하여 무선으로 상기 무선 전력 수신기로 전력을 전달하게 되고 전달된 전력을 부하를 통하여 목적하는 용도로 사용되는 것이다.

상기 무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 각기 또는 일측에는 서로 통신하고 필요한 데이터를 저장하는 저장부가 마련되어 있어, 상기 저장부에 저장된 데이터를 필요시에 불러와서 필요한 수치와 비교하고 하는 기능을 수행한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 시스템의 블럭도로서, 상기 이물질 검출 시스템(A)은, 이물질이 감지되면 동작 주파수 대역 내 품질 계수 값을 측정하는 측정부(11)와, 자기 공진 수파수를 검색하는 검색부(12)와, 송신기 타잎에 대한 정보를 전송하고 상기 송신기 타잎에 대응되는 기준 품질 계수 값 및 무선전력전송 정보를 수신하는 통신부(13)와, 상기 기준 자기공진 주파수를 이용하여 기준 인덕턴스를 계산하는 계산부(14)와, 상기 기준 품질 계수 값, 상기 기준 인덕턴스 및 상기 공진 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 이물질을 검출하는 검출부(15)를 포함하는 큐팩터 검출부와(1); 이물질이 감지되면 밸런스드 코일에서 발생된 파형을 분석하는 분석부(21)와, 상기 밸런스드 코일에서 발생된 파형의 위상 및 진폭을 기준 파형의 위상 및 진폭과 비교하는 비교부(22)와, 상기 비교부에서 판단한 진폭과 위상이 임계점의 이하이면 이물질 검출로 판단하는 판단부(23)를 포함하는 밸런스드 코일 검출부(2);를 포함한다.

상기 이물질 검출 시스템(A)의 큐팩터 검출부와(1)는 여러가지 구성요소를 구비한 것으로 설명되어 있으며, 이는 보다 정밀한 검출을 위한 구성요소로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략하고 설명을 간단하게 하기 위하여 본 발명에서는 품질 계수 및 피크 주파수의 정도의 분석만으로 간단하게 설명하고자 한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 이물질의 존재여부에 따라서 파형도가 서로 상이하게 나타나서, 이물질이 없는 경우에는 피크 주파수의 파형이 완만하게 감쇄가 진행되고 있으나(도 3a의 좌측), 이물질이 있는 경우에는 피크 주파수의 파형이 이물질의 저항성분으로 인하여 감쇠가 빠르게 진행되므로(도 3a의 우측), 이와 같이 이물질이 없는 경우와 있는 경우가 도 3a에 도시된 바와 같이 명백하게 나타나므로, 이물질의 존재를 용이하게 파악할 수가 있게 되는 것이다.

도 3b는 큐팩터 검출부(1)에 의한 이물질 유무에 따른 모서리 검출불량의 도시된 수치표로서, 수신기나 송신기의 모서리부분(도 3b에 도시)에서는 붉은 글씨로 표시된 바와 같이 품질계수에 대한 감도가 크게 나타나지 않으므로 모서리 부분에서는 이물질의 유무를 정확하게 감지하는 것이 불가능하게 되는 것이다.

이와 같은 큐팩터 검출부(1)에 의한 이물질 유무에 따른 모서리 검출불량을 해결하기 위하여, 송수신기의 서로 바라보면서 전력의 송수신을 수행하는 송수신면(3,3')상에 밸런스드 코일(4,4')이 배치되어, 상기 밸런스드 코일(4,4')에서 감지되는 이물질의 여부에 따른 파형의 위상 및 진폭의 변화를 감지하는 것에 의하여 모서리 검출불량을 해결할 수가 있게 되는 것이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 밸런스드 코일(4,4')은 송수신기(도시되지 않음)의 송수신면(3,3')상에 부착된 페라이트판(5,5)과 송수신코일(6,6')의 상면에 부착되어 있어, 상기 송신코일(6)을 통하여 수신코일(6')로 전력이 송신되게 작동되는 구조이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 시스템의 개략적인 설명을 도시한 블럭도로서, 무선전력 전송 초기화를 수행하고, 링 디케이(Ring decay) 방법을 이용하여 공진주파수, 품질 계수 값을 측정하고 수신기의 존재 여부를 판단하고, 수신코일에서 기준 품질 계수 값과 수신후 측정값을 비교하고, 밸런스드 코일을 이용한 이물질을 감지하는 작동을 수행하게 되고, 전력전송을 수행하게 되는 것이다.

이와 같은 구조를 갖는 밸런스드 코일(4,4')상에 이물질이 없는 경우에는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 밸런스드 코일(4)의 파형이 중간지점(c)을 기점으로 대칭으로 배치되나, 이물질이 있는 경우에는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 밸런스드 코일(4)의 파형이 중간지점(c)을 기점으로 일측으로 치우쳐서 찌그러지게 되므로, 용이하게 송수신면(3,3')의 모서리에 있는 이물질도 검출하는 것이 가능하게 되는 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선 충전 시스템의 이물질 검출 방법을 상세하게 설명하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 송신기(100)는 상기 수신기(200)로 전력을 송출하기 전에 이물질이 감지되면, 디지털 핑단계로의 진입 전에 품질 계수 값을 측정할 수 있다(S1). 상기 송신기(100)는 측정된 품질 계수 값을 내부의 저장부에 저장할 수 있다(S2). 상기 송신기(100)는 이물질이 감지되면 밸런스드 코일에서 발생된 파형을 분석한다(S3). 상기 송신기(100)는 핑 단계로 진입한다(S4). 상기 수신기(200)는 저장부에 저장된 해당 기준 품질 계수 값과 기준 파형 값을 읽고(S5), 읽은 상기 기준 품질 계수 값과 기준 파형 값을 상기 송신기(100)로 전송한다(S6). 상기 송신기(100)는 수신된 기준 품질 계수 값과 기준 파형 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 한계값을 결정하고(S7), 상기 송신기(100)는 측정된 품질 계수 값과 파형 값을 기준 품질 계수 값과 기준 파형 값과 비교하여 한계값과 비교하여 이물질 존재영역에 있으면 이물질을 검출할 수가 있다(S8).

이와 같이 초기 이물질에 대한 검출을 확인 후 이물질이 없는 것으로 판단이 되면 무선전력 수신기 초기 Ping, configuration, negotiation 동작을 수행으로 전력 수신기가 가지고 있는 자기 품질 계수, 버전, 최대 전력 등을 교환하게 된다. 이 과정에서 송신기가 전달 받은 수신기 자기 품질 계수와 송신기에서 측정된 품질 계수를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판별한다. 또한 수신기측의 밸런스드 코일에서의 측정된 이물질 존재 여부에 대하여서도 송신에 전달을 한다.

이와 같은 이물질 검출과정에서 이물질이 존재한다고 판단을 할 경우 전력송신기는 즉시 전력전송을 중단하고 이물질에 대한 경고 신호를 표시한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 무선전력전송의 이물질 검출 시스템은, 송수신코일의 간격이 일정거리 이상 멀어질 경우에도 이물질 검출이 가능하게 되고 밸런스드 코일의 모서리로 갈수록 이물질이 존재하여도 Q-factor의 변화율이 미약하게 되어도 이물질의 검출이 가능하게 되도록 무선전력전송 중에 이물질을 검출하기 위하여 큐-팩터(Q-factor)를 이용한 방법과 밸런스트 코일(Balanced coil)을 이용한 방법을 복합적으로 사용하여 무선전력전송의 송신부와 수신부의 사이에 위치되는 이물질(Forign Object, FO)의 검출을 보다 효율적이고 정밀하게 검출하는 것이 가능하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법 및 무선전력전송의 이물질 검출 시스템은, 일반적인 무선전력전송 산업분야에서 동일한 방법을 반복적으로 수행하는 것이 가능하고 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

A ..... 이물질 검출 시스템 11 ..... 측정부
12 ..... 검색부 13 ..... 통신부
14 ..... 계산부 15 ..... 검출부
21 ..... 분석부 22 ..... 비교부
23 ..... 판단부 100 ..... 송신기
200 ..... 수신기

Claims (2)

1. 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법에 있어서,
   상기 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법은, 송신기(100)는 수신기(200)로 전력을 송출하기 전에 디지털 핑단계로의 진입 전에 품질 계수 값을 측정하는 단계와, 상기 송신기(100)는 측정된 품질 계수 값을 내부의 저장부에 저장하는 단계를 수행하면서 상기 송신기(100)는 이물질이 감지를 위해서 밸런스드 코일에서 발생된 파형을 분석하는 단계와,
   상기 수신기(200)는 저장부에 저장된 기준 품질 계수 값과 기준 파형 값을 상기 송신기(100)로 전송하는 단계와,
   상기 송신기(100)는 수신된 기준 품질 계수 값과 기준 파형 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 한계값을 결정하고, 상기 송신기(100)는 측정된 품질 계수 값과 파형 값을 기준 품질 계수 값과 기준 파형 값과 비교하여 한계값과 비교하여 이물질을 존재 여부를 검출하는 단계와,
   송신기가 이물질의 존재가 판단되면 전력 전송이 중단될 때까지 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않게 제어되는 것을 특징으로 하는 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 방법.
   
2. 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 시스템에 있어서,
   상기 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 시스템은 이물질 검출 시스템(A)이 구비되고,
   상기 이물질 검출 시스템(A)은, 이물질이 감지되면 동작 주파수 대역 내 품질 계수 값을 측정하는 측정부(11)와, 품질 계수값 측정한 주파수를 검색하는 검색부(12)와, 송신기 타잎에 대한 정보를 전송하고 상기 송신기 타잎에 대응되는 기준 품질 계수 값 및 기준 피크 주파수를 수신하는 통신부(13)와, 자기공진주파수를 이용하여 기준 인덕턴스를 계산하는 계산부(14)와, 상기 기준 품질 계수 값, 상기 기준 인덕턴스 및 상기 자기 공진 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 이물질을 검출하는 검출부(15)를 포함하는 큐팩터 검출부와(1); 이물질이 감지되면 밸런스드 코일에서 발생된 파형을 분석하는 분석부(21)와, 상기 밸런스드 코일에서 발생된 파형의 위상 및 진폭을 기준 파형의 위상 및 진폭과 비교하는 비교부(22)와, 상기 비교부에서 판단한 진폭과 위상이 임계점의 이하이면 이물질 검출로 판단하는 판단부(23)를 포함하는 밸런스드 코일 검출부(2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 검출 방법이 구비된 무선전력전송의 이물질 검출 시스템.

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