KR102481554B1 - 자동차에 장비되도록 의도된 이동 디바이스를 이용해서 이동 단말기를 충전하기 위한 방법 및 연관된 충전 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 주제는 자동차에 장비되도록 의도되는 충전 디바이스(D)를 이용해서 이동 단말기를 충전하기 위한 방법으로서, 상기 충전 디바이스(D)는 충전 주파수를 가진 적어도 하나의 유도성 1차 WPC 안테나(B1), 및 충전 주파수보다 적어도 1000배 더 높은 공진 주파수(FR)를 가진 하나의 공진 1차 A4WP 제 2 안테나(B2), 및 유도성 1차 안테나 아래에 위치되며 당해 유도성 1차 안테나에 단단히 체결된 강자성체(C)를 포함하고, 본 발명은, 상기 방법이, 사전에, 강자성체 및 유도성 1차 안테나에, 공진 1차 안테나에 대하여 강자성체 및 상기 유도성 1차 안테나를 이동시킬 수 있는 이동 수단(100)을 장비시키는 단계; 이동 단말기가 공진 1차 안테나에 의해 충전될 때 상기 공진 1차 안테나의 공진 주파수(FR)에 의존하여, 공진 1차 안테나에 대하여 유도성 1차 안테나와 연관된 강자성체를 이동시키는 단계(단계 E1 및 단계 E1a); 이동 단말기가 유도성 1차 안테나에 의해 충전될 때 유도성 1차 안테나의 충전 효율(Q)에 의존하여 유도성 1차 안테나와 연관된 강자성체를 이동시키는 단계(단계 E2 및 단계 E2a)를 포함하는 것을 제안한다.

Description

자동차에 장비되도록 의도된 이동 디바이스를 이용해서 이동 단말기를 충전하기 위한 방법 및 연관된 충전 디바이스
본 발명은 자기 결합을 통해 이동 단말기를 충전하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은, 제한 없이, 자동차 안에 수용된 충전 디바이스에서, 특정한 이점으로 적용된다.
이동 단말기(이동 전화, 랩탑 컴퓨터, 터치스크린 태블릿, 디지털 카메라 등)를 무선으로 충전하는 것을 가능하게 하는, 자기 결합 충전 디바이스는 현재 상당한 성장을 경험하고 있다.
종래와 같이, 자기 결합 충전 디바이스는 충전 모듈에 연결되는, "1차 안테나"로 불리는, 도체 코일을 포함한다. 이동 단말기의 충전 동안, 충전 모듈은 1차 안테나에서, 그의 강도가 시간에 걸쳐 바뀌는, 전기 전류를 채널링하는 것을 가능하게 하는 충전 신호를 형성한다. 그에 따라 공급되는 1차 안테나는 가변 자기장을 형성한다.
이동 단말기는 "2차 안테나"로 불리는, 도체 코일을 포함하는 수용 모듈을 포함한다. 상기 2차 안테나가 1차 안테나에 의해 형성된 가변 자기장에 배치될 때, 전기 전류는 상기 2차 안테나에서 유도된다. 이러한 전기 전류는 2차 안테나에 연결된 전기 누적기를 충전하는 것을 가능하게 하고, 그에 따라 전류를 이동 단말기로 공급한다.
상기 설명된 일반적인 원리에 따라 동작하는 여러 유형의 자기 결합 충전 디바이스, 특히 다음에 의해 정의된 것이 알려져 있다:
원칙적으로 100 내지 200 킬로헤르츠(㎑) 사이에 있는 충전 주파수를 사용하는, "자기 유도" 충전 디바이스로서 알려진 것을 정의하는, WPC("무선 전력 컨소시엄"에 대한 머리글자) 컨소시엄,
원칙적으로 6 내지 7 메가헤르츠(㎒) 사이에 있는 충전 주파수를 사용하는, "자기 공진" 충전 디바이스로서 알려진 것을 정의하는, A4WP("무선 전력을 위한 연합"에 대한 머리글자) 컨소시엄.
모든 이동 단말기와의 상호 운용성을 보장하기 위해, 요즘에는 바이모달(bimodal) 자기 결합 충전 디바이스, 다시 말해서 WPC 컨소시엄에 의해 정의된 요구 및 A4WP 컨소시엄에 의해 정의된 요구 양쪽 모두와 호환 가능한 디바이스에 대한 요구가 있다.
그러나, WPC 및 A4WP 컨소시엄(간단화를 도모하기 위하여, 본 발명자들은 이하에서 이들에 WPC 유도성 1차 안테나 및 A4WP 공진 1차 안테나라는 명칭을 부여할 것임)의 요구와 호환 가능한 1차 안테나는 매우 상이한 특성을 갖는다. 특히, WPC 1차 안테나는 일반적으로 A4WP 1차 안테나의 동작을 방해할 수 있는 강자성체와 연관되며, 따라서 WPC 및 A4WP 1차 안테나와 나란히 배치되는 것은 어렵다. WPC 및 A4WP 충전 표면은 따라서 원격이어야 하며, 그러므로 WPC 또는 A4WP 수용 모듈을 갖추고 있는지의 여부에 따라서 이동 단말기를 배치하기 위한 제약이 있다.
또한, 자기 공진 충전은 A4WP 공진 1차 안테나의 임피던스 매칭에 관하여 높은 정밀도를 요구한다. 구체적으로, A4WP 공진 1차 안테나에 가까운 이동 단말기의 존재는 상기 안테나의 전기 파라미터를 수정하며 그의 공진 주파수가 달라지게 한다. 이러한 임피던스 수정은 충전 효율을 감소시키며, 그 후 A4WP 공진 1차 안테나의 공진 주파수가 최대 충전 효율을 위한 최적의 공진 주파수와 같도록 임피던스를 매칭시키는 것이 필요하다.
종래 기술로부터의 하나의 해법은, 병렬로 연결되고 그리고 A4WP 공진 1차 안테나에 연결된 복수의 커패시터 및 스위치로 이루어진 네트워크를 사용하며, 상기 안테나의 원하는 임피던스를 얻기 위해 대응하는 스위치를 사용하여 하나 이상의 커패시터를 선택하는 것에 있다.
이러한 해법은 값비싸며 스위치를 스위칭하기 위한 복잡한 전력을 요구한다.
본 발명의 목표는 WPC 및 A4WP 충전 모듈에 대한 단일 충전 표면을 가진 바이모달 자기 결합 충전 디바이스를 갖는 것을 가능하게 하는 솔루션을 제안하며 또한 정확하고, 용이하게 및 저렴하게 A4WP 공진 1차 안테나의 임피던스를 매칭시키는 것을 가능하게 함으로써, 종래 기술로부터의 솔루션, 특히 상기 개괄된 것들의 제한 중 모두 또는 일부를 바로잡는 것이다.
본 발명은 자동차 안에 수용되도록 의도된 충전 디바이스를 사용하여 이동 단말기를 충전하기 위한 방법을 제안하며, 상기 충전 디바이스는 충전 주파수를 가진, 적어도 하나의 제1 소위 유도 충전 안테나, 또는 "WPC" 유도성 1차 안테나, 및 상기 충전 주파수보다 적어도 1000배 더 높은 공진 주파수를 가진 제2 소위 공진 충전 안테나, 또는 "A4WP" 공진 1차 안테나, 상기 유도성 1차 안테나 아래에 위치되며 그에 연결되는 강자성체를 포함하고, 상기 충전 방법은,
상기 강자성체 및 상기 유도성 1차 안테나에, 사전에 상기 공진 1차 안테나에 대하여 상기 강자성체 및 상기 유도성 1차 안테나를 이동시킬 수 있는 움직임 수단을 구비시키는 단계,
상기 충전 표면상에서 상기 이동 단말기를 검출하는 단계,
상기 유도성 1차 안테나 또는 상기 공진 1차 안테나에 의해 충전을 트리거하도록 상기 충전 디바이스와 상기 이동 단말기 간의 충전 유형을 결정하는 단계,
상기 이동 단말기가 상기 공진 1차 안테나에 의해 충전될 때 상기 공진 1차 안테나의 공진 주파수에 의존하여, 상기 공진 1차 안테나에 대하여 상기 유도성 1차 안테나에 연결된 강자성체를 이동시키는 단계,
상기 이동 단말기가 상기 유도성 1차 안테나에 의해 충전될 때 상기 유도성 1차 안테나의 충전 효율에 의존하여 상기 유도성 1차 안테나에 연결된 강자성체를 이동시키는 단계에 있다는 점에서 주목할 만하다.
보다 특히,
상기 검출 단계 및 상기 결정하는 단계는 상기 공진 1차 안테나에 의해 수행되며,
상기 결정하는 단계는 상기 공진 1차 안테나가 식별자 요청 메시지를 상기 이동 단말기로 전송하는 것을 포함한다:
- 호환 가능한 식별자가 회답으로 이동 단말기로부터 공진 1차 안테나에 의해 수신되면, 상기 이동 단말기는 공진 1차 안테나에 의해 충전되고,
- 그렇지 않다면, 이동 단말기는 유도성 1차 안테나에 의해 충전된다.
하나의 바람직한 실시예에서,
상기 이동 단말기가 상기 공진 1차 안테나에 의해 충전될 때, 상기 유도성 1차 안테나에 연결된 강자성체의 움직임은 상기 공진 주파수가 미리 결정된 값의 영역(window) 내에 포함될 때에만 정지하며,
상기 이동 단말기가 상기 유도성 1차 안테나에 의해 충전될 때, 상기 유도성 1차 안테나에 연결된 강자성체의 움직임은 상기 유도성 1차 안테나의 충전 효율이 미리 결정된 임계치보다 높거나 같을 때에만 정지한다.
하나의 바람직한 실시예에서, 상기 유도성 1차 안테나의 및 페라이트의 움직임은 상기 충전 표면에 평행한 평면에서 발생한다.
본 발명은 또한 자동차 안에 수용되도록 의도된, 이동 단말기를 충전하기 위한 디바이스에 관한 것이며, 상기 충전 디바이스는 충전 주파수를 가진, 적어도 하나의 제1 소위 유도 충전 안테나, 또는 "WPC" 유도성 1차 안테나, 및 충전 주파수보다 적어도 1000배 더 높은 공진 주파수를 가진, 제2 소위 공진 충전 안테나, 또는 "A4WP" 공진 1차 안테나, 상기 유도성 1차 안테나 아래에 위치되며 그에 연결된 강자성체를 포함하고, 상기 충전 디바이스(D)는,
상기 강자성체 및 상기 유도성 1차 안테나를 이동시킬 수 있는, 상기 유도성 1차 안테나에 연결된 상기 강자성체를 이동시키기 위한 수단,
상기 충전 표면상에서 상기 이동 단말기의 존재를 검출하기 위한 수단,
상기 충전의 유형을 결정하기 위한 수단,
상기 공진 1차 안테나의 공진 주파수를 측정하기 위한 제1 수단,
상기 유도성 1차 안테나의 충전 효율을 측정하기 위한 제2 수단,
상기 공진 주파수에 의존하여 상기 움직임 수단을 제어하기 위한 제1 수단,
상기 충전 효율에 의존하여 상기 움직임 수단을 제어하기 위한 제2 수단,
상기 공진 1차 안테나의 공진 주파수 및 미리 결정된 값의 영역의 최소값과 최대값을 비교하기 위한 제1 수단,
상기 유도성 1차 안테나의 충전 효율 및 미리 결정된 임계치를 비교하기 위한 제2 수단을 포함한다는 점에서 주목할 만하다.
중심에서 교차하는 세로 축 및 가로 축을 포함하는 충전 표면을 가진, 하나의 바람직한 실시예에서, 상기 공진 1차 안테나는 상기 충전 표면의 단부에 위치되며 상기 강자성체 및 상기 유도성 1차 안테나는 상기 유도성 1차 안테나 또는 상기 페라이트가 상기 충전 표면의 중심과 일치하는 중심을 가진 초기 위치로부터 상기 유도성 1차 안테나 또는 페라이트가 상기 유도성 1차 안테나 또는 상기 페라이트가 상기 충전 표면의 단부에서 공진 1차 안테나에 가깝게 위치되는 최종 위치로 세로 축을 따라 이동할 수 있다.
바람직하게는, 상기 공진 1차 안테나는 상기 유도성 1차 안테나를 완전히 또는 부분적으로 둘러싼다.
방편으로, 상기 유도성 1차 안테나의 및 상기 페라이트의 움직임은 상기 충전 표면에 평행한 평면에서 발생하며 상기 움직임 수단은,
상기 움직임 수단에 연결된, 전기 모터,
적어도 두 개의 풀리를 포함하는 구동 시스템으로서, 강자성체에 연결된 벨트가 운전 중에 상기 풀리 둘레에서 구동되는, 상기 구동 시스템을 포함한다.
본 발명은 또한 상기 열거된 특징 중 임의의 것에 따른 충전 디바이스를 포함하는 임의의 자동차에 적용한다.
본 발명의 다른 목표, 특징 및 이점은 비제한적인 예로서, 다음의 설명을 판독할 때, 및 수반되는 도면을 검사할 때 명백해질 것이며, 여기에서:
- 도 1은 본 발명에 따른 충전 디바이스(D)의 단면 평면도를 개략적으로 도시한 도면,
- 도 2는 본 발명에 따른 충전 디바이스(D)의 단면 측면도를 개략적으로 도시한 도면,
- 도 3은 중심 O'를 가진, WPC 유도성 1차 안테나의 위치에 대하여, 중심 O를 가진, A4WP 공진 1차 안테나의 인덕턴스 변화의 그래프를 도시한 도면,
- 도 4는 WPC 유도성 1차 안테나가 A4WP 공진 1차 안테나의 중심에 도달할 때 A4WP 공진 1차 안테나의 공진 주파수에서의 감소를 예시한 그래프,
- 도 5는 WPC 유도성 1차 안테나가 충전 디바이스(D)의 단부(Ext1, Ext2)에 도달할 때, 다시 말해서 상기 WPC 유도성 1차 안테나가 A4WP 공진 1차 안테나에 도달할 때 A4WP 1차 안테나의 공진 주파수에서의 증가를 예시한 그래프,
- 도 6은 본 발명에 따른 충전 방법을 도시한 흐름도,
- 도 7은 본 발명에 따른 충전 디바이스(D)의 하나의 바람직한 실시예의 상세한 단면 측면도를 개략적으로 도시한 도면.
본 발명의 충전 디바이스(D)는 도 1, 도 2, 및 도 7에 예시된다. 상기 디바이스(D)는 자기 결합을 통해 이동 단말기(도면에서 도시되지 않음)의 배터리를 충전하도록 자동차 안에 수용되도록 의도된다.
충전 디바이스(D)는 바이모달이며; 더 정확히 말하면, 그것은 "WPC"-호환 가능한 이동 단말기 및 "A4WP"-호환 가능한 이동 단말기, 다시 말해서 100 내지 200 ㎑ 사이에서의 충전 주파수에서의 자기 유도를 통해, 또는 충전 주파수의 1000배보다 높은, 예를 들면 약 6 내지 7㎒ 사이에서의 공진 주파수에서의 자기 공진을 통해 충전될 수 있는 단말기를 충전하는 것을 가능하게 한다.
이를 위해, 충전 디바이스(D)는, 이동 단말기를 수용하도록 의도된 충전 표면(10)의 밑에,
- 평면 원형 안테나의 형태로, 유도성 충전 관리 시스템(도시되지 않음)에 전기적으로 연결되고, 일반적으로 상기 디바이스(D)에 위치된 마이크로제어기(200)에 포함되며 안테나 밑에 유도성 1차 안테나(B1)에 연결된, 강자성체(C)가 위치되어 있는, 복수의 구리-와이어 권선을 포함하는 상기 유도성 1차 안테나(B1),
- 구리-와이어 권선의 형태로, 충전 표면(10)의 주변부에 위치되고, 공진 충전 시스템(도시되지 않음)에 연결되며, 일반적으로 디바이스(D)에 위치된 마이크로제어기(200)에 포함되는, 공진 1차 안테나(B2)를 포함한다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 도 1에 예시된 바와 같이, 충전 디바이스(D)는 중심 O를 갖고, 형태가 직사각형이며, 여기에서 두 개의 축, 세로 축(XX') 및 가로 축(YY')이 교차한다. 또한 형태가 직사각형인, 충전 디바이스(D)의 주변부에 위치된 공진 1차 안테나(B2)는 두 개의 축(XX', YY')에 대해 대칭이며 충전 디바이스(D)의 중심(O)에 대하여 중심에 있다. 이러한 바람직한 실시예에서, 공진 1차 안테나(B2)의 적어도 하나의 권선 또는 적어도 하나의 루프는 유도성 1차 안테나(B1)를 완전히 또는 부분적으로 둘러싼다.
이러한 대표적인 실시예는 결코 제한적이지 않으며, 충전 디바이스(D)에서 공진 1차 안테나(B2)의 임의의 형태 및/또는 배열이 고려될 수 있다. 그러나, 공진 충전 효율을 보장하기 위해, 안테나가 충전 표면(10) 상에서 이동 단말기의 위치에 관계없이 효율적인 충전을 보장하도록 배열되는 것이 바람직하다. 공진 1차 안테나(B2)의 충전 표면(10)의 주변부에서의 배열은 따라서 충전 표면(10) 상에서 그의 위치에 관계없이 이동 단말기를 충전하는 것을 가능하게 한다.
본 발명을 구현하기 위해, 공진 1차 안테나(B2)의 적어도 하나의 루프 또는 하나의 권선이 유도성 1차 안테나(B1)에, 더 정확히 말하면 페라이트(C)에 인접하는 것이 필요하며, 따라서 공진 1차 안테나(B2)의 임피던스는 유도성 1차 안테나(B1)가 공진 1차 안테나(B2)에 대하여 이동할 때 달라진다(이것은 이하에서 설명된다). 그러나, 자동차 안에 수용된 유도성 충전기의 충전 표면이 제한된 크기를 갖는다는 것을 고려해볼 때, 공진 1차 안테나(B2) 및 유도성 1차 안테나(B1)는 서로 가깝게 위치된다.
본 발명을 구현하기 위해, 더욱이 두 개의 안테나, 즉 공진 1차 안테나(B2) 및 유도성 1차 안테나(B1)가 각각 충전 표면(10)과 동일한 표면적을 커버하지 않는 것이 필요하다.
본 발명은 공진 1차 안테나(B2)에 대하여 이동식인 강자성체(C)로 및 유도성 1차 안테나(B1)로 형성된 어셈블리를 제안하며, 공진 1차 안테나는 움직이지 않으며 디바이스(D)에서 고정된다.
이를 위해, 본 발명에 따르면, 디바이스(D)는 뿐만 아니라 공진 1차 안테나(B2)에 대하여 강자성체(C) 및 유도성 1차 안테나(B1)를 이동시킬 수 있는 움직임 수단(100)을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 유도성 1차 안테나(B1) 및 강자성체(C)의 움직임은 충전 표면(10)에 평행한 평면(P)에서 발생한다(도 2 참조). 그러나, 움직임은 또한 충전 표면(10)에 수직인 평면에서 발생할 수 있다.
이들 움직임 수단(100)은, 예를 들면 및 도 7에 예시된 바와 같이, 적어도 두 개의 풀리(P1, P2)를 포함하는 구동 시스템에 연결되는 전기 모터(M)로 형성될 수 있으며, 이들 풀리에 의해서, 그 자체가 유도성 1차 안테나(B1)에 연결되는, 페라이트(C) 아래에 위치되고 상기 페라이트에 연결된 벨트(30)가 운전 중에 구동된다.
전기 모터(M)는 결국 움직이고 있는 벨트(30) 및 제2 풀리(P2, P1)를 구동하는, 두 개의 풀리(P1, P2) 중 적어도 하나에 기계적으로 연결된 출력 샤프트(40)의 회전을 야기한다. 강자성체(C)가 벨트(30)에 고정되고 연결되므로, 이어서, 상기 강자성체(C)는 또한 벨트(30)에 의해 운전 중에 구동된다. 이 예에서, 벨트(30)는 두 개의 풀리(P1, P2) 주위에 루프를 형성하며, 하나의 부분은 충전 표면(30)에 평행하며 강자성체(C) 아래에 위치된 표면을 형성한다.
물론, 이 예는 결코 제한적이지 않으며, 본 발명은 또한 전기 모터(M)에 의해 회전이 구동되는, 공진 1차 안테나(B2)에 대하여 그리고 충전 표면(10)에 평행한 평면(P)에서 유도성 1차 안테나(B1)에 연결된 강자성체(C)를 이동시킬 수 있는 이 기술분야의 숙련자에게 알려진 모든 움직임 수단, 예를 들면, 기어 시스템에 적용한다.
두 개의 풀리(P1, P2)는 유리하게는 세로 축(XX')(도 1 참조)을 따라 디바이스(D)의 두 개의 단부(Ext1, Ext2)의 각각에, 다시 말해서 도 1에 예시된 예에서, 충전 표면(10)의 단부에 위치된다. 풀리(P1, P2) 및 두 개의 풀리를 연결한 벨트(30)는 따라서 세로 축(XX')을 따라, 제1 단부(Ext1)로부터 제2 단부(Ext2)로 강자성체(C) 및 유도성 1차 안테나(B1)를 이동시켜, 충전 표면(10)의 중심(O)을 통과하는 것을 가능하게 한다.
공진 1차 안테나(B2)가 충전 표면(10)의 주변부에, 다시 말해서 단부(Ext1 및 Ext2)(및 또한 Ext3, Ext4)에 위치됨에 따라, 강자성체(C) 및 공진 1차 안테나(B1)가 단부(Ext1, Ext2) 중 하나 또는 다른 것을 향해 이동할 때, 상기 강자성체(C) 및 상기 안테나(B1)는 공진 1차 안테나(B2)에 도달하며, 따라서 공진 1차 안테나(B2)의 임피던스를 수정한다.
이것은 도 3에 예시되며, O는 충전 디바이스(D)의, 그러므로 공진 1차 안테나(B2)의 중심이고, O'가 유도성 1차 안테나(B1)의 중심인 것으로 고려하며; 중심(O')이 중심(O)에 도달할 때, 공진 1차 안테나(B2)의 인덕턴스(L)는 증가한다. 중심(O 및 O')이 30mm 이격될 때, 인덕턴스(L)는 2.8μH와 같으며, 두 개의 중심(O, O')이 일치할 때(그들 중 둘 사이의 제로 거리), 임피던스는 3.5μH와 같다.
도 3에서 기준으로서, 유도성 1차 안테나(B1)의 중심(0')이 고려되었지만, 페라이트(도시 생략)의 중심(O")은, 유도성 1차 안테나(B1) 및 강자성체(C)가 중심에 있지 않은 경우에, 기준으로서 고려될 수 있다.
이러한 임피던스 변화는 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)가 달라지게 한다.
이것은 도 4 및 도 5에서 예시된다.
도 4에서, 유도성 1차 안테나(B1)의 중심(O')이 공진 1차 안테나(B2)의 중심(O)(또는 강자성체(C)의 중심(O"))에 도달할 때, 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)는 감소하며, 보다 작은 값을 향해 이동하고, 이것은 도 4에서 화살표에 의해 예시된다.
도 5에서, 유도성 1차 안테나(B1)의 중심(O')(또는 강자성체(C)의 중심(O"))이 공진 1차 안테나(B2), 다시 말해서 단부(Ext1, Ext2)에 도달할 때, 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)는 증가하며 보다 큰 값을 향해 이동하고, 이것은 도 5에서 화살표에 의해 예시된다.
종래 기술에서 설명된 바와 같이, 이동 단말기가 충전 표면(10) 상에 위치될 때, 그의 존재는 공진 1차 안테나(B2)의 임피던스(L) 및 그러므로 최적의 공진 주파수(Fopt)로부터 멀어지는, 그의 공진 주파수(FR)를 수정하고, 이러한 현상은 "미스매칭"으로 불리운다. 종래 기술에서, 이동 단말기가 충전 표면(10) 상에서 검출될 때마다 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)를 매칭시키기 위해 커패시터 및 스위치를 사용하는 것이 알려져 있으며, 따라서 그것은 최적의 공진 주파수(Fopt)와 대체로 동일하였다.
본 발명은 여기에서 이동 단말기가 충전 표면(10) 상에서 검출되며 공진 충전이 필요할 때마다 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)를 매칭시키기 위해 강자성체(C) 및 유도성 1차 안테나(B1)의 움직임을 사용하고, 따라서 공진 주파수(FR)가 최적의 공진 주파수(Fopt)와 대체로 같도록 제안한다.
본 발명은 또한 이동 단말기를 이용해서 유도성 1차 안테나(B1)를 중심에 두고 그에 따라 유도성 충전이 필요할 때 충전 효율을 최적화하도록 강자성체(C)의 및 유도성 1차 안테나(B1)의 움직임을 또한 사용하도록 창의적으로 제안한다.
구체적으로, 충전 디바이스(D)가 이동 단말기를 유도성 충전하기 위해 단지 하나의 단일 유도성 1차 안테나(B1)를 포함하므로, 이동 단말기가 상기 안테나에 대하여 중심에 있지 않을 때, 충전 효율은 감소한다.
창의적으로, 유도성 1차 안테나(B1) 및 강자성체(C)가 이동식일 때, 그들을 이동시키는 것은 또한 최대 충전 효율(Q)을 얻도록 이동 단말기에 대하여 유도성 1차 안테나(B1)를 중심에 두는 것을 가능하게 한다.
따라서, 그것과 연관된 유도성 1차 안테나(B1) 및 강자성체(C)를 이동식이 되도록 함으로써, 본 발명은, 방편으로서,
- 공진 1차 안테나(B2)의 임피던스(L)를 수정하기 위해, 및 그에 따라 이동 단말기가 충전 표면(10) 상에 위치되며 공진 충전이 요구될 때, 최적의 공진 주파수(Fopt)와 대체로 같도록 상기 안테나의 공진 주파수(FR)를 조정하기 위해,
- 이동 단말기가 충전 표면(10) 상에서 검출되며 유도성 충전이 요구될 때, 유도성 1차 안테나(B1)의 충전 효율(Q)을 최적화하도록 이동 단말기에 대하여(더 정확히 말하면 이동 단말기에 위치된 수신기 안테나에 대하여) 유도성 1차 안테나(B1)를 중심에 두기 위해 이들 두 개의 요소로 형성된 어셈블리를 이동시키는 것을 가능하게 한다.
이를 위해, 충전 디바이스(D)는 또한 다음을 포함한다(도 7 참조):
공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)를 측정하기 위한 제1 수단(M1a),
유도성 1차 안테나(B1)의 충전 효율을 측정하기 위한 제2 수단(M2a),
공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수 및 미리 결정된 값 영역(R)의 최소값(Rmin)과 최대값(Rmax)을 비교하기 위한 제1 수단(M1b),
유도성 1차 안테나(B1)의 충전 효율(Q) 및 미리 결정된 임계치(Qmin)를 비교하기 위한 제2 수단(M2b),
공진 주파수(FR)에 의존하여 움직임 수단(100)을 제어하기 위한 제1 수단(M1c),
충전 효율(Q)에 의존하여 움직임 수단(100)을 제어하기 위한 제2 수단(M2c).
공진 주파수를 측정하기 위한 제1 수단(M1a)은 인가된 주파수(예를 들면, 0.1㎒의 스텝을 갖고, 6㎒ 내지 7㎒ 사이)의 함수로서 공진 1차 안테나(B2)의 전류를 측정하는데 있으며, 상기 공진은 상기 전류가 가장 높은 주파수에 대응한다. 제1 측정 수단(M1a)은 그러므로 마이크로제어기(200)에 포함된 아날로그 변환기를 사용하여, 예를 들면 공진 1차 안테나(B2)에 전기적으로 연결되는 공진 커패시터의 단자에 걸친 전압을 측정하는데 있다. 일단 이러한 커패시터의 값이 결정되면, 그 후 공진 1차 안테나(B2)를 통해 흐르는 전류의 강도를 그로부터 도출하며 그 후 전류가 가장 높은 공진 주파수를 결정하는 것이 가능하다. 측정 수단(M1a)은 이 기술분야의 숙련자에게 알려지며 이하에서 보다 상세하게 설명되지 않을 것이다.
충전 효율을 측정하기 위한 제2 수단(M2a)은 유도성 1차 안테나(B1)로부터 마이크로제어기(200)에 의해 수신된 유효 전력과, 상기 유도성 1차 안테나(B1)를 공급하는, 마이크로제어기(200)에 의해 발생된 전력 사이에서의 비를 측정하는데 있다. 마이크로제어기(200)에 의해 수신된 전력은 유도성 1차 안테나(B1)로부터 전력 라인 통신의 형태를 취한다.
충전 효율을 측정하기 위한 수단(M2a)은 이 기술분야의 숙련자에게 알려지며 여기에서 보다 상세하게 설명되지 않을 것이다.
제1 및 제2 비교 수단(M1b, M2b)은 소프트웨어 모듈로 이루어진다.
움직임 수단(100)을 제어하기 위한 제1 수단(M1c) 및 제2 수단(M2c)은 전기 모터에 대한 교번하는 상의 "단계별" 생성으로 이루어진다. 이것은 벨트(30), 다시 말해서 유도성 1차 안테나의 정밀하고 반복 가능한 움직임을 허용한다.
충전 디바이스(D)는 또한 다음을 포함한다:
소프트웨어 수단으로 이루어진, 이 기술분야의 숙련자에게 알려진, 충전 표면(10) 상에서 이동 단말기의 존재를 검출하기 위한 수단(도면에 도시 생략), 예를 들면 이동 단말기로 "핑"을 송신하기 위한 회로 및 충전 표면(10) 상에서 그의 존재를 확인하는 메시지를 이동 단말기로부터 회답으로 수신하기 위한 회로, 상기 수단은 마이크로제어기(200)에 포함된다.
예를 들면 소프트웨어 수단으로 이루어진, 충전의 유형을 결정하기 위한 수단(도면에서 도시 생략)으로서, 예를 들면 공진 1차 안테나(B2)를 통해 문의 메시지를 이동 단말기로 송신하기 위한 회로 및 이동 단말기로부터 식별자를 수신하기 위한 회로. 이 식별자가 공진 1차 안테나(B2)에 의해 인식되면, 이동 단말기는 공진 충전과 호환 가능하며, 식별자가 공진 1차 안테나(B2)에 의해 식별되지 않는다면, 이동 단말기는 디폴트로 유도성 충전과 호환 가능하다. 물론, 식별자는 그 후 이동 단말기와 유도성 1차 안테나(B1) 사이에서의 충전의 유형의 호환 가능성을 확인하기 위해 유도성 1차 안테나(B1)와 이동 단말기 사이에서 교환될 수 있다. 선택기, 예를 들면, 스위치 또는 소프트웨어 수단은, 그 후 적절한 공진 또는 유도성 충전 회로를 작동시키는 것을 가능하게 한다. 충전의 유형을 결정하기 위한 상기 수단은 마이크로제어기(200)에 포함될 수 있다.
도 6에 예시된 검출 방법이 이제 설명될 것이다.
예비 단계(단계 S)에서, 이동 단말기는 충전 디바이스(D)의 충전 표면(10) 상에서 검출된다. 이러한 검출은 "핑" 또는 단기간의 펄스를 유도성 1차 안테나(B1)를 통해 또는 공진 1차 안테나(B2)를 통해 충전 디바이스(D)로 전송하는 것에 의해 및 동일한 것이 충전 표면(10) 상에 위치된다면 이동 단말기로부터의 리턴 메시지의 수신에 의해 수행된다.
방법의 제1 결정하는 단계(E0)에서, 일단 이동 단말기가 검출되면, 방법은 이동 단말기가 유도성 충전 방법과 또는 공진 충전 방법과 호환 가능한지를 검출하도록 제안한다. 충전의 유형을 결정하기 위한 이러한 방법은 종래 기술로부터 알려져 있으며 상세하게 설명되지 않을 것이다. 두 개의 충전 방법은 주로 충전 동안 그들 각각의 안테나의 품질 인자(Q)의 값에 의해 구별된다.
원하는 충전의 유형 및 충전 표면(10) 상에 위치된 이동 단말기의 존재를 결정하기 위해, 공진 1차 안테나(B2)는 전자기 펄스의 형태로 문의 신호를 주기적으로(예를 들면, 150㎳마다) 송신한다. 이동 단말기가 공진 1차 안테나(B2)에 가깝게 배치될 때, 그것은 상기 문의 신호의 송신 동안 발생되는 전자기장을 수정한다. 일단 단말기가 검출되면, 그리고 그것이 충전 표준과 호환 가능하면, 안테나(B2)는 인증 요청을 송신하며 이동 단말기는 회답으로 그의 식별자 및 배터리의 상태를 포함하는 응답 신호를 전송하는 것으로 응답한다.
이동 단말기가 공진 충전과 호환 가능하면, 단계(E1)에서, 제1 측정 수단(M1a)은 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)를 측정한다. 제1 비교 수단(M1b)은 최적의 공진 주파수(Fopt) 주위에 위치된 미리 결정된 주파수 영역(R)(도 4 및 도 5 참조)의 최소값(Rmin) 및 최대값(Rmax)과 상기 주파수를 비교한다.
공진 주파수(FR)가 상기 영역(R) 내에 포함되면, 다시 말해서 공진 주파수(FR)가 최소값(Rmin)보다 높으면 및 상기 공진 주파수(FR)가 최대값(Rmax)보다 낮으면, 공진 충전이 시작된다(단계 E1b).
공진 주파수(FR)가 상기 영역(R) 내에 포함되지 않는다면, 움직임 수단(100)을 제어하기 위한 제1 수단(M1c)은 공진 주파수(FR)가 미리 결정된 주파수 영역(R) 내에 포함될 때까지, 전기 모터(M)를 사용하여 강자성체(C) 및 유도성 1차 안테나(B1)의 움직임을 제어한다(단계 E1a). 움직임은 공진 주파수(FR)가 원하는 주파수 영역(R)에 위치될 때 정지하며, 그 후 공진 충전이 시작된다(단계 E1b).
유사하게, 이동 단말기가 유도성 충전과 호환 가능하다면, 단계 E2에서, 제2 측정 수단(M2a)은 유도성 1차 안테나(B1)의 충전 효율(Q)을 측정하며, 제2 비교 수단(M2b)은 최소 효율(Qmin)과 같은, 임계치와 그에 따라 측정된 효율(Q)을 비교한다.
측정된 효율(Q)이 임계치(Qmin)보다 높거나 같다면, 유도성 충전이 시작된다(단계 E2b).
측정된 효율(Q)이 상기 임계치(Qmin)보다 낮다면, 움직임 수단을 제어하기 위한 제2 수단(M2c)은 충전 효율(Q)이 임계치(Qmin)보다 높거나 같을 때까지, 전기 모터(M)를 사용하여 강자성체(C)의 및 유도성 1차 안테나(B1)의 움직임을 제어한다(단계 E2a). 움직임은 충전 효율(Q)이 임계치(Qmin)보다 높거나 같을 때 정지하며, 그 후 유도성 충전이 시작된다(단계 E2b).
유도성 또는 공진 충전이 완료될 때(단계 E3), 방법은 예비 단계(S)로 돌아간다.
유도성 1차 안테나(B1) 및 강자성체(C)로 형성된 어셈블리를 이동시킴으로써, 본 발명은 방편으로 이동 단말기가 "바이모달" 충전 디바이스(D)의 충전 표면(10) 상에 배치될 때, 두 개의 문제들을 바로잡는 것을 가능하게 한다:
이동 단말기가 공진 충전과 호환 가능하면: 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR) 대 최적의 공진 주파수 값(Fopt)으로부터 멀리 떨어진 공진 주파수 값의 미스매칭,
이동 단말기가 유도성 충전과 호환 가능하면: 이동 단말기 및 유도성 1차 안테나(B1)가 중심에 있지 않은 경우 충전 효율(Q)에서의 감소.
이러한 어셈블리(강자성체 및 유도성 1차 안테나(B1))를 이동식이게 함으로써, 이동 단말기의 유형에 관계없이 및 충전 디바이스(D)의 충전 표면(10) 상에서의 그의 위치에 관계없이, 최적의 충전 효율(Q)이 유도성 충전에 대해 보장되며 최적의 공진 주파수(fopt)가 공진 충전에 대해 보장된다.
본 발명은 독창적이며 그것이 단지 저렴한 움직임 수단 및 소프트웨어 수단을 요구하므로 구현하기 용이하다.

Claims (9)

  1. 자동차 내에 수용되도록 의도된 충전 디바이스(D)를 사용하여 이동 단말기를 충전하기 위한 방법으로서, 상기 충전 디바이스(D)는 충전 주파수를 가진, 적어도 하나의 제1 유도 충전 안테나, 또는 "WPC" 유도성 1차 안테나(B1), 및 상기 충전 주파수보다 적어도 1000배 더 높은 공진 주파수(FR)를 가진, 제2 공진 충전 안테나, 또는 "A4WP" 공진 1차 안테나(B2), 상기 유도성 1차 안테나(B1) 아래에 위치되어 당해 상기 유도성 1차 안테나에 연결되는 강자성체(C)를 포함하되, 상기 방법은,
    상기 강자성체(C) 및 상기 유도성 1차 안테나(B1)에, 사전에 상기 공진 1차 안테나(B2)에 대하여 상기 강자성체(C) 및 상기 유도성 1차 안테나(B1)를 이동시킬 수 있는 움직임 수단(100)을 장비시키는 단계,
    충전 표면(10) 상에서 상기 이동 단말기를 검출하는 단계(단계 S),
    상기 유도성 1차 안테나(B1) 또는 상기 공진 1차 안테나(B2)에 의해 충전을 트리거하도록 상기 충전 디바이스(D)와 상기 이동 단말기 간의 충전 유형을 결정하는 단계(E0),
    상기 이동 단말기가 상기 공진 1차 안테나(B2)에 의해 충전될 때 상기 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)에 의존하여, 상기 공진 1차 안테나(B2)에 대해서 상기 유도성 1차 안테나(B1)에 연결된 상기 강자성체(C)를 이동시키는 단계(단계 E1 및 단계 E1a), 및
    상기 이동 단말기가 상기 유도성 1차 안테나(B1)에 의해 충전될 때 상기 유도성 1차 안테나(B1)의 충전 효율(Q)에 의존하여 상기 유도성 1차 안테나(B1)에 연결된 상기 강자성체(C)를 이동시키는 단계(단계 E2 및 단계 E2a)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기를 충전하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출하는 단계(단계 S) 및 상기 결정하는 단계(단계 E0)는 상기 공진 1차 안테나(B2)에 의해 수행되며,
    상기 결정하는 단계(단계 E0)는 상기 공진 1차 안테나(B2)가 식별자 요청 메시지를 상기 이동 단말기로 전송하는 것을 포함하고,
    - 호환 가능한 식별자가 회답으로 상기 이동 단말기로부터 상기 공진 1차 안테나(B2)에 의해 수신된다면, 상기 이동 단말기는 상기 공진 1차 안테나(B2)에 의해 충전되고,
    - 그렇지 않다면, 상기 이동 단말기는 상기 유도성 1차 안테나(B1)에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기를 충전하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동 단말기가 상기 공진 1차 안테나(B2)에 의해 충전될 때, 상기 유도성 1차 안테나(B1)에 연결된 상기 강자성체(C)의 움직임은 상기 공진 주파수(FR)가 미리 결정된 값의 영역(R) 내에 포함될 때에만 정지하며,
    상기 이동 단말기가 상기 유도성 1차 안테나(B1)에 의해 충전될 때, 상기 유도성 1차 안테나(B1)에 연결된 상기 강자성체(C)의 움직임은 상기 유도성 1차 안테나(B1)의 충전 효율(Q)이 미리 결정된 임계치(Qmin)보다 높거나 같을 때에만 정지하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기를 충전하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도성 1차 안테나(B1) 및 상기 강자성체(C)의 움직임은 상기 충전 표면(10)에 평행한 평면(P)에서 발생하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기를 충전하기 위한 방법.
  5. 자동차 내에 수용되도록 의도된 이동 단말기를 충전하기 위한 충전 디바이스(D)로서,
    상기 충전 디바이스(D)는 충전 주파수를 가진, 적어도 하나의 제1 유도 충전 안테나, 또는 "WPC" 유도성 1차 안테나(B1), 및 상기 충전 주파수보다 적어도 1000배 더 높은 공진 주파수를 가진, 제2 공진 충전 안테나, 또는 "A4WP" 공진 1차 안테나(B2), 상기 유도성 1차 안테나(B1) 아래에 위치되어 당해 상기 유도성 1차 안테나에 연결되는 강자성체(C)를 포함하되, 상기 충전 디바이스(D)는,
    상기 강자성체(C) 및 상기 유도성 1차 안테나(B1)를 이동시킬 수 있는, 상기 유도성 1차 안테나(B1)에 연결된 상기 강자성체(C)를 이동시키기 위한 움직임 수단(100),
    충전 표면(10) 상에서 상기 이동 단말기의 존재를 검출하기 위한 수단,
    상기 충전의 유형을 결정하기 위한 수단,
    상기 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR)를 측정하기 위한 제1 수단(M1a),
    상기 유도성 1차 안테나(B1)의 충전 효율(Q)을 측정하기 위한 제2 수단(M2a),
    상기 공진 주파수(FR)에 의존하여 상기 움직임 수단(100)을 제어하기 위한 제1 수단(M1b),
    상기 충전 효율(Q)에 의존하여 상기 움직임 수단(100)을 제어하기 위한 제2 수단(M2b),
    상기 공진 1차 안테나(B2)의 공진 주파수(FR) 및 미리 결정된 값의 영역(R)의 최소값(Rmin) 및 최대값(Rmax)을 비교하기 위한 제1 수단(M1c), 및
    상기 유도성 1차 안테나(B2)의 충전 효율(Q) 및 미리 결정된 임계치(Qmin)를 비교하기 위한 제2 수단(M2c)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기를 충전하기 위한 충전 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 충전 표면(10)은 중심(O)에서 교차하는 세로 축(XX') 및 가로 축(YY')을 포함하고, 상기 공진 1차 안테나(B2)는 상기 충전 표면(10)의 단부(Ext1, Ext2, Ext3, Ext4)에 위치되며, 상기 강자성체(C)와 상기 유도성 1차 안테나(B1)는 상기 유도성 1차 안테나(B1) 또는 강자성체(C)가 상기 충전 표면(10)의 중심(O)과 일치하는 중심(O')을 가진 초기 위치로부터 상기 유도성 1차 안테나(B1) 또는 강자성체(C)가 상기 충전 표면(10)의 단부(Ext1, Ext2)에서 상기 공진 1차 안테나(B2)에 가깝게 위치되는 최종 위치까지 상기 세로 축(XX')을 따라 이동 가능한 것을 특징으로 하는, 이동 단말기를 충전하기 위한 충전 디바이스.
  7. 제5항에 있어서, 상기 공진 1차 안테나(B2)는 상기 유도성 1차 안테나(B1)를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기를 충전하기 위한 충전 디바이스.
  8. 제5항에 있어서, 상기 유도성 1차 안테나(B1) 및 상기 강자성체(C)의 움직임이 상기 충전 표면(10)에 평행한 평면(P)에서 발생하고, 그리고 상기 움직임 수단(100)은,
    전기 모터(M),
    적어도 두 개의 풀리(P1, P2)를 포함하는 구동 시스템으로서, 상기 강자성체(C)에 연결된 벨트(30)가 운전 중에 상기 풀리 둘레에서 구동되는, 상기 구동 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기를 충전하기 위한 충전 디바이스.
  9. 자동차로서,
    제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 충전 디바이스(D)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차.
KR1020197019967A 2016-12-13 2017-12-12 자동차에 장비되도록 의도된 이동 디바이스를 이용해서 이동 단말기를 충전하기 위한 방법 및 연관된 충전 디바이스 KR102481554B1 (ko)

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