KR102590055B1 - 자동차에서 사용자 장치를 재충전하는 디바이스의 방사 영역에서 간섭성 금속 물체를 검출하는 디바이스 및 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 자동차에서 사용자 장치(20)를 유도에 의해 재충전하는 디바이스(10)의 수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)의 존재를 검출하는 디바이스(D)에 관한 것으로, 상기 디바이스는, 방사 코일(13) 유형의 안테나를 포함하고, 또 상기 방사 코일과 상기 수신 표면 사이에 위치된 적어도 2개의 동일한 수동 검출 코일(B1, B2); 상기 2개의 코일과 상기 방사 코일(13)의 단자들에서 품질 계수(Q1, Q2, Qe)를 결정하는 수단(M1, M2, M3); 제어 수단(M4); 미리 결정된 시간에 상기 품질 계수를 저장하는 수단(M5); 상기 저장된 품질 계수들 사이 또는 상이한 미리 결정된 시간에 저장된 품질 계수의 값들 사이의 비율(R1, R1', R2, R2')을 계산하는 수단(M6); 및 상기 수신 표면 상에 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하기 위해 상기 비율들을 비교하는 수단(M7)을 포함한다.

Description

자동차에서 사용자 장치를 재충전하는 디바이스의 방사 영역에서 간섭성 금속 물체를 검출하는 디바이스 및 검출 방법

본 발명은 자동차에서 사용자 장치를 유도에 의해 에너지를 재충전하는 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차에서 사용자 장치를 유도에 의해 재충전하는 디바이스의 방사 영역에서 간섭성 금속 물체를 검출하는 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

오늘날 일부 자동차는 예를 들어 모바일 폰과 같은 사용자 장치의 배터리를 유도에 의해 재충전할 수 있는 디바이스를 구비한다. "배터리"라는 용어는 본 명세서에서 사용자 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지 저장 유닛을 의미하는 것으로 이해된다.

이러한 재충전 디바이스는 관리 모듈, 방사 모듈, 및 사용자 장치를 위한 수신 표면을 포함한다. 방사 모듈은, 수신 표면에 결합된 유도 방사 코일 유형의 적어도 하나의 안테나를 포함하고, 이 안테나는, 예를 들어, 100 kHz 내지 200 kHz에 있는 주파수 대역에서 동작하는 것에 의해 소위 "방사" 영역에서 수신 표면 주위에 전자기장을 생성한다. 디바이스의 관리 모듈은 방사 모듈을 제어하도록 구성되는데, 특히 코일의 방사 전력 레벨을 제어하여 방사 코일의 단자 양단의 전압 변화를 검출하고 사용자 장치와 메시지를 교환하도록 구성된다.

사용자 장치는 상보적으로 제어 모듈 및 수신기 모듈을 포함한다. 수신기 모듈은 재충전 디바이스의 방사 영역에 놓일 때 재충전 디바이스에서 생성된 전자기장을 검출하는 유도 수신 코일 유형의 적어도 하나의 안테나를 포함한다. 사용자 장치의 제어 모듈은, 수신 모듈을 제어하고 재충전 디바이스와 메시지를 교환하도록 구성된다. 예시적인 자기-유도에 기초한 전력 전달 시스템은, 특히, 재충전 디바이스와 사용자 장치 사이에 메시지의 교환을 정의하는 "Qi 저전력 사양"(2012년 3월 버전 1.1)이라는 이름으로 알려진, WPC 컨소시엄("Wireless Power Consortium"을 나타내는 약어)으로 정의된 사양에 알려져 있다.

알려진 방식으로, 방사 코일에서 생성된 전자기장은 수신 코일에 AC 전류를 유도하고 이 AC 전류로 사용자 장치의 배터리를 재충전할 수 있다.

따라서, 사용자가 사용자 장치의 배터리를 전기적으로 재충전하기를 원할 때, 사용자는 사용자 장치를 디바이스의 수신 표면 상에 놓음으로써, 디바이스의 방사 코일의 단자 양단의 전압을 변화시킨다.

디바이스의 관리 모듈은 이 전압 변화를 검출하고 이로부터 적어도 부분적으로 금속 물체가 수신 표면 상에 놓여 있다고 추론한다.

디바이스의 관리 모듈은, 표면 상에 놓인 물체가 재충전 디바이스와 호환 가능한 사용자 장치인지, 즉, 디바이스에 의해 재충전될 수 있는 사용자 장치인지, 또는 호환 가능하지 않은 사용자 장치 또는 임의의 다른 적어도 부분적으로 금속성 물체와 같은 다른 물체인지 여부를 확인하기 위해 인식 메시지를 발송한다.

그리하여, 사용자 장치가 디바이스와 호환 가능하면, 제어 모듈은 호환성 메시지를 발송함으로써 디바이스에 응답하고, 충전이 완료될 때까지 또는 사용자 장치가 방사 영역을 벗어날 때까지 사용자 장치를 유도에 의해 재충전하는 것이 시작된다.

사용자 장치가 디바이스와 호환 가능하지 않는 경우, 제어 모듈은 비호환성 메시지를 발송하여 디바이스에 응답하고 디바이스의 방사 모듈에서 전자기장을 방사하는 일이 수행되지 않는다.

물체가 전기적으로 재충전 가능한 사용자 장치가 아니거나 또는 예를 들어 동전과 같은 임의의 다른 적어도 부분적으로 금속성 물체인 경우, 인식 메시지가 방사된 후에 디바이스의 관리 모듈에서 수신되는 응답 메시지가 없어서, 이에 디바이스의 방사 모듈에서 전자기장을 방사하는 일이 개시되지 않는다.

따라서, 이러한 메시지 교환은 호환 가능한 사용자 장치만을 재충전하는 것으로 액세스를 제한할 수 있게 한다. 실제, 예를 들어 동전 유형과 같은 금속 물체에 전자기장이 발생하면 예를 들어, 80℃를 초과하는 상당한 온도 상승이 발생할 수 있고, 이것은 사용자에 화상의 위험을 야기할 수 있다.

이하, "간섭성 물체"란 디바이스의 방사 코일에서 생성된 전자기장을 받을 때 사용자에게 위험을 제기할 만큼 충분히 많이 가열되기 쉬운 적어도 부분적으로 금속성인 물체를 말한다.

따라서 이러한 위험은 사용자 장치를 재충전하는 동안 방사 영역에 사용자 장치 및 간섭성 물체가 동시에 존재할 때 발생될 수 있으며, 이에 따라 상당한 단점을 나타낸다.

방사 구역에 간섭성 물체가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해 WPC 프로토콜은, 방사 코일에서 방사된 전력과 수신 코일에서 수신된 전력 간의 차이를 계산하고, 이 차이를 미리 결정된 임계 값, 예를 들어, 1W와 비교할 것을 제안한다.

이 계산은 방사 코일의 방사 전력을 이미 알고 있는 디바이스의 관리 모듈의 레벨에서 수행된다. 그리하여, 디바이스가 사용자 장치에서 수신된 전력 값을 수신할 필요가 있다. 이 정보는, 예를 들어, WPC 프로토콜에 기술된 바와 같이, 사용자 장치에 의해 알려진 방식으로 발송될 수 있다.

방사된 전력과 수신된 전력 사이의 차이가 미리 결정된 임계값보다 더 작은 경우, 디바이스의 관리 모듈은 이로부터 수신 지지부 상에 놓인 물체가 사용자 장치라고 추론하는 반면, 방사된 전력과 수신된 전력 사이의 차이가 미리 결정된 임계값보다 더 큰 경우, 디바이스의 관리 모듈은 이로부터 많은 양의 에너지를 흡수하는 간섭성 물체가 디바이스의 방사 영역에 존재한다고 추론한다.

그러나 이 솔루션에는 단점이 있다. 실제로, 방사 코일에서 방사된 전력을 제한하기 위해, 방사 코일과 수신 코일이 완전히 정렬되는 것, 즉, 중첩되는 것이 필요하다. 예를 들어, 방사 코일과 수신 코일이 완전히 정렬될 때 5W의 수신 전력을 얻는데 7W의 방사 전력만으로 충분할 수 있다. 반면에, 사용자가 위치 지정 수단 없이 수신 표면 상에 사용자 장치를 단순히 놓기만 하여, 자동차의 재충전 디바이스에서 빈번하게 발생하는, 방사 코일과 수신 코일이 정렬되지 않은 경우, 수신된 전력은 예를 들어 방사 전력 값의 80%만큼 크게 감소될 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해, 디바이스의 관리 모듈은 사용자 장치에서 발송된 수신된 전력에 관한 정보를 알려진 방식으로 사용하고, 방사 모듈을 제어하여 방사 코일의 방사 전력을 증가시키게 한다. 따라서, 여전히 예로서, 방사 코일과 수신 코일이 정렬되지 않은 경우 5W의 수신 전력을 얻기 위해 방사 전력을 15W로 증가시킬 필요가 있을 수 있다.

그러나, 방사 코일과 수신 코일이 정렬되지 않은 경우, 방사된 전력과 수신된 전력 사이의 차이가 이전에 언급된 미리 결정된 임계 값보다 더 큰 경우, 디바이스의 관리 모듈은 이로부터 간섭성 물체가 디바이스의 방사 영역에 존재한다는 부정확한 추론을 할 수 있어서 상당한 단점을 야기할 수 있다.

또한, 방사 코일의 품질 계수의 변화 및 상기 방사 코일의 단자 양단의 전압 변화를 측정함으로써 간섭성 금속 물체를 검출하는 것이 알려져 있다. 측정된 값들을 미리 결정된 임계값과 비교함으로써, 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 것이 가능하다.

그러나, 방사 코일의 품질 계수의 변화, 및 간섭성 금속 물체와 상기 사용자 장치가 동시에 존재하는 경우(예를 들어, 사용자 장치 아래에 동전이 놓인 경우) 상기 방사 코일의 단자 양단의 전압 변화는 사용자 장치의 유형, 그 크기, 조성(금속, 플라스틱), 및 수신 코일의 특성에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이러한 검출 방법은 강인하지 않고, 모든 유형의 사용자 장치에 대하여 간섭성 금속 물체를 검출할 수 있는 고유한 미리 결정된 검출 임계값을 정하는 것이 불가능하기 때문에 신뢰성 있는 검출을 할 수 없다.

본 발명의 목적은 재충전 디바이스의 방사 영역에서 간섭성 물체를 검출하는 간단하고, 신뢰성 있고 효과적인 해결책을 제안함으로써 적어도 부분적으로 이러한 단점을 해결하는 것이다.

본 발명은, 자동차에서 사용자 장치의 배터리를 유도에 의해 재충전하기 위한 재충전 디바이스의 수신 표면 상에 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스로서, 상기 재충전 디바이스는 방사 모듈, 관리 모듈, 및 사용자 장치를 위한 수신 표면을 포함하고, 상기 방사 모듈은 상기 수신 표면에 결합된 유도 방사 코일 유형의 적어도 하나의 안테나를 포함하고, 상기 안테나는 소위 "방사" 구역에서 상기 수신 표면 주위에 전자기장을 생성하도록 구성되고, 상기 디바이스의 상기 관리 모듈은 상기 수신 표면 상에 상기 사용자 장치의 존재를 검출하고 상기 방사 모듈을 제어하도록 구성되고, 상기 검출 디바이스는,

상기 방사 코일과 상기 수신 표면 사이에 위치된 적어도 2개의 동일한 수동 검출 코일로서,

- 각각의 코일, 즉, 제1 코일 및 제2 코일은 그 단부가 개방된 연속적인 루프를 형성하고, 링크에 의해 함께 연결된 복수의 상호 이격된 동일한 세그먼트를 포함하며,

- 상기 2개의 코일은 2개의 평행한 평면에서 중첩되고, 상기 2개의 코일은, 각 코일의 각 세그먼트가 상기 수신 표면의 개별적인 표면 영역을 커버하는 방식으로 세그먼트에 의해 상호 오프셋되고,

- 상기 세그먼트들은 상기 수신 표면의 중심에서 교차하는 2개의 수직 축 중 하나의 축에 대해 대칭으로 배치된, 상기 적어도 2개의 동일한 수동 검출 코일;

상기 제1 코일의 단자 양단의 제1 품질 계수를 결정하는 제1 수단;

상기 제2 코일의 단자 양단의 제2 품질 계수를 결정하는 제2 수단;

상기 방사 코일의 단자 양단의 제3 품질 계수를 결정하는 제3 수단;

상기 제1, 제2 및 제3 결정 수단을 제어하는 수단;

미리 결정된 순간들에 상기 제1 품질 계수, 상기 제2 품질 계수, 및 상기 제3 품질 계수를 저장하는 수단;

상기 제1 품질 계수, 상기 제2 품질 계수, 및 상기 제3 품질 계수 사이에 또는 상이한 미리 결정된 순간들에 저장된 품질 계수 값들 사이의 비율들을 계산하는 수단;

상기 수신 표면 상에 간섭성 금속 물체가 존재하는지를 검출하기 위해 상기 비율들을 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스를 제안한다.

제1 실시예에서, 상기 계산하는 수단은,

- 제3 초기 품질 계수와 제3 최종 품질 계수 사이의 비율과 같은 제1 비율, 및

- 제1 초기 품질 계수와 제2 초기 품질 계수의 평균과 제1 최종 품질 계수와 제2 최종 품질 계수의 평균 사이의 비율과 같은 제2 비율을 계산하고,

상기 비교하는 수단은 상기 제1 비율을 상기 제2 비율과 비교한다.

제2 실시예에서, 상기 계산하는 수단은,

- 상기 제1 초기 품질 계수와 상기 제2 초기 품질 계수의 평균과 제3 초기 품질 계수 사이의 비율과 같은 제1 비율, 및

- 상기 제1 최종 품질 계수와 상기 제2 최종 품질 계수의 평균과 제3 최종 품질 계수 사이의 비율과 같은 제2 비율을 계산하고,

상기 비교하는 수단은 상기 제1 비율을 상기 제2 비율과 비교한다.

바람직하게는, 상기 평행한 평면(P1, P2)은 병합된다.

유리하게는, 상기 세그먼트는 상기 방사 코일의 치수보다 더 작은 치수이다.

적절하게는, 상기 세그먼트의 수는 방사 코일의 수를 k배 한 값이고, 여기서 k > 4이다.

바람직하게는, 상기 2개의 코일의 세그먼트들에 의해 커버되는 개별적인 표면 영역들의 합은 상기 수신 표면 영역과 실질적으로 동일하다.

상기 수동 검출 코일은 구리 와이어의 단일 권선으로 구성된다.

상기 제1 결정 수단, 상기 제2 결정 수단, 상기 제3 결정 수단, 상기 저장 수단, 상기 제어 수단, 상기 계산 수단 및 상기 비교 수단은 상기 관리 모듈에 통합된 소프트웨어 형태를 취할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 전술한 특성들 중 임의의 하나의 특성에 따른 검출 디바이스를 사용하여 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 방법으로서, 상기 방법은,

단계 E1: 수신 표면 상에 사용자 장치가 없을 때 제1 초기 품질 계수, 제2 초기 품질 계수, 및 제3 초기 품질 계수를 사전에 결정하는 단계;

단계 E2: 상기 제1 초기 품질 계수, 상기 제2 초기 품질 계수, 및 상기 제3 초기 품질 계수의 값들을 저장하는 단계;

단계 E3: 상기 수신 표면 상에 사용자 장치의 존재를 검출하는 단계;

단계 E4: 제1 최종 품질 계수, 제2 최종 품질 계수, 및 제3 최종 품질 계수를 결정하는 단계;

단계 E5: 상기 제1 초기 품질 계수와 상기 제2 초기 품질 계수 사이의 제1 평균, 및 상기 제1 최종 품질 계수와 상기 제2 최종 품질 계수 사이의 제2 평균을 계산하는 단계;

단계 E6: 상기 제3 초기 품질 계수와 상기 제3 최종 품질 계수 사이 또는 상기 제3 초기 품질 계수와 상기 제1 평균 사이의 제1 비율을 계산하고, 상기 제1 평균과 상기 제2 평균 사이 또는 상기 제3 최종 품질 계수와 상기 제2 평균 사이의 제2 비율을 계산하는 단계; 및

단계 E7: 상기 제1 비율이 상기 제2 비율보다 미리 결정된 계수 내에서 더 크다면,

- 상기 수신 표면 상에 간섭성 금속 물체가 존재하고,

만약 그렇지 않다면,

- 상기 간섭성 금속 물체가 존재하지 않는 것으로 결정하는 단계를 포함하는, 상기 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 전술한 특성들 중 임의의 하나의 특성에 따른 검출 디바이스를 포함하는 임의의 자동차에도 적용된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 예로서 제공된 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스의 검출 코일을 포함하는 재충전 디바이스의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스의 검출 코일을 위에서 본 것을 개략적으로 도시하며,
도 3은 재충전 디바이스에 포함된 본 발명에 따른 존재 검출 디바이스를 개략적으로 나타내고,
도 4는 본 발명의 검출 방법을 개략적으로 나타낸다.

본 발명은 사용자 장치(20)의 배터리(21)를 유도에 의해 재충전하는 디바이스(10)의 수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)가 존재하는지를 검출하는 디바이스(D)에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 재충전 디바이스(10)는 일반적으로 방사 모듈(12), 관리 모듈(14), 및 사용자 장치(20)를 수신하기 위한 수신 표면(S)을 포함한다.

방사 모듈(12)은 적어도 하나의 방사 안테나(13)를 포함한다. 도 2에는, 2개의 동일 평면 상에 있고 상호 동일한 방사 안테나(13)가 도시되어 있다. 방사 안테나(13)는 자기 유도에 의해 재충전 주파수에서 방사하기에 적합한 코일을 의미한다.

2개의 방사 코일(13)은 수신 표면(S) 아래에 위치되고, 보다 정확하게는 방사 영역(11)(도 2 참조)에서, 상기 수신 영역(S) 주위에 전자기장을 방사한다.

일반적으로 인쇄 회로(도 1에 도시되지 않음)에 통합된 소프트웨어의 형태를 취하는 관리 모듈(14)은 수신 표면(S) 상에 사용자 장치(20)의 존재를 검출할 수 있다. 이것은, 종래 기술에서 "핑(ping)"이라고 불리는 인식 신호를 방사하고, 이의 응답으로 사용자 장치(20)로부터 유래하는 식별 메시지를 제어 모듈(14)에서 수신하는 것에 의해 달성된다.

일단 사용자 장치(20)가 식별되고, 재충전 디바이스(10)를 자기 유도에 의해 재충전하는 주파수와 호환 가능하면, 관리 모듈(14)은 방사 모듈(12)을 통해 사용자 장치(20)를 재충전할 것을 명령한다.

재충전되기 위해, 사용자 장치(20)는, 기능을 위해, 주기적으로 재충전될 배터리(21), 적어도 하나의 수신 안테나(23)를 포함하는 수신 모듈(22), 및 제어 모듈(24)(도 1 참조)을 포함한다.

수신 안테나(23)는 방사 코일(13)로부터 유래하는 전자기파를 수신하고, 수신 모듈(22)을 통해 배터리(21)를 재충전하는 전압을 단자 양단에 나타낸다.

제어 모듈(24)은 수신 모듈(22)을 통해 재충전 디바이스(10)와 통신할 수 있다.

이 경우, 일단 배터리(21)가 재충전되면, 제어 모듈(24)은 수신 안테나(23)를 통해 재충전 디바이스(10)를 향하여 충전 정지를 방사할 것을 명령한다.

이는 종래 기술에 알려져 있다.

본 발명은, 재충전 디바이스(10)의 수신 표면(S) 상에 금속 물체(30)가 존재하는지를 검출하는 디바이스(D)로서, 간섭성 금속 물체(30)가 수신 표면(S) 상에 존재하는 것이 검출되고 사용자가 상기 수신 표면으로부터 간섭성 금속 물체를 제거하지 않은 한, 사용자 장치를 재충전하는 것을 방지하는, 상기 디바이스(D)를 제안한다.

이를 위해, 상기 검출 디바이스(D)는,

수신 표면(S)과 방사 코일(13) 사이에 위치된 적어도 2개의 상호 동일한 수동 검출 코일(B1, B2)을 포함하고,

- 각각의 코일(B1, B2)은 그 단부가 개방된 연속적인 루프를 형성하고, 각각의 코일은 링크(각각 L1, L2, ... Ln-1, 및 L1', L2', ... Ln-1')에 의해 상호 이격된 복수의 동일한 세그먼트(각각 S1, S2, ... Sn 및 S1', S2', ... Sn')를 포함하고,

- 상기 2개의 코일(B1, B2)은 2개의 평행한 평면(P1, P2)으로 중첩되고, 2개의 코일은, 각각의 코일(B1, B2)의 각각의 세그먼트(S1, S2, ... Sn 및 S1', S2', ... Sn')가 수신 표면(S)의 개별적인 표면 영역(SA, SB)을 커버하는 방식으로 세그먼트에 의해 상호 오프셋되고,

- 상기 세그먼트(S1, S2, ... Sn 및 S1', S2', ... Sn')는 상기 수신 표면(S)의 중심(0)에서 교차하는 2개의 수직 축(X-X4 및 Y-Y') 중 하나의 축에 대해 대칭으로 배치된다.

이 2개의 검출 코일(B1, B2)은 방사 코일(13)과 수신 표면(S) 사이에 위치되어, 방사 코일(13)에서 방사되는 전자기장의 일부를 수신한다.

그 단부가 개방된 연속적인 루프란, 전기적으로 전도성인 구리 와이어의 제1 단부로부터 제2 단부로 전류가 통과할 수 있는 와이어의 적어도 하나의 중단되지 않은 권선을 의미한다.

검출 코일(B1, B2)은 방사된 자기장의 일부를 수신하기 때문에, 검출 코일들은 그 단자에서 상기 전자기장의 존재에 의해 유도된 전압을 나타낸다.

세그먼트(S1, S2, ... Sn 및 S1', S2', ... Sn')는 수신 표면(S)의 단부 방향으로 각각의 코일(B1, B2)의 권선이 편위(excursion)된 것으로 구성된다(도 2 참조).

각각의 코일(B1, B2)의 링크(각각 L1, L2, ... Ln-1 및 L1', L2', ... Ln-1')는 각각의 코일(B1, B2)의 세그먼트를 함께 연결할 수 있게 한다. 상기 링크(L1, ... Ln-1, L1', ... Ln-1')는 세그먼트(S1, ... Sn, S1', ... Sn')의 치수보다 더 작은 치수이다.

바람직하게는, 링크(L1, ... Ln-1, L1', ... Ln-1')는 상호 동일하다.

수신 표면(S)은 상기 표면(S)의 중심(0)에서 교차하는 2개의 수직 축(X-X' 및 Y-Y')을 한정한다(도 2 참조). 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')는 2개의 축 중 하나의 축에 대해 대칭으로 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')는 길이방향 축(X-X')에 대해 대칭이다.

제1 실시예에서, 2개의 평행한 평면(P1, P2)은 별개이고, 거리를 두고 서로 이격되어 있다. 이 거리는 예를 들어 1 밀리미터 정도일 수 있다.

제2 실시예에서, 2개의 평행한 평면(P1, P2)은 하나의 평면으로 병합된다.

2개의 코일(B1, B2)의 모든 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')는 동일 평면 상에 있다. 각각의 코일(B1, B2)의 링크(L1, L2, ... Ln-1, L1', L2', ... Ln-1')는 다른 코일의 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')와 아래에서 또는 위에서 오버랩된다.

예를 들어, 코일(B1)의 링크(L1, L2, ... Ln)는 코일(B1)의 세그먼트(S1, S2, ... Sn)를 함께 연결하기 위해 코일(B2)의 세그먼트(S1', S2', ... Sn')와 아래에서 오버랩된다.

세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')는 방사 코일(13)의 치수보다 더 작은 치수이다. 바람직하게는, 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')의 수는 방사 코일(13)의 수에 비례한다. 예를 들어, 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')의 수는 방사 코일(13)의 수를 k배 한 것과 같고, 여기서 k ≥ 4이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 세그먼트(각각 S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')의 개별적인 표면 영역(SA, SB)은 수신 표면(S)을 커버한다. 즉,

SA + SB = S

여기서,

SA는 제1 코일(B1)의 세그먼트(S1, S2, ... Sn)의 표면 영역이고,

SB는 제2 코일(B2)의 세그먼트(S1', S2', ... Sn')의 표면 영역이며,

S는 수신 표면 영역이다.

배치된 바와 같이, 수동 검출 코일(B1, B2)은 전자기적으로 "중성"이고, 보다 정확히는 수동 검출 코일(B1, B2)로 구성된 조립체는 임의의 유도된 전자기장을 발생시키지 않지만, 상기 코일들은 방사 코일(13)에서 방사되는 자기장을 수신한다. 실제로, 수동 검출 코일(B1, B2) 각각은, 동일한 값을 갖지만 반대 전자기 배향을 갖는 장(field)을 방사하며, 이 장들은 서로 반대이어서 서로 상쇄된다. 따라서 전자기장이 합성된 결과는 0이다.

본 발명에 따르면, 검출 디바이스(D)는,

제1 코일(B1)의 단자 양단의 제1 품질 계수(Q1)를 결정하는 제1 수단(M1);

제2 코일(B2)의 단자 양단의 제2 품질 계수(Q2)를 결정하는 제2 수단(M2);

방사 코일(13)의 단자 양단의 제3 품질 계수(Qe)를 결정하는 제3 수단(M3);

상기 제1 수단(M1), 상기 제2 수단(M2), 및 상기 제3 수단(M3)을 제어하는 수단(M4),

미리 결정된 순간들에 상기 제1 품질 계수(Q1), 상기 제2 품질 계수(Q2), 및 상기 제3 품질 계수(Qe)를 저장하는 수단(M5);

저장된 상기 제1 품질 계수(Q1), 상기 제2 품질 계수(Q2), 및 상기 제3 품질 계수(Qe) 사이 또는 상이한 미리 결정된 순간들에 저장된 품질 계수의 값(Q1i, Q1f, Q2i, Q2f, Qei, Qef) 사이의 비율(R1, R1', R2, R2')을 계산하는 수단(M6); 및

수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)가 존재하는지를 검출하기 위해 상기 비율(R1, R2, R1', R2')을 비교하는 수단(M7)을 더 포함한다.

상기 제1 수단(M1), 상기 제2 수단(M2), 상기 제3 수단(M3), 상기 제어 수단(M4), 상기 저장 수단(M5), 상기 계산 수단(M6) 및 상기 비교 수단(M7)은, 마이크로제어기에 포함된, 예를 들어 관리 모듈(14)에 통합된, 소프트웨어의 형태를 취할 수 있다.

코일의 품질 계수는 다음 방정식, 즉,

Qi = (2 x π x f x Li)/Ri

에 따라 계산되고, 여기서,

Π는 3.14와 같은 상수이고;

f는 상기 코일의 품질 계수(Qi)의 측정 주파수이며;

Li는 측정 주파수(f)에서 코일의 인덕턴스이고;

Ri는 측정 주파수(f)에서 코일의 저항이며;

또는 이와 동등하게,

Qi = tan

이고, 여기서,

는 코일의 단자 양단의 전압과 전류 사이의 위상 시프트이다.

본 발명에 따라 사용자 장치(20)의 배터리(21)를 유도에 의해 재충전하는 디바이스(10)의 수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)의 존재를 검출하는 방법이 도 4에 도시되고 이하에서 설명된다.

제1 단계(E1) 동안, 관리 모듈(14)이 수신 표면(S) 상에 사용자 장치(20)가 없는 것을 검출할 때, 제1 수단(M1), 제2 수단(M2), 및 제3 수단(M3)은 제1 코일(B1)의 단자 양단의 제1 초기 품질 계수(Q1i), 제2 코일(B2)의 단자 양단의 제2 초기 품질 계수(Q2i), 및 적어도 하나의 방사 코일(13)의 단자 양단의 제3 초기 품질 계수(Qei)를 각각 측정하거나 결정한다.

사용자 장치(20)가 없는 것으로 검출된 것은 다음과 같은 방식으로 검증되는데, 즉, 관리 모듈(14)은 방사 코일(13)을 통해 "핑(ping)"이라는 특정 신호를 방사할 것을 명령한다. 이 특정 신호에 대해 수신 코일(23)이 응답하지 않으면 수신 표면(S) 상에 사용자 장치(20)가 없다는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이, 품질 계수를 추정하는 것은 코일의 단자 양단의 전류와 전압 사이의 위상 시프트(

)에 기초하여 또는 미리 결정된 측정 주파수(f)에서 코일의 인덕턴스(Li)와 저항(Ri)을 측정함으로써 수행된다.

제2 단계(E2) 동안, 저장 수단(M5)은 제1 초기 품질 계수(Q1i), 제2 초기 품질 계수(Q2i), 및 제3 초기 품질 계수(Qei)의 값들을 전용 메모리 공간에 기록한다.

다음으로, 제3 단계(E3) 동안, 관리 모듈(14)이 수신 표면(S) 상에 사용자 장치(20)의 존재(방사 코일(13)에서 방사된 "핑(ping)"에 대한 수신 코일(23)의 응답)를 검출할 때, 제1 코일(B1)의 단자 양단의 제1 최종 품질 계수(Q1f), 제2 코일(B2)의 단자 양단의 제2 최종 품질 계수(Q2f), 및 적어도 하나의 방사 코일(13)의 단자 양단의 제3 최종 품질 계수(Qef)를 제1 수단(M1), 제2 수단(M2) 및 제3 수단(M3)에 의해 측정하거나 또는 결정하는 것으로 구성된 제4 단계(E4)가 따라온다.

제5 단계(E5)에서, 계산 수단(M6)은 제1 초기 품질 계수(Q1i)와 제2 초기 품질 계수(Q2i) 사이의 제1 평균(avg1), 즉,

avg1 =(Q1i + Q2i)/2

를 계산하고, 그리고 제1 최종 품질 계수(Q1f)와 제2 최종 품질 계수(Q2f) 사이의 제2 평균(avg2), 즉,

avg2 =(Q1f + Q2f)/2

를 계산한다.

제6 단계(E6)는, 계산 수단(M6)에 의해,

제3 초기 품질 계수(Qei)와 제3 최종 품질 계수(Qef) 사이 또는 각각 제3 초기 품질 계수(Qei)와 제1 평균(avg2) 사이의 제1 비율(R1, R1'), 및

제1 평균(avg1)과 제2 평균 사이 또는 각각 제3 최종 품질 계수(Qef)와 제2 평균(avg2) 사이의 제2 비율(R2, R2')을 계산하는 것으로 구성된다.

최종 단계(E7) 동안, 비교 수단(M7)은 제1 비율(R1, R1')의 값을 제2 비율(R2, R2')의 값과 각각 비교한다.

만약:

R1 ≥ k1 x R2이면,

또는 만약:

R1' ≥ k2 x R2'이면,

여기서,

R1 = Qei/Qef

R1'= Qei/avg1

및

R2 = avg1/avg2

R2'= Qef/avg2이고,

여기서, k1은 0.8 내지 1인 미리 결정된 상수이고,

k2는 0.8 내지 1인 미리 결정된 상수이다.

상수(k1 및 k2)는 방사 코일(13)(크기, 형상, 유형)의 함수로서 및 측정 수단의 정밀도의 함수로서 미리 결정된다.

만약 그렇다면, 수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)가 존재하고(E7a), 만약 그렇지 않다면, 수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)가 존재하지 않는다(E7b).

따라서, 본 발명은 수동 검출 코일(B1, B2)의 평균 품질 계수에 대해 사용자 장치(20)의 존재가 미치는 영향을 추정하는 것에 있고, 이러한 영향은, 금속성 간섭성 물체(30)가 없는 경우, 방사 코일(13)의 품질 계수(Qe)에 미치는 영향과 (계수 k1, k2 내에서) 실질적으로 동일해야 한다.

사용자 장치(20) 및 간섭성 금속 물체(30)가 수신 표면(S) 상에 동시에 존재할 때, 방사 코일(13)의 품질 계수(Qe)에 미치는 영향은 수동 검출 코일에 대한 영향보다 더 중요하다.

실제로, 간섭성 금속 물체(30)가 존재하면, (추가적인 저항률이 존재하는 것으로 인해) 방사 코일(13)의 단자 양단에서 방사되는 전력에 추가적인 손실이 발생하여, 방사 코일(13)의 품질 계수(Qe)가 낮아지는 효과가 있어서, 제어 모듈(14)이 방사 전력을 증가시키는 것에 의해 보상해야 한다.

역으로, 수동 검출 코일(B1, B2)이 임의의 제어 모듈(14)에 연결되지 않은 경우, 이 수동 검출 코일들은 적응되지 않고 간섭성 금속 물체(30)의 존재를 경험하지만, 적응되지 않는 것으로 인해 방사 코일(13)의 진폭보다 더 작은 진폭으로, 상기 코일의 평균 품질 계수의 값을 낮춘다.

따라서, 본 발명은 사용자 장치를 재충전하는 디바이스의 수신 표면 상에 간섭성 금속 물체의 존재를 신뢰성 있고 저렴하게 (2개의 코일 및 소프트웨어 수단으로) 검출하는 것을 가능하게 한다.

Claims (11)

1. 자동차에서 사용자 장치(20)의 배터리(21)를 유도에 의해 재충전하기 위한 재충전 디바이스(10)의 수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)의 존재를 검출하는 디바이스(D)로서, 상기 재충전 디바이스(10)는 방사 모듈(12), 관리 모듈(14), 및 사용자 장치(20)를 위한 수신 표면(S)을 포함하고, 상기 방사 모듈(12)은 상기 수신 표면(S)에 결합된 유도 방사 코일(13) 유형의 적어도 하나의 안테나를 포함하고, 상기 안테나는 소위 "방사" 영역(11)에서 상기 수신 표면(S) 주위로 전자기장을 생성하도록 구성되고, 상기 디바이스(10)의 상기 관리 모듈(14)은 상기 수신 표면(S) 상에 상기 사용자 장치(20)가 존재하는지를 검출하고 상기 방사 모듈(12)을 제어하도록 구성되고, 상기 검출 디바이스(D)는,
   상기 방사 코일(13)과 상기 수신 표면(S) 사이에 위치된 적어도 2개의 동일한 수동 검출 코일(B1, B2)로서,
   - 각각의 코일인 제1 코일(B1) 및 제2 코일(B2)은 단부가 개방된 연속적인 루프를 형성하고, 각각의 코일은 링크(L1, L2, ... Ln-1, L1', L2', ... Ln-1')에 의해 함께 연결된 복수의 상호 이격된 동일한 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')를 포함하고,
   - 상기 2개의 코일(B1, B2)은 2개의 평행한 평면(P1, P2)으로 중첩되고, 상기 2개의 코일은 각각의 코일(B1, B2)의 각각의 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ...,Sn')가 상기 수신 표면(S)의 개별적인 표면 영역(SA, SB)을 커버하는 방식으로 세그먼트에 의해 상호 오프셋되고,
   - 상기 세그먼트(S1, S2, ... Sn, S1', S2', ... Sn')는 상기 수신 표면(S)의 중심(O)에서 교차하는 2개의 수직 축(X-X', Y-Y') 중 하나의 축에 대해 대칭으로 배치된, 상기 적어도 2개의 동일한 수동 검출 코일(B1, B2);
   상기 제1 코일(B1)의 단자 양단의 제1 품질 계수(Q1)를 결정하는 제1 수단(M1);
   상기 제2 코일(B2)의 단자 양단의 제2 품질 계수(Q2)를 결정하는 제2 수단(M2);
   상기 방사 코일(13)의 단자 양단의 제3 품질 계수(Qe)를 결정하는 제3 수단(M3);
   상기 제1 수단(M1), 상기 제2 수단(M2), 및 상기 제3 수단(M3)을 제어하는 수단(M4);
   미리 결정된 순간들에 상기 제1 품질 계수(Q1), 상기 제2 품질 계수(Q2), 및 상기 제3 품질 계수(Qe)를 저장하는 수단(M5);
   저장된 상기 제1 품질 계수(Q1), 상기 제2 품질 계수(Q2), 및 상기 제3 품질 계수(Qe) 사이 또는 상이한 미리 결정된 순간들에 저장된 품질 계수(Q1i, Q1f, Q2i, Q2f, Qei, Qef)의 값들 사이의 비율(R1, R1', R2, R2')을 계산하는 수단(M6); 및
   상기 수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)의 존재를 검출하기 위해 상기 비율(R1, R2, R1', R2')을 비교하는 수단(M7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
2. 제1항에 있어서,
   상기 수단(M6)은,
   - 제3 초기 품질 계수(Qei)와 제3 최종 품질 계수(Qef) 사이의 비율과 같은 제1 비율(R1), 및
   - 제1 초기 품질 계수와 제2 초기 품질 계수의 평균(avg1)과 제1 최종 품질 계수와 제2 최종 품질 계수의 평균(avg2) 사이의 비율과 같은 제2 비율(R2)을 계산하고,
   상기 수단(M7)은 상기 제1 비율(R1)을 상기 제2 비율(R2)과 비교하는 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
3. 제1항에 있어서,
   상기 수단(M6)은,
   - 제1 초기 품질 계수와 제2 초기 품질 계수의 평균(avg1), 및 제3 초기 품질 계수(Qei) 사이의 비율과 같은 제1 비율(R1'), 및
   - 제1 최종 품질 계수와 제2 최종 품질 계수 사이의 평균(avg2), 및 제3 최종 품질 계수(Qef) 사이의 비율과 같은 제2 비율(R2')을 계산하고,
   상기 수단(M7)은 상기 제1 비율(R1')을 상기 제2 비율(R2')과 비교하는 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평행한 평면(P1, P2)은 병합된 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세그먼트(S1, S2, ... Sn)는 상기 방사 코일(13)의 치수보다 더 작은 치수인 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세그먼트(S1, S2, ... Sn)의 수는 방사 코일(13)의 수를 k배 한 것이되, k > 4인 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 코일(B1, B2)의 세그먼트(S1, S2, ... Sn)에 의해 커버되는 개별적인 표면 영역(SA, SB)의 합은 상기 수신 표면 영역과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수동 검출 코일(B1, B2)은 구리 와이어의 단일 권선으로 구성된 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 수단(M1), 상기 제2 수단(M2), 상기 제3 수단(M3), 상기 수단(M4), 상기 수단(M5), 상기 수단(M6) 및 상기 수단(M7)은 상기 관리 모듈(14)에 통합된 소프트웨어 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 디바이스(D).
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 검출 디바이스(D)를 사용하여 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 방법으로서,
    단계 E1: 수신 표면(S) 상에 사용자 장치(20)가 없는 경우에 제1 초기 품질 계수(Q1i), 제2 초기 품질 계수(Q2i), 및 제3 초기 품질 계수(Q3i)를 사전에 결정하는 단계;
    단계 E2: 상기 제1 초기 품질 계수(Q1i), 상기 제2 초기 품질 계수(Q2i), 및 상기 제3 초기 품질 계수(Q3i)의 값들을 저장하는 단계;
    단계 E3: 상기 수신 표면(S) 상에 상기 사용자 장치(20)의 존재를 검출하는 단계;
    단계 E4: 제1 최종 품질 계수(Q1f), 제2 최종 품질 계수(Q2f), 및 제3 최종 품질 계수(Q3f)를 결정하는 단계;
    단계 E5: 상기 제1 초기 품질 계수(Q1i)와 상기 제2 초기 품질 계수(Q2i) 사이의 제1 평균(avg1), 및 상기 제1 최종 품질 계수(Q1f)와 상기 제2 최종 품질 계수(Q2f) 사이의 제2 평균(avg2)을 계산하는 단계;
    단계 E6: 상기 제3 초기 품질 계수(Q3i)와 상기 제3 최종 품질 계수(Q3f) 사이 또는 상기 제3 초기 품질 계수(Q3i)와 상기 제1 평균(avg1) 사이의 제1 비율(R1, R1')을 계산하고, 상기 제1 평균(avg1)과 상기 제2 평균(avg2) 사이 또는 상기 제3 최종 품질 계수(Q3f)와 상기 제2 평균(avg2) 사이의 제2 비율(R2, R2')을 계산하는 단계; 및
    단계 E7: 상기 제1 비율(R1, R1')이 상기 제2 비율(R2, R2')보다 미리 결정된 계수(k1, k2) 내에서 더 큰 경우,
    - 상기 수신 표면(S) 상에 간섭성 금속 물체(30)가 존재하고,
    만약 그렇지 않은 경우,
    - 상기 간섭성 금속 물체(30)가 존재하지 않는 것으로 결정하는 단계를 포함하는, 간섭성 금속 물체의 존재를 검출하는 방법.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 검출 디바이스(D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.