KR102625272B1 - 무선 전력 전송 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 복수의 코일과 상기 복수의 코일에 각각 접속되는 복수의 커패시터 소자를 포함하는 공진 회로부와, 공진 주파수에서, 상기 복수의 코일 각각의 개별 품질 계수와, 상기 복수 코일의 총 품질 계수를 연산하고, 상기 공진 주파수에서의 상기 총 품질 계수 및 개별 품질 계수를 기초로, 충전면의 이물질 존재 여부를 연산하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 충전면의 이물질을 보다 용이하게 검출할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 장치{WIRELESS POWER TRANSFER APPRATUS}
본 발명은, 무선 전력 전송 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 충전면의 이물질을 보다 용이하게 검출할 수 있는 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다.
전자기기에 전력을 공급하기 위한 방법으로써, 상용전원과 전자기기에 물리적인 케이블 또는 전선을 연결하는 단자공급방식이 있다. 이러한, 단자 공급방식은, 케이블 또는 전선들이 상당한 공간을 차지하고, 정리가 용이하지 않으며, 단선의 위험이 있다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 무선 전력 전송 방식에 대한 연구가 논의되고 있다.
무선 전력 전송 시스템은, 단일 코일 또는 멀티 코일을 통해 전력을 공급하는 무선 전력 전송 장치와, 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 공급되는 전력을 수신하여 이를 사용하는 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있다.
무선 전력 공급 방법으로는 유도 결합 방식(inductive coupling) 방식이 주로 사용되고 있으며, 이 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면, 그 전류에 의해 자기장이 변하고, 이로 인하여 2차 코일을 지나는 자속이 변하게 되어, 2차 코일 측에 유도 기전력이 생기는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 도선을 공간적으로 움직이지 않고도 두 개 코일을 이격시킨 채 1차 코일의 전류만 변화시키면, 유도 기전력이 생기게 된다.
그러나, 이러한 유도 결합 방식도, 무접점 충전이라는 특성으로 인하여, 충전시에 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이에 이물질이 삽입되는 경우, 이물질로 인한 열화 현상으로 인하여, 과부하, 제품 소손, 폭발 등의 문제점이 발생될 수 있다.
따라서, 무선 전력 송신 장치의 충전면의 이물질을 보다 용이하게 감지하는 방법이 요구된다 할 것이다.
한편, US 9,825,486 B2에 개시된 '무선 전력 시스템'은, 검출 코일 및 커패시터를 포함하는 공진 탱크의 전압 진동(oscillation)을 통하여, 이물질을 검출하는 방안을 제시한다.
그러나, 상기의 '무선 전력 시스템'은, 파워 전송 코일이외에 이물질 검출을 위한 검출 코일이 더 필요하므로, 제품 단가가 상승하고, 회로가 복잡해진다는 문제점이 있다.
한편, US 2017/0302111에 개시된 '유도 대전 장치'는, 공진 주파수를 이용하여, 충전면의 물체(object)를 감지하고, 품질 계수를 이용하여, 이물질을 검출하는 방안을 제시한다.
그러나, 상기의 '유도 대전 장치'는 공진 주파수를 통하여, 물체(object)를 인식하는 단계가 더 포함되므로, 총 충전 시간이 증가하고, 단일 코일의 공진 주파수와 품질 계수(Quality factor: Q)를 이용하여, 이물질을 검출하기 때문에, 충전 영역이 넓어질 수록, 이물질 검출 성능이 감소된다는 문제점이 있다.
본 발명은, 부분적으로 중첩되는 멀티 코일에 있어서, 충전면의 이물질을 보다 정확하게 검출할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 부분적으로 중첩되는 멀티 코일에 있어서, 충전면의 넓은 범위에서 이물질을 보다 용이하게 검출할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 이물질 검출 회로 없이도, 충전면의 이물질을 보다 정확하게 검출할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 복수의 코일과 상기 복수의 코일에 각각 접속되는 복수의 커패시터 소자를 포함하는 공진 회로부와, 공진 주파수에서, 상기 복수의 코일 각각의 개별 품질 계수와, 상기 복수 코일의 총 품질 계수를 연산하고, 상기 공진 주파수에서의 상기 총 품질 계수 및 개별 품질 계수를 기초로, 충전면의 이물질 존재 여부를 연산하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 멀티 코일의 인덕턴스 등을 연산할 필요 없이, 멀티 코일의 총 품질 계수 및 개별 품질 계수를 기초로, 이물질을 검출하므로, 충전면의 이물질을 보다 용이하게 검출할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는, 멀티 코일의 총 품질 계수가, 정상 범위를 벗어난 경우, 충전면에 이물질이 존재하거나, 무선 전력 수신 장치가 배치되지 않은 상태라고 연산하고, 멀티 코일의 총 품질 계수가 정상 범위에 포함된 상태에서, 개별 품질 계수까지 정상 범위에 포함된 경우, 충전면에 무선 전력 수신 장치가 배치되었다고 연산하므로, 종래와 같이, 물체(object) 감지를 위한 아날로그 핑(Analog Ping: AP)을 송출할 필요가 없다는 장점이 있다.
한편, 멀티 코일의 총 품질 계수만으로, 충전면의 이물질을 검출하는 경우, 이물질 검출의 오류가 발생될 수 있으나, 본 발명은, 멀티 코일의 총 품질 계수 뿐만아니라, 개별 품질 계수까지 고려하여, 충전면의 이물질을 검출하므로, 이물질 검출의 정확성이 향상된다.
또한, 무선 전력 전송 장치는, 코일 또는 커패시터의 양단 전압(본 발명의 V2에 대응됨)은 물론, 코일 또는 커패시터에 입력되는 입력 전압(본 발명의 V1에 대응됨)까지 고려하여, 개별 품질 계수를 연산하므로, 품질 계수 연산의 정확성이 증가되고, 이에 따라, 이물질 검출의 정확성도 증가된다.
한편, 충전면에 이물질이 존재하는 경우, 품질 계수(Quality factor: Q)가 감소하는 것이 보통이나, 설계 오류, 측정 오류, 이물질의 이동 등으로 인하여, 품질 계수가 증가할 수도 있다. 따라서, 종래 품질 계수의 임계 값을 기초로, 충전면의 이물질을 검출하는 방법은, 이물질 검출에 있어서, 부정확하다는 단점이 있으나, 본 발명은, 품질 계수가 정상 범위(본 발명의 제1 기준 범위, 제2 기준 범위에 대응됨)에 포함되었는지 여부에 따라, 충전면의 이물질 존재 여부를 연산하므로, 보다 정확한 이물질 검출이 가능하다.
또한, 무선 전력 전송 장치는, 공진 주파수에서의 품질 계수를 연산하기 위하여, 초기에 제1 동작 주파수 대역 내에서, 제1 주파수 스윕(sweep) 단위로 제1 주파수 스윕(sweep)하고, 상기 제1 주파수 스윕(sweep)에 따라 연산되는 상기 복수의 코일 각각의 개별 품질 계수 값을 기초로, 상기 제1 동작 주파수 대역 보다 작은 제2 동작 주파수 대역 내에서, 상기 제1 주파수 스윕(sweep) 단위 보다 작은 제2 주파수 스윕(sweep) 단위로, 제2 주파수 스윕(sweep)하므로, 품질 계수를 연산하기 위한 주파수 스윕(sweep) 시간이 단축되어, 총 충전 시간이 단축되는 것은 물론, 제2 주파수 스윕(sweep)을 통해, 보다 정확한 품질 계수 연산이 가능해진다.
또한, 무선 전력 전송 장치는, 부분적으로 중첩되는 멀티 코일을 포함하므로, 충전 영역을 확대시키면서도, 멀티 코일의 총 품질 계수와, 개별 품질 계수를 이용하여, 충전면의 이물질을 검출하므로, 이물질 검출의 정확성을 증대시킨다.
또한, 무선 전력 전송 장치는, 이물질을 검출하기 위한 별도의 회로 또는 모듈 없이도 파워 전송 코일을 통해 이물질 검출이 가능하므로, 회로 구조가 단순화되고, 제조 비용이 감소되는 효과가 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는, 특징값의 조합을 통해, 충전면의 이물질을 감지하고, 이물질 감지시, 충전을 중단하여, 폭발, 화재 등의 위험으로부터 사용자를 보호할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 시스템의 내부 블록도의 일예이다.
도 2는, 도 1의 무선 전력 시스템 내의 무선 전력 전송 장치의 내부 블록도이다.
도 3은, 도 1의 무선 전력 시스템 내의 무선 전력 수신 장치의 내부 블록도이다.
도 4는, 도 2의 코일부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 도 4의 코일부의 계층 구조를 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른, 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은, 본 발명의 실시예에 따른, 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예에 따른, 공진 주파수에서의 개별 품질 계수를 연산하기 위한, 주파수 스윕 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는, 도 8의 개별 품질 계수를 연산하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은, 도 8의 개별 품질 계수를 설명하기 위한 참조 도면이다.
도 11은, 도 8의 주파수 스윕 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 시스템의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 무선 전력 시스템(10)은, 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전송된 전력을 수신 받는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 코일(181)의 자기장을 변화시켜, 수신 코일(281)에 전류가 유도되는 자기 유도 현상을 이용하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전달할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는 WPC(Wireless Power Consortium) 또는 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전방식을 이용할 수 있다. 또는, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 자기공명 방식의 무선 충전방식을 이용할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 무선으로 전력을 전송하여, 무선 전력 수신 장치(200)를 충전시킬 수 있다.
실시예에 따라, 하나의 무선 전력 전송 장치(100)가, 복수의 무선 전력 수신 장치(200)를 충전할 수도 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 분배하여 전송할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 일 예로, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200) 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 분배하여 전송할 수 있다. 하나의 무선 전력 전송 장치(100)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치(200)의 개수는, 무선 전력 수신 장치(200) 별 요구 전력량, 무선 전력 전송 장치(100)의 가용 전력량 등을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 복수의 무선 전력 전송 장치(100)가, 적어도 어느 하나의 무선 전력 수신 장치(200)를 충전하는 것도 가능하다. 이 경우, 적어도 어느 하나의 무선 전력 수신 장치(200)는, 복수의 무선 전력 전송 장치(100)와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 전송 장치(100)로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)의 개수는, 무선 전력 수신 장치(200) 별 요구 전력량, 무선 전력 전송 장치(100)의 가용 전력량 등을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송된 전력을 수신 받을 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)는, 모바일 폰(mobile phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 스마트 워치(Smart watch)와 같은, 웨어러블 디바이스, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 조명 장치, 리모콘일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 배터리 충전이 가능한 전자기기라면 족하다.
무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는 양방향 통신할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)가, 단방향 통신 또는 반이중 통신하는 것도 가능하다.
이 때, 통신 방식은, 동일한 주파수 대역을 사용하는, 인밴드(in-band) 통신 방식 및/또는, 서로 상이한 주파수 대역을 사용하는, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식일 수 있다.
일 예로, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이에 교환되는 정보는, 서로의 상태 정보, 전력 사용량 정보, 배터리 충전 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보, 제어 정보 등을 포함할 수 있다.
도 2는, 도 1의 무선 전력 시스템 내의 무선 전력 전송 장치의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(110)와, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 무선 전력 구동부(170)와, 변환된 교류 전원을 이용하여 무선으로 전력을 전송하는 공진 회로부(180)를 구비할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치(100)는, 전력 전달 및 통신을 위해, 무선 전력 전송 장치(100) 내의 내부 구성을 제어하는 제어부(160)와, 복수의 코일(제181 내지 184) 중 적어도 하나의 코일이 포함되도록 코일 조합을 생성하는 코일 조합 생성부(161)와, 소정의 통신 방식에 의해, 무선 전력 수신 장치(200)와 통신하는 제1 통신부(140) 및 제2 통신부와, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압을 감지하는 제1 전압 감지부(131)와, 복수의 코일 각각의 양단 전압을 감지하는 제2 전압 감지부(133)와, 무선 전력 전송 장치(100)의 구동을 위한 제어 프로그램 등을 저장하는 메모리(120)를 더 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 직류 전원에 의해 동작하며, 이 직류 전원은 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(110)에 의해 공급될 수 있다.
컨버터(110)는, 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 도면에서는, 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(110)의 내부 구조도 달라질 수 있다.
한편, 컨버터(110)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(110)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
제어부(160)는, 무선 전력 전송시, 컨버터(110)로부터의 직류 전원이 무선 전력 구동부(170)로 공급되는 경우, 전력 구동부(170)를 제어하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 구동부(170)는 직류 전원을 무선 전력 전송을 위한 교류 전원으로 변환할 수 있다.
구체적으로, 제어부(160)는, PWM 신호를 발생하는 PWM 발생부(160a), PWM 신호에 기초하여, 구동 신호(Sic)를 생성하여 출력하는 드라이버(160b)를 구비할 수 있다.
제어부(160)는, 전력 전송량, 무선 전력 구동부(170)에 흐르는 전류 값 등에 기초하여, PWM 신호의 듀티를 결정할 수 있다. PWM 발생부(160a)는, PWM 신호의 듀티를 기초로, PWM 신호를 발생시킬 수 있다. 드라이버(160b)는, PWM 신호를 기초로, 무선 전력 구동부(170)의 구동을 위한 구동 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
무선 전력 구동부(170)는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하기 위한 적어도 하나의 스위칭 소자(미도시)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자가 IBGT인 경우, 드라이버(160b)에서 게이트 구동 신호가 출력되어, 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력될 수 있다. 또한, 게이트 구동 신호에 따라, 스위칭 소자가 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전원이 교류 전원으로 변환되어, 공진 회로부(180)에 출력될 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 무선 전력 구동부(170)가 제어부(160) 내의 구성으로 포함되는 것도 가능하다.
공진 회로부(180)는, 복수의 코일(181 내지 184, 이하 구분의 필요가 없는 경우, 181이라 함)을 포함할 수 있다. 복수의 코일(181)은, 부분적으로 중첩될 수 있다.
공진 회로부(180)는, 복수의 코일(181)에서 선택된 어느 하나의 코일 조합을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
공진 회로부(180)에 포함된, 코일 조합에 의해, 전력이 전송되므로, 공진 회로부(180)는, 전송 코일부 또는 코일부라고 명명할 수 있다.
또한, 복수의 코일(181)은, 도 3의 수신 코일(281)과의 구분을 위해, 복수의 전송 코일(181)이라고 명명할 수도 있다.
한편, 복수의 코일(181)은, 수신 코일(281)과 이격되어 있어, 누설 인덕턴스가 높고, 결합 계수(coupling factor)가 낮으므로 전송 효율이 낮을 수 있다.
따라서, 본 발명의 무선 전력 전송 장치(100)는, 전송 효율을 향상시키기 위해서, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 커패시터를 연결하여, 수신 코일(281)과 공진 회로를 형성하도록 할 수 있다.
공진 회로부(180)는, 복수의 코일(181 내지 184)과 복수의 코일(181 내지 184)에 각각 접속되는 복수의 커패시터 소자(185 내지 188)를 포함할 수 있다.
복수의 커패시터 소자(185 내지188)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 직렬 접속되어 공진 회로를 형성할 수 있다.
실시예에 따라, 도 2와 달리, 복수의 커패시터 소자(185 내지 188)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 병렬 접속되어 공진 회로를 형성할 수도 있다.
복수의 코일(181 내지 184) 및 복수의 커패시터 소자(185 내지 188)는, 전력 전송의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
공진 회로부(180)는, 복수의 코일(181)의 일측에 배치되어, 누설되는 자기장을 차폐하는 차폐재(도 4의 190)를 더 포함할 수 있다.
코일 조합 생성부(161)는, 복수의 코일(181 내지 184) 중, 적어도 하나의 코일이 포함되도록 코일 조합을 생성할 수 있다.
제1 통신부(140)는, 무선 전력 수신 장치(200)와 제1 통신 방법으로 통신할 수 있다. 제1 통신부(140)는, 무선 전력 전송 장치(200)의 상태 정보, 전력 제어 정보 등을 소정 신호 처리하여 무선 전력 수신 장치(200)에 전송하고, 무선 전력 수신 장치(200)의 상태 정보, 전력 사용량 정보, 충전 효율 정보 등을 수신하여, 소정 신호 처리한 후, 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제2 통신부(150)는, 무선 전력 수신 장치(200)와 제1 통신 방법과는 상이한 제2 통신 방법으로 통신할 수 있다. 제2 통신부(140)도, 무선 전력 전송 장치(200)의 상태 정보, 전력 제어 정보 등을 소정 신호 처리하여 무선 전력 수신 장치(200)에 전송하고, 무선 전력 수신 장치(200)의 상태 정보, 전력 사용량 정보, 충전 효율 정보 등을 수신하여, 소정 신호 처리한 후, 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제1 통신부(140) 및 제2 통신부(150)는, 무선 전력 전송 장치(100)에서 송출되는 데이터 신호 및 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 데이터 신호를 변복조(modulation/demodulation)하기 위한, 변복조부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 통신부(140) 및 제2 통신부(150)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터의 데이터 신호를 필터링하는 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 필터부(미도시)는, 대역통과필터(Band Pass Filter:BPF)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 통신 방법은, 무선 전력 수신 장치(200)와 동일한 주파수 대역을 사용하는 인밴드(in-band) 통신 방법일 수 있고, 제2 통신 방법은, 무선 전력 수신 장치(200)와 상이한 주파수 대역을 사용하는 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방법일 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 정보를 기초로, 통신 방법을 변경할 수 있다.
한편, 충전면에 물체(object)가 놓여진 경우, 복수의 코일(181 내지 184) 또는, 복수의 커패시터 소자(185 내지 188)의 양단 전압이 변할 수 있다.
예를 들어, 충전면에 금속 물질이 높여지는 경우, 복수의 코일(181 내지 184)의 양단 전압이 감소될 수 있다.
또한, 도 10에서와 같은 실험에 의해, 충전면에 물체(object)가 높여진 경우, 공진 회로부(180)에 입력되는 입력 전압도 변한다는 것을 알 수 있다.
제1 전압 감지부(131)는, 복수의 코일(181 내지 184) 및/또는, 복수의 커패시터 소자(185 내지 188) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)을 감지할 수 있다.
제2 전압 감지부(133)는, 복수의 코일(181 내지 184) 및/또는, 복수의 커패시터 소자(185 내지 188) 각각의 양단 전압(V2)을 감지할 수 있다.
한편, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 전압 감지부(131)가 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)을 감지하고, 제2 전압 감지부(133)가 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 양단 전압(V2)을 감지하는 것으로 설명하나, 상기와 같이, 제1 전압 감지부(131)가 복수의 커패시터 소자(185 내지 188) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)을 감지하고, 제2 전압 감지부(133)가 복수의 커패시터 소자(185 내지 188) 각각의 양단 전압(V2)을 감지하는 경우에도, 후술하는, 품질 계수(Q)의 값은 동일하다.
제1 전압 감지부(131)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)을, 감지 값으로써, 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제2 전압 감지부(133)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 양단 전압(V2)을 감지 값으로써, 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압(V1) 및 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 양단 전압(V2)을 기초로, 복수의 코일(181 내지 184)의 개별 품질 계수(Qi)를 연산할 수 있다.
보다 상세하게는, 개별 품질 계수(Qi)는, 다음의 수학식 1에 의해 연산될 수 있다. 이때, Qi는 개별 품질계수, V1은 입력 전압, V2는 양단 전압일 수 있다.
특히, 제어부(160)는, 공진 주파수에서, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수(Qi)를 연산할 수 있다.
구체적으로, 제어부(160)는, 동작 주파수(또는 가용 주파수) 대역 내에서, 낮은 주파수부터 높은 주파수로 스윕(sweep)할 수 있다.
복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)은, 주파수 스윕(sweep)에도 불구하고, 변하지 않는 것이 일반적이다. 그러나, 실제로는, 도 10에서와 같이, 충전면에 이물질이 놓여지는 시점에서, 다소 감소될 수 있다.
복수의 코일(181 내지 184)의 양단 전압(V2)은, 주파수가 증가함에 따라, 점차 상승하다가 다시 하강할 수 있다.
제1 전압 감지부(131)는, 주파수 스윕(sweep)에 대응하여, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)을 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제2 전압 감지부(133)는, 주파수 스윕(sweep)에 대응하여, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 양단 전압(V2)을 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제어부(160)는, 주파수 스윕(sweep)에 따라, 변화되는, 입력 전압(V1) 대비 양단 전압(V2)의 비 중, 최대 값을, 공진 주파수에서, 해당 코일의 개별 품질 계수(Qi)로 연산할 수 있다.
제어부(160)는, 공진 주파수에서, 각각의 개별 품질 계수(Qi)의 합을 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)로 연산할 수 있다.
예를 들어, 공진 회로부(180)가 제1 내지 제4 코일을 구비하고, 개별 품질 계수(Qi)가 각각 Qi1, Qi2, Qi3, Qi4인 경우, 총 품질 계수(Qt)는, 다음의 수학식 2에 의해 연산될 수 있다.
제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt) 및 개별 품질 계수(Qi)를 기초로, 충전면의 이물질 존재 여부를 연산할 수 있다.
한편, 충전면에 이물질이 존재하는 경우, 복수의 코일(181 내지 184)의 양단 전압(V2)이 감소하므로, 품질 계수가 감소하는 것이 보통이나, 설계 오류, 측정 오류, 이물질의 이동 등으로 인하여 품질 계수가 증가할 수도 있다.
따라서, 본 발명은, 품질 계수의 정상 임계 값이 아닌 정상 범위를 기초로, 이물질을 판단할 수 있다.
제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가 기설정된 제1 기준 범위에 포함되는지 여부를 연산할 수 있다.
이때, 제1 기준 범위는, 총 품질 계수(Qt)의 정상 임계 값에 제1 측정 오차를 합한 값일 수 있다. 한편, 정상 임계 값은, 충전면에 이물질이 존재하지 않는 경우, 복수의 코일(181 내지 184)의 총 품질 계수(Qt)를 의미할 수 있다. 또한, 제1 측정 오차는, 예를 들어, ± 1.2% 일 수 있다.
제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가 기설정된 제1 기준 범위에 포함되지 않는 경우, 충전면에 이물질이 존재한다고 연산할 수 있다.
한편, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)만으로, 충전면의 이물질을 검출하는 경우, 오류가 발생될 수 있다. 즉, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)는, 정상 범위에 있으나, 개별 품질 계수 중 적어도 어느 하나가 정상 범위를 벗어날 수 있다.
따라서, 제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가 제1 기준 범위에 포함되더라도, 충전면에 이물질이 존재하지 않는다고 즉시 연산하지 않고, 공진 주파수에서의 개별 품질 계수(Qi)를 기초로, 충전면의 이물질 존재 여부를 재연산할 수 있다.
제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가, 제1 기준 범위에 포함된 상태에서, 공진 주파수에서의 모든 개별 품질 계수(Qi)가, 기설정된 제2 기준 범위에 포함되는 경우, 충전면에 이물질이 존재하지 않는다고 연산할 수 있다.
이때, 제2 기준 범위는, 총 품질 계수(Qt)의 정상 임계 값에서 제2 측정 오차를 합한 값일 수 있다. 한편, 정상 임계 값은, 충전면에 이물질이 존재하지 않는 경우, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수(Qi)를 의미할 수 있다. 또한, 제2 측정 오차는, 예를 들어, ± 1.2% 일 수 있다.
한편, 각각의 개별 품질 계수(Qi)의 정상 임계 값은, 코일별로 상이하게 또는, 모두 동일하게 설정될 수 있다.
예를 들어, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 공진 주파수가 상이하게 설정된 경우, 개별 품질 계수(Qi)의 정상 임계 값은, 코일별로 상이할 수 있다. 이때, 제2 측정 오차는, 코일별로 상이하게 설정될 수 있다.
다른 예로, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 공진 주파수가 모두 동일하게 설정된 경우, 개별 품질 계수(Qi)의 정상 임계 값은, 모두 동일할 수 있다.
메모리(120)는, 전력 전송 장치(100)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있다.
또한, 메모리(120)는, 충전면의 물체를 감지하기 위해, 복수의 코일에서 송출되는 각각의 물체 감지 신호의 송출 세기를 저장할 수 있다.
또한, 메모리(120)는, 복수의 코일에서 송출되는 각각의 코일 선택 신호의 송출 세기를 저장할 수 있다.
이때, 물체 감지 신호의 송출 세기 및 코일 선택 신호의 송출 세기는, 공장 교정(factory calibration)된 신호 일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 복수의 코일(181 내지 184)은 도 4와 같이, 부분적으로 겹쳐져 층을 형성하므로, 각각의 코일에서, 동일한 송출 세기로 물체 감지 신호 및 코일 선택 신호를 송출하는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)가 배치되는 충전면에서의 각각의 물체 감지 신호 및 코일 선택 신호의 세기는 상이할 수 있다.
이러한, 충전면에서의 물체 감지 신호 및 코일 선택 신호의 세기 차이는, 물체(object) 감지 및 동작 코일 조합에 있어서 오류를 일으킬 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 물체 감지 신호의 송출 세기 및 코일 선택 신호의 송출 세기를 각각의 코일과, 무선 전력 수신 장치(200)가 배치되는 충전면 사이의 거리를 보상하여 설정할 수 있다.
예를 들어, 충전면과 코일 사이의 거리가 멀수록 물체 감지 신호의 송출 세기 및 코일 선택 신호의 송출 세기가 크도록 설정될 수 있다.
예를 들어, 충전면과 코일 사이의 거리가 멀수록 물체 감지 신호의 송출 세기 및 코일 선택 신호의 송출 세기가 크도록 설정될 수 있다.
이에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)가 배치되는 충전면에서의 각각의 물체 감지 신호의 세기는 모두 동일할 수 있다. 또한, 충전면에서의 각각의 코일 선택 신호의 세기는 모두 동일할 수 있다.한편, 보상된 물체 감지 신호의 송출 세기 및 코일 선택 신호의 송출 세기는, 공장 교정(factory calibration)된 값으로써, 메모리(120)에 저장될 수 있다.
메모리(120)는, 정상 상태일 때, 공진 회로부(180)의 총 품질 계수(Qt) 및 개별 품질 계수(Qi)를 저장할 수 있다. 정상 상태는, 충전면에 이물질 없이, 무선 전력 수신 장치(200)만 존재하는 경우를 의미할 수 있다.
메모리(120)는, 정상 상태일 때, 공진 회로부(180)의 총 품질 계수(Qt)에, 제1 측정 오차가 반영된, 제1 기준 범위를 저장할 수 있다.
또한, 메모리(120)는, 정상 상태일 때, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수(Qi)에 제2 측정 오차가 반영된, 제2 기준 범위를 저장할 수 있다.
제어부(160)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부(160)는, 코일 조합 생성부(161)에 의해 생성된 코일 조합에서, 무선 전력 전송에 사용할 동작 코일 조합을 선택하고, 선택된 동작 코일 조합을 통해 무선 전력 수신 장치(200)를 충전시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(160)는 코일 조합에 포함된 코일을 통해, 코일 선택 신호를 송출하고, 코일 선택에 대한 응답 신호를 수신할 수 있다.
또한, 제어부(160)는, 응답 신호의 세기 및 무선 전력 수신 장치(200)의 충전 효율을 기초로 코일 조합 중, 무선 전력에 사용될 동작 코일 조합을 선택할 수 있다.
제어부(160)는, 동작 코일 조합을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
한편, 코일 조합 생성부(161)는, 복수의 코일(181)을 통해 물체 감지 신호를 송출하고, 물체 감지 신호에 대한 전류 변화량을 기초로, 무효 코일을 연산할 수 있다.
또한, 코일 조합 생성부(161)는, 복수의 코일(181) 중, 무효 코일을 제외하고, 유효 코일 조합을 생성할 수 있다.
이때, 제어부(160)는, 유효 코일 조합에서, 무선 전력에 사용될 동작 코일 조합을 선택할 수 있다.
한편, 코일 조합 생성부(161)는, 공진 회로부(180)를 통해 수신 받은, 무선 전력 수신 장치(200)의 고유 정보를 기초로, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력을 연산하고, 연산된 무선 전력 수신 장치(200)의 전력을 기초로, 동작 코일 개수를 연산할 수도 있다.
또한, 코일 조합 생성부(161)는, 동작 코일 개수에 따라, 코일 조합을 생성할 수 있다.
한편, 코일 조합 생성부(161)는, 도 2와 달리 제어부(160)에 포함되는 구성일 수 있다. 즉, 코일 조합 생성부(161)는, 제어부(160)의 일부 구성으로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 무선 전력 전송 장치(100)의, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 온도, 무선 전력 수신 장치(200)로 전달되는 전력의 전압, 전류 등을 측정하는 센싱부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 이때, 제어부(160)는, 센싱부(130)에 의해 측정된 전압, 전류, 온도 정보 등을 기초로, 무선 전력 수신 장치(200)로의 무선 전력 전송을 중단할 수 있다.
도 3은, 도 1의 무선 전력 시스템 내의 무선 전력 수신 장치의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 무선 전력을 수신하는 전력 수신부(280)와, 수신된 무선 전력을 정류하는 정류부(210)와, 정류된 무선 전력을 안정화하는 스위칭 레귤레이터(220)와, 스위칭 레귤레이터(220)를 제어하여, 부하에 동작 전원을 출력하는 스위칭 레귤레이터 제어부(230)를 포함할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)와 통신하기 위한, 제1 통신부(240) 및 제2 통신부(150)를 더 포함할 수 있다.
전력 수신부(280)는, 공진 회로부(180)로부터 전송된 무선 전력을 수신 받을 수 있다. 이를 위해, 전력 수신부(280)는, 수신 코일(281)을 구비할 수 있다.
수신 코일(281)은, 복수의 코일(181 내지 184) 중 어느 하나의 코일에서 발생된 자기장에 의해, 유도 기전력이 발생될 수 있다. 유도 기전력에 의한 무선 전력이, 후술하는 정류부(210), 스위칭 레귤레이터(220)를 지나, 무선 전력을 사용하는 부하에 직접 공급되거나, 부하가 배터리인 경우, 전력은, 배터리를 충전하기 위해 이용될 수 있다.
수신 코일(281)은, 인쇄회로 기판(PCB)에 박막 형태의 도전성 패턴으로 형성될 수 있다. 수신 코일(281)은, 폐루프 형상으로, 수신 패드(미도시)에 인쇄될 수 있다. 수신 코일(281)의 극성은, 동일한 방향으로 극성을 갖도록 권회하는 형상일 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100) 내의 공진 회로부(180)와 공진 회로를 형성하기 위한, 커패시터 소자(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 커패시터 소자(미도시)는, 수신 코일(281)에 직렬 또는 병렬 접속될 수 있다.
정류부(210)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터의 무선 전력 수신 시, 수신 코일(281)을 통해 수신되는 무선 전력을 정류할 수 있다. 정류부(210)는, 적어도 하나의 다이오드 소자(미도시)를 포함할 수 있다.
스위칭 레귤레이터(220)는, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)의 제어에 의해, 정류된 무선 전력을, 배터리에 공급되는 충전 전원(v)으로 출력할 수 있다.
스위칭 레귤레이터 제어부(230)는, 스위칭 레귤레이터로 레귤레이터 제어 신호(Src)를 인가하여, 충전 전원(v)이 출력되도록 제어할 수 있다.
한편, 스위칭 레귤레이터(220)는, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)의 레귤레이터 제어 신호(Src)에 따라, DC-DC 컨버팅을 수행하여, 출력 전압을 조절할 수 있다. 스위칭 레귤레이터(220)는, 레귤레이터 제어 신호(Src)를 기초로, 출력 전압을 제어하여 지정된 크기의 전압을 갖는 충전 전원(v)을 출력할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)에는, 별도의 마이크로프로세서가 포함되지 않고, 정류된 충전 전원(v)이 스위칭 레귤레이터에 의해 소정 크기의 전압으로 출력되는 때에, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)에 의해 스위칭 레귤레이터가 제어될 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)가 마이크로프로세서를 구비하지 않는 경우, 하드웨어 구성이 단순화되고, 소비 전력이 감소하는 효과가 있다.
도 4는, 도 2의 코일부의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는, 도 4의 코일부의 계층 구조를 나타내는 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 공진 회로부(180)는, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)을 포함할 수 있다.
공진 회로부(180)가 단일의 대형 코일이 아닌, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)을 구비함에 따라, 충전면의 자유도를 향상시키는 것은 물론, 대형 코일의 표류 자계(stray magnetic fields)로 인한 전력 효율 저감을 방지할 수 있게 된다.
제1 내지 제4 코일(181 내지 184)은, 서로 일부 영역이 중첩되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 4에서와 같이, 제1 코일(181)은 제2 코일(182)과 서로 일부 영역이 중첩되고, 제2 코일(182)은, 제3 코일(183)과 서로 일부 영역이 중첩되고, 제3 코일(183)은, 제4 코일(184)과 일부 영역이 중첩될 수 있다.
제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 중첩 영역은, 충전 불가능한 영역인 데드존(dead zone)이 최소가 되도록 설정될 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 중첩 영역은, 충전 영역 중심부의 데드존이 최소가 되도록 설정될 수 있다.
제1 내지 제4 코일(181 내지 184)은, 기설정된 외측 길이(ho), 내측 길이(hi), 외측 너비(wo), 내측 너비(wi), 두께 및 권선수로 제조될 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 외측 길이(ho), 내측 길이(hi), 외측 너비(wo), 내측 너비(wi)는, 동일할 수 있다.
한편, 제4 코일(184)은, 무선 전력 수신 장치(200)에 가장 근접하게 배치되므로, 제4 코일(184)의 인덕턴스는, 제1 내지 제3 코일(181 내지 183)의 인덕턴스 보다 작게 설정될 수 있다. 이는, 공진 회로부(180) 표면의 전력 전송량 또는 전력 효율을 일정하게 하기 위함이다.
제1 내지 제4 코일(181 내지 184)은 차폐재(190) 위에 배치될 수 있다. 차폐재(190)는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 붕소(B), 규소(Si) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소의 조합으로 이루어진 페라이트를 포함할 수 있다. 차폐재(190)는, 코일의 일측에 배치되어, 누설되는 자기장을 차폐하고, 자기장의 방향성을 극대화할 수 있다.
차폐재(190)는, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)이 배치된 면적보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 도 5에서와 같이, 차폐재(190)는, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 가로 외측에서 a1 간격으로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 차폐재(190)는, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 세로 외측에서 a1 간격으로 연장되어 형성될 수 있다.
차폐재(190)가 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 외측 길이보다 크게 형성됨으로써, 누설 자기장이 저감되고, 자기장의 방향성이 극대화될 수 있다.
한편, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)은 서로 일부 영역이 중첩되어 배치되므로, 중첩되지 않은 영역에 들뜸 현상이 발생될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서, 제1 코일(181)과 제2 코일(182)은 서로 일부 영역만 중첩되므로, 중첩되지 않은 영역에 d1의 이격 거리가 발생될 수 있다.
이러한 이격 거리에 의해, 제2 코일(182)의 누설 자기장이 차폐되지 못하여, 무선 전력 전송 장치(100)의 전송 효율이 저감되는 것은 물론, 자기장의 방향이 분산될 수 있다. 또한, 이러한 이격 거리로 인하여, 무선 전력 전송 장치(100)가 외부 충격에 의해 쉽게 파손될 수 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)과 차폐재(190)가 층을 이루어 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 공진 회로부(180)의 제1 층(ly1)에는, 기초(base) 차폐재(191)가 배치될 수 있다.
기초 차폐재(191)의 상측인 제2 층(ly2)에는, 제1 코일(181)과, 제1 차폐재(192)가 배치될 수 있다.
제1 코일(181)의 상측인 제3 층(ly3)에는, 제1 코일(181)과 부분적으로 겹쳐지는, 제2 코일(182)이 배치될 수 있다. 이때, 제2 층(ly2)에 배치되는 제1 차폐재(192)가, 제1 코일(181) 및 제2 코일(182)의 중첩 구조로 인해 발생되는 들뜸 현상을 방지하게 된다.
동일한 이치로, 공진 회로부(180)의 제3 층(ly3)에는, 제2 코일(182) 뿐만 아니라, 제2 차폐재(193)도 배치될 수 있다.
제2 코일(182)의 상측인 제4 층(ly4)에는, 제2 코일(182)과 부분적으로 겹쳐지는, 제3 코일(183)이 배치될 수 있다. 이때, 제3 층(ly3)에 배치되는 제2 차폐재(193)가, 제2 코일(182)과 제3 코일(183)의 중첩 구조로 인해 발생되는 들뜸 현상을 방지하게 된다.
또한, 공진 회로부(180)의 제4 층(ly4)에는, 제3 코일(183) 뿐만 아니라, 제3 차폐재(194)도 배치될 수 있고, 제3 차폐재(194)는, 제3 코일(183)과 제4 코일(184)의 중첩 구조로 인한 들뜸 현상을 방지할 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)은 들뜸 현상 없이, 차폐재(190)(기초 차폐재(191) 및 제1 차폐재 내지 제3 차폐재(192 내지 194)를 포함한다.)에 접착되어야 하므로, 차폐재의 두께(tkf)는, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 두께(tkc)와 동일한 것이 바람직하다.
한편, 도 5에서는 공진 회로부(180)의 각 층(layer)이 이격된 것으로 도시하나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 공진 회로부(180)의 각 층은 서로 밀착될 수 있다.
공진 회로부(180)가 도 5에서와 같이, 배치됨에 따라, 부분적으로 겹쳐지는, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 들뜸 현상이 방지되고, 외부 충격으로부터 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)의 이탈을 방지할 수 있다.
또한, 각각의 코일 일측에 차폐재(190)가 배치되므로, 누설 자기장이 차폐되고, 자기장의 방향을 보다 집중시켜, 전송 효율이 상승될 수 있다.
또한, 각각의 코일 사이에 차폐재(190)가 배치됨에 따라, 멀티 코일에서 발생되는 열을 보다 쉽게 저감 시킬 수 있다.
한편, 제1 내지 제4 코일(181 내지 184)은, 설명의 편의를 위해 도시하지 않은 케이스에 수용될 수 있다. 케이스의 일측면에는, 무선 전력 수신 장치(200)가 놓여질 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)가 케이스의 일측면에 놓여지는 경우, 공진 회로부(180)가 무선으로 전력을 전송하여, 무선 전력 수신 장치(200)를 충전시키므로, 무선 전력 수신 장치(200)가 놓여지는 케이스의 일측면을 충전면이라 명명할 수 있다. 또한, 충전면과 인터페이스 표면은 혼용하여 사용될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른, 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 무선 전력 전송은 선택 단계(selection phase, S610), 핑 단계(ping phase, S620), 식별 및 구성 단계(identification and configuration phase, S630), 핸드오버 단계(handover phase, S640), 협상 단계(negotiation phase, S650), 보정 단계(calibration phase, S660), 전력 전송 단계(power transfer phase, S670) 및 재협상 단계(re-negotiation phase, S680)를 포함할 수 있다.
먼저, 선택 단계(S610)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 감지 영역 내에 물체(object)들이 존재하는지 여부를 감지할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 감지 영역 내에 물체(object)들이 존재하는지 여부를 감지하기 위하여, 물체 감지 신호에 대한 전력 변화(예를 들어, 코일의 전류 변화)에 기초하여, 충전 영역에 물체(object)가 존재하는지 여부를 감지할 수 있다. 이때, 물체 감지 신호는, 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping: AP) 신호일 수 있다. 무선 전력 전송 장치(100)는 충전면에 물체(object)가 감지될 때까지 소정 주기로 아날로그 핑(AP) 신호를 송출할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)가 복수의 코일(181)을 구비하는 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는, 물체 감지 신호를 복수의 코일(181)을 통해, 소정 순서로 송출하고, 각각의 물체 감지 신호에 대한 코일의 전류 변화량을 기초로, 충전 영역에 물체(object)가 존재하는지 여부를 감지할 수 있다.
구체적으로, 무선 전력 전송 장치(100)는, 전류 변화량이 기설정된 전류 변화량 이상인 경우, 해당 코일에 대응되는 충전 영역에 물체(object)가 존재한다고 연산할 수 있다. 이때, 해당 코일을 후술하는 유효 코일 조합에 사용되는 유효 코일이라고 명명할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 선택 단계(S610)에서, 충전 영역에 이물질이 존재하는지 여부를 연산할 수 있다. 이물질은, 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있고, 이러한 이물질은, FO(Foreign Object)라 명명할 수 있다.
선택 단계(S610)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 감지 영역 내의 물체(object)의 배치 또는 제거를 지속적으로 감지할 수 있다. 또한, 선택 단계(S610)에서, 무선 전력 전송 장치(100)가, 감지 영역 내의 물체(object)를 감지한 경우, 핑 단계(S620)로 천이할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)가 물체(object)를 감지한 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는, 핑 단계(S620)에서, 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화(awake) 시키고, 감지된 물체(object)가 무선 전력 수신 장치(200)인지를 식별하기 위한 수신 장치 감지 신호를 전송할 수 있다. 이때, 수신 장치 감지 신호는, 디지털 핑(Digital Ping: DP) 신호일 수 있다.
디지털 핑(DP) 신호는 무선 전력 수신 장치(200)와의 통신 설정을 시도하기 위하여, 아날로그 핑(AP) 신호에 비해 듀티가 크게 설정될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 디지털 핑(DP) 신호를 변조하고, 변조된 디지털 핑(DP) 신호를 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 변조된 디지털 핑(DP) 신호를 복조하고, 복조된 디지털 핑(DP) 신호로부터, 수신 장치 감지 신호에 대한 응답에 해당하는 디지털 형태의 감지 데이터를 획득할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 디지털 형태의 감지 데이터로부터, 전력 전송의 대상이 되는 무선 전력 수신 장치(200)를 인지할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 핑 단계(S620)에서, 무선 전력 수신 장치(200)를 식별한 경우, 식별 및 구성 단계(S630)로 천이할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치(100)는, 핑 단계(S620)에서, 디지털 형태의 감지 데이터를 수신 받지 못한 경우, 다시 선택 단계(S610)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 단계(S630)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)가 전송하는 식별 정보, 전력 정보 등을 수신하여, 전력 전달이 효율적으로 이루어지도록 제어할 수 있다.
먼저, 식별 및 구성 단계(S630)에서, 무선 전력 수신 장치(200)는, 식별 데이터를 전송할 수 있다.
식별 데이터에는, 무선 전력 전송 규약의 버전 정보, 무선 전력 수신 장치(200)의 제조 업체 정보, 기본 장치 식별자 정보, 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보 등이 포함될 수 있다.
또한, 식별 및 구성 단계(S630)에서, 무선 전력 수신 장치(200)는, 전력 데이터를 전송할 수 있다.
전력 데이터에는, 무선 전력 수신 장치(200)의 최대 전력에 대한 정보, 잔여 전력에 대한 정보, 전력 클래스 정보 등이 포함될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 식별 데이터 및 전력 데이터를 기초로, 무선 전력 수신 장치(200)를 식별하고, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 정보를 획득할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)를 식별하고, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 정보를 획득한 경우, 핸드 오버 단계(S630)로 천이할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치(100)는, 식별 및 구성 단계(S630)에서, 식별 데이터 및/또는 전력 데이터를 수신 받지 못한 경우, 선택 단계(S610)로 천이할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 핸드 오버 단계(S640)에서, 무선 전력 수신 장치(200)와의 통신 방법 변경 여부를 연산할 수 있다.
구체적으로, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)와 인밴드(in-band) 통신 방법으로 통신하는 상태에서, 선택 단계(S610), 핑 단계(S620) 또는 식별 및 구성 단계(S630) 중, 적어도 어느 하나의 단계에서 획득한 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 정보를 기초로, 인밴드(in-band) 통신을 유지할 것인지 또는 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방법으로 변경할 것인지 여부를 연산할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 식별 및 구성 단계(S630) 또는 핸드 오버 단계(S640)에서 수신된 협상 필드(negotiation field) 값에 기초하여, 협상 단계(S650)로의 진입이 필요한지 여부를 연산할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 연산 결과, 협상이 필요한 경우, 협상 단계(S650)로 천이하여, 이물질 검출(Foreign Object Detection: FOD) 절차를 수행할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치(100)는, 연산 결과, 협상이 불필요한 경우, 곧바로 전력 전송 단계(S670)로 천이할 수도 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 선택 단계(S610) 또는 협상 단계(S650)에서, 연산된 충전면의 이물질 존재 여부를 기초로, 보정 단계(S660) 진입 여부를 결정할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 이물질이 검출되지 않은 경우, 보정 단계(S660)를 거쳐, 전력 전송 단계(S670)로 천이할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치(100)는, 이물질이 검출된 경우, 전력 전송을 수행하지 않고, 선택 단계(S610)로 천이할 수도 있다.
보정 단계(S660)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 송신 전력과, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 전력 차이를 기초로, 전력 손실을 연산할 수 있다.
전력 전송 단계(S670)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로 전력을 전송할 수 있다.
전력 전송 단계(S670)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 전력을 전송하는 도중에, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 전력 제어 정보를 수신하고, 수신한 전력 제어 정보에 대응하여, 코일에 인가되는 전력의 특성을 조절할 수 있다.
전력 전송 단계(S670)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 원하지 않은 데이터를 수신 받거나(unexpected data), 기 설정된 시간 동안, 원하는 데이터, 예를 들어, 전력 제어 정보를 수신 받지 못하거나(time out), 기 설정된 전력 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(S610)로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 단계(S670)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 전송 장치(100) 또는, 무선 전력 수신 장치(200)의 상태 변화 등에 따라 전력 전송 협상을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(S680)로 천이할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 재협상이 정상적으로 완료되면, 전력 전송 단계(S670)로 회귀할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 실시예에 따른, 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 8은, 본 발명의 실시예에 따른, 공진 주파수에서의 개별 품질 계수를 연산하기 위한, 주파수 스윕 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 9는, 도 8의 개별 품질 계수를 연산하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 10은, 도 8의 개별 품질 계수를 설명하기 위한 참조 도면이고, 도 11은, 도 8의 주파수 스윕 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 7에서, 제어부(160)는, 공진 주파수에서, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수를 연산할 수 있다(S710).
구체적으로, 도 9에서, 입력 전압(V1)이, 공진 회로부(180)에 인가될 수 있다. 이에 따라, 제1 코일(181)의 양단에 V2 전압이 인가될 수 있다. 마찬가지로, 제1 커패시터 소자(185)에도 V2와 진폭은 동일하되, 위상이 반대인 -V2 전압이 인가될 수 있다.
도 9에서는, V2가 제1 코일(181)의 양단 전압으로 도시되어 있으나, V2가 제1 커패시터 소자(185)의 양단 전압인 경우에도 그 결과는 동일하다.
제1 전압 감지부(131)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)을 감지할 수 있다.
제2 전압 감지부(133)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 양단 전압(V2)을 감지할 수 있다.
예를 들어, 제1 전압 감지부(131) 및 제2 전압 감지부(133)에서 감지한, 입력 전압(V1) 및 양단 전압(V2)은 도 10에서와 같을 수 있다.
제1 전압 감지부(131)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)을, 감지 값으로써, 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제2 전압 감지부(133)는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 양단 전압(V2)을 감지 값으로써, 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제어부(160)는, 입력 전압(V1) 및 양단 전압(V2)을 기초로, 상기 수학식 1을 이용하여, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수(Qi)를 연산할 수 있다.
특히, 제어부(160)는, 공진 주파수에서, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수(Qi)를 연산할 수 있다.
제어부(160)는, 공진 주파수에서, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수(Qi)를 연산하기 위하여, 주파수를 스윕(sweep)할 수 있다.
보다 상세하게는, 도 8 및 도 11에서, 제어부(160)는, 동작 주파수 대역 내에서, 낮은 주파수부터 높은 주파수로 스윕(sweep)할 수 있다.
제어부(160)는, 제1 동작 주파수 대역(fo1)을 설정할 수 있다(S1010). 이때, 동작 주파수는, 무선 전력 전송 장치(100)의 가용 주파수를 의미하는 것으로써, 기 설정된 값일 수 있다. 예를 들어, 제1 동작 주파수 대역(fo1)은, 70kHz 내지 120kHz일 수 있다.
제어부(160)는, 제1 동작 주파수 대역(fo1) 내에서, 제1 주파수 스윕 단위(fu1)로 제1 주파수 스윕할 수 있다(S1030).
예를 들어, 제어부(160)는, 70kHz 내지 120kHz의 제1 동작 주파수 대역(fo1) 내에서, 낮은 주파수부터 높은 주파수까지, 300Hz 스텝으로 제1 주파수 스윕할 수 있다.
한편, 제1 주파수 스윕은, 복수의 코일(181 내지 184)에 대하여, 동시에 또는 순차적으로 수행될 수 있다.
제1 전압 감지부(131) 및 제2 전압 감지부(133)는, 제1 주파수 스윕에 대응하여, 감지된 전압 값을, 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제어부(160)는, 각각의 입력 전압(V1) 및 각각의 양단 전압(V2)을 기초로, 주파수 스윕에 대응하는, 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수(Qi)를 연산할 수 있다(S1050).
제어부(160)는, 제1 주파수 스윕에 따라 연산되는 복수의 코일(181 내지 184)각각의 개별 품질 계수(Qi)를 기초로 제2 동작 주파수 대역(fo2)을 연산할 수 있다(S1070).
제어부(160)는, 제1 주파수 스윕에 따라 연산되는 복수의 코일(181 내지 184) 각각의 개별 품질 계수(Qi)가 기설정된 기준 품질 계수(Qref) 보다 큰 동작 주파수 대역을 제2 동작 주파수 대역(fo2)으로 연산할 수 있다.
제2 동작 주파수 대역(fo2)은, 도 11에서와 같이, 제1 동작 주파수 대역(fo1) 보다 작은 대역을 의미할 수 있다.
제어부(160)는, 제2 동작 주파수 대역(fo2) 내에서, 제1 주파수 스윕 단위(fu1)보다 작은 제2 주파수 스윕 단위(fu2)로, 제2 주파수 스윕할 수 있다(S1090).
예를 들어, 70kHz 내지 120kHz의 제1 동작 주파수 대역(fo1)에서, 제2 주파수 대역(fo2)이 100kHz 내지 103kHz로 연산된 경우, 제어부(160)는, 100kHz 내지 103kHz 대역에서, 50Hz로, 제2 주파수 스윕할 수 있다.
한편, 제2 주파수 스윕도, 복수의 코일(181 내지 184)에 대하여, 동시에 또는 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 대하여, 제2 동작 주파수 대역(fo2) 및 제2 주파수 스윕 단위(fu2)가 상이할 수도 있다.
제1 전압 감지부(131) 및 제2 전압 감지부(133)는, 제2 주파수 스윕에 대응하여, 감지된 전압 값을, 제어부(160)에 전송할 수 있다.
제어부(160)는, 제2 주파수 스윕에 따라 변화되는 입력 전압(V1) 대비 양단 전압(V2)의 비 중, 최대 값을, 공진 주파수에서, 해당 코일의 개별 품질 계수(Qi)로 연산할 수 있다.
한편, 복수의 코일(181 내지 184) 각각에 입력되는 입력 전압(V1)은, 주파수 스윕(sweep)에도 불구하고, 변하지 않는 것이 일반적이나, 실제로는, 도 10에서와 같이, 충전면에 이물질이 놓여지는 시점에서, 다소 감소될 수 있다.
본 발명은, 복수의 코일(181 내지 184)의 양단 전압(V2) 뿐만 아니라, 복수의 코일(181 내지 184)에 입력되는 입력 전압(V1)까지 고려하여, 개별 품질 계수(Qi)를 연산하므로, 충전면의 이물질을 보다 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명은, 초기 주파수 스윕 단계부터 작은 주파수 스윕 단위로, 주파수 스윕하지 않고, 2단계로 나누어, 1단계에서, 큰 주파수 스윕 단위로 주파수 스윕하여, 공진 주파수에서의 품질 계수를 대략적으로 탐색하고, 2단계에서, 작은 주파수 스윕 단위로 주파수 스윕하여, 공진 주파수에서의 품질 계수를 확정할 수 있다. 이에 따라, 공진 주파수에서의 품질 계수 탐색을 보다 효율적으로 수행할 수 있고, 보다 정확한 품질 계수 탐색이 가능해진다.
또한, 본 발명은, 공진 주파수를 직접 탐색하는 것이 아니, 주파수 스윕에 따른, 품질 계수의 변화를 기초로, 이물질을 검출하므로, 직접 공진 주파수 값을 도출하는 경우에 비하여, 연산 과정이 단순하고, 보다 신속한 이물질 검출이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 제어부(160)는, 공진 주파수에서의 개별 품질 계수(Qi)를 기초로, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)를 연산할 수 있다(S720).
제어부(160)는, 수학식 2에 따라, 공진 주파수에서 개별 품질 계수(Qi)의 합을, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)로 연산할 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 총 품질 계수가 제1 기준 범위내에 포함되는지 여부를 연산할 수 있다(S730).
이때, 제1 기준 범위는, 총 품질 계수(Qt)의 정상 임계 값에 제1 측정 오차를 합한 값일 수 있다. 한편, 정상 임계 값은, 충전면에 이물질이 존재하지 않는 경우, 복수의 코일(181 내지 184)의 총 품질 계수(Qt)를 의미할 수 있다. 또한, 제1 측정 오차는, 예를 들어, ± 1.2% 일 수 있다.
제1 기준 범위는 기설정된 값으로써, 메모리(120)에 저장될 수 있다. 제1 기준 범위는, 무선 전력 전송 장치(100)의 구조, 코일 용량, 설계 등을 고려하여 기설정될 수 있다. 또는, 제1 기준 범위는, 측정에 의해 정해지는 값일 수 있다.
제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가, 기설정된 제1 기준 범위에 포함되지 않는 경우, 충전면에 이물질이 존재한다고 연산할 수 있다(S760).
또한, 제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가 기설정된 제1 기준 범위에 포함되지 않는 경우, 충전면에 무선 전력 수신 장치(200)가 배치되지 않은 상태라고 연산할 수 있다.
본 발명의 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가, 기설정된 제1 기준 범위에 포함되지 않는 경우, 충전면에 이물질이 존재하거나, 무선 전력 수신 장치(200)가 배치되지 않은 상태라고 연산하므로, 도 6에서와 같이, 송신기가 충전면의 물체(object)를 감지하기 위한 아날로그 핑(AP)을 송출할 필요가 없다는 장점이 있다.
한편, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)만으로, 충전면의 이물질을 검출하는 경우, 오류가 발생될 수 있다. 즉, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)는, 정상 범위에 있으나, 개별 품질 계수 중 적어도 어느 하나가 정상 범위를 벗어날 수 있다.
따라서, 제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가 제1 기준 범위에 포함되더라도, 충전면에 이물질이 존재하지 않는다고 즉시 연산하지 않고, 공진 주파수에서의 개별 품질 계수(Qi)를 기초로, 충전면의 이물질 존재 여부를 재연산할 수 있다.
제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가, 제1 기준 범위에 포함된 상태에서, 공진 주파수에서의 개별 품질 계수(Qi)가 제2 기준 범위내에 포함되는지 여부를 연산할 수 있다(S740).
제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가, 제1 기준 범위에 포함된 상태에서, 공진 주파수에서의 개별 품질 계수(Qi)가 제2 기준 범위내에 포함되지 않는 경우, 충전면에 이물질이 존재한다고 연산할 수 있다(S760).
제어부(160)는, 공진 주파수에서의 총 품질 계수(Qt)가, 제1 기준 범위에 포함된 상태에서, 공진 주파수에서의 개별 품질 계수(Qi)가 제2 기준 범위내에 포함되는 경우, 충전면에 이물질이 부존재한다고 연산할 수 있다(S750).
상기와 같은, 과정에 의할 때, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 공진 회로부(180)의 인덕턴스 연산이나, 공진 주파수 연산 없이, 품질 계수 연산만으로 충전면의 이물질을 보다 효율적으로 검출할 수 있다.
한편, 본 발명의 제어부(160)는, 전력 전송 장치(100)에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10: 무선 전력 시스템
100: 무선 전력 전송 장치
131: 제1 전압 감지부
133: 제2 전압 감지부
160: 제어부
180: 공진 회로부
200: 무선 전력 수신 장치

Claims (15)

  1. 복수의 코일과 상기 복수의 코일에 각각 접속되는 복수의 커패시터 소자를 포함하는 공진 회로부; 및
    공진 주파수에서, 상기 복수의 코일 각각의 개별 품질 계수와, 상기 복수 코일의 총 품질 계수를 연산하고,
    상기 공진 주파수에서의 상기 총 품질 계수 및 개별 품질 계수를 기초로, 충전면의 이물질 존재 여부를 연산하는 제어부;를 포함하고,
    상기 총 품질 계수는, 상기 복수의 코일 각각의 개별 품질 계수의 합이며,
    상기 공진 회로부는,
    부분적으로 겹쳐지도록 배치되는 제1 내지 제4 코일을 구비하며,
    상기 제1 내지 제4 코일 각각에 입력되는 입력 전압을 감지하는 제1 전압 감지부; 및
    상기 제1 내지 제4 코일 각각의 양단 전압을 감지하는 제2 전압 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공진 주파수에서의 상기 총 품질 계수가, 기설정된 제1 기준 범위에 포함되지 않는 경우, 상기 충전면에 이물질이 존재한다고 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공진 주파수에서의 상기 총 품질 계수가, 상기 제1 기준 범위에 포함되는 경우, 상기 공진 주파수에서의 상기 개별 품질 계수를 기초로, 상기 충전면의 이물질 존재 여부를 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공진 주파수에서의 상기 총 품질 계수가, 상기 제1 기준 범위에 포함된 상태에서, 상기 공진 주파수에서의 모든 개별 품질 계수가, 기설정된 제2 기준 범위에 포함되는 경우, 상기 충전면에 이물질이 존재하지 않는다고 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.

  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    주파수 스윕(sweep)에 따라 변화되는 상기 입력 전압 대비 상기 양단 전압의 비 중, 최대 값을, 상기 공진 주파수에서, 해당 코일의 개별 품질 계수로 연산하고,
    상기 공진 주파수에서 상기 개별 품질 계수의 합을, 상기 공진 주파수에서의 상기 총 품질 계수로 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    동작 주파수 대역 내에서, 낮은 주파수부터 높은 주파수로 스윕(sweep)하고,
    상기 제1 전압 감지부는,
    주파수 스윕(sweep)에 대응하여, 상기 복수의 코일 각각에 입력되는 상기 입력 전압을 상기 제어부에 전송하고,
    상기 제2 전압 감지부는,
    주파수 스윕(sweep)에 대응하여, 상기 복수의 코일 각각의 상기 양단 전압을 상기 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 동작 주파수 대역 내에서, 제1 주파수 스윕(sweep) 단위로, 제1 주파수 스윕(sweep) 한 후,
    상기 제1 주파수 스윕(sweep)에 따라 연산되는 상기 복수의 코일 각각의 개별 품질 계수 값을 기초로, 상기 제1 동작 주파수 대역 보다 작은 제2 동작 주파수 대역을 연산하고,
    상기 제2 동작 주파수 대역 내에서, 상기 제1 주파수 스윕(sweep) 단위 보다 작은 제2 주파수 스윕(sweep) 단위로, 제2 주파수 스윕(sweep) 하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 주파수 스윕(sweep)에 따라 연산되는 상기 복수의 코일 각각의 개별 품질 계수가, 기설정된 기준 품질 계수 보다 큰 동작 주파수 대역을 상기 제2 동작 주파수 대역으로 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제1 기준 범위 및 제2 기준 범위를 저장하는 메모리;를 더 포함하고,
    상기 제1 기준 범위는,
    상기 공진 주파수에서, 상기 충전면에 이물질이 존재하지 않는 경우, 상기 복수 코일의 총 품질 계수에, 제1 측정 오차를 합한 값이고,
    상기 제2 기준 범위는,
    상기 공진 주파수에서, 상기 충전면에 이물질이 존재하지 않는 경우, 상기 복수의 코일 각각의 개별 품질 계수에, 제2 측정 오차를 합한 값인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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