KR20130036502A - 무선 전력전송장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선으로 복수 개의 수전장치에 순차적으로 전력을 전송하여 충전시키는 것으로서 복수 개의 전력전송코일을 통해 무선으로 전력을 전송하고, 전력전송코일이 전송하는 전력을 충전하기 위한 수전장치가 복수 개일 경우에 전력전송 제어부가 복수 개의 수전장치들이 휴대용 단말기에 장착되어 있는지의 여부와, 충전상태를 판단하여 우선순위를 부여하며, 부여한 우선순위에 따라 복수 개의 수전장치들에 순차적으로 전력을 전송하여 충전하게 제어하는 무선 전력전송장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

무선 전력전송장치 및 방법{Wireless power transfer apparatus and method the same}
본 발명은 복수 개의 수전장치에 우선순위를 부여하고, 부여한 우선순위에 따라 전력전송코일의 이동이나 사용자의 추가적인 조작 없이 자동으로 복수 개의 수전장치에 순차적으로 전력을 전송하여 충전시키는 무선 전력전송장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 핸드폰 및 PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 각종 휴대용 단말기에는 전력을 충전하여 동작전력을 공급하는 수전장치가 장착된다. 상기 수전장치는 외부의 충전장치에서 공급되는 전력을 충전하고, 충전한 전력을 상기 휴대용 단말기에 동작전력으로 공급하여 동작시킬 수 있도록 한다.
상기 수전장치는 전력을 충전하는 배터리 셀 모듈과, 외부의 충전장치로부터 공급되는 전력을 상기 배터리 셀 모듈에 충전시키고 충전시킨 전력을 방전시켜 휴대용 단말기로 공급하는 충방전 회로 등을 포함할 수 있다.
상기 충전장치와 상기 수전장치를 전기적으로 연결하는 방식으로는 충전장치에서 전력이 출력되는 단자와, 수전장치에서 전력이 입력되는 단자를 케이블을 통해 직접 연결하는 단자 연결방식이 알려져 있다.
그러나 상기 단자 연결방식은 상기 충전장치의 단자와 상기 수전장치의 단자들이 서로 다른 전위 차를 가지고 있으므로 상기 충전장치의 단자와 상기 수전장치의 단자를 상호간에 연결하거나 또는 분리할 경우에 순간 방전현상이 발생하게 된다.
이러한 순간 방전현상은 상기 충전장치의 단자 및 상기 수전장치의 단자를 마모시킨다. 또한 상기 충전장치의 단자 및 상기 수전장치의 단자에 이물질이 쌓여 있을 경우에, 상기 순간 방전현상이 발생될 때 상기 이물질에서 열이 발생하여 화재 등과 같은 안전사고가 발생할 염려가 있다.
그리고 습기 등으로 인하여 상기 수전장치의 배터리 셀 모듈에 충전된 전력이 수전장치의 단자를 통해 외부로 자연 방전되고, 이로 인하여 수전장치의 사용 수명이 단축되며, 사용성능의 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.
최근에는 상기와 같은 단자 연결방식의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여, 수전장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력전송장치가 제시되고 있다.
상기 무선 전력전송장치는 예를 들면, 전자기 유도방식을 이용하여 무선으로 전력을 전송한다. 그리고 상기 수전장치는 상기 무선 전력전송장치가 무선으로 전송하는 전력을 수신하고, 수신한 전력을 배터리 셀 모듈에 충전시키고 있다.
상기한 무선 전력전송장치는 무선으로 안정하고, 높은 효율로 전력을 전송하고, 이와 더불어 상기 수전장치는 상기 무선 전력전송장치가 전송하는 전력을 최대로 수신하여 배터리 셀 모듈에 충전시킬 수 있도록 하는데 많은 노력을 기울여 왔다.
상기 무선 전력전송장치의 충전대에 두 개 이상 복수 개의 수전장치를 안착시켜 충전시키는 경우가 있다. 이러한 경우에 복수 개의 전력전송코일을 통해 상기 복수 개의 수전장치에 모두 전력을 전송하여 동시에 충전시킬 수 있다.
그러나 복수 개의 전력전송코일을 통해 복수 개의 수전장치에 모두 전력을 전송하는 것은 충전이 시급한 수전장치를 구별하지 않고, 전력을 전송하는 것이므로 매우 비효율적이고, 또한 복수 개의 수전장치에 하나씩 순차적으로 전력을 공급하여 충전시키는 것보다 오히려 전력의 충전에 많은 시간이 소요된다.
그리고 일본국 공개특허공보 제2009-273327호에서는 충전대의 하부에, 전력전송코일을 이동시키는 이동수단을 구비하고, 상기 이동수단이 전력전송코일을 수전장치가 놓여진 위치로 순차 이동시키면서 전력을 전송하여 충전시키도록 하고 있다.
즉, 충전대의 제 1 위치 및 제 2 위치에 제 1 수전장치 및 제 2 수전장치가 각기 놓여져 있을 경우에 이송수단이 전력전송코일을 상기 제 1 위치로 이동시켜 제 1 수전장치에 전력을 충전시킨다. 그리고 상기 제 1 수전장치의 충전이 완료되었을 경우에 상기 이송수단이 상기 전력전송코일을 상기 제 2 위치로 이동시켜 제 2 수전장치에 전력을 충전시키고 있다.
그러나 상기한 일본국 공개특허공보 제2009-273327호에서도 충전이 시급한 수전장치를 구별하지 않고, 전력을 전송하는 것이므로 매우 비효율적이고, 충전대에 별도로 이송수단을 구비해야 되며, 또한 상기 이송수단이 전력전송코일을 이송하는 것을 제어하기 위하여 별도로 이송 제어수단 등을 구비해야 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 한의 충전대에 복수 개의 수전장치가 동시에 또는 시간 차이를 두고 놓여지는 경우에 소정의 기준에 따라 우선순위를 결정하고, 결정한 우선순위에 따라 순차적으로 복수 개의 수전장치들 각각에 전력을 전송하여 충전시키는 무선 전력전송장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 충전대에 놓여진 복수 개의 수전장치들 각각의 배터리 셀 모듈에 충전되어 있는 전력량을 판단하여 우선순위를 결정하고, 결정한 우선순위에 따라 순차적으로 복수 개의 수전장치들 각각에 전력을 공급하여 충전시키는 무선 전력전송장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 무선 전력전송장치 및 방법에 따르면, 전력을 충전시켜야 되는 수전장치가 복수 개일 경우에 복수 개의 수전장치들의 우선순위를 판단한다.
상기 우선순위는 휴대용 단말기에 장착된 수전장치를 1순위로 하고, 휴대용 단말기에 장착되지 않은 수전장치를 2순위로 한다.
그리고 상기 휴대용 단말기의 장착 여부에 따른 우선순위가 동일할 경우에 상기 수전장치의 전력 충전상태에 따라 우선순위를 결정한다.
우선순위가 결정되면, 우선순위가 높은 수전장치로 전력을 전송하여 충전시키고, 전력 충전이 완료될 경우에 다음 우선순위의 수전장치로 전력을 전송하여 충전시킨다.
그러므로 본 발명의 무선 전력전송장치는, 복수 개의 전력전송코일을 통해 무선으로 전력을 전송하는 전력전송부와, 상기 전력전송부가 전송하는 전력을 충전하는 수전장치가 복수 개일 경우에 상기 복수 개의 수전장치들의 우선순위를 판단하고, 판단한 우선순위에 따라 상기 복수 개의 수전장치를 하나씩 순차적으로 선택하여 전력을 전송하게 제어하는 전력전송 제어부를 포함한다.
상기 전력 전송부는 상기 전력전송 제어부의 제어에 따라, 상기 복수 개의 수전장치들의 ID, 휴대용 단말기에 장착되어 있는 지의 여부 및 전력 충전상태의 정보를 요청하는 정보요청신호를 발생하여 상기 복수 개의 수전장치로 전송하는 신호 전송부와, 상기 정보요청신호에 따라 상기 수전장치가 전송하는 정보신호를 수신하여 상기 전력전송 제어부에 제공하는 신호 수신부를 포함한다.
상기 정보요청신호의 전송 및 상기 정보신호의 수신은 상기 복수 개의 전력 전송코일을 통해 전송 및 수신한다.
상기 우선순위는 휴대용 단말기에 장착된 수전장치를 1순위로 하고, 휴대용 단말기에 장착되지 않은 수전장치를 2순위로 한다.
상기 휴대용 단말기의 장착 여부에 따른 우선순위가 동일할 경우에 상기 수전장치의 전력 충전상태에 따라 우선순위를 결정한다.
상기 전력 전송부는 상기 전력전송 제어부의 제어에 따라 부하의 변동을 검출할 구동신호 및 전력을 전송할 구동신호를 발생하는 구동 드라이버와, 상기 구동신호에 짜라 직류전력을 스위칭하여 상기 복수 개의 전력전송코일로 출력하는 직렬 공진형 컨버터를 포함한다.
상기 전력 전송부는 상기 전력전송 제어부의 제어에 따라 스위칭 구동신호를 발생하는 스위칭 구동부와, 상기 직렬 공진형 컨버터와 상기 복수 개의 전력전송코일의 사이에 각기 구비되고, 상기 스위칭 구동신호에 따라 스위칭되는 복수 개의 스위치를 포함한다.
그리고 본 발명의 무선 전력전송 방법은, 복수 개의 전력전송코일의 부하가 변동될 경우에 전력전송 제어부의 제어에 따라 신호 전송부가 수전장치의 ID, 휴대용 단말기에 장착되어 있는 지의 여부 및 전력 충전상태의 정보를 요청하는 정보요청신호를 발생하여 상기 수전장치로 전송하고 수전장치로부터 상기 정보요청신호에 따른 정보신호를 수신하는 단계와, 상기 수전장치가 복수 개일 경우에 상기 전력전송 제어부가 상기 정보신호로 우선순위를 판단하는 단계와, 상기 전력전송 제어부가 상기 우선순위에 따라 상기 복수 개의 수전장치를 하나씩 선택하여 순차적으로 전력을 전송하는 단계를 포함한다.
상기 우선순위는 휴대용 단말기에 장착된 수전장치를 1순위로 하고, 휴대용 단말기에 장착되지 않은 수전장치를 2순위로 한다.
상기 휴대용 단말기의 장착 여부에 따른 우선순위가 동일할 경우에 상기 수전장치의 전력 충전상태에 따라 우선순위를 결정한다.
본 발명의 무선 전력전송장치 및 방법에 따르면, 충전대에 복수 개의 수전장치가 놓일 경우에 복수 개의 수전장치의 우선순위를 판단하고, 판단한 우선순위에 따라 복수 개의 수전장치에 순차적으로 전력을 공급하여 충전시킨다.
그러므로 충전이 시급한 수전장치에 먼저 충전을 완료하고, 충전이 시급하지 않은 수전장치에는 나중에 전력을 충전함으로써 복수 개의 수전장치에 매우 효율적으로 전력을 충전시킬 수 있고, 또한 복수 개의 수전장치를 매우 빠른 속도로 만충전시킬 수 있다.
또한 전력전송코일의 이동이나 사용자의 추가적인 조작 없이 하나의 무선 전력전송장치로 복수 개의 수전장치에 자동으로 전력을 순차 충전시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 무선 전력전송장치의 충전대의 상부에 놓인 복수 개의 수전장치의 위치에 따라 본 발명의 무선 전력전송장치가 전력을 전송하는 동작을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력전송장치와 수전장치의 실시 예의 구성을 보인 블록도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 무선 전력전송장치에서 전력전송 제어부의 동작을 보인 신호흐름도이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본적인 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1은 무선 전력전송장치의 충전대의 상부에 놓인 복수 개의 수전장치의 위치에 따라 본 발명의 무선 전력전송장치가 전력을 전송하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 부호 100은 충전대이다. 상기 충전대(100)에는 예를 들면, 제 1 전력전송코일(110-1) 및 제 2 전력전송코일(110-2)이 배치되어 무선으로 전력을 전송한다.
상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(110-1, 110-2)은 일부 영역이 상호간에 중첩되는 중첩영역(110-3)을 갖도록 배치될 수 있다.
상기 충전대(100)의 상부에 하나의 수전장치(200)를 놓을 경우에는 사용자는 통상적으로 충전대(100)의 중앙에 하나의 수전장치(200)를 놓게 된다.
이러한 경우에 상기 제 1 및 제 2 전력수신코일(110)이 중첩된 중첩영역(110-3)의 상부에 수전장치(200; 200-1, 200-2)의 전력수신코일(210; 210-1, 210-2)이 위치하게 된다.
상기 제 1 및 제 2 전력수신코일(110)이 중첩된 중첩영역(110-3)의 상부에 수전장치(200; 200-1, 200-2)의 전력수신코일(210; 210-1, 210-2)이 위치하게 되면, 무선 전력전송장치는 수전장치(200; 200-1, 200-1)가 중첩영역(110-3)의 상부에 위치한 것을 검출한다.
그리고 상기 무선 전력전송장치는 제 1 및 제 2 전력전송코일(110-1, 110-2)에 전력을 공급하여 전송하고, 전송한 전력을 하나의 수전장치(200)의 전력수신코일(210)이 수신하며, 수신한 전력을 내장되어 있는 배터리 셀 모듈에 충전시키게 된다.
상기 충전대(100)의 상부에 사용자가 2개의 수전장치(200-1, 200-2)를 놓아 2개의 수전장치(200-1, 200-2)에 모두 전력을 충전시키고자 할 경우가 있다.
상기 충전대(100)의 상부에 2개의 수전장치(200-1, 200-2)를 놓을 경우에 통상적으로 2개의 수전장치(200-1, 200-2)들 각각에 각기 내장되어 있는 전력수신코일(210-1, 210-2)들은 통상적으로 제 1 및 제 2 전력전송코일(110-1, 110-2)의 상부에 각기 위치하게 된다.
상기 2개의 수전장치(200-1, 200-2)는 휴대용 단말기에 장착된 상태에서 상기 충전대(100)의 상부에 놓일 수 있고, 또는 휴대용 단말기에 장착되지 않은 상태에서 수전장치(200-1, 200-2)만이 상기 충전대(100)의 상부에 놓일 수 있다.
이러한 경우에 상기 무선 전력전송장치가 제 1 및 제 2 전력전송코일(110-1, 110-2)을 통해 모두 전력을 전송하게 되면, 상기 2개의 수전장치(200-1, 200-2)가 모두 전력을 수신하여 배터리 셀 모듈에 충전시키게 된다.
그러나 제 1 및 제 2 전력전송코일(110-1, 110-2)을 통해 2개의 수전장치(200-1, 200-2)로 전력을 전송하게 되면, 전송하는 전력이 분산되고, 이로 인하여 상기 2개의 수전장치(200-1, 200-2)가 만충전할 때까지 오히려 많은 시간이 소요된다. 또한 2개의 수전장치(200-1, 200-2)들 중에서 충전이 시급한 수전장치(400-1) 또는 수전장치(400-2)에 먼저 전력을 충전시키지 못하게 된다.
그러므로 본 발명에 따른 무선 전력전송장치는 충전대(100)에 2개 이상 복수 개의 수전장치(200-1, 200-2)가 놓여질 경우에 상기 복수 개의 수전장치(200-1, 200-1)들의 현재상태 즉, 휴대용 단말기에 장착된 수전장치(200-1, 200-2)인지의 여부와, 상기 수전장치(200-1, 200-2)의 배터리 셀 모듈에 전력이 충전된 충전상태를 판단한다.
그리고 판단한 상기 2개의 수전장치(200-1, 200-2)들의 현재상태에 따라 우선순위를 부여하고, 부여한 우선순위에 따라 상기 2개의 수전장치(200-1, 200-2)들에 하나씩 순차적으로 전력을 전송하여 충전시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력전송장치와 수전장치의 실시 예의 구성을 보인 블록도이다. 여기서, 부호 300은 교류/직류 컨버터이다. 상기 교류/직류 컨버터(300)는 외부로부터 입력되는 교류전력을 직류전력으로 변환한다.
부호 400은 본 발명에 따른 무선 전력전송장치이다. 상기 무선 전력전송장치(400)는 상기 교류/직류 컨버터(300)가 변환한 직류전력을 스위칭하고, 스위칭한 전력을 예를 들면, 전자기 유도방식을 이용하여 무선으로 전송한다.
여기서, 상기 교류/직류 컨버터(300)가 상기 무선 전력전송장치(400)와 별도로 구비되어 있는 것을 예로 들어 도시하였으나, 본 발명을 실시함에 있어서는 상기 무선 전력전송장치(400) 내에 상기 교류/직류 컨버터(300)가 일체로 구비될 수도 있다.
부호 500은 수전장치이다. 상기 수전장치(500)는 상기 무선 전력전송장치(400)가 무선으로 전송하는 전력을 수신하여 충전하고 충전한 전력을 휴대용 단말기(도면에 도시되지 않았음)에 동작전력으로 공급한다.
상기 무선 전력전송장치(400)는 전력전송 제어부(410)와, 구동 드라이버(420)와, 직렬 공진형 컨버터(430)와, 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)과, 스위칭 구동부(450)와, 복수 개의 스위치(460-1, 460-2)와, 제 1 신호 전송부(470)와, 제 1 신호 수신부(480)를 포함할 수 있다.
상기 전력전송 제어부(410)는 상기 수전장치(500)를 인식하고, 인식한 수전장치(500)가 복수 개일 경우에 상기 복수 개의 수전장치(500)들이 휴대용 단말기에 장착되어 있는지의 여부와, 현재 충전되어 있는 전력량을 판단하여 우선순위를 결정하며, 결정한 우선순위에 따라 상기 복수 개의 수전장치(500)들에 순차적으로 전력을 전송하여 충전시키는 것을 제어한다.
상기 구동 드라이버(420)는 상기 전력전송 제어부(410)의 제어에 따라 부하의 변동을 검출할 구동신호 및 무선으로 전력을 전송할 구동신호 등을 발생한다.
상기 직렬 공진형 컨버터(430)는 상기 구동 드라이버(420)가 발생하는 구동신호에 따라, 상기 교류/직류 컨버터(100)에서 공급되는 직류전력을 스위칭하여 출력한다.
상기 복수 개의 전력전송코일(440-1, 440-2)은 상기 직렬 공진형 컨버터(430)가 출력하는 부하의 변동을 검출할 신호가 인가되거나 상기 직렬 공진형 컨버터(430)가 출력하는 전력에 직렬 공진되어 무선으로 전송한다.
상기 스위칭 구동부(450)는 상기 전력전송 제어부(410)의 제어에 따라 스위칭 구동신호를 발생한다.
상기 스위치(460-1, 460-2)는 상기 직렬 공진형 컨버터(430)와 상기 복수 개의 전력전송코일(440-1, 440-2)의 사이에 각기 구비되고, 상기 스위칭 구동부(450)가 발생하는 스위칭 구동신호에 따라 스위칭된다.
상기 제 1 신호 전송부(470)는 상기 전력전송 제어부(410)의 제어에 따라 ID(Identification), 상기 수전장치(500)가 휴대용 단말기에 장착되어 있는지의 여부 및 충전상태 등의 정보를 요청하는 정보요청신호를 발생하고, 발생한 정보요청신호를 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)로 출력하여 상기 수전장치(500)로 전송되게 한다.
상기 제 1 신호 수신부(480)는 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)로부터 부하의 변동을 검출할 신호와, 상기 정보요청신호에 따라 상기 수전장치(500)가 전송하는 정보신호를 수신하고, 수신한 신호를 상기 전력전송 제어부(410)에 제공한다.
상기 수전장치(500)는 전력충전 제어부(510), 전력수신코일(520), 정류부(530), 충전부(540), 배터리 셀 모듈(550), 제 2 신호 수신부(560) 및 제 2 신호 전송부(570) 등을 포함할 수 있다.
상기 전력충전 제어부(510)는 상기 무선 전력전송장치(400)가 전송하는 정보요청신호에 따라 ID 신호, 휴대용 단말기에 장착되어 있는지의 여부 및 충전상태신호 등의 정보신호를 발생하여 상기 무선 전력전송장치(400)로 전송하는 것을 제어한다. 또한 상기 전력충전 제어부(510)는 상기 무선 전력전송장치(400)가 전송하는 전력을 수신하여 상기 배터리 셀 모듈(550)에 충전하는 것을 제어한다.
상기 전력수신코일(520)은 상기 무선 전력전송장치(400)의 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)과 전자기 유도방식으로 결합되어 상기 무선 전력전송장치(400)로부터 정보요청신호를 전송받고, 상기 정보신호를 상기 무선 전력전송장치(400)로 전송한다. 또한 상기 전력수신코일(520)은 상기 무선 전력전송장치(400)의 전력전송코일(440-1, 440-2)이 무선으로 전송하는 전력을 수신한다.
상기 정류부(530)는 상기 전력수신코일(520)이 수신한 전력을 정류하여 직류전력으로 변환한다.
상기 충전부(540)는 상기 정류부(530)가 정류한 직류전력을 상기 전력충전 제어부(510)의 제어에 따라 상기 배터리 셀 모듈(550)에 충전한다.
상기 제 2 신호 수신부(560)는 상기 무선 전력전송장치(400)가 전송하는 정보요청신호를 상기 전력수신코일(520)을 통해 수신하고, 수신한 정보요청신호를 상기 전력수신 제어부(510)에 제공한다.
상기 제 2 신호 전송부(570)는 상기 전력수신 제어부(510)의 제어에 따라 ID 신호, 휴대용 단말기에 장착되어 있는지의 여부 및 충전상태신호 등의 정보신호를 발생하고, 발생한 정보신호를 상기 전력수신코일(520)을 통해 상기 무선 전력전송장치(400)로 전송한다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 무선 전력전송장치(400)는 교류/직류 컨버터(300)가 외부의 교류전력을 직류전력으로 변환하고, 변환한 직류 전력을 동작전력으로 사용하여 정상 동작하게 된다.
이와 같은 상태에서 상기 무선 전력전송장치(400)는 먼저 수전장치(500)가 전력을 수신할 수 있는지의 여부를 판단해야 된다.
즉, 무선 전력전송장치(400)는 전력전송코일(440-1, 440-2)의 상부에 수전장치(500)의 전력수신코일(520)이 위치하고 있는지의 여부를 판단해야 된다.
이를 위하여 전력전송 제어부(410)는 먼저 스위칭 구동부(450)를 제어하여 스위치(460-1, 260-2)를 모두 접속시킨다.
그리고 상기 전력전송 제어부(410)는 구동 드라이버(420)를 제어하여 부하의 변동을 검출할 구동신호를 발생하고, 발생한 구동신호에 따라 직렬 공진형 컨버터(430)가 직류전력을 스위칭하여 부하의 변동을 검출할 신호를 발생한다.
상기 직렬 공진형 컨버터(430)가 발생한 부하의 변동을 검출할 신호는 상기 스위치(460-1, 260-2)를 통해 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)에 인가된다.
여기서, 상기 부하를 검출할 신호는 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)에 공진이 발생되지 않는 주파수의 신호 예를 들면, 약 180㎑의 높은 주파수를 가지는 교류전력이다.
그러므로 상기 직렬 공진형 컨버터(430)가 직류전력을 스위칭하여 부하의 변동을 검출할 신호를 발생하여도 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)이 공진되지 않아 전력소모는 매우 낮고, 전력이 무선으로 전송되지는 않는다.
이와 같은 상태에서 제 1 신호 수신부(480)는 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 240-2)로부터 상기 부하의 변동을 검출할 신호를 수신하여 전력전송 제어부(410)로 입력시킨다.
상기 전력전송 제어부(410)는 상기 제 1 신호 수신부(480)로부터 입력되는 신호의 주파수를 이용하여 부하의 변동이 발생되었는지의 여부를 판단한다.
즉, 수전장치(500)를 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)의 상부에 놓지 않았을 경우에 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)에 인가된 부하의 변동을 검출할 신호의 주파수는 변동되지 않는다.
그러나 수전장치(500)를 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)의 상부에 놓을 경우에 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 240-2)과 전력수신코일(520)의 사이에 상호 임피던스 등이 발생하게 되고, 이로 인하여 부하의 변동을 검출할 신호의 주파수가 변동하게 된다.
상기 전력전송 제어부(410)는 상기 제 1 신호 수신부(480)로부터 입력되는 부하의 변동을 검출할 신호의 주파수가 변동되었는지의 여부를 판단하고, 주파수가 변동되었을 경우에 부하가 변동된 것으로 판단한다.
부하의 변동이 판단되면, 상기 전력전송 제어부(410)는 제 1 신호 전송부(470)를 제어하여, 수전장치(500)의 ID, 휴대용 단말기에 장착되어 있는 지의 여부 및 배터리 셀 모듈(550)에 현재 전력이 충전되어 있는 충전상태 등의 정보를 요청하는 정보요청신호를 발생하고, 발생한 정보요청신호는 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)을 통해 상기 수전장치(500)로 전송된다.
상기 전송한 정보요청신호는 수전장치(500)의 전력수신코일(520)을 통해 제 2 신호 수신부(560)가 수신하고, 수신한 정보요청신호는 전력충전 제어부(510)로 입력된다.
그러면, 상기 전력충전 제어부(510)는 상기 정보요청신호에 따라 제 2 신호 전송부(570)를 제어하여, ID 신호, 휴대용 단말기에 장착되어 있는 지의 여부를 알리는 신호 및 배터리 셀 모듈(550)에 현재 전력이 충전되어 있는 충전상태신호 등을 포함하는 정보신호를 발생하고, 발생한 정보신호는 전력수신코일(520)을 통해 무선 전력전송장치(400)로 전송된다.
상기 무선 전력전송장치(400)는 상기 수전장치(500)가 전송하는 정보신호를 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)를 통해 제 1 신호 수신부(480)가 수신하여 전력전송 제어부(410)로 입력된다.
상기 전력전송 제어부(410)는 상기 제 1 신호 수신부(480)로부터 입력되는 정보신호로 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)의 상부에 수전장치(500)가 놓여졌음을 판단한다.
이때, 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 정보신호가 상기 제 1 전력전송코일(440-1) 또는 상기 제 2 전력전송코일(440-2)를 통해 수신되었는지의 여부로 상기 수전장치(500)가 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부 위치, 상기 제 2 전력전송코일(440-2)의 상부 위치 또는 상기 제 1 전력전송코일(440-1)과 상기 제 2 전력전송코일(440-2)이 중첩되는 중첩영역의 상부 위치에 놓여졌는지를 판단한다.
여기서, 상기 수전장치(500)를 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓아 상기 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 상기 정보신호가 수신되었다고 가정한다.
상기 정보신호가 상기 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 수신될 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 구동 드라이버(420)를 제어하여 전력을 전송할 구동신호를 발생하고, 발생한 전력을 전송할 구동신호에 따라 직렬 공진형 컨버터(430)가 직류전력을 스위칭시키며, 스위칭시킨 전력이 스위치(460-1)를 통해 상기 제 1 전력전송코일(440-1)에 인가되어 공진이 발생하게 된다.
예를 들면, 상기 제 1 전력전송코일(440-1)은 100㎑에 공진되도록 설계되어 있는 것으로서 직렬 공진형 컨버터(430)는 상기 전력을 전송할 구동신호에 따라 직류전력을 스위칭하여 100㎑의 주파수를 가지는 교류전력을 발생하며, 100㎑의 교류전력이 상기 제 1 전력전송코일(440-1)에 인가되어 공진이 발생하게 된다.
상기 제 1 전력전송코일(440-1)에 공진이 발생하게 되면, 상기 제 1 전력전송코일(440-1)로 많은 전류가 흐르면서 무선으로 전력이 전송된다.
상기 제 1 전력전송코일(440-1)이 전송하는 전력을 수전장치(500)의 전력수신코일(520)이 수신하고, 수신한 전력을 정류부(530)가 직류전력으로 변환하며, 변환한 직류전력을, 전력충전 제어부(510)의 제어에 따라 충전부(540)가 배터리 셀 모듈(550)에 충전하게 된다.
그리고 상기 전력충전 제어부(510)는 상기 배터리 셀 모듈(550)의 전력 충전상태를 판단하고, 판단한 전력 충전상태에 따라 제 2 신호 전송부(570)를 제어하여 충전상태 신호를 발생하며, 발생한 충전상태 신호는 전력수신코일(520)을 통해 무선 전력전송장치(400)로 전송된다.
상기 충전상태 신호를 무선 전력전송장치(400)의 제 1 신호 수신부(480)가 제 1 전력전송코일(440-1)로부터 수신하고, 수신한 충전상태 신호를 전력전송 제어부(410)로 출력하는 것으로서 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 충전상태 신호로 상기 수전장치(500)의 전력 충전량을 판단한다.
이와 같이 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 전력을 무선 전송하는 상태에서 상기 전력전송 제어부(410)는 구동 드라이버(420)를 제어하여 제 2 전력전송코일(440-2)에 부하의 변동을 검출할 신호를 인가하고, 부하의 변동이 발생하였는지의 여부를 판단한다.
상기 제 2 전력전송코일(440-2)의 부하에 변동이 발생되었음이 판단될 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 상술한 바와 마찬가지로 제 1 신호 전송부(470)를 제어하여, 수전장치(500)의 ID, 휴대용 단말기에 장착되어 있는 지의 여부 및 배터리 셀 모듈(550)에 현재 전력이 충전되어 있는 충전상태 등의 정보를 요청하는 정보요청신호를 발생하고, 발생한 정보요청신호는 수전장치(500)로 전송되며, 상기 정보요청신호에 따른 정보신호가 수전장치(500)로부터 상기 제 2 전력전송코일(440-2)을 통해 수신된다.
이와 같은 상태에서 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)와 상기 제 2 전력전송코일(440-2)의 상부에 놓인 수전장치(500)의 우선순위를 판단한다.
여기서, 상기 우선순위는 예를 들면, 휴대용 단말기에 장착된 수전장치(500)를 1순위로 하고, 휴대용 단말기에 장착되지 않은 수전장치(500)를 2순위로 한다.
그리고 상기 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)의 상부에 놓인 수전장치(500)들의 우선순위가 동일할 경우 즉, 2개의 수전장치(500)가 모두 휴대용 단말기에 장착되어 있거나 또는 2개의 수전장치(500)가 모두 휴대용 단말기에 장착되어 있지 않을 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 2개의 수전장치(500)들 각각의 전력 충전상태로 우선순위를 판단한다.
상기 전력 충전상태에 따른 우선순위는 예를 들면, 전력 충전량이 많은 수전장치(500)를 1순위로 하고, 전력 충전량이 적은 수전장치(500)를 2순위로 할 수 있다.
또한 상기 전력 충전상태에 따른 우선순위는 예를 들면, 전력 충전량이 적은 수전장치(500)를 1순위로 하고, 전력 충전량이 많은 수전장치(500)를 2순위로 할 수 있다.
여기서, 상기 전력 충전상태에 따른 우선순위는 사용자가 미리 설정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)의 우선순위가 높고, 상기 제 2 전력전송코일(440-2)의 상부에 놓인 수전장치(500)의 우선순위가 낮다고 설정하고, 동작을 설명한다.
상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)의 우선순위가 높을 경우에 상기 전력충전 제어부(410)는 상기 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 전력을 전송하여 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)에 전력을 충전하고, 수신되는 충전상태 정보를 수신하여 만충전이 되었는지의 여부를 판단한다.
이와 같은 상태에서 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)가 만충전되면, 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 제 2 전력전송코일(440-2)을 통해 전력을 전송하여 제 2 전력전송코일(440-2)의 상부에 놓인 수전장치(500)에 전력을 충전하고, 수신되는 충전상태 정보를 수신하여 만충전이 되었는지의 여부를 판단하며, 만충전 되었을 경우에 전력을 전송하는 동작을 종료한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 무선 전력전송장치에서 전력전송 제어부의 바람직한 실시 예의 동작을 보인 신호흐름도이다. 도 3a를 참조하면, 전력전송 제어부(410)는 스위칭 구동부(450)를 제어하여 스위치(460-1, 460-2)를 접속시킨 상태에서 구동 드라이버(420)를 제어하여 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)에 부하를 검출할 신호가 출력되게 한다(S600).
이와 같은 상태에서 상기 전력충전 제어부(410)는 제 1 신호 수신부(480)의 수신신호를 입력하여 부하의 변동이 발생되었는지의 여부를 판단한다(S602).
부하의 변동이 발생되었을 경우에 상기 전력충전 제어부(410)는 제 1 신호 전송부(470)를 제어하여 정보요청신호를 발생하고, 발생한 정보요청신호를 제 1 및 제 2 전력전송코일(440-1, 440-2)을 통해 수전장치(500)로 전송한다(S604).
그리고 상기 전력충전 제어부(410)는 상기 정보요청신호에 따라 상기 수전장치(500)가 전송하는 정보신호를 수신한다(S606).
여기서, 상기 정보신호가 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 수신되었다고 가정한다.
상기 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 정보신호가 수신되면, 상기 전력충전 제어부(410)는 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 수전장치(500)가 놓여 있음을 판단하고, 구동 드라이버(420)를 제어하여 상기 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 전력을 전송한다(S608).
그리고 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 수전장치(500)로부터 충전상태 신호를 수신하고(S610), 수신한 충전상태 신호로 상기 수전장치(500)의 충전이 완료되었는지의 여부를 판단한다(S612).
상기 수전장치(500)의 충전이 완료되었을 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 전력을 전송하는 동작을 종료한다.
그리고 상기 수전장치(500)의 충전이 완료되지 않았을 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 구동 드라이버(420)를 제어하여 제 2 전력전송코일(440-2)로 부하의 변동을 검출할 신호를 출력하고(S614), 부하의 변동이 발생하였는지의 여부를 판단한다(S616).
상기 단계(S616)에서 부하의 변동이 발생지 않았을 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 단계(S608)로 복귀하여 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 전력을 전송하고, 충전상태 신호를 수신하여 충전이 완료되었는지의 여부를 판단하며, 충전이 완료되지 않았을 경우에 제 2 전력전송코일(440-2)로 부하의 변동을 검출할 신호를 출력하여 부하의 변동이 발생하였는지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행한다.
이와 같은 상태에서 제 2 전력전송코일(440-2)의 부하 변동이 검출되면, 상기 전력전송 제어부(410)는 제 1 신호 전송부(470)를 제어하여 정보요청신호를 전송하고(S618), 수전장치(500)가 전송하는 정보신호를 수신한다(S620).
그리고 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)와 상기 제 2 전력전송코일(440-2)의 상부에 놓인 수전장치(500)의 우선순위를 판단한다(S622).
여기서, 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)의 우선순위가 높다고 가정하고, 동작을 설명한다.
도 3b를 참조하면, 우선순위가 판단될 경우에 상기 전력충전 제어부(410)는 구동 드라이버(420)를 제어하여 우선순위가 높은 수전장치(500)가 놓인 제 1 전력전송코일(440-1)로 전력을 전송하고(S624), 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)로부터 충전상태 신호를 수신하며(S626), 수신한 충전상태 신호로 충전이 완료되었는지의 여부를 판단한다(S628)
상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)의 충전이 완료되지 않았을 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 단계(S624)로 복귀하여 상기 제 1 전력전송코일(440-1)을 통해 계속 전력을 전송하면서 상기 수전장치(500)의 충전이 완료되었는지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행한다.
이와 같은 상태에서 상기 제 1 전력전송코일(440-1)의 상부에 놓인 수전장치(500)의 충전이 완료되면, 상기 전력전송 제어부(410)는 다음 우선순위의 수전장치(500)가 놓인 제 2 전력전송코일(440-2)을 통해 전력을 전송하고, 상기 제 2 전력전송코일(440-2)의 상부에 놓인 수전장치(500)로부터 충전상태 신호를 수신하며(S632), 수신한 충전상태 신호로 충전이 완료되었는지의 여부를 판단한다(S634).
상기 단계(S634)에서 충전이 완료되지 않았을 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 상기 단계(S630)로 복귀하여 상기 제 2 전력전송코일(440-2)을 통해 계속 전력을 전송하면서 상기 수전장치(500)의 충전이 완료되었는지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행한다.
그리고 상기 단계(S634)에서 충전이 완료되었을 경우에 상기 전력전송 제어부(410)는 전력전송 동작을 종료한다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 충전대 110-1, 110-2, 440-1, 440-2 : 전력전송코일
110-3 : 중첩영역 200-1, 200-2, 500 : 수전장치
210-1, 210-2, 520 : 전력수신코일
300 : 교류/직류 컨버터 400 : 무선 전력전송장치
410 : 전력전송 제어부 420 : 구동 드라이버
430 : 직렬 공진형 컨버터 450 : 스위칭 구동부
460-1, 460-2 : 스위치 470 : 제 1 신호 전송부
480 : 제 1 신호 수신부 510 : 전력충전 제어부
530 : 정류부 540 : 충전부
550 : 배터리 셀 모듈 560 : 제 2 신호 수신부
570 : 제 2 신호 전송부

Claims (10)

  1. 복수 개의 전력전송코일을 통해 무선으로 전력을 전송하는 전력전송부; 및
    상기 전력전송부가 전송하는 전력을 충전하는 수전장치가 복수 개일 경우에 상기 복수 개의 수전장치들의 우선순위를 판단하고, 판단한 우선순위에 따라 상기 복수 개의 수전장치를 하나씩 순차적으로 선택하여 전력을 전송하게 제어하는 전력전송 제어부;를 포함하여 구성된 무선 전력전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 전송부는;
    상기 전력전송 제어부의 제어에 따라, 상기 복수 개의 수전장치들의 ID, 휴대용 단말기에 장착되어 있는 지의 여부 및 전력 충전상태의 정보를 요청하는 정보요청신호를 발생하여 상기 복수 개의 수전장치로 전송하는 신호 전송부; 및
    상기 정보요청신호에 따라 상기 수전장치가 전송하는 정보신호를 수신하여 상기 전력전송 제어부에 제공하는 신호 수신부;를 포함하는 무선 전력전송장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 정보요청신호의 전송 및 상기 정보신호의 수신은;
    상기 복수 개의 전력 전송코일을 통해 전송 및 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 우선순위는;
    휴대용 단말기에 장착된 수전장치를 1순위로 하고, 휴대용 단말기에 장착되지 않은 수전장치를 2순위로 하는 것을 특징으로 하는 무선 전력전송장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 휴대용 단말기의 장착 여부에 따른 우선순위가 동일할 경우에;
    상기 수전장치의 전력 충전상태에 따라 우선순위를 결정하는 무선 전력전송장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 전송부는;
    상기 전력전송 제어부의 제어에 따라 부하의 변동을 검출할 구동신호 및 전력을 전송할 구동신호를 발생하는 구동 드라이버; 및
    상기 구동신호에 짜라 직류전력을 스위칭하여 상기 복수 개의 전력전송코일로 출력하는 직렬 공진형 컨버터;를 포함하는 무선 전력전송장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전력 전송부는;
    상기 전력전송 제어부의 제어에 따라 스위칭 구동신호를 발생하는 스위칭 구동부; 및
    상기 직렬 공진형 컨버터와 상기 복수 개의 전력전송코일의 사이에 각기 구비되고, 상기 스위칭 구동신호에 따라 스위칭되는 복수 개의 스위치;를 포함하는 무선 전력전송장치.
  8. 복수 개의 전력전송코일의 부하가 변동될 경우에 전력전송 제어부의 제어에 따라 신호 전송부가 수전장치의 ID, 휴대용 단말기에 장착되어 있는 지의 여부 및 전력 충전상태의 정보를 요청하는 정보요청신호를 발생하여 상기 수전장치로 전송하고 수전장치로부터 상기 정보요청신호에 따른 정보신호를 수신하는 단계;
    상기 수전장치가 복수 개일 경우에 상기 전력전송 제어부가 상기 정보신호로 우선순위를 판단하는 단계; 및
    상기 전력전송 제어부가 상기 우선순위에 따라 상기 복수 개의 수전장치를 하나씩 선택하여 순차적으로 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 무선 전력전송방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 우선순위는;
    휴대용 단말기에 장착된 수전장치를 1순위로 하고, 휴대용 단말기에 장착되지 않은 수전장치를 2순위로 하는 무선 전력전송방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 휴대용 단말기의 장착 여부에 따른 우선순위가 동일할 경우에;
    상기 수전장치의 전력 충전상태에 따라 우선순위를 결정하는 무선 전력전송방법.
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