KR20130102218A - 멀티 코일을 구비하는 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 수신 방법 - Google Patents

멀티 코일을 구비하는 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 수신 방법 Download PDF

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KR20130102218A
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Abstract

무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 수신 방법이 제공된다. 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 둘 이상의 무선 전력 수신 코일, 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일 중에서 전력 수신 효율을 기준으로 임의의 무선 전력 수신 코일을 선택하는 제어부, 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 제외한 나머지 무선 전력 수신 코일의 연결을 차단하는 스위칭부 및 상기 스위칭부를 통해 상기 무선 전력 수신 코일과 연결되고 상기 무선 전력 수신 코일로부터 전송된 전력을 정류하는 정류부를 포함한다.

Description

멀티 코일을 구비하는 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 수신 방법{Wireless Power Receiving Device with Multi Coil and Wireless Power Receiving Method}
본 발명은 멀티 코일을 구비하는 무선 전력 수신 장치 및 이를 이용한 무선 전력 수신 방법에 관한 것이다.
최근 에너지-IT 융합기술에 대한 관심도가 증가하고 있다. 에너지-IT 융합기술이란 종래의 에너지 기술에 급속히 발달하고 있는 IT 기술을 융합하는 것을 말하며, 이러한 에너지-IT 융합 기술의 한 분야로서 무선전력전송(Wireless Power Transfer, WPT) 기술이 있다.
무선전력전송이란 종래의 유선으로 된 전력선 대신 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 기술을 말하며, 종래에 가전기기 등을 충전하기 위해서 전원 콘센트로부터 가전기기 또는 충전기기로 유선으로 된 전원 케이블을 연결하지 않고도 무선으로 가전기기 등을 충전할 수 있다는 장점 때문에 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화 또는 연구 중인 무선전력전송 기술은 크게 4가지 방식으로 분류할 수 있다. 그 중 하나는 고출력 마이크로파 방사 방식으로서, 이 방식은 수 GHz 대의 주파수를 사용하여 고출력 전송이 가능하므로 원거리 전송을 할 수 있는 반면에, 인체에의 유해성 및 직진성 등의 문제로 인해 상용화되지 못하고 있다.
다른 하나는 방사(radiative) 방식의 근거리 전송 방식으로서, 이 방식은 UHF(Ultra High Frequency) 대역의 RFID/USN 주파수 대역 또는 2.4 GHz ISM 대역을 이용한 RFID 서비스이며, 현재는 유통 및 물류 분야 등의 일정 분야에서 상용화된 상태이며, 방사 손실에 의해 최대 수십 mW의 전력 전송만 가능하다는 단점이 있다.
한편, 비방사(non-radiated) 자기 공명 방식은 공진 결합(resonant coupling) 방식을 기반으로 하는 방식이다. 공진 결합이란, 자기 공명의 경우에 두 매체가 같은 주파수로 공진하게 되면 전자파가 근거리 자기장을 통해 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 현상을 말하며, 이 방식은 수 m 이내의 거리에서 수십 W의 대전력 전송이 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 실제 구현을 위해서는 공진기의 Q(Quality Factor)값을 높게 유지할 필요가 있다.
한편, 유도 결합을 이용하는 자기 유도 전송 방식은 수 mm ~ 수 cm 의 거리에서 접촉식으로 수 W의 전력을 전송하는 방식으로서, 125kHz 또는 135kHz 등의 주파수를 사용하고 있으며, 현재는 교통카드, 무선 면도기, 전동 칫솔 등에 적용되고 있다.
이와 같은 자기 유도 전송 방식은 일반적으로 무선 전력 송신 장치 위에 무선 전력 수신 기능을 구비한 충전 기기를 거치시켜서 충전시키는 방식이다.
이러한 방식은 전력 송신 장치와 충전 기기 간에 기계적인 접촉을 하지 않고도 충전을 할 수 있어서, 접촉식 방식으로의 충전 시에 금속 단자 등에 의해 야기될 수 있는 미관상의 문제, 먼지 등의 이물질에 의한 접촉 불량 및 단자간 단락에 의한 기기 파손 등의 문제를 발생시키지 않는다.
하지만, 기존의 무선 전력 수신 장치는 충전 단자가 제거되어 전기적 접촉을 줄일 수 있지만 무선 전력 송신 장치의 송전 코일의 중심과 무선 전력 수신 장치의 무선 전력 수신 코일의 중심 간의 상대적인 위치에 따라 전력 전송 효율이 차이가 나는 문제점이 있었다.
따라서, 무선 전력 수신 장치의 배치 위치에 따른 충전 효율의 차이를 줄일 수 있는 기술이 요구되고 있다.
한국공개특허 제2011-0131954호, "무선 전력 전송 장치 및 그 방법"
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 무선 전력 수신 장치의 위치에 따른 충전 효율 변화를 줄일 수 있는 무선 전력 수신 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 필요에 따라 두 개 이상의 코일을 동시에 동작시켜서 무선 전력 수신 효율을 높일 수 있는 무선 전력 수신 장치를 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 둘 이상의 무선 전력 수신 코일, 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일 중에서 전력 수신 효율을 기준으로 임의의 무선 전력 수신 코일을 선택하는 제어부, 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 제외한 나머지 무선 전력 수신 코일의 연결을 차단하는 스위칭부 및 상기 스위칭부를 통해 상기 무선 전력 수신 코일과 연결되고 상기 무선 전력 수신 코일로부터 전송된 전력을 정류하는 정류부를 포함한다.
여기서, 상기 무선 전력 송신 장치로부터의 임시 전력 전달 신호가 수신되면, 상기 제어부는 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일이 순차적으로 절체되어 상기 임시 전력 전달 신호로부터 전력을 수신하도록 상기 스위칭부를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 각각의 무선 전력 수신 코일의 수신 전력값을 비교하여 전력 수신 효율이 높은 무선 전력 수신 코일을 선택할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 이용하여 상기 임시 전력 전달 신호에 대응하는 응답 신호를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일 중에서 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 선택하고, 상기 스위칭부는 상기 선택된 둘 이상의 무선 전력 수신 코일의 연결을 허용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 무선 전력 수신 장치는, 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 포함하고, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 임시 전력 전달 신호를 수신하는 안테나부, 상기 임시 전력 전달 신호의 수신 중에 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 순차적으로 연결하는 스위칭부, 각각의 무선 전력 수신 코일에서 수신된 전력량을 비교하여 전력 수신 효율이 높은 무선 전력 수신 코일을 선택하는 제어부 및 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 전력을 이용하여 충전 기기를 충전하는 충전부를 포함하고, 상기 선택된 무선 전력 수신 코일은 상기 스위칭부에 의해 상기 충전부와 연결된다.
여기서, 상기 제어부는 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 이용하여 상기 임시 전력 전달 신호에 대응하는 응답 신호를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송될 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부와 상기 충전부의 사이에 연결되어 상기 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 전력을 정류하는 정류부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일 중에서 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 선택하고, 상기 충전부는 상기 선택된 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 전력을 이용하여 충전 기기를 충전할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 충전 기기의 충전 상태를 감지하여 전력 수신중인 무선 전력 수신 코일 중 일부의 연결을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선 전력 수신 방법은, 무선 전력 송신 장치로부터 전송되는 임시 전력 전달 신호를 감지하는 단계, 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 순차적으로 연결하여 상기 임시 전력 전달 신호를 수신하는 단계, 각각의 무선 전력 수신 코일에서 수신된 상기 임시 전력 전달 신호의 전력량을 비교하여 전력 수신 효율이 높은 무선 전력 수신 코일을 선택하는 단계 및 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 통해 전력을 수신하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 전력을 수신하는 단계 이후에, 상기 수신된 전력을 이용하여 충전 기기를 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충전 기기를 충전하는 단계 이후에, 상기 충전 기기의 충전 상태를 모니터링하여 전력 전송 지속 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충전 기기의 충전이 완료되면 통신부를 이용하여 상기 무선 전력 송신 장치로 전력 송신 중단 신호를 보내는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 수신 코일을 선택하는 단계는, 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 이용하여 상기 임시 전력 전달 신호에 대응하는 응답 신호를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 무선 전력 수신 장치의 위치에 따른 충전 효율 변화를 줄일 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 두 개 이상의 코일을 동시에 동작시켜서 무선 전력 수신 효율을 높일 수 있다.
도 1은 일반적인 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 위치 관계를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 개요도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 세부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 스위칭부의 상세 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 수신부의 상세 동작을 설명하기 위한 다른 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 충전 기기는 충전 가능한 배터리를 장착하고 이동 가능한 장치로서, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 내비게이션 등이 포함될 수 있다.
또한, 충전 기기는 상기의 이동 가능한 장치 이외에도 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 바이크 등의 EV(Electrical Vehicle) 또는 TV, 램프, 전자액자, 오디오 등의 가전제품과 같이 무선 충전이 적용될 수 있는 모든 장치를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1은 일반적인 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 송신 장치(이하, 송전기)(10)와 무선 전력 수신 장치(이하, 수전기)(20) 간에 자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식으로 전력을 전송한다.
송전기(10)는 외부의 입력 전원(12)으로부터 입력된 AC 전원을 정류기(미도시), 파워 증폭기(미도시) 등의 내부 회로를 통해 전자파 신호로 변환한 후, 송전 안테나(11)를 통해 수전기(20)로 전송한다.
수전기(20)는 송전기(10)로부터 전송된 전자파 신호를 수신한다. 이를 위하여 수전기(20)는 수전 안테나(21)를 구비할 수 있다.
자기 공명 방식의 경우, 송전 안테나(11)와 수전 안테나(21)의 공진 주파수는 동일하거나 거의 동일한 것이 바람직하다. 이 경우, 송전 안테나(11)와 수전 안테나(21) 간에는 공진 결합(resonant coupling)에 의해 에너지 전달 채널이 형성된다. 송전 안테나(11)로부터 방출된 전자파는 에너지 전달 채널을 통해 수전 안테나(21)로 전송되며, 수전 안테나(21)를 통해 입력된 전자파는 수전기(20) 내부에서 임피던스 매칭 회로(미도시), 정류기(미도시) 등의 회로를 통해 전력으로 변환된다. 변환된 전력은 수전기(20)에 연결된 충전 기기(30)로 전달되어 충전 기기(30)를 충전시키거나 구동 전력을 제공한다.
자기 유도 방식을 이용하는 경우에는 송전 안테나(11)와 수전 안테나(21)의 공진 주파수가 거의 동일한 주파수일 필요는 없지만, 송전 안테나(11)와 수전 안테나(21)의 공진 주파수를 거의 동일하게 매칭시킴으로써 양단간의 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서, 상기 설명한 무선 전력 전송 방법을 기초로 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 간의 위치 관계에 따른 전력 전송 효율의 변화를 설명하기로 한다.
도 2는 종래의 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 상기 무선 전력 송신 장치(100)를 통해 무선으로 전력을 공급받는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함한다. 이때, 무선 전력 수신 장치(200)는 별도의 배터리를 구비하는 충전 장치일 수 있으며, 예를 들어, 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 패드, 노트북 컴퓨터, 디지털 방송용 단말기, PDA, PMP 및 내비게이션 등일 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 외부 전원 또는 내부에 구비된 배터리를 이용하여 송신 안테나를 통해 외부로 방사하여 무선 전력 수신 장치(200)로 전력을 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(200)로의 전력 전송 상태를 외부에 표시하기 위한 표시 장치를 외부에 구비할 수 있다.
이 경우, 무선 전력 송신 장치(100)에 내장된 송전 코일(110)과 무선 전력 수신 장치(200)에 내장된 무선 전력 수신 코일(210)의 중심이 일직선상에 위치하는 경우에 전송되는 전력량이 최대가 된다. 반면에, 두 코일(110, 210) 간의 중심이 일직선상에서 벗어나면 무선 전력 수신 장치(200)에서의 전송 전력량은 감소하고, 전송 효율 또한 감소하게 된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)는 둘 이상의 무선 전력 수신 코일(210-1, 210-2, 210-3)을 포함할 수 있으며, 각각의 무선 전력 수신 코일이 무선 전력 수신 장치(200)의 내부에 배치되는 위치는 고정되어 있지 않으며, 바람직하게는 무선 전력 수신 장치(200)의 중심에 인접하도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 두 개 이상의 무선 전력 수신 코일(210)이 구비된 무선 전력 수신 장치(200)는 충전을 위하여 무선 전력 송신 장치(100)의 내부의 송전 코일(110)과 무선 전력 수신 코일(210)의 중심을 일치시키지 않더라도 무선 전력 송신 장치(100)의 상부의 임의의 위치에 거치시킴으로써 최적의 효율의 전력을 송수신할 수 있다.
이하에서, 상기와 같이 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 구비하는 무선 전력 수신 장치(200)의 세부 구성을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 세부 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)는 다수의 무선 전력 수신 코일(210-1~210-3)을 포함하는 안테나부(210), 상기 안테나부(210)의 후단에 연결되는 스위칭부(220), 매칭 회로(230), 정류부(240) 및 제어부(250)를 포함한다. 또한, 무선 전력 송신 장치(100)와의 통신을 위해 통신부(260)를 더 포함할 수 있으며, 충전 가능한 배터리(270)를 더 포함할 수 있다.
안테나부(210)는 둘 이상의 무선 전력 수신 코일로 구성되며, 무선 전력 송신 장치(100)에서 송신 전력을 발생시켜서 송전 안테나(미도시)를 통해 방사되면, 무선 전력 수신 장치(200)의 안테나부(210)는 무선 전력 수신 코일을 이용하여 방사된 전자기장을 수신한다. 이때, 안테나부(210)를 구성하는 둘 이상의 무선 전력 수신 코일(210-1~210-3) 중에서 송신 전력량이 많은 무선 전력 수신 코일을 선택하여 전력을 수신할 수 있다. 이때, 전력 수신 효율을 향상시키기 위하여 무선 전력 송신 장치(100)의 송전 안테나와 무선 전력 수신 장치(200)의 안테나부(210)의 공진 주파수는 동일하거나 근사한 주파수를 가지도록 구성될 수 있다.
또한, 실시예에 따라서는 안테나부(210)를 구성하는 다수의 무선 전력 수신 코일 중에서 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 함께 이용하여 전력을 수신할 수 있다.
한편, 안테나부(210)의 무선 전력 수신 코일은 루프 형태로 구현될 수 있다. 이때, 무선 전력 수신 코일은 스파이럴 루프 형태 또는 헬리컬 루프 형태일 수 있다.
스위칭부(220)는 안테나부(210)의 후단에 연결되어 다수의 무선 전력 수신 코일(210-1~210-3)을 후단의 회로와 연결 또는 차단한다. 구체적으로, 스위칭부(220)는 여러 개의 무선 전력 수신 코일과 연결되어 있으며 각각의 무선 전력 수신 코일을 온/오프하여 후단의 매칭 회로와 연결 또는 차단시킬 수 있다. 이러한 스위칭부(220)에서의 다수의 무선 전력 수신 코일에 대한 연결/차단은 후술할 제어부(250)에 의해 제어될 수 있다. 스위칭부(220)의 동작에 대한 자세한 설명은 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
매칭 회로(230)는 안테나부(210)의 공진 주파수를 변경한다. 구체적으로, 매칭 회로(230)는 안테나부(210)와 스위칭부(220)의 후단에 위치하여, 안테나부(210)와 정류부(240) 사이의 임피던스를 정합시킬 수 있다. 이를 위하여, 매칭 회로(230)는 가변 커패시터를 포함하거나, 또는, 커패시터와 FET 스위치가 직렬 연결된 회로가 병렬로 다수 연결된 병렬 어레이 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기의 가변 커패시터 또는 병렬 어레이는 스위칭부(220)를 통해 안테나부(210)와 직렬 연결되거나 또는 병렬 연결되어 매칭 회로(230)의 커패시턴스 값을 변경함으로써 안테나부(210)의 공진 주파수를 변경할 수 있다.
또한, 매칭 회로(230)는 스위칭부(220)의 동작에 의해 안테나부(210)의 선택된 무선 전력 수신 코일과 연결되며, 연결된 무선 전력 수신 코일과 정류부(240) 사이의 임피던스를 정합시킬 수 있다. 실시예에 따라서는 무선 전력 수신 코일 별로 별도의 매칭 회로가 대응되도록 추가될 수 있다.
정류부(240)는 상기 스위칭부(220)를 통해 안테나부(210)의 선택된 무선 전력 수신 코일과 연결되어, 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 전력을 정류한다. 경우에 따라서, 정류부(240)의 후단에 전압 증폭기(미도시), DC-AC 컨버터(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
제어부(250)는 상기 매칭 회로(230)를 이용하여 안테나부(210)의 무선 전력 수신 코일의 공진 주파수를 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 안테나의 공진 주파수와 매칭시킨다. 또한, 제어부(250)는 안테나부(210)를 통해 무선으로 수신된 전력을 정류부(240)를 통해 직류로 변환하도록 제어하고, 변환된 DC 신호를 전압 증폭기(미도시)를 통해 임의의 전압으로 변환시킬 수 있다.
또한, 제어부(250)는 매칭 회로(230)의 커패시턴스를 제어하여 공진 주파수를 변경하면서 수신되는 전력량을 측정하고, 전력 전송 효율이 최대가 되는 주파수로 공진 주파수를 고정시킬 수 있다.
제어부(250)를 통해 변환된 전력은 배터리부(270)에 저장될 수 있다. 이때, 제어부(250)는 배터리부(270)의 충전 상태를 감지하여 배터리부(270)의 충전이 완료된 경우에 무선 전력 송신 장치(100)로 전력 송신 중단 신호를 보낼 수 있다. 예를 들어, 제어부(250)는 정류부(240)로부터 배터리부(270)로의 전류량 또는 전력량의 급격한 변화를 감지하여 배터리부(270)의 충전 완료 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 제어부(250)는 통신부(260)에서 무선 전력 송신 장치(100)로 상기 전력 송신 중단 신호를 보내도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(250)는 통신부(260)를 통한 통신 방법 이외에 매칭 회로(230)를 통한 부하 변조 방식을 이용하여 무선 전력 송신 장치(100)로 전력 송신 중단 신호를 보낼 수도 있다.
이와 같은 구성을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)는 안테나부(210)를 구성하는 다수의 무선 전력 수신 코일(210-1~210-3) 중에서 전력 수신 효율이 가장 높은 하나 또는 복수의 무선 전력 수신 코일을 선택하여 전력을 수신할 수 있어서, 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)와의 배치 위치에 관계없이 전송 효율을 최적화시킬 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 안테나부를 구성하는 다수의 무선 전력 수신 코일과 관련된 스위칭부의 동작을 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 스위칭부의 상세 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5에서, 각각의 무선 전력 수신 코일(210-1~210-3)은 루프 형상으로 이루어져 있으며 각각의 무선 전력 수신 코일의 양단은 스위칭부(220)의 두 개의 스위치에 각각 연결된다. 스위칭부(220)를 구성하는 두 개의 스위치는 제어부(250)의 제어 신호에 따라 동시에 동작하며, 다수의 무선 전력 수신 코일 중에서 제어부(250)에서 선택된 임의의 무선 전력 수신 코일을 매칭 회로(230)와 연결시킨다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)가 비충전 상태인 경우에, 스위칭부(220)는 임의의 무선 전력 수신 코일이 매칭 회로(230)에 연결되거나 또는 모든 무선 전력 수신 코일이 매칭 회로(230)와 차단되도록 위치할 수 있다.
도 6은 제어부(250)에 의해 선택된 하나의 무선 전력 수신 코일(210-3)이 스위칭부(220)에 의해 매칭 회로(230)와 연결된 상태를 나타내고 있다. 이 경우, 매칭 회로(230)는 선택된 무선 전력 수신 코일(210-3)의 공진 주파수를 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 안테나의 공진 주파수에 매칭시킬 수 있다.
실시예에 따라서는 스위칭부(220)가 하나 이상의 무선 전력 수신 코일을 연결할 수 있도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제어부(250)는 다수의 무선 전력 수신 코일 중에서 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 선택할 수 있으며, 선택된 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 이용하여 상기 무선 전력 수신 장치(100)로부터 전력을 수신할 수 있다. 또한, 제어부(250)는 충전 중인 배터리부(또는 충전 기기)(270)의 충전 상태를 감지하여 기준치 이상 충전이 진행된 경우에 상기 연결된 둘 이상의 무선 전력 수신 코일 중에서 임의의 무선 전력 수신 코일을 선택하여 연결을 차단시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)는 충전 속도를 높이면서도 충전 효율을 일정 수준 이상으로 유지하는 것이 가능하다.
다음으로, 상기의 무선 전력 수신 장치를 이용한 무선 전력 수신 방법에 대해 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
무선 전력 송신 장치(100)는 송신 전력을 발생시켜서 송신 안테나로 전송하고, 송신 안테나는 전송된 송신 전력을 외부로 방사한다.
이후, 무선 전력 수신 장치(200)는 방사된 전자기파를 선택된 무선 전력 수신 코일을 통해 수신하고, 수신된 전력을 매칭 회로(230), 정류부(240) 등을 거쳐서 배터리부(270)로 전송하여 충전 작업을 수행하게 된다.
구체적으로, 무선 전력 송신 장치(100)는 주변의 무선 전력 수신 장치(200)의 존재 여부를 스캔하기 위하여 송신 안테나를 통해 외부로 임시 전력 전달 신호(이하, Ping 신호)를 방사한다.
이후, 안테나부(210)에서 상기 Ping 신호가 수신되면, 제어부(250)는 스위칭부(220)를 제어하여 안테나부(210)를 구성하는 다수의 무선 전력 수신 코일(210-1~210-3)을 차례대로 절체하며 상기 Ping 신호를 수신한다(S102).
이후, 제어부(250)는 각각의 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 Ping 신호의 전력량을 비교하여(S104), 단위 시간당 수신 전력량이 최대인 무선 전력 수신 코일을 선택하고, 선택된 무선 전력 수신 코일을 연결하도록 스위칭부(220)에 제어 신호를 보낸다(S106). 이때, 선택되지 않은 나머지 무선 전력 수신 코일은 스위칭부(220)에 의해 매칭 회로(230)로부터 차단된다.
이후, 제어부(250)는 선택된 무선 전력 수신 코일을 이용하여 무선 전력 송신 장치(100)로 응답 신호를 전송한다. 무선 전력 송신 장치(100)는 상기 응답 신호의 수신에 응답하여 무선 전력 수신 장치(200)로 전력 전송을 개시한다(S108). 전송되는 전력은 안테나부(210)의 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 통해 수신되어 스위칭부(220), 매칭 회로(230) 및 정류부(240)를 거쳐 배터리부(270)로 전송된다.
이후, 제어부(250)는 충전 중인 배터리부의 충전 상태를 감시하여 전력 전송 지속 여부를 판단하고(S110), 배터리부의 충전이 완료되었다고 판단되면(S112), 통신부(260)를 통해 무선 전력 송신 장치(100)로 전력 송신 중단 신호를 전송한다(S114).
이후, 무선 전력 송신 장치(100)로부터 전력 전송이 중단되면 무선 전력 수신 장치(200)는 비충전 대기 상태로 전환된다(S116).
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 송신 장치로부터의 임시 전력 전달 신호의 수신 시에 다수의 무선 전력 수신 코일 중에서 수신 전력 효율이 가장 높은 무선 전력 수신 코일을 선택하여 사용함으로써, 무선 전력 수신 코일의 위치에 관계없이 현 위치에서의 최적의 수신 전력 효율을 보장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 둘 이상의 무선 전력 수신 코일,
    상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일 중에서 전력 수신 효율을 기준으로 임의의 무선 전력 수신 코일을 선택하는 제어부,
    상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 제외한 나머지 무선 전력 수신 코일의 연결을 차단하는 스위칭부 및
    상기 스위칭부를 통해 상기 무선 전력 수신 코일과 연결되고 상기 무선 전력 수신 코일로부터 전송된 전력을 정류하는 정류부
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치로부터의 임시 전력 전달 신호가 수신되면,
    상기 제어부는 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일이 순차적으로 절체되어 상기 임시 전력 전달 신호로부터 전력을 수신하도록 상기 스위칭부를 제어하는,
    무선 전력 수신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 각각의 무선 전력 수신 코일의 수신 전력값을 비교하여 전력 수신 효율이 높은 무선 전력 수신 코일을 선택하는, 무선 전력 수신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 이용하여 상기 임시 전력 전달 신호에 대응하는 응답 신호를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송하는, 무선 전력 수신 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일 중에서 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 선택하고, 상기 스위칭부는 상기 선택된 둘 이상의 무선 전력 수신 코일의 연결을 허용하는,
    무선 전력 수신 장치.
  6. 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 포함하고, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 임시 전력 전달 신호를 수신하는 안테나부,
    상기 임시 전력 전달 신호의 수신 중에 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 순차적으로 연결하는 스위칭부,
    각각의 무선 전력 수신 코일에서 수신된 전력량을 비교하여 전력 수신 효율이 높은 무선 전력 수신 코일을 선택하는 제어부 및
    상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 전력을 이용하여 충전 기기를 충전하는 충전부를 포함하고,
    상기 선택된 무선 전력 수신 코일은 상기 스위칭부에 의해 상기 충전부와 연결되는, 무선 전력 수신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 이용하여 상기 임시 전력 전달 신호에 대응하는 응답 신호를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송하는, 무선 전력 수신 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 스위칭부와 상기 충전부의 사이에 연결되어 상기 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 전력을 정류하는 정류부를 더 포함하는, 무선 전력 수신 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 둘 이상의 무선 전력 수신 코일 중에서 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 선택하고, 상기 충전부는 상기 선택된 둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 전력을 이용하여 충전 기기를 충전하는, 무선 전력 수신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 충전 기기의 충전 상태를 감지하여 전력 수신중인 무선 전력 수신 코일 중 일부의 연결을 차단하는, 무선 전력 수신 장치.
  11. 무선 전력 수신 방법에 있어서,
    무선 전력 송신 장치로부터 전송되는 임시 전력 전달 신호를 감지하는 단계,
    둘 이상의 무선 전력 수신 코일을 순차적으로 연결하여 상기 임시 전력 전달 신호를 수신하는 단계,
    각각의 무선 전력 수신 코일에서 수신된 상기 임시 전력 전달 신호의 전력량을 비교하여 전력 수신 효율이 높은 무선 전력 수신 코일을 선택하는 단계 및
    상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 통해 전력을 수신하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 수신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전력을 수신하는 단계 이후에, 상기 수신된 전력을 이용하여 충전 기기를 충전하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 충전 기기를 충전하는 단계 이후에, 상기 충전 기기의 충전 상태를 감시하여 전력 전송 지속 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 충전 기기의 충전이 완료되면 통신부를 이용하여 상기 무선 전력 송신 장치로 전력 송신 중단 신호를 보내는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 코일을 선택하는 단계는,
    상기 선택된 무선 전력 수신 코일을 이용하여 상기 임시 전력 전달 신호에 대응하는 응답 신호를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
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