KR20130106707A - 수전 장치의 위치 인식이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

수전 장치의 위치 인식이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20130106707A
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박래혁
황정만
박운규
이지형
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 수전 장치의 위치 인식이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 무접점 충전 장치는, 무선 전력 수신 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드; 상기 무접점 충전 패드 내부에 구비되며, 상기 무접점 충전 패드 상에 위치하는 물체를 감지하여 위치 검출 신호를 출력하는 다수의 위치 검출 센서; 및 상기 위치 검출 신호를 토대로 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 무선 전력 수신 장치의 위치를 감지하고, 이렇게 감지된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 무선 전력 수신 장치에 충전 전력을 전달하는 무접점 충전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수전 장치의 위치 인식이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법{Apparatus for wireless charger capable of recognized position of reception device and Method for controlling the same}
본 발명은 유도 결합을 이용한 무접점 충전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 구비한 무접점 충전 패드 상에 위치한 수전 장치의 위치를 인식하여 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하도록 하는 수전 장치의 위치 인식이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신단말, PDA 등과 같은 휴대형 전자기기에는 충전 가능한 이차전지를 내장한 배터리가 장착되어 전원을 제공한다. 이차전지를 충전하기 위해서는 가정용 상용 전원을 적절한 전압으로 조정하여 휴대형 전자기기에 공급하는 별도의 충전장치가 필요하다. 통상적으로, 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉단자가 구성되어 있어서, 두 접촉단자를 서로 접속시키는 것에 의해 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
그러나, 이와 같이 접촉단자가 외부에 돌출되면, 미관상 좋지 않고 접촉단자가 외부의 이물질에 오염되어 접촉 상태가 쉽게 불량해지는 문제점이 있다. 또한, 사용자의 부주의로 배터리에 단락이 발생하거나 습기에 노출되면, 충전에너지가 쉽게 소실될 수 있다.
이러한 접촉식 충전방식의 문제점을 해결하기 위하여, 1차 코일(급전코일)을 구비한 충전장치와, 2차 코일(수전코일)을 구비한 배터리 간의 유도 결합을 이용하여 비접촉 방식으로 배터리를 충전하는 무접점 충전 시스템이 제안되었다. 이와 관련된 기술로는 대한민국 공개특허공보 제2002-57468호, 대한민국 공개특허공보 제2002-57469호, 대한민국 등록특허공보 제428,713호, 대한민국 공개특허공보 제2002-35242호, 미국 공개특허 제2003/0,210,106호 등에 개시된 비접촉식 충전 시스템을 들 수 있다.
그러나, 상술한 종래의 무접점 충전 시스템의 경우, 1차 코일과 2차 코일 사이의 위치 관계(positional relationship)에 따라 충전 효율이 좌우되는 단점을 가지게 된다. 즉, 1차 코일과 2차 코일 사이에 위치 어긋남(positional offset)이 존재하면, 2차 코일에 유도기전력이 충분히 유기되지 않기 때문에 유접점 충전 시스템에 비해 충전 효율이 매우 떨어지게 된다. 따라서, 사용자는 2차 코일이 내장된 휴대형 전자기기나 배터리팩을 충전모체상의 최적의 위치에 놓을 수 있도록 노력해야만 한다.
이러한 문제를 해소하기 위해서, 2차 코일의 위치나 방향과 무관하게 높은 충전 효율을 보장할 수 있도록 1차 코일의 배치 패턴을 변환시키는 노력들이 수행 되었다.
대한민국 등록특허 제 524,254 호(이하, 254'호 특허로 약칭한다)는 무선 충전용 패드(1차측 충전모체)상에 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어를 다수개 붙인 평판 코어상에 일정 패턴을 가진 코일을 형성한 코어블록을 배치한 무접점 충전 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 상기 254'호 특허와 같이 1차 코일과 2차 코일간의 위치 어긋남을 보상하기 위해서, 충전모체의 동일 평면상에 다수개의 코일을 교호적으로 또는 병렬로 배치하는 것은 단일한 코일을 이용하는 경우에 비해 에너지 낭비가 과도하다는 문제점을 갖게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이와 수전 코일의 유도 결합을 이용한 무접점 충전 장치에 있어서, 급전 코일 어레이가 구비된 무접점 충전 패드 내에 다수의 위치 검출 센서를 함께 구성함으로써, 무접점 충전 패드 상에 위치한 수전 장치의 위치를 자동적으로 인식하고 해당 위치의 급전 코일을 통해 무접점 충전이 이루어질 수 있도록 하여 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하면서도 에너지 낭비를 최소화시킬 수 있는 수전 장치의 위치 인식이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접점 충전 장치는, 무선 전력 수신 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드; 상기 무접점 충전 패드 내부에 구비되며, 상기 무접점 충전 패드 상에 위치하는 물체를 감지하여 위치 검출 신호를 출력하는 다수의 위치 검출 센서; 및 상기 위치 검출 신호를 토대로 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 무선 전력 수신 장치의 위치를 감지하고, 이렇게 감지된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 무선 전력 수신 장치에 충전 전력을 전달하는 무접점 충전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위치 검출 센서는 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일의 중심 또는 주변에 배치된다.
바람직하게, 상기 위치 검출 센서는 상기 무접점 충전 패드에 가해지는 압력을 감지하는 압전 센서이거나, 상기 무접점 충전 패드에 가려지는 물체를 감지하는 광학 센서일 수 있다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈은, 상용 교류전원을 입력받아 직류전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부로부터 공급받은 전원을 무접점 충전에 필요한 고주파 교류전류로 생성하는 고주파 전력 발생부; 상기 고주파 전력 발생부로부터 생성된 고주파 교류전류를 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들에 선택적으로 인가하는 코일 구동 회로부; 상기 다수의 위치 검출 센서로부터 위치 검출 신호를 수신하여 출력하는 위치 검출 신호 수신부; 및 상기 위치 검출 신호 수신부로부터 수신된 위치 검출 신호를 토대로 무선 전력 수신 장치의 위치를 감지하고, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 감지된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시키는 제어부를 포함하여 구성된다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치를 식별하여 상기 무선 전력 수신 장치의 위치를 판정하고, 해당 위치에 대응되는 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 개수를 토대로 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델을 판정한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델에 따라 상기 고주파 전력 발생부를 제어하여 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절한다.
대안적으로, 상기 무접점 충전 모듈은, 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일의 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하여 출력하는 충전 전력 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치에 대응되는 급전 코일을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우에 한하여 해당 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 적어도 둘 이상의 급전 코일이 예비 구동된 경우, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행한다.
대안적으로, 상기 무접점 충전 모듈은, 외부의 무선 전력 수신 장치와 데이터 통신하는 무선 수신부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치에 대응되는 급전 코일을 예비 구동시키고, 상기 무선 수신부에서 상기 무선 전력 수신 장치로부터 피드백 응답 신호가 수신된 경우에 한하여 해당 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행한다.
바람직하게, 상기 급전 코일 어레이는 다수의 급전 코일들이 서로 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 엇갈리게 배열된다.
바람직하게, 상기 급전 코일 어레이는 다수의 급전 코일들이 매트릭스 형태로 배열된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무접점 충전 제어 방법은, 무선 전력 수신 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이와 물체를 감지하여 위치 검출 신호를 출력하는 다수의 위치 검출 센서를 포함하는 무접점 충전 패드를 이용한 무접점 충전 제어 방법에 있어서, (a) 상기 다수의 위치 검출 센서로부터 위치 검출 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치를 식별하여 상기 무선 전력 수신 장치의 위치를 판정하는 단계; 및 (c) 상기 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응되는 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 상기 무선 전력 수신 장치에 무접점으로 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 개수를 토대로 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델을 판정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델에 따라 상기 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이에는, 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치에 대응되는 급전 코일을 예비 구동하는 단계를 더 포함하고, 상기 (c) 단계는, 상기 급전 코일의 예비 구동에 따라 상기 무선 전력 수신 장치로부터 피드백 응답 신호가 수신된 경우에 한하여 해당 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무접점 충전 제어 방법은, 무선 전력 수신 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이와 물체를 감지하여 위치 검출 신호를 출력하는 다수의 위치 검출 센서를 포함하는 무접점 충전 패드를 이용한 무접점 충전 제어 방법에 있어서, (a) 상기 다수의 위치 검출 센서로부터 위치 검출 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치를 식별하여 상기 무선 전력 수신 장치의 위치를 판정하는 단계; (c) 상기 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응되는 급전 코일을 예비 구동하는 단계; 및 (d) 상기 급전 코일의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하고, 검출된 급전 코일의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우에 한하여 해당 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 상기 무선 전력 수신 장치에 무접점으로 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 개수를 토대로 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델을 판정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델에 따라 예비 구동용 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 검출된 급전 코일의 충전 전력의 세기가 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델에 만족되는 충전 전력 세기에 적합한지 여부를 판별하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 검출된 급전 코일의 충전 전력의 세기를 토대로 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델을 재판정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 무접점 충전 패드를 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이와 다수의 위치 검출 센서를 함께 구성하고, 이를 통해 무접점 충전 패드 상에 위치한 수전 장치의 위치를 자동적으로 인식하고 해당 위치의 급전 코일을 통해 무접점 충전이 진행됨으로써, 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하면서도 에너지 낭비를 최소화시킬 수 있는 무접점 충전 장치를 제공할 수 있다. 또한, 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 통해 다수의 휴대형 전자기기를 동시에 무접점 충전하는 것이 가능하다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 개략적인 사용 상태도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 위치 검출 센서의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 개략적인 회로 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무접점 충전 방법의 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 개략적인 사용 상태도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 위치 검출 센서의 구성을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 개략적인 회로 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 무접점 충전 방법의 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 무접점 충전 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(400)에 내장된 수전 코일(410)과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일(200)이 배열된 급전 코일 어레이(220)를 포함하는 무접점 충전 패드(200)와, 상기 무접점 충전 패드(200) 내부에 구비되며 상기 무접점 충전 패드 상에 위치하는 물체를 감지하여 위치 검출 신호를 출력하는 다수의 위치 검출 센서(230)와, 상기 위치 검출 신호를 토대로 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 무선 전력 수신 장치(400)의 위치를 감지하고, 이렇게 감지된 위치에 대응되는 급전 코일(210)만을 구동시켜 무접점으로 상기 무선 전력 수신 장치(400)에 충전 전력을 전달하는 무접점 충전 모듈(300)을 포함한다.
상기 무접점 충전 패드(200)는 개별적으로 자기장을 발생하는 다수의 급전 코일(210)이 배열된 급전 코일 어레이(220)를 포함한다. 각 급전 코일(210)은 소정 수만큼 반복적으로 권선된 코일로 이루어지며, 무접점 충전 패드(200) 상면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 내장된다. 상기 급전 코일(210)의 모양은, 도면에 도시된 바와 같은 원형으로 형성될 수도 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
상기 급전 코일 어레이(220)는 종래의 단일로 코일이 이루어지는 경우에 비해, 다수의 급전 코일(210)로 구성되어 있기 때문에 상기 무선 전력 수신 장치(400)에 내장된 수전 코일(410)과의 위치 정합을 달성하는데 용이하다. 즉, 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 위치한 무선 전력 수신 장치(400)가 기울어져 놓이더라도 다수의 급전 코일(210) 중 어느 하나가 상기 수전 코일(410)에 위치하게 되므로 코일 간의 위치 어긋남(positional offset)이 발생하지 않는다.
이와 같은 급전 코일 어레이(220)를 통해, 사용자는 의식적으로 무선 전력 수신 장치(400)의 수전 코일(410)과 급전 코일(210)의 위치 관계를 고민할 필요가 없기 때문에 사용상의 편리성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 급전 코일 어레이(220)는 도면에 도시된 바와 같은 다수의 급전 코일(210)이 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 엇갈리게 배치될 수도 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 코일을 매트릭스 형태로 배치하는 것도 가능하다.
상기 다수의 위치 검출 센서(230)는 상기 무접점 충전 패드(200) 내부에 구비되며, 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)의 중심 또는 주변에 배치될 수 있다. 또한, 상기 위치 검출 센서(230)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 무접점 충전 패드(200)에 가해지는 압력을 감지하여 전기적인 신호를 출력하는 압전 센서일 수 있다. 대안적으로, 상기 위치 검출 센서(230)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 무접점 충전 패드(200)에 가려지는 물체를 감지할 수 있도록 발광센서(231)와 수광센서(232)로 이루어진 광학 센서일 수도 있다. 하지만, 본 발명이 상기 위치 검출 센서의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 무접점 충전 모듈(300)은 도 3에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(310), 고주파 전력 발생부(320), 코일 구동 회로부(330), 위치 검출 신호 수신부(340) 및 제어부(350)을 포함한다. 추가적으로 무접점 충전 모듈(300)에는 충전 전력 검출부(360)과 무선 수신부(370)를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 공급부(310)는 상용 교류 전원(60Hz, 220V)을 입력받아 직류전원으로 변환하여 고주파 전력 발생부(320)에 공급한다.
상기 고주파 전력 발생부(320)는 상기 전원 공급부(310)로부터 공급받은 전원을 무접점 충전에 필요한 고주파 교류전류로 변환하여 생성하고, 생성된 고주파 교류전류를 상기 코일 구동 회로부(330)를 매개로 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)에 전달하여 각 급전 코일(210)이 수전 코일(410)과 자기적으로 커플링되었을 때 충전 전력이 유기될 수 있도록 한다. 이렇게 유기되는 충전 전력의 무선 전달을 통해 무접점으로 상기 무선 전력 수신 장치(400)에 충전 전력을 전달할 수 있게 되는 것이다.
상기 코일 구동 회로부(330)는 상기 고주파 전력 발생부(320)로부터 생성된 고주파 교류전류를 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들에 선택적으로 인가하는 기능을 수행한다. 즉, 코일 구동 회로부(330)는 제어부(350)로부터 선택 명령을 전달받고, 이 선택 명령이 지시하는 급전 코일(210)로 상기 고주파 교류전류를 인가하게 된다. 예를 들어, 상기 코일 구동 회로부(330)는 상기 고주파 전력 발생부(320)와 급전 코일 어레이(220) 사이에 위치하는 일종의 스위칭 회로로서 제어부(350)에 의해 선택된 급전 코일(210)과 고주파 전력 발생부(320) 사이를 전기적으로 연결한다.
상기 위치 검출 신호 수신부(340)는 상기 다수의 위치 검출 센서(230)로부터 출력된 위치 검출 신호를 수신한 후, 위치 검출 신호의 수신 여부에 따라 위치 검출 센서(230)의 동작 여부를 상기 제어부(350)로 입력한다. 이때, 위치 검출 신호 수신부(340)는 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 식별코드를 함께 전달함으로써, 제어부(350)에서 위치 검출 신호를 출력한 위치 검출 센서(230)의 위치를 인지할 수 있도록 한다.
상기 제어부(350)는 일종의 마이크로 프로세서로서 무접점 충전 모듈(300)의 구성 요소 전반을 제어하며, 특히 상기 위치 검출 신호 수신부(340)로부터 입력되는 위치 검출 신호를 토대로 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 무선 전력 수신 장치(400)의 위치를 감지하고, 이렇게 감지된 위치에 대응되는 급전 코일(210)만을 구동시키는 프로세스 처리를 통해 상기 무선 전력 수신 장치(400)로의 무접점 충전 과정을 제어한다.
상기 제어부(350)는 상기 위치 검출 신호 수신부(340)로부터 다수의 위치 검출 센서(230)에서 출력된 위치 검출 신호를 수신하고, 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 위치를 식별하여 상기 무선 전력 수신 장치(400)의 위치를 판정하고, 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 무선 전력 수신 장치(400)의 위치에 대응되는 급전 코일(210)에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행한다.
또한, 제어부(350)는 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 개수를 파악하여 해당 개수에 따라 상기 무선 전력 수신 장치(400)의 크기와 모델을 판단한다. 즉, 위치 검출 센서(230)가 동작되는 개수와 그 영역을 파악함으로써, 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 위치하는 무선 전력 수신 장치(400)의 크기를 알 수 있고, 그 크기에 따른 모델을 판정할 수 있게 되는 것이다.
또한, 제어부(350)는 상기 위치 검출 신호로부터 판정된 무선 전력 수신 장치(400)의 크기와 모델에 따라 적합한 무접점 충전이 이루어질 수 있도록 상기 고주파 전력 발생부(320)를 제어하여 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절하게 된다.
대안적으로, 상기 무접점 충전 모듈(300)은 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)에 고주파 교류전류 인가되고, 해당 위치에 수전 코일(410)이 위치하였을 때 급전 코일(210)과 수전 코일(410)이 자기적으로 커플링되어 급전 코일(210)에서 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하여 출력하는 기능을 수행하는 충전 전력 검출부(360)를 더 포함한다.
이 경우, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 위치에 대응되는 급전 코일(210)을 예비적으로 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부(360)에서 검출된 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우에 한하여 해당 급전 코일(210)에 고주파 교류전류를 인가한다. 또한, 제어부(350)는 적어도 둘 이상의 급전 코일(210)이 예비 구동된 경우, 상기 충전 전력 검출부(360)에서 검출된 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행할 수 있다.
이와 같은 구성은, 무접점 충전 패드(200) 상에 물체가 인지되었더라도 수전 코일(410)이 내장되지 않은 이종의 물체인지 여부를 확인하여 무선 전력 수신 장치(400)로 인지된 경우에만 무접점 충전이 수행될 수 있도록 하기 위함이고, 또한, 무선 전력 수신 장치(400)의 위치에 서로 인접하는 다수의 급전 코일(210)이 위치하고 있을 경우에는 상기 무선 전력 수신 장치(400)의 수전 코일(410)과 자기적 커플링이 크게 작용하는 급전 코일(210)만을 구동시키도록 제어하여 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하면서도 에너지 낭비를 최소화시킬 수 있게 된다.
대안적으로, 상기 무접점 충전 모듈(300)은 외부의 무선 전력 수신 장치(400)와 데이터 통신하는 기능을 수행하는 무선 수신부(370)를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 위치에 대응되는 급전 코일(210)을 예비적으로 구동한다. 이때, 해당 위치에 위치한 물체가 무선 전력 수신 장치(400)이면 상기 급전 코일(210)로부터 무접점으로 전달되는 충전 전력을 무선 전력 수신 장치(400)가 수신하여 피드백 응답 신호를 전송하게 되고, 이 피드백 응답 신호를 상기 무선 수신부(370)에서 수신하여 상기 제어부(350)에 입력한다. 그러면, 제어부(350)는 피드백 응답 신호가 수신된 경우에 한하여 해당 급전 코일(210)에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 동작 관계를 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 무접점 충전 제어 방법은, 먼저, 단계(S10)에서 교류 전원과 같은 외부 전원이 무접점 충전 모듈(300)에 인가되면, 상기 제어부(350)가 구동된다.
단계(S11)에서, 상기 제어부(350)은 상기 위치 검출 센서(230)를 구동시켜 무접점 충전 패드(200) 상에 물체가 위치하는지 여부를 감지하는 동작을 시작하여 무접점 충전 패드(200) 상에 물체가 감지될 때까지 대기한다.
단계(S12)에서, 상기 위치 검출 신호 수신부(340)는 상기 다수의 위치 검출 센서(230)에서 물체의 존재를 감지하여 출력되는 위치 검출 신호를 수신한 후, 상기 제어부(350)에 위치 검출 신호를 입력한다. 이때, 위치 검출 신호 수신부(340)는 상기 제어부(350)에 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 식별코드를 함께 전달함으로써, 제어부(350)에서 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 위치를 인지할 수 있도록 한다.
단계(S13)에서, 상기 제어부(350)는 상기 위치 검출 신호 수신부(340)로부터 다수의 위치 검출 센서(230) 중 물체를 인식한 위치 검출 센서(230)에서 출력된 위치 검출 신호를 토대로 무접점 충전 패드(200) 상에 위치한 물체를 인식한다. 즉, 제어부(350)는 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 위치를 식별하여 상기 무선 전력 수신 장치(400)의 위치를 판정한다.
단계(S14)에서, 상기 제어부(350)는 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서(230)의 개수를 파악하여 해당 개수에 따라 상기 무선 전력 수신 장치(400)의 크기와 모델을 판단한다. 즉, 위치 검출 센서(230)가 동작되는 개수와 그 영역을 파악함으로써, 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 위치하는 무선 전력 수신 장치(400)의 크기를 판정하고, 그 크기에 따른 모델을 판정하게 된다. 판정된 무선 전력 수신 장치(400)의 모델 정보는 단계(S21)을 통해 제어부(350)에 입력된다.
단계(S15)에서, 상기 제어부(350)는 무선 전력 수신 장치(400)가 위치한 것으로 판정된 위치에 대응되는 급전 코일(210)을 선택한다.
단계(S16)에서, 상기 제어부(350)은 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 무선 전력 수신 장치(400)의 위치에 대응되는 급전 코일(210)을 예비 구동한다. 이때, 제어부(350)은 상기 단계(S21)을 통해 제공되는 무선 전력 수신 장치(400)의 모델 정보에 따라 상기 고주파 전력 발생부(320)을 제어하여 예비 구동용 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절하여 급전 코일(210)에 인가한다.
단계(S17)에서는 상기 급전 코일(210)의 예비 구동에 따라 충전 전력의 세기를 상기 충전 전력 검출부(360)을 통해 검출되는지 여부를 확인하여 충전 전력이 검출되지 않았다면 단계(S11)로 프로세스를 이행하고, 충전 전력의 세기가 검출되면 단계(S18)로 프로세스를 이행한다.
단계(S18)에서, 상기 제어부(350)는 상기 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 모니터링하여 무선 전력 수신 장치(400)의 존재 유무를 확인한다. 즉, 제어부(350)은 상기 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우에 한하여 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 무선 전력 수신 장치(400)가 위치하고 있는 것으로 판단한다. 또한, 단계(S18)에서는 상기 단계(S21)을 통해 제공되는 무선 전력 수신 장치(400)의 모델 정보에 따라 상기 급전 코일(210)에서 유기될 수 있는 충전 전력의 세기를 예측하고 예측된 충전 전력의 세기를 상기 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기와 상호 비교하여 해당 무선 전력 수신 장치(400)에 적합한 고주파 교류전류가 인가되었는지를 판단한다.
단계(S19)에서, 상기 제어부(350)는 상기 급전 코일(210)에서 유기되는 충전 전력의 세기가 무선 전력 수신 장치(400)의 모델 정보에 적합한 충전 전력인지를 확인하고, 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기가 무선 전력 수신 장치(400)에 적합하지 않은 것으로 판단되면 단계(S20)으로 프로세스를 이행하여 해당 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기에 대응되는 무선 전력 수신 장치(400)로 무선 전력 수신 장치(400)의 모델 정보를 변경하여 다시 단계(S21)로 프로세스를 이행한다. 그리고, 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기가 무선 전력 수신 장치(400)에 적합한 것으로 판단되면 단계(S22)로 프로세스를 이행한다.
단계(S22)에서, 제어부(350)는 상기 고주파 전력 발생부(320)를 제어하여 상기 무선 전력 수신 장치(400)의 모델에 적합한 무접점 충전이 이루어지도록 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절하고, 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 고주파 교류전류를 해당 급전 코일(210)에 인가하여 무접점 충전을 수행하게 된다.
한편, 상술한 실시예에서는 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 위치한 물체가 무선 전력 수신 장치(400)인지 아닌지를 판단하는 과정이 급전 코일(210)에서 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하여 판단 기준으로 이용하는 것으로 설명되었지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 무접점 충전 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(400) 간에 무선 통신할 수 있는 별도의 수단을 마련하고, 무접점 충전 패드(200) 상에 위치한 무선 전력 수신 장치(400)로부터 출력되는 피드백 응답 신호가 수신된 경우에 한하여 해당 급전 코일(210)에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무접점 충전 장치는 위치 검출 센서를 통해 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 구비한 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 무선 전력 수신 장치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점 충전이 이루어짐으로 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하면서도 에너지 낭비를 최소화시킬 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치와의 무선 통신을 하지 않더라도 위치한 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델을 판정하여 이에 적합한 충전 전력 레벨로 무접점 충전이 이루어질 수 있는 장점을 갖게 된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 무접점 충전 장치 200 : 무접점 충전 패드
210 : 급전 코일 220 : 급전 코일 어레이
230 : 위치 검출 센서 300 : 무접점 충전 모듈
310 : 전원 공급부 320 : 고주파 전력 발생부
330 : 코일 구동 회로부 340 : 위치 검출 신호 수신부
350 : 제어부

Claims (22)

  1. 무선 전력 수신 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드;
    상기 무접점 충전 패드 내부에 구비되며, 상기 무접점 충전 패드 상에 위치하는 물체를 감지하여 위치 검출 신호를 출력하는 다수의 위치 검출 센서; 및
    상기 위치 검출 신호를 토대로 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 무선 전력 수신 장치의 위치를 감지하고, 이렇게 감지된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 무선 전력 수신 장치에 충전 전력을 전달하는 무접점 충전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출 센서는 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일의 중심 또는 주변에 배치되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위치 검출 센서는 상기 무접점 충전 패드에 가해지는 압력을 감지하는 압전 센서인 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 위치 검출 센서는 상기 무접점 충전 패드에 가려지는 물체를 감지하는 광학 센서인 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈은,
    상용 교류전원을 입력받아 직류전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부로부터 공급받은 전원을 무접점 충전에 필요한 고주파 교류전류로 생성하는 고주파 전력 발생부;
    상기 고주파 전력 발생부로부터 생성된 고주파 교류전류를 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들에 선택적으로 인가하는 코일 구동 회로부;
    상기 다수의 위치 검출 센서로부터 위치 검출 신호를 수신하여 출력하는 위치 검출 신호 수신부; 및
    상기 위치 검출 신호 수신부로부터 수신된 위치 검출 신호를 토대로 무선 전력 수신 장치의 위치를 감지하고, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 감지된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시키는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치를 식별하여 상기 무선 전력 수신 장치의 위치를 판정하고, 해당 위치에 대응되는 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 개수를 토대로 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델을 판정하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델에 따라 상기 고주파 전력 발생부를 제어하여 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈은,
    상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일의 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하여 출력하는 충전 전력 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치에 대응되는 급전 코일을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우에 한하여 해당 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    적어도 둘 이상의 급전 코일이 예비 구동된 경우, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈은,
    외부의 무선 전력 수신 장치와 데이터 통신하는 무선 수신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치에 대응되는 급전 코일을 예비 구동시키고, 상기 무선 수신부에서 상기 무선 전력 수신 장치로부터 피드백 응답 신호가 수신된 경우에 한하여 해당 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 무접점 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 급전 코일 어레이는 다수의 급전 코일들이 서로 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 급전 코일 어레이는 다수의 급전 코일들이 매트릭스 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  14. 무선 전력 수신 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이와 물체를 감지하여 위치 검출 신호를 출력하는 다수의 위치 검출 센서를 포함하는 무접점 충전 패드를 이용한 무접점 충전 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 다수의 위치 검출 센서로부터 위치 검출 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치를 식별하여 상기 무선 전력 수신 장치의 위치를 판정하는 단계; 및
    (c) 상기 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응되는 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 상기 무선 전력 수신 장치에 무접점으로 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 개수를 토대로 상기 무선 전력 수신 장치와 모델을 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델에 따라 상기 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이에는,
    상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치에 대응되는 급전 코일을 예비 구동하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (c) 단계는, 상기 급전 코일의 예비 구동에 따라 상기 무선 전력 수신 장치로부터 피드백 응답 신호가 수신된 경우에 한하여 해당 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  18. 무선 전력 수신 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이와 물체를 감지하여 위치 검출 신호를 출력하는 다수의 위치 검출 센서를 포함하는 무접점 충전 패드를 이용한 무접점 충전 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 다수의 위치 검출 센서로부터 위치 검출 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 위치를 식별하여 상기 무선 전력 수신 장치의 위치를 판정하는 단계;
    (c) 상기 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응되는 급전 코일을 예비 구동하는 단계; 및
    (d) 상기 급전 코일의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하고, 검출된 급전 코일의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우에 한하여 해당 급전 코일에 고주파 교류전류를 인가하여 상기 무선 전력 수신 장치에 무접점으로 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 위치 검출 신호가 출력된 위치 검출 센서의 개수를 토대로 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델을 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델에 따라 예비 구동용 고주파 교류전류의 전력 레벨을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 검출된 급전 코일의 충전 전력의 세기가 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델에 만족되는 충전 전력 세기에 적합한지 여부를 판별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 검출된 급전 코일의 충전 전력의 세기를 토대로 상기 무선 전력 수신 장치의 크기와 모델을 재판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
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