KR20140124575A - 무선 충전 시스템 및 방법과, 이를 위한 무선 전력 전달 장치 - Google Patents
무선 충전 시스템 및 방법과, 이를 위한 무선 전력 전달 장치 Download PDFInfo
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Abstract
무선 충전 시스템 및 방법과, 이를 위한 무선 전력 전달장치 및 전자기기가 제시된다.
본 기술의 일 실시예에 의한 무선 전력 전달장치는 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 충전 대상 전자기기의 개수에 기초하여, 기 설정된 단위 충전 시간을 충전 대상 전자기기의 개수만큼의 타임 슬롯으로 분할하며, 충전 대상 전자기기에 각기 다른 공명 주파수를 할당하고, 할당한 공명 주파수로 지정된 타임 슬롯 동안 전력을 방사할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 무선 전력 전달장치는 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 충전 대상 전자기기의 개수에 기초하여, 기 설정된 단위 충전 시간을 충전 대상 전자기기의 개수만큼의 타임 슬롯으로 분할하며, 충전 대상 전자기기에 각기 다른 공명 주파수를 할당하고, 할당한 공명 주파수로 지정된 타임 슬롯 동안 전력을 방사할 수 있다.
Description
본 발명은 충전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 충전 시스템 및 방법과 이를 위한 무선 전력 전달 장치 및 전자기기에 관한 것이다.
무선 전력 전송은 가정, 자동차 내, 공공장소, 사무실, 공장 등과 같은 다양한 환경에서 사용될 수 있어 그 응용 분야가 무궁무진하다.
가정에서는 스마트폰, 노트북, 노트 패드 등 각종 IT 기기를, 자동차에서는 내비게이터, 블랙박스, 스마트 폰 등의 기기를, 카페나 도서관 같은 공공장소에서는 노트북, 스마트 폰, 스마트 패드 등을, 공장에서는 수많은 전동 공구를 충전할 수 있는 시스템이 요구된다. 아울러, 특정 장소 내에 복수의 전자 기기가 존재할 경우, 복수의 전자 기기를 동시에 충전할 수 있는 시스템이 더욱 요구된다.
무선 전력 전송은 전원과 전자기기 사이에 접점 없이 전력을 전달하는 방식으로, 크게 자기 유도 방식(Inductive coupling), 자기 공명 방식(resonant magnetic coupling), 전자기파 방식(RF-based wireless power)으로 분류할 수 있다.
자기 유도 방식은 변압기의 1차 및 2차 코일 간의 유도 현상을 이용하는 것으로 효율이 높고 대전력 전송에 유리하지만 도달거리가 짧은(수 ㎜) 단점이 있다.
전자기파 방식은 전자기파를 안테나를 통해 직접 송수신하는 방식으로 도달거리가 수십 미터 이상이지만 효율과 안전상의 문제가 있어, 위성과 지구간 전력 전송, 비행체를 위한 전력 전송 등의 목적으로만 국한되어 이용된다.
자기 공명 방식은 송수신 기기 안테나 간의 공명 현상을 이용한다. 도달거리가 수 m정도로 길고 송신부와 수신부 사이에 벽과 같은 장애물이 있어도 문제 없이 전력이 전송되는 만큼 전송전송 효율이 높아 무선 전력 전송 기술에서 각광을 받는 방식이다. 전원 측에서는 일정 주파수의 전자기장을 형성하고, 이 전자기장 내에 같은 주파수로 공진되어 있는 수신기를 위치시키면 일종의 에너지 터널이 형성되어 전자기기에 대한 충전이 이루어진다. 더욱이, 공명 주파수가 같은 기기에만 전력이 전달되고, 그 외의 에너지는 전자기장 폐회로에 갇혀 방사되지 않으므로 주변의 다른 기기나 생체에 미치는 영향이 적어 안전성이 우수하다.
이와 같이, 자기 공명 방식은 자기 유도 방식이나 전자기파 방식에 비해 근거리 무선 충전 시스템에 유리한 이점을 제공한다.
하지만, 송신측과 동일한 주파수로 공진되어 있는 수신기로만 층전이 가능하므로, 송신기로부터 도달거리가 다른 복수의 수신기가 존재하는 경우에는 이들 수신기에 동일 주파수로 무선 전력을 전송할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명의 실시예는 단일 송신기로부터 서로 다른 거리에 위치하는 복수의 전자기기를 자기 공명 방식으로 충전시킬 수 있는 무선 충전 시스템 및 방법과, 이를 위한 무선 전력 전달장치 및 전자기기를 제공한다.
본 기술의 일 실시예에 의한 무선 전력 전달장치는 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 충전 대상 전자기기의 개수에 기초하여, 기 설정된 단위 충전 시간을 상기 충전 대상 전자기기의 개수만큼의 타임 슬롯으로 분할하며, 상기 충전 대상 전자기기에 각기 다른 공명 주파수를 할당하고, 상기 할당한 공명 주파수로 지정된 타임 슬롯 동안 전력을 방사할 수 있다.
한편, 본 기술의 일 실시예에 의한 전자기기는 전력 수신부를 구비하는 전자기기로서, 상기 전력 수신부는, 송신부로부터 전송되는 자기 에너지를 자기 공명 방식에 의해 수신하는 공진형 안테나; 상기 공진형 안테나에서 수신된 신호를 수신하여 직류 신호의 형태로 변환하고 충전 회로로 제공하는 신호 변환기; 및 상기 송신부에 의해 할당된 공명 주파수에 따라 상기 공진형 안테나의 공명 주파수를 변경하는 주파수 변환기;를 포함할 수 있다.
다른 한편, 본 기술의 일 실시예에 의한 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 충전 대상 전자기기의 개수에 기초하여, 기 설정된 단위 충전 시간을 상기 충전 대상 전자기기의 개수만큼의 타임 슬롯으로 분할하며, 상기 충전 대상 전자기기에 각기 다른 공명 주파수를 할당하고, 상기 할당한 공명 주파수로 지정된 타임 슬롯 동안 전력을 방사하는 무선 전력 전달장치; 및 상기 무선 전력 전달장치에서 할당된 공명 주파수로 튜닝하여 상기 무선 전력 전달장치로부터 전력을 수신하는 전자기기;를 포함할 수 있다.
본 기술에 의하면 자기 공명 방식의 무선 충전 시스템에서, 단일 송신부로부터 이격 거리가 상이한 복수의 수신부로 전력을 전달할 수 있다. 또한, 단위 충전 주기를 지정된 개수(충전 대상 전자기기의 개수)의 타임 슬롯으로 나누고, 각 타임 슬롯에 각기 다른 공명 주파수를 할당하여 전력을 전달하므로 전자기기간, 공명 주파수 간 간섭 없이 무선 전력을 효율적으로 전송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 충전 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시한 무선 전력 전달장치의 일 예시도,
도 3은 도 2에 도시한 기기 확인부의 일 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 시분할 무선 충전 개념을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 충전 시스템의 구성도,
도 7은 도 6에 도시한 무선 전력 전달장치의 일 예시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 9는 본 발명에 적용되는 전력 전달부의 일 예시도,
도 10은 본 발명에 적용되는 전력 수신부의 일 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 무선 전력 전달장치의 일 예시도,
도 3은 도 2에 도시한 기기 확인부의 일 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 시분할 무선 충전 개념을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 충전 시스템의 구성도,
도 7은 도 6에 도시한 무선 전력 전달장치의 일 예시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 9는 본 발명에 적용되는 전력 전달부의 일 예시도,
도 10은 본 발명에 적용되는 전력 수신부의 일 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 충전 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 충전 시스템(1)은 무선 전력 전달장치(10) 및 이로부터 무선으로 전력을 전달받는 적어도 하나의 전자기기(20)를 포함한다.
무선 전력 전달장치(10)는 무선 근거리 통신 모듈을 구비하여, 무선 전력 전달장치(10)의 전력 전송 범위 내에 존재하는 전자기기 및 그 개수를 확인한다. 그리고, 주어진 시간(단위 충전 주기)을 확인된 전자기기의 개수만큼의 타임 슬롯으로 나누고, 각 전자기기마다 각기 다른 공명 주파수를 할당하여 각 타임 슬롯에 특정 공명 주파수를 이용하여 전자기기로 전력을 무선 전달한다.
전자기기(20)는 무선 전력 전달장치(10)로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있는 전력 수신부를 구비하며, 이를 통해 수신한 전력을 충전회로로 제공한다.
도 2는 도 1에 도시한 무선 전력 전달장치의 일 예시도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전달장치(10)는 컨트롤러(110), 기기 확인부(120), 주파수 할당부(130), 스케쥴러(140) 및 전력 전달부(150)를 포함하도록 구성할 수 있다.
기기 확인부(120)는 무선 근거리 통신 모듈을 통해 전자기기와 통신을 수행할 수 있으며, 다양한 접근 방식으로 무선 전력 전달장치(10)의 무선 전력 전송 범위 내에 몇 개의 전자기기가 존재하는지 확인한다. 본 발명의 일 실시예에서, 기기 확인부(120)에 포함되는 무선 근거리 통신 모듈의 통신 반경은 무선 전력 전송 범위 이하의 반경을 커버할 수 있도록 제어될 수 있다. 또한, 기기 확인부는 무선 전력 전달장치(10)와 전자기기(20) 간에 송수신되는 신호 및 메시지 교환을 수행한다. 이를 위해, 기기 확인부(120)는 예를 들어 도 3과 같이 구성할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 기기 확인부의 일 예시도이다.
도 3에 도시한 것과 같이, 기기 확인부(120)는 통신링크 설정부(1201), 기기 검출부(1203) 및 메시지 송수신부(1205)를 포함할 수 있다.
통신링크 설정부(1201)는 무선 전력 전달장치(10)의 통신 반경 내에 진입한 전자기기와 통신링크를 설정한다. 이를 위해 통신링크 설정부(1201)는 전자기기(20)와 독립적인 주파수 및 독자적인 프로토콜로 통신하는 비표준 방식, 또는 블루투스(Bluetooth)나 와이파이(Wifi)와 같은 표준 통신 방식으로 데이터 링크를 설정할 수 있다. 비표준 방식을 이용하는 경우 전자기기까지의 거리를 용이하게 측정할 수 있는 이점이 있다. 한편, 표준 통신 방식을 이용하는 경우에는 기존의 통신 방식을 이용하므로 구현이 용이한 이점이 있다.
아울러, 통신링크 설정부(1201)는 무선 전력 전달장치(10)와 전자기기(20) 간에 송수신되는 제어신호 및 메시지가 송수신되도록 지원한다. 보다 구체적으로는, 후술할 주파수 할당부(130)의 요청에 따라 각 전자기기로 거리 측정 또는 주파수 할당에 필요한 메시지를 전송하고, 각 전자기기로부터의 피드백 정보를 수신하여 주파수 할당부(130)로 제공한다. 아울러, 충전 여부를 질의하고 응답하기 위한 메시지 교환 또한 지원한다.
기기 검출부(1203)는 통신링크 설정부(1201)에서 전자기기와의 통신링크가 설정됨에 따라, 무선 전력 전달장치(10)의 무선 전력 전송 범위 내에 몇 개의 전자기기가 존재하는지 확인하여 주파수 할당부(130)로 제공한다. 이를 위해, 반송자 감지 다중 접근 방식(Collision Sense Multiple Access; CSMA) 또는 슬롯화된 알로하(slotted Aloha) 방식으로 랜덤 액세스를 하여 무선 전력 전달장치(10)의 무선 전력 전송 범위 내에 몇 개의 전자기기가 존재하는지 확인할 수 있다.
아울러, 메시지 송수신부(1205)는 무선 전력 전달장치(10)의 무선 전력 전송 범위 내에 진입한 전자기기로 충전 여부를 확인하기 위한 메시지를 생성하여 통신링크 설정부(1201)를 통해 전자기기로 전송한다. 아울러, 전자기기로부터 통신링크 설정부(1201)로 충전 여부에 대한 응답이 수신되면, 이를 전달받아 주파수 할당부(130)로 제공한다.
메시지 송수신부(1205)는 필수적인 구성은 아니며, 전자기기 사용자의 의향에 따라, 또는 과금제로 무선 전력 충전 서비스를 제공할 경우에 도입할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 주파수 할당부(130)는 충전 대상 전자기기 각각에 대하여 공명 주파수(f1~fn)를 할당한다. 여기에서, 충전 대상 전자기기는 기기 확인부(120)에서 확인한 각 전자기기, 또는 기기 확인부(120)에서 확인한 전자기기 중 메시지 송수신부(1205)의 확인 결과 무선 충전을 요청한 전자기기가 될 수 있다.
공명 주파수를 할당하기 위해 주파수 할당부(130)는 거리 기반 주파수 할당 방식 또는 주파수 검색 방식을 이용할 수 있다.
거리 기반 주파수 할당 방식을 채택하는 경우, 주파수 할당부(130)는 무선 전력 전달장치(10)로부터 전자기기(20) 사이의 왕복시간(round trip time)을 기초로 거리를 계산하고, 측정된 거리에 위치한 수신기에 최적인 공명 주파수를 할당한다.
한편, 주파수 검색 방식을 채택하는 경우에는 공명 주파수가 특정 범위(a<f<b) 사이에 있음을 이용하여, 공명 주파수 구간을 M(M>0인 정수)등분하고, 각 전자기기에 M개의 주파수로 차례로 신호를 전송한다. 아울러, M개의 주파수를 수신한 전자기기로부터 최대 전력이 수신된 주파수를 피드백받아 이를 공명 주파수로 결정한다.
스케쥴러(140)는 단위 충전 주기인 주어진 시간(T, T>0인 정수)을 충전 대상 전자기기 개수(n)만큼의 타임 슬롯으로 나눈다. 그리고 각 타임 슬롯 별로 전력을 수신할 전자기기를 할당한다.
전력 전달부(150)는 스케쥴러(140)에서 타임 슬롯별 전자기기가 할당됨에 따라, 해당 타임 슬롯에 해당 전자기기에 할당된 공명 주파수로 튜닝하여 전력을 전송한다. 공명 주파수의 변경은 컨트롤러(110)에서 공지의 방법에 의해 이루어질 수 있음은 물론이다.
즉, 자기 공명 방식의 무선 전력 전송에서는 송신부(무선 전력 전달장치)와 수신부(전자기기) 간의 거리에 따라 공명 주파수를 바꾸어야 하므로, 거리가 다른 복수의 수신기가 존재할 경우 주어진 단위 충전 주기를 수신기 개수만큼의 타임 슬롯으로 나누고, 각 수신기에 할당된 최적의 공명 주파수로 전력을 전달하는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 시분할 무선 충전 개념을 설명하기 위한 도면이다.
단위 충전 주기인 주어진 시간(T)에 n(자연수)개의 충전 대상 전자기기로 전력을 전달하기 위해, 주어진 시간(T)을 n개의 타임 슬롯으로 나눈다. 그리고, 각각의 전자기기(RX1~RXn)에 할당된 공명 주파수(f1~fn)로 전력을 전달한다. 첫번째 타임슬롯에서는 전자기기(RX1)에 공명 주파수(f1)으로 전력이 전달되고, i번째 타임 슬롯에서는 전자기기(RXi)에 공명 주파수(fi)로 전력이 전달되는 것이다.
이러한 송신 방식을 시분할 송신 방식이라 하며 따라서, 무선 전력 전달장치(10)로부터의 이격 거리가 상이한 복수의 전자기기를 단위 충전 주기 동안 무선으로 충전할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 기기 확인부(120)는 충전 대상 전자기기로부터 완전 충전되었음이 보고받거나, 충전 대상 전자기기가 무선 전력 전송 범위에서 이탈함을 확인하거나, 또는 충전 대상 전자기기가 충전 도중 충전을 중단함을 확인할 수 있다. 이 경우 기기 확인부(120)에서 검출되는 충전 대상 전자기기의 개수가 변경될 것이며, 이는 다음 충전 주기에 반영할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 기기 확인부(120)에 의해 무선 전력 전달장치(10)의 무선 전력 전송 범위 내에 몇 개의 충전 대상 전자기기가 위치하는지 확인한다(S101). 이 때, 기기 확인부(120)의 메시지 송수신부(1205)가 전자기기와의 메시지 교환을 통해 충전 수용 여부를 확인하는 경우, 충전을 수용하는 전자기기의 개수가 충전 대상 전자기기의 개수가 된다.
그러면, 주파수 할당부(130)는 상술한 거리 기반 주파수 할당 방식 또는 주파수 검색 방식에 의해 각 충전 대상 전자기기마다 공명 주파수를 할당한다(S103).
공명 주파수가 할당되면, 스케쥴러(140)에 의해 각 타임 슬롯별로 전력을 수신할 전자기기가 할당되고, 전력 전달부(150)는 각 타임 슬롯마다 해당 공명 주파수로 전력을 방사한다(S105). 그러면, 특정 공명 주파수가 방사되는 타임 슬롯 구간에서 동일한 공명 주파수를 갖는 전자기기로 전력이 무선 전송되게 된다.
이러한 과정은 단위 충전 주기마다, 혹은 지정된 충전 주기마다 반복 수행될 수 있으며, 이러한 충전 주기가 반복됨에 따라 각 전자기기에 충분한 양의 무선 전력이 전송될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 충전 시스템의 구성도이다.
본 실시예에 의한 무선 충전 시스템(2)는 무선 전력 전달장치(50)와 적어도 하나의 전자기기(20) 외에 이동통신사 서버(30)를 포함할 수 있다.
무선 전력 전달장치(50)는 도 1에 도시한 무선 전력 전달장치(10)와 유사하나, 이에 더하여 전자기기(20)의 무선 전력 사용량을 이동통신사 서버(30)로 제공하기 위한 기능을 더 포함한다.
도 7은 도 6에 도시한 무선 전력 전달장치의 일 예시도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 전달장치(50)는 컨트롤러(510), 기기 확인부(520), 주파수 할당부(530), 스케쥴러(540), 전력 전달부(550) 외에, 정보 수집부(560) 및 통신망 접속부(570)를 더 포함할 수 있다.
도 7에 도시한 무선 전력 전달장치(50)에서 기기 확인부(520), 주파수 할당부(530), 스케쥴러(540) 및 전력 전달부(550)는 도 2에 도시한 대응 기능부와 동일하거나 유사한 기능을 수행한다.
한편, 정보 수집부(560)는 예를 들어 전자기기(20)에 과금제로 전력을 제공하고자 하는 경우 각 전자기기(20)에 제공된 무선 전력량을 계산한다.
이를 위해, 기기 확인부(520)는 전자기기로부터 완전 충전되었음을 보고받아 이를 정보 수집부(560)로 제공할 수 있다. 다른 한편으로, 기기 확인부(520)는 무선 전력 전달 장치(50)의 무선 전력 전송 범위 내로 진입하여 무선 전력을 수신한 전자기기가 범위 밖으로 이탈한 경우 이를 감지하여 정보 수집부(560)로 제공하거나, 또는 충전 중 무선 전력 충전을 중단한 전자기기를 감지하여 정보 수집부(560)로 제공할 수 있다.
따라서, 정보 수집부(560)는 무선 전력 전송 범위 내로 진입하여 충전을 완료한 전자기기 또는, 충전 중 무선 전력 전송 범위 밖으로 이탈한 전자기기, 또는 충전 중 무선 전력 충전을 중단한 전자기기 각각에 대한 무선 전력 전송량을 수집할 수 있게 된다.
통신망 접속부(570)는 정보 수집부(560)에서 수집한 각 전자기기(20)별 무선 전력량을 이동통신사 서버(30)로 전달한다.
즉, 본 실시예에서는 전자기기가 이동통신사에 가입된 휴대용 통신 단말기인 경우, 각 통신 단말기가 무선 전력 전달장치(50)로부터 얼만큼의 무선 전력을 수신하였는지 계산한다. 그리고, 통신 단말기의 식별번호와 함께 무선 전력량을 해당 통신 단말기가 가입된 이동통신사 서버(30)로 전달하여 요금 부과에 이용할 수 있도록 한다.
통신망 접속부(570)는 기지국을 통해 이동통신사 서버(30)와 접속하거나, 또는 블루투스나 와이파이와 같은 근거리 무선통신망을 경유하여 이동통신사 서버(30)와 접속할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 기기 확인부(520)에 의해 무선 전력 전달장치(50)의 무선 전력 전송 범위 내에 몇 개의 충전 대상 전자기기가 위치하는지 확인한다(S201). 이 때, 기기 확인부(520)가 전자기기와의 메시지 교환을 통해 충전 수용 여부를 확인하는 경우, 충전을 수용하는 전자기기의 개수가 충전 대상 전자기기의 개수가 된다.
그러면, 주파수 할당부(530)는 상술한 거리 기반 주파수 할당 방식 또는 주파수 검색 방식에 의해 각 충전 대상 전자기기마다 공명 주파수를 할당한다(S203).
공명 주파수가 할당되면, 스케쥴러(540)에 의해 각 타임 슬롯별로 전력을 수신할 전자기기가 할당되고, 전력 전달부(550)는 각 타임 슬롯마다 해당 공명 주파수로 전력을 방사한다(S505). 그러면, 특정 공명 주파수가 방사되는 타임 슬롯 구간에서 동일한 공명 주파수를 갖는 전자기기로 전력이 무선 전송되게 된다.
한편, 기기 확인부(520)의 확인 결과 무선 전력을 수신하는 전자기기가 완전 충전되었음이 보고되거나, 또는 특정 전자기기가 무선 전력 전송 범위에서 이탈이 감지되거나, 또는 충전 중 무선 전력 충전을 중단이 요구된 경우 정보 수집부(560)는 해당 전자기기로의 무선 전력 전송량을 계산한다(S207).
그리고, 계산된 무선 전력 전송량은 통신망 접속부(570)를 통해 해당 전자기기가 가입된 이동통신사 서버(30)로 보고된다(S209).
이러한 과정은 단위 충전 주기마다, 혹은 지정된 충전 주기마다 반복 수행될 수 있으며, 이러한 충전 주기가 반복됨에 따라 각 전자기기에 충분한 양의 무선 전력이 전송될 수 있다.
아울러, 이동통신사 서버(30)는 가입자의 무선 전력 전송량을 수집하여 과금에 활용할 수 있다.
도 9는 본 발명에 적용되는 전력 전달부의 일 예시도이다.
전력 전달부(150, 550)는 도 9에 도시한 것과 같이 주파수 발진기(1501), 증폭기(1503), 공진형 안테나(1505) 및 주파수 변환기(1507)를 포함할 수 있다.
주파수 발진기(1501)는 외부전력을 무선 전력 신호로 변환한다. 이때, 무선 전력 신호는 교류신호로써, 외부에서 입력되는 교류신호가 무선 전력 전송에 적절하지 않은 교류신호의 형태를 가질 수 있으므로, 주파수 발진기(1501)는 외부전력을 무선으로 송신하기에 적절한 교류신호로 변환하여 출력한다.
증폭기(1503)는 무선 전력 송신의 효율을 높이기 위해 주파수 발진기(1501)에서 출력되는 무선 전력 신호의 세기를 지정된 세기가 되도록 증폭하여 출력한다.
공진형 안테나(1505)는 예를 들어 LC(인덕터-캐패시터) 직병렬 회로로 구성될 수 있으며, 증폭기(1503)를 통해 무선 전력 신호가 입력되면 LC 직병렬 회로의 공진에 의해 무선 전력 신호를 자기 에너지로 변환하여 방사한다.
주파수 변환기(1507)는 스케쥴러(140, 540)의 제어에 따라 공진형 안테나(1505)의 공명 주파수를 변경한다. 주파수 변환기(1507)는 예를 들어 공진형 안테나(1505)의 인덕턴스 또는 캐패시턴스의 양을 조절할 수 있는 스위치 회로를 포함할 수 있다.
따라서, 전력 전달부(150, 550)는 특정 타임 슬롯에 주파수 변환기(1507)를 통해 공진형 안테나(1505)의 공명 주파수를 변경하고 변경된 주파수로 전력을 방사하게 된다.
도 10은 본 발명에 적용되는 전력 수신부의 일 예시도이다.
전력 수신부(200)는 전자기기(20)에 구비되며 도 10을 참조하면, 공진형 안테나(201), 주파수 변환기(203) 및 신호 변환기(205)를 포함할 수 있다.
공진형 안테나(201)는 예를 들어 LC(인덕터-캐패시터) 직병렬 회로로 구성될 수 있으며, 상기 LC 직병렬 회로에 의한 공진에 의해 전력 전달부(150, 550)의 공진형 안테나(1505) 에서 전송되어 폐루프를 형성하는 자기 에너지를 자기 공명 방식에 의해 수신한다.
공진형 안테나(201)에서 수신된 신호는 신호 변환기(205)로 제공되며, 신호 변환기(205)는 이에 접속된 상기 충전 회로에 전력을 공급하도록 무선 전력 신호를 적절한 직류 신호의 형태로 변환하여 출력한다.
아울러, 주파수 변환기(203)는 무선 전력 전달장치(10, 50)에 의해 전자기기에 할당되는 공명 주파수에 따라 공진형 안테나(201)의 공명 주파수를 변경한다. 주파수 변환기(203)는 예를 들어 공진형 안테나(201)의 인덕턴스 또는 캐패시턴스의 양을 조절할 수 있는 스위치 회로를 포함할 수 있다.
전자기기의 전력 수신부(200)는 무선 전력 전달장치(10, 50)에서 할당한 공명 주파수에 따라 공명 주파수가 가변될 수 있으므로, 무선 전력 전달장치(10, 50)가 설치된 장소에서라면 언제든지 무선으로 전력을 충전할 수 있다.
아울러, 무선 전력 전달장치(10, 50)는 단위 충전 시간을 지정된 개수, 즉 충전 대상 전자기기의 개수만큼의 타임 슬롯으로 나누는 시분할 방식으로, 각 타임 슬롯마다 각기 다른 공명 주파수로 전자기기와 폐루프를 형성하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1, 2 : 무선 충전 시스템
10, 50 : 무선 전력 전달장치(송신부)
20 : 전자기기(수신부)
10, 50 : 무선 전력 전달장치(송신부)
20 : 전자기기(수신부)
Claims (16)
- 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 충전 대상 전자기기의 개수에 기초하여, 기 설정된 단위 충전 시간을 상기 충전 대상 전자기기의 개수만큼의 타임 슬롯으로 분할하며, 상기 충전 대상 전자기기에 각기 다른 공명 주파수를 할당하고, 상기 할당한 공명 주파수로 지정된 타임 슬롯 동안 전력을 방사하는 무선 전력 전달장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 무선 전력 전달 장치는, 무선 근거리 통신 모듈을 통해 전자기기와 통신을 수행하며, 상기 무선 전력전송 범위내에 존재하는 전자기기의 개수를 확인하여 주파수 할당부로 제공하는 기기 확인부;
상기 기기 확인부의 확인 결과에 기초하여 결정된 상기 충전 대상 전자기기 각각에 대하여 공명 주파수를 할당하는 주파수 할당부;
단위 충전 시간을 상기 충전 대상 전자기기 개수만큼의 타임 슬롯으로 나누고, 상기 타임 슬롯별로 전력을 수신할 전자기기를 할당하는 스케쥴러; 및
상기 스케쥴러에서 타임 슬롯별 전자기기가 할당됨에 따라, 해당 타임 슬롯 동안 해당 전자기기에 할당된 공명 주파수로 튜닝하여 전력을 전송하는 전력 전달부;
를 포함하는 무선 전력 전달장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 기기 확인부는, 전자기기와 통신링크를 설정하여 상기 무선 전력 전달장치와 전자기기 간에 제어 신호 및 메시지를 교환하는 통신링크 설정부; 및
상기 통신링크 설정부에서 전자기기와의 통신링크가 설정됨에 따라, 무선 전력 전달장치의 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 전자기기의 개수를 확인하여 상기 주파수 할당부로 제공하는 기기 검출부;
를 포함하는 무선 전력 전달장치. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 기기 확인부는 비표준 방식 또는 표준 통신 방식으로 통신 링크를 설정하는 무선 전력 전달장치. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 기기 확인부는, 상기 기기 확인부에서 확인된 전자기기와 충전 여부를 결정하기 위한 메시지를 교환하여 상기 주파수 할당부로 제공하는 메시지 송수신부를 포함하는 무선 전력 전달장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 주파수 할당부는 상기 메시지 송수신부의 확인 결과에 따라 상기 충전 대상 전자기기의 개수를 결정하고 공명 주파수를 할당하는 무선 전력 전달장치. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 기기 확인부는 상기 충전 대상 전자기기로부터 충전이 완료되었음을 보고받거나, 상기 충전 대상 전자기기가 무선 전력 전송 범위에서 이탈함을 확인하거나, 상기 충전 대상 전자기기가 충전 도중 충전을 중단함을 확인하는 무선 전력 전달장치. - 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 충전 대상 전자기기로 전송된 무선 전력량을 계산하여 통신망을 통해 전송하는 정보 수집부를 더 포함하는 무선 전력 전달장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 주파수 할당부는 상기 무선 전력 전달장치와 상기 충전 대상 전자기기 사이의 신호 왕복시간에 기초하여 측정한 거리에 따라 공명 주파수를 할당하는 무선 전력 전달장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 주파수 할당부는 공명 주파수 구간을 M(M>0인 정수)등분하여 상기 충전 대상 전자기기 각각에 M개의 주파수로 차례로 신호를 전송하며, 상기 M개의 주파수를 수신한 전자기기로부터 최대 전력이 수신된 주파수를 피드백받아 공명 주파수로 결정하는 무선 전력 전달장치. - 전력 수신부를 구비하는 전자기기로서,
상기 전력 수신부는, 송신부로부터 전송되는 자기 에너지를 자기 공명 방식에 의해 수신하는 공진형 안테나;
상기 공진형 안테나에서 수신된 신호를 수신하여 직류 신호의 형태로 변환하고 충전 회로로 제공하는 신호 변환기; 및
상기 송신부에 의해 할당된 공명 주파수에 따라 상기 공진형 안테나의 공명 주파수를 변경하는 주파수 변환기;
를 포함하는 전자기기. - 제 11 항에 있어서,
상기 주파수 변환기는 상기 공진형 안테나의 인덕턴스 또는 캐패시턴스의 양을 조절하는 스위치 회로를 포함하는 전자기기. - 무선 전력 전송 범위 내에 존재하는 충전 대상 전자기기의 개수에 기초하여, 기 설정된 단위 충전 시간을 상기 충전 대상 전자기기의 개수만큼의 타임 슬롯으로 분할하며, 상기 충전 대상 전자기기에 각기 다른 공명 주파수를 할당하고, 상기 할당한 공명 주파수로 지정된 타임 슬롯 동안 전력을 방사하는 무선 전력 전달장치; 및
상기 무선 전력 전달장치에서 할당된 공명 주파수로 튜닝하여 상기 무선 전력 전달장치로부터 전력을 수신하는 전자기기;
를 포함하는 무선 충전 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 무선 전력 전달 장치는, 무선 근거리 통신 모듈을 통해 전자기기와 통신을 수행하며, 상기 무선 전력전송 범위내에 존재하는 전자기기의 개수를 확인하여 주파수 할당부로 제공하는 기기 확인부;
상기 기기 확인부의 확인 결과에 기초하여 결정된 상기 충전 대상 전자기기 각각에 대하여 공명 주파수를 할당하는 주파수 할당부;
단위 충전 시간을 상기 충전 대상 전자기기 개수만큼의 타임 슬롯으로 나누고, 상기 타임 슬롯별로 전력을 수신할 전자기기를 할당하는 스케쥴러; 및
상기 스케쥴러에서 타임 슬롯별 전자기기가 할당됨에 따라, 해당 타임 슬롯 동안 해당 전자기기에 할당된 공명 주파수로 튜닝하여 전력을 전송하는 전력 전달부;
를 포함하는 무선 충전 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 전자기기는, 송신부로부터 전송되는 자기 에너지를 자기 공명 방식에 의해 수신하는 공진형 안테나;
상기 공진형 안테나에서 수신된 신호를 수신하여 직류 신호의 형태로 변환하고 충전 회로로 제공하는 신호 변환기; 및
상기 송신부에 의해 할당된 공명 주파수에 따라 상기 공진형 안테나의 공명 주파수를 변경하는 주파수 변환기;
를 포함하는 무선 충전 시스템. - 제 13 항에 있어서,
통신망을 통해 상기 무선 전력 전달장치와 접속되는 이동통신사 서버를 더 포함하고,
상기 무선 전력 전달장치는 상기 충전 대상 전자기기로 전송된 무선 전력량을 계산하여 상기 이동통신사 서버로 제공하는 무선 충전 시스템.
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