KR20140142006A - 무선전력을 송수신하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선전력을 송수신하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

무선전력을 전송 및 수신하기 위한 장치 및 방법을 개시한다.
급전코어에 급전코일이 권취된 복수 개의 급전유닛을 이용하여 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생시키는 무선전력 송신부; 및 무선전력 수신장치의 위치에 따라 상기 복수 개의 급전 유닛을 선택적으로 운용하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.

Description

무선전력을 송수신하기 위한 장치 및 방법{Method and Apparatus for Transmitting and Receiving Wireless Power}
본 실시예는 무선전력을 전송 및 수신하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 급전코어 및 급전코어에 권취된 급전코일을 포함하는 급전유닛을 포함하는 무선전력 전송장치가 급전유닛에 선택적으로 전력을 공급하여 전자기장을 발생하고, 무선전력 전송장치에서 발생된 전자기장을 집전유닛을 통해 수신하여 생성된 유도 기전력을 구비된 배터리를 충전하는 무선전력을 전송 및 수신하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 들어 사용자들의 휴대가 가능한 전자기기의 선호도가 증가하고 있으며, 이러한 휴대용 전자기기는 사용자들에게 유비쿼터스 환경을 제공하기 위한 필수 요소가 되었다. 한편, 현재 휴대용 전자기기의 전원공급은 대부분 충전기를 이용한 배터리 충전 방식이 사용되고 있다. 이 경우, 휴대용 전자기기를 충전하기 위해 별도의 충전기를 구비하고 있어야 한다는 불편함이 있어, 이러한 불편함을 해소하기 위해 충전기의 소지 여부와 관계없이 무선을 통해 전력을 인가하여 배터리를 충전시킬 수 있는 무선충전 기술이 지속적으로 연구되고 있다.
무선 충전 기술은 크게 자기유도 방식, 자기 공명방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있다. 자기유도 방식은 송신부에서 교번하는 전자기장을 발생시키고, 이를 통해 수신부에서 전자기장의 변화에 따라 전류가 유도되게 함으로써 에너지를 만들어 내는 방식이다. 자기 공명방식은 송신부에서 공진 주파수를 전자기장으로 변환하여 전력을 송신하고, 수신부에서 동일한 공진 주파수를 가진 공진코일을 이용하여 전력을 수신하는 방식이다. 또한, 전자기파(RF) 방식은 전력 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환시켜 에너지를 전송하는 방식이다.
한편, 일반적인 자기 공명방식은 송신부에 포함된 코일만을 이용하여 전자기장을 발생함으로써, 전자기장의 밀도가 낮고 자기력선의 방향이 집중되지 못함으로 인해 무선전력 전송의 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 일반적인 자기 공명방식은 송신부에 포함된 모든 코일에 전력을 인가하여 전자기장을 발생하도록 동작함으로 인해 전력이 낭비되는 문제점이 있다.
본 실시예는, 급전코어 및 급전코어에 권취된 급전코일을 포함하는 급전유닛을 포함하는 무선전력 전송장치가 급전유닛에 선택적으로 전력을 공급하여 전자기장을 발생하고, 무선전력 전송장치에서 발생된 전자기장을 집전유닛을 통해 수신하여 생성된 유도 기전력을 구비된 배터리를 충전하는 무선전력을 전송 및 수신하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 급전코어에 급전코일이 권취된 복수 개의 급전유닛을 이용하여 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생시키는 무선전력 송신부; 및 무선전력 수신장치의 위치에 따라 상기 복수 개의 급전 유닛을 선택적으로 운용하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 집전코어에 집전코일이 권취된 복수 개의 집전유닛을 이용하여, 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장에 공명하여 유도 기전력을 발생시키는 무선전력 수신부; 및 상기 유도 기전력에 의해 유기된 유도 전류를 정류하여 부하 전류를 생성하는 전력 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 급전코어에 급전코일이 권취된 복수 개의 급전유닛을 포함하는 무선전력 전송장치를 이용하여 무선전력을 전송하는 방법에 있어서, 상기 복수 개의 급전유닛에 전원을 공급하여 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생시키는 과정; 상기 복수 개의 급전유닛이 발생시키는 상기 전자기장의 변화 정도에 근거하여 무선전력 수신장치의 위치를 검출하는 과정; 및 상기 복수 개의 급전유닛 중 상기 무선전력 수신장치의 위치에 대응하는 일부 급전유닛만을 선택적으로 동작시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송방법을 제공한다.
본 실시예에 의하면, 다수의 급전유닛을 구비한 무선전력 전송장치를 제공함으로써 무선전력 전송범위(혹은 충전범위)를 필요에 따라 손쉽게 확장할 수 있다. 예컨대, 하나의 급전유닛을 이용하는 종래의 경우에는 요구되는 다양한 충전 범위에 맞게 급전유닛의 크기를 개별적으로 설계하여야 한다는 단점이 있었던 데 반해, 본 실시예에 따르면 다양한 충전범위에 대응하여 급전유닛들의 배열수를 조절함으로써 동일한 규격의 급전유닛을 다양한 충전범위에 활용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 위치에 따라 다수의 급전유닛을 선택적으로 운용할 수 있도록 함으로써, 넓은 충전범위에 무선전력 전송장치를 전개하는 경우 발생할 수 있는 전송 비효율성을 제거할 수 있는 효과가 있다. 다시 말해, 전력전송에 크게 관여하지 않는 급전유닛을 OFF하거나 전자기장의 세기를 낮추는 방식으로 무선전력 전송장치를 운용함으로써, 무선전력 전송장치의 이동성을 지원하면서도 넓은 충전범위로 인한 전송 비효율성을 제거할 수 있다. 부수적으로, 전력전송에 크게 관여하지 않는 전자기장으로 인한 주변 전자기기, 인체에 대한 영향을 줄일 수도 있다.
또한, 급전코어에 급전코일이 권취된 급전유닛을 이용함으로써, 급전코어를 사용하지 않은 경우에 비해 급전유닛에 의해 발생되는 전자기장의 밀도를 높일 수 있으며, 자기력선을 수신장치 방향으로 집중시킬 수 있다.
한편, 무선전력 수신장치의 수신부를 집전코어에 집전코일이 권취된 구조의 다수의 집전유닛로 구성함으로써, 무선전력의 수신효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 집전유닛의 기계적 크기를 상당정도 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 제공 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력을 전송하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력을 수신하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 송신부 및 무선전력 수신부에 포함된 코어 및 코일을 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 제공 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무선전력 제공 시스템은 무선전력 수신장치(120) 및 무선전력 전송장치(110)를 포함한다.
무선전력 전송장치(110)는 외부 상용전원으로부터 전력은 수신하여 조정전원을 생성하고, 조정전원을 이용하여 복수 개의 급전유닛(130)에 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장이 발생하도록 선택적으로 전력을 공급한다. 여기서, 무선전력 전송장치(110)는 외부 상용전원으로부터 교류전류를 인가받고, 인가된 교류전류를 직류전류로 변환하여 정류하며, 정류된 직류전류를 주파수 및 전압 레벨을 조절하여 조정전원을 생성한다.
무선전력 전송장치(110)는 급전코어 및 급전코어에 권취된 급전코일을 포함하는 급전유닛(130)을 포함한다. 여기서, 급전코어는 'I' 형태 또는 '│' 형태로 구현된 페라이트 코어(Ferrite Core)인 것이 바람직하나 급전코일이 권취되어 전자기장을 발생시킬 수 있다면 그 어떤한 종류 및 재질의 코어로도 구현가능하다.
무선전력 전송장치(110)는 복수 개의 행(Column) 및 복수 개의 열(Row)을 기준으로 복수 개의 급전유닛(130)을 구비하고, 각각의 급전유닛(130)들은 균일한 간격으로 배열된다. 여기서, 무선전력 전송장치(110)는 구비된 복수 개의 급전유닛(130)에 선택적으로 전력을 인가하여 각각의 급전유닛(130)마다 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생할 수 있고, 복수 개의 행 또는 열을 기준단위로 전력을 인가하여, 복수 개의 행 또는 열을 기준단위로 설정하여 전자기장을 발생할 수도 있다.
무선전력 전송장치(110)는 급전유닛(130)에 선택적으로 전력을 인가하는 데 있어서, 무선전력 수신장치(120)의 단말 위치정보를 검출하고 단말 위치정보에 근거하여 복수 개의 급전유닛(130) 중 인접 급전유닛에만 선택적으로 전력이 공급되도록 제어한다. 즉, 무선전력 전송장치(110)는 무선전력 수신장치(120)에서 전송하는 단말신호에 의해 급전유닛(130)의 전자기장의 세기 또는 형태가 변화되는 변화값을 측정하고, 전자기장의 변화값이 기 설정된 임계값 이상인 경우, 무선전력 수신장치(120)가 존재하는 것으로 판단하여 단말 위치정보를 검출한다. 여기서, 단말신호는 이진 신호(Binary Signal) 형태의 신호일 수 있으며, 로우(Low) 신호 및 하이(High) 신호로 이루어진 스위칭 신호인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전자기장을 변화시킬 수 있는 신호라면 그 어떤 신호로도 적용하여 사용가능하다. 이러한, 무선전력 전송장치(110)는 복수 개의 급전유닛(130)에서 동시에 전자기장의 변화값을 측정할 수도 있으나, 각각의 급전유닛(130)의 전자기장의 변화값을 순차적으로 측정할 수도 있다.
무선전력 전송장치(110)는 전자기장의 변화값에 근거하여 검출된 단말 위치정보를 이용하여 복수 개의 급전 유닛 중 인접 급전유닛(130)을 결정하고, 인접 급전유닛(130)에 전력이 공급되도록 공진 스위칭을 제어한다. 여기서, 무선전력 전송장치(110)는 복수 개의 급전 유닛 중 인접 급전유닛(130)을 제외한 나머지 급전유닛(130)에 전력을 감소시켜 전자기장의 세기를 낮추거나, 인접 급전유닛(130)을 제외한 나머지 급전유닛(130)에 전력을 차단하여 전자기장이 발생하지 않도록 한다.
무선전력 수신장치(120)는 복수 개의 집전유닛을 이용하여 무선전력 전송장치(110)로부터 발생된 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장에 공명하여 유도 기전력을 생성하고, 유도 기전력을 충전전력(부하전류)으로 변환하여 배터리에 저장한다. 여기서, 무선전력 수신장치(120)는 무선전력 전송장치(110)에서 발생한 전자기장이 공진 주파수가 기 설정된 공진 주파수와 동일한 주파수인 경우에만 유도 기전력을 생성한다.
본 실시예에 따른 무선전력 수신장치(120)는 전자기장에 공명하여 유도 기전력을 생성하기 위해 집전코어 및 집전코어에 권취된 집전코일을 포함하는 복수 개의 급전유닛(130)을 포함한다. 여기서, 집전코어는 'I' 형태 또는 '│' 형태로 구현된 페라이트 코어(Ferrite Core)인 것이 바람직하나 집전코일이 권취되어 유도 기전력을 발생시킬 수 있다면 그 어떤한 종류 및 재질의 코어로도 구현가능하다. 무선전력 수신장치(120)는 복수 개의 행(Column) 및 복수 개의 열(Row)을 기준으로 복수 개의 집전유닛을 구비하고, 각각의 집전유닛들은 균일한 간격으로 배열된다.
무선전력 수신장치(120)는 유도 기전력에 의해 유기된 유도 전류를 정류하여, 정류된 직류전류의 전압레벨을 조정하여 충전전력(부하전류)을 생성하고, 충전전력을 배터리에 저장한다. 여기서, 배터리는 무선전력 수신장치(120) 내부에 구비된 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 무선전력 수신장치(120)와 별도로 유선 또는 무선으로 연결된 배터리 장치로 구현될 수도 있다.
한편, 무선전력 수신장치(120)는 무전전력 전송장치(110)가 무선전력 수신장치(120)의 위치를 파악할 수 있도록 단말신호를 무전전력 전송장치(110)로 단말신호를 전송할 수 있다. 여기서, 단말신호는 이진 신호(Binary Signal) 형태의 신호일 수 있으며, 로우(Low) 신호 및 하이(High) 신호로 이루어진 스위칭 신호인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 무선전력 전송장치(110)에서 발생하는 전자기장을 변화시킬 수 있는 신호라면 그 어떤 신호로도 적용하여 사용가능하다. 무선전력 수신장치(120)는 무선전력 전송장치(110)에 단말신호를 전송하여 무선전력 전송장치(110)가 전자기장의 세기, 밀도 및 방향을 무선전력 수신장치(120)에 집중되도록 하여 무선전력 수신장치(120)가 생성되는 유도 기전력의 세기를 증가시켜 충전효율을 증가시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 무선전력 전송장치(110)는 전원부(210), 검출부(220), 제어부(230), 및 무선전력 송신부(240)를 포함한다. 예시한 실시예에서는 무선전력 전송장치(110)가 전원부(210), 검출부(220), 제어부(230) 및 무선전력 송신부(240)만을 포함하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 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 무선전력 전송장치(110)에 포함되는 구성요소에 대하여 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
전원부(210)는 무선전력 전송장치(110)가 동작하기 위한 전원을 제공하는 동작을 수행한다. 더 자세히 설명하자면, 전원부(210)는 외부 상용전원으로부터 교류전류를 인가받고, 인가된 교류전류를 직류전류로 변환하여 정류하며, 정류된 직류전류를 주파수 및 전압 레벨을 조절하여 조정전원을 출력한다. 여기서, 전원부(210)는 교류전원을 직류전류로 변환하여 정류하는 정류부(미도시) 및 직류전류를 주파수 및 전압 레벨을 조절하는 레귤레이터부(미도시)를 포함하여 구현될 수도 있다.
한편, 전원부(210)는 무선전력 전송장치(110) 내부에 구비된 것으로 기재하고 있으나, 무선전력 전송장치(110)의 외부에 전원장치와 같이 구비되어 조정전원을 제공할 수도 있다.
검출부(220)는 무선전력 송신부(240)에서 발생하는 전자기장의 세기에 근거하여 전자기장의 변화값을 측정하고, 측정된 변화값에 근거하여 무선전력 수신장치(120)의 단말 위치정보를 검출하는 동작을 수행한다.
본 실시예에 따른 검출부(220)는 무선전력 수신장치(120)로부터 발신된 단말신호에 의해 무선전력 송신부(210)에서 발생하는 전자기장의 세기 또는 형태가 변화되는 변화값을 측정하고, 전자기장의 변화값이 기 설정된 임계값 이상인 경우, 무선전력 수신장치(120)가 존재하는 것으로 판단하여 단말 위치정보를 검출한다. 여기서, 단말신호는 이진 신호(Binary Signal) 형태의 신호일 수 있으며, 로우(Low) 신호 및 하이(High) 신호로 이루어진 스위칭 신호인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전자기장을 변화시킬 수 있는 신호라면 그 어떤 신호로도 적용하여 사용가능하다. 예컨대, 무선전력 송신부(240)가 8 × 4 행렬인 24 개의 급전유닛(130)을 구비하는 경우, 검출부(220)는 24 개의 급전유닛(130)의 전자기장의 변화값을 측정하여 4행 및 5행, 2열 및 3열에 해당하는 급전유닛(130)의 변화값이 기 설정된 임계값 이상인 것으로 확인되면, 4행 및 5행, 2열 및 3열에 해당하는 4 개의 급전유닛(130)에 대한 단말 위치정보를 생성할 수 있다.
검출부(220)는 무선전력 송신부(240)에 포함된 복수 개의 급전유닛(130)에서 동시에 전자기장의 변화값을 측정할 수도 있으나, 각각의 급전유닛(130)의 전자기장의 변화값을 순차적으로 측정할 수도 있다.
검출부(220)는 전자기장의 변화에 근거하여 무선전력 수신장치(120)의 단말 위치정보를 생성하는 것으로 기재하고 있으나, 단말신호를 수신하는 별도의 수신부를 구비하여 단말신호만으로도 무선전력 수신장치(120)의 위치를 확인하여 단말 위치정보를 생성할 수도 있다.
한편, 검출부(220)는 각각의 급전유닛(130)에서 추출된 전자기장 신호와 기 설정된 기준신호와의 오차 비율에 따라 무선전력 수신장치(120)에 대한 위치를 결정하여 단말 위치정보를 생성할 수도 있다.
제어부(230)는 무선전력 송신부(240)에 포함된 복수 개의 급전 유닛 중 인접 급전유닛(130)을 결정하고, 인접 급전유닛(130)에 선택적으로 전력이 공급되도록 제어한다. 본 실시예에 따른 제어부(230)는 검출부(220)에서 검출된 단말 위치정보에 근거하여 복수 개의 급전 유닛 중 인접 급전유닛(130)을 결정하고, 인접 급전유닛(130)에 전력이 공급되도록 공진 스위칭을 제어하는 동작을 수행한다. 여기서, 인접 급전유닛(130)은 무선전력 전송장치(110)에 인접한 무선전력 수신장치(120)의 위치에 해당하는 급전유닛(130)을 의미한다.
또한, 제어부(230)는 복수 개의 급전 유닛 중 인접 급전유닛(130)을 제외한 나머지 급전유닛(130)에 전력을 감소시켜 전자기장의 세기를 낮추거나, 인접 급전유닛(130)을 제외한 나머지 급전유닛(130)에 전력을 차단하여 전자기장이 발생하지 않도록 제어한다. 여기서, 제어부(230)는 무선전력 전송장치(110) 주변에 불필요한 전자기장이 발생하지 않도록 하여 인체에 유해성을 감소시킬 수 있고, 낭비되는 전력을 감소시켜 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
무선전력 송신부(240)는 전원부(210)로부터 조정전원을 수신하여 복수 개의 급전유닛(130)에 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장이 발생하도록 복수 개의 급전유닛(130)에 선택적으로 전력을 공급하는 동작을 수행한다.
본 실시예에 따른 무선전력 송신부(240)는 전자기장을 발생하기 위해 급전코어 및 급전코어에 권취된 급전코일을 포함하는 급전유닛(130)을 포함한다. 여기서, 급전코어는 'I' 형태 또는 '│' 형태로 구현된 페라이트 코어(Ferrite Core)인 것이 바람직하나 급전코일이 권취되어 전자기장을 발생시킬 수 있다면 그 어떤한 종류 및 재질의 코어로도 구현가능하다.
무선전력 송신부(240)는 복수 개의 행(Column) 및 복수 개의 열(Row)을 기준으로 복수 개의 급전유닛(130)을 구비하고, 각각의 급전유닛(130)들은 균일한 간격으로 배열된다. 예컨대, 무선전력 송신부(240)는 8 × 4 행렬의 형태로 24 개의 급전유닛(130)을 균일한 간격으로 배열할 수 있다. 여기서, 무선전력 송신부(240)에 포함된 급전유닛(130)은 제어부(230)의 제어에 근거하여 각각의 급전유닛(130)마다 선택적으로 전력을 인가하여 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제어부(230)가 복수 개의 행 또는 열을 기준단위로 제어할 경우, 복수 개의 행 또는 열을 기준으로 선택적으로 전력을 인가하여 전자기장을 발생할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 무선전력 수신장치(120)는 무선전력 수신부(310), 단말신호 발생부(320), 전력 변환부(330), 충전 제어부(340) 및 배터리부(350)를 포함한다. 예시한 실시예에서는 무선전력 수신부(310), 단말신호 발생부(320), 전력 변환부(330), 충전 제어부(340) 및 배터리부(350)만을 포함하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 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 무선전력 수신장치(120)에 포함되는 구성요소에 대하여 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
무선전력 수신부(310)는 복수 개의 집전유닛을 이용하여 무선전력 전송장치(110)로부터 발생된 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장에 의해 유도 기전력을 생성하는 동작을 수행한다. 여기서, 무선전력 수신부(310)는 무선전력 전송장치(110)에서 발생한 전자기장이 공진 주파수가 무선전력 수신부(310)에 기 설정된 공진 주파수와 동일한 주파수인 경우에만 유도 기전력을 생성한다.
본 실시예에 따른 무선전력 수신부(310)는 집전코어 및 집전코어에 권취된 집전코일을 포함하는 복수 개의 집전유닛을 포함한다. 여기서, 집전코어는 페라이트 코어(Ferrite Core)인 것이 바람직하나 집전코일이 권취되어 유도 기전력을 발생시킬 수 있다면 그 어떤한 종류 및 재질의 코어로도 구현가능하다. 또한, 집전코어는 'I' 형태 또는 '│' 형태로 구현된 코어일 수 있으며, 집전코어를 중심으로 하나 이상의 집전코일이 임의의 횟수만큼 권취될 수 있다. 여기서, 복수 개의 집전유닛에 포함된 집전코일은 서로 직렬 또는 병렬로 결선되어 전력 변환부(330)에 연결된다.
한편, 무선전력 수신부(310)는 복수 개의 행(Column) 및 복수 개의 열(Row)을 기준으로 복수 개의 집전유닛을 구비할 수 있고, 각각의 집전유닛들은 균일한 간격으로 배열된다. 예컨대, 무선전력 송신부(240)는 8 × 4 행렬의 형태로 24 개의 집전유닛을 균일한 간격으로 배열할 수 있다.
단말신호 발생부(320)는 무전전력 전송장치(110)가 무선전력 수신장치(120)의 위치를 파악할 수 있도록 하는 무전전력 전송장치(110)에 단말신호를 전송하는 동작을 수행한다. 여기서, 단말신호는 이진 신호(Binary Signal) 형태의 신호일 수 있으며, 로우(Low) 신호 및 하이(High) 신호로 이루어진 스위칭 신호인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 무선전력 전송장치(110)에서 발생하는 전자기장을 변화시킬 수 있는 신호라면 그 어떤 신호로도 적용하여 사용가능하다.
본 실시예에 따른 단말신호 발생부(320)는 무선전력 전송장치(110)에 단말신호를 전송하여 무선전력 전송장치(110)가 전자기장의 세기, 밀도 및 방향을 무선전력 수신장치(120)에 집중되도록 하여 무선전력 수신장치(120)가 생성되는 유도 기전력의 세기를 증가시킬 수 있다.
한편, 단말신호 발생부(320)는 무선전력 수신부(310)의 임피던스 또는 리액턴스 등과 같은 값을 변화시켜 전자기장에 소정의 신호를 인가하여 무선전력 전송장치(110)에 전송할 수도 있다.
전력 변환부(330)는 무선전력 수신부(310)에서 생성된 유도 기전력에 의해 유기된 유도 전류를 정류하여 충전전력(부하전류)를 생성한다. 즉, 전력 변환부(330)는 유도 기전력을 직류전류로 변환하여 정류하고, 정류된 직류전류의 전압레벨을 조정하여 충전전력을 생성한다. 여기서, 전력 변환부(330)는 유도 기전력을 직류전류로 변환하여 정류하는 정류부(미도시) 및 직류전류의 전압 레벨을 조정하여 충전전력을 생성하는 레귤레이터부(미도시)를 포함하여 구현될 수도 있다.
충전 제어부(340)는 전력 변환부(330)에서 생성된 충전전력을 구비된 배터리부(350)에 충전하는 동작을 수행한다. 본 실시예에 따른 충전 제어부(340)는 충전 스위칭을 통해 배터리부(350)에 기 설정된 전력 범위를 유지하여 과충전을 방지할 수 있다. 여기서, 배터리부(350)는 무선전력 수신장치(120)에 포함된 소형 배터리인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 무선전력 수신장치(120)와 별도로 유선 또는 무선으로 연결된 배터리 장치로 구현될 수도 있다.
또한, 전술한 무선전력 수신장치(120)는 충전전력을 이용하여 배터리부(350)(예컨대, 2 차전지 등)를 충전하는 구성을 예시한 것으로서, 충전전력을 소비하는 부하로 배터리부(350)를 예시한 것에 불과하다. 따라서, 실시예에 따라서는 충전전력을 정류하여 무선전력 수신장치(120)에 포함된 다른 부하에서 직접 소비하도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력을 전송하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
무선전력 전송장치(110)는 외부전원으로부터 전력을 인가받아 주파수 및 전압 레벨을 갖는 조정전원을 생성한다(S410). 여기서, 무선전력 전송장치(110)는 외부 상용전원으로부터 교류전류를 인가받고, 인가된 교류전류를 직류전류로 변환하여 정류하며, 정류된 직류전류를 주파수 및 전압 레벨을 조절하여 조정전원을 생성한다.
무선전력 전송장치(110)는 조정전원을 인가받아 복수 개의 급전유닛(130)을 이용하여 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생한다(S420). 여기서, 무선전력 전송장치(110)는 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생하기 위한 급전코어 및 급전코어에 권취된 급전코일을 포함하는 급전유닛(130)을 포함한다. 여기서, 급전코어는 'I' 형태 또는 '│' 형태로 구현된 페라이트 코어(Ferrite Core)인 것이 바람직하나 급전코일이 권취되어 전자기장을 발생시킬 수 있다면 그 어떤한 종류 및 재질의 코어로도 구현가능하다.
또한, 무선전력 전송장치(110)는 구비된 복수 개의 급전유닛(130)에 선택적으로 전력을 인가하여 각각의 급전유닛(130)마다 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생할 수 있고, 복수 개의 행 또는 열을 기준단위로 전력을 인가하여, 복수 개의 행 또는 열을 기준단위로 설정하여 전자기장을 발생할 수도 있다.
무선전력 전송장치(110)는 복수 개의 급전유닛(130)에서 발생하는 전자기장의 변화값을 측정하고(S430), 측정된 전자기장의 변화값이 기 설정된 임계값 이상이면(S440), 무선전력 수신장치(120) 즉, 단말기의 단말 위치정보를 검출한다(S450).
단계 S450에서 무선전력 전송장치(110)는 전자기장의 변화값이 기 설정된 임계값 이상인 경우, 무선전력 수신장치(120)가 존재하는 것으로 판단하여 단말 위치정보를 검출한다.
한편, 단계 S450에서 무선전력 전송장치(110)는 각각의 급전유닛(130)에서 추출된 전자기장 신호와 기 설정된 기준신호와의 오차 비율에 따라 무선전력 수신장치(120)에 대한 위치를 결정하여 단말 위치정보를 생성할 수도 있다.
무선전력 전송장치(110)는 단계 S450에서 검출된 단말 위치정보에 근거하여 복수 개의 급전유닛(130) 중 인접 급전유닛(130)을 결정하고(S460), 인접 급전유닛(130)에 선택적으로 전력을 공급한다(S470). 여기서, 무선전력 전송장치(110)는 복수 개의 급전유닛(130) 중 인접 급전유닛(130)을 제외한 나머지 급전유닛(130)에 대한 전력은 차단 또는 감소시킨다.
도 4에서는 단계 S410 내지 단계 S470를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 4에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S410 내지 단계 S470 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력을 수신하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
무선전력 수신장치(120)는 복수 개의 집전유닛을 이용하여 무선전력 전송장치(110)로부터 발생하는 전자기장에 의해 유도기 전력을 생성한다(S510). 여기서, 무선전력 수신장치(120)는 무선전력 전송장치(110)에서 발생한 전자기장이 공진 주파수가 기 설정된 공진 주파수와 동일한 주파수인 경우에만 유도 기전력을 생성한다.
무선전력 수신장치(120)는 전자기장에 의해 유도 기전력을 생성하기 위해 집전코어 및 집전코어에 권취된 집전코일을 포함하는 복수 개의 급전유닛(130)을 포함한다. 여기서, 집전코어는 'I' 형태 또는 '│' 형태로 구현된 페라이트 코어(Ferrite Core)인 것이 바람직하나 집전코일이 권취되어 유도 기전력을 발생시킬 수 있다면 그 어떤한 종류 및 재질의 코어로도 구현가능하다.
한편, 무선전력 수신장치(120)는 무전전력 전송장치(110)가 무선전력 수신장치(120)의 위치를 파악할 수 있도록 단말신호를 무전전력 전송장치(110)로 단말신호를 전송할 수 있다. 여기서, 무선전력 수신장치(120)는 무선전력 전송장치(110)에 단말신호를 전송하여 무선전력 전송장치(110)가 전자기장의 세기, 밀도 및 방향을 무선전력 수신장치(120)에 집중되도록 하여 무선전력 수신장치(120)가 생성되는 유도 기전력의 세기를 증가시켜 충전효율을 증가시킬 수 있다.
무선전력 수신장치(120)는 유도 기전력을 직류전류로 변환하여 정류하고, 정류된 직류전류의 전압을 조정하여 충전전력을 생성하고(S520), 생성된 충전전력을 구비된 배터리에 충전한다(S530). 여기서, 배터리는 무선전력 수신장치(120) 내부에 구비된 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 무선전력 수신장치(120)와 별도로 유선 또는 무선으로 연결된 배터리 장치로 구현될 수도 있다.
또한, 무선전력 수신장치(120)는 단계 S530에서 배터리의 기 설정된 전력 범위에 근거하여 과충전이 발생하면(S540), 충전 스위칭을 통해 충전전력을 차단할 수도 있다(S550).
도 5에서는 단계 S510 내지 단계 S550를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 5에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S510 내지 단계 S550 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 구조를 나타낸 예시도이다.
무선전력 전송장치(110)는 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 송신보드(600: Main Transmitter Board) 상에 복수 개의 행 및 복수 개의 열을 기준으로 복수 개의 급전유닛(130)을 구비하고, 각각의 급전유닛(130)은 균일한 간격으로 배열된다. 예컨대, 무선전력 전송장치(110)는 제1 행(610: L1), 제2 행(612: L2) 및 제m 행 등 m 개의 행에 균일한 간격으로 급전유닛(130)을 구비하고, 제1 열(620: C1), 제2 열(622: C2) 및 제n 열 등 n 개의 열에 균일한 간격으로 급전유닛(130)을 구비한다. 즉, 무선전력 전송장치(110)는 m × n 행렬의 형태로 급전유닛(130)을 배열할 수 있다.
무선전력 전송장치(110)는 무선전력 수신장치(120)가 제1 행(610), 제2 행(612) 및 제1 열(620), 제2 열(622)이 교차하는 영역에 위치한 것으로 검출되면, 교차하는 영역에 포함된 4 개의 급전유닛(130)에만 전력을 공급하여 전자기장이 형성되도록 하고, 나머지 급전유닛에는 전력을 감소 또는 차단시켜 불필요한 전자기장이 형성되지 않도록 동작한다.
한편, 도 6은 무선전력 전송장치(110)에 포함된 급전유닛(130)의 배열을 도시한 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 무선전력 수신장치(120)에서 유도 기전력을 생성하기 위한 집전유닛의 배열로도 동일하게 사용될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 송신부 및 무선전력 수신부에 포함된 코어 및 코일을 나타낸 예시도이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 무선전력 전송장치(110) 및 무선전력 수신장치(120)에 포함된 급전유닛(130) 및 집전유닛의 형태를 설명하기 위한 실시예를 나타낸다. 여기서, 급전유닛(130)과 집전유닛의 물리적인 형태는 동일함으로 이하, 급전유닛(130)에 대해서만 설명하도록 하고, 동일한 형태의 집전유닛의 형태에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 7의 (a)는 제1 급전코어(710)에 소정의 두께의 급전코일(720)이 권취된 형태의 급전유닛(130)을 나타내고 있고, 도 7의 (b)는 제2 급전코어(730)에 소정의 두께의 급전코일(720)이 권취된 형태의 급전유닛(130)을 나타내고 있다.
즉, 급전코어는 'I' 형태 또는 '│' 형태로 구현될 수 있으며, 페라이트 코어인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정된 것은 아니며, 급전코일이 권취되어 전자기장을 발생시킬 수 있다면 그 어떤한 종류 및 재질의 코어로도 구현가능하다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 무선전력 전송장치 120: 무선전력 수신장치
210: 전원부 220: 검출부
230: 제어부 240: 무선전력 송신부
310: 무선전력 수신부 320: 단말신호 발생부
330: 전력 변환부 340: 충전 제어부
350: 배터리부

Claims (10)

  1. 급전코어에 급전코일이 권취된 복수 개의 급전유닛을 이용하여 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생시키는 무선전력 송신부; 및
    무선전력 수신장치의 위치에 따라 상기 복수 개의 급전 유닛을 선택적으로 운용하기 위한 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기장의 변화 정도에 근거하여 상기 무선전력 수신장치의 위치를 검출하는 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수 개의 급전유닛 중 상기 무선전력 수신장치의 위치에 대응하는 일부 급전유닛만을 선택적으로 ON 시키거나 상기 일부 급전유닛에 의한 전자기장의 세기를 상대적으로 높이는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선전력 송신부는,
    상기 복수 개의 급전유닛이 복수 개의 행(Column) 및 복수 개의 열(Row)을 이루어 균일한 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 급전유닛은,
    'I' 형태 또는 '│' 형태로 구현된 상기 급전코어를 중심으로 상기 급전코일이 권취된 구조인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  6. 집전코어에 집전코일이 권취된 복수 개의 집전유닛을 이용하여, 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장에 공명하여 유도 기전력을 발생시키는 무선전력 수신부; 및
    상기 유도 기전력에 의해 유기된 유도 전류를 정류하여 부하 전류를 생성하는 전력 변환부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수 개의 집전유닛에 포함된 집전코일은,
    서로 직렬 또는 병렬로 결선되어 상기 전력 변환부에 연결된 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선전력 수신부의 임피던스 또는 리액턴스 값을 변화시켜 상기 전자기장에 소정의 신호를 인가하는 단말신호 발생부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
  9. 급전코어에 급전코일이 권취된 복수 개의 급전유닛을 포함하는 무선전력 전송장치를 이용하여 무선전력을 전송하는 방법에 있어서,
    상기 복수 개의 급전유닛에 전원을 공급하여 소정의 공진 주파수로 진동하는 전자기장을 발생시키는 과정;
    상기 복수 개의 급전유닛이 발생시키는 상기 전자기장의 변화 정도에 근거하여 무선전력 수신장치의 위치를 검출하는 과정; 및
    상기 복수 개의 급전유닛 중 상기 무선전력 수신장치의 위치에 대응하는 일부 급전유닛만을 선택적으로 동작시키는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 무선전력 수신장치의 위치를 검출하는 과정은,
    상기 복수 개의 급전유닛 각각의 전자기장의 변화 정도를 기초하여, 상기 무선전력 수신장치에 의해 인가된 신호를 추출하는 과정; 및
    상기 복수 개의 급전유닛 각각에서 추출된 신호와 기설정된 신호와의 오차비율에 따라 상기 무선전력 수신장치의 위치를 결정하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송방법.
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