KR20170082309A - 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 송신기 및 수신기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른, 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기는, 서로 다른 크기의 복수개의 송신 코일들을 포함하는 송신 코일부, 상기 무선 전력 수신기의 수신 코일의 크기를 감지하고, 상기 수신 코일의 크기에 기초하여 상기 복수개의 송신 코일들 중 상기 수신 코일로 상기 무선 전력을 송신하기 위한 하나의 송신 코일을 결정하는 제어부를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 송신기 및 수신기 {A WIRELESS POWER TRANSMITTER AND A WIRELESS POWER RECEIVER OF WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM}

본 발명은 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기에 관한 것이다.

일반적으로 각종 전자 기기가 배터리를 구비하고, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 구동한다. 이 때 전자 기기에서, 배터리는 교체될 수 있으며, 재차 충전될 수도 있다. 이를 위해, 전자 기기는 외부의 충전 장치와 접촉하기 위한 접촉 단자를 구비한다. 즉 전자 기기는 접촉 단자를 통해, 충전 장치와 전기적으로 연결된다. 그런데, 전자 기기에서 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따라, 이물질에 의해 오염되거나 습기에 의해 단락(short)될 수 있다. 이러한 경우, 접촉 단자와 충전 장치 사이에 접촉 불량이 발생되어, 전자 기기에서 배터리가 충전되지 않는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전자 기기를 충전하기 위한 무선전력전송(wireless power transfer; WPT)이 제안되고 있다.

무선전력전송 시스템은 공간을 통하여 선 없이 전력을 전달하는 기술로써, 모바일(mobile) 기기 및 디지털 가전 기기들에 대한 전력 공급의 편의성을 극대화한 기술이다.

무선전력전송 시스템은 실시간 전력 사용 제어를 통한 에너지 절약, 전력 공급의 공간 제약 극복 및 배터리 재충전을 이용한 폐 건전지 배출량 절감 등의 강점을 지닌다.

무선전력전송 시스템의 구현 방법으로써 대표적으로 자기유도방식과 자기공진방식이 있다. 자기유도방식은 두 개의 코일을 근접시켜 한쪽의 코일에 전류를 흘려 그에 따라 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술로써, 수백 kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 자기 공진 방식은 전자파나 전류를 이용하지 않고 전장 또는 자장만을 이용하는 자기 공명 기술로써 전력 전송이 가능한 거리가 수 미터 이상으로써, 수 MHz의 대역을 이용할 수 있다.

무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 송신장치와 전력을 수신하여 배터리 등 부하를 충전하는 수신장치를 포함한다. 이때 수신장치의 충전 방식, 즉 자기 유도 방식과 자기 공진 방식 중 어느 하나의 충전 방식을 택할 수 있고, 수신장치의 충전 방식에 대응하여 무선으로 전력을 전달할 수 있는 송신장치가 개발되고 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 송신 코일들을 구비하는 무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기의 수신 코일의 크기를 감지하고, 상기 감지 결과에 기초하여, 상기 복수개의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일을 선택한다.

본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 수신 코일들을 구비하는 무선 전력 수신기는, 무선 전력 송신기의 송신 코일의 크기를 감지하고, 상기 감지 결과에 기초하여, 상기 복수개의 수신 코일들 중 하나의 수신 코일을 선택한다.

본 발명의 실시 예에 따른, 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기는, 서로 다른 크기의 복수개의 송신 코일들을 포함하는 송신 코일부, 상기 무선 전력 수신기의 수신 코일의 크기를 감지하고, 상기 수신 코일의 크기에 기초하여 상기 복수개의 송신 코일들 중 상기 수신 코일로 상기 무선 전력을 송신하기 위한 하나의 송신 코일을 결정하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는, 서로 다른 크기의 복수개의 수신 코일들을 포함하는 수신 코일부, 상기 무선 전력 송신기의 송신 코일의 크기를 감지하고, 상기 송신 코일의 크기에 기초하여 상기 복수개의 수신 코일들 중 상기 송신 코일로부터 상기 무선 전력을 수신하기 위한 하나의 수신 코일을 결정하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른, 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 동작 방법은, 상기 무선 전력 수신기와 식별 정보를 송수신하는 과정, 상기 무선 전력 수신기를 인증하는 과정, 상기 무선 전력 수신기로 상기 무선 전력을 송신하는 과정, 상기 무선 전력 송신을 종료하는 과정을 포함하고, 상기 무선 전력을 송신하는 과정은, 상기 무선 전력 수신기의 수신 코일의 크기를 감지하는 과정, 상기 수신 코일의 크기에 기초하여 복수개의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일을 결정하는 과정, 상기 하나의 송신 코일을 통해 상기 무선 전력을 상기 무선 전력 송신기로 송신하는 과정을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 송신 코일들을 구비하는 무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기의 수신 코일의 크기를 감지하고, 상기 감지 결과에 기초하여, 상기 복수개의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일을 선택하여 무선 전력을 송신함으로써, 무선 전력 송신 효율을 최대화할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 수신 코일들을 구비하는 무선 전력 수신기는, 무선 전력 송신기의 송신 코일의 크기를 감지하고, 상기 감지 결과에 기초하여, 상기 복수개의 수신 코일들 중 하나의 수신 코일을 선택하여 무선 전력을 수신함으로써, 무선 전력 수신 효율을 최대화할 수 있다.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.
도 3a 및 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신장치를 나타낸 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신부를 나타낸 블록도이다.
도 5는 무선전력전송 시스템의 동작 흐름도로써, 무선 전력 송신 장치의 동작 상태를 중심으로 한 동작 흐름도이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 코일부 또는 수신 코일부의 상면도 및 측면도이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 송신 코일부 1400 또는 수신 코일부 2100의 상면도이다.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신 코일부 및 수신 코일부의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 장치도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 동작 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 장치도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 동작 순서도이다.

이하, 이하, 본 발명의 실시 예에 의한 코일 장치와 코일 장치의 제조 방법 및 코일 장치를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 실시 예는 무선 전력 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템을 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시 예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자기기를 사용하는 휴대단말 산업, 스마트 시계 산업, 컴퓨터 및 노트북 산업, 가전기기 산업, 전기자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 하나 또는 복수개의 전송 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면 스마트폰, 노트북 등 모바일 기기에서의 배터리 부족문제를 해결할 수 있고, 일 예로 테이블에 무선충전패드를 놓고 그 위에서 스마트폰, 노트북을 사용하면 자동으로 배터리가 충전되어 장시간 사용할 수 있게 된다. 또한 까페, 공항, 택시, 사무실, 식당 등 공공장소에 무선충전패드를 설치하면 모바일 기기 제조사별로 상이한 충전단자에 상관없이 다양한 모바일 기기를 충전할 수 있다. 또한 무선 전력 전송 기술이 청소기, 선풍기 등의 생활가전제품에 적용되면 전원케이블을 찾아 다닐 필요가 없게 되고 가정 내에서 복잡한 전선이 사라지면서 건물 내 배선이 줄고 공간활용 폭도 넓어질 수 있다. 또한 현재의 가정용 전원으로 전기자동차를 충전할 경우 많은 시간이 소요되지만 무선전력전송 기술을 통해서 고전력을 전송한다면 충전시간을 줄일 수 있게 되고 주차장 바닥에 무선충전시설을 설치하게 되면 전기자동차 주변에 전원케이블을 준비 해야 하는 불편함을 해소 할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.

무선 전력 전송 시스템 (wireless power transfer system): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템을 의미한다.

무선 전력 송신 장치(wireless power transfer system-charger; power transfer unit: PTU): 자기장 영역 내에서 무선 전력 수신 장치로 무선으로 전력을 전송하며, 시스템 전체를 관리하는 장치로 무선 전력 송신기 또는 송신기로 지칭될 수 있다.

무선 전력 수신 장치(wireless power receiver system-device; power receiver unit: PRU): 자기장 영역 내에서 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 장치로 무선 전력 수신기 또는 수신기로 지칭될 수 있다.

충전 영역(charging area): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송이 이루어지는 영역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다.

S 파라미터(scattering parameter): S 파라미터는 주파수 분포상에서 입력전압 대 출력전압의 비로 입력 포트 대 출력 포트의 비(transmission; S21) 또는 각각의 입/출력 포트의 자체 반사값, 즉 자신의 입력에 의해 반사되어 돌아오는 출력의 값(reflection; S11, S22)이다.

품질 지수 Q(quality factor): 공진에서 Q의 값은 주파수 선택의 품질을 의미하고 Q 값이 높을수록 공진 특성이 좋으며, Q 값은 공진기에서 저장되는 에너지와 손실되는 에너지의 비로 표현된다.

무선으로 전력을 전송하는 방식은, 대표적으로, 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다.

자기 유도 방식은 소스 인덕터(Ls)를 서로 근접시켜 한쪽의 소스 인덕터(Ls)에 전류를 흘리면 발생하는 자속을 매개로 부하 인덕터(Ll)에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술이다. 그리고 자기 공진 방식은 2개의 공진기를 결합하는 것으로 2개의 공진기 간의 고유 주파수에 의한 자기 공진이 발생하여 동일 주파수로 진동 하면서 동일 파장 범위에서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공명 기법을 활용하여 에너지를 무선으로 전송하는 기술이다.

도 1은 자기 유도 방식의 등가회로이다.

도 1을 참조하면, 자기 유도 방식 등가회로에서 송신장치는 전원을 공급하는 장치에 따른 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs), 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs) 그리고 수신부와의 자기적 결합을 위한 소스 코일(Ls)로 구현될 수 있고, 수신부는 수신부의 등가 저항인 부하 저항(Rl), 임피던스 매칭을 위한 부하 커패시터(Cl) 그리고 송신장치와의 자기적 결합을 위한 부하 코일(Ll)로 구현될 수 있고, 소스 코일(Ls)과 부하 코일(Ll)의 자기적 결합 정도는 상호 인덕턴스(Msl)로 나타낼 수 있다.

도 1에서 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs)와 부하 커패시터(Cl)이 없는 오로지 코일로만 이루어진 자기 유도 등가회로로부터 입력전압 대 출력전압의 비(S21)를 구하여 이로부터 최대 전력 전송 조건을 찾으면 최대 전력 전송 조건은 이하 수학식 1을 충족한다.

상기 수학식 1에 따라 송신 코일(Ls)의 인덕턴스와 소스 저항(Rs)의 비와 부하 코일(Ll)의 인덕턴스와 부하 저항(Rl)의 비가 같을 때 최대 전력 전송이 가능하다. 인덕턴스만 존재하는 시스템에서는 리액턴스를 보상할 수 있는 커패시터가 존재하지 않기 때문에 최대 전력 전달이 이루이지는 지점에서 입/출력 포트의 자체 반사값(S11)의 값은 0이 될 수 없고, 상호 인덕턴스(Msl) 값에 따라 전력 전달 효율이 크게 변화할 수 있다. 그리하여 임피던스 매칭을 위한 보상 커패시터로써 송신장치에 소스 커패시터(Cs)가 부가될 수 있고, 수신부에 부하 커패시터(Cl)가 부가될 수 있다. 상기 보상 커패시터(Cs, Cl)는 예로 수신 코일(Ls) 및 부하 코일(Ll) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 매칭을 위하여 송신장치 및 수신부 각각에는 보상 커패시터 뿐만 아니라 추가적인 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자가 더 부가될 수 있다.

도 2는 자기 공진 방식의 등가회로이다.

도 2를 참조하면, 자기 공진 방식 등가회로에서 송신장치는 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs) 그리고 소스 인덕터(Ls)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 소스 코일(source coil)과 송신측 공진 인덕터(L1)와 송신측 공진 커패시터(C1)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 송신측 공진 코일(resonant coil)로 구현되고, 수신부는 부하 저항(Rl)와 부하 인덕터(Ll)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 부하 코일(Load coil)과 수신측 공진 인덕터(L2)와 수신측 공진 커패시터(C2)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 수신측 공진 코일로 구현되며, 소스 인덕터(Ls)와 송신측 인덕터(L1)는 K01의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 부하 인덕터(Ll)와 부하측 공진 인덕터(L2)는 K23의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 송신측 공진 인덕터(L1)와 수신측 공진 인덕터(L2)는 K12의 결합 계수로 자기적으로 결합된다. 또 다른 실시예의 등가회로에서는 소스 코일 및/또는 부하 코일을 생략하고 송신측 공진 코일과 수신측 공진 코일만으로 이루어질 수도 있다.

자기 공진 방식은 두 공진기의 공진 주파수가 동일할 때에는 송신장치의 공진기의 에너지의 대부분이 수신부의 공진기로 전달되어 전력 전달 효율이 향상될 수 있고, 자기 공진 방식에서의 효율은 이하 수학식 2를 충족할 때 좋아진다.

(여기서, k는 결합계수, Γ는 감쇄율)

자기 공진 방식에서 효율을 증가시키기 위하여 임피던스 매칭을 위한 소자를 부가할 수 있고, 임피던스 매칭 소자는 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 소자가 될 수 있다.

이와 같은 무선 전력 전송 원리를 바탕으로 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전달하기 위한 무선전력전송 시스템을 살펴본다.

도 3a 및 도 3b는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 무선 전력 송신 장치를 나타낸 블록도이다.

본 발명의 실시 예에 따라, 무선 전력 송신 장치 1000은, 무선 전력 송신기, 송신기, 송신 장치로 지칭될 수 있다.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 송신 장치 1000과 송신 장치 1000으로부터 무선으로 전력을 전송 받는 수신 장치 2000을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치 1000은, 입력되는 교류 신호를 전력 변환하여 교류 신호로 출력하는 송신측 전력 변환부 101과 송신측 전력 변환부 101로부터 출력되는 교류 신호에 기초하여 자기장을 생성하여 충전 영역 내의 무선 전력 수신 장치 2000에 전력을 제공하는 송신측 공진 회로부 102 및 송신측 전력 변환부 101의 전력 변환을 제어하고, 송신측 전력 변환부 101의 출력 신호의 진폭과 주파수를 조절하고, 송신측 공진 회로부 102의 임피던스 매칭을 수행하며, 송신측 전력 변환부 101 및 송신측 공진 회로부 102로부터 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하며, 수신 장치 2000과 무선 통신할 수 있는 송신측 제어부 103을 포함할 수 있다. 송신측 전력 변환부 101은, 교류신호를 직류로 변환하는 전력 변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력 변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력 변환부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 송신측 공진 회로부 102는 코일, 및 코일과 공진할 수 있는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다. 또한 송신측 제어부 103은, 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하기 위한 센싱부와 무선 통신부를 포함할 수 있다.

또한 도 3b를 참조하면, 송신 장치 1000은, 송신측 교류/직류 변환부 1100, 송신측 직류/교류 변환부 1200, 송신측 임피던스 매칭부 1300, 송신 코일부 1400 그리고 송신측 통신 및 제어부 1500을 포함할 수 있다.

송신측 교류/직류 변환부 1100은, 송신측 통신 및 제어부 1500의 제어 하에 외부로부터 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 전력 변환부로써, 송신측 교류/직류 변환부 1100은, 서브 시스템으로 정류기 1110과 송신측 직류/직류 변환부 1120을 포함할 수 있다. 정류기 1110은, 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 시스템으로써 이를 구현하는 실시 예로 고주파수 동작 시 상대적으로 높은 효율을 가지는 다이오드 정류기, 원-칩(one-chip)화가 가능한 동기 정류기 또는 원가 및 공간 절약이 가능하고 및 데드 타임(dead time)의 자유도가 높은 하이브리드 정류기가 될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 교류를 직류로 변환하는 시스템이라면 적용 가능하다. 또한 송신측 직류/직류 변환부 1120은, 송신측 통신 및 제어부 1500의 제어 하에 정류기 1110으로부터 제공되는 직류 신호의 레벨을 조절하는 것으로 이를 구현하는 예로 입력 신호의 레벨을 낮추는 벅 컨버터(buck converter), 입력 신호의 레벨을 높이는 부스트 컨버터(boost converter), 입력 신호의 레벨을 낮추거나 높일 수 있는 벅 부스트 컨버터(buck boost converter) 또는 축 컨버터(cuk converter)가 될 수 있다. 또한 송신측 직류/직류 변환부 1120은, 전력 변환 제어 기능을 하는 스위치소자와 전력 변환 매개 역할 또는 출력 전압 평활 기능을 하는 인덕터 및 커패시터, 전압 이득을 조절 또는 전기적인 분리 기능(절연 기능)을 하는 트랜스 등을 포함할 수 있으며, 입력되는 직류 신호에 포함된 리플 성분 또는 맥동 성분(직류 신호에 포함된 교류 성분)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 그리고 송신측 직류/직류 변환부 1120의 출력 신호의 지령치와 실제 출력 치와의 오차는 피드백 방식을 통해 조절될 수 있고, 이는 송신측 통신 및 제어부 1500에 의하여 이루어 질 수 있다.

송신측 직류/교류 변환부 1200은, 송신측 통신 및 제어부 1500의 제어 하에 송신측 교류/직류 변환부 1100으로부터 출력되는 직류 신호를 교류 신호로 변환하고, 변환된 교류 신호의 주파수를 조절할 수 있는 시스템으로 이를 구현하는 예로 하프 브릿지 인버터(half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(full bridge inverter)가 있다. 그리고 무선전력전송 시스템은 직류를 교류로 변환하는 다양한 증폭기가 적용될 수 있고, 예로 A급, B급, AB급, C급, E 급 F급 증폭기가 있다. 또한 송신측 직류/교류 변환부 1200은 출력 신호의 주파수를 생성하는 오실레이터(ocillator)와 출력 신호를 증폭하는 파워 증폭부를 포함할 수 있다.

교류/직류 변환부 1100 및 송신측 직류/교류 변환부 1200의 구성은 교류 전력 공급기로 대체할 수 있으며, 생략되거나 또 다른 구성으로 대체할 수도 있다.

송신측 임피던스 매칭부 1300은, 서로 다른 임피던스를 가진 지점에서 반사파를 최소화하여 신호의 흐름을 좋게 한다. 송신 장치 1000과 수신 장치 2000의 두 코일은 공간적으로 분리되어 있어 자기장의 누설이 많으므로 송신 장치 1000과 수신 장치 2000의 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하여 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 송신측 임피던스 매칭부 1300은, 인덕터, 커패시터 그리고 저항 소자 중 적어도 하나로 구성될 수 있고, 통신 및 제어부 1500의 제어 하에 상기 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 그리고 저항의 저항 값을 가변하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 값을 조정할 수 있다. 그리고 무선 전력 전송 시스템이 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부 1300은, 직렬 공진 구조 또는 병렬 공진 구조를 가질 수 있고, 송신 장치 1000과 수신 장치 2000 사이의 유도 결합 계수를 증가시켜 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 무선 전력 전송 시스템이 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부 1300은, 송신 장치 1000과 수신 장치 2000 간의 이격 거리가 변화되거나 금속성 이물질(FO; foreign object), 다수의 디바이스에 의한 상호 영향 등에 따라 코일의 특성의 변화로 에너지 전송 선로상의 매칭 임피던스 변화에 따른 임피던스 매칭의 실시간 보정을 가능하게 할 수 있고, 그 보정 방식으로써 커패시터를 이용한 멀티 매칭 방식, 멀티 안테나를 이용한 매칭 방식, 멀티 루프를 이용한 방식 등이 될 수 있다.

송신측 코일 1400은 복수개의 코일 또는 단수개의 코일로 구현될 수 있고, 송신측 코일 1400이 복수개로 구비되는 경우 이들은 서로 이격되어 배치되거나 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 이들이 중첩되어 배치되는 경우 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정할 수 있다. 또한 송신측 코일 1400을 제작할 때 내부 저항 및 방사 저항을 고려하여 제작할 수 있고, 이 때 저항 성분이 작으면 품질 지수(quality factor)가 높아지고 전송 효율이 상승할 수 있다.

통신 및 제어부 1500은, 송신측 제어부 103과 송신측 통신부 105을 포함할 수 있다. 송신측 제어부 103은, 무선 전력 수신 장치 2000의 전력 요구량, 현재 충전량, 수신 장치 2000의 정류기 출력단의 전압(Vrect), 복수 수신부의 각 충전 효율 그리고 무선 전력 방식중 적어도 하나 이상을 고려하여 송신측 교류/직류 변환부 1100의 출력 전압(또는 송신 코일에 흐르는 전류(Itx_coil)을 조절하는 역할을 할 수 있다. 그리고 최대 전력 전송 효율를 고려하여 송신측 직류/교류 변환부 1200을 구동하기 위한 주파수 및 스위칭 파형들을 생성하여 전송될 전력을 제어할 수 있다. 또한 수신 장치 2000의 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 수신 장치 2000의 동작 전반을 제어할 수 있다. 한편 송신측 제어부 103은, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(micro controller unit; MCU) 또는 마이콤(micom)이라고 지칭될 수 있다. 송신측 통신부 105은, 수신측 통신부 205과 통신을 수행할 수 있고, 통신 방식의 일 예로 블루투스, NFC, Zigbee 등의 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 송신측 통신부 105과 수신측 통신부 205은, 상호 간에 충전 상황 정보 및 충전 제어 명령 등의 송수신을 진행할 수 있다. 그리고 상기 충전 상황 정보는 무선 전력 수신 장치 2000의 개수, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 그리고 송신 장치 1000의 전송 전력량 등을 포함할 수 있다. 또한 송신측 통신부 105은, 수신 장치 2000의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있고, 상기 충전 기능 제어 신호는 무선 전력 수신 장치 2000을 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.

이처럼, 송신측 통신부 105은, 별도의 모듈로 구성되는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 송신 장치 1000이 전송하는 전력 신호를 이용하여 수신 장치 2000이 송신 장치 1000에 전달하는 피드백 신호를 이용하고, 송신 장치 1000이 전송하는 전력 신호의 주파수를 쉬프트(frequency shift)를 이용하여 송신 장치 1000이, 수신 장치 2000에 신호를 전송하는 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 수신 장치 2000은, 피드백 신호를 변조하여 충전 개시, 충전 종료, 배터리 상태 등의 정보를 피드백 신호를 통해 무선 전력 송신 장치 1000에 전달할 수도 있다. 또한 송신측 통신부 105은, 송신측 제어부 103과 별도로 구성될 수 있고, 수신 장치 2000 또한 수신측 통신부 205이 수신 장치 2000의 제어부 203에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 무선 전력 송신 장치 1000은, 검출부 1600을 추가로 구비할 수 있다.

검출부 1600은, 송신측 교류/직류 변환부 1100의 입력 신호, 송신측 교류/직류 변환부 1100의 출력 신호, 송신측 직류/교류 변환부 1200의 입력 신호, 송신측 직류/교류 변환부 1200의 출력 신호, 송신측 임피던스 매칭부 1300의 입력 신호, 송신측 임피던스 매칭부 1300의 출력 신호, 송신측 코일 1400의 입력 신호 또는 송신측 코일 1400 상의 신호 중 적어도 하나를 검출할 수 있다. 일 예로, 상기 신호는 전류에 대한 정보, 전압에 대한 정보 또는 임피던스에 대한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 검출된 신호는 통신 및 제어부 1500으로 피드백되고 이를 기초로 상기 통신 및 제어부 1500은, 송신측 교류/직류 변환부 1100, 송신측 직류/교류 변환부 1200, 송신측 임피던스 매칭부 1300을 제어할 수 있다. 또한 검출부 1600의 검출 결과를 기초하여 상기 통신 및 제어부 1500은, FOD(foreign object detection)를 수행할 수 있다. 그리고 상기 검출되는 신호는 전압 및 전류 중 적어도 하나일 수 있다. 한편 검출부 1600은, 통신 및 제어부 1500과 상이한 하드웨어로 구성되거나, 하나의 하드웨어로 구현될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 무선 전력 수신 장치를 나타낸 블록도이다.

본 발명의 실시 예에 따라, 무선 전력 수신 장치 2100은, 무선 전력 수신기 또는 수신 장치 또는 수신기로 지칭될 수 있다.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 송신 장치 1000과 송신 장치 1000로부터 무선으로 전력을 전송 받는 수신 장치 2000을 포함할 수 있다. 수신 장치 2000은, 송신 장치 1000으로부터 전송되는 교류 신호를 수신하는 수신측 공진 회로부 201, 수신측 공진 회로부 201로부터의 교류 전력을 전력 변환하여 직류 신호로 출력하는 수신측 전력 변환부 202와 수신측 전력 변환부 202로부터 출력되는 직류 신호를 수신하여 충전되는 부하 2500 그리고 상기 수신측 공진 회로부 201의 전류 전압을 센싱하거나, 수신측 공진 회로부 201의 임피던스 매칭을 수행하거나, 수신측 전력 변환부 202의 전력 변환을 제어하고, 수신측 전력 변환부 202의 출력 신호의 레벨을 조절하거나, 수신측 전력 변환부 202의 입력 또는 출력 전압이나 전류를 센싱하거나, 수신측 전력 변환부 202의 출력 신호의 부하 2500로의 공급 여부를 제어하거나, 송신 장치 1000와 통신할 수 있는 수신측 제어부 203을 포함할 수 있다. 그리고 수신측 전력 변환부 202는 교류신호를 직류로 변환하는 전력 변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력 변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력 변환부를 포함할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 송신 장치 1000과 송신 장치 1000으로부터 무선으로 전력을 전송 받는 수신 장치 2000을 포함할 수 있다. 수신 장치 2000은, 수신측 코일부 2100 및 수신측 임피던스 매칭부 2200으로 구성된 수신측 공진 회로부 201, 수신측 교류/직류 변환부 2300, 직류/직류 변환부 2400, 부하 2500 및 수신측 통신 및 제어부 2600을 포함할 수 있다. 그리고 수신측 교류/직류 변환부 2300은, 교류 신호를 직류 신호로 정류하는 정류부로 지칭할 수 있다.

수신측 코일부 2100은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 수신측 코일부 2100은, 근거리 통신(NFC: Near Field Communication)용 안테나와 함께 휴대단말에 배치될 수 있다. 그리고 수신측 코일부 2100은 송신측 코일부 1400와 동일할 수도 있고, 수신 안테나의 치수는 수신 장치 2000의 전기적 특성에 따라 달라질 수도 있다.

수신측 임피던스 매칭부 2200은, 송신 장치 1000과 수신 장치 2000 사이의 임피던스 매칭을 수행한다.

수신측 교류/직류 변환부 2300은, 수신측 코일부 2100으로부터 출력되는 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다. 그리고 수신측 교류/직류 변환부 2300의 출력 전압은 정류 전압(Vrect)로 지칭할 수 있고, 수신측 통신 및 제어부 2600은 수신측 교류/직류 변환부 2300의 출력 전압을 검출하거나 변경할 수 있고, 수신측 교류/직류 변환부 2300의 출력 전압의 최소값인 최소 정류 전압(Vrect_min)(또는 최소 출력 전압(Vrect_min)으로 지칭), 최대값인 최대 정류 전압(Vrect_max)(또는 최대 출력 전압(Vrect_max)으로 지칭), 최소값과 최대값 사이의 값 중 어느 하나의 전압 값을 가지는 최적 정류 전압(Vrect_set)(또는 최적 출력 전압(Vrect_set)으로 지칭)에 대한 정보와 같은 상태 파라미터 정보를 송신 장치 1000에 전송할 수 있다.

수신측 직류/직류 변환부 2400은, 수신측 교류/직류 변환부 2300에서 출력되는 직류 신호의 레벨을 부하 2500의 용량에 맞게 조정할 수 있다.

부하 2500은, 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서, 배터리 관리부 그리고 각종 센서들을 포함할 수 있다. 그리고 부하 2500는 도 4a와 같이 적어도 배터리 2510 및 배터리 관리부 2520을 포함할 수 있다. 배터리 관리부 2520은, 배터리 2510의 충전 상태를 감지하여 배터리 2510으로 인가되는 전압과 전류를 조절할 수 있다.

수신측 통신 및 제어부 2600은, 송신측 통신 및 제어부 1500로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화 될 수 있고, 송신측 통신 및 제어부 1500와 통신을 수행하고, 수신 장치 2000의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.

수신 장치 2000은, 단수 또는 복수개로 구성되어 송신 장치 1000으로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달 받을 수 있다. 즉 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템에서는 하나의 송신 장치 1000로부터 복수의 수신 장치들이 전력을 공급받을 수 있다. 이때 송신 장치 1000의 송신측 임피던스 매칭부 1300은, 복수개의 수신 장치들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다. 이는 자기 유도 방식에서 서로 독립적인 수신측 코일부를 복수개 구비하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한 수신 장치 2000이 복수개로 구성된 경우 전력 수신 방식이 동일한 시스템이거나, 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다. 이 경우, 송신 장치 1000은, 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 시스템이거나 양 방식을 혼용한 시스템일 수 있다.

한편 무선 전력 전송 시스템의 신호의 크기와 주파수 관계를 살펴보면, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신 장치 1000에서 송신측 교류/직류 변환부 1100은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부 1200은 직류 신호를 인가 받아 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신 장치 2000의 수신측 교류/직류 변환부 2300은 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V대(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 수신측 직류/직류 변환부 2400은, 부하 2500에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 부하 2500에 전달할 수 있다. 그리고 자기 공진 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신 장치 1000에서 송신측 교류/직류 변환부 1100은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부 1200은 직류 신호를 인가받아 MHz대(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신 장치 2000의 수신측 교류/직류 변환부 2300은, MHz(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V (예를 들어 10V~20V)의 수신측 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 직류/직류 변환부 2400은 부하 2500에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 부하 2500에 전달할 수 있다.

도 5는 무선전력전송 시스템의 동작 흐름도로써, 무선 전력 송신 장치의 동작 상태를 중심으로 한 동작 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 송신부 1000은 적어도 1) 대기 상태, 2) 디지털 핑 상태, 3) 인증 상태, 4) 전력 전달 상태 및 5) 충전 종료 상태를 가질 수 있다.

[대기 상태(Standby)]

(1) 송신부 1000에 외부로부터 전원이 인가되어 송신부 1000이 시동되는 경우, 송신부 1000은 대기 상태가 될 수 있다. 대기 상태에 있는 송신부 1000은 충전 영역에 배치된 객체(object)(예를 들어 수신부 2000이나 금속성 이물질(FO))의 존재 여부를 검출할 수 있다.

(2) 송신부 1000이 충전 영역에 객체의 존재를 검출하는 방법으로는 자속의 변화, 객체와 송신부 1000 사이의 커패시턴스의 변화나 인덕턴스의 변화 또는 공진 주파수의 쉬프트를 모니터링 함으로써 객체를 검출할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

(3) 송신부 1000이 충전 영역 내의 수신부 2000인 객체를 검출하면 다음 단계인 디지털 핑 상태로 넘어갈 수 있다.

[디지털 핑 상태(Digital ping)]

(1) 디지털 핑 상태에서 송신부 1000은, 충전 가능한 수신부 2000과 접속되고, 송신부 1000으로부터 제공되는 무선 전력으로 충전이 가능한 유효한 수신부 2000인지 확인한다. 그리고 송신부 1000은, 충전 가능한 수신부 2000과 연결되기 위하여 기 설정된 주파수와 타이밍을 가진 디지털 핑을 생성하여 출력할 수 있다.

(2) 만약 디지털 핑을 위한 충분한 전력 신호를 수신부 2000으로 전달되면 수신부 2000은 통신 프로토콜에 따라 상기 전력 신호를 변조함으로써 상기 디지털 핑에 대해 응답할 수 있다. 그리고 만약 송신부 1000이 수신부 2000으로부터 유효한 신호를 수신하면 전력 신호를 제거하지 않은 상태로 인증 상태로 넘어갈 수 있다. 그리고 만약 수신부 2000으로부터 충전 종료(EOC) 요청이 수신되는 경우 송신부 1000은 충전 종료 상태로 넘어갈 수 있다.

(3) 또한 유효한 수신부 2000이 검출되지 않는 경우나 디지털 핑에 대한 객체의 응답 시간이 기 설정된 시간을 초과한 경우 송신부 1000은 전력 신호를 제거하여 대기 상태로 되돌아 갈 수 있다.

[인증 상태(Identification)]

(1) 송신부 1000의 디지털 핑에 따른 수신부 2000의 응답이 완료되면 송신부 1000은 송신부 1000의 인증 정보를 수신부 2000에 전송하여 송신부 1000 및 수신부 2000 상호간의 호환성을 확인할 수 있다. 그리고 호환성이 확인되면 수신부 2000은 인증 정보를 송신부 1000에 전송할 수 있다. 그리고 송신부 1000은 수신부 2000의 인증 정보를 확인할 수 있다.

(2) 송신부 1000은 상호간의 인증이 완료되면 전력 전송 상태로 넘어가고, 인증이 실패 하였거나, 기 설정된 인증 시간을 초과한 경우에는 대기 상태로 되돌아 갈 수 있다.

[전력 전송 상태(Power Transfer)]

(1) 송신부 1000의 통신 및 제어부 1500은, 수신부 2000으로부터 제공받은 제어 데이터를 기초하여 송신부 1000을 제어함으로써 수신부 2000에 충전 전력을 제공할 수 있다.

(2) 나아가 송신부 1000은, 적절한 동작 범위를 벗어나지 않았는지 또는 FOD에 따른 안정성이 문제되지 않는지 검증할 수 있다.

(3) 또한 송신부 1000은, 수신부 2000으부터 충전 종료 요청 신호를 수신하거나, 기 설정된 한계 온도치를 초과하는 경우, 송신부 1000은 전력 전송을 중단할 수 있고 충전 종료 상태로 넘어갈 수 있다.

(4) 또한 전력을 전송하기 적당하지 않은 상황으로 변한 경우, 전력 신호는 제거되고 대기 상태로 되돌아 갈 수 있다. 그리고 수신부 2000이 제거된 후 다시 수신부 2000이 충전 영역에 들어오면 전술한 사이클이 다시 진행할 수 있다.

(5) 또한 수신부 2000의 부하 2500의 충전 상태에서 따라서 다시 인증 상태로 돌아가 부하 2500의 상태 정보를 기초로 조절된 충전 전력을 수신부 2000에 제공할 수 있다.

[충전 종료 상태(End of Charge (EOC))

(1) 송신부 1000은 수신부 2000으로부터 충전이 완료 되었다는 정보를 수신하거나, 수신부 2000이 기 설정된 온도 이상으로 상승했다는 정보를 수신하는 경우 충전 종료 상태로 넘어갈 수 있다.

(2) 송신부 1000이 수신부 2000으로부터 충전 완료 정보를 수신한 경우 송신부 1000은 전력 전송을 중단할 수 있고, 일정 시간 동안 대기할 수 있다. 그리고 일정 시간이 경과된 후 송신부 1000은 충전 영역에 배치된 수신부 2000과 연결되기 위하여 디지털 핑 상태로 진입할 수 있다.

(3) 그리고 송신부 1000이 수신부 2000으로부터 기 설정된 온도를 초과했다는 정보를 수신한 경우, 일정 시간 동안 대기할 수 있다. 그리고 일정 시간 경과 후 송신부 1000은 충전 영역에 배치된 수신부 2000과 접속되기 위하여 디지털 핑 상태로 진입 할 수 있다.

(4) 또한 송신부 1000은 일정 시간 동안 충전 영역에서 수신부 2000이 제거되었는지 모니터링 할 수 있고, 수신부 2000이 충전 영역으로부터 제거되면 대기 상태로 되돌아 갈 수 있다.

도 6a 내지 6d는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 코일부 또는 수신 코일부의 상면도 및 측면도이다.

도 6a를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 코일부 1400은, 서로 다른 크기의 복수개의 송신 코일들 1410 및 1420을 포함한다. 예를 들어, 송신 코일부 1400은, 원형의 제1 송신 코일 1410 및 제2 송신 코일 1420을 포함한다. 이때, 제1 송신 코일 1410의 크기는, 제2 송신 코일 1420 보다 작을 수 있다. 송신 코일부 1400는 복수개의 송신 코일들 1410 및 1420 사이에 배치되는 인쇄 회로 기판 1450을 포함한다. 인쇄 회로 기판 1450의 크기는, 복수개의 송신 코일들 1410 및 1420의 크기를 초과할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 복수개의 송신 코일들 1410 및 1420은, 인쇄 회로 기판 1450의 한쪽 면에 수직 방향으로 적층되도록 배치될 수 있다.

도 6a를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수신 코일부 2100은, 서로 다른 크기의 복수개의 수신 코일들 2110 및 2120을 포함한다. 예를 들어, 수신 코일부 2100은, 원형의 제1 수신 코일 2110 및 제2 송신 코일 2120을 포함한다. 이때, 제1 수신 코일 2110의 크기는, 제2 수신 코일 2120 보다 작을 수 있다. 수신 코일부 2100는 복수개의 수신 코일들 2110 및 2120 사이에 배치되는 인쇄 회로 기판 2150을 포함한다. 인쇄 회로 기판 2150의 크기는, 상기 복수개의 수신 코일들 2110 및 2120의 크기를 초과할 수 있다.

도 6b를 참고하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 복수개의 송신 코일들 1410 및 1420은, 사각형일 수 있다. 또한, 복수개의 수신 코일들 2110 및 2120은, 사각형일 수 있다.

도 7a 내지 7d는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 송신 코일부 1400 또는 수신 코일부 2100의 상면도이다.

도 7a 내지 7d를 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 송신 코일부 1400은, 서로 다른 크기와 서로 다른 모양의 복수개의 송신 코일들 1410 및 1420을 포함한다. 마찬가지로, 수신 코일부 2100은, 서로 다른 크기와 서로 다른 모양의 복수개의 수신 코일들 2110 및 2120을 포함한다.

예를 들어, 도 7a를 참고하면, 송신 코일부 1400은, 가로로 긴 사각형의 제1 송신 코일 1410 및 세로로 긴 사각형의 제2 송신 코일 1420을 포함한다. 또한, 수신 코일부 2100은, 가로로 긴 사각형의 제1 수신 코일 2110 및 세로로 긴 사각형의 제2 수신 코일 2120을 포함한다.

도 7b를 참고하면, 송신 코일부 1400은, 원형의 제1 송신 코일 1410 및 사각형의 제2 송신 코일 1420을 포함한다. 제1 송신 코일 1420의 지름은 제2 송신 코일 1410의 한변의 길이를 초과할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 제1 송신 코일 1420의 지름은 제2 송신 코일 1410의 한변의 길이 미만일 수 있다.

또한, 수신 코일부 2100은, 원형의 제1 수신 코일 2110 및 사각형의 제2 수신 코일 2120을 포함한다. 제1 수신 코일 2120의 지름은 제2 수신 코일 2110의 한변의 길이를 초과할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 제1 수신 코일 2120의 지름은 제2 수신 코일 2110의 한변의 길이 미만일 수 있다.

도 7c를 참고하면, 송신 코일부 1400은, 원형의 제1 송신 코일 1410, 가로로 긴 사각형의 제2 송신 코일 1420 및 세로로 긴 사각형의 제3 송신 코일 1430을 포함한다. 또한, 수신 코일부 2100은, 원형의 제1 수신 코일 2110, 가로로 긴 사각형의 제2 수신 코일 2120 및 세로로 긴 사각형의 제3 수신 코일 2130을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 복수개의 송신 코일들 1410, 1420 및 1430의 크기는 달라질 수 있다. 또한, 복수개의 수신 코일들 21210, 2120 및 2130의 크기는 달라질 수 있다.

도 8a 내지 8c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신 코일부 및 수신 코일부의 측면도이다.

도 8a를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 송신 코일부 1400은 복수개의 송신 코일들 1410, 1420, 1430 및 1440을 포함한다. 이때, 수신 코일부 2100은 하나의 코일로 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라 복수개의 송신 코일들 1410, 1420, 1430 및 1440의 모양, 크기, 배치 순서는 달라질 수 있다.

도 8b를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 수신 코일부 2100은 복수개의 수신 코일들 2110, 2120, 2130 및 2140을 포함한다. 이때, 송신 코일부 1400은 하나의 코일로 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라 복수개의 수신 코일들 2110, 2120, 2130 및 2140의 모양, 크기, 배치 순서는 달라질 수 있다.

도 8c를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 송신 코일부 1400은 복수개의 송신 코일들 1410, 1420, 1430 및 1440을 포함한다. 또한, 수신 코일부 2100은 복수개의 수신 코일들 2110, 2120, 2130 및 2140을 포함한다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라 복수개의 송신 코일들 1410, 1420, 1430 및 1440의 모양, 크기, 배치 순서는 달라질 수 있다. 또한, 복수개의 수신 코일들 2110, 2120, 2130 및 2140의 모양, 크기, 배치 순서는 달라질 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 장치도이다.

도 9를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기 1000은, 제어부 103, 통신부 105, 전력원 107, 송신 코일부 1400을 포함한다.

송신 코일부 1400은, 서로 다른 크기의 복수개의 송신 코일들을 포함한다. 제어부 103은, 무선 전력 수신기 2000의 수신 코일의 크기를 감지한다. 제어부 103은, 상기 수신 코일의 크기에 기초하여 상기 복수개의 송신 코일들 중 상기 수신 코일로 상기 무선 전력을 송신하기 위한 하나의 송신 코일을 결정한다.

상기 복수개의 송신 코일들은, 수직 방향으로 적층되도록 배치된다. 상기 복수개의 송신 코일들 각각은, 동일한 모양 또는 상이한 모양이다.

상기 통신부 105는, 무선 전력 수신기 2000으로부터 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보를 수신한다. 제어부 103은, 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 하나의 송신 코일을 결정한다.

송신 코일부 1400은, 상기 복수개의 송신 코일들 사이에 위치하는 인쇄 회로 기판을 더 포함한다.

제어부 103은, 상기 무선 전력의 양을 결정한다. 제어부 103은, 상기 결정된 무선 전력의 양에 관한 정보를 생성한다. 통신부 105는, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보를 상기 무선 전력 수신기 2000으로 송신한다.

통신부 105는, 무선 전력 수신기 2000으로부터 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보를 수신한다. 제어부 103은, 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 하나의 송신 코일을 결정한다. 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보는, 무선 전력 수신기 2000이 상기 무선 전력의 양에 관한 정보에 기초하여 결정한 복수개의 수신 코일들 중 하나의 수신 코일이다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 동작 순서도이다.

무선 전력 송신기 1000은, 무선 전력 수신기 2000과 식별 정보를 송수신한다. 무선 전력 송신기 1000은, 무선 전력 수신기 2000을 인증한다. 무선 전력 송신기 1000은, 무선 전력 수신기 2000으로 무선 전력을 송신한다. 무선 전력 송신기 1000은, 상기 무선 전력 송신을 종료한다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기 1000은, 아래와 같이 무선 전력을 송신한다.

도 10을 참고하면, 무선 전력 송신기 1000은, 1001단계에서 무선 전력 수신기 2000의 수신 코일의 크기를 감지한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 무선 전력 송신기 1000은, 무선 전력 수신기 2000으로부터 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보를 수신한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따라, 무선 전력 송신기 1000은, 무선 전력 수신기 2000으로 송신하기 위한 무선 전력의 양을 미리 결정할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기 1000은, 상기 결정된 무선 전력의 양에 관한 정보를 생성한다. 무선 전력 송신기 1000은, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보를 무선 전력 수신기 2000으로 송신한다. 무선 전력 수신기 2000은, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보에 기초하여, 상기 수신 코일의 크기를 결정한다. 무선 전력 수신기 2000은, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보에 기초하여 결정된 수신 코일의 크기에 관한 정보를 수신한다.

무선 전력 송신기 1000은, 1003단계에서 상기 수신 코일의 크기에 기초하여 복수개의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일을 결정한다. 무선 전력 송신기 1000은, 서로 다른 크기의 복수개의 송신 코일들을 포함한다. 상기 복수개의 송신 코일들은, 수직 방향으로 적층되도록 배치된다. 상기 복수개의 송신 코일들 각각은, 동일한 모양 또는 상이한 모양이다. 무선 전력 송신기 1000은, 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 하나의 송신 코일을 결정한다.

무선 전력 송신기 1000은, 1005단계에서, 상기 하나의 송신 코일을 통해 상기 무선 전력을 무선 전력 송신기 2000으로 송신한다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 장치도이다.

도 11을 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은, 제어부 203, 통신부 205, 수신 코일부 2100, 부하 2500을 포함한다.

수신 코일부 2100은, 서로 다른 크기의 복수개의 수신 코일들을 포함한다. 제어부 203은, 무선 전력 송신기 1000의 송신 코일의 크기를 감지한다. 제어부 203은, 상기 송신 코일의 크기에 기초하여 상기 복수개의 수신 코일들 중 상기 송신 코일로부터 상기 무선 전력을 수신하기 위한 하나의 수신 코일을 결정한다.

상기 복수개의 수신 코일들은, 수직 방향으로 적층되도록 배치된다. 상기 복수개의 수신 코일들 각각은, 동일한 모양 또는 상이한 모양이다.

통신부 205는, 무선 전력 송신기 1000으로부터 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보를 수신한다. 제어부 203은, 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 수신 코일을 결정한다. 수신 코일부 2100은, 상기 복수개의 수신 코일들 사이에 위치하는 인쇄 회로 기판을 더 포함한다.

제어부 203은, 수신하기 위한 무선 전력의 양을 결정한다. 제어부 203은, 상기 결정된 무선 전력의 양에 관한 정보를 생성한다.

통신부 205는, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보를 무선 전력 송신기 2000으로 송신한다. 통신부 205는, 무선 전력 송신기 1000으로부터 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보를 수신한다. 제어부 205는, 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 하나의 수신 코일을 결정한다. 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보는, 무선 전력 송신기 1000이 상기 무선 전력의 양에 관한 정보에 기초하여 결정한 복수개의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일이다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 동작 순서도이다.

도 12를 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은, S1201단계에서 무선 전력 송신기 1000의 송신 코일의 크기를 감지한다.

본 발명의 실시 예에 따라 무선 전력 수신기 2000은, 무선 전력 송신기 1000으로부터 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보를 수신한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따라, 무선 전력 수신기 2000은, 수신하기 위한 무선 전력의 양을 결정한다. 무선 전력 수신기 2000은, 상기 결정된 무선 전력의 양에 관한 정보를 생성한다. 무선 전력 수신기 2000은, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보를 무선 전력 송신기 1000으로 송신한다. 무선 전력 송신기 1000은, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보에 기초하여 복수개의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일을 결정한다. 무선 전력 송신기 1000은, 상기 하나의 송신 코일에 관한 정보를 무선 전력 수신기 2000으로 송신한다. 무선 전력 수신기 2000은, 상기 하나의 코일에 관한 정보에 기초하여, 복수개의 수신 코일들 중 하나의 수신 코일을 결정한다.

무선 전력 수신기 2000은, S1203단계로 진행하여 복수개의 수신 코일들 중 하나의 수신 코일을 결정한다. 무선 전력 수신기 2000은, 서로 다른 크기의 복수개의 수신 코일들을 포함한다. 상기 복수개의 수신 코일들은, 수직 방향으로 적층되도록 배치된다. 상기 복수개의 수신 코일들 각각은, 동일한 모양 또는 상이한 모양이다. 무선 전력 수신기 2000은, 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 수신 코일을 결정한다.

무선 전력 수신기 2000은, S1205단계로 진행하여, 상기 결정된 하나의 수신 코일을 통해, 무선 전력 송신기 1000으로부터 무선 전력을 수신한다.

1000: 무선 전력 송신기
103: 제어부
105: 통신부
107: 전원 공급부
1400: 송신 코일부
2000: 무선 전력 수신기
203: 제어부
205: 통신부
2100: 송신 코일부
2500: 부하

Claims (15)

1. 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기는,
   서로 다른 크기의 복수개의 송신 코일들을 포함하는 송신 코일부;
   상기 무선 전력 수신기의 수신 코일의 크기를 감지하고, 상기 수신 코일의 크기에 기초하여 상기 복수개의 송신 코일들 중 상기 수신 코일로 상기 무선 전력을 송신하기 위한 하나의 송신 코일을 결정하는 제어부를 포함하는 무선 전력 송신기.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 복수개의 송신 코일들은, 수직 방향으로 적층되도록 배치되는 무선 전력 송신기.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 복수개의 송신 코일들 각각은, 동일한 모양 또는 상이한 모양인 무선 전력 송신기.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 무선 전력 수신기로부터 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보를 수신하는 통신부를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 하나의 송신 코일을 결정하는 무선 전력 송신기.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 송신 코일부는, 상기 복수개의 송신 코일들 사이에 위치하는 인쇄 회로 기판을 더 포함하는 무선 전력 송신기.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 무선 전력의 양을 결정하고, 상기 결정된 무선 전력의 양에 관한 정보를 생성하고,
   상기 통신부는, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보를 상기 무선 전력 수신기로 송신하는 무선 전력 송신기.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 통신부는, 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보를 수신하고,
   상기 제어부는, 상기 수신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 하나의 송신 코일을 결정하고,
   상기 수신 코일의 크기에 관한 정보는, 상기 무선 전력 수신기가 상기 무선 전력의 양에 관한 정보에 기초하여 결정한 복수개의 수신 코일들 중 하나의 수신 코일인 무선 전력 송신기.
8. 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는,
   서로 다른 크기의 복수개의 수신 코일들을 포함하는 수신 코일부;
   상기 무선 전력 송신기의 송신 코일의 크기를 감지하고, 상기 송신 코일의 크기에 기초하여 상기 복수개의 수신 코일들 중 상기 송신 코일로부터 상기 무선 전력을 수신하기 위한 하나의 수신 코일을 결정하는 제어부를 포함하는 무선 전력 수신기.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 복수개의 수신 코일들은, 수직 방향으로 적층되도록 배치되는 무선 전력 수신기.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 복수개의 수신 코일들 각각은, 동일한 모양 또는 상이한 모양인 무선 전력 수신기.
11. 제8 항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기로부터 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보를 수신하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 수신 코일을 결정하는 무선 전력 수신기.
12. 제8 항에 있어서,
    상기 수신 코일부는, 상기 복수개의 수신 코일들 사이에 위치하는 인쇄 회로 기판을 더 포함하는 무선 전력 수신기.
13. 제8 항에 있어서,
    상기 제어부는, 수신하기 위한 무선 전력의 양을 결정하고, 상기 결정된 무선 전력의 양에 관한 정보를 생성하고,
    상기 통신부는, 상기 무선 전력의 양에 관한 정보를 상기 무선 전력 송신기로 송신하는 무선 전력 수신기.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 통신부는, 상기 무선 전력 송신기로부터 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보를 수신하고,
    상기 제어부는, 상기 송신 코일의 크기에 관한 정보에 기초하여 상기 하나의 수신 코일을 결정하고,
    상기 송신 코일의 크기에 관한 정보는, 상기 무선 전력 송신기가 상기 무선 전력의 양에 관한 정보에 기초하여 결정한 복수개의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일인 무선 전력 송신기.
15. 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 동작 방법은,
    상기 무선 전력 수신기와 식별 정보를 송수신하는 과정;
    상기 무선 전력 수신기를 인증하는 과정;
    상기 무선 전력 수신기로 상기 무선 전력을 송신하는 과정;
    상기 무선 전력 송신을 종료하는 과정을 포함하고,
    상기 무선 전력을 송신하는 과정은,
    상기 무선 전력 수신기의 수신 코일의 크기를 감지하는 과정;
    상기 수신 코일의 크기에 기초하여 복수개의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일을 결정하는 과정;
    상기 하나의 송신 코일을 통해 상기 무선 전력을 상기 무선 전력 송신기로 송신하는 과정을 포함하는 무선 전력 송신기의 동작 방법.

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