KR20180000494A

KR20180000494A - 송신기 위치 조정 장치, 이동식 무선 전력 송신기 및 이의 동작 방법

Info

Publication number: KR20180000494A
Application number: KR1020160078535A
Authority: KR
Inventors: 임성현
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2018-01-03

Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 전력 전송 효율을 개선하는 방식에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기는, 수신기 코일로 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기, 상기 무선 전력 송신기의 송신기 코일과 상기 수신기 코일 간의 정렬 상태 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 위치를 결정하는 슬라이드 제어부 및 상기 결정된 무선 전력 송신기의 위치에 따라 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 슬라이드 구동부를 포함할 수 있다.

Description

송신기 위치 조정 장치, 이동식 무선 전력 송신기 및 이의 동작 방법{Position Controller for Transmitter, Movable Wireless Power Transmitter, And Method of Operating The Same}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 전력 전송 효율을 개선하는 방식에 관한 것이다.

최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.

언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.

무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.

현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.

자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.

자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.

최근에는 충전 베드에 놓여진 무선 전력 수신기의 인식률을 높이기 위해 복수의 코일들이 장착된 무선 전력 송신기가 출시되고 있다. 복수의 코일들은 전력 송신 효율을 최적화하고 충전이 불가능한 영역인 데드 존(dead zone)을 방지하기 위해 적절한 위치에 배치될 것이 요구된다.

아울러, 사용자가 충전 베드 상에 무선 전력 수신기를 거치한 뒤, 특정한 이유(차량의 흔들림 등)로 충전 베드의 송신 코일과 무선 전력 수신기의 수신 코일 간의 정렬 상태가 좋지 못한 경우 전력 송신 효율이 저하될 수 있다. 이러한 상태가 유지되면 일정 시간이 경과 후에도 충전이 제대로 이루어지지 않아, 사용자의 체감 품질이 떨어지고 코일 간의 정렬 상태를 개선하기 위해 사용자의 조작이 요구되는 불편을 초래할 수 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 송신기 위치 조정 장치, 이동식 무선 전력 송신기 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 송신기 코일 및 수신기 코일 간의 정렬 상태가 불량한 경우 이를 감지하여 전력 전송 효율을 개선할 수 있는 송신기 위치 조정 장치, 이동식 무선 전력 송신기 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기는, 수신기 코일로 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기; 상기 무선 전력 송신기의 송신기 코일과 상기 수신기 코일 간의 정렬 상태 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 위치를 결정하는 슬라이드 제어부; 및 상기 결정된 무선 전력 송신기의 위치에 따라 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 슬라이드 구동부를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 슬라이드 구동부는, 상기 무선 전력 송신기의 위치를 상하 방향으로 이동시키는 제1 슬라이드 제어부; 및 상기 무선 전력 송신기의 위치를 좌우 방향으로 이동시키는 제2 슬라이드 제어부를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 슬라이드 제어부는, 미리 정해진 오프셋만큼 일 방향으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신기의 위치가 이동된 후, 이동 후의 정렬 상태 정보가 직전의 정렬 상태 정보보다 더 낮은 경우 상기 슬라이드 제어부는, 다른 방향으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 슬라이드 제어부는, 지그재그 방식으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 슬라이드 제어부는, 정상적으로 무선 전력 송수신이 이루어지는 것으로 판단되는 최소의 정렬 상태 정보인 임계치와 현재의 정렬 상태 정보 간의 차이에 기반하여 결정된 거리만큼 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 슬라이드 제어부는, 상기 무선 전력 송신기의 식별 정보에 맵핑된 수신기 좌표 정보에 대응하는 위치로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기의 동작 방법은, 충전 베드 상에 거치된 무선 전력 송신기의 송신기 코일과 수신기 코일 간의 정렬 상태 정보를 수집하는 단계; 상기 정렬 상태 정보가 정상적으로 무선 전력 송수신이 이루어지는 것으로 판단되는 최소의 정렬 상태 정보인 임계치 이하인지 판단하는 단계; 및 상기 정렬 상태 정보가 상기 임계치 이하인 경우, 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 송신기 위치 조정 장치는, 수신기 코일로 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기의 송신기 코일과 상기 수신기 코일 간의 정렬 상태 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 위치를 결정하는 슬라이드 제어부; 및 상기 결정된 무선 전력 송신기의 위치에 따라 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 슬라이드 구동부를 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 장치 또는 방법에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 송신기 위치 조정 장치, 이동식 무선 전력 송신기 및 이의 동작 방법에 의하면, 송신 코일과 수신 코일 간의 정렬 상태가 불량한 경우, 자동적으로 송신 코일의 충전 영역을 수신 코일 측으로 이동시킴으로써 무선 전력 전송 효율을 개선할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 상기 도 8에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기를 나타낸 블록도이다.
도 11은 도 10의 이동식 무선 전력 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 10의 이동식 무선 전력 송신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기를 나타낸 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.

도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 부호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)(또는 신호 세기 패킷)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.

상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.

만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(116, 126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.

도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 4를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.

선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링 할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S401). 선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.

핑 단계(420)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S402). 또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다(S403).

핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404).

식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S405).

수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S406).

전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S407).

또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).

상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.

도 5은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 5를 참조하면, PMA 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 대기 단계(Standby Phase, 510), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase, 520), 식별 단계(Identification Phase, 530), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 540) 단계 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase, 550)로 구분될 수 있다.

대기 단계(510)는 파워 전송을 위한 수신기 식별 절차를 수행하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 대기 단계(510)에서 송신기는 충전 표면(Charging Surface)에 물체가 존재하는지를 모니터링 할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되거나 RXID 재시도가 진행중인 경우, 디지털 핑 단계(520)로 천이할 수 있다(S501). 여기서, RXID는 PMA 호환 수신기에 할당되는 고유 식별자이다. 대기 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping)을 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면-예를 들면, 충전 베드-의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.

디지털 핑 단계(520)로 천이된 송신기는 감지된 물체가 PMA 호환 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 송출한다. 송신기가 전송한 디지털 핑 신호에 의해 수신단에 충분한 전력이 공급되는 경우, 수신기는 수신된 디지털 핑 신호를 PMA 통신 프로토콜에 따라 변조하여 소정 응답 시그널을 송신기에 전송할 수 있다. 여기서, 응답 시그널은 수신기에 수신된 전력의 세기를 지시하는 신호 세기 지시자가 포함될 수 있다. 디지털 핑 단계(520)에서 수신기는 유효한 응답 시그널이 수신되면, 식별 단계(530)로 천이할 수 있다(S502).

만약, 디지털 핑 단계(520)에서, 응답 시그널이 수신되지 않거나, PMA 호환 수신기가 아닌 것으로 확인되면-즉, FOD(Foreign Object Detection)인 경우-, 송신기는 대기 단계(510)로 천이할 수 있다(S503). 일 예로, FO(Foreign Object)는 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.

식별 단계(530)에서, 송신기는 수신기 식별 절차가 실패하거나 수신기 식별 절차를 재수행하여야 하는 경우 및 미리 정의된 시간 동안 수신기 식별 절차를 완료하지 못한 경우에 대기 단계(510)로 천이할 수 있다(S504).

송신기는 수신기 식별에 성공하면, 식별 단계(530)에서 전력 전송 단계(540)로 천이하여 충전을 개시할 수 있다(S505).

전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 원하는 신호가 미리 정해진 시간 이내에 수신되지 않거나(Time Out), FO가 감지되거나, 송신 코일의 전압이 미리 정의된 기준치를 초과하는 경우, 대기 단계(510)으로 천이할 수 있다(S506).

또한, 전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 내부 구비된 온도 센서에 의해 감지된 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 완료 단계(550)로 천이할 수 있다(S507).

충전 완료 단계(550)에서, 송신기는 수신기가 충전 표면에서 제거된 것이 확인되면, 대기 상태(510)으로 천이할 수 있다(S509).

또한, 송신기는 Over Temperature 상태에서, 일정 시간 경과 후 측정된 온도가 기준치 이하로 떨어진 경우, 충전 완료 단계(550)에서 디지털 핑 단계(520)로 천이할 수 있다(S510).

디지털 핑 단계(520) 또는 전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 수신기로부터 EOC(End Of Charge) 요청이 수신되면, 충전 완료 단계(550)로 천이할 수도 있다(S508 및 S511).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기의 상태는 크게 비활성화 상태(Disable State, 610), 부트 상태(Boot State, 620), 활성화 상태(Enable State, 630)(또는, On state) 및 시스템 오류 상태(System Error State, 640)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 무선 전력 수신기의 상태는 무선 전력 수신기의 정류기단에서의 출력 전압의 세기-이하, 설명의 편의를 위해 V_RECT이라 명함-에 기반하여 결정될 수 있다.

활성화 상태(630)는 V_RECT의 값에 따라 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 631), 저전압 상태(Low Voltage State, 632) 및 고전압 상태(High Voltage State, 633)로 구분될 수 있다.

비활성화 상태(610)의 무선 전력 수신기는 측정된 V_RECT 값이 미리 정의된 V_{RECT_BOOT} 값보다 크거나 같으면, 부트 상태(620)로 천이할 수 있다.

부트 상태(620)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와의 대역외 통신 링크를 설정하고 V_RECT값이 부하단에 요구되는 전력에 도달할 때까지 대기할 수 있다.

부트 상태(620)의 무선 전력 수신기는 V_RECT값이 부하단에 요구되는 전력에 도달된 것이 확인되면, 활성화 상태(630)로 천이하여 충전을 시작할 수 있다.

활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 충전이 완료되거나 충전이 중단된 것이 확인되면, 부트 상태(620)로 천이될 수 있다.

또한, 활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 소정 시스템 오류가 감지되면, 시스템 오류 상태(640)로 천이할 수 있다. 여기서, 시스템 오류는 과전압, 과전류 및 과열뿐만 아니라 미리 정의된 다른 시스템 오류 조건이 포함될 수 있다.

또한, 활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 V_RECT값이 V_{RECT_BOOT} 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(610)로 천이될 수도 있다.

또한, 부트 상태(620) 또는 시스템 오류 상태(640)의 무선 전력 수신기는 V_RECT값이 V_{RECT_BOOT} 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(610)로 천이될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 710), 전력 절약 상태(Power Save State, 720), 저전력 상태(Low Power State, 730), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 740), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 750) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 760)을 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(710)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(710)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다.

전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.

여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.

전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 충전 영역상에 전도성 물체의 존재 여부를 감지하기 위한 제1 비콘 시퀀스(First Beacon Sequence)를 주기적으로 생성하여 전송하고, 수신 공진기의 임피던스 변화-즉, Load Variation-를 감지할 수 있다.

또한, 전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 감지된 물체를 식별하기 위한 소정 제2 비콘 시퀀스(Second Beacon Sequence) 주기적으로 생성하여 전송할 수도 있다. 이때, 제1 비콘 시퀀스와 제2 비콘 시퀀스는 서로 중첩되지 않도록 해당 비콘의 전송 타이밍이 결정될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제1 비콘 시퀀스와 제2 비콘 시퀀스를 각각 숏 비콘 시퀀스(Short Beacon Sequence)와 롱 비콘 시퀀스(Long Beacon Sequence)라 명하기로 한다.

특히, 숏 비콘 시퀀스는 충전 영역상에 전도성 물체가 감지되기 전까지 무선 전력 송신기의 대기 전력이 절약될 수 있도록 짧은 구간 동안(t_SHORT _{_BEACON}) 일정 시간 간격(t_CYCLE)으로 반복 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, t_SHORT _{_BEACON}은 30ms이하, t_CYCLE은 250ms ±5 ms로 각각 설정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한, 숏 비콘 시퀀스에 포함된 각각의 숏 비콘의 전류 세기는 소정 기준치 이상이고, 일정 시간 구간 동안 점증적으로 증가될 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 숏 비콘 수신에 따른 수신 공진기에서의 리액턴스(reactance) 및 저항(resistance) 변화를 감지하기 위한 소정 센싱 수단이 구비될 수 있다.

또한, 전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 부팅(Booting) 및 응답에 필요한 충분한 전력을 공급하기 위한 상기 제2 비콘 시퀀스-즉, 롱 비콘 시퀀스-를 주기적으로 생성하여 전송할 수 있다.

즉, 무선 전력 수신기는 롱 비콘 시퀀스를 통해 부팅이 완료되면, 대역외 통신 채널을 통해 소정 응답 신호를 브로드캐스팅하여 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.

특히, 롱 비콘 시퀀스는 무선 전력 수신기의 부팅에 필요한 충분한 전원을 공급하기 위해 숏 비콘 시퀀스에 비해 상대적으로 긴 구간 동안(t_{LONG_BEACON})동안 일정 시간 간격(t_LONG _{_BEACON_PERIOD})으로 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, t_LONG _{_BEACON}은 105 ms+5 ms, t_LONG _{_BEACON_PERIOD}은 850ms로 각각 설정될 수 있으며, 각각의 롱 비콘의 전류 세기는 숏 비콘의 전류 세기에 비해 상대적으로 강할 수 있다. 또한, 롱 비콘은 전송 구간 동안 전력 세기가 일정하게 유지될 수 있다.

이 후, 무선 전력 송신기는 수신 공진기의 임피던스 변화가 감지되면, 롱 비콘 전송 구간 동안 소정 응답 신호의 수신을 대기할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 응답 신호를 광고 신호(Advertisement Signal)라 명하기로 한다. 여기서, 무선 전력 수신기는 공진 주파수 대역과는 상이한 대역외 통신 주파수 대역을 통해 광고 신호를 브로드캐스팅할 수 있다.

일 예로, 광고 신호는 해당 대역외 통신 표준에 정의된 메시지를 식별하기 위한 메시지 식별 정보, 무선 전력 수신기가 적법한 또는 해당 무선 전력 송신기에 호환 가능한 수신기인지를 식별하기 위한 고유한 서비스 식별 정보 또는 무선 전력 수신기 식별 정보, 무선 전력 수신기의 출력 파워 정보, 부하에 인가되는 정격 전압/전류 정보, 무선 전력 수신기의 안테나 이득 정보, 무선 전력 수신기의 카테고리를 식별하기 위한 정보, 무선 전력 수신기 인증 정보, 과전압 보호 기능의 탑재 여부에 관한 정보, 무선 전력 수신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보 중 적어도 하나 또는 어느 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 광고 신호가 수신되면, 전력 절약 상태(720)에서 저전력 상태(730)로 천이한 후, 무선 전력 수신기와의 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 수행할 수 있다. 일 예로, 대역외 통신이 블루투스 저전력 통신인 경우, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기와 블루투스 페어링을 수행하고, 페어링된 블루투스 링크를 통해 서로의 상태 정보, 특성 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 교환할 수 있다.

무선 전력 송신기가 저전력 상태(730)에서 대역외 통신을 통해 충전을 개시하기 위한 소정 제어 신호-즉, 무선 전력 수신기가 부하에 전력을 전달하도록 요청하는 소정 제어 신호-를 무선 전력 수신기에 전송하면, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(730)에서 전력 전송 상태(740)로 천이될 수 있다.

만약, 저전력 상태(730)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(730)에서 전력 절약 상태(720)에 천이될 수 있다.

무선 전력 송신기는 각 무선 전력 수신기와의 접속을 위한 별도의 분리된 링크 만료 타이머(Link Expiration Timer)가 구동될 수 있으며, 무선 전력 수신기는 소정 시간 주기로 무선 전력 송신기에 자신이 존재함을 알리는 소정 메시지를 링크 만료 타이머가 만료되기 이전에 전송해야 한다. 링크 만료 타이머는 상기 메시지가 수신될 때마다 리셋되며, 링크 만료 타이머가 만료되지 않으면 무선 전력 수신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크는 유지될 수 있다.

만약, 저전력 상태(730) 또는 전력 전송 상태(740)에서, 무선 전력 송신기와 적어도 하나의 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크에 대응되는 모든 링크 만료 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 전력 절약 상태(720)로 천이될 수 있다.

또한, 저전력 상태(730)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 신호가 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(730)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 등록에 실패하였음을 알리는 소정 알림 신호를 무선 전력 송신기에 구비된 알림 표시 수단-예를 들면, LED 램프, 디스플레이 화면, 비퍼(beeper) 등을 포함함-을 통해 출력할 수도 있다.

또한, 전력 전송 상태(740)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(730)로 천이될 수 있다.

특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(710), 로컬 장애 상태(750) 및 잠금 장애 상태(760)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(740)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 상태 정보에 기반하여 전송 전력을 동적으로 제어할 수 있다.

이때, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 요구 전력 정보, 정류기 후단에서 측정된 전압 및/또는 전류 정보, 충전 상태 정보, 과전류 및/또는 과전압 및/또는 과열 상태를 통보하기 위한 정보, 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단이 활성화되었는지 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 수신기 상태 정보는 미리 지정된 주기로 전송되거나 특정 이벤트가 발생될 때마다 전송될 수 있다. 또한, 상기 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단은 ON/OFF 스위치, 제너다이오드 중 적어도 하나를 이용하여 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 무선 전력 수신기에 유선으로 외부 전원이 연결되었음을 알리는 정보, 대역외 통신 방식이 변경되었음을 알리는 정보-일 예로, NFC(Near Field Communication)에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신으로 변경될 수 있음- 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 자신의 현재 가용한 전력, 무선 전력 수신기 별 우선 순위, 접속된 무선 전력 수신기의 개수 중 적어도 하나에 기반하여 무선 전력 수신기 별 수신해야 할 파워 세기를 적응적으로 결정할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기 별 파워 세기는 해당 무선 전력 수신기의 정류기에서 처리 가능한 최대 파워 대비 얼마의 비율로 파워를 수신해야 하는지로 결정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

이 후, 무선 전력 송신기는 결정된 파워 세기에 관한 정보가 포함된 소정 전력 제어 명령을 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에 의해 결정된 파워 세기로 전력 제어가 가능한지 여부를 판단하고, 판단 결과를 소정 전력 제어 응답 메시지를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 전력 제어 명령에 따라 무선 전력 제어가 가능한지 여부를 지시하는 소정 수신기 상태 정보를 상기 전력 제어 명령을 수신하기 이전에 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.

전력 전송 상태(740)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(741), 제2 상태(742) 및 제3 상태(743) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

일 예로, 제1 상태(741)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.

제2 상태(742)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 상태이고 고전압 상태인 무선 전력 수신기가 존재하지 않음을 의미할 수 있다.

제3 상태(743)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.

무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720) 또는 저전력 상태(730) 또는 전력 전송 상태(740)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(760)로 천이될 수 있다

잠금 장애 상태(760)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(710) 또는 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다.

또한, 잠금 장애 상태(760)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(750)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(750)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(760)로 천이될 수 있다.

반면, 구성 상태(710), 전력 절약 상태(720), 저전력 상태(730), 전력 전송 상태(740) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(750)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(710)로 천이될 수 있다.

무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(750)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(750)로 천이될 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기에 의해 수신되는 전력의 세기를 감소시키기 위한 소정 전력 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기의 충전을 중단시키기 위한 소정 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

상기와 같은 전력 제어 절차를 통해, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등에 따른 기기 파손을 미연에 방지할 수 있다.

무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이상인 경우, 잠금 장애 상태(760)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(760)로 천이된 무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기를 미리 지정된 시간 동안 기준치 이하가 되도록 시도할 수 있다. 여기서, 상기 시도는 미리 지정된 회수 동안 반복 수행될 수 있다. 만약, 반복 수행에도 불구하고, 잠금 장애 상태(760)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(760)가 해제되지 않음을 지시하는 소정 알림 신호를 송출할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 위치한 모든 무선 전력 수신기가 사용자에 의해 충전 영역에서 제거되면, 잠금 장애 상태(760)가 해제될 수 있다.

반면, 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 미리 지정된 시간 이내에 기준치 이하로 떨어지거나 상기 미리 지정된 반복 수행 동안 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이하로 떨어지는 경우, 잠금 장애 상태(760)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(760)에서 전력 절약 상태(720)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차가 다시 수행될 수 있다.

전력 전송 상태(740)의 무선 전력 송신기는 연속된 전력을 송출하고, 무선 전력 수신기의 상태 정보 및 미리 정의된 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터에 기반하여 적응적으로 송출 전력을 제어할 수 있다.

일 예로, 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터는 저전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 최적 전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 고전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 과전압 영역을 식별하기 위한 파라메터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 영역에 있으면, 송출 전력을 증가시키고, 고전압 영역에 있으면, 송출 전력을 감소시킬 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 효율이 최대화되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량의 편차가 기준치 이하가 되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정류기 출력 전압이 소정 과전압 영역에 도달한 경우-즉, Over Voltage가 감지된 경우-, 전력 전송을 중단할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 8을 참조하면 무선 전력 송신기(800)는 크게, 전력 변환부(810), 전력 전송부(820), 통신부(830), 제어부(840), 센싱부(850)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(800)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(810)는 전원부(860)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이를 위해, 전력 변환부(810)는 DC/DC 변환부(811), 증폭기(812)를 포함하여 구성될 수 있다.

DC/DC 변환부(811)는 전원부(850)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(840)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 센싱부(850)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(840)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(850)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(800)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(840)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(840)는 센싱부(850)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(850)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(812)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(810)의 일측에는 전원부(850)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(812)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.

증폭기(812)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(840)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(840)는 통신부(830)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(812)의 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.

전력 전송부(820)는 다중화기(821)(또는 멀티플렉서), 송신 코일(822)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(820)는 전력 전송을 위한 특정 동작 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

반송파 생성기는 다중화기(821)를 통해 전달 받은 증폭기(812)의 출력 DC 전력을 특정 주파수를 갖는 AC 전력으로 변환하기 위한 특정 주파수를 생성할 수 있다. 이상의 설명에서는 반송파 생성기에 의해 생성된 교류 신호가 다중화기(821)의 출력단에 믹싱되어 교류 전력이 생성되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 증폭기(812) 이전단 또는 이후단에 믹싱될 수도 있음을 주의해야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있음을 주의해야 한다. 본 발명의 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 송신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 송신 코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 전력 전송부(820)는 증폭기(812)의 출력 전력이 송신 코일에 전달되는 것을 제어하기 위한 다중화기(821)와 복수의 송신 코일(822)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(840)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(800)에 3개의 무선 전력 수신기-즉, 제1 내지 3 무선 전력 수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(840)는 다중화기(821)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선 전력 수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타일 슬롯 동안의 증폭기(812) 증폭률을 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.

제어부(840)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(822)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(821)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(840)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(855)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(821)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(850)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(840)에 송출할 수 있으며, 제어부(840)는 해당 이벤트 신호가 감지되면, 다중화기(821)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(840)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(832)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(840)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(821)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(840)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(821)를 제어할 수도 있다.

변조부(831)는 제어부(840)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(821)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

복조부(832)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(840)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC:Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.

또한, 복조부(832)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(840)에 제공할 수도 있다.

또한, 복조부(832)는 송신 코일(823)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(840)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(800)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기(800)는 송신 코일(822)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(822)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(800)는 송신 코일(822)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.

이상이 도 8의 설명에서는 무선 전력 송신기(800)와 무선 전력 수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.

도 9는 상기 도 8에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 수신기(900)는 수신 코일(910), 정류기(920), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 930), 부하(940), 센싱부(950), 통신부(960), 주제어부(970)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(960)는 복조부(961) 및 변조부(962)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 9의 예에 도시된 무선 전력 수신기(900)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(800)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(960)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.

수신 코일(910)을 통해 수신된 AC 전력은 정류부(920)에 전달할 수 있다. 정류기(920)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(930)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(930)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(940)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(940)에 전달할 수 있다.

센싱부(950)는 정류기(920) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(970)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(950)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(910)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(970)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(950)는 무선 전력 수신기(900)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(970)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(970)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(962)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(962)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(910) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(800)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(970)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(962)를 통해 무선 전력 송신기(800)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.다른 일 예로, 복조부(961)는 수신 코일(910)과 정류기(920) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(920) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(970)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(970)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(961)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기를 나타낸 블록도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기(1000)는 무선 전력 송신기(1010) 및 송신기 위치 조정 장치(1015)를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기(1010)는 도 1에 도시된 무선 전력 송신단을 의미할 수 있고, 전자기 공진 방식 및/또는 전자기 유도 방식을 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있는 장치일 수 있다. 다만, 무선 전력 송신기(1010)와 무선 전력 수신기 간의 상대적인 위치에 따른 전력 전송 효율의 저하를 방지하고자 하는 본 발명의 목적 및 설명의 편의를 고려하여, 무선 전력 송신기(1010)가 전자기 유도 방식의 표준(예컨대, WPC)에 기초하여 동작하는 장치라 가정하고 설명하기로 한다.

즉, 무선 전력 송신기(1010)는 도 8에 도시된 무선 전력 송신기(800)일 수 있다.

송신기 위치 조정 장치(1015)는 무선 전력 송신기(1010)와 물리적으로 결합되어 무선 전력 송신기(1010)의 위치를 조정할 수 있는 장치이다.

송신기 위치 조정 장치(1015)는 제1 슬라이드 구동부(1020), 제2 슬라이드 구동부(1030) 및 슬라이드 제어부(1040)를 포함할 수 있다. 도 10에서는 송신기 위치 조정 장치(1015)의 구성 전부가 무선 전력 송신기(1010)와 독립적으로 구현된 예를 도시하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 송신기 위치 조정 장치(1015)의 구성 중 적어도 일부(예컨대, 1040)가 무선 전력 송신기(1010)에 포함되어 구현될 수도 있다.

제1 슬라이드 구동부(1020)는 슬라이드 제어부(1040)의 제어에 따라 무선 전력 송신기(1010)를 직선 방향(A-A')으로 이동시킬 수 있다. 무선 전력 송신기(1010)를 이동시키는 이유는 무선 전력 송신기(1010)의 송신 코일의 위치를 이동시켜 수신 코일과 송신 코일 간의 정렬 상태를 개선하여 전력 전송 효율을 높이기 위함이다. 이후로, 직선 방향(A-A')은 설명의 편의상 상하 방향으로 정의하기로 한다.

무선 전력 송신기(1010)의 이동을 위해 제1 슬라이드 구동부(1020)는 슬라이드 제어부(1040)의 제1 구동 제어 신호에 따라 회전하는 모터 및 상기 모터와 무선 전력 송신기(1010)와 결합되어 상기 모터의 회전에 따라 상하 방향으로 무선 전력 송신기(1010)의 위치를 조정하는 결합 장치로 구성될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 제1 구동 제어 신호는 무선 전력 송신기(1010)의 이동 방향(상 방향 또는 하 방향) 및 이동 거리를 제어하기 위한 신호이다.

제2 슬라이드 구동부(1030)는 슬라이드 제어부(1040)의 제어에 따라 무선 전력 송신기(1010)를 직선 방향(B-B')으로 이동시킬 수 있다. 무선 전력 송신기(1010)를 이동시키는 이유는 무선 전력 송신기(1010)의 송신 코일의 위치를 이동시켜 수신 코일과 송신 코일 간의 정렬 상태를 개선하여 전력 전송 효율을 높이기 위함이다. 이후로, 직선 방향(B-B')은 설명의 편의상 좌우 방향으로 정의하기로 한다.

무선 전력 송신기(1010)의 이동을 위해 제2 슬라이드 구동부(1030)는 슬라이드 제어부(1040)의 제2 구동 제어 신호에 따라 회전하는 모터 및 상기 모터와 무선 전력 송신기(1010)와 결합되어 상기 모터의 회전에 따라 좌우 방향으로 무선 전력 송신기(1010)의 위치를 조정하는 결합 장치로 구성될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 제2 구동 제어 신호는 무선 전력 송신기(1010)의 이동 방향(좌 방향 또는 우 방향) 및 이동 거리를 제어하기 위한 신호이다.

슬라이드 제어부(1040)는 무선 전력 송신기(1010)와의 통신을 통해 무선 전력 송신기(1010)와 무선 전력 수신기 간의 정렬 상태에 대한 정렬 상태 정보를 수신할 수 있다. 무선 전력 송신기(1010)는 슬라이드 제어부(1040)의 요청에 따라 정렬 상태 정보를 슬라이드 제어부(1040)로 전송할 수도 있고, 주기적으로 전송할 수도 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.

정렬 상태 정보는 무선 전력 수신기에 의해 수신되는 수신 전력 정보, 전력 전송 효율값 등을 의미할 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.

또한, 슬라이드 제어부(1040)는 무선 전력 송신기(1010)와의 통신을 통해 무선 전력 송신기(1010)와 연결된 무선 전력 수신기의 식별 정보를 수신할 수 있다. 무선 전력 송신기(1010)는 슬라이드 제어부(1040)의 요청에 따라 무선 전력 수신기의 식별 정보를 슬라이드 제어부(1040)로 전송할 수도 있고, 새로운 무선 전력 수신기가 연결되었을 때 전송할 수도 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.

식별 정보는 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 기본 디바이스 식별 정보, RXID, 무선 전력 수신기 식별 정보 등 일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.

슬라이드 제어부(1040)는 정렬 상태 정보에 기초하여 무선 전력 송신기(1010)의 위치를 결정하고, 제1 슬라이드 구동부(1020)와 제2 슬라이드 구동부(1030)를 제어하기 위한 제1 구동 제어 신호와 제2 구동 제어 신호를 생성할 수 있다.

슬라이드 제어부(1040)는 소정의 알고리즘을 통해 제1 구동 제어 신호와 제2 구동 제어 신호를 생성할 수 있고, 이를 위해 앞서 설명한 정렬 상태 정보와 식별 정보를 비롯해 제1 슬라이드 구동부(1020)로부터 수신되는 상하 좌표 정보 및/또는 제2 슬라이드 구동부(1030)로부터 수신되는 좌우 좌표 정보를 이용할 수 있다. 상하 좌표 정보와 좌우 좌표 정보 각각은 현재 무선 전력 송신기(1010)의 상하 또는 좌우 위치를 나타내는 좌표 정보를 의미할 수 있다.

비록 도 10에는 이동식 무선 전력 송신기(1000) 내에 슬라이드 구동부(1020, 1030)가 2개 구비되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 하나만 구비될 수도 있고 3개가 구비될 수도 있다.

도 11은 도 10의 이동식 무선 전력 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 슬라이드 가능 영역(1100)이 도시되어 있다. 슬라이드 가능 영역(1100)은 무선 전력 송신기(1010)가 송신기 위치 조정 장치(1015)의 동작에 따라 이동할 수 있는 영역을 나타낸 것이다.

즉, 제1 슬라이드 구동부(1020)에 의한 상하 이동 범위와 제2 슬라이드 구동부(1030)에 의한 좌우 이동 범위를 조합한 영역이 슬라이드 가능 영역(1100)으로 표시될 수 있다.

구체적으로, 슬라이드 가능 영역(1100) 내에서의 무선 전력 송신기(1010)의 위치는 평면 좌표 형태로 표현될 수 있다.

슬라이드 가능 영역(1100)의 가장 하부의 좌표를 Y1, 가장 상부의 좌표를 Y2라 하면(Y1과 Y2는 양수이고, Y1<Y2), 무선 전력 송신기(1010)의 상하 좌표 정보는 Y1에서 Y2 사이의 값을 가질 수 있다. 또한, 제1 슬라이드 구동부(1020)는 무선 전력 송신기(1010)를 상하로 이동시키는 최소 단위를 가질 수 있으며, 이를 제1 오프셋이라 한다.

마찬가지로, 슬라이드 가능 영역(1100)의 가장 좌측의 좌표를 X1, 가장 우측의 좌표를 X2라 하면(X1과 X2는 양수이고, X1<X2), 무선 전력 송신기(1010)의 좌우 좌표 정보는 X1에서 X2 사이의 값을 가질 수 있다. 또한, 제2 슬라이드 구동부(1030)는 무선 전력 송신기(1010)를 좌우로 이동시키는 최소 단위를 가질 수 있으며, 이를 제2 오프셋이라 한다.

여기서, 제1 오프셋과 제2 오프셋은 슬라이드 가능 영역(1100)의 상하 길이 및 좌우 길이를 기초로(일정 비율, 예컨대 1/100) 미리 결정되는 값일 수 있다.

또한, 슬라이드 가능 영역(1100)은 무선 전력 수신기가 놓일 수 있도록 마련되는 충전 베드와 일치한다고 가정하기로 한다.

충전 영역(1110)은 무선 전력 송신기(1010)의 송신 코일에 의해 일정 효율 이상의 무선 전력 송신이 가능한 영역을 나타내고, 본 명세서에서는 설명의 편의상 충전 영역(1110)의 중심과 무선 전력 송신기(1010)의 중심이 서로 일치한다고 가정하기로 한다.

수신기 코일(1120)은 무선 전력 수신기에 포함된 수신 코일을 의미한다.

도 11의 위 그림처럼 충전 영역(1110)과 수신기 코일(1120)이 배치된 경우, 정상적인 무선 전력 송수신이 불가능하므로 제1 방향(DA)과 제2 방향(DB)으로 충전 영역(1110)의 이동이 요구된다.

즉, 제1 방향(DA)과 제2 방향(DB)으로 충전 영역(1110)이 이동하여 도 11의 아래 그림처럼 충전 영역(1110)이 위치하게 되면, 정상적인 무선 전력 송수신이 가능할 수 있다.

이하에서는 도 11의 위 그림의 충전 영역(1110)의 위치에서 아래 그림의 충전 영역(1110)의 위치로 이동시키는 실시예에 대해 설명하기로 한다. 또한, 설명의 편의상 상하 방향으로 이동시키는 동작을 중심으로 설명하기로 한다.

첫째로, 상하 방향으로 이동이 필요한 경우, 슬라이드 제어부(1040)는 제1 슬라이드 구동부(1020)를 제어하여 충전 영역(1110)이 수신기 코일(1120)에 근접할 때까지 순차적으로 미리 정해진 오프셋(예컨대, 상기 제1 오프셋)만큼 일 방향(상 방향 또는 하 방향)으로 충전 영역(1110)을 이동시킬 수 있다. 이 때 슬라이드 제어부(1040)는 현재의 상하 좌표 정보에 상기 제1 오프셋만큼 감산 또는 가산하여 생성된 상하 좌표 정보에 따른 제1 구동 제어 신호를 이용해 제1 슬라이드 구동부(1020)를 제어할 수 있다.

만일, 이동 후의 정렬 상태 정보가 직전의 정렬 상태 정보보다 더 낮은 경우에는, 슬라이드 제어부(1040)는 제1 슬라이드 구동부(1020)를 제어하여 현재 이동 방향과 다른 방향으로 충전 영역(1110)을 이동시킬 수 있다. 이는 충전 영역(1110)의 이동에도 불구하고 정렬 상태 정보가 낮아지므로 수신기 코일(1120)이 다른 방향에 위치할 가능성이 높기 때문이다. 이때, 보다 빨리 원하는 위치에 충전 영역(1110)을 이동시키기 위해, 슬라이드 제어부(1040)는 미리 정해진 오프셋의 정수배(예컨대, 2배)만큼 이동시키도록 제1 슬라이드 구동부(1020)를 제어할 수 있다.

둘째로, 상하 방향으로 이동이 필요한 경우, 슬라이드 제어부(1040)는 제1 슬라이드 구동부(1020)를 제어하여 충전 영역(1110)이 수신기 코일(1120)에 근접할 때까지 상 방향의 끝(즉, 상하 좌표 정보가 Y2)으로 충전 영역(1110)을 이동시키고, 이후 하 방향의 끝(즉, 상하 좌표 정보가 Y1)으로 충전 영역(1110)을 이동시키고, 이후 상 방향의 끝으로부터 미리 정해진 오프셋만큼 이격된 위치(즉, 상하 좌표 정보가 Y2-OS1; OS1은 제1 오프셋)로 충전 영역(1110)을 이동시키고, 이후 하 방향의 끝으로부터 미리 정해진 오프셋만큼 이격된 위치(즉, 상하 좌표 정보가 Y1+OS1; OS1은 제1 오프셋)로 충전 영역(1110)을 이동시키고, 그 이후로도 마찬가지의 방식(즉, 지그재그 방식)으로 충전 영역(1110)을 이동시킬 수 있다.

셋째로, 상하 방향으로 이동이 필요한 경우, 슬라이드 제어부(1040)는 제1 슬라이드 구동부(1020)를 제어하여 충전 영역(1110)이 수신기 코일(1120)에 근접할 때까지 이동시킬 수 있는데, 이때, 임계치와 현재의 정렬 상태 정보 간의 차이에 기반하여 충전 영역(1110)을 이동시킬 거리를 결정할 수 있다.

여기서, 임계치는 정상적으로 무선 전력 송수신이 이루어지는 것으로 판단되는 최소의 정렬 상태 정보를 의미할 수 있다. 임계치는 미리 설정되어 있는 값일 수 있고, 무선 전력 수신기의 특성(예컨대, 파워 등급)에 따라 달라지는 값(파워 등급이 높을수록 높게 설정)일 수 있다.

즉, 임계치와 현재의 정렬 상태 정보 간의 차이가 클수록 충전 영역(1110)과 수신기 코일(1120)의 거리가 멀다고 할 수 있으므로, 슬라이드 제어부(1040)는 충전 영역(1110)을 이동시킬 거리를 상대적으로 크게 결정할 수 있다.

반대로, 임계치와 현재의 정렬 상태 정보 간의 차이가 작을수록 충전 영역(1110)과 수신기 코일(1120)의 거리가 가깝다고 할 수 있으므로, 슬라이드 제어부(1040)는 충전 영역(1110)을 이동시킬 거리를 상대적으로 작게 결정할 수 있다.

이때에도 충전 영역(1110)을 이동시키는 방향의 결정에는 상기 첫째에서 언급된 방식(이전의 정렬 상태 정보와 현재의 정렬 상태 정보의 비교를 통한 결정 방식)이 이용될 수 있다.

넷째로, 상하 방향으로 이동이 필요한 경우, 슬라이드 제어부(1040)는 무선 전력 수신기의 식별 정보와 수신기 좌표 정보가 맵핑된 맵핑 테이블을 이용해 제1 슬라이드 구동부(1020)를 제어하여 즉시 수신기 좌표 정보에 대응하는 위치로 충전 영역(1110)을 이동시킬 수 있다.

수신기 좌표 정보는 해당 무선 전력 수신기에 대한 슬라이드 가능 영역(1100) 상의 좌표 정보를 의미하는 것으로, 무선 전력 수신기를 포함하는 전자기기의 형태, 수신기 내의 수신기 코일(1120)의 위치 등이 무선 전력 수신기마다 일정할 수 있으므로 슬라이드 가능 영역(1100) 상에서 수신기 코일(1120)의 위치가 특정 무선 전력 수신기마다 일정할 가능성이 크다. 따라서, 무선 전력 수신기에 대응하는 충전 영역(1110)의 위치를 미리 저장하였다가, 무선 전력 수신기를 식별하면 해당 위치로 바로 충전 영역(1110)을 이동시키는 것이 효율적일 수 있다. 즉, 수신기 좌표 정보는 무선 전력 수신기에 대응하는 충전 영역(1110)의 위치를 의미한다.

상기 맵핑 테이블은 슬라이드 제어부(1040)에 저장될 수 있으며, 새로이 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기(1010)에 연결되어 정상적인 충전이 이루어질 때마다 업데이트될 수 있다.

만일, 상기 넷째의 방식에 의한 충전 영역(1110)의 이동에도 불구하고, 현재의 정렬 상태 정보가 임계치 이하일 경우에는 슬라이드 제어부(1040)는 상기 첫째 내지 상기 셋째의 방식 중 어느 하나를 이용하여 충전 영역(1110)을 이동시킬 수 있다. 또한, 이 경우 슬라이드 제어부(1040)는 상기 맵핑 테이블에서 해당 무선 전력 수신기에 대응하여 저장된 수신기 좌표 정보를 삭제할 수 있다.

그리고, 위의 설명에서 상하 방향으로 이동시키는 동작을 중심으로 설명하였으나, 좌우 방향으로 이동시키는 동작도 상기 첫째 내지 상기 넷째 방식이 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.

도 12는 도 10의 이동식 무선 전력 송신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 12를 참조하면, 슬라이드 가능 영역(1100) 내에 무선 전력 수신기가 거치될 수 있다(S1200). 이는 슬라이드 가능 영역(1100)과 일치하는 충전 베드 상에 무선 전력 수신기가 충전을 위해 거치되는 것을 의미한다.

슬라이드 제어부(1040)는 무선 전력 송신기(1010)로부터 정렬 상태 정보를 수집할 수 있다(S1210).

슬라이드 제어부(1040)는 정렬 상태 정보를 임계치와 비교하여, 정렬 상태 정보가 임계치 이하인지 판단할 수 있다(S1220).

정렬 상태 정보가 임계치 이하인 경우(S1220의 Yes), 슬라이드 제어부(1040)는 충전 영역(1110)을 슬라이드 가능 영역(1100) 내에서 이동시킬 수 있다(S1230).

충전 영역(1110)을 이동시키는 방식은 도 11에서 설명한 첫째 내지 넷째 방식(이하에서는 각각 제1 방식 내지 제4 방식이라 정의하기로 한다) 중 어느 하나일 수 있다.

S1220 단계에서 수행되는 제1 방식 내지 제3 방식 중 어느 하나에 따른 충전 영역(1110)의 이동은 상하 방향 및 좌우 방향에 대해 1회씩 수행될 수 있다.

예컨대, 제1 방식에 따른 충전 영역(1110)의 이동은 미리 정해진 오프셋(예컨대, 상기 제1 오프셋)만큼 상 방향 또는 하 방향으로 충전 영역(1110)을 이동시키고 미리 정해진 오프셋(예컨대, 상기 제2 오프셋)만큼 좌측 방향 또는 우측 방향으로 충전 영역(1110)을 이동시키는 것을 의미할 수 있다. 또한, 상하 방향의 이동과 좌우 방향의 이동은 동시에 진행될 수도 있고 순차적으로 진행될 수도 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.

이후, S1210 단계 내지 S1230 단계가 반복되면서 정상적인 무선 전력 송수신이 가능한 위치로 충전 영역(1110)이 이동될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 제4 방식에 의한 충전 영역(1110)의 이동에도 불구하고, S1210 단계에서 새로 수집된 정렬 상태 정보가 임계치 이하일 경우에는, 이후 슬라이드 제어부(1040)는 제1 내지 제3 방식 중 어느 하나를 이용하여 충전 영역(1110)을 이동시킬 수 있다.

만일 정렬 상태 정보가 임계치를 초과할 경우(S1220의 No), 슬라이드 제어부(1040)는 충전 영역(1110)의 이동을 중지하고 현재의 무선 전력 송신기(1010)의 위치에서 무선 전력 송신기(1010)가 전력을 송신할 수 있다(S1240).

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기를 나타낸 개략도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기(1300)는 송신코일부 (1301), 체결부 (1302) 및 이격부 (1303)를 구비할 수 있다.

송신 코일부 (1301)는 전력을 송신하기 위한 송신 안테나(미도시), 차폐재 (미도시) 및 구동 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 송신 안테나는 송신 코일(822)에 해당할 수 있고, 상기 차폐재는 상기 송신 안테나로부터 발생되는 자기장이 상기 구동 회로에 영향을 미치는 현상을 방지할 수 있다. 상기 구동 회로는 이동식 무선 전력 송신기(1300)가 도 8의 무선 전력 송신기(800)의 기능을 수행하기 위한 구성(예컨대, 전력 변환부, 제어부 등)에 해당할 수 있다.

체결부 (1302)는 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기 (1300)를 전력 송신을 위한 최적 위치로 이동시키기 위하여, 슬라이드 구동부 (미도시)와 연결되어 고정된다. 체결부 (1302)에 의하여 송신 코일부 (1301)는 상하 방향 또는 좌우 방향으로 이동할 수 있으며, 송신기 및 수신기의 구조에 따라 최적 위치로 조정될 수 있다. 체결부 (1302)는 송신 코일부 (1301) 양측에 구비되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않는다.

이격부 (1303)는 송신 코일부 (1301)가 충전기기(1304)의 수신기(미도시)로 전력을 송신하기 위한 적절한 위치를 가지도록 최소한의 높이를 가지도록 한다. 수신기(미도시)가 이동식 무선 전력 송신기(1300)에 거치 또는 고정되는 경우에, 이동식 무선 전력 송신기(1300)는 수신기(미도시)와의 얼라인(align)을 위하여 수신기가 일정한 방향으로 거치되도록 설계된다. 예를 들어, 수신기 (미도시)가 수직으로 세워지거나, 일정한 기울기를 가지고 세워지는 경우에, 통상의 수신기(미도시)는 내부의 수신 코일을 수신기(미도시)의 중단 또는 상단에 구비하도록 설계된다. 수신 코일은 적어도 수신기 맨 하단에는 배치되지 않는다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기 (1300)는 이격부(1303)를 가짐으로써, 수신기 (미도시)와의 연결을 위한 이동을 최소화하고, 불필요한 전력을 낭비하지 않도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 무선 전력 송신기에 의하면, 송신 코일과 수신 코일 간의 정렬 상태가 불량한 경우, 자동적으로 송신 코일의 충전 영역을 수신 코일 측으로 이동시킴으로써 무선 전력 전송 효율을 개선할 수 있다.

상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

수신기 코일로 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기;
상기 무선 전력 송신기의 송신기 코일과 상기 수신기 코일 간의 정렬 상태 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 위치를 결정하는 슬라이드 제어부; 및
상기 결정된 무선 전력 송신기의 위치에 따라 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 슬라이드 구동부를 포함하는 이동식 무선 전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 슬라이드 구동부는,
상기 무선 전력 송신기의 위치를 상하 방향으로 이동시키는 제1 슬라이드 제어부; 및
상기 무선 전력 송신기의 위치를 좌우 방향으로 이동시키는 제2 슬라이드 제어부를 포함하는 이동식 무선 전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 슬라이드 제어부는,
미리 정해진 오프셋만큼 일 방향으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 이동식 무선 전력 송신기.
제3항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기의 위치가 이동된 후, 이동 후의 정렬 상태 정보가 직전의 정렬 상태 정보보다 더 낮은 경우 상기 슬라이드 제어부는, 다른 방향으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 이동식 무선 전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 슬라이드 제어부는,
지그재그 방식으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 이동식 무선 전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 슬라이드 제어부는,
정상적으로 무선 전력 송수신이 이루어지는 것으로 판단되는 최소의 정렬 상태 정보인 임계치와 현재의 정렬 상태 정보 간의 차이에 기반하여 결정된 거리만큼 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 이동식 무선 전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 슬라이드 제어부는,
상기 무선 전력 송신기의 식별 정보에 맵핑된 수신기 좌표 정보에 대응하는 위치로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 이동식 무선 전력 송신기.
충전 베드 상에 거치된 무선 전력 송신기의 송신기 코일과 수신기 코일 간의 정렬 상태 정보를 수집하는 단계;
상기 정렬 상태 정보가 정상적으로 무선 전력 송수신이 이루어지는 것으로 판단되는 최소의 정렬 상태 정보인 임계치 이하인지 판단하는 단계; 및
상기 정렬 상태 정보가 상기 임계치 이하인 경우, 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계를 포함하는 이동식 무선 전력 송신기의 동작 방법.
제8항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계는,
상기 무선 전력 송신기의 위치를 상하 방향으로 이동시키는 단계; 및
상기 무선 전력 송신기의 위치를 좌우 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 이동식 무선 전력 송신기의 동작 방법.
제8항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계는,
미리 정해진 오프셋만큼 일 방향으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계를 포함하는 이동식 무선 전력 송신기의 동작 방법.
제10항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계는,
상기 무선 전력 송신기의 위치가 이동된 후, 이동 후의 정렬 상태 정보가 직전의 정렬 상태 정보보다 더 낮은 경우 다른 방향으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계를 더 포함하는 이동식 무선 전력 송신기의 동작 방법.
제8항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계는,
지그재그 방식으로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계를 포함하는 이동식 무선 전력 송신기의 동작 방법.
제8항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계는,
상기 임계치와 현재의 정렬 상태 정보 간의 차이에 기반하여 결정된 거리만큼 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계를 포함하는 이동식 무선 전력 송신기의 동작 방법.
제8항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계는,
상기 무선 전력 송신기의 식별 정보에 맵핑된 수신기 좌표 정보에 대응하는 위치로 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 단계를 포함하는 이동식 무선 전력 송신기의 동작 방법.
수신기 코일로 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기의 송신기 코일과 상기 수신기 코일 간의 정렬 상태 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 위치를 결정하는 슬라이드 제어부; 및
상기 결정된 무선 전력 송신기의 위치에 따라 상기 무선 전력 송신기의 위치를 이동시키는 슬라이드 구동부를 포함하는 송신기 위치 조정 장치.