KR20180003762A - 무선 전력 코일, 무선 전력 수신기, 무선 전력 송신기 및 스마트 워치 - Google Patents

무선 전력 코일, 무선 전력 수신기, 무선 전력 송신기 및 스마트 워치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 송신기의 동작 방법은, 제1 모드에 따른 무선 충전 중, 무선 전력 전송 모드의 전환이 필요한지 여부를 판단하는 단계; 상기 무선 전력 전송 모드의 전환이 필요한 경우, 제1 모드에 따른 충전이 정상화된 상태에서의 제1 모드 전압의 전압값인 제1 모드 전압값을 저장하고 상기 제1 모드 전압을 최소 제1 모드 전압으로 낮추는 단계; 제2 모드에 따른 무선 충전을 수행하여 상기 제2 모드에 따른 충전이 정상화된 상태에서의 제2 모드 전압의 전압값인 제2 모드 전압값을 결정하는 단계; 상기 제1 모드 전압값과 상기 제2 모드 전압값을 기초로 연산한 결과와 임계 전압을 비교하여 최종 무선 전력 전송 모드를 결정하는 단계; 및 상기 최종 무선 전력 전송 모드에 따른 무선 충전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 코일, 무선 전력 수신기, 무선 전력 송신기 및 스마트 워치{WIRELESS POWER COIL, APPARATUS FOR RECEIVING WIRELESS POWER, APPARATUS FOR TRANSFERING WIRELESS POWER, AND SMART WATCH}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 전력 전송 효율을 개선할 수 있는 구조를 가지는 무선 전력 코일, 무선 전력 수신기, 무선 전력 송신기 및 스마트 워치에 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 고주파, Microwave, 레이저 등과 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.
무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기에는 무선 전력을 직접적으로 송수신하는 송수신 코일이 포함되는데, 정상적인 무선 전력의 송수신을 위해서는 코일이 일정 범위의 인덕턴스를 가질 것이 요구된다. 이를 위해서는 코일이 특정 단면적 및 감은 수를 만족해야 한다. 그러나, 무선 전력 수신기가 표면적이 매우 작은 전자기기(예컨대, 스마트 워치)에 탑재될 경우, 코일이 일정 범위의 인덕턴스를 가지기 어려울 수 있으며, 이를 위한 코일 구조의 개선이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 코일, 무선 전력 수신기, 무선 전력 송신기 및 스마트 워치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일 면적 대비 높은 전력 전송 효율을 갖는 구조의 무선 전력 코일, 무선 전력 수신기, 무선 전력 송신기 및 스마트 워치를 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 무선 전력 코일은, 하나의 도선이 N(N은 양의 정수) 회 감겨 형성되고, 각각이 제1 내지 제N 번째로 감긴 제1 내지 제N 도선을 포함하며, 제k(k는 1이상 (N-2)이하의 정수) 도선은 제(k+1) 도선의 수직 방향으로 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제k 도선 및 상기 제(k+1) 도선은 솔더링(soldering) 공정으로 고정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제k 도선은 제(k+2) 도선의 수평 방향으로 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제k 도선 및 상기 제(k+2) 도선은 솔더링 공정으로 고정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 도선은 상기 무선 전력 코일의 가장 외측에 형성되고, 상기 외측에 상기 제1 도선과 연결되는 제1 단자가 형성되고, 상기 제N 도선은 상기 무선 전력 코일의 가장 내측에 형성되고, 상기 내측에 상기 제N 도선과 연결되는 제2 단자가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는, 상기 무선 전력 코일; 및 상기 무선 전력 코일로 수신되는 AC 전력을 정류 및 변환하여 부하로 전달하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 무선 전력 코일; 및 전원부로부터 공급되는 DC 전력을 정류 및 변환하여 상기 무선 전력 코일로 전달하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 워치는, 하나의 도선이 N(N은 양의 정수) 회 감겨 형성되고, 각각이 제1 내지 제N 번째로 감긴 제1 내지 제N 도선을 포함하는 무선 전력 코일; 상기 무선 전력 코일의 하부에 형성되고, 사용자의 생체 정보를 획득하는 센서의 형상에 대응하여 중앙부가 돌출되는 저면 커버; 및 상기 저면 커버의 상부에 밀착되어 형성되고, 무선 전력 송신기에 의해 발생된 자기장의 전달을 차단하는 차폐재를 포함하며, 제k(k는 1이상 (N-2)이하의 정수) 도선은 제(k+1) 도선의 수직 방향으로 배치될 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 무선 전력 코일, 무선 전력 수신기, 무선 전력 송신기 및 스마트 워치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 코일, 무선 전력 수신기, 무선 전력 송신기 및 스마트 워치에 의하면, 무선 전력 코일의 도선이 적층된 형태로 구현되므로 동일 수평 면적 대비 높은 감은수를 확보할 수 있다.
또한, 무선 전력 코일의 각 도선에 흐르는 전류의 방향이 동일하게 되므로, 각 도선에 의한 자기장 간의 간섭이 최소화되어 무선 전력 송수신 효율 및 발열이 개선될 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 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 코일을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 무선 전력 코일의 권선 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 무선 전력 코일의 무선 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
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(20)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 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 2를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 210), 핑 단계(Ping Phase, 220), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 230), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 240) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(210)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(210)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(220)로 천이할 수 있다(S201). 선택 단계(210)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(220)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(220)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S202). 또한, 핑 단계(220)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(210)로 천이할 수도 있다(S203).
핑 단계(220)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S204).
식별 및 구성 단계(230)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(210)로 천이할 수 있다(S205).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S206).
전력 전송 단계(240)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(210)로 천이할 수 있다(S207).
또한, 전력 전송 단계(240)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S208).
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 3은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3을 참조하면, PMA 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 대기 단계(Standby Phase, 310), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase, 320), 식별 단계(Identification Phase, 330), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 340) 단계 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase, 350)로 구분될 수 있다.
대기 단계(310)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(310)에서 송신기는 충전 표면(Charging Surface)에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되거나 RXID 재시도가 진행중인 경우, 디지털 핑 단계(320)로 천이할 수 있다(S301). 여기서, RXID는 PMA 호환 수신기에 할당되는 고유 식별자이다. 대기 단계(310)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(320)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(320)에서 수신기는 유효한 응답 시그널이 수신되면, 식별 단계(330)로 천이할 수 있다(S302).
만약, 디지털 핑 단계(320)에서, 응답 시그널이 수신되지 않거나, PMA 호환 수신기가 아닌 것으로 확인되면-즉, FOD(Foreign Object Detection)인 경우-, 송신기는 대기 단계(310)로 천이할 수 있다(S303). 일 예로, FO(Foreign Object)는 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.
식별 단계(330)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(310)로 천이할 수 있다(S304).
송신기는 수신기 식별에 성공하면, 식별 단계(330)에서 전력 전송 단계(340)로 천이하여 충전을 개시할 수 있다(S305).
전력 전송 단계(340)에서, 송신기는 원하는 신호가 미리 정해진 시간 이내에 수신되지 않거나(Time Out), FO가 감지되거나, 송신 코일의 전압이 미리 정의된 기준치를 초과하는 경우, 대기 단계(310)으로 천이할 수 있다(S306).
또한, 전력 전송 단계(340)에서, 송신기는 내부 구비된 온도 센서에 의해 감지된 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 완료 단계(350)로 천이할 수 있다(S307).
충전 완료 단계(350)에서, 송신기는 수신기가 충전 표면에서 제거된 것이 확인되면, 대기 상태(310)으로 천이할 수 있다(S309).
또한, 송신기는 Over Temperature 상태에서, 일정 시간 경과 후 측정된 온도가 기준치 이하로 떨어진 경우, 충전 완료 단계(350)에서 디지털 핑 단계(320)로 천이할 수 있다(S310).
디지털 핑 단계(320) 또는 전력 전송 단계(340)에서, 송신기는 수신기로부터 EOC(End Of Charge) 요청이 수신되면, 충전 완료 단계(350)로 천이할 수도 있다(S308 및 S311).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기의 상태는 크게 비활성화 상태(Disable State, 410), 부트 상태(Boot State, 420), 활성화 상태(Enable State, 430)(또는, On state) 및 시스템 오류 상태(System Error State, 440)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기의 상태는 무선 전력 수신기의 정류기단에서의 출력 전압의 세기-이하, 설명의 편의를 위해 VRECT이라 명함-에 기반하여 결정될 수 있다.
활성화 상태(430)는 VRECT의 값에 따라 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 431), 저전압 상태(Low Voltage State, 432) 및 고전압 상태(High Voltage State, 433)로 구분될 수 있다.
비활성화 상태(410)의 무선 전력 수신기는 측정된 VRECT 값이 미리 정의된 VRECT_BOOT 값보다 크거나 같으면, 부트 상태(420)로 천이할 수 있다.
부트 상태(420)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와의 대역외 통신 링크를 설정하고 VRECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달할 때까지 대기할 수 있다.
부트 상태(420)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달된 것이 확인되면, 활성화 상태(430)로 천이하여 충전을 시작할 수 있다.
활성화 상태(430)의 무선 전력 수신기는 충전이 완료되거나 충전이 중단된 것이 확인되면, 부트 상태(420)로 천이될 수 있다.
또한, 활성화 상태(430)의 무선 전력 수신기는 소정 시스템 오류가 감지되면, 시스템 오류 상태(440)로 천이할 수 있다. 여기서, 시스템 오류는 과전압, 과전류 및 과열뿐만 아니라 미리 정의된 다른 시스템 오류 조건이 포함될 수 있다.
또한, 활성화 상태(430)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 VRECT_BOOT 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(410)로 천이될 수도 있다.
또한, 부트 상태(420) 또는 시스템 오류 상태(440)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 VRECT_BOOT 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(410)로 천이될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 510), 전력 절약 상태(Power Save State, 520), 저전력 상태(Low Power State, 530), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 540), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 550) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 560)을 포함하여 구성될 수 있다.
무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(510)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(510)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다.
전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
전력 절약 상태(520)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(520)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(tSHORT _BEACON) 일정 시간 간격(tCYCLE)으로 반복 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tSHORT _BEACON은 30ms이하, tCYCLE은 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(520)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(tLONG_BEACON)동안 일정 시간 간격(tLONG _BEACON_PERIOD)으로 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tLONG _BEACON은 105 ms+5 ms, tLONG _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(520)에서 저전력 상태(530)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(530)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(530)에서 전력 전송 상태(540)로 천이될 수 있다.
만약, 저전력 상태(530)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(530)에서 전력 절약 상태(520)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(530) 또는 전력 전송 상태(540)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(520)로 천이될 수 있다.
또한, 저전력 상태(530)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 신호가 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(530)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520)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(540)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(530)로 천이될 수 있다.
특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(510), 로컬 장애 상태(550) 및 잠금 장애 상태(560)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(540)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(540)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(541), 제2 상태(542) 및 제3 상태(543) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
일 예로, 제1 상태(541)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.
제2 상태(542)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(543)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520) 또는 저전력 상태(530) 또는 전력 전송 상태(540)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(560)로 천이될 수 있다
잠금 장애 상태(560)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(510) 또는 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다.
또한, 잠금 장애 상태(560)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(550)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(550)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(560)로 천이될 수 있다.
반면, 구성 상태(510), 전력 절약 상태(520), 저전력 상태(530), 전력 전송 상태(540) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(550)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(510)로 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(550)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(550)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(560)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(560)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(560)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(560)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(560)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(560)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(560)에서 전력 절약 상태(520)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차가 다시 수행될 수 있다.
전력 전송 상태(540)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 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신기(600)는 크게, 전력 변환부(610), 전력 전송부(620), 통신부(630), 제2 제어부(640), 센싱부(650)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(600)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(610)는 전원부(660)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(610)는 DC/DC 변환부(611), 증폭기(612)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC/DC 변환부(611)는 전원부(650)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(640)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 센싱부(650)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(640)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(640)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(640)는 센싱부(650)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(650)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(612)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(610)의 일측에는 전원부(650)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(612)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.
증폭기(612)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(640)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(640)는 통신부(630)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(612)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(620)는 다중화기(621)(또는 멀티플렉서), 송신 코일(622)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(620)는 전력 전송을 위한 특정 동작 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
반송파 생성기는 다중화기(621)를 통해 전달 받은 증폭기(612)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(621)의 출력단에 믹싱되어 교류 전력이 생성되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 증폭기(612) 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.
전력 전송부(620)는 증폭기(612)의 출력 전력이 송신 코일에 전달되는 것을 제어하기 위한 다중화기(621)와 복수의 송신 코일(622)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(640)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(600)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(640)는 다중화기(621)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 타임 슬롯 동안의 증폭기(612)의 증폭률을 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.
제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(622)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(640)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(655)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(650)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(640)에 송출할 수 있으며, 제어부(640)는 해당 이벤트 신호가 감지되면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(632)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(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(640)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(621)를 제어할 수도 있다.
변조부(631)는 제어부(640)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(621)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(632)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(640)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(632)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(640)에 제공할 수도 있다.
또한, 복조부(632)는 송신 코일(622)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(640)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(600)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(600)는 송신 코일(622)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(622)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일(622)-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 6의 설명에서는 무선 전력 송신기(600)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 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 수신기(700)는 수신 코일(710), 정류기(720), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 730), 부하(740), 센싱부(750), 통신부(760), 수신기 제어부(770)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(760)는 복조부(761) 및 변조부(762)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 7의 예에 도시된 무선 전력 수신기(700)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(700)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(760)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
수신 코일(710)을 통해 수신된 AC 전력은 정류부(720)에 전달될 수 있다. 정류기(720)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(730)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(730)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(740)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(740)에 전달할 수 있다.
센싱부(750)는 정류기(720) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 수신기 제어부(770)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(710)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 수신기 제어부(770)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신기(700)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 수신기 제어부(770)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 수신기 제어부(770)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(762)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(762)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(710) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다. 또한, 수신기 제어부(770)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(762)를 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(710)과 정류기(720) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(720) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 수신기 제어부(770)에 제공할 수 있다. 이때, 수신기 제어부(770)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(761)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수신기 제어부(770)는 배터리 충전률, 내부 온도, 정류기 출력 전압의 세기, 전자 기기에 탑재된 CPU 사용율, 사용자 메뉴 선택 중 적어도 하나에 기반하여 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 충전 모드의 변경이 필요하면, 상기 변경할 충전 모드 값이 포함된 충전 모드 패킷을 생성하여 상기 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 코일을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 코일(800)은 무선 전력 송신기 또는 무선 전력 수신기에 탑재될 수 있는 코일일 수 있다. 무선 전력 코일(800)은 전자기 공진 방식 또는 전자기 유도 방식을 위한 코일일 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 전자기 유도 방식을 위한 코일임을 전제로 설명하기로 하나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
즉, 무선 전력 코일(800)은 도 6에 도시된 송신 코일(622) 중 어느 하나(제1 송신 코일 내지 제n 송신 코일 중 어느 하나)일 수 있고, 또는 도 7에 도시된 수신 코일(710)일 수 있다.
무선 전력 코일(800)은 중심에 전도성이 높은 도선(예를 들어, 구리(Cu))가 위치하고 그 주위를 절연 피복(예를 들어, 섬유, 플라스틱 소재)이 감싸는 형태의 전선이 동심원을 중심으로 감긴 구조로 구현될 수 있다.
도 8에는 무선 전력 코일(800)이 동심원의 원형 구조로 예시되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 동심원의 사각형 구조, 또는 팔각형 구조 등 다양한 구조로 구현될 수 있다.
무선 전력 코일(800)의 외측 말단에는 제1 단자(810)가 형성되고, 무선 전력 코일(800)의 내측 말단에는 제2 단자(820)가 형성될 수 있다. 제1 단자(810)와 제2 단자(820)는 도 6에 도시된 송신 코일(622) 중 어느 하나(제1 송신 코일 내지 제n 송신 코일 중 어느 하나)의 양단 또는 도 7에 도시된 수신 코일(710)의 양단에 해당하는 것으로 제어 회로 기판에 연결될 수 있다. 무선 전력 송신기(600) 또는 무선 전력 수신기(700)의 동작을 제어하는 구성들을 포함하는 기판에 해당한다.
무선 전력 코일(800)의 권선 형태는 수직 권선 방식으로 구현될 수 있는데, 이에 대해서는 도 9를 참조하여 후술하기로 한다.
도 9는 도 8에 도시된 무선 전력 코일의 권선 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 코일의 단면(900)은 도 8에 도시된 무선 전력 코일(800)의 권선 형태를 설명하기 위한 예시적인 단면 구조를 갖는다. 즉, 무선 전력 코일의 단면(900)에서 볼 수 있듯이, 무선 전력 코일이 총 6회 감겨 형성된다고 가정하기로 한다.
무선 전력 코일의 단면(900)에 표시된 숫자는 무선 전력 코일이 감기는 순서를 의미하며, 설명의 편의상 무선 전력 코일의 단면(900)에 표시된 숫자인 1~6에 대응하여 제1 내지 제6 도선으로 정의하기로 한다. 예컨대, 3이라 표시된 도선은 제3 도선이라 정의하기로 한다. 물론, 제1 내지 제6 도선은 하나의 도선으로 감김으로써 구현되므로 전기적으로 연결되어 있음은 당연하다.
먼저, 가장 외측에 1번 도선이 1회 원형으로 감길 수 있고, 1번 도선이 1회 원형으로 감긴 뒤 1번 도선의 상위에 맞닿도록 2번 도선이 1회 원형으로 감길 수 있다. 이때, 1번 도선과 2번 도선은 솔더링(soldering) 공정으로 고정될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
2번 도선이 1회 원형으로 감긴 뒤 1번 도선의 내측에 맞닿도록 3번 도선이 1회 원형으로 감길 수 있다. 이때, 1번 도선과 3번 도선은 솔더링 공정으로 고정될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
이후, 4번 도선과 5번 도선은 각각 2번 도선과 3번 도선과 동일한 방식으로 원형으로 감길 수 있으며, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 4번 도선의 경우 3번 도선 외에 2번 도선과도 솔더링 공정으로 고정될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
마지막으로, 5번 도선이 1회 원형으로 감긴 뒤 5번 도선의 상위에 맞닿도록 6번 도선이 1회 원형으로 감길 수 있다. 이때, 6번 도선과, 4번 도선 및 5번 도선은 솔더링 공정으로 고정될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
따라서, 1번 도선에 무선 전력 코일의 시작점이 존재하며, 이는 도 8에 도시된 제1 단자(810)에 해당할 수 있다. 마찬가지로, 6번 도선에 무선 전력 코일의 끝점이 존재하며, 이는 도 8에 도시된 제2 단자(820)에 해당할 수 있다.
도 9에 도시된 무선 전력 코일의 단면(900)을 일반화시키면, 하나의 도선이 총 N(N은 양의 정수)회 감긴 무선 전력 코일은 각각이 제1 내지 제N 번째로 감긴 제1 내지 제N 도선을 포함하며, 제k(k는 1이상 (N-2)이하의 정수) 도선은 k번째로 감긴 도선을 의미한다. 또한, 제k 도선의 수직 방향으로 제(k+1) 도선이 배치되며, 제k 도선의 수평 방향으로 제(k+2) 도선이 배치될 수 있다.
도 9에 도시된 무선 전력 코일의 단면(900)은 도 8에 도시된 무선 전력 코일(800)의 권선 형태의 일 예시에 불과하며, 무선 전력 코일의 단면(900)과 달리 역순(6번 도선에서 1번 도선 순서)도 가능하고 위 아래 도선 간의 순서도 얼마든지 바뀔 수 있다.
또한, 무선 전력 코일의 단면(900)은 도선이 수직으로 2단 적층된 형태로 도시되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며 2단 이상으로도 적층된 형태로 구현될 수도 있다.
무선 전력 코일의 인덕턴스는 감은 수가 높을수록 높아지게 되는데, 무선 전력 코일이 적층된 형태로 구현되므로 동일 수평 면적 대비 높은 감은수를 확보할 수 있다. 또한, 무선 전력 코일의 각 도선에 흐르는 전류의 방향이 동일하게 되므로, 각 도선에 의한 자기장 간의 간섭이 최소화될 수 있으며, 이로 인해 무선 전력 송수신 효율이 개선될 수 있다. 달리 말하면, 도 9의 방식에 따른 무선 전력 코일은 상대적으로 작은 AC 저항을 가지게 된다.
도 10은 도 8에 도시된 무선 전력 코일의 무선 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 도 8에 도시된 무선 전력 코일과 같이 수직 권선으로 구현된 무선 전력 코일의 무선 전력 전송 효율과, 알파 권선으로 구현된 무선 전력 코일의 무선 전력 전송 효율을 측정하여 서로 비교한 그래프가 도시되어 있다.
여기서, 무선 전력 전송 효율은 무선 전력 송신기의 송신 전력 대비 무선 전력 수신기의 수신 전력의 비율로 산출될 수 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
그래프의 가로축은 무선 전력 송신기의 송신 전력(output power, 단위는 와트(W))을 나타내고, 그래프의 세로축은 무선 전력 전송 효율(efficiency, 단위는 퍼센트(%))을 나타낸다.
모든 송신 전력에서 알파 권선에 비해 수직 권선의 무선 전력 전송 효율이 더 높으며, 일정 송신 전력(예컨대, 1.2W) 이상에서는 알파 권선에 비해 수직 권선의 무선 전력 전송 효율이 약 5% 더 높게 나타남을 알 수 있다.
이는 알파 권선 역시 무선 전력 코일이 적층된 형태이나, 무선 전력 코일의 각 도선에 흐르는 전류의 방향이 동일하지 않아 각 도선에 의한 자기장 간의 간섭이 발생하기 때문이다.
달리 말하면, 알파 권선에 비해 수직 권선의 무선 전력 코일이 상대적으로 작은 AC 저항을 가진다고 할 수 있다. 이로 인해, 무선 전력 코일에서 발생하는 발열 역시 개선될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 수신기(1100)와 무선 전력 송신기(1110)가 도시되어 있으며, 무선 전력 수신기(1100)와 무선 전력 송신기(1110) 각각은 무선 전력 수신기(700)와 무선 전력 송신기(600)의 구성을 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(1100)는 스마트 워치(smart watch)로 구현되며, 무선 전력 수신기(700)의 구성 외에 스마트 워치의 기능을 구현하기 위한 여러 구성요소를 더 포함할 수 있다.
무선 전력 수신기(1100)는 디스플레이(1101), 제어 회로 기판(1102), 표면 실장 소자(1103), 센서(1104), 제1 차폐제(1105), 수신 코일(1106), 저면 커버(1107), 제2 차폐재(1108) 및 측면 커버(1109)를 포함할 수 있다.
디스플레이(1101)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 스마트 워치와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공함과 동시에, 스마트 워치와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다. 또한, 디스플레이(1101)는 외부로 노출되어 무선 전력 수신기(1100) 즉, 스마트 워치의 상부 외형을 이루게 된다.
제어 회로 기판(1102)은 수신 코일(710)을 제외한 무선 전력 수신기(700)의 구성(즉, 제어 회로)을 포함할 수 있으며, 스마트 워치의 기능 구현을 위한 무선 통신 모듈, 애플리케이션 프로세서(application processor), 메모리(memory), 전원 모듈 등을 포함할 수 있다.
제어 회로 기판(1102)은 제1 차폐재(1105)를 관통하는 커넥터(connector)를 통해 수신 코일(1106)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
표면 실장 소자(1103)는 스마트 워치의 기능 구현을 위한 구성 중 제어 회로 기판(1102)에 포함되지 않고 독립적인 부품 형태로 구현되는 모듈을 의미하며, 제어 회로 기판(1102)에 장착되어 전기적으로 접속될 수 있다. 표면 실장 소자(1103)은 메모리, 모뎀 등일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
센서(1104)는 사용자의 생체 정보를 획득할 수 있는 센서를 의미하며, 표면 실장 소자(1103)와 마찬가지로 제어 회로 기판(1102)에 장착되어 전기적으로 접속될 수 있다.
생체 정보는 인간의 몸이 가지고 있는 정보(얼굴, 장문, 지문, 망막, 홍체 및 기타)와 살아있는 인간의 몸에서 발생되는 정보(심박수, 혈류량, 체온 및 기타)를 모두 포함한다. 센서(1104)는 사용자의 신체의 일부(손, 손가락, 팔목 및 기타)가 접촉될 때 측정 가능한 정보(예를 들면, 심박 리듬)를 획득할 수 있는 심박 센서 또는 온도 센서일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
센서(1104)는 도 11에 나타난 바와 같이 사용자의 신체에 가능한 가깝게 형성하여 생체 정보를 효과적으로 획득할 수 있는 형태로 구현될 수 있다.
제1 차폐재(1105)는 무선 전력 송신기(1110)의 송신 코일(1112)로부터 발생된 자기장을 차폐하여, 상기 자기장이 제어 회로 기판(1102)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 제1 차폐재(1105)는 자기장 차폐 기능을 갖는 소재(예컨대, 페라이트)로 구현될 수 있다.
다만, 제1 차폐재(1105)는 제어 회로 기판(1102)에 상응하는 면적에 형성됨이 바람직하나, 표면 실장 소자(1103)와 센서(1104)가 제어 회로 기판(1102)에 불규칙적으로 장착될 수 있으므로 제1 영역(A1)에는 제1 차폐재(1105)가 형성될 수 없다.
수신 코일(1106)은 제1 차폐재(1105)의 하부에 형성되며, 도 8에 도시된 무선 전력 코일(800)로 구현될 수 있다.
저면 커버(1107)는 무선 전력 수신기(1100) 즉, 스마트 워치의 하부 외형을 이룰 수 있으며, 무선 전력 수신기(1100)의 내부의 구성들을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 저면 커버(1107)는 자기장 흡수율이 낮고 열 전도율이 높으며 강도가 높은 플라스틱 소재로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
저면 커버(1107)의 형상은 센서(1104)의 효율을 높이기 위한 형상에 대응하여 중앙부가 돌출된 형태로 구현될 수 있다.
제2 차폐재(1108)는 저면 커버(1107)의 상부면에 밀착되어 구현되며, 무선 전력 송신기(1110)의 송신 코일(1112)로부터 발생된 자기장을 차폐하여, 상기 자기장이 제어 회로 기판(1102)으로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 제2 차폐재(1108)는 자기장 차폐 기능을 갖는 소재(예컨대, 페라이트)로 구현될 수 있다.
즉, 제2 차폐재(1108)는 제1 영역(A1)에 제1 차폐재(1105)가 형성될 수 없음으로 인해, 무선 전력 송신기(1110)의 송신 코일(1112)로부터 발생된 자기장이 제어 회로 기판(1102)으로 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
다만, 제2 차폐재(1108)는 센서(1104)에 상응하는 홀을 포함할 수 있으며, 상기 홀은 센서(1104)의 생체 정보 획득을 제2 차폐재(1108)가 방해하는 것을 막기 위해 형성될 수 있다.
측면 커버(1109)는 무선 전력 수신기(1100) 즉, 스마트 워치의 측면 외형을 이룰 수 있으며, 무선 전력 수신기(1100)의 내부의 구성들을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 측면 커버(1109)는 강도가 높은 메탈 소재로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
무선 전력 송신기(1110)는 상부 커버(1111), 송신 코일(1112), 차폐재(1113) 및 제어 회로 기판(1114)을 포함할 수 있다.
상부 커버(1111)는 무선 전력 송신기(1110)의 상부 외형을 이룰 수 있으며, 무선 전력 송신기(1110)의 내부의 구성들을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 상부 커버(1111)는 자기장 흡수율이 낮고 열 전도율이 높으며 강도가 높은 플라스틱 소재로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
상부 커버(1111)의 형상은 저면 커버(1107)의 형상에 상응하도록, 중앙부가 오목한 형상으로 구현될 수 있다. 이로 인해, 무선 전력 수신기(1100)가 무선 전력 송신기(1110)에 안착되어 거치될 수 있다.
송신 코일(1112)은 상부 커버(1111)의 하부에 형성되며, 도 8에 도시된 무선 전력 코일(800)로 구현될 수 있다.
차폐재(1113)는 무선 전력 송신기(1110)의 송신 코일(1112)로부터 발생된 자기장을 차폐하여, 상기 자기장이 제어 회로 기판(1114)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 차폐재(1113)는 자기장 차폐 기능을 갖는 소재(예컨대, 페라이트)로 구현될 수 있다.
제어 회로 기판(1114)은 송신 코일(622)을 제외한 무선 전력 송신기(600)의 구성(즉, 제어 회로)을 포함할 수 있다. 제어 회로 기판(1114)은 차폐재(1113)를 관통하는 커넥터(connector)를 통해 송신 코일(1112)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(1100) 또는 무선 전력 송신기(1110)에 의하면, 수직 권선 형태를 갖는 무선 전력 코일을 포함하여 보다 작은 면적을 갖는 장치를 구현할 수 있다.
특히, 스마트 워치로 구현되는 무선 전력 수신기(1100)가 스마트 워치의 센싱 기능을 저해하지 않으면서도 송신 측의 자기장의 영향을 줄일 수 있어, 높은 품질의 무선 전력 수신기(1100)가 제공될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법이 WPC 표준에 따르는 무선 전력 송신기에 적용됨을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 PMA 표준 또는 A4WP 표준 등의 다른 표준을 따르는 무선 전력 송신기에 상기 전력 제어 방법에 이용되는 동일 내지 유사한 정보를 통해 실질적으로 동일한 기술적 사상이 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
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 (13)

  1. 하나의 도선이 N(N은 양의 정수) 회 감겨 형성되고, 각각이 제1 내지 제N 번째로 감긴 제1 내지 제N 도선을 포함하며,
    제k(k는 1이상 (N-2)이하의 정수) 도선은 제(k+1) 도선의 수직 방향으로 배치되는 무선 전력 코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제k 도선 및 상기 제(k+1) 도선은 솔더링(soldering) 공정으로 고정되는 무선 전력 코일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제k 도선은 제(k+2) 도선의 수평 방향으로 배치되는 무선 전력 코일.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제k 도선 및 상기 제(k+2) 도선은 솔더링 공정으로 고정되는 무선 전력 코일.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도선은 상기 무선 전력 코일의 가장 외측에 형성되고, 상기 외측에 상기 제1 도선과 연결되는 제1 단자가 형성되고,
    상기 제N 도선은 상기 무선 전력 코일의 가장 내측에 형성되고, 상기 내측에 상기 제N 도선과 연결되는 제2 단자가 형성되는 무선 전력 코일.
  6. 제1항의 상기 무선 전력 코일; 및
    상기 무선 전력 코일로 수신되는 AC 전력을 정류 및 변환하여 부하로 전달하는 제어 회로를 포함하는 무선 전력 수신기.
  7. 제1항의 상기 무선 전력 코일; 및
    전원부로부터 공급되는 DC 전력을 정류 및 변환하여 상기 무선 전력 코일로 전달하는 제어 회로를 포함하는 무선 전력 송신기.
  8. 하나의 도선이 N(N은 양의 정수) 회 감겨 형성되고, 각각이 제1 내지 제N 번째로 감긴 제1 내지 제N 도선을 포함하는 무선 전력 코일;
    상기 무선 전력 코일의 하부에 형성되고, 사용자의 생체 정보를 획득하는 센서의 형상에 대응하여 중앙부가 돌출되는 저면 커버; 및
    상기 저면 커버의 상부에 밀착되어 형성되고, 무선 전력 송신기에 의해 발생된 자기장의 전달을 차단하는 차폐재를 포함하며,
    제k(k는 1이상 (N-2)이하의 정수) 도선은 제(k+1) 도선의 수직 방향으로 배치되는 스마트 워치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차폐재는 상기 센서에 상응하는 홀을 포함하는 스마트 워치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제k 도선 및 상기 제(k+1) 도선은 솔더링(soldering) 공정으로 고정되는 스마트 워치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제k 도선은 제(k+2) 도선의 수평 방향으로 배치되는 스마트 워치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제k 도선 및 상기 제(k+2) 도선은 솔더링 공정으로 고정되는 스마트 워치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 도선은 상기 무선 전력 코일의 가장 외측에 형성되고, 상기 외측에 상기 제1 도선과 연결되는 제1 단자가 형성되고,
    상기 제N 도선은 상기 무선 전력 코일의 가장 내측에 형성되고, 상기 내측에 상기 제N 도선과 연결되는 제2 단자가 형성되는 스마트 워치.
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