KR20180117956A - 앱을 이용하는 자기공진 기반 무선충전 관리장치 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

앱을 이용하는 자기공진 기반 무선충전 관리장치 및 그 시스템이 개시된다. 일 실시 예에 따른 무선충전 관리장치는 자기공진 방식의 송신기 및 이와 연결된 모든 수신기들을 함께 동시에 모니터링 및 제어한다.

Description

앱을 이용하는 자기공진 기반 무선충전 관리장치 및 그 시스템 {Apparatus and system for managing wireless recharge based on magnetic resonance using application}
본 발명은 무선충전 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선충전을 모니터링 하고 제어하는 관리기술에 관한 것이다.
자기공진형 무선전력 충전 시스템은 크게 2가지 방법으로 구현되고 있다. 그 중 하나는 자기유도 방식으로, 무선전력 송신기(Power Transmitting Unit: PTU)의 안테나와 무선전력 수신기(Power Receiving Unit: PRU)의 안테나가 위치적으로 잘 정합되어야 하고 거리가 가까워야 하는 밀착 결합(tightly coupled) 방식이다. 이 방식은 동작 주파수가 낮고 전력 송신기의 안테나와 전력 수신기의 안테나가 근거리에서 비교적 정확히 정합되어 있으므로 효율이 우수하고 제어방식이 기존의 공진 인버터(resonant inverter) 방식과 유사하여 제어방식이 확립되어 있다는 장점을 가진다. 이러한 기술을 채택하고 있는 표준으로는 WPC(Wireless Power Consortium)의 Qi 방식과 PMA(Power Matters Alliance) 방식이 있다. Qi, PMA 방식은 효율이 우수하고 비교적 저렴하게 제작이 가능하다. 그러나 하나의 전력 송신기가 2개 이상의 전력 수신기에 동시에 에너지를 공급하기 어렵고, 전력 송신기와 전력 수신기 안테나가 위치적으로 정합되지 않으면 충전 효율이 급격히 감소하는 문제가 있다. 또한, 전력 송신기와 전력 수신기의 거리가 조금만 멀어져도 역시 충전 효율이 감소하므로 일반 사용자가 사용하기에 불편함이 따른다.
이러한 문제를 해결하기 위해 자기 공명(magnetic resonance) 기술을 이용하며 에너지 전송 주파수를 높여서 위의 표준에 비해 거리 및 위치상으로 자유로이 충전할 수 있는 표준이 제안되었다. A4WP(Alliance for Wireless Power)이 그 대표적인 표준이라 할 수 있다. Qi, PMA 방식이 80kHz ~ 200kHz 남짓의 주파수로 에너지를 전송하는 반면, A4WP 방식은 6.78MHz의 고 주파수를 사용하므로 안테나 크기가 작아도 되며, 전력 수신기와 전력 송신기의 공진기의 공진 주파수를 일치시킴으로써 안테나 간의 거리가 떨어져도 무선충전이 가능하다. A4WP 방식을 사용하면, 수 cm에서 수 Watt를 부하에 공급하는 것이 어렵지 않고, 여러 개의 전력 수신기에 동시에 에너지를 전송하는 것도 가능하다. 이러한 방식을 느슨한 결합(loosely coupled) 방식이라고도 한다. 단, 이 방식은 구동 주파수가 높아서 제작이 어려우며 높은 주파수로 능동 소자를 구동하게 되어 효율이 밀착 결합(tightly coupled) 방식에 비해 낮다.
지금까지 소개한 Qi, PMA, A4WP 방식은 각각 장단점을 가지고 있어서, 3가지 방식이 혼재되어 사용되고 있다. 이러한 표준들에서는 서로 간의 주파수가 상이하므로 무선충전 표준이 서로 호환이 안 된다는 단점이 있다.
일 실시 예에 따라, 자기공진 방식의 송신기 및 이와 연결된 모든 수신기들을 함께 동시에 모니터링 및 제어할 수 있는 앱을 이용하는 자기공진 기반 무선충전 관리장치 및 그 시스템을 제안한다.
일 실시 예에 따른 무선충전 관리장치는, 자기공진 방식을 이용하여 무선전력을 송신하는 송신기와 송신기로부터 무선전력을 수신하는 다수의 수신기를 모니터링 및 제어하기 위한 애플리케이션이 저장된 메모리와, 송신기와 다수의 수신기로부터 각 기기의 식별정보를 수신하고 식별된 기기로부터 무선충전 관련 동작 상태정보를 수신하는 수신부와, 메모리에 저장된 애플리케이션을 실행하여 수신부로부터 동작상태 정보를 획득하고 각 기기의 동작상태를 모니터링 하여 동작상태에 따라 해당 기기의 동작을 제어하는 제어신호를 생성하는 관리부와, 관리부에서 생성된 제어신호를 각 장치에 송신하는 송신부를 포함한다.
여기서, 동작상태 정보는 송신기의 전압, 전류 및 온도정보와, 각 수신기의 전압, 전류 및 온도정보와, 배터리의 상태를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 관리부는, 송신기로부터 획득된 동작상태 정보로부터 송신기의 송신상태를 모니터링 하고 각 수신기로부터 획득된 동작상태 정보로부터 수신기 별 수신상태를 모니터링 하는 모니터링부와, 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 송신기의 송신동작을 제어하되 식별된 수신기의 수량 및 용량에 따른 송신기의 수신기 별 송신전력 범위를 송신기로부터 수신하고 송신기의 각 수신기 별 송신전력이 미리 설정된 송신전력 범위 내에서 유지되도록 제어하고 송신전력이 과전압 과전류이면 송신기가 송신전력을 낮추도록 제어하며 송신전력이 미리 설정된 과전압 과전류 한계치를 넘으면 송신기가 전력 공급을 차단하도록 제어하는 송신기 제어부와, 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 각 수신기의 수신동작을 제어하되 각 수신기의 수신전력이 미리 설정된 수신전력 범위 내에서 유지되도록 수신전력을 제어하고, 수신전력이 과전압 과전류이면 수신기가 수신전력을 낮추도록 제어하고 수신전력이 미리 설정된 과전압 과전류 한계치를 넘으면 수신기가 전력 수신을 차단하도록 제어하는 수신기 제어부를 포함한다.
여기서, 모니터링부는 각 수신기로부터 고속인지 저속인지에 대한 충전모드 정보를 획득하고 충전모드가 실행 중인지를 확인하여 수신기 별 동작상태 정보를 획득하고, 충전상태에 따른 충전완료 감지신호를 획득하며, 송신기 제어부는 충전모드에 맞게 송신기가 송신전력을 해당 수신기에 공급하도록 제어하며, 수신기 제어부는 모니터링부를 통해 감지된 동작상태를 제어하고 충전완료 감지신호에 따라 충전완료를 제어하며 수신기 별 충전상태 확인을 통해 충전모드 실행 중이 아니면 충전불량인 수신기를 확인하고 확인된 수신기의 연결을 해제할 수 있다.
일 실시 예에 따른 수신부는 송신기와 각 수신기로부터 주파수 정보를 수신하고, 관리부는 각 기기 별로 무선충전 시에 원하는 공진 주파수 대역 및 불필요한 주파수 대역 중 적어도 하나를 설정하고, 수신부로부터 획득된 송신기 및 수신기의 주파수 정보를 모니터링 하며 해당하는 송신기 및 수신기의 필터를 제어하여 불필요한 주파수 대역을 제거한다.
일 실시 예에 따른 무선충전 시스템은, 원통형의 안테나를 포함하고 자기공진 방식을 통해 무선전력을 송신하는 하나의 송신기와, 송신기의 원통형 안테나 내부 또는 그 통신범위 내에 수용 가능하여 자기공진 방식을 통해 송신기로부터 무선전력을 수신하는 다수 개의 수신기와, 송신기와 다수의 수신기로부터 각 기기의 식별정보를 수신하고 식별된 기기로부터 동작상태 정보를 수신하며 애플리케이션을 통해 동작상태 정보를 감지하여 각 기기의 동작상태를 모니터링 하고 모니터링된 동작상태에 따라 해당 기기의 동작을 제어하는 무선충전 관리장치를 포함한다.
다른 실시 예에 따른 무선충전 시스템은, 다수의 칸으로 구획된 보관함의 일 측에 위치하고 자기공진 방식을 통해 무선전력을 송신하는 하나의 송신기와, 보관함의 각 칸에 수용 가능하여 자기공진 방식을 통해 송신기로부터 무선전력을 수신하는 다수 개의 수신기와, 송신기와 다수의 수신기로부터 각 기기의 식별정보를 수신하고 식별된 기기로부터 동작상태 정보를 수신하며 애플리케이션을 통해 동작상태 정보를 감지하여 각 기기의 동작상태를 모니터링 하고 모니터링된 동작상태에 따라 해당 기기의 동작을 제어하는 무선충전 관리장치를 포함한다.
일 실시 예에 따른 무선충전 관리장치는 자기공진 방식의 송신기 및 이와 연결된 모든 수신기들을 함께 동시에 모니터링 및 제어할 수 있다. 특히, 송신기 및 이와 연결된 다수의 수신기의 무선충전 관련 동작상태를 관리장치의 앱을 통해 모니터링 하고 제어할 수 있다. 이에 따라, 송신기 및 다수의 수신기 간에 자기공진 방식의 장점인 편리한 충전방식을 따르면서 동시에 효율적인 충전을 가능하게 한다.
나아가, 충전기의 상용화에 필수적으로 요구되는 안전을 고려한다. 현재 다양한 충전기들이 있지만 안전을 기반으로 한 제품은 아직 상용화된 것이 없으므로, 향후 모든 충전방식에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선충전 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 무선충전 시스템의 세부 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 관리부의 세부 구성 및 관리부에서 모니터링 및 제어되는 정보를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관리장치의 송신기 제어방법을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관리장치의 수신기 제어방법을 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 관리장치의 주파수 제어를 위한 무선충전 시스템의 구성도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보관형 무선충전 시스템의 사용 예를 도시한 참조도,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원통형 무선충전 시스템의 사용 예를 도시한 참조도,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거치형 무선충전 시스템의 사용 예를 도시한 참조도,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 무선충전 시스템의 사용 예를 도시한 참조도,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선충전 프로세스를 도시한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선충전 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무선충전 시스템(1)은 자기공진 방식으로 무선전력을 송신하는 송신기(2)와, 송신기(2)로부터 자기공진 방식으로 무선전력을 수신하는 다수 개의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)와, 송신기(2) 및 다수 개의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)를 모니터링 및 제어하는 무선충전 관리장치(이하 '관리장치'라 칭함)(4)를 포함한다.
송신기(2)와 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)는 자기공진 방식을 이용하여 무선전력 신호를 송수신한다. 송신기(2)는 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)에 동시에 무선전력을 송신할 수 있다. 자기공진 방식은 크게 자기유도 방식과 자기공명 방식으로 분류될 수 있는데, 자기유도 방식의 예는 Qi, PMA 방식이 있고, 자기공명 방식의 예는 A4WP 방식이 있다. 송신기(2)는 예를 들어, 자기유도나 자기공명을 이용하는 충전 패드, 몇 센티미터 떨어진 거리에서도 충전이 가능한 그릇 모양의 충전기, 표면을 충전기화한 형태 등 다양한 형태가 가능하다.
수신기(3)는 송신기(2)로부터 무선전력을 수신하여 충전이 필요한 전자장치의 배터리를 충전한다. 수신기(3)는 스마트폰의 배터리 커버 내에 장착되는 형태일 수 있는데, 이 경우 스마트폰은 수신기(3)를 배터리 커버로 덮은 형태이다. 수신기(3)는 소비자 측의 전자장치에 내장된 형태일 수 있다. 여기서, 전자장치는 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같이 소비자가 휴대할 수 있는 모바일 단말일 수 있고, 보청기, 무선 이어폰 등과 같은 소형제품일 수 있다. 수신기(3)는 송신기(2)로부터 자기유도 방식이나 자기공명 방식 중 어느 하나를 이용하여 무선전력을 수신할 수 있고, 자기유도 방식 및 자기공명 방식 두 개 모두를 이용하여 무선전력을 수신할 수 있는 듀얼 밴드 수신기일 수도 있다.
관리장치(4)는 자기공진 방식을 사용하는 하나의 송신기(2)와 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n) 모두를 동시에 모니터링 하고 제어할 수 있는 장치이다. 관리장치(4)는 송신기(2) 및 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)와 각각 연결되어, 송신기(2) 및 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n) 별 무선충전 관련 모니터링 및 제어를 수행한다.
관리장치(4)는 애플리케이션(application, 이하 '앱'이라 칭함)(400)을 이용하여 모니터링 및 제어를 수행한다. 이때, 관리장치(4)는 앱(400)을 이용하여 무선충전 관련 송신기(2)의 송신상태와, 송신기(2)와 연결된 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)의 수신상태 및 배터리 상태를 모니터링할 수 있다. 송신기(2)의 송신상태는 송신기(2)의 전압, 전류, 온도, 소비전력 등을 통해 확인할 수 있다. 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)의 수신상태는 각 수신기(3-1,3-2,…,3-n)의 전압, 전류, 온도 등을 통해 확인할 수 있다. 배터리의 상태는 배터리의 잔량, 상태, 종류 등을 통해 확인할 수 있다. 관리장치(4)는 앱(400)을 통해 송신기(2)의 송신상태 및 각 수신기(3-1,3-2,…,3-n)의 수신상태를 모니터링 하고 제어한다. 이에 따라, 앱(400)을 통해 모든 소비자들이 쉽고 간편하게 무선충전 관련 모니터링 및 제어가 가능하다.
관리장치(4)는 송신기(2) 및 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)와 모두 통신할 수 있고 앱(400)을 실행할 수 있는 전자장치면 어느 것이든 무방하다. 특히, 관리장치(4)는 송신기(2) 및 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)와의 통신을 위해 블루투스, NFC, Wi-Fi 등과 같은 무선방식을 이용할 수 있다. 관리장치(4)의 예로는 소비자 측의 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크톱 등일 수 있으며, 중앙의 관리서버 형태일 수 있다.
관리장치(4)는 송신기(2) 및 각 수신기(3-1,3-2,…,3-n)에 할당된 식별정보(ID, 이하 ID라 칭함)를 수신하여 각 장치를 식별하고, 식별된 송신기(2)와 각 수신기(3)로부터 무선충전 관련 동작 상태정보를 수신하여 동작상태를 모니터링 하며, 모니터링 결과에 따라 송신기(2)와 각 수신기(3-1,3-2,…,3-n)의 동작을 제어한다.
관리장치(4)는 모든 통신매체와 호환되며, 송신기(2) 및 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n) 간에 자기공진 방식의 장점인 편리한 충전방식을 따르면서 동시에 효율적인 충전을 가능하게 한다. 또한, 충전기의 상용화에 필수적으로 요구되는 안전을 고려한다. 현재 다양한 충전기들이 있지만 안전을 기반으로 한 제품은 아직 상용화된 것이 없으므로, 향후 모든 충전방식에 적용될 수 있다. 현재 개발되는 제품들은 단순히 제품 내에서만 안전을 위한 제어기능을 가지지만, 모든 제품들을 통합해서 모니터링 한다든가 제어할 수 있는 장치는 없다. 이에 비해, 본 발명의 관리장치(4)는 자기공진 방식의 송신기 및 이와 연결된 모든 수신기들을 함께 동시에 모니터링 및 제어할 수 있다.
이하, 본 발명을 제안하게 된 배경 및 필요성에 대해 후술한다. 현재 배터리를 장착한 제품을 개발하는 추세로 진화하고 있다. 그리고 배터리를 유선이 아닌 무선으로 충전하는 형태로 제품 개발이 진화하고 있다. 일부 소형 가전제품에서 유선 충전방식에 대한 여러 가지 문제점이 노출되어, 무선방식이 그 대안이 되고 있다. 일 예로, 소형 미용제품이나 IOT 제품에 유선을 사용할 경우 제품에 많은 문제가 발생한다. 예를 들어, 물이나 액체로 인해 소형제품의 내부회로가 망가지는 현상이 우려된다. 이를 보완하기 위한 방책 중 하나로, 무선충전 방식, 특히 자기공진 방식이 있다. 향후 소형제품이 밀폐 방식으로 개발된다면, 배터리에 대한 충전기능이 요구된다. 밀폐 방식의 소형제품에서 제일 중요한 부분 중 하나가 안전성 확보 및 모니터링 기능인데, 본 발명의 관리장치(4)는 제품들의 안전을 위한 제어기 역할을 한다. 이를 위해 관리장치(4)는 송신기(2) 및 이와 연결된 다수의 수신기(3-1,3-2,…,3-n)와의 상호통신이 가능하며, 단순방식으로는 제품화가 어렵기 때문에 앱(400)을 활용한 통신방식을 사용한다.
이하, 관리장치(4)가 다수의 수신기의 통합 제어가 가능한 배경을 듀얼 밴드 수신기를 예를 들어 후술한다. 듀얼 밴드 수신기는 자기유도 방식의 수신기와 자기공명 방식의 수신기를 하나의 수신기로 통합한 것으로, 현재 상용화 제품은 아직 없으며 이제 제품화해서 출시되는 상황이다. 해당 제품은 자체 제어장치가 구성되어 자체적으로 제어하는 것이지, 모니터링 기능과 외부 제어기능이 없는 관계로, 소형화 및 밀폐 방식으로의 제작이 어렵다. 이를 보완하고 제품화하기 위해서, 본 발명은 외부의 관리장치(4)의 앱(400)을 이용하여 듀얼 밴드 수신기에 대한 모니터링 기능 및 일부 문제에 대한 제어기능을 수행한다.
또한, 향후 충전 방식이 저속 충전과 고속 충전 방식으로 전환되고 있으며 이에 맞춘 제품이 듀얼 방식의 수신기이다. 본 발명의 앱(400) 기반 무선충전 방식만이 향후 안전한 충전기를 만들 수 있는 방법이 될 것이다. 현재 개발되고 있는 수신기들이 모두 자체적인 제어기능만 가지고 있는 데 비하여, 본 발명의 관리장치(4)는 이들을 모두 모니터링 및 제어하고, 소비자가 제품에 대한 문제를 쉽게 판별할 수 있도록 한다. 향후 모든 제품들도 본 발명에 따른 앱 기반 관리형태로 진화해야 하며, 모든 전자제품에 적용하기 위해서도 본 발명과 같은 시스템을 갖추어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 무선충전 시스템의 세부 구성도이다.
도 2에서는 송신기(2)로부터 무선전력을 수신하는 하나의 수신기(3) 만을 도시하고 있으나, 이는 관리장치(4)가 관리하는 다수의 수신기 중 하나의 수신기만을 편의를 위해 도시한 것임을 명시한다. 송신기(2)는 송신기 소스 제어부(20)와 송신기 통신 제어부(22) 및 송신 안테나(24)를 포함하며, 수신기(3)는 수신기 소스 제어부(30)와 수신기 통신 제어부(32) 및 수신 안테나(34)를 포함한다. 관리장치(4)는 통신부(40), 관리부(42) 및 메모리(44)를 포함하며, 통신부(40)는 수신부(400)와 송신부(410)를 포함한다.
송신기(2)의 무선충전 관련 동작상태 제어는 송신기(2) 자체에서 가능하고, 관리장치(4)를 통해서도 가능하다. 송신기(2) 내부에서의 상태 제어를 예로 들면, 송신기 소스 제어부(20)가 송신기(2)의 입력전원 과전압 과전류 제어기와 출력전압 제어기를 제어한다. 입력전원 과전압 과전류 제어기는 입력전원에 대한 출력 대비 과전압 과전류를 사전에 감지한다. 입력전원은 전력 변환기를 통하여 변환되고, 전압을 증폭해주는 전압 증폭기를 통하여 증폭되는데, 출력전압 제어기는 증폭되는 전압을 조절한다. 송신기 통신 제어부(22)는 공진기에서 설정된 공진 주파수(예를 들어, 6.78MHz)를, 전압 증폭기에서 발생한 전압 및 전류와 합하여 송신 안테나(24)로 공급한다. 전압 전류 검출기는 송신 안테나(24)를 통해 출력되는 무선공진 신호의 전압 및 전류를 감지한다.
송신기(2)에서 자체적으로 무선충전 상태를 제어할 수 있으나, 이를 모니터링 하고 외부에서 제어하는 기능은 없으며, 본 발명의 관리장치(4)를 통해 송신기(2)의 동작 상태 모니터링 및 제어가 가능하다. 관리장치(4)의 관리부(42)는 송신기(2)의 모니터링 및 제어 기능을 앱을 통해 수행한다. 예를 들어, 수신부(410)가 송신기(2)의 전압 전류 검출기에서 검출된 무선공진 신호의 전압 및 전류 정보를 송신기(2)로부터 수신하여 이를 관리부(40)에 전달하면, 관리부(40)는 수신된 전압 및 전류 정보를 모니터링 하고 미리 설정된 정상범위 내에서 그 값을 유지하도록 제어하는 제어신호를 생성하며 이를 송신부(410)를 통해 송신기(2)에 전송한다. 그러면, 송신기(2)는 수신된 제어신호에 따라 출력전압 제어기를 통해 전압 증폭기에서 증폭되는 전압을 조절한다.
수신기(3) 역시 송신기(2)와 마찬가지로 자체적으로 무선충전 관련 동작상태를 제어할 수 있다. 그러나 이 경우에도 이를 모니터링 하고 외부에서 제어하는 기능은 없으며, 본 발명의 관리장치(4)를 통해 수신기(3)의 동작상태 모니터링 및 제어가 가능하다.
일 실시 예에 따른 수신기(3)는 송신기(2)로부터 송신되는 무선전력을 수신하는 수신 안테나(34)와, 수신 안테나(34)를 통하여 공급된 전력을 정류하는 정류기와, 정류기의 후단에 연결되어 전압 및 전류를 모니터링 하여 미리 설정된 기준 전압 및 전류 이상인 상태에서 주기적으로 감지하고 제어하는 전압 전류 제어기와, 전압 전류 제어기 및 부하와 양단에 연결된 DC-DC 컨버터를 포함한다.
관리부(42)에서의 수신기(3) 동작상태 제어 예를 들면, 수신기 소스 제어부(30)가 전압 전류 제어기를 통해 감지된 전압 전류를, 수신기 통신 제어부(32)의 제어 하에 수신 안테나(34)를 통해 관리장치(4)에 전송한다. 관리장치(4)는 수신기 통신 제어부(32)를 통해 수신 전압 전류 정보를 수신하여 이를 관리부(42)에 전달하면, 관리부(42)가 수신 전압 전류를 모니터링 하여 미리 설정된 기준 전압 및 전류 범위 내에서 동작하도록 하는 제어신호를 생성하고 이를 송신부(410)를 통해 수신기(3)에 전송한다.
이하, 일 실시 예에 따른 관리장치(4)의 세부 구성에 대해 후술한다.
메모리(44)에는 관리장치(4)의 동작 수행을 위해 필요한 정보와 동작 수행 중에 생성된 정보가 저장된다. 그리고 송신기(2)와 수신기(3)를 모니터링 및 제어하기 위한 앱이 저장된다. 앱은 다운로드를 통해 설치 가능하다.
통신부(40)는 송신기(2) 및 수신기(3)와 통신하여 무선충전 관련 송신기(2) 및 수신기(3)의 동작 상태정보를 수신하고, 관리부(42)를 통해 생성된 제어신호를 송신부(410)를 통해 송신기(2) 및 수신기(3)에 전송한다. 통신방법은 블루투스(BLE), 근거리 무선통신(NFC), 와이파이(WIFI) 등의 현존 또는 미래에 등장할 모든 무선 통신방식을 사용할 수 있다. 수신부(400)는 송신기(2)와 수신기(3)로부터 각 기기의 식별정보를 수신하고 식별된 기기로부터 무선충전 관련 동작 상태정보를 수신한다. 송신부(410)는 동작상태 제어를 위한 제어신호를 송신기(2) 및 수신기(3)에 송신한다. 동작 상태정보는 무선충전 시의 송신기(2) 및 수신기(3)의 전류, 전압, 온도 등의 상태정보를 포함한다.
관리부(42)는 송신기(2) 및 수신기(3)의 무선충전 관련 동작상태를 모니터링 하고 안정적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 송신기(2) 및 수신기(3)의 전압, 전류, 온도 등을 제어하여, 기기의 안전과 품질향상을 도모한다. 현재 앱을 이용하여 무선전력 충전기능을 모니터링 하고 제어하는 제품은 없고, 단순히 충전상태만 모니터링 하는 수준에 그치고 있으며, 송신기(2) 및 수신기(3)를 모두를 제어하는 장치는 없다. 기존의 모니터링 기능은 한 개의 송신기로 한 개의 수신기만 모니터링이 가능한 것이라면, 본 발명의 관리부(42)는 한 개의 송신기가 여러 개의 수신기에 동시에 무선전력을 공급할 수 있는 상황 하에, 송신기와 다수의 수신기를 동시에 모니터링 하고 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 관리부의 세부 구성 및 관리부에서 모니터링 및 제어되는 정보를 도시한 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 관리부(42)는 모니터링부(420), 송신기 제어부(422) 및 수신기 제어부(424)를 포함한다.
모니터링부(420)는 소비자 측 전자제품의 배터리와, 무선전력을 송신하는 송신기(2)와, 송신기(2)로부터 무선전력을 수신하여 배터리를 충전하는 수신기(3)의 무선충전 관련 동작 상태정보를 획득하여 모니터링한다. 배터리에 대한 동작 상태정보는 연결된 기기 ID, 배터리 충전모드(고속/저속), 잔량, 상태, 종류, 온도, 전압, 충전전류 등에 대한 정보를 포함한다. 송신기(2)에 대한 동작 상태정보는 송신기 ID, 입력전압, 입력전류, 출력전류, 송신기 온도 등에 대한 정보를 포함한다. 수신기(3)에 대한 동작 상태정보는 수신기 ID, 정류전압, 정류전류, 출력전류, 수신기 온도 등에 대한 정보를 포함한다.
모니터링부(420)는 송신기(2) 및 수신기(3)의 모니터링을 위해 송신기(2)와 수신기(3)의 ID를 획득한다. 각 송신기(2)와 수신기(3)는 자신만의 ID를 가지고 있다. 수신기가 듀얼 밴드 수신기인 경우, 모니터링부(420)는 수신기(3)로부터 자기유도 방식인지 자기공명 방식인지에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 그리고 수신기(3)에서 감지된 정류전압, 정류전류, 출력전력, 출력전류, 수신기 온도 등에 대한 정보를 수신하여 모니터링한다. 듀얼 밴드 수신기의 칩 셋은 내부적으로 자기유도 방식과 자기공명 방식을 선별하는 데이터 값이 설정되어 있다. 여기에, 출력 전력 전송 관계 정류전압 감지기능, 출력전력 감지기능, 정류전류 감지기능, 출력전류 감지기능, 온도 감지기능 등을 가지고 있다. 그러나 이러한 기능이 내부적으로 구현되어 있을 경우, 제품으로 제작 시 여러 가지 문제에 대한 해결방안이 없어 밀폐 방식으로 사용이 어렵다. 이를 보완하기 위한 방법으로, 본 발명의 관리장치(4)는 앱을 이용하여 각 수신기에 대한 무선충전 관련 상태정보를 모니터링 하고 제어한다.
현재 수신기는 자기유도 방식으로 하나의 송신기에 하나의 수신기를 사용할 수 있지만, 자기공명 방식은 하나의 송신기에 여러 개의 수신기를 사용할 수 있다. 이에, 본 발명의 관리장치(4)는 각 수신기 별 고유 ID을 사용하여 수신기 별로 수신기 상태를 감지하고 제어한다.
일 실시 예에 따른 모니터링부(420)는 송신기(2)로부터 획득된 동작상태 정보로부터 송신기(2)의 송신상태를 모니터링 하고, 각 수신기로부터 획득된 동작상태 정보로부터 수신기 별 수신상태를 모니터링 한다.
일 실시 예에 따른 송신기 제어부(422)는 모니터링부(420)의 모니터링 결과에 따라 송신기(2)의 송신동작을 제어한다. 송신기(2)는 수신기들과의 통신을 통해 수신기들을 감지하고 수량 및 용량에 따른 송신기(2)의 수신기 별 송신전력 범위를 결정하는데, 송신기 제어부(422)는 송신기(2)로부터 이를 수신하고, 송신기(2)의 각 수신기 별 송신전력이 미리 설정된 송신전력 범위 내에서 유지되도록 제어한다. 송신전력이 과전압 과전류이면 송신기(2)가 송신전력을 낮추도록 제어할 수 있다. 송신전력이 미리 설정된 과전압 과전류 한계치를 넘으면 송신기(2)가 전력 공급을 차단하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 수신기 제어부(424)는 모니터링부(420)의 모니터링 결과에 따라 각 수신기의 수신동작을 제어한다. 예를 들어, 수신기(3)의 수신전력이 미리 설정된 수신전력 범위 내에서 유지되도록 수신전력을 제어한다. 수신전력이 과전압 과전류이면 수신기(3)가 수신전력을 낮추도록 제어할 수 있다. 수신전력이 미리 설정된 과전압 과전류 한계치를 넘으면 수신기(3)가 전력 수신을 차단하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 모니터링부(420)가 각 수신기로부터 고속인지 저속인지에 대한 충전모드 정보를 획득하면, 송신기 제어부(422)가 충전모드에 맞게 송신기(2)가 송신전력을 수신기(3)에 공급하도록 제어한다. 모니터링부(420)가 충전모드가 실행 중인지를 확인하여 수신기 별 동작상태 정보를 획득하면, 수신기 제어부(424)는 모니터링부(420)를 통해 감지된 동작상태를 제어한다. 수신기 별 충전상태 확인을 통해 충전모드 실행 중이 아니면 충전불량인 수신기를 확인하고 확인된 수신기의 연결을 해제한다. 모니터링부(420)가 충전상태에 따른 충전완료 감지신호를 획득하면, 수신기 제어부(424)는 충전완료 감지신호에 따라 충전완료를 제어한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관리장치의 송신기 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 4에서는 하나의 수신기(3)를 예를 들어 도시하였으나, 송신기(2)로부터 무선전력을 수신하는 다수의 수신기 중 하나를 대표하여 도시한 것임을 유의한다. 도 4를 참조하면, 관리장치(4)는 송신기(2)에 할당된 ID와 수신기들에 할당된 ID를 각각 획득(400,402)하고, 획득된 수신기 ID의 수량 및 용량에 맞게 송신기(2)가 송신전력을 공급하도록 제어한다. 송신기(2)는 하나의 송신기(2)에 여러 개의 수신기를 연결할 수 있으므로, 송신기(2)는 이들 수신기를 감지하고 통신하여 수신기의 수량 및 용량에 맞게 각각 얼마의 전력을 공급할지를 결정한다. 수신기 용량은 수신기의 주파수 및 전압에 따라 결정될 수 있다. 관리장치(4)는 각 수신기 별로 얼마의 전력을 공급할지에 대한 정보인, 수신기 ID 별 송신전력 범위 정보를 송신기(2)로부터 수신한다(404).
송신기(2)가 수신기(3)에 무선전력을 공급하기 시작하면(406), 관리장치(4)는 송신기(2)의 송신전력 정보를 송신기(2)로부터 수신(408)하여 이를 모니터링한다. 송신전력 정보는 송신기(2)에서 출력되는 전력일 수 있다. 모니터링 시에, 송신전력이 사전에 설정된 송신전력 범위보다 오버되어, 과전압 과전류를 감지(410)하면, 이를 정정해주는 기능을 통해서 안정된 송신전력을 공급하기 위한 제어신호를 송신기(2)에 전송한다(412). 제어신호에는 안정된 송신전력을 공급하기 위한 전압 전류값을 포함할 수 있다. 사전에 설정된 안정된 전압 전류값은 송신기(2) 및 수신기(3) 간의 통신에 의해 결정된 값일 수 있으며, 관리장치(4)가 이를 획득하여 안정된 전력으로 송신기(2)가 송신할 수 있도록 제어할 수 있다. 또는 관리장치 관리자에 의해 설정된 값일 수 있다. 관리장치 관리자는 충전제품의 소비자일 수 있다. 송신기(2)는 수신된 제어신호에 따라 안정화를 도모하고 수신기(3)의 용량에 맞는 전력을 공급해 줄 수 있다.
관리장치(4)는 과전압 과전류를 감지해서 송신기(2)의 송신전력을 조절하고, 과전압 과전류가 한계치 이상에 도달(414)하면, 송신기(2)의 전력공급을 차단하여 충전제품을 보호할 수 있다. 이때, 원인이 되는 문제를 앱을 통해 전송하고 문제시되는 수신기의 ID를 선별해서 제거하여 안정적인 전력을 공급해주며, 소비자가 이를 확인해서 설정 값으로 전력을 공급하도록 전압 전류를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관리장치의 수신기 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 5에서는 하나의 수신기(3)를 예를 들어 도시하였으나, 송신기(2)로부터 무선전력을 수신하는 다수의 수신기 중 하나를 대표하여 도시한 것임을 유의한다. 도 5를 참조하면, 관리장치(4)는 송신기(2)에 할당된 ID와 수신기들에 할당된 ID를 각각 획득한다(500,502). 관리장치(4)는 수신기(3)로부터 수신기 충전모드 정보를 수신(504)하는데, 수신기 충전모드는 고속 충전모드이거나 저속 충전모드일 수 있다. 관리장치(4)는 수신기 충전모드에 따라 송신기(2)가 수신기(3)가 전력을 공급하도록 제어할 수 있다(506).
송신기(2)가 수신기(3)에 무선전력 공급을 시작하면(508), 관리장치(4)는 수신기(2)의 수신전력 정보를 수신기(2)로부터 수신(510)하여 이를 모니터링한다. 수신전력은 수신기(3)에서 감지된 정류전류, 정류전압 값일 수 있다. 모니터링 시에, 수신전력이 사전에 설정된 수신전력 범위보다 오버되어, 과전압 과전류를 감지(512)하면, 이를 정정해주는 기능을 통해서 안정된 수신전력을 수신하기 위한 제어신호를 수신기(3)에 전송한다(514). 제어신호에는 안정된 수신전력을 수신하기 위한 전압 전류값을 포함할 수 있다. 사전에 설정된 안정된 전압 전류값은 송신기(2) 및 수신기(3) 간의 통신에 의해 결정된 값일 수 있으며, 관리장치(4)가 이를 획득하여 안정된 전력으로 수신기(3)가 수신할 수 있도록 제어할 수 있다. 또는 관리장치 관리자에 의해 설정된 값일 수 있다. 관리장치 관리자는 충전제품의 소비자일 수 있다. 수신기(2)는 수신된 제어신호에 따라 안정화를 도모하고 수신기(3)의 용량에 맞는 전력을 수신할 수 있다.
관리장치(4)는 과전압 과전류를 감지해서 수신기(3)의 수신전력을 조절하고, 과전압 과전류가 한계치 이상에 도달(516)되면 해당 수신기(2)의 ID를 확인하여 이를 제거(518)함에 따라 충전제품을 보호할 수 있다. 이때, 원인이 되는 문제를 앱을 통해 전송하고 문제시되는 수신기의 ID를 선별해서 제거하며, 소비자가 이를 확인해서 설정 값으로 전력을 수신하도록 전압 전류를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 관리장치의 주파수 제어를 위한 무선충전 시스템의 구성도이다.
원하는 공진 주파수 이외에도 공진에 따른 여러 주파수가 동시에 기생적으로 발생이 되는데, 이로 인해 다른 제품이나 기기에 주파수 특성에 따른 여러 가지 문제를 야기 시켜서 제품 상용화에 어려움이 따른다. 이에 따라, 본 발명은 원하는 공진 주파수 이외의 불필요한 주파수를 제거하기 위해서, 필터를 각 송신기 및 수신기에 장착하고 이 필터를 이용하여 원하지 않는 주파수 대역을 감쇄 시킴으로써 다른 제품에 영향을 주지 않도록 한다. 필터는 노치 필터일 수 있다.
모든 자기공진 방식의 무선전력 충전기의 안전을 위해, 필터를 활용하여 특정 주파수의 방해를 차단하고 원하는 주파수로 안정적인 자기 공진을 가능하도록 함에 따라, 기존의 송신기 및 수신기에서 공진 주파수 발생 시에 발생되는 특정 주파수에 의한 여러 가지 다른 제품들에 주파수 간섭에 따른 문제점을 해결할 수 있다.
이를 위해 관리장치(4)는 제품에 필요 없는 주파수 대역을 앱으로 설정하고 제어함으로 안정적인 충전이 되도록 한다. 그리고 모니터링 기능으로 송신기, 수신기 모두의 주파수 정보를 확인하고 송신기 및 수신기의 불필요한 주파수 대역을 제어한다.
이하, 전술한 취지를 바탕으로 도 6를 참조하여 주파수 제어를 위한 각 구성요소에 대해 후술한다. 관리장치(4)의 수신부(400)는 송신기(2)와 수신기(3)로부터 공진 시 주파수 정보를 수신한다. 관리부(42)는 각 기기 별로 무선충전 시에 원하는 공진 주파수 대역 및 불필요한 주파수 대역 중 적어도 하나를 설정하고, 수신부(400)로부터 획득된 송신기(2) 및 수신기(3)의 주파수 정보를 모니터링 하여, 불필요한 주파수 대역을 감지하면, 이를 제거하기 위한 제어신호를 생성한다. 송신부(410)는 제어신호를 송신기(2) 및 수신기(3)에 전송하고, 송신기(2)는 제1 필터(25)를 이용하여 불필요한 주파수 대역을 제거하며 수신기(3)는 제2 필터(35)를 이용하여 불필요한 주파수 대역을 제거한다. 송신기(2)는 관리장치(4)의 제어에 의해 제1 필터(25)를 통해 불필요한 주파수 대역이 제거된 공진 주파수로 출력 임피던스 매칭 네트워크(26) 및 출력 안테나(27)를 통해 무선전력 신호가 전송되며, 수신기(3)는 송신기(2)와 동일한 공진 주파수로 입력 안테나(37) 및 입력 임피던스 매칭 네트워크(36)를 통해 무선전력 신호를 수신하되, 관리장치(4)의 제어에 의해 제2 필터(35)를 통해 불필요한 주파수 대역을 제거한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보관형 무선충전 시스템의 사용 예를 도시한 참조도이다.
충전방식은 어댑터 방식에서, 자기유도 방식을 통해 하나의 송신기에서 하나의 수신기에 무선전력을 공급하여 충전하는 방식으로 진화되었다. 나아가, 하나의 송신기가 여러 개의 수신기에 동시에 무선전력을 공급할 수 있는 방식으로 진화되고 있다.
하나의 송신기가 여러 개의 수신기에 동시에 무선전력을 공급할 수 있는 방식에서의 안정적인 모니터링 및 제어를 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 다수 개의 수신기(3-1,3-2,…,3-5,3-6)를 동시에 수용할 수 있는 보관형태를 제안한다. 도 7에서 다수 개의 수신기(3-1,3-2,…,3-5,3-6)는 스마트폰과 같은 소형제품에 내장되거나 장착된 형태일 수 있다. 현재까지는 한 개의 송신기에 한 개의 수신기만 사용되었지만, 도 7은 하나의 송신기가 다수의 수신기를 담당하여 많은 사람이 동시에 충전할 수 있는 시스템이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 보관함의 일 측, 예를 들어 하부에 각각 송신기(2-1,2-2)를 구비하고, 각 송신기(2-1,2-2)로부터 무선전력을 수신할 수 있는 다수 개의 수신기(3-1,3-2,…,3-5,3-6)를 각 칸에 수용한 형태일 수 있다.
고가의 스마트폰이 개발되고 진화함으로 안전에 대한 문제도 해결할 수 있는 시스템을 제안한다. 예를 들어, 보관함의 각 칸을 자물쇠로 잠글 수 있어, 개개인이 충전할 수 있는 형태이므로 각각의 제품을 충전할 수 있고 분실위험도 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 무선충전 시스템의 사용 예를 도시한 참조도이다.
자기공진 방식의 무선전력 충전방식은 안테나로 무선전력을 충전하는 방식으로써, 일반적인 선형 안테나 방식으로는 다양한 형태의 수신기에 대한 충전을 모두 충족시킬 수가 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 원통형의 송신 안테나(22) 및 원통형의 수신 안테나(32)를 이용하여 소형제품(3-1,3-2,…,3-5,3-6)을 충전한다. 송신기는 송신 모듈(20)과 원통형의 송신 안테나(22)로 이루어진다. 도 8에서는 원통형의 수신 안테나(22)와 소형제품(3-1,3-2,…,3-5,3-6)을 분리하여 도시하고 있으나, 수신 안테나(22)가 소형제품에 장착된, 예를 들어, 스마트 워치 등과 같은 웨어러블 형태의 원통형 소형제품으로 제작될 수 있다. 원통형 소형제품은 특히 다양한 제품으로 개발되고 있는 IOT 제품군에 보다 효과적인 충전기술이 될 것이다. 자기 공진형 무선전력 충전기술은 안테나 기술이 최대 관건이므로, 향후 모든 제품의 충전기는 다수의 수신기를 포함해야 하며, 원통형 충전장치는 보다 효율적인 방법이 될 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거치형 무선충전 시스템의 사용 예를 도시한 참조도이다.
도 9를 참조하면, 소비자의 편리성을 고안한 방식으로 냉장고, TV, 테이블, 소파, 침실, 버스, 기차 등에서 거치형 송신기(2)를 거치하고, 그 주변에 각 수신기(3-1,3-2,3-3)를 두어 무선전력을 수신함에 따라 편리하게 충전할 수 있도록 한다. 도 9의 수신기(3-1,3-2,3-3)는 소비자 제품에 장착되거나 소비자 제품과 일체화된 것이라 가정한다.
이를 활용할 경우 노트북 등의 충전제품에서 발생할 수 있는 배터리 문제에 의한 폭발 문제나 악의적인 목적으로 설치된 위험물, 예를 들어 폭탄을 사전에 인지할 수 있도록 제품에 감지 기능을 포함시켜서 소비자의 안전을 확보하는데도 기여 할 수 있다. 이를 위해, 송신기(2)에 각 수신기(3-1,3-2,3-3)의 전원을 체크할 수 있는 기능을 부가하여 각 수신기(3-1,3-2,3-3)에 필요한 전원을 감지함에 따라 이상 유무를 판단하여, 사전에 안전을 확보할 수 있다. 원리는 간단하게 송신기(2)에 각 수신기(3-1,3-2,3-3)의 배터리를 올려놓고 배터리 용량을 체크하는 원리로 모든 배터리의 이상 유무를 사전에 감지한다. 이에 따라 배터리로 인한 문제 발생을 사전에 차단할 수 있다. 다른 예로, 본 발명의 관리장치의 앱을 통해 각 수신기(3-1,3-2,3-3)의 배터리 용량을 확인하는 외부제어를 통해서 모든 배터리의 이상 유무를 사전에 감지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 무선충전 시스템의 사용 예를 도시한 참조도이다.
도 10을 참조하면, 차량에서의 송신기를 이용하여 수신기를 충전할 수 있다. 차량에서 수신기를 도 10에 도시된 바와 같이 올려 놓을 수 있는 형태일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이때, 충전기능뿐만 아니라, 본 발명의 관리장치를 통해 배터리 감지 기능을 가지며, 차량, 예를 들어 전기차의 순간적인 오동작 및 잘못된 네비게이션의 오동작을 감지하여 이를 관제 센터 및 상황실에 알림에 따라 비상상황에 대처할 수 있다. 이 또한 차량 자체 프로그램을 송수신하는 기능으로 활용도를 넓히고 안전에 대한 최상의 보호장치로도 활용이 가능할 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선충전 프로세스를 도시한 흐름도이다.
도 11의 프로세스는, 도 7의 보관형 방식, 도 8의 원통형 안테나 방식, 도 9의 거치형 방식, 도 10의 차량용 방식에 모두 적용될 수 있다.
도 11을 참조하면, 관리장치는 서로 연결된 송신기 및 수신기들의 ID를 획득한다(1100). 송신기가 각 수신기에 무선전력을 공급하면, 관리장치는 송신기로부터 송신기의 주파수 및 전압에 맞는 송신전력을 공급하는지 확인한다(1102). 이어서, 충전모드(고속,저속) 정보를 수신기로부터 획득하여 확인(1104)하고, 충전모드가 실행 중인지 판단(1106)하여, 실행 중이면 수신기들의 ID 별 충전상태를 확인(1108)하고 수신기 ID 별 과전압 과전류, 온도 등의 동작상태를 감지 및 제어한다(1112). 이후, 충전이 종료되면 충전완료 감지신호를 전달한다(1114). 충전모드 실행 판단 단계(1106)에서, 충전모드가 실행중이 아니면 수신기의 ID 별 충전상태를 확인하여 충전불량인 수신기 ID를 연결 해제할 수 있다(1110).
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 무선충전 시스템 2: 송신기
3,3-1,3-2,…,3-n: 수신기 4: 무선충전 관리장치
20: 송신기 소스 제어부 22: 송신기 통신 제어부
24: 송신 안테나 25: 제1 필터
26: 출력 임피던스 매칭 네트워크 27: 출력 안테나
30: 수신기 소스 제어부 32: 수신기 통신 제어부
34: 수신 안테나 35: 제2 필터
36: 입력 임피던스 매칭 네트워크 37: 입력 안테나
40: 통신부 42: 관리부
44: 메모리 400: 수신부
410: 송신부 420: 모니터링부
422: 송신기 제어부 424: 수신기 제어부

Claims (7)

  1. 자기공진 방식을 이용하여 무선전력을 송신하는 송신기와 상기 송신기로부터 무선전력을 수신하는 다수의 수신기를 모니터링 및 제어하기 위한 애플리케이션이 저장된 메모리;
    송신기와 다수의 수신기로부터 각 기기의 식별정보를 수신하고 식별된 기기로부터 무선충전 관련 동작 상태정보를 수신하는 수신부;
    상기 메모리에 저장된 애플리케이션을 실행하여 상기 수신부로부터 동작상태 정보를 획득하고 각 기기의 동작상태를 모니터링 하여 동작상태에 따라 해당 기기의 동작을 제어하는 제어신호를 생성하는 관리부; 및
    상기 관리부에서 생성된 제어신호를 각 장치에 송신하는 송신부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전 관리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    동작상태 정보는 송신기의 전압, 전류 및 온도정보와, 각 수신기의 전압, 전류 및 온도정보와, 배터리의 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전 관리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 관리부는
    송신기로부터 획득된 동작상태 정보로부터 송신기의 송신상태를 모니터링 하고 각 수신기로부터 획득된 동작상태 정보로부터 수신기 별 수신상태를 모니터링 하는 모니터링부;
    상기 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 송신기의 송신동작을 제어하되, 식별된 수신기의 수량 및 용량에 따른 송신기의 수신기 별 송신전력 범위를 송신기로부터 수신하고, 송신기의 각 수신기 별 송신전력이 미리 설정된 송신전력 범위 내에서 유지되도록 제어하고, 송신전력이 과전압 과전류이면 송신기가 송신전력을 낮추도록 제어하며, 송신전력이 미리 설정된 과전압 과전류 한계치를 넘으면 송신기가 전력 공급을 차단하도록 제어하는 송신기 제어부; 및
    상기 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 각 수신기의 수신동작을 제어하되, 각 수신기의 수신전력이 미리 설정된 수신전력 범위 내에서 유지되도록 수신전력을 제어하고, 수신전력이 과전압 과전류이면 수신기가 수신전력을 낮추도록 제어하고, 수신전력이 미리 설정된 과전압 과전류 한계치를 넘으면 수신기가 전력 수신을 차단하도록 제어하는 수신기 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전 관리장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모니터링부는 각 수신기로부터 고속인지 저속인지에 대한 충전모드 정보를 획득하고, 충전모드가 실행 중인지를 확인하여 수신기 별 동작상태 정보를 획득하고, 충전상태에 따른 충전완료 감지신호를 획득하며,
    상기 송신기 제어부는 충전모드에 맞게 송신기가 송신전력을 해당 수신기에 공급하도록 제어하며,
    상기 수신기 제어부는 상기 모니터링부를 통해 감지된 동작상태를 제어하고, 충전완료 감지신호에 따라 충전완료를 제어하며, 수신기 별 충전상태 확인을 통해 충전모드 실행 중이 아니면 충전불량인 수신기를 확인하고 확인된 수신기의 연결을 해제하는 것을 특징으로 하는 무선충전 관리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신부는 송신기와 각 수신기로부터 주파수 정보를 수신하고,
    상기 관리부는 각 기기 별로 무선충전 시에 원하는 공진 주파수 대역 및 불필요한 주파수 대역 중 적어도 하나를 설정하고, 상기 수신부로부터 획득된 송신기 및 수신기의 주파수 정보를 모니터링 하며 해당하는 송신기 및 수신기의 필터를 제어하여 불필요한 주파수 대역을 제거하는 것을 특징으로 하는 무선충전 관리장치.
  6. 원통형의 안테나를 포함하고, 자기공진 방식을 통해 무선전력을 송신하는 하나의 송신기;
    상기 송신기의 원통형 안테나 내부 또는 그 통신범위 내에 수용 가능하여, 자기공진 방식을 통해 상기 송신기로부터 무선전력을 수신하는 다수 개의 수신기; 및
    상기 송신기와 상기 다수의 수신기로부터 각 기기의 식별정보를 수신하고 식별된 기기로부터 동작상태 정보를 수신하며, 애플리케이션을 통해 동작상태 정보를 감지하여 각 기기의 동작상태를 모니터링 하고 모니터링된 동작상태에 따라 해당 기기의 동작을 제어하는 무선충전 관리장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전 시스템.
  7. 다수의 칸으로 구획된 보관함의 일 측에 위치하고, 자기공진 방식을 통해 무선전력을 송신하는 하나의 송신기;
    상기 보관함의 각 칸에 수용 가능하여, 자기공진 방식을 통해 상기 송신기로부터 무선전력을 수신하는 다수 개의 수신기; 및
    상기 송신기와 상기 다수의 수신기로부터 각 기기의 식별정보를 수신하고 식별된 기기로부터 동작상태 정보를 수신하며, 애플리케이션을 통해 동작상태 정보를 감지하여 각 기기의 동작상태를 모니터링 하고 모니터링된 동작상태에 따라 해당 기기의 동작을 제어하는 무선충전 관리장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210063255A (ko) 2019-11-22 2021-06-01 한국전기연구원 기계 학습 기반 자기 공진형 무선 충전 전력 제어 장치, 방법 및 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011125117A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Nec Casio Mobile Communications Ltd 無接点充電装置、通信端末装置及びプログラム並びに無接点充電システム
KR101410641B1 (ko) * 2013-10-31 2014-07-02 강신만 태블릿 pc 충전기기
KR20150099382A (ko) * 2014-02-21 2015-08-31 삼성전기주식회사 무선 전력 송신 장치 및 수신 장치, 모바일 단말, 어플리케이션 서버, 그를 이용한 위치 기반 서비스 시스템 및 어플리케이션
KR20160133140A (ko) * 2015-05-12 2016-11-22 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 송신 방법, 무선 전력 수신 방법 및 이를 위한 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011125117A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Nec Casio Mobile Communications Ltd 無接点充電装置、通信端末装置及びプログラム並びに無接点充電システム
KR101410641B1 (ko) * 2013-10-31 2014-07-02 강신만 태블릿 pc 충전기기
KR20150099382A (ko) * 2014-02-21 2015-08-31 삼성전기주식회사 무선 전력 송신 장치 및 수신 장치, 모바일 단말, 어플리케이션 서버, 그를 이용한 위치 기반 서비스 시스템 및 어플리케이션
KR20160133140A (ko) * 2015-05-12 2016-11-22 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 송신 방법, 무선 전력 수신 방법 및 이를 위한 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210063255A (ko) 2019-11-22 2021-06-01 한국전기연구원 기계 학습 기반 자기 공진형 무선 충전 전력 제어 장치, 방법 및 시스템

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