KR20190000619A - 무선 전력 송수신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무선으로 전력을 송신하도록 형성되는 전력 송신 코일과 광신호를 송수신하도록 형성되는 송신측 광통신부를 구비하고, 상용 전원으로부터 전력을 공급받는 전력 송신 모듈; 및 무선으로 전력을 수신하도록 형성되는 전력 수신 코일, 광신호를 송수신하도록 형성되는 수신측 광통신부, 그리고 배터리를 구비하는 전력 수신 모듈을 포함하고, 상기 송신측 광통신부와 상기 수신측 광통신부는 광신호의 송수신을 통해 상기 전력 송신 코일과 상기 전력 수신 코일의 정위치 정렬 여부를 감지 가능하도록 형성되고, 상기 전력 송신 코일과 상기 전력 수신 코일이 정위치에 정렬되어 상기 수신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 상기 송신측 광통신부에서 수신하면, 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신하고, 상기 전력 수신 모듈은 상기 전력 수신 코일을 통해 수신된 충전 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전한다.

Description

무선 전력 송수신 시스템{WIRELESS POWER TRANSMISSION AND RECEPTION SYSTEM}
본 발명은 통신 불량을 유발하는 요인을 제거할 수 있는 구성의 무선 전력 송수신 장치에 관한 것이다.
무선 전력 송수신 시스템이란 무선으로 전력을 전송하거나 전력을 수신하여 배터리를 충전하는 시스템을 가리킨다. 일반적으로 무선 전력 송수신 시스템은 전력을 공급하기 위한 전력 송신 모듈과 전력을 수신하기 위한 전력 수신 모듈을 포함한다.
현재 대중화되어 있는 무선 전력 송수신 시스템으로는 이동 단말기와 무선 충전기를 예로 들 수 있다. 이동 단말기란 스마트폰, 태블릿PC 등을 가리킨다. 상기 무선 충전기가 무선 전력 송수신 시스템의 전력 송신 모듈에 해당하고, 상기 이동 단말기가 무선 전력 송수신 시스템의 전력 수신 모듈에 해당한다.
전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈 간의 충전 전력 송수신은 자기 유도 방식에 의한 RF 신호를 이용한다. 전력 송신 모듈에서는 전력 수신 모듈에서 수신 가능한 RF 신호를 전송한다. 그리고 전력 수신 모듈에서는 상기 RF 신호를 받아 배터리를 충전하게 된다. 전력 송신 모듈에서 송신하는 RF 신호를 전력 수신 모듈에서 정상적으로 수신하기 위해서는, 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈이 서로 정위치에 정렬되어야 한다.
그런데 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈이 정위치에 정렬되기 않더라도 충전 전력의 송신이 가능한 상황이 발생하는 경우가 있다. 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈이 정위치에 정렬되지 않은 상태에서 전력 송신 모듈로부터 충전 전력이 송신되면, 전력 수신 모듈에서 상기 충전 전력을 정상적으로 수신하지 못하게 된다. 이에 따라 충전 효율 저하가 발생할 뿐만 아니라, 전력 수신 모듈의 온도가 비정상적으로 상승하여 배터리 폭발의 위험이 존재하기도 한다.
따라서 이러한 비정상적은 무선 충전 과정의 문제를 해결할 수 있는 구성의 무선 전력 송수신 시스템이 필요하다.
본 발명의 일 목적은 RF 신호(radio frequency signal)를 이용한 무선 충전과 간섭을 일으키지 않고, 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈의 정위치 정렬을 감지 가능한 구성의 무선 전력 송수신 시스템을 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈의 정위치 정렬 여부를 미리 감지하여 정상적인 무선 충전이 이루어질 수 있는 구성의 무선 전력 송수신 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈 사이에 이물질 유무를 판별하여 충전 전력의 무선 송수신 과정에서 외부 이물 손상(Foreign Object Damage) 발생을 예방시킬 수 있는 구성의 무선 전력 송수신 시스템을 제시하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 무선 전력 송수신 시스템은, 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈을 포함한다. 상기 전력 송신 모듈은 송신측 광통신부를 구비하고, 상기 전력 수신 모듈은 수신측 광통신부를 구비한다.
상기 송신측 광통신부와 상기 수신측 광통신부는 광신호의 송수신을 통해 상기 전력 송신 코일과 상기 전력 수신 코일의 정위치 정렬 여부를 감지 가능하도록 형성된다.
상기 전력 송신 코일과 상기 전력 수신 코일이 정위치에 정렬되어 상기 수신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 상기 송신측 광통신부에서 수신하면, 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신하고, 상기 전력 수신 모듈은 상기 전력 수신 코일을 통해 수신된 충전 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전한다.
상기 전력 송신 모듈은 무선으로 전력을 송신하도록 형성되는 전력 송신 코일과 광신호를 송수신하도록 형성되는 상기 송신측 광통신부를 구비하고, 상용 전원으로부터 전력을 공급받는다.
상기 전력 수신 모듈은 무선으로 전력을 수신하도록 형성되는 전력 수신 코일, 광신호를 송수신하도록 형성되는 상기 수신측 광통신부, 그리고 배터리를 구비한다.
상기 전력 송신 모듈은 상기 수신측 광통신부로부터 송신되는 광신호를 상기 송신측 광통신부에서 수신하기 전에 상기 전력 송신 코일을 통해 상기 전력 수신 코일로 상기 수신측 광통신부를 동작하게 하는 통신 전력을 전송하도록 형성되고, 상기 수신측 광통신부는 상기 전력 송신 모듈로부터 전송되는 통신 전력에 의해 동작한다.
상기 통신 전력의 크기는 상기 충전 전력의 크기보다 작다.
상기 전력 송신 모듈은 상기 통신 전력을 전송하기 전에 상기 전력 송신 코일을 통해 상기 전력 수신 모듈의 접근 여부를 체크하는 체크 전력을 주기적으로 송신하도록 형성되고, 상기 전력 수신 코일에서 상기 체크 전력을 수신하면 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 상기 전력 수신 코일로 상기 통신 전력 또는 상기 충전 전력을 전송하도록 형성된다.
상기 통신 전력의 크기는 상기 체크 전력의 크기보다 크고 상기 충전 전력의 크기보다 작다.
상기 수신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 상기 송신측 광통신부에서 수신하면 상기 송신측 광통신부에서도 상기 수신측 광통신부로 광신호를 송신하고, 상기 송신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 상기 수신측 광통신부에서 수신하면 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신한다.
상기 송신측 광통신부와 상기 수신측 광통신부 중 적어도 하나는 복수로 구비되고, 적어도 하나의 수신측 광통신부로부터 송신되는 광신호를 기설정된 수 이상의 송신측 광통신부가 수신하거나, 적어도 하나의 송신측 광통신부가 기설정된 수 이상의 수신측 광통신부로부터 광신호를 수신하면, 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신하고, 상기 전력 수신 모듈은 상기 전력 수신 코일을 통해 수신된 충전 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전한다.
상기 배터리의 충전 속도 또는 상기 전력 송신 코일을 통해 송신되는 충전 전력의 크기는 상기 수신측 광통신부에서 상기 송신측 광통신부로 송신되는 광신호에 의해 제어된다.
상기 송신측 광통신부와 상기 수신측 광통신부는 광신호의 송수신을 통해 상기 전력 송신 모듈과 상기 전력 수신 모듈의 사이에 이물질 유무를 감지 가능하도록 형성되고, 상기 전력 송신 모듈과 상기 전력 수신 모듈의 사이에 이물질이 미감지되면, 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 전력 송신 코일과 전력 수신 코일의 정위치 정렬 상태에서만 충전 전력이 전송된다. 따라서 전력 송신 코일과 전력 수신 코일 간의 오정렬(misalign) 현상 발생이 방지될 수 있다.
전력 송신 코일과 전력 수신 코일 간의 오정렬 현상이 방지되면, 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈 간의 충전 전력 송수신 과정에서 발생하는 무선 통신 오류가 감소될 수 있다. 또한 전력 송신 코일과 전력 수신 코일 간의 오정렬에 의한 배터리의 온도 상승, 충전 효율 감소가 방지될 수 있다.
나아가 본 발명에 의하면 광신호를 이용하여 이물질 유무를 감지 가능하며, 이물질이 미감지된 상태에서만 충전 전력의 송신이 이루어진다. 이에 따라 이물질로 인한 충전 효율 감소 현상의 발생이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 무선 전력 송수신 시스템을 보인 블록 구성도다.
도 2는 도 1의 무선 전력 송수신 시스템을 이용한 무선 전력 송수신 알고리즘을 보인 개념도다.
도 3은 도 1의 무선 전력 송수신 시스템을 이용한 무선 전력 송수신 알고리즘을 보인 다른 개념도다.
도 4는 도 1의 무선 전력 송수신 시스템을 이용한 무선 전력 송수신 알고리즘을 보인 또 다른 개념도다.
도 5는 도 1의 무전 전력 송수신 시스템을 적용한 일 예를 보인 개념도다.
도 6은 도 1의 무전 전력 송수신 시스템을 적용한 다른 일 예를 보인 개념도다.
도 7은 도 1의 무전 전력 송수신 시스템을 적용한 또 다른 일 예를 보인 개념도다.
이하, 본 발명에 관련된 무선 전력 송수신 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 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.
도 1은 본 발명의 무선 전력 송수신 시스템(100)을 보인 블록 구성도다.
무선 전력 송수신 시스템(100)은 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120)을 포함한다. 이하에서는 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120) 각각에 대하여 차례로 설명하고, 이어서 무선 전력 송수신 시스템(100)의 동작에 대하여 설명한다.
전력 송신 모듈(110)은 무선으로 충전 전력을 송신하도록 형성된다. 전력 송신 모듈(110)은 상용 전원(111), SMPS(Switched Mode Power Supply)(112), 인버터(113), 송신측 광통신부(114), 전력 송신 코일(115) 및 송신측 제어부(116)를 포함한다.
상용 전원(111)은 전력 송신 모듈(110)에 상용 전력을 공급하도록 형성된다. 전력 송신 모듈(110)은 상용 전원(111)으로부터 전력을 공급받아 작동한다. 일반적으로 상용 전원(111)은 110 내지 220V의 전압으로 공급된다.
SMPS(Switched Mode Power Supply)(112)는 전압을 변환하도록 이루어진다. 전력 송신 모듈(110)에서 사용되는 전력의 전압은 상용 전원(111)에서 공급되는 전력의 전압보다 낮다. 따라서 SMPS(112)는 상용 전원(111)으로부터 공급된 전력의 전압을 전력 송신 모듈(110)에서 사용되기에 적합한 전압으로 강하시킨다.
인버터(113)는 전력 송신을 위한 출력 회로에 해당한다. 인버터(113)는 직류 전류를 교류 전류로 변환하도록 형성될 수 있다. 다만, 인버터(113)는 전력 송신 모듈(110)을 구성하는 필수 구성은 아니다.
송신측 광통신부(114)는 광신호를 송수신하도록 형성된다. 여기서 말하는 광신호란 주로 적외선(IR) 신호를 의미한다. 송신측 광통신부(114)는 후술하게 될 전력 수신 모듈(120)의 수신측 광통신부(122)와 광신호를 상호 송수신 가능하게 형성된다.
전력 송신 코일(115)은 무선으로 전력을 송신하도록 형성된다. 전력 송신 코일(115)에서 송신되는 전력은 자기 유도 방식에 의한 RF 신호를 통해 송신된다. 전력의 크기에 따라 전력의 종류가 구분될 수 있으며, 전력의 종류에 대하여는 후술한다.
송신측 제어부(116)는 전력 송신 모듈(110)의 전반적인 구동을 제어하도록 형성된다. 송신측 광통신부(114)를 통한 광신호의 송수신과 전력 송신 코일(115)을 통한 전력의 송신은 송신측 제어부(116)의 제어에 의해 이루어진다.
전력 수신 모듈(120)은 전력 송신 모듈(110)에서 송신되는 충전 전력을 수신하여 배터리(125)를 충전하도록 형성된다. 전력 수신 모듈(120)은 전력 수신 코일(121), 수신측 광통신부(122), 정류기(123), 충전부(124), 배터리(125) 및 수신측 제어부(126)를 포함한다.
전력 수신 코일(121)은 무선으로 전력을 수신하도록 형성된다. 전력 송신 코일(115)에서 전송된 전력은 전력 수신 코일(121)을 통해 수신된다.
수신측 광통신부(122)는 광신호(IR 신호)를 수신하도록 형성된다. 수신측 광통신부(122)는 송신측 광통신부(114)와 광신호를 상호 송수신 가능하게 형성된다.
정류기(123)는 전력 수신 코일(121)을 통해 수신된 전력을 정류한다. 정류기(123)는 교류 전류를 직류 전류로 변환하도록 형성될 수 있다. 다만 정류기(123)는 전력 수신 모듈(120)을 구성하는 필수 구성은 아니다.
충전부(124)는 전력 수신 코일(121)을 통해 수신된 충전 전력 또는 정류기(123)를 통해 정류된 충전 전력을 이용하여 배터리(125)를 충전하도록 형성된다. 충전부(124)를 배터리(125)로 충전 전력을 공급하게 된다.
수신측 제어부(126)는 전력 수신 모듈(120)의 전반적인 구동을 제어하도록 형성된다. 수신측 광통신부(122)를 통한 광신호의 송수신과 전력 수신 코일(121)을 통한 전력의 수신은 수신측 제어부(126)의 제어에 의해 이루어진다.
배터리(125)는 전력 수신 모듈(120)을 구비하는 무선 장비에 전력을 공급하게 된다. 무선 장비란 예를 들어, 스마트폰이나 태블릿PC 등의 이동 단말기, 로봇 청소기 등의 무선 청소기, 전기 자동차 등을 의미한다.
전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120) 중 적어도 하나는 상태 표시부(미도시)를 구비할 수 있다. 상태 표시부는 시각적 정보 또는 청각적 정보를 통해 무선 전력 송수신 시스템(100)의 상태를 표시하도록 이루어질 수 있다. 예컨대 이동 단말기의 디스플레이부 또는 스피커, 무선 충전기에 구비되는 LED 등이 상기 상태 표시부에 해당된다.
앞서 발명의 배경이 되는 기술 항목에서 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120)이 정위치에 정렬되지 않은 상태에서 전력 송신 모듈(110)로부터 충전 전력이 송신되면, 전력 수신 모듈(120)에서 상기 충전 전력을 정상적으로 수신하지 못하게 된다는 점을 설명한 바 있다. 또한, 이에 따라 충전 효율 저하가 발생할 뿐만 아니라, 전력 수신 모듈(120)의 온도가 비정상적으로 상승하여 배터리(125) 폭발의 위험이 존재하기도 함을 설명한 바 있다.
본 발명의 무선 전력 송수신 시스템(100)은 송신측 광통신부(114)와 수신측 광통신부(122)를 이용하여 오정렬의 문제를 해결한다. 여기서 말하는 정위치의 정렬이란 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121) 간의 정위치 정렬을 의미한다. 다만, 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 정위치에 정렬되기 위해서는 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120)이 정위치에 정렬되어야 한다. 따라서 모듈 간의 정렬이나 코일 간의 정렬이란 서로 같은 의미로 이해될 수 있다.
상기 송신측 광통신부(114)와 상기 수신측 광통신부(122)는 광신호의 송수신을 통해 상기 전력 송신 코일(115)과 상기 전력 수신 코일(121)의 정위치 정렬 여부를 감지 가능하도록 형성된다.
송신측 광통신부(114)와 수신측 광통신부(122)가 서로 광신호를 원활하게 송수신 가능한 범위 내에 있다는 것은 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 정위치에 정렬되어 있다는 것을 의미한다. 따라서 송신측 광통신부(114)에서 전송된 광신호가 수신측 광통신부(122)에서 정상적으로 수신되거나 수신측 광통신부(122)에서 전송된 광신호가 송신측 광통신부(114)에서 정상적으로 수신되면, 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 정위치에 정렬되어 있는 것으로 판단될 수 있다.
본 발명에서는 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 정위치에 정렬되어 있을 때에만 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121) 간의 충전 전력 송수신이 이루어질 수 있다. 이를테면, 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 정위치에 정렬되어 수신측 광통신부(122)에서 송신되는 광신호를 송신측 광통신부(114)에서 정상적으로 수신하면, 충전 전력의 송수신이 이루어지는 것이다. 전력 송신 모듈(110)은 전력 송신 코일(115)을 통해 충전 전력을 전력 수신 코일(121)로 송신하고, 전력 수신 모듈(120)은 전력 수신 코일(121)을 통해 수신된 충전 전력을 이용하여 배터리(125)를 충전한다.
설령 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121) 간의 전력 송수신이 가능하더라도, 송신측 광통신부(114)와 수신측 광통신부(122)가 서로 광신호를 송수신 가능한 범위 밖에 있다면, 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 오정렬되어 있다는 것을 의미한다. 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 오정렬되어 있는 경우에는, 충전 전력 송수신이 제한되므로 앞서 우려했던 문제가 해결될 수 있다.
특히 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)은 RF 신호를 이용하여 충전 전력을 송수신함에 반해, 송신측 광통신부(114)와 수신측 광통신부(122)는 IR 신호를 이용하여 정위치 정렬 여부를 감지한다. RF 신호와 IR 신호 간에는 무선 통신 주파수 간섭이 발생하지 않는다. 따라서 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120)의 정위치 정렬 여부 판단이 충전 전력 전송에 간섭을 일으키는 것도 예방될 수 있다.
한편, 광신호는 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)의 정위치 정렬 여부뿐만 아니라 배터리(125)의 충전 속도 제어 또는 충전 전력의 크기 제어, 그리고 이물질 유무 판별에도 이용될 수 있다. 이하에서는 이러한 광신호의 용도에 대하여 설명한다.
배터리(125)의 충전 속도는 수신측 광통신부(122)에서 송신측 광통신부(114)로 송신되는 광신호에 의해 제어될 수 있다. 또한 전력 송신 코일(115)을 통해 송신되는 충전 전력의 크기는 수신측 광통신부(122)에서 송신측 광통신부(114)로 송신되는 광신호에 의해 제어될 수 있다. 충전 전력의 크기가 작으면 배터리(125)의 충전 속도가 느려질 것이기 때문에, 배터리(125)의 충전 속도와 충전 전력의 크기는 서로 관련성이 있다고 볼 수 있다.
예를 들어 전력 송신 코일(115)에 의해 전송되는 충전 전력의 크기가 전력 수신 모듈(120)에서 감당하기 어려울 정도로 과전압인 경우에는, 수신측 광통신부(122)에서 송신측 광통신부(114)로 광신호가 송신될 수 있다. 광신호에는 디지털 정보가 포함될 수 있으며, 수신측 광통신부(122)에서 송신되는 광신호에는 충전 전력의 크기를 줄이는 디지털 정보가 포함되어 있다. 송신측 광통신부(114)에서 광신호를 수신하게 되면, 전력 송신 코일(115)을 통해 전송되는 충전 전력의 크기가 작아질 수 있다. 이러한 과정은 송신측 제어부(116)와 수신측 제어부(126)에 의해 제어될 수 있다.
한편 충전 속도나 충전 전력의 크기 제어를 통해 충전 모드의 변경도 가능하다. 충전 모드는 급속 충전 모드와 일반 충전 모드 등으로 구분될 수 있으며, 이들은 충전 속도에 의해 구분될 수 있다.
또한 송신측 광통신부(114)와 수신측 광통신부(122)는 광신호의 송수신을 통해 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120)의 사이에 이물질 유무를 감지 가능하도록 형성된다.
예를 들어, 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120)의 상대적 위치 변화 없이 갑자기 광신호가 정상적으로 수신되지 않는다면, 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120)의 사이에 이물질이 존재하는 것으로 판단될 수 있다. 전력 송신 모듈(110)과 전력 수신 모듈(120)의 사이에 이물질이 미감지되면, 전력 송신 모듈(110)이 전력 송신 코일(115)을 통해 충전 전력을 전력 수신 코일(121)로 송신할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121) 간의 오정렬(misalign) 현상 발생을 방지할 수 있으며, 충전 전력의 송수신 과정에서 발생하는 무선 통신 오류를 감소시킬 수 있다. 또한 상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121) 간의 오정렬에 의한 배터리(125)의 온도 상승, 충전 효율 감소를 방지할 수 있다.
나아가 본 발명에 의하면 광신호를 이용하여 이물질 유무를 감지 가능하며, 이물질이 미감지된 상태에서만 충전 전력의 송신이 이루어진다. 이에 따라 이물질로 인한 충전 효율 감소 현상의 발생이 방지될 수 있다.
송신측 광통신부(114)와 수신측 광통신부(122)는 각각 단수로 구비될 수도 있으나, 적어도 하나는 복수로 구비될 수도 있다. 이 경우 송신측 광통신부(114)가 몇 개의 수신측 광통신부(122)로부터 광신호를 수신하였는지 혹은 몇 개의 송신측 광통신부(114)가 수신측 광통신부(122)로부터 광신호를 수신하였는지에 따라 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)의 정위치 정렬이 판단될 수 있다.
예를 들어 수신측 광통신부(122)가 단수로 구비되고 송신측 광통신부(114)가 복수로 구비될 수 있다. 이 경우 하나의 수신측 광통신부(122)로부터 송신되는 광신호를 기설정된 수 이상의 송신측 광통신부(114)가 수신하게 되면 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 정위치에 정렬된 것으로 판단될 수 있다.
반대로 송신측 광통신부(114)가 단수로 구비되고 수신측 광통신부(122)가 복수로 구비될 수 있다. 이 경우 하나의 송신측 광통신부(114)가 기설정된 수 이상의 송신측 광통신부(114)로부터 광신호를 수신하게 되면 전력 송신 코일(115)과 전력 수신 코일(121)이 정위치에 정렬된 것으로 판단될 수 있다.
이하에서는 무선 전력 송수신 시스템을 이용하여 무선 전력 송수신 알고리즘에 대하여 설명한다.
도 2는 도 1의 무선 전력 송수신 시스템을 이용한 무선 전력 송수신 알고리즘을 보인 개념도다. 도 2에는 단방향 통신에 근거한 알고리즘이 도시되어 있다.
(S110) 먼저, 전력 수신 모듈의 수신측 광통신부에서 송신측 광통신부로 광신호를 송신한다. 광신호는 패킷으로 송신될 수 있으며, 패킷이란 네트워크를 통해 전송되는 디지털 데이터의 전송 단위를 의미한다.
(S120) 이어서, 수신측 광통신부에서 송신된 광신호를 전력 송신 모듈의 송신측 광통신부에서 수신한다. 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈이 정위치에 정렬되어 있으면, 송신측 광통신부에서 정상적으로 광신호를 수신하게 될 것이다. 반대로 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈이 오정렬되어 있으면, 송신측 광통신부에서 광신호를 정상적으로 수신하지 못한다.
(S130) 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈이 정위치에 정렬되어 수신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 송신측 광통신부에서 정상적으로 수신하면, 전력 송신 모듈의 전력 송신 코일과 전력 수신 모듈의 전력 수신 코일이 정위치에 정렬된 것으로 볼 수 있다. 이 경우 전력 송신 모듈은 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 전력 수신 코일로 송신한다.
이와 같이 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈이 정위치에 정렬된 경우에만, 충전 전력의 송신이 이루어지므로, 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈의 오정렬로 인해 발생하는 문제들이 해결될 수 있다.
(S140) 전력 수신 모듈은 전력 수신 코일을 통해 충전 전력을 수신하고, 상기 전력 수신 코일을 통해 수신된 충전 전력을 이용하여 배터리를 충전하게 된다.
도 3은 도 1의 무선 전력 송수신 시스템을 이용한 무선 전력 송수신 알고리즘을 보인 다른 개념도다. 도 2에는 단방향 통신에 근거한 알고리즘이 도시되어 있다.
도 2에서 설명되는 무전 전력 송수신 알고리즘은 전력 수신 모듈의 전원이 완전히 차단된 경우에 이용될 수 있다. 전력 수신 모듈의 전원이 완전히 차단된 상태란 예를 들어 배터리가 완전히 방전된 상태 등을 가리킨다.
무선으로 전력이 송수신 되기 위해서는 우선 전력 수신 모듈이 전력 송신 모듈로 접근하고, 전력 수신 모듈의 수신측 광통신부에서 전력 송신 모듈의 송신측 광통신부로 광신호가 송신되어야 한다. 수신측 광통신부가 구동되기 위해서는 전력이 필요하나, 전력 수신 모듈의 배터리가 완전히 방전된 상태에서는 수신측 광통신부에서 송신측 광통신부로 광신호가 송신될 수 없다.
(S210) 이러한 경우에는 우선 전력 송신 모듈이 전력 수신 모듈로 통신 가능 전력을 전송한다. 여기서 통신 가능 전력이란 전력 수신 모듈의 수신측 광통신부를 구동하게 할 수 있는 전력을 의미한다. 이하에서는 통신 가능 전력을 통신 전력이라 명명한다.
구체적으로 전력 송신 모듈은 수신측 광통신부로부터 송신되는 광신호를 송신측 광통신부에서 수신하기 전에 전력 송신 코일을 통해 전력 수신 코일로 통신 전력을 송신하도록 형성된다. 수신측 광통신부를 포함한 전력 수신 모듈은 전력 송신 모듈로부터 전송되는 통신 전력에 의해 동작하게 된다.
배터리를 충전하기 위한 충전 전력에 비해 전력 수신 모듈의 동작을 위한 통신 전력은 작은 양만으로도 충분하다. 따라서 통신 전력의 크기는 충전 전력의 크기보다 작은 것이 바람직하다. 그래야 전력 수신 모듈의 동작에 과도하게 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다.
전력 송신 모듈로 전력 수신 모듈이 접근하기 전까지 계속해서 통신 전력이 송신된다면, 통신 전력은 지속적으로 소모되기만 할 뿐이다. 따라서 통신 전력의 지속적인 소모를 방지하기 위해 전력 송신 모듈은 체크 전력을 주기적으로 송신하도록 형성될 수 있다.
체크 전력이란 전력 수신 모듈의 접근 여부를 체크하기 위한 전력을 의미한다. 전력 송신 모듈은 통신 전력을 전송하기 전에 전력 송신 코일을 통해 전력 수신 모듈의 접근 여부를 체크하는 체크 전력을 주기적으로 송신한다. 체크 전력을 송신하는 이유는 통신 전력의 지속적인 소모를 방지하기 위한 것이므로, 체크 전력은 통신 전력의 크기보다 작아야 한다.
전력 송신 코일에서 체크 전력을 수신하면 전력 수신 모듈의 접근이 확인된다. 전력 수신 모듈의 접근은 수신측 광통신부에서 송신측 광통신부로 전송되는 광신호에 의해 확인될 수 있다. 다만 체크 전력은 통신 전력의 크기보다 작으므로 전력 수신 모듈의 접근만 확인 가능할 뿐, 전력 수신 모듈을 지속적으로 동작시키기에는 충분하지 않다.
전력 수신 코일에서 체크 전력을 수신하여 전력 수신 모듈의 접근이 확인되면, 전력 송신 모듈은 전력 송신 코일을 통해 전력 수신 코일로 통신 전력 및/또는 충전 전력을 전속하도록 형성된다.
나머지 (S220) 내지 (S250) 단계들에 대한 설명은 도 2의 (S110) 내지 (S140) 단계들에 대한 설명과 중복되므로, 나머지 단계들에 대한 설명은 도 2의 설명으로 갈음한다.
도 4는 도 1의 무선 전력 송수신 시스템을 이용한 무선 전력 송수신 알고리즘을 보인 또 다른 개념도다. 도 2에는 양방향 통신에 근거한 알고리즘이 도시되어 있다.
(S310) 단계에 대한 설명은 도 3의 (S210) 단계에 대한 설명과 중복되므로, (S310) 단계에 대한 설명은 도 3의 설명으로 갈음한다. (S320) 내지 (S330) 단계들에 대한 설명은 도 2의 (S110) 내지 (S120) 단계들에 대한 설명과 중복되므로, (S320) 내지 (S330) 단계들에 대한 설명은 도 2의 설명으로 갈음한다.
(S340) 수신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 송신측 광통신부에서 수신하면, 송신측 광통신부에서도 수신측 광통신부로 광신호를 송신한다. 광신호는 패킷으로 송신될 수 있다.
(S350) 이어서 송신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 수신측 광통신부에서 수신하면, 정상적인 광통신 여부 확인이 완료된다. 수신측 광통신부에서 광신호를 송신하여 송신측 광통신부에서 이를 수신하는 것뿐만 아니라, 송신측 광통신부에서 광신호를 송신하여 수신측 광통신부에서 이를 수신한다는 점에서 도 4의 알고리즘은 양방향 통신을 기반으로 한다.
송신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 수신측 광통신부에서 수신하면 전력 송신 모듈은 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 전력 수신 코일로 송신한다. 이와 같이 나머지 (S360) 내지 (S370) 단계들에 대한 설명은 도 2의 (S130) 내지 (S140) 단계들에 대한 설명과 중복되므로, 나머지 단계들에 대한 설명은 도 2의 설명으로 갈음한다.
이하에서는 무선 전력 송수신 시스템을 적용한 예들에 대하여 설명한다.
도 5는 도 1의 무전 전력 송수신 시스템을 적용한 일 예를 보인 개념도다.
무선 전력 송수신 시스템은 전력 송신 모듈에 해당하는 무선 충전기와 전력 수신 모듈에 해당하는 이동 단말기를 포함한다.
이동 단말기가 무선 충전기에 거치되면, 이동 단말기에서는 무선 충전기로 광신호를 송신하게 된다. 무선 충전기가 이동 단말기로부터 정상적으로 광신호를 수신하게 되면, 무선 충전기는 상기 이동 단말기로 충전 전력을 전송하게 된다. 여기서 설명하는 단방향 통신뿐만 아니라 양방향 통신으로도 무선 충전 알고리즘이 실행될 수 있음은 자명하다.
도 6은 도 1의 무전 전력 송수신 시스템을 적용한 다른 일 예를 보인 개념도다.
무선 전력 송수신 시스템은 전력 송신 모듈에 해당하는 무선 충전기와 전력 수신 모듈에 해당하는 무선 청소기를 포함한다.
무선 청소기가 무선 충전기에 거치되면, 무선 청소기에서는 무선 충전기로 광신호를 송신하게 된다. 무선 충전기가 무선 청소기로부터 정상적으로 광신호를 수신하게 되면, 무선 충전기는 상기 무선 청소기로 충전 전력을 전송하게 된다.
도 7은 도 1의 무전 전력 송수신 시스템을 적용한 또 다른 일 예를 보인 개념도다.
무선 전력 송수신 시스템은 전력 송신 모듈에 해당하는 무선 충전기와 전력 수신 모듈에 해당하는 전기 자동차를 포함한다.
앞서 도 5와 도 6의 예에서는 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈 간의 접촉이 이루어져야 무선 충전이 실시될 수 있다. 그러나 무선 전력 송수신 시스템에서 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈은 반드시 접촉되어야 하는 것은 아니고 비접촉되더라도 무선 충전이 실시될 수 있다.
전기 자동차가 무선 충전기가 위치하는 곳으로 접근하게 되면, 전기 자동차에서는 무선 충전기로 광신호를 송신하게 된다. 무선 충전기는 바닥 및/또는 벽에 설치될 수 있다. 또한 무선 충전기는 바닥에 설치되고, 송신측 광통신부는 바닥과 벽에 각각 설치될 수도 있다.
예를 들어 바닥에 두 개의 송신측 광통신부가 설치되고, 벽에 두 개의 송신측 광통신부가 설치되는 경우, 세 개의 송신측 광통신부 중 적어도 3개 이상의 송신측 광통신부가 적어도 하나의 수신측 광통신부로부터 광신호를 수신하게 되면 전력 송신 코일과 전력 수신 코일의 정위치 정렬이 이루어진 것으로 판단될 수 있다.
무선 충전기가 전기 자동차로부터 정상적으로 광신호를 수신하게 되면, 무선 충전기는 전기 자동차로 충전 전력을 전송하게 된다.
이상에서 설명된 무선 전력 송수신 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 무선 전력 송수신 시스템
110: 전력 송신 모듈
120: 전력 수신 모듈

Claims (9)

  1. 무선으로 전력을 송신하도록 형성되는 전력 송신 코일과 광신호를 송수신하도록 형성되는 송신측 광통신부를 구비하고, 상용 전원으로부터 전력을 공급받는 전력 송신 모듈; 및
    무선으로 전력을 수신하도록 형성되는 전력 수신 코일, 광신호를 송수신하도록 형성되는 수신측 광통신부, 그리고 배터리를 구비하는 전력 수신 모듈을 포함하고,
    상기 송신측 광통신부와 상기 수신측 광통신부는 광신호의 송수신을 통해 상기 전력 송신 코일과 상기 전력 수신 코일의 정위치 정렬 여부를 감지 가능하도록 형성되고,
    상기 전력 송신 코일과 상기 전력 수신 코일이 정위치에 정렬되어 상기 수신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 상기 송신측 광통신부에서 수신하면, 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신하고, 상기 전력 수신 모듈은 상기 전력 수신 코일을 통해 수신된 충전 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 송신 모듈은 상기 수신측 광통신부로부터 송신되는 광신호를 상기 송신측 광통신부에서 수신하기 전에 상기 전력 송신 코일을 통해 상기 전력 수신 코일로 상기 수신측 광통신부를 동작하게 하는 통신 전력을 전송하도록 형성되고,
    상기 수신측 광통신부는 상기 전력 송신 모듈로부터 전송되는 통신 전력에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 통신 전력의 크기는 상기 충전 전력의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력 송신 모듈은 상기 통신 전력을 전송하기 전에 상기 전력 송신 코일을 통해 상기 전력 수신 모듈의 접근 여부를 체크하는 체크 전력을 주기적으로 송신하도록 형성되고,
    상기 전력 수신 코일에서 상기 체크 전력을 수신하면 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 상기 전력 수신 코일로 상기 통신 전력 또는 상기 충전 전력을 전송하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통신 전력의 크기는 상기 체크 전력의 크기보다 크고 상기 충전 전력의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 수신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 상기 송신측 광통신부에서 수신하면 상기 송신측 광통신부에서도 상기 수신측 광통신부로 광신호를 송신하고,
    상기 송신측 광통신부에서 송신되는 광신호를 상기 수신측 광통신부에서 수신하면 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신측 광통신부와 상기 수신측 광통신부 중 적어도 하나는 복수로 구비되고,
    적어도 하나의 수신측 광통신부로부터 송신되는 광신호를 기설정된 수 이상의 송신측 광통신부가 수신하거나, 적어도 하나의 송신측 광통신부가 기설정된 수 이상의 수신측 광통신부로부터 광신호를 수신하면, 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신하고, 상기 전력 수신 모듈은 상기 전력 수신 코일을 통해 수신된 충전 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 속도 또는 상기 전력 송신 코일을 통해 송신되는 충전 전력의 크기는 상기 수신측 광통신부에서 상기 송신측 광통신부로 송신되는 광신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 송신측 광통신부와 상기 수신측 광통신부는 광신호의 송수신을 통해 상기 전력 송신 모듈과 상기 전력 수신 모듈의 사이에 이물질 유무를 감지 가능하도록 형성되고,
    상기 전력 송신 모듈과 상기 전력 수신 모듈의 사이에 이물질이 미감지되면, 상기 전력 송신 모듈은 상기 전력 송신 코일을 통해 충전 전력을 상기 전력 수신 코일로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
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