KR20190077836A - 품질 인자가 개선된 무선 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 품질 인자 값을 가지는 무선 충전 장치들에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력을 수신하는 코일부와 상기 코일부를 통해 수신되는 전력을 충전하는 배터리와 상기 코일부와 상기 배터리 사이에 상기 배터리의 일면에 배치되는 차폐부와 상기 배터리의 타면에 배치되는 금속시트를 포함하고, 상기 차폐부는 나노 크리스탈을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이물질 검출 능력이 향상된 무선 충전 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

품질 인자가 개선된 무선 충전 장치{Wireless Charging Apparatus With Enhanced Quality Factor}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 개선된 품질 인자(Quality Factor) 값을 가지는 무선 충전 장치에 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.

다양한 분야의 기기에 무선 충전 장치가 적용됨에 따라, 최근에는 복수의 무선 전력 수신기를 동시에 충전하는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치뿐만 아니라 NFC(Near Field Communication) 기능이 탑재한 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.

무선 충전에서, 품질 인자(Quality Factor) 값은 충전 영역상의 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 용도로 사용될 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 기준 품질 인자(Reference Quality Factor) 값에 기반하여 결정된 품질 인자 임계치와 전력 전송 단계로의 진입 이전에 측정한 품질 인자(Measured Quality Factor) 값을 비교하여 인터페이스 표면상의 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.

하지만, 인터페이스 표면에 배치된 무선 전력 수신 장치에 상응하여 측정되는 품질 인자 값이 너무 낮은 경우, 품질 인자 임계치를 이용한 이물질 검출이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 개선된 품질 인자 값을 가지는 무선 전력 충전 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 높은 품질 인자 값을 가지는 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이물질 검출 능력을 향상시키도록 구성된 NFC 기능이 탑재된 복합 타입의 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이물질 검출 능력이 향상된 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이물질 검출 능력이 향상된 무선 충전 시스템을 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 발명은 개선된 품질 인자 값을 가지는 무선 충전 장치들을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력을 수신하는 코일부와 상기 코일부를 통해 수신되는 전력을 충전하는 배터리와 상기 코일부와 상기 배터리 사이에 상기 배터리의 일면에 배치되는 차폐부와 상기 배터리의 타면에 배치되는 금속시트를 포함하고, 상기 차폐부는 나노 크리스탈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 차폐부는 상기 나노 크리스탈의 합금을 리본 형태, 시트 형태 및 코어 형태 중 어느 하나의 형태로 제작될 수 있다.

또한, 상기 금속 시트는 알루미늄 재질일 수 있다.

또한, 상기 차폐부의 재질은 상기 배터리의 용량에 기반하여 결정될 수 있다.

또한, 상기 차폐부의 재질은 상기 코일 유닛의 안테나 구성에 기반하여 결정될 수 있다.

또한, 상기 안테나 구성은 무선 충전 안테나만을 포함하는 단일 타입 구성과 상기 무선 충전 안테나 및 근거리 무선 통신 안테나를 포함하는 복합 타입 구성을 포함할 수 있다.

또한, 상기 차폐부의 두께는 0.1mm일 수 있다.

또한, 상기 금속 시트의 두께는 0.5mm일 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기에 배치되었을 때의 품질 인자 값은 최소 51.48 이상일 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기에 배치되었을 때의 품질 인자 값은 최소 51.48 이상 및 최대 52.96 이하일 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 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 높은 품질 인자 값을 가지는 무선 전력 수신 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 이물질 검출 능력을 향상시키는 것이 가능한 무선 전력 수신 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 이물질 검출 능력을 향상시키도록 구성된 NFC 기능이 탑재된 무선 전력 수신 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 이물질 검출 능력이 향상된 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 이물질 검출 능력이 향상된 무선 충전 시스템을 제공할 수 있는 장점이 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.

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 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 상기 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6 내지 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에서 품질 인자 측정을 위한 송수신기의 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 14는 송수신기의 다양한 배치 구성들에 따른 품질 인자 값의 변화를 보여주는 실험 결과 테이블이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서 품질 인자 값을 측정하는 방법을 설명하기 위한 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) Qi 표준 및 PMA(Power Matters Alliance) 표준에서 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.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기는 NFC 디바이스-예를 들면, NFC 태그(Tag)-가 구비될 수 있다.

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.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.

또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다.

이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.

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.

여기서, 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 전력, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력 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 전력, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 3을 참조하면 무선 전력 송신기(300)는 크게, 전력 변환부(310), 전력 전송부(320), 통신부(330), 제어부(340), 센싱부(350)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(300)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(310)는 전원부(360)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이를 위해, 전력 변환부(310)는 DC/DC 변환부(311), 인버터(312) 및 주파수 생성기(313)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 인버터(312)는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 직류 전력을 특정 동작 주파수를 가지는 교류 전력으로 변환할 수 있는 회로 구성이면 족하다.

DC/DC 변환부(311)는 전원부(350)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(340)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 센싱부(350)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(340)에 제공할 수 있다.

또한, 센싱부(350)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(300)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(340)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 제어부(340)는 센싱부(350)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(350)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 인버터(312)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다.

이를 위해, 전력 변환부(310)의 일측에는 전원부(350)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 인버터(312)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 더 구비될 수도 있다.

인버터(312)는 DC/DC 변환된 직류 전력을 주파수 생성기(313)에 의해 생성된 기준 교류 신호-예를 들면, 펄스 폭 변조 신호일 수 있음-에 기반하여 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 기준 교류 신호의 주파수 는 제어부(340)의 제어 신호에 따라 동적으로 변경될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(300)는 동작 주파수를 조절하여 송출 전력의 세기를 조절할 수도 있다.

일 예로, 제어부(340)는 통신부(330)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 송출 전력의 세기를 조절할 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(320)는 다중화기(321)(또는 멀티플렉서), 송신 코일부(322)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일부(322)는 제1 내지 제n 송신 코일로 구성될 수 있다.

또한, 전력 전송부(320)는 전력 전송을 위한 특정 캐리어 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 반송파 생성기는 다중화기(321)를 통해 전달 받은 인버터(312)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한 특정 캐리어 주파수를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 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 공진 주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.

다중화기(321)는 제어부(340)에 의해 선택된 송신 코일로 교류 전력을 전달하기 위한 스위치 기능을 수행할 수 있다. 제어부(340)는 송신 코일 별 무선 전력 수신기로부터 수신되는 소정 신호 세기 지시자에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(340)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다.

예를 들어, 무선 전력 송신기(300)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(340)는 다중화기(321)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해서만 교류 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수도 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 동안 DC/DC 변환기(311)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.

제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(322)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(321)를 제어할 수 있다.

이때, 제어부(340)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(355)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(321)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

일 예로, 타이머(350)는 감지 신호를 전송해야 하는 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(340)에 송출할 수 있으며, 제어부(340)는 해당 이벤트 신호가 감지될 때마다, 다중화기(321)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 특정 감지 신호가이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(332)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(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(321)를 제어할 수도 있다.

다른 일 예로, 제어부(340)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(321)를 제어할 수도 있다.

통신부(330)는 변조부(331)와 복조부(332) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

변조부(331)는 제어부(340)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(321)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(332)는 송신 코일을 통해 특정 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(340)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(332)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(340)에 제공할 수도 있다.

또한, 복조부(332)는 송신 코일(323)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(340)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(300)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기(300)는 송신 코일부(322)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일부(322)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 송신 코일부(322)의 제1 내지 제n 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일이 무선 전력 송신기(300)에 추가로 구비될 수 있으며, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.

이상이 도 3의 설명에서는 무선 전력 송신기(300)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.

또한, 이상의 도 3의 설명에서는 무선 전력 송신기(300)의 전력 전송부(320)가 다중화기(321)와 복수의 송신 코일(322)을 포함하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 전력 전송부(320)는 하나의 송신 코일로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

이 경우, 전력 전송부(320)는 송신 코일 선택을 위한 다중화기(321) 또는 코일 선택 회로(미도시)를 포함하지 않을 수도 있다.

도 4는 상기 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기(400)는 수신 코일(410), 정류기(420), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 430), 부하(440), 센싱부(450), 통신부(460), 주제어부(470)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(460)는 복조부(461) 및 변조부(462) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 4의 예에 도시된 무선 전력 수신기(400)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(300)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(460)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.

수신 코일(410)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류기(420)에 전달할 수 있다. 정류기(420)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(430)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(430)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(440)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(440)에 전달할 수 있다.

센싱부(450)는 정류기(420) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(450)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(410)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(470)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(450)는 무선 전력 수신기(400)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(470)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(470)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(462)에 전송할 수 있다.

여기서, 변조부(462)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(410) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(300)에 전송될 수 있다.

또한, 주제어부(470)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(462)를 통해 무선 전력 송신기(300)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(410)과 정류기(420) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(420) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(470)에 제공할 수 있다.

이때, 주제어부(470)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(462)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 5를 참조하면, 무선 충전을 위한 무선 전력 전송 절차는 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.

송신기는 상기 무선 전력 전송 절차에 포함된 단계들 중 선택 단계(510)를 제외한 어느 하나의 단계에서 특정 오류 또는 특정 이벤트를 감지하면, 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다.

또한, 선택 단계(510)에서 송신기는 인터페이스 표면-예를 들면, 충전 영역 또는 충전 베드-에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.

핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다.

핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.

핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.

식별 및 구성 단계(530)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(510)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.

반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.

협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.

송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.

상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다.

송신기는 보정 단계(550)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.

전력 전송 단계(540)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(510)로 천이할 수 있다.

또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.

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

여기서, 수신기는 송신기의 가용 전력에 관한 정보 및 현재 수신되고 있는 전력에 기반하여 요구 전력을 결정할 수 있다.

선택 단계(510)에서 물체가 감지되는 경우, 무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 품질 인자를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 선택단계(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선 전력 수신기가 놓였는지 판단하기 위하여-즉, FO를 검출하기 위하여- 품질 인자를 측정할 수 있다.

무선 전력 송신기에 구비되는 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 품질 인자 값이 감소하게 된다. 측정된 품질 인자 값을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위해, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 미리 측정된 기준 품질 인자 값을 무선 전력 수신기로부터 수신할 수 있다.

협상 단계(540)에서 수신된 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 그러나 기준 품질 인자 값이 낮은 무선 전력 수신기의 경우-일 예로, 무선 전력 수신기의 타입, 용도 및 특성 등에 따라 특정 무선 전력 수신기는 낮은 기준 품질 인자 값을 가질 수 있음-, 이물질이 존재하는 경우에 측정되는 품질 인자 값과 기준 품질 인자 값 사이의 큰 차이가 없어 이물질 존재 여부를 판단하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 기준 품질 인자 값이 높은 무선 전력 수신기를 제공하는 것이 중요하다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에서 품질 인자 측정을 위한 송수신기의 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 송신기(610)는 1차 코일부(611)과 제1 차폐부(612)을 포함하고, 무선 전력 수신기(620)는 2차 코일부(621)과 배터리(622)를 포함할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 1차 코일부(611)과 2차 코일부(621)은 일정 간격(dz) 이격되게 배치시킬 수 있다. 이를 위해, 1차 코일부(611)과 2차 코일부(621) 사이에는 두께가 dz인 이격부(630)이 배치될 수 있다. 여기서, dz는 해당 시스템에 적용되는 표준 규격에 따라 상이하게 결정될 수 있다. 일 예로, dz는 2.9mm일 수 있다.

일 실시 예에 따른 1차 코일부(611)과 2차 코일부(621)은 리츠 와이어(Litz Wire)를 이용하여 코일이 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄된 패턴 코일 또는 구리판을 에칭한 에칭 코일 등이 사용될 수도 있다.

도 6의 실시 예 및 후술할 도면들의 실시 예에서 설명되는 1차 코일부 및 2차 코일부는 각각 무선 충전을 위한 안테나, 근거리 무선 통신을 위한 안테나, 모바일 결재를 위한 안테나 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 1차 코일부(611)는 무선 전력 송신용 안테나-즉, 송신 코일-을 포함하는 단일 안테나로 구성되고, 2차 코일부(621)은 무선 전력 수신용 안테나-즉, 수신 코일-과 근거리 무선 통신용 안테나-예를 들면, NFC(Near Field Communication) 안테나-가 통합 구성된 복합 안테나로 구성될 수 있다.

다른 일 예로, 1차 코일부(611)과 2차 코일부(621)은 각각 송신 코일 및 수신 코일을 포함하는 단일 타입 안테나로 구성될 수도 있다.

또 다른 일 예로, 1차 코일부(611)는 무선 충전용 안테나와 근거리 무선 통신용 안테나를 포함하는 복합 타입 안테나로 구성되고, 2차 코일부(621)은 무선 전력 수신용 안테나로만 구성된 단일 타입 안테나로 구성될 수 있다.

또 다른 일 예로, 1차 코일부(611)과 2차 코일부(621) 중 적어도 하나는 모바일 결재를 위한 모바일 결재용 안테나를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

1차 코일부(611)은 무선 충전을 위한 복수의 송신 코일을 포함하여 구성될 수도 있다.

제1 차폐부(612)의 재질은 페라이트(Ferrite) 재질, 아몰퍼스(Amorphous) 재질, 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질, 샌더스트 재질 등이 사용될 수 있다.

바람직하게, 제1 차폐부(612)은 페라이트(Ferrite) 재질로 구현될 수 있다. 여기서, 페라이트의 두께는 약 1mm일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신기(610) 및 무선 전력 수신기(620)의 종류 및 세부 구성 태양에 따라 상이한 두께를 가지도록 구현될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신기(620)의 2차 코일부(621)이 무선 충전 안테나와 근거리 통신 안테나를 포함하는 복합 타입이면, 2차 코일부(621)이 무선 충전 안테나만을 포함하는 단일 타입에 비해 제1 차폐부(612)의 두께가 증가될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에서 품질 인자 측정을 위한 송수신기의 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기(710)는 1차 코일부(711)과 제1 차폐부(712)을 포함하고, 무선 전력 수신기(720)는 2차 코일부(721)과 제2 차폐부(722) 및 배터리(723)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 1차 코일부(711)과 2차 코일부(721)은 리츠 와이어(Litz Wire)를 이용하여 코일이 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄된 패턴 코일 또는 구리판을 에칭한 에칭 코일 등이 사용될 수도 있다.

여기서, 제2 차폐부(722)은 배터리(723)의 2차 코일부(721) 대향면에 배치될 수 있다.

제2 차폐부(722)의 크기 및 두께는 배터리(723)의 크기 또는(및) 용량에 기반하여 결정될 수 있다.

일 예로, 제2 차폐부(722)의 재질로는 페라이트(Ferrite) 재질, 아몰퍼스(Amorphous) 재질, 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질, 샌더스트 재질 등이 사용될 수 있다.

바람직하게, 제2 차폐부(722)은 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질의 합금을 리본 형태, 시트 형태 또는 코어 형태 등으로 제작한 후 사용될 수 있다.

나노 크리스탈은 적어도 하나의 디멘션(dimension)이 100nm 이하인 입자로서, 퀀텀닷(quantum dots), 단결정(sigle-crystalline) 또는 다결정(poly-crystalline)의 형태로 형성 될 수 있다.

특히, 나노 크리스탈 합금은 투자율이 높고, 포화 자속 밀도가 높으면서 낮은 보자력을 갖는다.

또한, 나노 크리스탈 코어는 초박의 리본이 권선되어 원통 형태의 코어를 만든 다음 열처리되어 제작되므로 최소환의 와전류 손실 특성을 가질 수 있는 장점이 있다.

또한, 나노 크리스탈 합금은 전력 손실이 낮고 온도에 대한 안정성이 높은 장점이 있을 뿐만 아니라 내마모성, 내식성이 우수한 장점이 있다.

또한, 나노 크리스탈 합금은 Fe, Si, B에 소량의 Cu, Mo, Nb, Ni, Co를 혼합하여 구성된 Fe계 나노 크리스탈 합금일 수 있다. 나노 크리스탈 합금은 동일 성능의 Co계 아몰퍼스 합금에 비해서도 자기적 특성이 뛰어날 뿐만 아니라 가격 경쟁력이 높은 장점이 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 수신기(720)는 2차 코일부(721)과 배터리(723) 사이에 제2 차폐부(722)을 구비함으로써, 높은 품질 인자 값을 가질 수 있다.

또한, 제2 차폐부(722)는 특정 접착 부재를 이용하여 배터리(723)의 일면에 부착될 수도 있다.

일 실시예에 따른 제2 차폐부(722)은 나노 크리스탈 합금으로 구성된 평면 시트 형태를 가질 수 있으며, 두께는 약 0.1mm로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 해당 무선 전력 수신기의 구성 태양에 따라 상이한 두께를 가지도록 구현될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 1차 코일부(711)과 2차 코일부(721)은 일정 간격(dz) 이격되게 배치시킬 수 있다. 이를 위해, 1차 코일부(711)과 2차 코일부(721) 사이에는 두께가 dz인 이격부(730)이 배치될 수 있다. 여기서, dz는 해당 시스템에 적용되는 표준 규격에 따라 상이하게 결정될 수 있다. 일 예로, dz는 2.9mm일 수 있다.

제1 차폐부(712)의 재질은 페라이트(Ferrite) 재질, 아몰퍼스(Amorphous) 재질, 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질, 샌더스트 재질 등이 사용될 수 있다.

바람직하게, 제1 차폐부(712)은 페라이트(Ferrite) 재질로 구현될 수 있다. 여기서, 페라이트의 두께는 약 1.6mm일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신기(710) 및 무선 전력 수신기(720)의 종류 및 세부 구성 태양에 따라 제1 차폐부(712)에 사용되는 페라이트는 상이한 두께를 가지도록 구현될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신기(720)의 2차 코일부(721)이 무선 충전 안테나와 근거리 통신 안테나를 포함하는 복합 타입이면, 2차 코일부(621)이 무선 충전 안테나만을 포함하는 단일 타입에 비해 제1 차폐부(612)의 두께가 증가되게 구현될 수 있다.

상기 도 7의 실시 예에 따른 이격부(730)은 기준 품질 인자 측정을 위한 실험 조건일 뿐 실제 무선 충전 시스템에는 사용되지 않음을 주의해야 한다. 일 예로, 실제 무선 충전 시스템에서는 1차 코일부(711)과 2차 코일부(721) 사이에는 인터페이스 표면이 배치될 수 있다. 여기서, 인터페이스 표면은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 배치될 수 있도록 구성된 충전 베드로서, 무선 전력 송신기의 일측에 구성될 수 있다.

본 실시 예에 및 이하의 실시 예에서 2차 코일부의 내부 구성에 따라 무선 전력 수신기의 배터리 일면에 배치되는 제2 차폐부의 개수 및(또는) 제2 차폐부의 두께가 결정될 수도 있다.

일 예로, 2차 코일부가 복합 안테나인 경우, 단일 안테나에 비해 배터리 일면에 배치되는 제2 차폐부의 개수가 증가되거나 제2 차폐부의 두께가 증가될 수 있다.

본 실시 예 및 이하의 실시 예에서 2차 코일부의 내부 구성이 고려되어, 무선 전력 송신기에 배치되는 제1 차폐부의 재질, 개수 및 두께 중 적어도 하나가 결정될 수도 있다.

일 예로, 2차 코일부가 단일 안테나이면, 제1 차폐부의 재질로 페라이트 재질이 사용되고, 2차 코일부가 복합 안테나이면, 제2 차폐부의 재질로 나노 크리스탈 합금 재질이 사용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에서 품질 인자 측정을 위한 송수신기의 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 무선 전력 송신기(810)는 1차 코일부(811)과 제1 차폐부(812)을 포함하고, 무선 전력 수신기(820)는 2차 코일부(821), 제2 차폐부(822), 배터리(823) 및 제2 금속 시트(824)를 포함하여 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 1차 코일부(811)과 2차 코일부(821)은 리츠 와이어(Litz Wire)를 이용하여 코일이 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄된 패턴 코일 또는 구리판을 에칭한 에칭 코일 등이 사용될 수도 있다.

여기서, 제2 차폐부(822)은 배터리(823)의 2차 코일부(821) 대향면에 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 차폐부(822)의 재질로는 페라이트(Ferrite) 재질, 아몰퍼스(Amorphous) 재질, 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질, 샌더스트 재질 등이 사용될 수 있다.

바람직하게, 제2 차폐부(822)은 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질의 리본 형태, 시트 형태 또는 코어 형태 등으로 제작되어 적용될 수 있다.

특히, 나노 크리스탈 합금은 투자율이 높고, 포화 자속 밀도가 높으면서 낮은 보자력을 갖는다.

또한, 나노 크리스탈 코어는 초박의 리본이 권선되어 원통 형태의 코어를 만든 다음 열처리되어 제작되므로 최소환의 와전류 손실 특성을 가질 수 있는 장점이 있다. 또한, 나노 크리스탈 합금은 전력 손실이 낮고 온도에 대한 안정성이 높은 장점이 있을 뿐만 아니라 내마모성, 내식성이 우수한 장점이 있다.

또한, 나노 크리스탈 합금은 Fe, Si, B에 소량의 Cu, Mo, Nb, Ni, Co를 혼합하여 구성된 Fe계 나도 크리스탈 합금일 수 있다. 나노 크리스탈 합금은 동일 성능의 Co계 아몰퍼스 합금에 비해서도 자기적 특성이 뛰어날 뿐만 아니라 가격 경쟁력이 높은 장점이 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 수신기(820)는 배터리(823) 일면에 제2 차폐부(822)을 배치하고, 배터리(823)의 타면에 제2 금속 시트(824)를 배치함으로써, 높은 품질 인자 값을 가질 수 있다.

제1 차폐부(812)의 재질은 페라이트(Ferrite) 재질, 아몰퍼스(Amorphous) 재질, 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질, 샌더스트 재질 등이 사용될 수 있다.

바람직하게, 제1 차폐부(812)은 페라이트(Ferrite) 재질로 구현될 수 있다. 여기서, 페라이트의 두께는 약 1mm일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신기(810)의 종류 및 구성 태양에 따라 상이한 두께를 가지도록 구현될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신기(820)의 2차 코일부(821)이 무선 충전 안테나와 근거리 통신 안테나를 포함하는 복합 타입이면, 2차 코일부(821)이 무선 충전 안테나만을 포함하는 단일 타입에 비해 제1 차폐부(812)의 두께가 증가되게 구현될 수 있다.

제2 금속 시트(824)로 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 제2 금속 시트(824)의 두께는 약 0.5mm로 구성될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 1차 코일부(811)과 2차 코일부(821)은 일정 간격(dz) 이격되게 배치된 후 품질 인자 값이 측정될 수 있다. 이를 위해, 1차 코일부(811)과 2차 코일부(821) 사이에는 두께가 dz인 이격부(830)이 배치될 수 있다. 여기서, dz는 해당 시스템에 적용되는 표준 규격에 따라 상이하게 결정될 수 있다. 일 예로, dz는 2.9mm일 수 있다.

상기 도 8의 실시 예에 따른 이격부(830)은 기준 품질 인자 측정을 위한 실험 조건일 뿐 실제 무선 충전 시스템에는 사용되지 않음을 주의해야 한다. 일 예로, 실제 무선 충전 시스템에서는 1차 코일부(811)과 2차 코일부(821) 사이에는 인터페이스 표면이 배치될 수 있다. 여기서, 인터페이스 표면은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 배치될 수 있도록 구성된 충전 베드로서, 무선 전력 송신기의 일측에 구성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에서 품질 인자 측정을 위한 송수신기의 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기(910)는 1차 코일부(911), 제1 차폐부(912) 및 제1 금속 시트(913)을 포함하고, 무선 전력 수신기(920)는 2차 코일부(921)과 제2 차폐부(922), 배터리(923) 및 제2 금속 시트(924)를 포함하여 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 1차 코일부(911)과 2차 코일부(921)을 구성하는 코일로 리츠 와이어(Litz Wire)가 사용될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄된 패턴 코일 또는 구리판을 에칭한 에칭 코일 등이 사용될 수도 있다.

여기서, 제2 차폐부(922)은 배터리(923)의 2차 코일부(921) 대향면에 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 차폐부(922)의 재질로는 페라이트(Ferrite) 재질, 아몰퍼스(Amorphous) 재질, 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질, 샌더스트 재질 등이 사용될 수 있다.

바람직하게, 제2 차폐부(922)은 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질의 합금을 리본 형태, 시트 형태 또는 코어 형태 등으로 제작한 후 사용될 수 있다.

일 예로, 나노 크리스탈) 합금은 투자율이 높고, 포화 자속 밀도가 높으면서 낮은 보자력을 갖는다. 일 예로, 나노 크리스탈 코어는 초박의 리본이 권선되어 원통 형태의 코어를 만든 다음 열처리되어 제작될 수 있으며, 최소환의 와전류 손실 특성을 가지도록 제작될 수 있다.

또한, 나노 크리스탈 합금은 전력 손실이 낮고 온도에 대한 안정성이 높은 장점이 있을 뿐만 아니라 내마모성, 내식성이 우수한 장점이 있다.

또한, 나노 크리스탈 합금은 Fe, Si, B에 소량의 Cu, Mo, Nb, Ni, Co를 혼합하여 구성된 Fe계 나도 크리스탈 합금일 수 있다. 나노 크리스탈 합금은 동일 성능의 Co계 아몰퍼스 합금에 비해서도 자기적 특성이 뛰어날 뿐만 아니라 가격 경쟁력이 높은 장점이 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 수신기(920)는 배터리(923) 일면에 제2 차폐부(922)을 배치하고, 배터리(923)의 타면에 제2 금속 시트(924)를 배치함으로써, 높은 품질 인자 값을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신기(910)는 제1 차폐부(912) 뿐만 아니라 상기한 도 6 내지 도 8의 실시 예와 비교하여 제1 금속 시트(913)를 더 구비함으로써, 송신 코일에 대한 높은 품질 인자 값을 가질 수 있다.

일 예로, 제2 금속 시트(924)로 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 제2 금속 시트(824)의 두께는 약 0.5mm로 구성될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 1차 코일부(911)과 2차 코일부(921)은 일정 간격(dz) 이격되게 배치된 후 품질 인자 값이 측정될 수 있다. 이를 위해, 1차 코일부(911)과 2차 코일부(921) 사이에는 두께가 dz인 이격부(930)이 배치될 수 있다. 여기서, dz는 해당 시스템에 적용되는 표준 규격에 따라 상이하게 결정될 수 있다. 일 예로, dz는 2.9mm일 수 있다.

상기 도 9의 실시 예에 따른 이격부(930)은 기준 품질 인자 측정을 위한 실험 조건일 뿐 실제 무선 충전 시스템에는 사용되지 않음을 주의해야 한다. 일 예로, 실제 무선 충전 시스템에서는 1차 코일부(911)과 2차 코일부(921) 사이에는 인터페이스 표면이 배치될 수 있다. 여기서, 인터페이스 표면은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 배치될 수 있도록 구성된 충전 베드로서, 무선 전력 송신기의 일측에 구성될 수 있다.

상기한 도 9의 실시 예에서, 무선 전력 수신기(920)는 2차 코일부(921)과 제2 차폐부(922) 및 배터리(923)를 포함하고, 무선 전력 송신기(910)는 1차 코일부(911), 제1 차폐부(912) 및 제1 금속 시트(913)을 포함하여 구성될 수도 있다. 즉, 상기 도 9의 실시 예에서, 무선 전력 수신기(920)는 제2 금속 시트(924)를 포함하지 않을 수도 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에서 품질 인자 측정을 위한 송수신기의 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 무선 전력 송신기(1010)는 1차 코일부(1011), 제1 송신 차폐부(1012), 제1 송신 차폐부(1013) 및 제1 금속 시트(1014)을 포함하고, 무선 전력 수신기(1020)는 2차 코일부(1021)과 수신 차폐 유닛(1022), 배터리(1023) 및 제2 금속 시트(1024)를 포함하여 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 1차 코일부(1011)과 2차 코일부(1021)을 구성하는 코일로 리츠 와이어(Litz Wire)가 사용될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄된 패턴 코일 또는 구리판을 에칭한 에칭 코일 등이 사용될 수도 있다.

여기서, 제2 차폐부(1022)은 배터리(1023)의 2차 코일부(1021) 대향면에 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 차폐부(1022)의 재질로는 페라이트(Ferrite) 재질, 아몰퍼스(Amorphous) 재질, 나노 크리스탈(Nano Crystal) 재질, 샌더스트 재질 등이 사용될 수 있다.

바람직하게, 제2 차폐부(1022)의 재질은 나노 크리스탈(Nano Crystal)일 수 있으며, 나노 크리스탈 재질의 합금을 리본 형태, 시트 형태 또는 코어 형태 등으로 제작한 후 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 수신기(1020)는 제2차 코일부(1021)에 대향하는 배터리(1023) 일면에 제2 차폐부(1022)을 배치하고, 배터리(1023)의 타면에 제2 금속 시트(1024)를 배치함으로써, 높은 품질 인자 값을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기(1010)는 제1 송신 차폐부(1012)과 제1 송신 차폐부(1013)이 1차 코일부(1011)과 제1 금속 시트(1014) 사이에 배치되는 이중 차폐 구조를 가질 수 있다.

일 예로, 제1 송신 차폐부(1012)의 재질은 나노 크리스탈 합금이고, 제1 송신 차폐부(1012)의 재질은 페라이트일 수 있다.

여기서, 제1 송신 차폐부(1012)은 나노 크리스탈 합금 재질의 복수 개의 시트로 구성될 수도 있다.

일 실시 예에 따른, 제1 송신 차폐부(1012)은 0.1mm의 두께를 가지는 2장의 나노 크리스탈 합금 시트로 구성되고, 제1 송신 차폐부(1013)은 1mm 이상 1.6mm 이하의 두께를 가지는 한 장의 페라이트 시트로 구성될 수 있다.

일 예로, 제1 금속 시트(1014) 및 제2 금속 시트(1024)는 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있으며, 제1 금속 시트(1014) 및 제2 금속 시트(1024)의 두께는 0.5mm 이하로 구성될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 1차 코일부(1011)과 2차 코일부(1021)은 일정 간격(dz) 이격되게 배치된 후 품질 인자 값이 측정될 수 있다. 이를 위해, 1차 코일부(1011)과 2차 코일부(1021) 사이에는 두께가 dz인 이격부(930)이 배치될 수 있다. 여기서, dz는 해당 시스템에 적용되는 표준 규격에 따라 상이하게 결정될 수 있다. 일 예로, dz는 2.9mm일 수 있다.

상기한 도 10의 실시 예에서, 무선 전력 수신기(1020)는 2차 코일부(1021)과 제2 차폐부(1022) 및 배터리(1023)를 포함하고, 무선 전력 송신기(1010)는 1차 코일부(1011), 제1 송신 차폐부(1012), 제1 송신 차폐부(1013) 및 제1 금속 시트(1014)를 포함하여 구성될 수도 있다. 즉, 상기 도 9의 실시 예에서, 무선 전력 수신기(1020)는 제2 금속 시트(1024)를 포함하지 않을 수도 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신기의 다양한 배치 구성들에 따른 품질 인자 값 변화를 보여주는 실험 결과 테이블이다.

도면 번호 1101을 참조하면, 배치 타입 1(1110)과 배치 타입 2(1120)에 따른 무선 전력 수신기는 배터리와 2차 코일부를 포함하고, 무선 전력 송신기는 1차 코일부와 제1 차폐부를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 배치 타입 1(1110)의 제1 차폐부의 재질은 페라이트이고, 배치 타입 2(1120)의 제1 차폐부의 재질은 아몰퍼스이다.

본 실험에 있어서, 1차 코일부와 2차 코일부는 리츠 와이어(Litz Wire)로 구성된 코일이 사용되었다. 특히, 1차 코일부는 3개의 송신 코일을 포함하는 다중 코일 구조를 가진다.

도면 번호 1101에 보여지는 바와 같이, 인터페이스 표면에 수신기가 배치되지 않은 상태에서 측정된 배치 타입 1(1110)과 배치 타입 2(1120)의 품질 인자 값은 각각 100과 81.72이다.

또한, 인터페이스 표면에 수신기가 배치된 상태에서 측정된 배치 타입 1(1110)과 배치 타입 2(1120)의 품질 인자 값은 상술한 도 15에서 설명되는 바와 같이, 수신기 배치 위치 별 측정된 품질 인자 값 중 최소값으로 결정되며, 각각 33.45와 30.42이다.

즉, 무선 전력 송신기는 아몰퍼스 재질보다 페라이트 재질의 제1 차폐부가 배치되었을 때, 높은 품질 인자 값을 가지는 것을 알 수 있다.

도면 번호 1102를 참조하면, 배치 타입 3(1130)과 배치 타입 4(1140)에 따른 무선 전력 수신기는 제2 금속 시트, 배터리, 제2 차폐부 및 2차 코일부를 포함하고, 무선 전력 송신기는 1차 코일부, 제1 차폐부 및 제2 금속 시트를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 배치 타입 3(1130)의 제2 차폐부의 재질은 아몰퍼스이고, 배치 타입 4(1140)의 제2 차폐부의 재질은 나노 크리스탈이다.

배치 타입 3(1130) 및 배치 타입 4(1140)에 사용된 제1 차폐부는 모두 페라이트 재질이 사용된다.

도면 번호 1102에 도시된 바와 같이, 인터페이스 표면에 수신기가 배치되지 않은 상태에서 측정된 배치 타입 3(1130)과 배치 타입 4(1140)의 품질 인자 값은 각각 104과 105.17이다.

또한, 인터페이스 표면에 수신기가 배치된 상태에서 측정된 배치 타입 3(1130)과 배치 타입 4(1140)의 품질 인자 값은 하기 도 15 및 그것의 설명과 같이, 수신기 배치 위치 별 측정된 품질 인자 값 중 최소값으로 결정되며, 각각 46.60과 51.48이다.

배치 타입 3(1130)의 경우 품질 인자 값은 최소 46.15에서 최대 48.13을 가질 수 있다.

배치 타입 4(1140)의 경우 품질 인자 값은 최소 51.48 에서 최대 52.96을 가질 수 있다.

즉, 무선 전력 수신기는 아몰퍼스 재질보다 나노 크리스탈 재질의 제2 차폐부가 배치되었을 때, 높은 품질 인자 값을 가지는 것을 알 수 있다.

또한, 도면 번호 1101과 도면 번호 1102를 비교하면, 적어도 무선 전력 수신기에 제2 차폐부가 추가 배치되면, 품질 인자 값이 높아지는 것을 알 수 있다.

또한, 도면 번호 1101과 도면 번호 1102를 비교하면, 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 각각에 제1 금속 시트와 제2 금속 시트를 추가 배치하고, 무선 전력 수신기에 제2 차폐부를 추가 배치하면, 높은 품질 인자 값을 획득할 수 있음을 알 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송수신기의 다양한 배치 구성들에 따른 품질 인자 값 변화를 보여주는 실험 결과 테이블이다.

도면 번호 1201을 참조하면, 배치 타입 5(1210)에 따른 무선 전력 수신기는 배터리를 포함하지 않은 무부하 수신기이고, 배치 타입 6(1220)에 따른 무선 전력 수신기는 배터리를 포함한 수신기일 수 있다.

무선 전력 송신기는 1차 코일부와 제1 차폐부를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 배치 타입 5(1210) 및 배치 타입 6(1220)에 상응하는 제1 차폐부의 재질은 모두 페라이트일 수 있다.

본 실험에 있어서, 1차 코일부와 2차 코일부는 리츠 와이어(Litz Wire)로 구성되고. 특히, 1차 코일부는 3개의 송신 코일을 포함하는 다중 코일 구조를 가진다.

도면 번호 1201에 보여지는 바와 같이, 인터페이스 표면에 수신기가 배치되지 않은 상태에서 측정된 배치 타입 5(1210)와 배치 타입 6(1220)의 품질 인자 값은 각각 113.97과 80.00이다. 즉, 무부하 상태에서 높은 품질 인자 값이 측정되는 것을 알 수 있다.

또한, 인터페이스 표면에 수신기가 배치된 상태에서 측정된 배치 타입 5(1210)과 배치 타입 6(1220)의 품질 인자 값은 하기 도 15 및 그것의 설명과 같이, 수신기 배치 위치 별 측정된 품질 인자 값 중 최소값으로 결정되며, 각각 72.53과 34.12이다.

즉, 배터리를 포함하는 수신기가 배치되었을 때보다 무부하 상태의 수신기가 배치되었을 때 높은 품질 인자 값이 측정되는 것을 알 수 있다.

도면 번호 1202는 배터리와 2차 코일부로 구성된 무선 전력 수신기가 이격부에 배치된 상태에서, 무선 전력 송신기의 제1 차폐부의 재질에 따라 측정된 품질 인자 값을 보여준다.

도면 번호 1202에서 보여지는 바와 같이, 배치 타입 6(1220), 배치 타입 7(1230) 및 배치 타입 8(1240) 각각에 대응되는 제1 차폐부의 재질은 각각 페라이트, 아몰퍼스 및 나노 크리스탈이다.

상기 도 12의 실험 결과에 따르면, 여기서, 상기 3개의 재질 중 페라이트 재질로 제1 차폐부가 구성되었을 때, 가장 높은 품질 인자 값이 측정되는 것을 알 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송수신기의 다양한 배치 구성들에 따른 품질 인자 값 변화를 보여주는 실험 결과 테이블이다.

상세하게 도 13은 무선 전력 수신기에 장착되는 배터리의 용량에 따른 품질 인자 값의 변화를 보여주는 실험 결과 테이블이다.

본 실험에 있어서, 1차 코일부와 2차 코일부는 리츠 와이어(Litz Wire)로 구성되고. 특히, 1차 코일부는 3개의 송신 코일을 포함하는 다중 코일 구조를 가지고, 무선 충전 안테나만을 포함하는 2차 코일부가 사용되었다.

도 13을 참조하면, 배치 타입 9(1310), 배치 타입 10(1320) 및 배치 타입 11(1330)에 대응되는 배터리 용량이 각각 1800mA/2600mA/3000mA이다.

도면 번호 1301을 참조하면, 수신기가 배치된 상태에서 배치 타입 9(1310), 배치 타입 10(1320) 및 배치 타입 11(1330)에 대응하여 측정된 품질 인자 값은 각각 55.03/53.5/53.3인 것을 보여준다.

즉, 무선 전력 수신기에 장착되는 배터리 용량이 작을수록 보다 높은 품질 인자 값이 측정되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 일 실시 예는 해당 무선 전력 수신기에 장착되는 배터리의 용량에 따라 제2 차폐부의 재질, 두께(또는 시트의 개수) 등이 결정될 수 있다.

일 예로, 수신기가 배치된 상태에서 측정되는 품질 인자 값이 적어도 50을 초과하도록 제2 차폐부의 재질, 두께 등이 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예는 해당 무선 전력 수신기에 장착되는 배터리의 용량에 따라 제1 차폐부의 재질, 두께(또는 시트의 개수) 등이 결정될 수도 있다.

일 예로, 배터리 용량이 1800mA이면, 제1 차폐부의 재질로 아몰퍼스가 사용되고, 배터리 용량이 3000mA이면 제1 차폐부의 재질로 페라이트가 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 해당 무선 전력 수신기에 장착되는 배터리의 용량에 따라 무선 전력 송신기는 1차 코일부와 제1 차폐부 사이에 추가적인 차폐 유닛이 포함되게 구성될 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해, 제1 차폐부를 제1 송신 차폐부, 차 코일 유닛과 제1 차폐부 사이에 추가되는 차폐 유닛을 제1 송신 차폐부이라 명하기로 한다.

일 예로, 배터리 용량이 소정 제1 기준 범위를 만족하면, 제1 두께를 가지는 1장의 나노 크리스탈 합금 시트가 1차 코일부와 제1 차폐부 사이에 추가적으로 배치될 수 있다.

다른 일 예로, 배터리 용량이 소정 제2 기준 범위를 만족하면, 제1 두께를 가지는 2장의 나노 크리스탈 합금 시트가 1차 코일부와 제1 차폐부 사이에 추가적으로 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 전력 수신기에 배치되는 2차 코일부가 무선 충전 안테나와 근거리 무선 통신 안테나를 포함하는 복합 타입의 안테나인 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 차폐부와 제1 송신 차폐부를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 제1 송신 차폐부는 페라이트 재질로 구성되고, 제1 송신 차폐부는 소정 두께-예를 들면, 0.1mm-를 가지는 적어도 2장의 나노 크리스탈 시트로 구성될 수 있다. 물론, 이 경우, 제2 차폐부는 나노 크리스탈 재질로 구성될 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송수신기의 다양한 배치 구성들에 따른 품질 인자 값 변화를 보여주는 실험 결과 테이블이다.

상세하게, 도 14는 무선 전력 수신기에 배치되는 2차 코일부의 안테나 구성에 따른 품질 인자 값 변화를 보여주는 실험 결과 테이블이다.

도 14를 참조하면, 배치 타입 12(1410)에 따른 무선 전력 수신기는 무선 충전 안테나만이 포함된 2차 코일부로 구성되고, 배치 타입 13(1420)에 따른 무선 전력 수신기는 무선 충전 안테나 및 근거리 통신 안테나-예를 들면, NFC 안테나-를 포함하는 복합 타입의 2차 코일부로 구성된다.

여기서, 2차 코일부의 구조를 제외하고, 배치 타입 12(1410)와 배치 타입 13(1420)의 나머지 송수신기 배치 구성은 동일함을 주의해야 한다.

도면 번호, 1410을 참조하면, 배치 타입 12(1410)에 상응하여 측정된 품질 인자 값이 배치 타입 13(1420)에 상응하여 측정된 품질 인자 값보다 큰 것을 알 수 있다.

상기한 도 14의 실험 결과에 기초하여, 본 발명의 실시 예는 2차 코일부의 안테나 구성 태양에 기반하여 제1 차폐부, 제2 차폐부 중 적어도 하나의 재질 및 두께가 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예는 2차 코일부의 안테나 구성 태양에 따라 1차 코일부와 제1 차폐부 사이에 추가적인 차폐 유닛이 배치될 수도 있다. 이때, 추가적으로 배치되는 차폐 유닛의 재질 또는/및 두께(또는 시트의 개수)는 배터리 용량, 2차 코일부의 안테나 구성 태양 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인증용 무선 전력 송신기가 품질 인자 값을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 15를 참조하면, 인증용 무선 전력 송신기-예를 들면, MP1일 수 있음-는 인터페이스 표면(520)의 중앙(CENTER)인 제5 지점(1515)과 제5 지점(1515)을 중심으로 상(TOP)/하(BOTTOM)/좌(LEFT)/우(RIGHT) 각각 5mm 이동한 지점에 무선 전력 수신기를 배치시킨 상태에서 LCR 미터를 이용하여 품질 인자 값을 측정할 수 있다.

상세하게, 인증용 무선 전력 송신기는 인터페이스 표면(1520) 중심에서 우측 방향으로 5mm 이동된 제1 지점(1511), 중심에서 좌측 방향으로 5mm 이동된 제2 지점(1512), 중심에서 위쪽 방향으로 5mm 이동된 제3 지점(1513), 중심에서 아래쪽 방향으로 5mm 이동된 제4 지점(1515) 및 인터페이스 표면(1520)의 중심인 제5 지점(1515) 각각에 무선 전력 수신기(1530)를 배치시킨 상태-이때, 이물질은 배치되지 않음-에서 기준 동작 주파수에 대한 각각의 품질 인자 값을 측정할 수 있다.

여기서, 품질 인자 값 측정을 위해 사용되는 기준 동작 주파수는 100Khz이고, 송신 코일에는 작은 전압이 인가될 수 있다.

일 예로, 송신 코일에 인가되는 전압은 0.85 +/- 0.25 V rms(root mean square)일 수 있으나, 이에 한정되는 않으며, 송신 코일에 인가되는 전압은 0.5V에서 1,2V 사이의 어느 값이 사용될 수 있다.

인증용 무선 전력 송신기와 LCR 미터를 이용하여 기준 품질 인자 값을 결정할 때 사용된 기준 동작 주파수는 상용 무선 전력 송신기에서 품질 인자 값을 측정할 때 사용되는 동작 주파수-이하, 측정 동작 주파수라 명하기로 함-와 상이할 수 있다.

무선 전력 송신기는 기준 동작 주파수와 측정 동작 주파수가 상이한 경우, 그것들의 주파수 차이를 고려하여 품질 인자 임계 값을 보정할 수도 있다.

또한, 인증용 무선 전력 송신기와 상용 무선 전력 송신기와의 디자인 차이를 고려하여 품질 인자 임계 값이 보정될 수도 있다.

상기 제1 내지 제5 지점(511 내지 515) 각각에서 측정된 품질 인자 값 중 가장 작은 값이 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 기준 품질 인자 값으로 결정될 수 있다.

무선 전력 수신기는 자신의 기준 품질 인자 값을 내부 메모리에 유지하고, 협상 단계(440)에서 무선 전력 송신기에 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 전송할 수 있다.

전력 전송 단계로의 진입 이전에 이물질을 검출하는 방식은 검출 단계에서 이물질에 많은 에너지가 흡수되지 않을 뿐만 아니라 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 전력 레벨에 관계 없이 높은 정밀도로 이물질을 검출할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 기준 품질 인자 값이 낮은 무선 전력 수신기의 경우, 이물질 배치에 따른 품질 인자 강하 비율이 낮으므로 이물질 검출 성능이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 전력 전송 이전 이물질 검출 방식(FOD Method Before Power Transfer)이 정상적으로 동작하기 위해서는 무선 전력 수신기가 일정 수준 이상의 기준 품질 인자 값을 가지도록 구성하는 것이 매우 중요할 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 (10)

1. 무선 전력을 수신하는 코일부;
   상기 코일부를 통해 수신되는 전력을 충전하는 배터리;
   상기 코일부와 상기 배터리 사이에 상기 배터리의 일면에 배치되는 차폐부; 및
   상기 배터리의 타면에 배치되는 금속시트를 포함하고,
   상기 차폐부는 나노 크리스탈을 포함하는 무선 전력 수신기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 차폐부는 상기 나노 크리스탈의 합금을 리본 형태, 시트 형태 및 코어 형태 중 어느 하나의 형태로 제작되는 무선 전력 수신기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 금속 시트는 알루미늄 재질인 무선 전력 수신기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 차폐부의 재질은 상기 배터리의 용량에 기반하여 결정되는 무선 전력 수신기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 차폐부의 재질은 상기 코일 유닛의 안테나 구성에 기반하여 결정되는 무선 전력 수신기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 안테나 구성은 무선 충전 안테나만을 포함하는 단일 타입 구성과 상기 무선 충전 안테나 및 근거리 무선 통신 안테나를 포함하는 복합 타입 구성을 포함하는 무선 전력 수신기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 차폐부의 두께는 0.1mm인 무선 전력 수신기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 금속 시트의 두께는 0.5mm인 무선 전력 수신기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기에 배치되었을 때의 품질 인자 값은 최소 51.48 이상인 무선 전력 수신기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기에 배치되었을 때의 품질 인자 값은 최소 51.48 이상 및 최대 52.96 이하인 무선 전력 수신기.

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