KR20200071514A - 무선 전력 송신기 및 이의 무선 전력 송신 방법 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 송신 코일; 상기 송신 코일과 연결된 인버터; 상기 송신 코일과 연결되는 센서; 및 상기 센서 및 상기 인버터와 연결되는 제어부를 포함하고, 상기 송신 코일은 제1 송신 코일과 복수 개의 제2 송신 코일을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 인버터를 통해 상기 제1 송신 코일에 전력을 인가하고, 상기 센서를 통해 상기 복수의 제2 송신 코일 중 상기 제1 송신 코일에 인접한 적어도 하나의 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기를 센싱하고, 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일 중 상기 전압 또는 전류 크기가 기 설정된 전압 또는 전류 크기 이상인 제2 송신 코일을 선택하고, 상기 선택된 제2 송신 코일 및 상기 제1 송신 코일을 통해 전력을 전송한다.

Description

무선 전력 송신기 및 이의 무선 전력 송신 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER AND METHOD FOR TRANSMITTING A WIRELESS POWER THEREOF}

실시 예는 무선 전력 송신기에 관한 것으로, 특히 멀티 송신 코일에서 전력 전송에 사용할 적어도 하나의 송신 코일을 선택할 수 있는 무선 전력 송신기 및 이의 무선 전력 송신 방법에 관한 것이다.

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.

한편, 이러한 무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기의 사이즈나 무선 전력 수신기에서 요구하는 전력의 세기도 다양해지고 있다. 이에 따라, 최근에는 다양한 무선 전력 수신기에 전력 전송 가능한 멀티 송신 코일을 포함한 무선 전력 송신기가 개발되고 있다. 예를 들어, 60W용 노트북 무선 충전기에서는 송신 코일이 어레이 형태로 다수 개 구비되고, 수신기에 해당하는 노트북에는 하나의 수신 코일이 구비된다.

이때, 무선 전력 송신기는 다양한 사용 환경에 따라, 복수의 송신 코일 중 일부 송신 코일에서만 전력을 전송해야 하는 경우, 수신 코일과의 결합 계수가 큰 송신 코일을 선택하여 전력을 전송하고 있다.

이를 위해 종래의 무선 전력 송신기에서는 복수의 송신 코일을 통해 순차적으로 전력을 송신하고, 상기 송신한 전력에 기반하여 수신 코일에 전달된 전력을 감지하여 각각의 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수를 확인한다. 그리고 상기 확인한 각각의 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수에 기반하여 결합 계수가 높은 순서대로 송신 코일을 선택하여 수신 코일로 전력이 전송되도록 한다.

그러나, 종래의 무선 전력 송신기에서는 송신 코일이 선택되기까지 많은 시간이 소요되며, 모든 송신코일에서 순차적인 전력 전송이 이루어져야 함에 따른 소비 전력이 낭비되는 문제점이 있다.

실시 예에서는 제1 송신 코일에서 전송되는 전력에 기반하여 수신 코일과 정렬된 제2 송신 코일을 감지할 수 있는 무선 전력 송신기 및 이의 무선 전력 송신 방법을 제공하도록 한다.

또한, 실시 예에서는 제2 송신 코일이 오픈된 상태에서 상기 제2 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태를 정확히 감지할 수 있는 무선 전력 송신기 및 이의 무선 전력 송신 방법을 제공하도록 한다.

또한, 실시 예에서는 짧은 시간 내에 무선 전력 수신기의 위치를 정확히 인지할 수 있는 무선 전력 송신기 및 이의 무선 전력 송신 방법을 제공하도록 한다.

또한, 실시 예에서는 송신 코일을 선택하는데 소비되는 전력을 최소화할 수 있는 무선 전력 송신기 및 이의 무선 전력 송신 방법을 제공하도록 한다.

실시 예에서 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.

실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 송신 코일; 상기 송신 코일과 연결된 인버터; 상기 송신 코일과 연결되는 센서; 및 상기 센서 및 상기 인버터와 연결되는 제어부를 포함하고, 상기 송신 코일은 제1 송신 코일과 복수 개의 제2 송신 코일을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 인버터를 통해 상기 제1 송신 코일에 전력을 인가하고, 상기 센서를 통해 상기 복수의 제2 송신 코일 중 상기 제1 송신 코일에 인접한 적어도 하나의 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기를 센싱하고, 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일 중 상기 전압 또는 전류 크기가 기 설정된 전압 또는 전류 크기 이상인 제2 송신 코일을 선택하고, 상기 선택된 제2 송신 코일 및 상기 제1 송신 코일을 통해 전력을 전송한다.

또한, 상기 센서는 상기 복수 개의 제2 송신 코일 각각과 연결되는 복수 개의 센서를 포함한다.

또한, 상기 송신 코일은, 복수 개의 제1 송신 코일을 포함하고, 상기 제1 송신 코일은 상기 복수 개의 제1 송신코일 중 하나이다.

또한, 상기 제1 송신 코일은 상기 복수 개의 제1 송신 코일에 순차적으로 전력을 인가하였을 때, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중 신호세기 값이 가장 큰 코일이다.

또한, 상기 제1 송신 코일은, 상기 복수 개의 제1 송신코일 중 무선전력 수신기의 수신 코일과의 결합계수가 가장 큰 코일이다.

또한, 상기 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기는, 무선전력 수신기의 수신코일과의 결합 상태에 따라 다르다.

또한, 상기 신호세기 값은, 무선전력 수신기가 수신하는 무선 전력의 세기에 대응된다.

또한, 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기는, 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일이 오픈된 상태에서 센싱된다.

또한, 상기 제1 송신 코일은, 수직 방향 내에서 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일의 일부 영역과 오버랩된다.

또한, 상기 센서는 피크 전압 또는 피크 전류를 센싱하는 피크 디텍더를 포함한다.

한편, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법은 제1 송신 코일 및 복수의 제2 송신코일을 포함하는 무선 전력 송신기의 전력 송신 방법에 있어서, 상기 제1 송신 코일을 이용하여 전력신호를 전송하는 단계; 상기 복수의 제2 송신코일 중 상기 제1 송신 코일에 인접한 적어도 하나의 제2 송신 코일의 자기결합 크기를 센싱하는 단계; 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일 중 상기 자기 결합 크기가 기설정된 자기결합 크기 이상인 제2 송신 코일을 선택하는 단계; 및 상기 제1 송신 코일 및 상기 선택된 제2 송신 코일을 이용하여 전력을 전송하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 전력 신호는 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 포함한다.

또한, 상기 전력 신호는 충전 인터페이스 위에 위치한 물체를 발견하기 위한 아날로그 핑 전력신호를 포함한다.

또한, 상기 선택된 제2 송신 코일은 1개 내지 3개이다.

또한, 상기 자기결합 크기는 전류, 전압 또는 전력 중 적어도 하나의 크기를 포함한다.

또한, 상기 무선 전력 송신기는 복수 개의 제1 송신 코일을 포함하고, 상기 전력 신호를 전송하는 제1 송신 코일은 상기 복수 개의 제1 송신 코일에 순차적으로 전력을 인가하였을 때, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중 신호세기 값이 가장 큰 코일이다.

또한, 상기 선택된 제2 송신 코일은 선택되지 않은 제2 송신코일보다 무선전력 수신기의 수신 코일과의 결합계수가 크다.

실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 복수의 송신 코일을 포함할 수 있다. 그리고, 무선 전력 송신기는 복수의 송신 코일 중 일부의 송신 코일을 이용하여 무선 전력 수신기의 수신 코일에 전력을 전송할 수 있다. 이때, 실시 예에서의 무선 전력 송신기는 복수의 송신 코일 중 제1 송신 코일에서 전송되는 전력에 기반하여 수신 코일과 제2 송신 코일 사이의 결합 계수를 확인하고, 상기 확인한 결합 계수에 기반하여 제2 송신 코일 중 수신 코일과 정렬된(또는 자기 결합 크기가 큰) 제2 송신 코일을 선택한다. 이때, 상기 제2 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수는 상기 제2 송신 코일이 오픈된 상태에서 진행된다. 이와 같은 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면, 제1 송신 코일에서 전송된 전력에 기반하여 제2 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수까지 확인할 수 있으며, 이에 따른 송신 코일의 선택 시간을 획기적으로 단축할 수 있을 뿐 아니라, 소비 전력을 절감할 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일을 포함하는 멀티 송신 코일 구조에서, 수신 코일과의 정렬 상태를 정확하게 인지할 수 있으며, 이에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면, 멀티 송신 코일 구조에서 수신 코일이 배치된 송신 코일에서만 전력이 전송되도록 하여 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서는 무선 전력 수신기의 위치 감지 동작을 주기적으로 수행하도록 하여, 무선 전력 수신기의 위치가 변경되는 상황에서도 효율적으로 전력 전송이 이루어지도록 할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 무선충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 무선충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일반적인 무선충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 5에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 코일 선택 장치를 구체화한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 전력 전송부의 구조를 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 코일 어셈블리의 송신 코일 배치 구조의 평면도이다.
도 10은 실시 예에 따른 수신 코일 위치에 따른 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일의 선택 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다른 일 실시 예에 따른 코일 어셈블리의 송신 코일 배치 구조의 평면도이다.
도 12는 다른 실시 예에 따른 수신 코일 위치에 따른 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일의 선택 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 도 13에서의 자기 결합 크기 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 실시 예에 따른 제1 송신 코일 선택 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 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.

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.

실시 예에 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 일 실시 예에 따른 무선충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송신된 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.

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, 일 실시 예에 따른 무선전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선전력 수신단(20)은 접속된 무선전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우 이를 전자기기(30)에 알릴 수 있다. 전자기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레일 수 잇음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 잇다.

또한 전자기기(30) 사용자는 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우 전자기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선전력 송신단(10)에 전송함으로써, 고속충전 모드를 실행할 수 있다.

또한, 전자기기(30)는 사용자의 별도 요청이나 입력 없이도, 무선전력 송신기(10)와 무선전력 수신기(20)의 통신 및 협상 결과에 따라 자동으로 고속 충전 모드로 동작 및 전환 할 수 있다. 또한, 전자기기(30)는 사용자의 별도 요청이나 입력 없이도, 무선전력 송신기(10)와 무선전력 수신기(20)의 통신 및 협상 결과에 따라 자동으로 일반 저전력 모드로 동작 및 전환 할 수 있다.

또한, 무선전력 송신기(10)는 고속 충전 모드로 동작 시 무선전력 수신기(20)로부터 수신기의 상태 정보를 수집하고, 상기 상태 정보에 기반하여, 고속 충전 모드에 상응하여 전송되는 전력을 제어할 수 있다.

도 2는 다른 실시 예에 따른 무선충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

일 예로 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이 무선전력 수신단(20)은 복수의 무선전력 수신장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선전력 송신단(10)에 복수의 무선전력 수신장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때 무선전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선전력 수신장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다른 일 예로 무선전력 송신단(10)은 무선전력 수신장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선전력 수신장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

이때 하나의 무선전력 소신장치에 연결 가능한 무선전력 수신장치의 개수는 무선전력 수신장치 별 요구 전력, 배터리 충전 상태, 전자기기의 전력 소비량 및 무선전력 송신장치의 가용 전력 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

다른 일 예로 도 200b에 도시된 바와 같이 무선전력 송신단(10)은 복수의 무선전력 송신장치로 구성될 수도 잇다. 이 경우 무선전력 수신단(20)은 복수의 무선전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며 연결된 무선전력 송신장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때 무선전력 수신단(20)과 연결된 무선전력 송신장치의 개수는 무선전력 수신단(20)의 요구 전력, 배터리 충전 상태, 전자기기의 전력 소비량, 무선전력 송신장치의 가용 전력 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 잇다.

도 3은 일반적인 무선충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.

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

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

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

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

도 4는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 4를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 협상 단계(Negotiation Phase, 440), 보정 단계(Calibration Phase, 450), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 460) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 470)로 구분될 수 있다.

선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다.

여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다. 선택 단계(410)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(420)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 무선 전력을 수신할 수 있는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.

또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다.

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

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

송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(440)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(440)로 진입하여 소정 이물질 검출 절차(FOD(Foreign Object Detection) Procedure)를 수행할 수 있다.

반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다.

협상 단계(440)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계 값를 결정할 수 있다.

일 예로, 송신기는 기준 품질 인자 값을 매개 변수로 하는 소정 임계 생성 함수를 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값 또는 임계 범위를 결정할 수 있다. 여기서, 임계 생성 함수에 의해 산출되는 임계 값 또는 임계 범위는 기준 품질 인자 값보다 작은 값이다. 일 실시예에 따른 이물질 검출을 위한 임계 값은 기준 품질 인자 값, 해당 무선 전력 송신기에 상응하여 미리 설정된 구성 인자(Design_factor), 표준에 정의된 허용 오차(tolerence) 등에 기반하여 결정될 수 있다.

일반적으로 충전 영역에 이물질이 배치되면 송신기의 공진 회로에서 측정되는 품질 인자 값은 이물질 배치되기 이전에 비해 떨어진다. 실제 무선 충전 시스템에서 충전 영역에 이물질이 배치되는 경우, 기준 품질 인자 값 대비 측정된 품질 인자 값이 감소되는 비율은 충전 영역에 배치된 수신기의 타입-즉, 해당 무선 전력 수신기의 기준 품질 인자 값-에 따라 상이할 수 있다. 특히, 기준 품질 인자 값이 클수록 이물질 배치에 따른 품질 인자 값의 감소 비율은 급격히 높아지는 특징이 있다. 따라서, 본 실시 예에 따른 송신기는 기준 품질 인자 값이 큰 무선전력 수신기일수록 기준 품질 인자 값 대비 이물질을 검출하기 위한 임계 값의 비율이 낮아지도록 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다. 이를 통해, 송신기가 이물질 검출에 실패할 확률이 낮아질 수 있다.

송신기는 물체 감지 후 측정된 품질 인자 값과 FO 검출을 위해 결정된 임계 값을 비교하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 판단할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 송신기는 전력 전송을 중단할 수 있으며, FO가 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람을 출력할 수 있다.

FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(410)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(450)를 거쳐 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(450)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(450)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(460)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.

또한, 전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(470)로 천이할 수 있다.

예를 들어, 전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 FO 검출 동작을 계속하여 진행할 수 있다. 즉, 전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 공진 회로의 전압을 측정하여 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 그리고, 전력 전송 단계(460)에서 송신기는 상기 품질 인자 값과 상기 기준 품질 인자 값을 비교할 수 있다. 이에 따라, 상기 송신기는 상기 전력 전송 단계(460)에서 상기 충전 영역에 FO가 존재하는지를 판단할 수 있다. 그리고, 전력 전송 단계(460)에서 FO가 검출되면 재협상 단계(470)로 천이할 수 있다. 또한, 이와 다르게 전력 전송 단계(460)에서 FO가 검출되면, 송신기는 전력 전송을 중단하고, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다.

또한, 상기 재협상 단계(470)에서, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(460)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 파워에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.

본 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 전력 전송 단계에서 과열 감지 시 리핑 코드 또는 과열 보호 코드가 포함된 전력 전송 종료 패킷을 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.

이 경우, 무선 전력 송신기는 리핑 코드 또는 과열 보호 코드가 포함된 전력 전송 종료 패킷이 수신되면, 전력 전송을 중단하고, 선택 단계(410)로 진입하여 리핑 타이머를 구동할 수 있다.

여기서, 리핑 타이머 구동 시간은 협상 단계(440) 및 재협상 단계(470)에서 리핑 시간 협상 결과에 기반하여 결정될 수 있다.

리핑 시간 협상이 성공하면, 협상된 리핑 시간으로 리핑 타이머가 구동될 수 있다. 반면, 리핑 시간 협상이 실패하면, 미리 정의된 디폴트 리핑 시간으로 리핑 타이머가 구동될 수 있다.

무선 전력 송신기는 리핑 타이머가 만료되면, 핑 단계(420)로 진입하여 디지털 핑 전송을 개시하고, 신호 세기 패킷을 수신할 수 있다.

무선 전력 송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 리핑 코드 또는 과열 보호 코드가 포함된 전력 전송 종료 패킷이 무선 전력 수신기로부터 수신되면, 리핑 시간을 증가시킬 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 과열 현상이 해소되지 않으면, 리핑 시간을 미리 정의된 최대 시간까지 단계적으로 증가시킬 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 과열 현상이 해소되면, 해당 무선 전력 수신기로의 충전을 재개할 수 있다.

본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 리핑 시간 제어 방법은 후술할 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

도 5는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 5를 참조하면 무선 전력 송신기(500)는 크게, 전력 변환부(510), 전력 전송부(520), 통신부(530), 제어부(540), 센싱부(550)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(500)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(510)는 전원부(660)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이를 위해, 전력 변환부(510)는 DC/DC 변환부(511), 인버터(512) 및 주파수 생성기(513)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 인버터(512)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(511)는 전원부(550)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(540)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 센싱부(550)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(540)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(550)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(500)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(540)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(540)는 센싱부(550)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(550)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(512)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(510)의 일측에는 전원부(550)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(512)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.

또한, 센싱부(550)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(540)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(550)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신 장치의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(540)에 제공할 수도 있다. 이 경우, 제어부(540)는 센싱부(550)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원으로부터의 전원 공급을 차단하거나, 전력 전송부(620)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다.

이를 위해, 무선 전력 송신기의 일측에는 전원부(660)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(612)에 공급되는 직류 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 더 구비될 수도 있다.

센싱부(550)는 홀 센서, 압력 센서 등을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 충전 영역에 물체가 존재하는지 여부는 홀 센서 또는 압력 센서 등을 통해 감지될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

센싱부(550)는 선택 단계에서 아날로그 핑 신호를 전송 중 전력 전송부의 전류, 전압, 임피던스 등의 변화를 감지하여 충전 영역에 물체가 존재하는지를 감지할 수도 있다. 즉, 센싱부(550)는 제어부(540)의 제어신호에 따라 변화하는 각각의 동작 주파수에 대응하는 전송 전력 세기를 감지할 수 있다.

증폭기(512)는 DC/DC 변환된 직류 전력을 주파수 생성기(미도시)에 의해 생성된 기준 교류 신호에 기반하여 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 기준 교류 신호의 주파수-즉, 동작 주파수-는 제어부(540)의 제어 신호에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(500)는 동작 주파수를 조절하여 송출 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 일 예로, 제어부(540)는 통신부(530)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 동작 주파수를 결정하고, 결정된 동작 주파수가 생성되도록 주파수 생성기(미도시)를 동적으로 제어할 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(520)는 다중화기(521)(또는 멀티플렉서), 송신 코일부(522)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일부(522)는 제1 내지 제n 송신 코일로 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(520)는 전력 전송을 위한 특정 캐리어 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 반송파 생성기는 다중화기(521)를 통해 전달 받은 인버터(512)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한 특정 캐리어 주파수로 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(521)는 제어부(540)에 의해 선택된 송신 코일로 교류 전력을 전달하기 위한 스위치 기능을 수행할 수 있다. 제어부(540)는 송신 코일 별 수신되는 신호 세기 지시자에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다.

일 실시예에 따른 제어부(540)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(500)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(540)는 다중화기(521)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해서만 교류 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 동안 DC/DC 변환기(511)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.

제어부(540)는 제1 내지 제n 송신 코일(522) 중 일부 송신 코일에서만 감지신호가 송출될 수 있도록 다중화기(521)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(540)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(555)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(521)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(550)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(540)에 송출할 수 있으며, 제어부(540)는 해당 이벤트 신호가 감지될 때마다, 다중화기(521)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(540)는 상기 일부 송신 코일에서 전송되는 전력에 기반하여, 다른 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수를 감지할 수 있다. 그리고, 제어부(540)는 상기 감지한 결합 계수를 이용하여 상기 제1 내지 제n 송신 코일(522) 중 수신 코일로 전력을 전송할 적어도 하나의 송신 코일을 선택할 수 있다. 즉, 일반적인 감지 신호 전송 절차에서는, 제1 내지 제n 송신 코일(522)에서 순차적으로 감지 신호가 송출되었으나, 실시 예에 따르면, 제1 내지 제n 송신 코일(522) 중 일부 송신 코일에서만 감지 신호가 전송되고, 상기 전송된 감지 신호에 기반하여 수신 코일과 상기 제1 내지 제n 송신 코일(522) 사이의 결합 상태 -결합 계수- 를 확인할 수 있도록 한다.

통신부(530)는 변조부(531)와 복조부(532) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

변조부(531)는 제어부(540)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(521)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(532)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(540)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(532)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(540)에 제공할 수도 있다.

또한, 복조부(532)는 송신 코일(523)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(540)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조된 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함하는 신호일 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(500)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(500)는 송신 코일부(522)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일부(522)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 송신 코일부(522)의 제1 내지 제n 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일이 무선 전력 송신기(500)에 추가로 구비될 수 있으며, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.

이상의 도 5의 설명에서는 무선 전력 송신기(500)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 5의 설명에서는 무선 전력 송신기(500)의 전력 전송부(520)가 다중화기(521)와 복수의 송신 코일(522)을 포함하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 전력 전송부(520)는 하나의 송신 코일로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 6은 도 5에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기(600)는 수신 코일(610), 정류기(620), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 630), 부하(640), 센싱부(650), 통신부(660), 주제어부(670)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(660)는 복조부(661) 및 변조부(662) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 6의 예에 도시된 무선 전력 수신기(600)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(600)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(660)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.

수신 코일(610)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(620)에 전달할 수 있다. 정류기(620)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(630)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(630)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(640)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(640)에 전달할 수 있다.

센싱부(650)는 정류기(620) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(670)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(610)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(670)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(650)는 무선 전력 수신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(670)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(670)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(662)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(662)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(610) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(670)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(662)를 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

다른 일 예로, 복조부(661)는 수신 코일(610)과 정류기(620) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(620) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(670)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(670)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(662)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

무선 전력 송신기(500)과 무선 전력 수신기(600)은 동일한 주기를 가지는 내부 클락 시그널에 기반하여 전송 대상 패킷을 인코딩하거나 디코딩할 수 있다.

한편, 실시 예에서는 N개의 송신 코일을 포함하고, 무선 전력 수신기의 특성에 기반하여 상기 N개의 송신 코일을 이용하여 무선 전력 수신기의 수신 코일에 전력을 전송한다. 이때, 전력을 전송하는데 사용되는 송신 코일은 1개일 수 있고, 이와 다르게 N개일 수 있으며, 이와 다르게 M개(여기에서, 1<M<N)일 수 있다. 이는, 무선 전력 송신기의 전력 등급과 무선 전력 수신기의 카테고리에 의해 결정될 수 있다.

이때, 무선 전력 송신기는 60W용 노트북의 무선 충전이 가능한 등급일 수 있으며, 이를 위해 송신 코일이 어레이 형태로 복수 개 구비될 수 있다. 그리고, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 등급에 기반하여, 상기 어레이 형태로 배치된 복수 개의 송신 코일 중 일부의 송신 코일을 이용하여 상기 무선 전력 수신기의 수신 코일로 전력을 전송할 수 있다.

따라서, 무선 전력 송신기는 복수의 송신 코일 중 무선 전력 수신기의 수신 코일과 정렬된(또는, 자기 결합 크기가 큰) 송신 코일을 선택하고, 상기 선택한 송신 코일을 통해 전력이 전송되도록 할 수 있다.

예를 들어, 무선 전력 송신기는 등급 0(20W)에 대응되는 복수의 송신 코일을 구비할 수 있고, 이 중 하나의 송신 코일을 이용하여 20W의 요구 전력을 요구하는 하나의 무선 전력 수신기에 전력을 전송할 수 있고, 이와 다르게 이 중 복수의 송신 코일을 이용하여 60W의 요구 전력을 요구하는 무선 전력 수신기에 전력을 전송할 수도 있다.

이하에서는 상기 송신 코일을 선택하는 무선 전력 송신기의 코일 선택 장치에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 7은 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기를 구성하는 코일 선택 장치를 나타낸 도면이다. 도 7은 실시 예에 따른 무선 전력 수신기로 전송할 코일을 선택할 수 있는 무선 전력 송신기의 구성을 구체화한 도면이다.

도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기는 코일 어셈블리(730), 인버터(720) 센서(740) 및 제어부(710)를 포함한다.

코일 어셈블리(710)는 복수의 송신 코일-즉, 제1 내지 제N 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 제어부(710)는 코일 어셈블리(730)를 구성하는 복수의 송신 코일 중 복수의 일부 송신 코일에 인버터(720)의 출력 전류가 전달되도록 할 수 있다. 바람직하게, 인버터(720)는 코일 어셈블리(730) 각각에 대응되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 코일 어셈블리(730)는 제1 내지 제N 송신 코일을 포함할 수 있고, 인버터(720)는 제1 내지 제N 송신 코일에 각각 연결되어 상기 출력 전류를 전달하는 제1 내지 제N 인버터를 포함할 수 있다. 또한, 센서(740)도 제1 내지 제N 송신 코일에 각각 연결되는 제1 내지 제N 센서를 포함할 수 있다.

코일 어셈블리(730)에 포함된 제1 내지 제N 송신 코일은 그것의 일단이 인버터(720)에 각각 연결되고, 그것의 타단은 공진 캐패시터(도 8의 822)에 연결될 수 있다. 이때, 하나의 공진 커패시터(822)는 제1 내지 제N 송신 코일과 공통 연결될 수 있고, 이와 다르게 제1 내지 제N 공진 커패시터가 개별적으로 제1 내지 제N 송신 코일에 각각 연결될 수 있다.

인버터(720)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 인버터(720)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다.

일 예로, 인버터(720)는 풀 브릿지(Full Bridge) 회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브리지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.

다른 일 예로, 인버터(720)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우, 제어부(710)는 인터버(720)를 하프 브릿지로 동작시킬지 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정하여 제어할 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(720)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다. 여기서, 브릿지 모드는 하프 브리짓 모드 및 풀 브릿지 모드를 포함한다.

일 예로, 무선 전력 수신기가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(710)는 인버터(720)가 하프 브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 반면, 무선 전력 수신기가 15W의 전력을 요구하는 경우, 제어부(710)는 풀 브릿지 모드로 동작되도록 제어할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 감지된 온도에 따라 적응적으로 브릿지 모드를 결정하고, 결정된 브릿지 모드에 따라 인버터(720)를 구동시킬 수도 있다. 일 예로, 하프 브리지 모드를 통해 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신기의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(710)는 하프 브리지 모드를 비활성화시키고 풀 브릿지 모드가 활성화되도록 제어할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승시키고, 전력 전송부에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신기의 내부 온도가 소정 기준치 이하를 유지하도록 제어할 수 있다.

일반적으로, 전자 기기에 장착되는 전자 부품에 발생되는 열의 양은 해당 전자 부품에 인가되는 전압의 세기보다 전류의 세기에 보다 민감할 수 있다.

또한, 인버터(720)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수도 있다.

일 예로, 인버터(720)는 제어부(710)의 제어에 따라 교류 전력 생성에 사용되는 기준 교류 신호(Reference Alternating Current Signal)의 주파수를 조절하여 출력되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 이를 위해, 인버터(720)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 주파수 발진기가 인버터(720)와 별개로 구성되어 무선 전력 송신기의 일측에 장착될 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 인버터(720)에 구비된 스위치를 제어하기 위한 게이트 드라이버(Gate Driver, 미도시) 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 게이트 드라이버는 제어부(710)로부터 적어도 하나의 펄스 폭 변조 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 펄스 폭 변조 신호에 따라 인버터(720)의 스위치를 제어할 있다. 제어부(710)는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(Duty Cycle)-즉, 듀티 레이트(Duty Rate)- 및 위상(Phase)를 제어하여 인버터(720) 출력 전력의 세기를 제어할 수 있다. 제어부(710)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클 및 위상을 제어할 수 있다.

한편, 인버터(720)는 복수 개로 구성될 수 있다. 예를 들어, 인버터(720)는 코일 어셈블리(730)를 구성하는 송신 코일 각각에 대응되게 복수 개로 구성될 수 있다. 즉, 인버터(720)는 제1 내지 제N 송신 코일에 대응하게 제1 내지 제N 인버터를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 내지 제N 인버터는 제1 내지 제N 송신 코일에 각각 교류 신호를 인가할 수 있다.

센서(740)는 무선 전력 송신기의 특정 단자, 특정 소자, 특정 위치 등에서의 전압, 전류, 전력, 임피던스 및 온도 등을 측정할 수 있다.

일 예로, 센서(740)는 코일 어셈블리(730)를 구성하는 송신 코일 각각과 연결되는 제1 내지 제N 센서를 포함할 수 있다. 그리고, 센서(740)는 수신 코일에서 코일 어셈블리(730)로 유기되는 전력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서(740)는 각각의 송신 코일로 인가되는 전압을 검출하는 전압 센서일 수 있다. 예를 들어, 센서(740)는 각각의 송신 코일로 인가되는 전류를 검출하는 전류 센서일 수 있다. 바람직하게, 센서(740)는 각각의 송신 코일과 연결되어 피크 전압을 검출하는 전압 디텍터 또는 피크 전류를 검출하는 전류 디텍터일 수 있다.

이때, 코일 어셈블리(730)를 구성하는 송신 코일들은 무선 전력 수신기의 위치 감지를 위한 감지 신호를 전송하는 제1 송신 코일과, 상기 제1 송신 코일을 제외한 제2 송신 코일로 구분될 수 있다. 즉, 제1 송신 코일은 코일 어셈블리(730)를 구성하는 복수의 송신 코일 중 무선 전력 수신기의 위치 감지 동작(또는, 무선 전력 수신기의 수신 코일과의 결합 상태 감지 동작 또는 수신 코일과의 결합 계수 검출 동작) 시에 감지 신호를 전송하는 송신 코일일 수 있다. 그리고, 제2 송신 코일은 무선 전력 수신기의 위치 감지 동작 시에 감지 신호를 전송하지 않는 송신 코일일 수 있다. 즉, 제1 송신 코일은 무선 전력 수신기의 위치 감지 동작 시에 단락 상태로 동작하는 송신 코일일 수 있다. 그리고, 제2 송신 코일은 무선 전력 수신기의 위치 감지 동작 시에 개방 상태로 동작하는 송신 코일일 수 있다. 여기에서, 감지 신호는 전력신호일 수 있다. 이때, 상기 전력 신호는 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호일 수 있다. 또한, 상기 전력 신호는 충전 인터페이스 위에 위치한 물체를 발견하기 위한 아날로그 핑 전력 신호일 수 있다.

여기에서, 제1 송신 코일은 코일 어셈블리(730)의 구조에 따라 1개일 수 있고, 이와 다르게 복수 개일 수 있다. 그리고, 제1 송신 코일이 복수 개인 경우, 제어부(710)에 의해 특정 제1 송신 코일이 선택될 수 있다. 상기 제1 송신 코일이 복수 개인 경우에서의 특정 제1 송신 코일의 선택 방법은 하기에서 상세히 설명하기로 한다.

이때, 제1 송신 코일은 코일 어셈블리(730) 중 다음 조건을 만족하는 송신 코일일 수 있다.

1. 코일 어셈블리(730) 상에서 중앙에 배치된 송신 코일

2. 수신 코일 검출 시에 항상 전력을 전송하는 송신 코일

3. 무선 전력 수신기와의 결합 상태가 가장 좋은 송신 코일

4. 무선 전력 수신기의 수신 코일과의 결합 상태가 가장 좋은 송신 코일

5. 복수 개의 송신 코일에 순차적으로 전력을 인가하였을 때, 상기 복수 개의 송신 코일 중 신호 세기 값이 가장 큰 송신 코일, 여기에서, 신호 세기 값은 수신 코일에서 수신하는 무선 전력의 세기에 대응될 수 있다.

그리고, 제2 송신 코일은 상기 조건을 만족하는 제1 송신 코일 이외의 송신 코일일 수 있다.

이하에서, 실시 예 별로 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일의 구분에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

제어부(710)는 코일 어셈블리(730)에 포함된 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다.

이를 위해, 제어부(710)는 상기 조건에 의해 선택된 제1 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 검출을 위한 전력 신호가 전송되도록 한다.

즉, 제어부(710)는 인버터(720) 중 제1 송신 코일과 연결된 인버터(720)만을 활성화시키고, 나머지 다른 인버터(720) -제2 송신 코일과 연결된 인버터- 는 비활성화로 동작시킨다. 여기에서, 활성화는 인버터(720)를 구성하는 스위치가 스위칭 제어 신호에 기반하여 단락 상태(ON)로 동작되는 것을 의미할 수 있고, 비활성화는 인버터를 구성하는 스위치가 개방 상태(OFF)로 동작되는 것을 의미할 수 있다.

또 다른 실시 예로, 모든 송신 코일은 하나의 인버터를 공유하거나, 복수의 인버터를 공유할 수 있으며, 인버터에 연결되어 교류전력이 인가되는 상태를 활성화, 교류전력이 차단된 상태를 비활성화라고 할 수도 있다.

이에 따라, 상기 전력 신호가 전송되는 상태에서 제1 송신 코일만이 폐회로(Closed circuit)로 동작하고, 나머지 제2 송신 코일은 개방 회로(open circuit)로 동작한다. 제어부(710)는 선택된 제1 송신 코일에 상응하는 스위치는 단락(ON)시키고, 나머지 제2 송신 코일에 상응하는 스위치를 오픈(OFF)시킴으로써, 특정 제1 송신 코일을 통해서만 전력 신호가 전송되도록 제어할 수 있다. 상기 단락 상태로 동작하는 스위치와 연결된 제1 송신 코일은 인버터(720)와 연결되고, 그에 따라 인버터(720)로부터 전력 신호를 공급받을 수 있다. 그리고, 제1 송신 코일은 상기 전력 신호를 전송할 수 있다.

이때, 상기 제1 송신 코일을 통해 전송된 전력 신호는 무선 전력 수신기의 수신 코일로 전달될 수 있다. 수신 코일은 제1 송신 코일을 통해 전송되는 전력 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 수신 코일에서는 상기 수신한 전력 신호에 기반하여 자기장이 발생하고, 발생된 자기장에 대응하는 세기의 전력이 다시 제2 송신 코일로 전달될 수 있다.

즉, 수신 코일에서는 제1 송신 코일을 통해 전송되는 전력 신호에 기반하여 일정 세기의 전력이 생성될 수 있고, 상기 생성된 전력은 코일 어셈블리(730)를 구성하는 제2 송신 코일로 다시 유기될 수 있다. 이때, 상기 제2 송신 코일로 유기되는 전력의 세기는 수신 코일과의 결합 상태에 따라 달라질 수 있다. 즉, 수신 코일과 결합 상태가 좋은 제2 송신 코일에는 큰 세기의 전력이 유기될 것이고, 결합 상태가 좋지 않은 제2 송신 코일에는 작은(또는 미세한) 세기의 전력이 유기될 것이다. 여기에서 결합 상태가 좋다는 것은 수신 코일과 제2 송신 코일 사이의 위치 관계(positional relationship)에 대한 정렬성이 높다는 것을 의미하고, 결합 상태가 좋지 않다는 것은 수신 코일과 제2 송신 코일 사이에 위치 어긋남(positional offset)이 존재함을 의미할 수 있다. 또한, 결합 상태는 제2 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수를 의미할 수 있다. 즉, 수신 코일과의 결합 계수가 큰 제2 송신 코일로 유기되는 전력의 세기는 커질 것이고, 수신 코일과의 결합 계수가 작은 제2 송신 코일로 유기되는 전력의 세기는 작아질 것이다.

이에 따라, 제어부(710)는 상기 센서(740)를 통해 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기가 센싱되도록 한다. 이때, 제어부(710)는 상기 센서(740)를 통해 제1 송신 코일을 제외한 나머지 모든 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기가 센싱되도록 할 수 있다. 또한, 제2 송신 코일 중 제1 송신 코일과 인접하게 배치된 제2 송신 코일에만 상기 수신 코일로부터 유기된 전력이 전달될 수 있다. 이에 따라, 제어부(710)는 센서(740)를 통해 복수의 제2 송신 코일 중 제1 송신 코일과 인접하게 배치된 적어도 하나의 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기가 센싱되도록 할 수 있다. 여기에서, 상기 제1 송신 코일과 인접하게 배치된 제2 송신 코일은, 복수의 제2 송신 코일 중 제1 송신 코일과 수직 방향에서 적어도 일부가 오버랩되게 배치된 제2 송신 코일일 수 있다.

그리고, 제어부(710)는 센서(740)를 통해 센싱된 전압 또는 전류 크기 중 기설정된 전압 또는 전류 크기 이상인 제2 송신 코일을 선택할 수 있다. 이때, 실시 예에 따라, 제어부(710)는 1개 내지 3개의 범위 내에서 제2 송신 코일을 선택할 수 있다.

즉, 제어부(710)는 센서(740)를 통해 센싱된 전압 또는 전류를 이용하여 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일의 상기 수신 코일에 의한 자기 결합 크기를 판단할 수 있다. 제어부(710)는 상기 센싱된 전류 또는 전압과 기설정된 전류 또는 전압을 비교하여 상기 자기결합 크기를 판단할 수 있다.

그리고, 제어부(710)는 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일 중 상기 자기 결합 크기가 기 설정된 크기 이상인 제2 송신 코일을 선택할 수 있다.

이때, 수신 코일을 통해 제2 송신 코일로 전송되는 전력은 다음의 식 1과 같을 수 있다.

[식1]

여기에서, 수신 전력은 수신 코일에서 제2 송신 코일로 유기된 전력이고, 송신 전력은 제1 송신 코일에서 수신 코일로 유기된 전력이고, Q2는 수신 코일의 품질 인자 값이고, K는 결합 계수이며, Q3는 제2 송신 코일의 품질 인자 값이다.

즉, 수신코일에서 제2 송신 코일로 유기되는 전력의 세기는, 결합 계수에 비례하여 증가할 수 있다.

또한, 제어부(710)는 상기 선택된 제2 송신 코일 및 상기 전력 신호를 전송한 제1 송신 코일을 이용하여 상기 수신 코일로 전력이 전송되도록 제어할 수 있다.

한편, 제1 송신 코일은 복수 개일 수 있다. 이때, 제어부(710)는 복수 개의 제1 송신 코일 중 전력 신호를 전송할 제1 송신 코일을 선택할 수 있다. 여기에서, 전력 신호는 무선 전력 수신기의 검출을 위한 감지 신호라고도 할 수 있다.

이를 위해, 제어부(710)는 복수 개의 제1 송신 코일에 순차적으로 전력을 인가하였을 때, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중 신호 세기 값이 가장 큰 코일을 상기 감지 신호를 전송할 제1 송신 코일로 선택할 수 있다. 여기에서, 신호 세기 값은 복수의 제1 송신 코일에서 전송한 전력에 대한 수신 코일에서의 수신 전력의 세기 값일 수 있다. 즉, 신호 세기 값은 무선 전력 수신기에서 수신한 전력의 세기에 대응될 수 있다.

이와 다르게, 제어부(710)는 복수 개의 제1 송신 코일 중 무선 전력 수신기의 수신 코일과의 결합 계수가 가장 큰 제1 송신 코일을 상기 감지 신호를 전송할 제1 송신 코일로 선택할 수 있다.

한편, 감지 신호를 전송할 제1 송신 코일이 선택되면, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중 상기 선택된 제1 송신 코일 이외의 송신 코일은 모두 제2 송신 코일로 설정될 수 있다.

또한, 제어부(710)는 상기 제2 송신 코일이 선택되면, 상기 선택된 제2 송신 코일과 연결된 인버터(720)에 스위칭 제어 신호를 제공하여, 상기 선택된 제2 송신 코일을 통해 전력이 전송되도록 할 수 있다.

도 8은 일 실시 예에 따른 전력 전송부의 구조를 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 8을 참조하면, 전력 전송부(800)는 풀 브릿지 인버터(810) 및 LC 공진 회로(820)를 포함하여 구성될 수 있다.

풀 브릿지 인버터(810)는 제1 내지 제4 스위치(811, 812, 813, 814)를 포함하여 구성될 수 있다.

LC 공진 회로(820)는 직렬 연결된 인덕터(L, 820)과 제1 캐패시터(C1, 822)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 내지 제4 스위치(811, 812, 813, 814) 각각에는 인버터 스위치를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호인 제1 스위치 제어 신호 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_0 내지 SC_3)가 인가될 수 있다.

여기서, 제1 스위치 제어 신호 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_0 내지 SC_3)는 제어부(710)에 의해 생성된 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.

이때, 풀 브릿지 인버터(810)는 이전에 설명한 바와 같이 송신 코일별로 구비된다. 따라서, 제1 스위치 제어 신호 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_0 내지 SC_3)는 상기 전력 신호를 전송하는 제1 송신 코일과 연결된 풀 브릿지 인버터(810)에만 전달될 수 있다. 그리고, 제2 송신 코일과 연결된 풀 브릿지 인버터(810)에는 제1 스위치 제어 신호 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_0 내지 SC_3)가 전달되지 않을 수 있다. 즉, 제2 송신 코일과 연결된 풀 브릿지 인버터(810)의 제1 내지 제4 스위치(811, 812, 813, 814)는 모두 오픈 상태로 동작할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, LC 공진 회로(820)의 일단은 제1 스위치(811)와 제2 스위치(812) 사이에 연결되고, 타단은 제3 스위치(813)와 제4 스위치(814) 사이에 연결될 수 있다.

이때, 상기 도 7의 센서(740)를 통해 센싱되는 전류 또는 전압(Vsen, Isen)은 인덕터(L, 820)와 제1 캐패시터(C1, 822) 사이의 전류 또는 전압일 수 있다.

이하에서는 코일 어셈블리(730)의 구조, 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일의 구분, 및 수신 코일의 위치에 따른 제2 송신 코일 선택 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 9는 일 실시 예에 따른 코일 어셈블리의 송신 코일 배치 구조의 평면도이다.

코일 어셈블리(900)는 7개의 송신 코일(910, 920, 932, 940, 950, 960, 970)을 포함할 수 있다. 이러한 7개의 송신 코일(910, 920, 932, 940, 950, 960, 970)은 각 인접한 송신 코일과의 결합 계수가 최소가 되도록 배치될 수 있다. 즉, 7개의 송신 코일(910, 920, 932, 940, 950, 960, 970)은 인접한 송신 코일과의 결합 계수가 최소가 되도록 수직 방향 내에서 적어도 일부가 오버랩되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 9는 60W용 무선 전력 수신기의 무선 충전을 위한 송신 코일의 어레이 구조일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

한편, 코일 어셈블리(900) 상에 무선 전력 수신기가 위치한 경우, 제어부(710)는 7개의 송신 코일(910, 920, 932, 940, 950, 960, 970) 중 3개의 송신 코일을 통해 상기 무선 전력 수신기로 전력을 전송하도록 할 수 있다. 예를 들어, 제어부(710)는 아래와 같은 조합 중 어느 하나의 조합으로 전력 전송이 이루어지도록 할 수 있다.

1. 송신 코일 A(910), 송신코일 B(920), 송신 코일 C(930)

2. 송신 코일 A(910), 송신 코일 C(930), 송신 코일 D(940)

3. 송신 코일 A(910), 송신 코일 D(940), 송신 코일 E(950)

4. 송신 코일 A(910), 송신 코일 E(950), 송신 코일 F(960)

5. 송신 코일 A(910), 송신 코일 F(960), 송신 코일 G(970)

6. 송신 코일 A(910), 송신 코일 B(920),송신 코일 G(970)

한편, 상기 송신코일의 조합은, 무선 전력 수신기의 사양(예를 들어, 사이즈나 요구 전력 등)에 따라 변경될 수 있다.

이때, 송신 코일 A(910)는 코일 어셈블리(900) 구조에서, 최중앙에 배치된 송신 코일이다. 또한, 송신 코일 A(910)는 전력 전송 단계에서 항상 전력이 인가되는 송신 코일이다.

이와 같은 경우, 송신 코일 A(910)는 무선 전력 수신기의 검출을 위한 감지 신호를 전송할 제1 송신 코일로 결정될 수 있다. 그리고, 송신코일 B(920), 송신 코일 C(930), 송신 코일 D(940), 송신 코일 E(950), 송신 코일 F(960) 및 송신 코일 G(970)는 제2 송신 코일로 결정될 수 있다.

따라서, 제어부(710)는 무선 전력 수신기의 검출 단계에서, 제1 송신 코일로 결정된 송신 코일 A(910)와 연결된 인버터를 통해 전력 신호가 공급되도록 할 수 있다. 그리고, 송신코일 B(920), 송신 코일 C(930), 송신 코일 D(940), 송신 코일 E(950), 송신 코일 F(960) 및 송신 코일 G(970)과 연결된 인버터의 스위칭 소자는 오픈시킬 수 있다.

도 10은 실시 예에 따른 수신 코일 위치에 따른 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일의 선택 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 송신 코일 A(910)는 무선 전력 수신기의 검출을 위한 감지 신호를 전송할 제1 송신 코일로 결정되고, 송신코일 B(920), 송신 코일 C(930), 송신 코일 D(940), 송신 코일 E(950), 송신 코일 F(960) 및 송신 코일 G(970)는 제2 송신 코일로 결정될 수 있다.

그리고, 제1 송신 코일로 결정된 송신 코일 A(910)은 제어부(710)의 제어에 따라 전력 신호를 전송할 수 있다. 이대, 전력 신호는 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호일 수 있다. 또한, 상기 전력 신호는 충전 인터페이스 위에 위치한 물체를 발견하기 위한 아날로그 핑 전력 신호일 수 있다

도 10의 (a)와 같이, 제1 송신 코일의 송신 코일 A(910)을 통해 전력 신호가 전송되면, 수신 코일(1000)은 상기 전력 신호를 수신하고, 상기 수신한 전력 신호에 기반하여 제2 송신 코일로 다시 전력을 전송할 수 있다. 즉, 수신 코일(1000)는 상기 전력 신호에 기반하여 자기장이 발생하고, 상기 발생한 자기장이 제2 송신 코일로 유기될 수 있다.

제어부(710)는 센서(740)를 통해 제2 송신 코일의 각각의 전류 또는 전압이 센싱되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(710)는 상기 센싱된 전압 또는 전류를 이용하여 상기 제2 송신 코일의 상기 수신 코일(1000)에 의한 자기 결합 크기를 판단할수 있다. 또한, 제어부(710)는 상기 센싱된 전류 또는 전압을 이용하여 제2 송신 코일에 전달된 전력의 세기를 판단하여 상기 자기 결합 크기를 판단할 수도 있다.이를 위해, 제어부(710)는 각각의 제2 송신 코일에 대해 센싱된 전류 또는 전압과 기설정된 전류 또는 전압을 비교할 수 있다.

이때, 복수의 제2 송신 코일 중 수신 코일(1000)과 수직 방향 내에서 정렬된 송신 코일 B(920) 및 송신 코일 C(930)에는 기설정된 전압 또는 전류 이상의 전류 또는 전압이 센싱될 것이다. 또한, 송신 코일 D(940), 송신 코일 E(950), 송신 코일 F(960) 및 송신 코일 G(970)에는 기설정된 전압 또는 전류보다 낮은 전류 또는 전압이 센싱될 것이다. 이는, 수신 코일(1000)과 송신 코일 B(920)의 자기 결합 크기와, 수신 코일(1000)과 송신 코일 C(930)의 자기 결합 크기가 다른 송신 코일의 자기 결합 크기에 대비하여 크기 때문이다. 이는, 수신 코일(1000)과 송신 코일 B(920)의 결합 계수와, 수신 코일(1000)과 송신 코일 C(930)의 결합 계수가 다른 송신 코일의 결합 계수 대비 크기 때문이다.

또한, 제어부(710)는 상기와 같은 조건에서, 자기 결합 크기가 상대적으로 큰 송신 코일 B(920) 및 송신 코일 C(930)을 선택할 수 있다.

도 10의 (b)와 같이, 제1 송신 코일의 송신 코일 A(910)을 통해 전력 신호가 전송되면, 수신 코일(1000)은 상기 전력 신호를 수신하고, 상기 수신한 전력 신호에 기반하여 제2 송신 코일로 다시 전력을 전송할 수 있다. 즉, 수신 코일(1010)는 상기 전력 신호에 기반하여 자기장이 발생하고, 상기 발생한 자기장이 제2 송신 코일로 유기될 수 있다.

제어부(710)는 센서(740)를 통해 제2 송신 코일의 각각의 전류 또는 전압이 센싱되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(710)는 상기 센싱된 전압 또는 전류를 이용하여 상기 제2 송신 코일의 상기 수신 코일(1010)에 의한 자기 결합 크기를 판단할수 있다. 이를 위해, 제어부(710)는 각각의 제2 송신 코일에 대해 센싱된 전류 또는 전압과 기설정된 전류 또는 전압을 비교할 수 있다. 또한, 제어부(710)는 상기 센싱된 전류 또는 전압을 이용하여 제2 송신 코일에 전달된 전력의 세기를 판단하여 상기 자기 결합 크기를 판단할 수도 있다.

이때, 복수의 제2 송신 코일 중 수신 코일(1010)과 수직 방향 내에서 정렬된 송신 코일 D(940) 및 송신 코일 E(950)에는 기설정된 전압 또는 전류 이상의 전류 또는 전압이 센싱될 것이다. 또한, 송신 코일 B(920), 송신 코일 C(930), 송신 코일 F(960) 및 송신 코일 G(970)에는 기설정된 전압 또는 전류보다 낮은 전류 또는 전압이 센싱될 것이다. 이는, 수신 코일(1010)과 송신 코일 D(940)의 자기 결합 크기와, 수신 코일(1010)과 송신 코일 E(950)의 자기 결합 크기가 다른 송신 코일의 자기 결합 크기에 대비하여 크기 때문이다. 이는, 수신 코일(1010)과 송신 코일 D(940)의 결합 계수와, 수신 코일(1010)과 송신 코일 E(950)의 결합 계수가 다른 송신 코일의 결합 계수 대비 크기 때문이다.

또한, 제어부(710)는 상기와 같은 조건에서, 자기 결합 크기가 상대적으로 큰 송신 코일 D(940) 및 송신 코일 E(950)을 선택할 수 있다.

실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서는 복수의 송신 코일 중 제1 송신 코일에서 전송되는 전력에 기반하여 수신 코일과 제2 송신 코일 사이의 결합 계수를 확인한다. 이때, 상기 제2 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수는 상기 제2 송신 코일이 오픈된 상태에서 진행된다. 이와 같은 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면, 제1 송신 코일에서 전송된 전력에 기반하여 제2 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수까지 확인할 수 있으며, 이에 따른 송신 코일의 선택 시간을 획기적으로 단축할 수 있을 뿐 아니라, 소비 전력을 절감할 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일을 포함하는 멀티 송신 코일 구조에서, 수신 코일과의 정렬 상태를 정확하게 인지할 수 있으며, 이에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면, 멀티 송신 코일 구조에서 수신 코일이 배치된 송신 코일에서만 전력이 전송되도록 하여 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서는 무선 전력 수신기의 위치 감지 동작을 주기적으로 수행하도록 하여, 무선 전력 수신기의 위치가 변경되는 상황에서도 효율적으로 전력 전송이 이루어지도록 할 수 있다.

도 11은 다른 일 실시 예에 따른 코일 어셈블리의 송신 코일 배치 구조의 평면도이다.

코일 어셈블리(1100)는 18개의 송신 코일(1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110, 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, 1116, 1117, 1118)을 포함하는 어레이로 구성될 수 있다. 이러한 18개의 송신 코일(1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110, 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, 1116, 1117, 1118)은 각 인접한 송신 코일과의 결합 계수가 최소가 되도록 배치될 수 있다. 즉, 718개의 송신 코일(1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110, 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, 1116, 1117, 1118)은 인접한 송신 코일과의 결합 계수가 최소가 되도록 수직 방향 내에서 적어도 일부가 오버랩되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 11은 60W용 무선 전력 수신기의 무선 충전을 위한 송신 코일의 어레이 구조일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

한편, 코일 어셈블리(1100) 상에 무선 전력 수신기가 위치한 경우, 제어부(710)는 18개의 송신 코일(1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110, 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, 1116, 1117, 1118) 중 3개의 송신 코일을 통해 상기 무선 전력 수신기로 전력을 전송하도록 할 수 있다.

이때, 코일 어셈블리(1100)는 도9의 구조와는 다르게, 제1 송신 코일이 1개가 아닌 복수 개로 구성된다. 즉, 코일 어셈블리(1100)는 항상 전력이 인가되는 송신 코일을 포함하지 않는다. 따라서, 도11에서와 같은 코일 어셈블리(1100)의 구조에서는, 수신 코일의 위치에 따라 감지 신호를 전송할 제1 송신 코일이 변경되어야 한다.

즉, 코일 어셈블리(1100)는 복수 개의 제1 송신 코일을 포함하는 구조이다. 그리고, 코일 어셈블리(1100)의 송신 코일 중 복수 개의 제1 송신 코일에 포함되지 않는 송신 코일은 제2 송신 코일일 수 있다. 이때, 제어부(710)는 수신 코일의 위치에 기반하여 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중 감지 신호를 전송할 1개의 특정 제1 송신 코일을 선택할 수 있다. 그리고, 상기 1개의 특정 제1 송신 코일이 선택된 경우, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중 상기 선택된 제1 송신 코일을 제외한 나머지 제1 송신 코일은 제2 송신 코일로 설정될 수 있다.

여기에서 복수 개의 제1 송신 코일은 코일 어셈블리(1100)의 배치 구조에서, 중앙에 배치된 송신 코일일 수 있다. 그리고, 제2 송신 코일은 코일 어셈블리(1100)의 배치 구조에서 외곽에 배치된 송신 코일일 수 있다.

예를 들어, 복수 개의 제1 송신 코일은 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102), 송신 코일 C(1103), 송신 코일 D(1104), 송신 코일 E(1105), 송신 코일 F(1106) 및 송신 코일 G(1107)을 포함할 수 있다.

그리고, 제2 송신 코일은 송신 코일 I(1109), 송신 코일 J(1110), 송신 코일 K(1111), 송신 코일 L(1112), 송신 코일 M(1113), 송신 코일 N(1114), 송신 코일 O(1115), 송신 코일 P(1116), 송신 코일 Q(1117) 및 송신 코일 R(1118)을 포함할 수 있다.

그리고, 제어부(710)는 복수 개의 제1 송신 코일 중에서 감지 신호를 전송할 하나의 제1 송신 코일을 선택할 수 있다. 또한, 제1 송신 코일이 선택되면, 제어부(710)는 선택된 제1 송신 코일을 이용하여 수신 코일과의 자기 결합 크기가 큰 제2 송신 코일을 선택할 수 있다.

도 12는 다른 실시 예에 따른 수신 코일 위치에 따른 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일의 선택 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102), 송신 코일 C(1103), 송신 코일 D(1104), 송신 코일 E(1105), 송신 코일 F(1106) 및 송신 코일 G(1107)은 제1 송신 코일로 결정될 수 있고, 송신 코일 I(1109), 송신 코일 J(1110), 송신 코일 K(1111), 송신 코일 L(1112), 송신 코일 M(1113), 송신 코일 N(1114), 송신 코일 O(1115), 송신 코일 P(1116), 송신 코일 Q(1117) 및 송신 코일 R(1118)은 제2 송신 코일로 결정될 수 있다.

이때, 제어부(710)는 복수 개의 제1 송신 코일 중에서 감지 신호를 전송할 1개의 특정 제1 송신 코일을 선택한다.

이를 위해, 제어부(710)는 복수 개의 제1 송신 코일 각각에 순차적으로 전력을 인가한다. 즉, 제어부(710)는 복수 개의 제1 송신 코일과 연결된 인버터를 통해 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102), 송신 코일 C(1103), 송신 코일 D(1104), 송신 코일 E(1105), 송신 코일 F(1106) 및 송신 코일 G(1107) 순으로 각각 전력이 인가되도록 할 수 있다.

이후, 제어부(710)는 상기 순차적으로 인가되는 전력에 기반하여, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중에서 신호 세기 값이 가장 큰 제1 송신 코일을 선택한다. 여기에서, 신호 세기 값은 무선 전력 수신기에서 수신하는 전력의 세기에 대응될 수 있다.

또한, 제어부(710)는 상기 순차적으로 인가되는 전력에 기반하여, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중에서 무선 전력 수신기의 수신 코일과 결합 계수가 가장 큰 제1 송신 코일을 선택한다.

도 12의 (a)에서와 같이 수신 코일(1200)은 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102) 및, 송신 코일 G(1107) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 이와 같은 수신 코일 배치 상태에서, 복수 개의 제1 송신 코일 중 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102) 및 송신 코일 G(1107)의 결합 계수가 다른 제1 송신 코일 대비 높게 나타날 것이다. 또한, 이와 같은 수신 코일 배치 상태에서, 복수 개의 제1 송신 코일 중 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102) 및 송신 코일 G(1107)의 신호 세기 값이 다른 제1 송신 코일 대비 높게 나타날 것이다.

이에 따라, 제어부(710)는 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102) 및 송신 코일 G(1107) 중 어느 하나의 제1 송신 코일을 선택할 수 있다. 이때, 제어부(710)는 신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102) 및 송신 코일 G(1107) 중 가장 높은 신호 세기 값 또는 결합 계수를 가지는 제1 송신 코일을 선택할 수 있다. 또한, 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102) 및 송신 코일 G(1107)에는 유사하거나 동일한 신호 세기 값 또는 결합 계수가 나타날 것이며, 이에 따라 제어부(710)는 송신 코일 A(1101), 송신 코일 B(1102) 및 송신 코일 G(1107) 중에서 임의로 제1 송신 코일을 선택할 수도 있다. 예를 들어, 제어부(710)는 송신 코일 A(1101)를 제1 송신 코일로 선택할 수 있다.

이후, 제어부(710)는 제1 송신 코일이 선택되면, 상기 선택된 제1 송신 코일을 통해 전력 신호가 전송되도록 한다. 이때, 제1 송신 코일 선택 이후에는 복수 개의 제1 송신 코일 중 상기 선택된 제1 송신 코일을 제외한 나머지는 제2 송신 코일로 설정될 수 있다.

그리고, 제어부(710)는 상기 선택된 제1 송신 코일을 통해 전송된 전력 신호에 기반하여, 수신 코일과 제2 송신 코일 사이의 자기 결합 크기를 판단한다. 이를 위해, 제어부(710)는 상기 수신 코일로부터 제2 송신 코일로 유기는 전력의 세기, 또는 전류 또는 전압을 센싱한다.

이때, 상기 수신 코일과의 결합 계수가 높은 제2 송신 코일은 상기 선택된 제1 송신 코일과 인접하게 배치될 수 있다. 상기 수신 코일과의 결합 계수가 높은 제2 송신 코일은 상기 선택된 제1 송신 코일과 수직 방향 내에서 적어도 일부가 오버랩되게 위치할 수 있다.

이에 따라, 제어부(710)는 상기 제1 송신 코일과 인접하게 위치한 제2 송신 코일에 대해서만 수신 코일(1200)과의 자기 결합 크기를 판단할 수 있다.

도 12의 (a)와 같은 수신 코일(1200)의 배치 시에, 제2 송신 코일 중 송신 코일 B(1102) 및 송신 코일 G(1107)에는 기설정된 전압 또는 전류보다 높은 전류 또는 전압이 센싱될 것이다. 이는, 수신 코일(1000)과 송신 코일 B(1102)의 자기 결합 크기와, 수신 코일(1000)과 송신 코일 G(1107)의 자기 결합 크기가 다른 제2 송신 코일의 자기 결합 크기에 대비하여 크기 때문이다.

또한, 제어부(710)는 상기와 같은 조건에서, 자기 결합 크기가 상대적으로 큰 송신 코일 B(1102) 및 송신 코일 G(1107)을 선택할 수 있다.

또한, 도 12의 (a)에서와 같이 수신 코일(1200)은 송신 코일 E(1104), 송신 코일 L(1112) 및, 송신 코일 M(1113) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 이와 같은 수신 코일 배치 상태에서, 복수 개의 제1 송신 코일 중 송신 코일 E(1104)의 결합 계수가 다른 제1 송신 코일 대비 높게 나타날 것이다. 또한, 이와 같은 수신 코일 배치 상태에서, 복수 개의 제1 송신 코일 중 송신 코일 E(11004)의 신호 세기 값이 다른 제1 송신 코일 대비 높게 나타날 것이다.

이에 따라, 제어부(710)는 송신 코일 E(1104)룰 전력 신호를 전송할 제1 송신 코일로 선택할 수 있다. 이때, 제어부(710)는 제1 송신 코일 중 가장 높은 신호 세기 값 또는 결합 계수를 가지는 송신 코일 E(1104)를 제1 송신 코일로 선택할 수 있다.

이후, 제어부(710)는 제1 송신 코일이 선택되면, 상기 선택된 제1 송신 코일을 통해 전력 신호가 전송되도록 한다. 이때, 제1 송신 코일 선택 이후에는 복수 개의 제1 송신 코일 중 상기 선택된 제1 송신 코일을 제외한 나머지는 제2 송신 코일로 설정될 수 있다.

그리고, 제어부(710)는 상기 선택된 제1 송신 코일을 통해 전송된 전력 신호에 기반하여, 수신 코일과 제2 송신 코일 사이의 자기 결합 크기를 판단한다. 이를 위해, 제어부(710)는 상기 수신 코일로부터 제2 송신 코일로 유기는 전력의 세기, 또는 전류 또는 전압을 센싱한다.

이때, 상기 수신 코일과의 결합 계수가 높은 제2 송신 코일은 상기 선택된 제1 송신 코일과 인접하게 배치될 수 있다. 상기 수신 코일과의 결합 계수가 높은 제2 송신 코일은 상기 선택된 제1 송신 코일과 수직 방향 내에서 적어도 일부가 오버랩되게 위치할 수 있다.

이에 따라, 제어부(710)는 상기 제1 송신 코일과 인접하게 위치한 제2 송신 코일에 대해서만 수신 코일(1200)과의 자기 결합 크기를 판단할 수 있다.

도 12의 (b)와 같은 수신 코일(1200)의 배치 시에, 제2 송신 코일 중 송신 코일 L(1112) 및, 송신 코일 M(1113)에는 기설정된 전압 또는 전류보다 높은 전류 또는 전압이 센싱될 것이다. 이는, 수신 코일(1000)과 송신 코일 L(1112)의 자기 결합 크기와, 수신 코일(1000)과 송신 코일 M(1113)의 자기 결합 크기가 다른 제2 송신 코일의 자기 결합 크기에 대비하여 크기 때문이다.

또한, 제어부(710)는 상기와 같은 조건에서, 자기 결합 크기가 상대적으로 큰 송신 코일 L(1112) 및, 송신 코일 M(1113)을 선택할 수 있다. 이후, 제어부(710)는 제1 송신 코일로 선택된 송신 코일 D(1104)와, 제2 송신 코일 중에서 선택된 송신 코일 L(1112) 및, 송신 코일 M(1113)을 이용하여 전력을 전송한다.

도 13은 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

제어부(710)는 코일 어셈블리를 구성하는 복수의 송신 코일 중 제1 송신 코일을 통해 전력 신호가 생성되도록 한다(S1310). 이를 위해, 제어부(710)는 복수의 인버터 중 제1 송신 코일과 연결된 인버터에만 전력 신호 생성을 위한 스위칭 제어 신호를 전송한다. 또한, 제어부(710)는 복수의 인버터 중 제1 송신 코일 이외의 제2 송신 코일과 연결된 인버터의 스위칭 소자는 오픈시킨다. 이에 따라, 제1 송신 코일을 통해 전력 신호가 생성 및 전송되는 상황에서의 제2 송신 코일들은 오픈 상태로 동작한다. 이를 통해, 제어부(710)는 상기 제1 송신 코일을 통해 상기 생성된 전력 신호가 수신 코일로 전달되도록 한다.그리고, 무선 전력 수신기의 수신 코일에서는 상기 수신한 전력 신호에 기반하여 전력이 생성되고, 상기 생성된 전력은 제2 송신 코일로 유기될 수 있다.

이후, 제어부(710)는 복수 개의 제2 송신 코일 중에서 수신 코일의 자기 결합 크기를 각각 센싱한다(S1320).

제어부(710)는 상기 자기 결합 크기가 센싱되면, 복수 개의 제2 송신 코일 중 기설정된 자기 결합 크기 이상의 제2 송신 코일을 선택한다(S1330).

이후, 제어부(710)는 상기 제2 송신 코일이 선택되면, 상기 제1 송신 코일 및 상기 선택된 제2 송신 코일을 이용하여 상기 무선 전력 수신기의 수신 코일로 전력을 전송한다(1340단계). 이를 위해, 제어부(710)는 상기 선택된 제2 송신 코일과 연결된 인버터에 상기 전력 전송을 위한 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다.

도 14는 도 13에서의 자기 결합 크기 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면, 제어부(710)는 센서(740)를 통해 제2 송신 코일의 전류, 전압 또는 전력이 센싱되도록 한다(S1410). 이때, 수신 코일과의 자기 결합 크기가 큰 제2 송신 코일은 상기 전력 신호를 전송한 제1 송신 코일과 인접하게 위치한다. 이는, 제1 송신 코일과 수직 방향 내에서 적어도 일부가 오버랩되도록 위치한 제2 송신 코일에는 상기 수신 코일과의 자기 결합 크기가 높게 나타나는 것을 의미할 수 있다. 이에 따라, 제어부(710)는 복수의 제2 송신 코일 중 제1 송신 코일과 인접하게 위치한 제2 송신 코일의 전류, 전압 또는 전력이 센싱되도록 할 수 있다.

이후, 제어부(710)는 상기 센싱된 전류, 전압 또는 전력을 기설정된 전류, 전압 또는 전력과 비교한다(S1420).

또한, 제어부(710)는 기설정된 전류, 전압 또는 전력 이상의 전류, 전압 또는 전력이 센싱된 제2 송신 코일을 선택할 수 있다(S1430).

이후, 제어부(710)는 상기 제1 송신 코일 및 상기 선택된 제2 송신 코일을 이용하여 무선 전력 수신기의 수신 코일로 전력이 전송되도록 한다(S1440).

도 15는 실시 예에 따른 제1 송신 코일 선택 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 15를 참조하면, 제 1 송신 코일이 복수 개인 경우, 제어부(710)는 복수 개의 제1 송신 코일에 순차적으로 전력을 인가한다(S1510).

이후, 제어부(710)는 순차적으로 인가되는 전력에 기반하여, 복수 개의 제1 송신 코일의 신호 세기 값 또는 수신 코일과의 결합 계수를 감지한다(S1520).

그리고, 제어부(710)는 상기 감지한 신호 세기 값 또는 결합 계수에 기반하여, 신호 세기 값 또는 결합 계수가 가장 큰 제1 송신 코일을 전력 신호를 전송할 제1 송신 코일로 선택한다(S1530).

실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서는 복수의 송신 코일 중 제1 송신 코일에서 전송되는 전력에 기반하여 수신 코일과 제2 송신 코일 사이의 결합 계수를 확인한다. 이때, 상기 제2 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수는 상기 제2 송신 코일이 오픈된 상태에서 진행된다. 이와 같은 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면, 제1 송신 코일에서 전송된 전력에 기반하여 제2 송신 코일과 수신 코일 사이의 결합 계수까지 확인할 수 있으며, 이에 따른 송신 코일의 선택 시간을 획기적으로 단축할 수 있을 뿐 아니라, 소비 전력을 절감할 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일을 포함하는 멀티 송신 코일 구조에서, 수신 코일과의 정렬 상태를 정확하게 인지할 수 있으며, 이에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 의하면, 멀티 송신 코일 구조에서 수신 코일이 배치된 송신 코일에서만 전력이 전송되도록 하여 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서는 무선 전력 수신기의 위치 감지 동작을 주기적으로 수행하도록 하여, 무선 전력 수신기의 위치가 변경되는 상황에서도 효율적으로 전력 전송이 이루어지도록 할 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.

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

1. 송신 코일;
   상기 송신 코일과 연결된 인버터;
   상기 송신 코일과 연결되는 센서; 및
   상기 센서 및 상기 인버터와 연결되는 제어부를 포함하고,
   상기 송신 코일은 제1 송신 코일과 복수 개의 제2 송신 코일을 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 인버터를 통해 상기 제1 송신 코일에 전력을 인가하고,
   상기 센서를 통해 상기 복수의 제2 송신 코일 중 상기 제1 송신 코일에 인접한 적어도 하나의 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기를 센싱하고,
   상기 적어도 하나의 제2 송신 코일 중 상기 전압 또는 전류 크기가 기 설정된 전압 또는 전류 크기 이상인 제2 송신 코일을 선택하고,
   상기 선택된 제2 송신 코일 및 상기 제1 송신 코일을 통해 전력을 전송하는
   무선 전력 송신기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서는
   상기 복수 개의 제2 송신 코일 각각과 연결되는 복수 개의 센서를 포함하는
   무선 전력 송신기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 송신 코일은,
   복수 개의 제1 송신 코일을 포함하고,
   상기 제1 송신 코일은
   상기 복수 개의 제1 송신코일 중 하나인
   무선전력 송신기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 송신 코일은
   상기 복수 개의 제1 송신 코일에 순차적으로 전력을 인가하였을 때, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중 신호세기 값이 가장 큰 코일인
   무선 전력 송신기.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1 송신 코일은,
   상기 복수 개의 제1 송신코일 중 무선전력 수신기의 수신 코일과의 결합계수가 가장 큰 코일인
   무선 전력 송신기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기는,
   무선전력 수신기의 수신코일과의 결합 상태에 따라 다른
   무선 전력 송신기.
7. 제4항에 있어서,
   상기 신호세기 값은,
   무선전력 수신기가 수신하는 무선 전력의 세기에 대응되는
   무선 전력 송신기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제2 송신 코일의 전압 또는 전류 크기는,
   상기 적어도 하나의 제2 송신 코일이 오픈된 상태에서 센싱되는
   무선 전력 송신기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 송신 코일은,
   수직 방향 내에서 상기 적어도 하나의 제2 송신 코일의 일부 영역과 오버랩되는
   무선 전력 송신기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 피크 전압 또는 피크 전류를 센싱하는 피크 디텍더를 포함하는
    무선 전력 송신기.
11. 제1 송신 코일 및 복수의 제2 송신코일을 포함하는 무선 전력 송신기의 전력 송신 방법에 있어서,
    상기 제1 송신 코일을 이용하여 전력신호를 전송하는 단계;
    상기 복수의 제2 송신코일 중 상기 제1 송신 코일에 인접한 적어도 하나의 제2 송신 코일의 자기결합 크기를 센싱하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제2 송신 코일 중 상기 자기 결합 크기가 기설정된 자기결합 크기 이상인 제2 송신 코일을 선택하는 단계; 및
    상기 제1 송신 코일 및 상기 선택된 제2 송신 코일을 이용하여 전력을 전송하는 단계를 포함하는
    무선전력 송신 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 신호는 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 포함하는
    무선전력 송신 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 전력 신호는 충전 인터페이스 위에 위치한 물체를 발견하기 위한 아날로그 핑 전력신호를 포함하는
    무선전력 송신 방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 선택된 제2 송신 코일은 1개 내지 3개인
    무선전력 송신 방법.
15. 제11항에 있어서,
    상기 자기결합 크기는 전류, 전압 또는 전력 중 적어도 하나의 크기를 포함하는
    무선 전력 송신방법.
16. 제11항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기는 복수 개의 제1 송신 코일을 포함하고,
    상기 전력 신호를 전송하는 제1 송신 코일은 상기 복수 개의 제1 송신 코일에 순차적으로 전력을 인가하였을 때, 상기 복수 개의 제1 송신 코일 중 신호세기 값이 가장 큰 코일인
    무선 전력 송신 방법.
17. 제11항에 있어서,
    상기 선택된 제2 송신 코일은 선택되지 않은 제2 송신코일보다 무선전력 수신기의 수신 코일과의 결합계수가 큰
    무선 전력 송신 방법.

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