KR20220015251A - 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치에 있어서, 베이스 하우징; 상기 베이스 하우징의 일측에 결합 가능한 공진기 하우징을 포함하고, 상기 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 적어도 하나의 공진기; 및 상기 베이스 하우징에 결합되고, 상기 전자 장치에 무선 전력을 송신하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 상기 공진기와 커플링되는 급전부;를 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
상기와 같은 무선 전력 송신 장치는 실시예에 따라 다양할 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치{WIRELESS POWER CHARGING DEVICE}
본 개시의 다양한 실시예들은, 전자 장치의 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 무선 전력 송신 장치(예: 충전 패드)에 올려놓기만 하면 휴대폰의 배터리가 자동으로 충전될 수 있는 기술을 말한다. 이러한 무선 충전 기술은 전자 제품에 전력 공급을 위한 커넥터를 구비하지 않아도 되어 방수기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않게 되므로 전자 장치의 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있다.
최근 무선 충전 기술이 발전하면서, 하나의 전자 장치(무선 전력 송신기)에서 다른 다양한 전자 장치(무선 전력 수신기)로 전력을 공급하여 충전하는 방법이 연구되고 있다. 무선 충전 기술에는 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진(resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 전자기파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/microwave radiation) 방식이 있다.
최근에는 예컨대 스마트 폰과 같은 전자 장치를 중심으로 전자기 유도 방식 또는 공진 방식을 이용한 무선 충전 기술이 보급되고 있다. 무선 전력 송신기(power transmitting unit, PTU)(예: 무선 전력 송신 장치)와 무선 전력 수신기(power receiving unit, PRU)(예: 스마트 폰 또는 웨어러블 전자 장치)가 접촉하거나 일정 거리 이내로 접근하면, 무선 전력 송신기의 전송 코일과 무선 전력 수신기의 수신 코일 사이의 전자기 유도 또는 전자기 공진 등의 방법에 의해 무선 전력 수신기의 배터리가 충전될 수 있다.
전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간의 자기 유도 현상을 이용하여 전력을 전송하는 방식이다. 1차 코일에 교류 전류가 흐르면 1차 코일 주변에 시간적으로 변하는 자기장이 발생하고 수신단의 2차 코일에서 상기 자기장에 의해 유도 기전력이 발생하여 전력이 전달된다. 전자기 유도 방식의 경우 에너지 전송 효율이 뛰어나므로 현재까지 무선 충전 기술의 주류를 이루고 있다.
전자기 유도 방식은 가장 실용화가 많이 이루어져 있는 방식으로 다양한 기기에 응용되고 있다. 종래의 전동 칫솔, 면도기, 스마트 디바이스 등에 적용된 무접점 충전기술은 전자기 유도 방식을 적용하였다. 그런데, 전자기 유도 방식에 의한 무선 충전 기술은, 전자 장치를 무선 전력 송신 장치의 정해진 위치에 거치하지 않거나 충전을 위한 특정 방향을 향하도록 놓이지 않으면 충전 효율이 낮아질 수 있다. 아울러, 전자기 유도 방식에 의한 무선 충전 기술은 전력 송수신을 위한 제 1 코일과 제 2 코일 간의 거리가 가까울 것이 요구되므로, 전자 장치와 무선 전력 송신 장치 간의 거리가 가까워야 할 수 있다.
또한, 전자 장치가 와치, 이어폰, AR/ VR 글래스와 같은 웨어러블 전자 장치에 해당되는 경우에, 전자기 유도 방식을 이용한 무선 충전을 하려면, 무선 전력 송신 장치는 충전 하려는 대상인 전자 장치의 형상에 대응된 형상을 가진 무선 충전 크래들을 포함하여야 할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신 장치가 복수 개의 전자 장치를 충전하려면, 복수 개의 전자 장치를 충전하기 위해 전자 장치의 수 만큼의 1차 코일을 송신 장치 내에 구비해야하고, 또한 무선 전력 송신 장치의 지정된 영역에 놓아야 할 수 있다. 지정된 영역에 놓이지 않은 전자 장치는 사용자가 스스로 인지할 때까지 충전이 이뤄지지 않은 상태로 남아 있을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서는, 무선 전력 송신 장치가 복수 개의 전자 장치를 충전하는데 있어서, 무선 전력 송신 장치 주위의 360도 전체를 커버할 수 있고, 1개의 1차 코일이 복수 개의 전자 장치에 무선 전력을 공급할 수 있으며, 지정된 영역에 놓여있지 않아도 충전이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서는, 무선 전력 송신 장치 주위에 지정된 거리 안에만 있으면 전자 장치의 위치 및 전자 장치가 놓여지는 방향에 무관하게 충전이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서는, 무선 전력 송신 장치 또는 그 주변의 임의의 위치에도 거치 가능하고 무선 전력의 전송 반경을 확장하는데 사용되는 공진기를 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치에 있어서, 베이스 하우징; 상기 베이스 하우징의 일측에 결합 가능한 공진기 하우징을 포함하고, 상기 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 적어도 하나의 공진기; 및 상기 베이스 하우징에 배치되고 상기 전자 장치에 무선 전력을 송신하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 상기 공진기와 커플링되는 급전부;를 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치에 있어서, 베이스 하우징; 지면에 대하여 수평인 방향으로 상기 베이스 하우징에 탈착 가능한 제 1 공진기 하우징을 포함하고, 상기 제 1 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 1 공진기; 지면에 대하여 수직방향으로 상기 베이스 하우징에 탈착 가능한 제 2 공진기 하우징을 포함하고, 상기 제 2 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 2 공진기; 상기 베이스 하우징에 배치되고, 상기 전자 장치에 무선 전력을 송신하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 상기 제 1 공진기 또는 제 2 공진기 중 적어도 하나의 공진기와 커플링되는 급전부;및 상기 무선 전력 송신 장치 주변의 전자 장치의 충전 상태 모니터링 정보 및 전자 장치의 자세 정보에 따라 상기 급전부의 상기 제 1 공진기 또는 상기 제 2 공진기에 대한 급전 여부를 제어하는 프로세서를 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 복수 개의 전자 장치를 충전하는데 있어서, 무선 전력 송신 장치 주위의 360도 전체를 커버할 수 있는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치의 충전 위치 및 충전 방향에 대한 제한 없이 높은 자유도를 제공하는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 지정된 거리 내에만 위치하면 지정된 위치에 놓여있지 않아도 충전이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 베이스 스테이션과 분리 가능한 공진기를 제공하여 공진기를 임의의 위치에 배치 가능하고, 이러한 공진기를 이용하여 전송 반경을 확장할 수도 있는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 베이스 스테이션과 분리 가능한 공진기를 제공하여 일체형 공진기 대비 상품 패키징에 용이한 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 1b는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 복수의 전자 장치들의 블록도를 도시한다.
도 2a는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치를 도시한다.
도 2b는 다양한 실시예에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 상세 블록도를 도시한다.
도 3은, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 적어도 하나의 전자 장치를 도시한다.
도 4는, 도 3과 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시한다.
도 5는, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 베이스 하우징과 공진기가 결합되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은, 다양한 실시예에 따른 베이스 하우징에 제 1 공진기 및 제 2 공진기가 장착된 무선 전력 송신 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 7은, 다양한 실시예에 따른 베이스 하우징에 제 1 공진기 및 제 2 공진기가 장착된 무선 전력 송신 장치를 위에서 바라본 모습을 나타내는 단면도이다.
도 8은, 제 1 공진기 및 제 2 공진기 사이에 배치되고 각도가 가변 가능한 급전부를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치를 이용한 복수의 전자 장치의 충전 동작을 나타내는 도면이다.
도 10은, 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 전자 장치의 자세 정보에 따른 무선 충전 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 다양한 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치에 의한 무선 충전 효율이 증가되는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1a는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다. 도 1b는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 복수의 전자 장치들의 블록도를 도시한다.
도 1a를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(150)(이하, '전자 장치(150)'라 명명함)에 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 다양한 충전 방식에 따라 전자 장치(150)로 전력(161)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 유도 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식에 의한 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 통신 변복조 회로 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터는 적어도 하나의 코일과 함께 공진 회로를 구성할 수도 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, WPC(wireless power consortium) 표준 (또는, Qi 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 또, 한 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 공진 방식에 의한 경우에는, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 아웃-오브-밴드(Out-of-band) 근거리 통신 모듈(예: BLE(bluetooth low energy) 근거리 통신 모듈) 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일은 공진 회로를 구성할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 (또는, AFA(air fuel alliance) 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 따라 교류 전류가 흐르면 시간에 따라 크기가 변경되는 시변 (time varying) 자기장을 생성할 수 있는 코일을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 자기장을 생성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(100)가 전력(161)을 출력한다 또는 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 아울러, 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생되는 코일을 포함할 수 있다. 전자 장치(150)가 코일을 통하여 유도 기전력을 발생시키는 과정을, 전자 장치(150)에 전력(161)이 입력된다 또는 전자 장치(150)가 전력(161)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 인-밴드(In-band) 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 송신하고자 하는 데이터를 예를 들어 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라, 로드(또는, 로드 임피던스)를 변경할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일의 전류, 전압 또는 전력의 크기 변경에 기초하여 로드 변경(또는, 로드 임피던스 변경)을 측정함으로써, 상대 장치에서 송신하는 데이터를 판단할 수 있다. 또, 한 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 아웃-오브-밴드(Out-of-Band) 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일 또는 패치 안테나와 별도로 구비된 근거리 통신 모듈(예: BLE 통신 모듈)를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 무선 전력의 주파수 대역과 근거리 통신 모듈의 대역은 서로 이격되어 있다. 예를 들면, AirFuel 표준의 경우, 무선 전력의 주파수 대역은 6.78MHz이고, 근거리 통신 모듈의 주파수 대역은 2.4GHZ이다.
본 문서에서, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)에 포함된 다양한 하드웨어, 예를 들어 프로세서, 코일 또는 패치 안테나 등이 특정 동작을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 프로세서가 다른 하드웨어로 하여금 특정 동작을 수행하도록 제어하는 것을 의미할 수도 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)의 저장 회로(예: 메모리)에 저장되었던 특정 동작을 수행하기 위한 인스트럭션이 실행됨에 따라, 프로세서 또는 다른 하드웨어가 특정 동작을 수행하도록 야기하는 것을 의미할 수도 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)는 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)과 무선으로 전기적 연결을 형성할 수 있다. 복수 개의 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 웨어러블 장치(예: 와치, 무선 이어폰, AR/VR 디바이스), 휴대용 멀티 미디어 장치(예: 터치 패드, 노트북), PDA, PMP, 카메라, 휴대용 의료 기기, 가전 장치(예: TV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 밖에도 다양한 형태의 전자 장치가 적용될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)로 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신 장치(100)와 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n) 사이에 전력의 송수신이 가능한 거리는 50cm 이하, 바람직하게는 30cm 이하일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 유도 방식을 통하여 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신 장치(100)와 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n) 사이에 전력의 송수신이 가능한 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n) 중 적어도 어느 하나는 무선 전력 송신 장치(100)와 공진 방식에 의하여 전력을 수신 받고, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n) 중 적어도 다른 어느 하나는 무선 전력 송신 장치(100)와 유도 방식에 의하여 전력을 수신 받을 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)에 포함된 프로세서는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)로 무선으로 미리 설정된 전력(161)을 전송하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)에 대하여 미리 설정된 전력은 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)에 포함된 프로세서를 구동(예: wake-up)시키기 위해 설정된 크기의 전력일 수 있다. 미리 설정된 전력(161)은 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)의 다양한 정보(예컨대,전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)의 다양한 유형, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)의 다양한 요구 전력 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)의 다양한 전력과 관련된 전압 또는 전류 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)의 다양한 정격(rating)(예컨대, 실효값) 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)의 orientation 정보(예컨대, 자세 정보))를 고려하여 설정될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)과 각각, 동시에 또는 순차적으로, 선택적으로 또는 독립적으로, 통신을 수행할 수도 있다. 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)은 각각 무선 전력 송신 장치(100)와 송신하고자 하는 데이터를 인-밴드 또는 아웃-오브-밴드 중 어느 하나의 방식에 따라 송수신 할 수 있다.
여기에서 데이터는, 복수 개의 전자 장치들 각각의 전력 수신을 제어하기 위한 데이터일 수 있다. 또한, 상기 데이터는 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,…,150-n)의 다양한 정보를 포함할 수 있다.
도 2a는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치를 도시한다. 도 2b는 다양한 실시예에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 상세 블록도를 도시한다.
도 2a를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 프로세서(102), 근거리 통신 모듈(103), 메모리(105), 전력 어댑터(108), 또는 전력 송신 회로(109) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 전자 장치(150)는, 차저(charger)(151), 프로세서(152), 근거리 통신 모듈(153), 배터리(154), 메모리(155), 또는 전력 수신 회로(159) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 전력 송신 회로(109)는 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 전력 송신 회로(109) 및 전력 수신 회로(159)의 상세 구성에 대하여서는 이하, 도면 2b를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 프로세서(102)는, 무선 전력 송신 장치(100)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는, 전력(161)의 송신 여부를 결정하거나, 전력(161)의 크기를 제어하거나, 또는 전자 장치(150)의 적어도 하나의 기능(예를 들어, 충전의 개시 또는 충전의 중단)을 제어할 수도 있다. 프로세서(102) 또는 프로세서(152)는, CPU와 같은 범용 프로세서, 마이크로 프로세서, MCU(micro controlling unit), FPGA(field programmable gate array) 등의 연산을 수행할 수 있는 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다. 프로세서(102)는, 근거리 통신 모듈(103)을 통하여 전자 장치(150)와 데이터를 송수신할 수 있다. 데이터는, 무선 전력 송수신의 제어에 이용될 수 있다. 근거리 통신 모듈(103) 및 근거리 통신 모듈(153)은, 예를 들어 아웃-오브-밴드 통신 방식의 근거리 통신 모듈(예: 블루투스 통신 모듈(BT, BLE), 또는 NFC 통신 모듈)로 구현되거나, 또는 인-밴드 통신 방식의 부하 변조 통신 모듈로 구현될 수 있다. 인-밴드 통신 방식인 경우, 부하 변조 통신 모듈은, 예를 들어 전력 수신 회로(159)의 코일에 직접 또는 다른 소자를 통하여 연결된 스위치와, 스위치를 통하여 코일에 직접 또는 다른 소자를 통하여 연결된 더미 로드(예: 더미 저항 또는 더미 커패시터)를 포함할 수 있다. 부하 변조 통신 모듈은, 스위치의 온/오프 과정에서 검출되는 전력 송신 회로(109) 내 코일에 인가되는 전압, 또는 전류의 변경에 기반하여 정보를 확인할 수 있다. 전력 어댑터(108)는, 전력 소스(106)로부터 전력을 수신하여 전력 송신 회로(109)로 제공할 수 있다. 전력 어댑터(108)는, 예를 들어 전력 인터페이스일 수 있으며, 다양한 실시예의 구현에 따라 무선 전력 송신 장치(100)에 포함되지 않을 수도 있다.
다양한 실시예에 따른 전력 수신 회로(159)는 전력 송신 회로(109)로부터 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신 회로(159)는, 수신된 교류 파형의 전력을 직류 파형으로 정류하거나, 전압을 컨버팅(converting)하거나, 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 전력 처리를 수행할 수 있다. 차저(151)는, 수신된 레귤레이팅된 전력(예: DC 전력)을 이용하여 배터리(154)를 충전할 수 있다. 차저(151)는, 수신된 전력의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 조정하여 배터리(154)로 전달할 수 있다. 배터리(154)는, 전력을 저장하고 있다가 다른 하드웨어로 전달할 수 있다. 도시되지는 않았지만, PMIC(power management integrated circuit)(미도시)가 전력 수신 회로(159)로부터 전력을 수신하여 다른 하드웨어로 전달하거나, 또는 배터리(154)로부터 전력을 수신하여 다른 하드웨어로 전달할 수도 있다. 또한 차저(151)은 PMIC에 포함되어 제공될 수 있다.
프로세서(152)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 메모리(155)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작의 수행을 위한 인스트럭션이 저장될 수 있다. 메모리(105)에는, 무선 전력 송신 장치(100)의 전반적인 동작의 수행을 위한 인스트럭션이 저장될 수 있으며, 또는 근거리 통신 모듈(103)를 통하여 획득된 정보와 송신하여야 하는 전력의 크기 사이의 관계에 대한 룩업테이블 또는 획득된 정보와 송신하여야 하는 전력의 크기 사이의 관계에 대한 수학식 정보 등이 저장될 수 있다. 메모리(105) 또는 메모리(155)는, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등의 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 구현 형태에는 제한이 없다.
도 2b를 참조하면, 전력 송신 회로(109)는, 전력 증폭기(171), 매칭 회로(172), 급전부(173) 및 송신 공진기(174)를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(171) 또는 인버터 회로는, 전력 어댑터(108)로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 교류 전력의 주파수는, 표준에 따라 100 내지 205kHz 또는 6.78MHz 등으로 설정될 수 있으나, 제한은 없다. 매칭 회로(172)는, 프로세서(102)의 제어에 따라 급전부(173)와 연결되는 회로의 커패시턴스 또는 리액턴스 중 적어도 하나를 변경함으로써, 전력 송신 회로(109) 및 전력 수신 회로(159)가 서로 임피던스 매칭되도록 할 수 있다. 급전부(173)는 적어도 하나의 코일을 포함하는 구성으로서, 송신 공진기(174)의 코일과 전자기적 커플링을 통해 송신 공진기(174)에 전력을 공급할 수 있다. 송신 공진기(174)에 교류 전력(또는 전류)이 인가되면, 송신 공진기(174)로부터 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장이 형성될 수 있으며, 이에 따라 전자 장치(150)의 전력 수신 회로(159)로 전자기장 형태의 전력을 출력 또는 전송할 수 있다. 송신 공진기(174)는 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 급전부(173)는 베이스 하우징(210)에 배치될 수 있으며, 송신 공진기(174)는 상기 베이스 하우징(210)과 물리적으로 분리 가능한 제 1 공진기 하우징(231) 또는 제 2 공진기 하우징(241) 내부에 배치될 수 있다. 급전부(173) 및 송신 공진기(174)의 물리적 구성에 대한 상세한 내용은 이하 도 3 이하에서 상세히 후술한다.전력 수신 회로(159)의 수신 공진기(181)에는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생할 수 있으며, 이에 따라 전력 수신 회로(159)는 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 수신 공진기(181)는 도면에 도시되진 않았지만, 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 정류 회로(182)는, 수신된 교류 파형의 전력을 정류할 수 있다. 컨버팅 회로(183)는 정류된 전력의 전압을 조정하여 PMIC 또는 차저로 전달할 수 있다. 전력 수신 회로(159)는 레귤레이터를 더 포함할 수도 있으며, 또는 컨버팅 회로(183)가 레귤레이터로 치환될 수도 있다. 매칭 회로(184)는, 프로세서(152)의 제어에 따라 수신 공진기(181)와 연결되는 회로의 커패시턴스 또는 리액턴스 중 적어도 하나를 변경함으로써, 전력 송신 회로(109) 및 전력 수신 회로(159)가 서로 임피던스 매칭되도록 할 수 있다.
도 2a를 다시 참조하면, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 적어도 하나의 센서(107)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 센서(107)는 무선 전력 송신 장치(200)의 전압과 전류를 측정하는 센서일 수 있다. 적어도 하나의 센서(107)를 통해 이하 후술하는 전력 증폭기(171)의 출력 임피던스, 및/또는 급전부(173)의 입력 임피던스(예: 매칭 회로(172) 로부터 급전부(173)로 입력되는 신호의 임피던스)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서(107)를 이용해 송신 전압(VTX_IN) 및 송신 전류(ITX_IN)를 측정함으로써 전력 소모량을 모니터링 가능하고, 이를 통해 급전부(173)의 입력 임피던스의 변화를 검출할 수 있다. 임피던스 변화를 검출하면, 무선 전력을 수신하는 전자 장치(150)의 거치/회수 여부, 이물질 감지 여부, 전력 수신량의 변화 등을 확인할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)에서 복수의 전자 장치(150)를 충전하는 중 어느 하나의 전자 장치가 이동하여 무선 전력 송신 장치(100)와의 거리가 가까워지게 되면, 다른 전자 장치의 수신 전력 및 효율이 감소할 수 있다. 프로세서(102)는 검출된 임피던스의 변화를 고려하여, 기 지정된 알고리즘에 따라 또는 사용자로부터 입력된 명령에 따라 상기 복수의 전자 장치(150)에 대한 무선 전력의 송신 및 효율을 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(157)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(157)(예컨대, 모션 센서)를 통해 전자 장치(150)의 움직임을 스스로 감지할 수 있다. 상기 움직임을 감지하기 위한 모션 센서는, 그 예로서 자이로 센서, 가속도 센서, 각속도 센서, 중력 센서, 지자기 센서, 적외선 센서 중 적어도 어느 하나의 센서를 포함할 수 있다. 단 센서의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(157)를 이용하여 정류회로(182)에서 출력되는 전압(VRECT)을 측정할 수도 있다. 측정된 출력 전압(VRECT)에 기반하여, 전자 장치(150)와 무선 전력 송신 장치(100)와의 위치 관계 변화(무선 전력 송신기와 가까워졌는지, 멀어졌는지)를 확인할 수 있다. 상기 센서(157)를 통해 센싱된 데이터는 프로세서(152)로 제공되고, 프로세서(152)가 수신한 데이터는 근거리 통신 모듈(153)을 통해 무선 전력 송신 장치(100)로 제공될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)의 프로세서(102)는 센서(107) 및/또는 센서(157)로부터 검출된 데이터를 활용하여 상기 복수의 전자 장치(150)에 대한 무선 전력의 송신 및 효율을 제어할 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 전자 장치(150) 중 어느 하나의 전자 장치(150)는 눕혀진 상태에서 무선 전력 송신 장치(100)의 주변에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 전자 장치(150)는 사용자에 의해 이동되어 무선 전력 송신 장치(100)에 보다 가까이 배치될 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 장치(100)의 프로세서(102)는 센서(107) 및/또는 센서(157)로부터 검출된 데이터를 이용하여 전자 장치(150)가 눕혀진 상태임을 판단하고, 무선 전력 송신 장치(100)에 가까워진 상태임을 판단할 수 있다. 여기서 프로세서(102)는 전자 장치(150)의 센서(157)로부터 검출된 데이터를 활용하기 위해, 무선 전력 송신 장치(100)의 근거리 통신 모듈(103)과 전자 장치(150)의 근거리 통신 모듈(153) 간의 통신을 수행하여, 상기 센서(157)로부터 검출된 데이터를 획득할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신 장치(100)에 복수 개의 공진기, 예를 들면, 수평으로 눕혀진 제 1 공진기(예: 도 3에서 후술하는 제 1 공진기(230))와 수직으로 세워진 제 2 공진기(예: 도 3에서 후술하는 제 2 공진기(240))가 포함된 경우, 프로세서(102)는 전자 장치(150)가 수평으로 눕혀진 상태라는 정보에 기반하여, 상기 수평으로 눕혀진 제 1 공진기(230)를 선택 및 이용하여 상기 전자 장치(150)에 전력을 송신할 수도 있다.
도 3은, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 적어도 하나의 전자 장치를 도시한다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)(예: 도 1a 내지 도 2a의 무선 전력 송신 장치(100))는 베이스 하우징(210), 및 적어도 하나의 공진기(230, 240)를 포함할 수 있다. 아울러, 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 무선 전력 송신 장치(200) 주위에 자유롭게 거치될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 본 문서의 도면에 표시된 좌표축은 어떤 구성요소가 향하는 방향을 지칭하기 위한 것일 수 있다. 여기서의 좌표축은 3차원 공간 상의 좌표축(X축, Y축, Z축)일 수 있다. 도 3을 참조하면, X축은 무선 전력 송신 장치(200)의 가로 방향(또는 길이 방향)에 평행한 축일 수 있고, Y축은 무선 전력 송신 장치(200)의 세로 방향(또는 폭 방향)에 평행한 축일 수 있다. Z축은 무선 전력 송신 장치(200)의 높이 방향에 평행한 축일 수 있다. 또한, 후술하겠지만 도 7 이하의 도면을 참조하면 무선 전력 송신 장치(200)를 위에서 바라볼 때, 무선 전력 송신 장치(200)는 X축과 Y축을 포함하는 가상의 평면상에 놓일 수 있다. 본 문서에 개시된 다양한 도면들과 그에 포함된 좌표축들을 참조하여 각 구성요소들의 결합관계를 설명할 수 있다.
베이스 하우징(210)은 적어도 하나의 공진기 하우징(231, 241)과 함께 무선 전력 송신 장치(200)의 외관을 이루는 부분으로서, 베이스 하우징(210)의 내부 공간에는 무선 전력 송신 장치(200)에 포함되는 각종 전자 부품들(예: 프로세서(102), 근거리통신모듈(103), 메모리(105), 전력 어댑터(108), 전력 증폭기(171), 매칭 회로(172), 급전부(173)중 적어도 어느 하나)을 수용할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 각종 전자 부품들은 집적되어 무선 전력 송신 장치(200)의 시스템 모듈(예: 도 7의 시스템 모듈(260))내부에 수용될 수도 있다. 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(200)의 베이스 하우징(210)의 형상은 어떤 특정한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 3에 도시된 실시예에서, 베이스 하우징(210)은 전체적으로 원통 실린더 형상일 수 있으나 반드시 이에 한정되진 않는다. 육면체를 포함한 다면체와 같이 이 밖에 다양한 실시예들이 적용될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)는 공진기(230, 240)를 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b를 통해 전술한 전력 송신 회로(109)는 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하며 공진 하우징으로 둘러싸인 공진기(230, 240)를 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들면, 도 2b의 실시예를 통해 개시된 송신 공진기(174)는 도 3에 도시된 실시예에서 공진기(230, 240)로서 구현될 수 있다.
공진기(230, 240)는 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하며 제 1 공진기 하우징(231)으로 둘러싸인 제 1 공진기(230)와 제 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하며 제 2 공진기 하우징(241)으로 둘러싸인 제 2 공진기(240)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 공진기(230, 240)는 내측에 중공부(H)가 형성된 링 형상의 공진기일 수 있다. 제 1 공진기(230)와 제 2 공진기(240)는 하우징(231, 241)의 크기, 형상, 내부 구성(예: 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일을 포함하는 내부 구성) 등이 서로 동일하게 또는 다르게 형성될 수 있다.
베이스 하우징(210)은 상기 제 1 공진기 하우징(231) 및 제 2 공진기 하우징(241)을 거치할 수 있는 구조를 형성할 수 있다. 여기서 제 1 공진기 하우징(231)은 상기 베이스 하우징(210)에 수평방향으로 놓이도록 배치될 수 있고, 제 2 공진기 하우징(241)은 베이스 하우징(210)에 수직방향으로 놓이도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 공진기 하우징(231)은 베이스 하우징(210)의 원통형 외주연에 눕혀진 상태에서 결합될 수 있고, 제 2 공진기 하우징(241)은 베이스 하우징(210)의 상면(211) 중앙부에 형성된 홈(212)에 결합되어 세워질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 공진기(230)와 제 2 공진기(240)가 호환 가능하게 형성되어, 교차 배치도 가능할 수 있다. 예를 들면, 베이스 하우징(210)에 제 1 공진기 하우징(231)이 거치되는 위치에 제 2 공진기 하우징(241)를 거치할 수 있고, 제 2 공진기 하우징(241)이 거치되는 위치에 제 1 공진기 하우징(231)을 거치할 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의상 제 1 공진기 하우징(231)이 베이스 하우징(210)에 대하여(또는 지면에 대하여) 수평하게 거치되고, 제 2 공진기 하우징(241)이 베이스 하우징(210)에 대하여(또는 지면에 대하여) 수직하게 거치된 실시예를 중심으로 설명하나, 이에 한정되지 않음을 유의해야 한다.
다양한 실시예들에 따르면, 베이스 하우징(210)에 대하여 수평하게 거치된 제 1 공진기(230)는 무선 전력 송신 장치(200) 인근의 바닥에 놓인 전자 장치들에 대하여 주로 커플링되어 무선 전력을 송신할 수 있다. 또한, 베이스 하우징(210)에 대하여 수직하게 거치된 제 2 공진기(240)는 무선 전력 송신 장치(200) 인근에 세워지거나, 무선 전력 송신 장치(200)의 높이 방향으로 바닥으로부터 소정거리 이격되어 배치된 전자 장치들에 대하여 주로 커플링되어 무선 전력을 송신할 수 있다. 단 반드시 이에 한정되는 것은 아니라, 어떤 실시예에 따르면, 제 1 공진기(230)를 이용하여 무선 전력 송신 장치(200) 인근에 세워지거나 바닥으로부터 소정거리 이격되어 배치된 전자 장치들에 대하여 무선으로 전력 송신할 수 있고, 제 2 공진기(240)를 이용하여 바닥에 놓인 전자 장치들에 대한 무선 전력을 송신하는 것도 가능하다. 다만, 제 1 공진기(230)를 이용해 바닥에 놓인 전자 장치들을 충전하고, 제 2 공지기(230)를 이용해 세워지거나, 바닥으로부터 소정거리 이격되어 배치된 전자 장치들을 충전하는 것이 송신 효율 적인 측면에서는 보다 유리할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 공진기 하우징(231)은 베이스 하우징(210) 외부로 제 1 공진기 하우징(231)의 전체 부분(예: 원주 부분)이 노출되도록 형성될 수 있으나 제 2 공진기 하우징(241)은 적어도 일부분이 베이스 하우징(210)에 인입되고, 나머지 부분이 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 제 2 공진기 하우징(241)의 적어도 일부분이 베이스 하우징(210)에 인입되므로써 제 2 공진기 하우징(241)의 안정적인 거치가 가능하다. 단, 베이스 하우징(210), 제 1 공진기 하우징(231), 및 제 2 공진기 하우징(241)와 관련된 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
제 1 공진기 하우징(231), 제 2 공진기 하우징(241)는 상기 베이스 하우징(210)으로부터 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 이하 도 4를 통해 후술하겠지만, 상기 제 1 공진기 하우징(231) 또는 제 2 공진기 하우징(241) 중 어느 하나를 무선 전력 송신 장치(200)의 베이스 하우징(210)로부터 일정 거리 이격시켜 놓고, 이격된 공진기를 중계기로서 이용하여 무선 전력 송신 장치(200)의 무선 전력 충전 범위를 확장시킬 수도 있다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 베이스 하우징(210)에 급전부(250)(예: 도 2b의 급전부(173))를 포함할 수 있다.
급전부(250)는 공진기(230, 240)(예: 도 2b의 송신 공진기(174))와 전자기적으로 커플링 될 수 있고, 급전부(250)와의 커플링을 통해 전력을 전달받은 공진기(230, 240)(예: 도 2b의 송신 공진기(174))는 전자 장치들에 대하여 전자기장 형태의 전력으로 출력 또는 전송할 수 있다. 예를 들면, 베이스 하우징(210)의 일 측에는 급전부(250)가 배치되어 전자기장을 생성하고, 생성된 전자기장을 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)에, 동시에 또는 선택적으로 커플링시킬 수 있다. 급전부(250)는 적어도 1 turn이상의 루프를 갖는 코일과 캐패시터의 직/병렬 연결로 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 급전부(250)는 베이스 하우징(210)에 배치되되 급전부(250) 적어도 일부는 베이스 하우징(210)의 외부에 노출될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 급전부(250)는 공진기(230, 240)와 커플링이 발생할 수 있는 다양한 각도로 배치가능하며, 실시예에 따라 복수개로 구비될 수도 있다. 이 밖에 급전부(250)에 대한 더욱 상세한 설명은 이하 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예를 통해 후술한다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상술한 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(200)를 이용하여 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)에 대한 전력 출력 또는 전송 기능을 수행할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 무선 전력 송신 장치(200)를 이용하여 상기 전력 출력 또는 전송 기능뿐만 아니라, 사용자로 하여금 상기 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)의 충전 상태 모니터링 정보가 직관적으로 인식될 수 있도록 다양한 표시 방법(예를 들어 LED light, 사운드, 텍스트 메시지, 음성 등)을 제공할 수 있다.
여기서 충전 상태 모니터링 정보란 전압(voltage) 정보, 전류(current) 정보, 충전 상태 (state of charge, SOC) 정보, 충전이 가능한지 또는 불가능한지에 대한 상태(state of health, SOH) 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전압 정보 또는 전류 정보를 통해 전자 장치의 전력 상태를 확인할 수 있다. 전력 상태란 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)의 배터리가 방전되기 까지 남아있는 전기적 에너지의 양을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 전력 상태는 0%, 10%, 50%, 100%와 같은 퍼센티지로 나타낼 수 있다. 충전 상태(SOC)는 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)가 충전되고 있는지 여부 또는 충전되고 있지 않은지 여부를 나타낼 수 있다. 본 개시의 무선 전력 송신 장치(200)를 이용하여 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)가 충전이 가능한지 또는 불가능한지에 상태에 대한 정보(SOH)도 함께 표시할 수 있다. 상기 충전 상태 모니터링 정보는 이에 한정되지 않는다.
무선 전력 송신 장치(200)는 주위 360도에 위치한 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)에 대한 위치 정보를 획득할 수도 있다. 위치 정보를 획득하기 위하여, 전술한 위상 배열 코일을 사용하거나, UWB radar 센서를 사용할 수 있다. 또는 위치 정보의 정확성을 더욱 높이기 위하여 위상 배열 코일과 UWB radar 센서를 함께 사용할 수도 있다. 충전 상태 모니터링 정보는, 무선 전력 송신 장치(200)의 근거리 통신 모듈(103)를 통하여 획득할 수 있다.
일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치(200) 주위에 배치된 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)에 대한 전력 송신 방법 및 위치에 관한 정보 표시 방법, 충전 상태에 관한 정보 표시 방법에 대한 개략적인 흐름은 다음과 같을 수 있다. 먼저 무선 전력 송신 장치(200)에서 로드 검출 비콘(load detection beacon) 및/또는 파워 비콘(power beacon)을 송출하고, 이에 대해 반응한 전자 장치로부터 전압/전력량 정보를 포함한 다양한 정보를 피드백(feedback) 받을 수 있다. 전자 장치로부터 피드백(feedback) 받은 정보와 근거리 통신 모듈(103)를 통해 획득된 전자 장치에 대한 정보를 매핑(mapping)할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(200)에 포함된 근거리 통신 모듈(103)를 이용하여 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)에 대한 고유 ID를 식별할 수 있다. 나아가, 인증된 ID를 가진 전자 장치에 대하여 페어링(pairing) 동작을 수행할 수 있다. 페어링된 무선 전력 송신 장치(200)와 전자 장치는, 예를 들면 전력 상태 및 충전 상태 등에 관한 다양한 데이터를 송수신할 수 있다. 그리고 무선 전력 송신 장치(200)의 주위에 배치된 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)에 대한 위치 정보를 개략적으로 획득할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(200) 주위 360도에 위치한 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)에 대한 전력 송신 방법으로써 공진 방식을 채택(예: 도 3의 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240) 적용)할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(200)가 어떤 위치에 고정되어 있다고 가정하면, 무선 전력 송신 장치(200)로부터 지정된 거리 내에 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3)가 배치되어야 전력이 송신될 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신장치(100)와 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3) 사이에 무선 전력 송신을 위한 유효 거리는 50cm 이하, 바람직하게는 30cm 이하일 수 있다. 도 3에는 무선 전력 송신을 위한 유효 거리에 대한 예시로 제 1 유효 거리(A)가 도시된다. 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 전자 장치(350-1) 및 제 2 전자 장치(350-2)는 무선 전력 송신을 위한 유효 거리(예: 제 1 유효 거리(A)) 내에 배치되므로 충전 동작이 정상적으로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 제 3 전자 장치(350-3)는 유효 거리 밖에 배치되므로 충전이 이루어지지 않거나 충전 효율이 매우 떨어질 수 있다.
도 4는, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(200)의 사용례를 도시한다.
도 3에서 전술한 실시예에 따르면, 제 1 공진기 하우징(231)은 베이스 하우징(210)의 외주연에 수평으로 눕혀진 상태로 결합될 수 있다. 그리고, 제 2 공진기 하우징(241)은 베이스 하우징(210)의 상면(211) 중앙부에 형성된 홈(212)에 세워진 상태로 결합될 수 있다.
이와 달리 도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 공진기 하우징(231, 241)이 베이스 하우징(210)으로부터 분리될 수 있는 점을 이용하여 어느 하나의 공진기(예: 제 2 공진기(240))를 무선 전력의 중계를 위한 중계기로 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 공진기 하우징(231)을 베이스 하우징(210)에 거치시킨 상태에서, 제 2 공진기 하우징(241)을 무선 전력 송신 장치(200) 주위의 공간에 놓을 수 있다. 이때, 제 2 공진기 하우징(241)은 무선 전력 송신 장치(200)로부터 소정 거리 이격된 위치에서 지면과 수평한 방향으로 놓일 수 있다. 이러한 배치 상태에서 제 1 공진기(230)는 제 2 공진기(240)와 커플링되고, 제 2 공진기(240)와 전자 장치(350)가 커플링 되는 방식으로 무선 전력 송신 장치(200)의 전자 장치(350)에 대한 무선 전력 출력 또는 전송이 구현될 수 있다.
제 1 공진기(230)는 무선 전력 송신 장치(200) 인근의 바닥에 놓인 전자 장치들과 무선 전력을 송신할 수 있도록 커플링(coupling)될 수 있다. 이때의, 무선 전력 송신 장치(200)의 제 1 공진기(230)에 의한 무선 전력 송신을 위한 유효 거리는 제 1 유효 거리(A)로 제한될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)로부터 소정 거리 이격된 위치에 상기 제 2 공진기(240)가 배치되어 제 2 공진기(240)에 의한 제 2 유효 거리(B)만큼 무선 전력 송신을 위한 유효 거리가 확장되는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 전자 장치(350)의 경우 제 1 공진기(230)의 제 1 유효 거리(A) 밖에 위치하지만, 제 2 공진기(240)의 제 2 유효 거리(B) 내에 위치하므로, 무선 전력 송신 장치(200)로부터 전력을 수신할 수 있게 된다.
도면에 도시되진 않았으나, 제 2 공진기(240)가 무선 전력 송신 장치(200)에 수직하게 거치되고, 제 1 공진기(230)를 무선 전력 송신 장치(200)로부터 소정 거리 이격된 위치에 배치시키는 경우에도 무선 전력 송신을 위한 유효 거리가 확장되는 효과를 얻을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)의 베이스 하우징(210), 베이스 하우징(210)과 분리 가능한 분리형 공진기(예: 제 1 공진기(230) 및/또는 제 2 공진기(240))를 구비할 수 있다. 그리고 사용자가 원하는 무선 충전 환경에 따라 상기 분리형 공진기의 하우징(예: 제 1 공진기 하우징(231) 및/또는 제 2 공진기 하우징(241))을 베이스 하우징(210)에 결합하거나, 베이스 하우징(210)이 아닌 임의의 위치에 배치하여 무선 전력 충전 기능을 수행할 수 있다. 나아가 분리형 공진기(예: 제 1 공진기(230) 및/또는 제 2 공진기(240))의 적절한 배치를 이용하여 무선 전력 송신을 위한 유효 거리를 확장시키는 이점을 가질 수 있다.
도 5는, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(200)의 베이스 하우징(210)과 공진기 하우징(231)(또는 241)가 결합되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5에 대한 이하의 설명은, 베이스 하우징(210)에 결합되는 공진기 하우징으로서 제 1 공진기 하우징(231)을 예시로 하나, 베이스 하우징(210)에 제 2 공진기 하우징(241)이 결합되는 경우에도 동일하게 또는 적어도 일부분이 상이하게 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 베이스 하우징(210)에 제 1 공진기 하우징(231)의 안정적인 안착을 위하여, 상기 제 1 공진기 하우징(231)의 중공부(H)에 대응하는 외주연(214)과, 상기 제 1 공진기 하우징(231)이 눕혀질 때 제 1 공진기 하우징(231)의 하부를 지지하기 위한 단턱부(213)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 공진기 하우징(231)이 베이스 하우징(210)에 결합시, 베이스 하우징(210)와 공진기 하우징(231)은 소정의 공차를 가진 상태에서 끼워 맞춤됨으로써 견고하게 결합될 수 있다. 도 5 에 도시된 실시예에 따르면, 베이스 하우징(210)의 외주연(214)의 높이는 공진기 하우징(231)의 두께에 대응하는 높이를 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)는 제 1 공진기(230)의 냉각을 위한 공기 순환 구조를 포함할 수 있다. 상기 공기 순환 구조에 대한 예시로서, 무선 전력 송신 장치(200)의 베이스 하우징(210)에는 적어도 하나의 팬(270)과 상기 팬(270)으로부터 배출된 냉기가 토출되는 적어도 하나의 토출구(215)가 구비될 수 있다. 나아가, 제 1 공진기 하우징(231)에는 상기 팬(270)으로부터 배출된 냉기를 흡기하는 흡기구(234)와 상기 흡기구(234)로부터 유입되어 상기 제 1 공진기 하우징(231) 내부를 유동한 배기를 배출하기 위한 배기구(233)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 배기구(233)는 상기 제 1 공진기 하우징(231)의 외주연에 형성되고, 흡기구(234)는 제 1 공진기 하우징(231)의 내주연에서 상기 베이스 하우징(210)의 토출구(215)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 팬(270)으로부터 토출된 냉기는 상기 흡기구(234)를 통해 제 1 공진기 하우징(231) 내부로 유입되고, 제 1 공진기 하우징(231) 내부에서 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 유동하여 제 1 공진기(230)를 방열시키고 제 1 공진기 하우징(231)의 외부로 배기될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 팬(270), 토출구(215), 흡기구(234), 배기구(233) 각각의 개수와 위치 등은 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 도면에 도시되진 않았지만, 제 1 공진기 하우징(231)의 내부에 유동하는 냉기는 상기 흡기구(234) 및 배기구(233)의 위치에 따라 다양한 방식으로 유동하여 상기 공진기에서 발생된 열을 배출할 수 있다.
도 6은, 다양한 실시예에 따른 베이스 하우징(210)에 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)가 장착된 무선 전력 송신 장치(200)를 나타내는 측단면도이다. 도 7은, 다양한 실시예에 따른 베이스 하우징(210)에 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)가 장착된 무선 전력 송신 장치(200)를 위에서 바라본 모습을 나타내는 단면도이다. 도 8은, 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240) 사이에 배치되고 각도가 가변 가능한 급전부(250)를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7을 함께 참조하여, 무선 전력 송신 장치(200)의 내부 구조에 대해 살펴본다. 도면에는 베이스 하우징(210)에 대하여 수평하게 배치된 제 1 공진기(230)와 베이스 하우징(210)에 대하여 수직하게 배치된 제 2 공진기(240)가 개시된다. 제 2 공진기 하우징(241)의 내부는 냉기의 유동을 위한 공간(245)이 형성되고, 상기 공간(245) 내부에는 적어도 1-turn 이상 권취된 제 2 코일(246)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 공진기(230)는 제 2 공진기(240)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있으며, 이에 따라 제 1 공진기 하우징(231) 내부에 적어도 1-turn 이상 권취된 제 1 코일(236)을 포함할 수 있다.
제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)와 인접한 위치에는, 루프(loop) 형태의 급전부(250)가 배치될 수 있다. 급전부(250)는 제 1 공진기(230), 및 제 2 공진기(250)와 전자기적으로 커플링될 수 있고, 급전부(250)와의 커플링을 통해 전력을 전달받은 제 1 공진기(230), 및 제 2 공진기(240)는 전자 장치들에 대하여 전자기장 형태의 무선 전력을 출력 또는 전송 송신할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)는 복수 개의 급전부(250)를 포함할 수 있다. 예컨대, 급전부(250)로서, 제 1 공진기(230)를 향하고 상기 제 1 공진기(230)에 전자기장을 생성하기 위한 제 1 급전부(251) 및 제 2 공진기(240)를 향하고 상기 제 2 공진기(240)에 전자기장을 생성하기 위한 제 2 급전부(252)를 포함할 수 있다. 제 1 급전부(251) 및 제 2 급전부(252)는 베이스 하우징(210)내부로부터 연장되되 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 여기서 어떤 하나의 급전부가 어떤 하나의 공진기를 향한다는 것은, 커플링되는 대상인 어떤 하나의 공진기에 대하여 다른 하나의 급전부에 비해 더 가까이 위치하거나 더 가까이 기울어진 것을 의미할 수 있다. 예컨대, 제 1 급전부(251)가 제 1 공진기(230)를 향한다는 것은 제 1 급전부(251)의 제 1 공진기(230)에 대한 위치가 제 2 급전부(252)의 제 1 공진기(230)에 대한 위치보다 더 가깝거나, 제 1 급전부(251)의 제 1 공진기(230)에 대한 기울어짐이 제 2 급전부(252)의 제 1 공진기(230)에 대한 기울어짐보다 큰 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 급전부(251) 및 제 2 급전부(252)는 베이스 하우징(210)에 배치된 시스템 모듈(260)과 연결될 수 있다. 시스템 모듈(260)은 베이스 하우징(210)의 내부에 수용될 수 있으며, 일 실시예에 따르면 베이스 하우징(210) 외부로 노출되지 않을 수 있다. 상기 제 1 급전부(251) 및 제 2 급전부(252)는 시스템 모듈(260) 내부의 전력 증폭기(171) 및/또는 매칭 회로(172)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 제 1 급전부(251) 및 제 2 급전부(252)는, 예컨대 무선 전력 송신 장치(200) 주위에 배치된 전자 장치의 자세 정보에 기반하여 프로세서(102)에 의해, 동시에 또는 선택적으로, 급전되어 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)에 전자기장을 생성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)는 하나의 급전부(250)와 동시에 또는 선택적으로, 커플링되어 전자기장을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)는 하나의 급전부(250)와 동시에 커플링될 수 있고, 하나의 급전부(250)와 동시에 커플링된 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)에서 각각 전자기장 형태의 전력을 출력 또는 전송할 수 있다.
도 8에 도시된 실시예에 따르면, 급전부(250)는 제 1 공진기 하우징(231)과 제 2 공진기 하우징(241) 사이에 형성된 공간 상에서 각도(θ)가 가변될 수 있다. 제 1 공진기 하우징(231) 및/또는 제 2 공진기 하우징(241)에 대한 급전부(250)의 각도가 가변되면, 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)가 각각 급전부(250)와 커플링되어 외부로 출력 또는 전송하는 전력의 크기가 서로 상이해질 수 있다. 예컨대, 급전부(250)를 제 1 공진기 하우징(231) 및 제 2 공진기 하우징(241) 중 제 1 공진기 하우징(231)에 더 가깝게 기울이면, 제 1 공진기(230)로부터 출력 또는 전송되는 전력의 크기가 제 2 공진기(240)로부터 출력 또는 전송되는 전력의 크기보다 클 수 있다. 여기서 급전부가 어떤 공진기 하우징에 대하여 가깝게 기울어진다는 것은, 급전부와 어떤 공진기 하우징 사이의 각도가 작아지는 것을 의미할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 급전부(250)의 각도를 변화시킴으로써, 급전부(250)까 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240) 중 어느 하나와 선택적으로 커플링되도록 할 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 급전부(250)가 급전하는 대상은 무선 전력 송신 장치(200) 주변의 환경에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신 장치(200) 주변에 지면에 배치된 전자 장치가 있는 경우(예: 도 3의 전자 장치(350-1))에는 급전부(250)가 제 1 공진기 하우징(231)에 대해서 형성한 각도(θ)가 작게 형성될 수 있다. 이때 제 1 공진기(230)의 제 1 코일(236)과 급전부(250)는 인접하게 배치되며, 제 1 코일(236)과 급전부(250) 간의 커플링 효율이 높아질 수 있다. 또 한 예를 들면, 무선 전력 송신 장치(200) 주변에 지면으로부터 소정 높이에 위치한 전자 장치가 있는 경우(예: 도 3의 전자 장치(350-2))에는 급전부(250)가 제 1 공진기(230)에 대해서 형성한 각도(θ)가 크게 형성되어 급전부(250)와 제 2 공진기(240) 코일(246) 사이의 거리가 인접하게 될 수 있다.
일 실시예에 따르면 제 1 공진기(230) 및 제 2 공진기(240)가 하나의 급전부(250)를 공유하는 경우, 급전부(250)는 전자 장치에 송신되는 전력 효율이 좋은 최적의 각도를 가질 수 있다. 이 경우 급전부(250)는 어느 하나의 공진기를 메인 공진기로 삼아 커플링되고, 다른 하나의 공진기를 서브 공진기로 삼아 커플링될 수 있다. 예를 들면, 급전부(250)는 메인 공진기로서 제 1 공진기(230)가 할당되어 커플링될 수 있고, 서브 공진기로서 제 2 공진기(240)가 할당되어 커플링될 수 있다.
도 9는, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(200)를 이용한 복수의 전자 장치의 충전 동작을 나타내는 도면이다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 도 1 내지 도 6에서 전술한 무선 전력 송신 장치(200)를 이용하여 상기 무선 전력 송신 장치(200)를 이용하여 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 350-5)에 대한 전력 송신 기능을 수행할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 무선 전력 송신 장치(200)를 이용하여 상기 전력 송신 기능뿐만 아니라, 사용자로 하여금 상기 적어도 하나의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 350-5)의 충전 상태 모니터링 정보가 직관적으로 인식될 수 있도록 다양한 표시 방법을 제공할 수도 있다. 예컨대 상기 충전 상태 모니터링 정보를 표시하기 위하여, 베이스 하우징(210)의 일면에 표시부를 구비하거나, 발광 모듈을 구비할 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 충전 상태 모니터링 정보를 표시하기 위하여, 표시부(예: 디스플레이)가 구비된 전자 장치(예: 350-1)를 이용할 수도 있다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200) 주변의 X축과 Y축에 의해 정의되는 가상의 평면 상에, 복수 개의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 350-5)가 배치될 수 있다. 이 중 제 1 전자 장치(350-1)는, 무선 전력 송신 장치(200)를 위에서 바라볼 때, 무선 전력 송신 장치(200)의 좌측 상단에 배치될 수 있고, 이때 제 1 전자 장치(350-1)의 전력 상태는 95%에 해당될 수 있다. 제 2 전자 장치(350-2)는, 무선 전력 송신 장치(200)를 위에서 바라볼 때, 무선 전력 송신 장치(200)의 좌측 하단에 배치될 수 있고, 이때 제 2 전자 장치(350-2)의 전력 상태는 18%에 해당될 수 있다. 제 3 전자 장치(350-3)는, 무선 전력 송신 장치(200)를 위에서 바라볼 때, 무선 전력 송신 장치(200)의 우측 상단에 배치될 수 있고, 이때 제 3 전자 장치(350-2)는 무선 전력 송신장치(100)와 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 350-5) 사이에 무선 전력 송신을 위한 유효 거리(A)를 벗어나 배치되므로 충전 효율이 떨어지거나 충전이 이루어지지 않을 수 있다. 제 4 전자 장치(350-4)는, 무선 전력 송신 장치(200)를 위에서 바라볼 때, 무선 전력 송신 장치(200)의 하단에 배치될 수 있고, 이때 제 4 전자 장치(350-4)의 전력 상태는 70%에 해당될 수 있다. 제 5 전자 장치(350-5)는, 무선 전력 송신 장치(200)를 위에서 바라볼 때, 무선 전력 송신 장치(200)의 우측 하단에 배치될 수 있고, 이때 제 5 전자 장치(350-5)의 전력 상태는 100%에 해당될 수 있다. 상술한 예시에서, 무선 전력 송신 장치(200)는 제 1 전자 장치(350-1), 제 2 전자 장치(350-2), 제 4 전자 장치(350-4)에 대한 무선 전력 송신 동작을 수행할 수 있다.
예를 들면, 제 1 전자 장치(350-1) 및 제 2 전자 장치(350-2)는 디스플레이를 포함하는 스마트 폰과 같이 동일 시간 대비 전력 소모량이 큰 전자 장치가 해당되고, 제 4 전자 장치(350-4)는 상대적으로 전력 소모량이 적은 웨어러블 전자 장치에 해당될 수 있다. 도 9에 도시된 실시예에서, 제 1 전자 장치(350-1) 및 제 2 전자 장치(350-2)는 지면에 눕혀진 상태일 수 있다. 이와 달리, 제 4 전자 장치(350-2)는 지면에 대해 수직한 상태로 세워지거나 사용자(400)의 손에 파지된 상태로서, 지면으로부터 소정거리 이격되어 있을 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)는, 프로세서(102)를 이용하여 주변에 배치된 전자 장치의 종류, 전자 장치의 충전 상태, 전자 장치와 무선 전력 송신 장치(200) 사이의 거리, 주변에 배치된 전자 장치의 거치/회수 여부, 이물질 감지 여부, 또는 전력 수신량의 변화 등에 따라 전력 송신 효율을 조절할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 송신 장치(200)는, 무선 전력 송신 장치(200) 주변에 배치된 복수의 전자 장치들(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 350-5) 중에서, 제 1 전자 장치(350-1)가 가장 가까이 배치된 경우, 제 1 전자 장치(350-1)에 대한 전력 송신 효율을 높이기 위해 무선 전력 송신 장치(200)의 베이스 하우징(210)에 대하여 수평하게 배치된 제 1 공진기(230)에 대한 전력 공급량을 제 2 공진기(240)에 대한 전력 공급량에 비해 크게 설정할 수 있다.
또 한 예를 들면, 무선 전력 송신 장치(200)는, 무선 전력 송신 장치(200) 주변에 배치된 복수의 전자 장치들(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 350-5) 중에서, 제 2 전자 장치(350-2)가 충전 효율이 가장 낮으므로, 제 2 전자 장치(350-2)에 대한 전력 송신 효율을 높이기 위해 무선 전력 송신 장치(200)의 베이스 하우징(210)에 대하여 수평하게 배치된 제 1 공진기(230)에 대한 전력 공급량을 제 2 공진기(240)에 대한 전력 공급량에 비해 크게 설정할 수 있다.
또 한 예를 들면, 무선 전력 송신 장치(200)는, 제 4 전자 장치(350-4)에 대한 충전 효율을 높이기 위해 무선 전력 송신 장치(200)의 베이스 하우징(210)에 대하여 수직하게 배치된 제 2 공진기(240)에 대한 전력 공급량을 제 1 공진기(230)에 대한 전력 공급량에 비해 크게 설정할 수 있다.
본 개시의 무선 전력 송신 장치(200)의 전력 송신 효율을 조절하는 방법은 상술한 실시예 외에도 실시예에 따라 다양할 수 있다.
도 10은, 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치(200)의 전자 장치의 자세 정보에 따른 무선 충전 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 동작 S1001과 관련하여, 무선 전력 송신 장치(200)의 적어도 하나의 센서(110) 또는 근거리 통신 모듈(103)을 통하여, 전자 장치가 충전 가능 거리 내에 위치됨을 확인할 수 있다.
전자 장치가 무선 전력 송신 장치(200)의 충전 가능한 유효 범위(A)내에 위치한 경우, 무선 전력 송신 장치(200)는 전자 장치로부터 다양한 (예컨대,전자 장치들(의 다양한 유형, 복수 개의 전자 장치들의 다양한 요구 전력 정보, 복수 개의 전자 장치들의 다양한 전력과 관련된 전압 또는 전류 정보, 복수 개의 전자 장치들의 다양한 정격(rating)(예컨대, 실효값) 정보, 복수 개의 전자 장치들의 orientation 정보(예컨대, 자세 정보))을 수신받을 수 있다. 도 4에는 동작 S1002와 관련하여 무선 전력 송신 장치(200)가 전자 장치의 모션 정보(자세 정보)를 받는 것이 도시된다.
동작 S1003과 관련하여, 무선 전력 송신 장치(200)에 복수 개의 공진기, 예를 들면, 수평으로 눕혀진 제 1 공진기(230)와 수직으로 세워진 제 2 공진기(240)가 포함된 경우, 상기 전자 장치의 자세 정보에 따라, 전력 전송에 적합한 공진기를 선택하여 급전부를 통해 무선 전력을 커플링시킬 수 있다.
동작 S1004와 관련하여, 선택된 공진기에 전자기장을 형성시키기 위하여, 해당 공진기를 지향하는 급전부(220)에 교류 전력(또는 전류)을 인가할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)의 무선 충전 동작 실시예와 관련하여 이밖에 다양한 실시예가 적용될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200) 주위에 하나의 전자 장치가 위치한 경우에, 무선 전력 송신 장치(200)는 상기 하나의 전자 장치가 전력 수신이 가능한 상태인 경우 이에 대한 충전 동작을 수행할 수 있다.
이와 달리, 무선 전력 송신 장치(200) 주위에 복수 개의 전자 장치가 배치된 경우는, 기 설정된 알고리즘에 따른 충전 우선 순위에 의해 상기 복수 개의 전자 장치에 대한 전력을 전송할 수 있다. 프로세서(102)는 상기 기 설정된 알고리즘에 따른 충전 우선 순위에 의해 상기 복수 개의 전자 장치에 대한 전력을 전송하도록 전력 송신 회로(172)를 제어할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)는 복수 개의 전자 장치의 충전 상태 정보에 기반하여, 기 설정된 알고리즘에 따라 는 복수 개의 전자 장치에 대한 충전 우선 순위를 스스로 결정할 수 있다. 그리고 결정된 우선 순위에 따라 전자 장치에 대한 전력을 배분할 수 있다.
예를 들면, 저전력 상태인 전자 장치에 대하여 높은 우선 순위를 부여할 수 있다. 예를 들면, 전력 소모가 큰 전자 장치에 대하여 높은 우선 순위를 부여할 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 전자 장치의 전력 상태가 동일한 경우에는 전력을 동일하게 배분하여 전송할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 현재 사용중인 전자 장치에 대하여 높은 우선 순위를 부여할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신 장치(200)와 거리가 가까운 전자 장치에 대하여 높은 우선 순위를 부여할 수 있다.
도 11은, 다양한 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치(200)의 주변에 전자 장치가 가까워 지는 경우, 무선 충전 효율이 증가되는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)의 주변에 전자 장치(350)가 배치된 것이 도시된다. 예를 들면, 전자 장치(350)는 눕혀진 상태에서 무선 전력 송신 장치(100)의 주변에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 전자 장치(350)는 사용자에 의해 이동되어 무선 전력 송신 장치(100)에 보다 가까이 배치될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(350)는 위치 P1에서 위치 P2로 이동될 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 장치(200)의 프로세서(102)는 센서(107) 및/또는 센서(157)로부터 검출된 데이터를 이용하여 전자 장치(350)가 눕혀진 상태임을 판단하고, 무선 전력 송신 장치(200)에 가까워진 상태임을 판단할 수 있다. 나아가, 무선 전력 송신 장치(200)에 전자 장치(350)가 가까워질 때, 보다 큰 전력을 송신하도록 하는 알고리즘이 미리 지정된 경우, 상기 프로세서(102)는 전자 장치(350)에 보다 큰 전력을 송신하도록 코일(173)에 인가되는 전력의 크기를 증가시킬 수 있다. 여기서 프로세서(102)는 상기 수평으로 눕혀진 제 1 공진기(230)에 급전함으로써 상기 전자 장치(350)에 전력을 송신할 수 있다.
본 문서에 발명된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", “A 또는 B 중 적어도 하나,”"A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,”및 “A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, “기능적으로” 또는 “통신적으로”라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, “커플드” 또는 “커넥티드”라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 발명된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 전자 장치(예: 도 3의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3))에 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치(예: 도 3의 무선 전력 송신 장치(200))에 있어서, 베이스 하우징(예: 도 3의 베이스 하우징(210)); 상기 베이스 하우징의 일측에 결합 가능한 공진기 하우징(예: 도 3의 제 1 공진기 하우징(231) 및/또는 제 2 공진기 하우징(241))을 포함하고, 상기 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 적어도 하나의 공진기(예: 도 3의 제 1 공진기(230) 및/또는 제 2 공진기(240)); 및 상기 베이스 하우징에 배치되고, 상기 전자 장치에 무선 전력을 송신하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 상기 공진기와 커플링되는 급전부(예: 도 3의 급전부(250));를 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 적어도 하나의 공진기는 상기 베이스 하우징에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 적어도 하나의 공진기는, 내측에 중공부가 형성된 링 형상의 공진기일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 적어도 하나의 공진기는, 상기 베이스 하우징의 일측에 결합 가능한 제 1 공진기 하우징을 포함하고, 상기 제 1 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 1 공진기 및 상기 베이스 하우징의 일측에 결합 가능한 제 2 공진기 하우징을 포함하고, 상기 제 2 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 2 공진기를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 베이스 하우징은, 상기 제 1 공진기 하우징 안착시, 상기 제 1 공진기 하우징의 중공부에 대응하는 외주연과, 상기 제 1 공진기 하우징을 지지하기 위한 단턱부를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 베이스 하우징은, 상면에 상기 제 2 공진기 하우징을 결합시키기 위한 홈이 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 제 1 공진기 하우징은 지면에 대하여 수평인 방향으로 상기 베이스 하우징에 결합되고, 상기 제 2 공진기 하우징은 상기 제 1 공진기 하우징에 대하여 수직방향으로 상기 베이스 하우징에 결합될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 급전부는, 상기 제 1 공진기에 전자기장을 생성하기 위한 제 1 급전부;및 상기 제 2 공진기에 전자기장을 생성하기 위한 제 2 급전부;를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 급전부는 상기 공진기에 대하여 각도가 가변 될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 급전부는 무선 전력 송신 장치 주변에 배치된 전자 장치의 자세 정보에 따라 상기 공진기에 대하여 각도가 가변될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 베이스 하우징의 내부공간에는 적어도 하나의 팬이 수용되고, 상기 베이스하우징의 외주연에는 상기 팬으로부터 배출된 냉기가 토출되는 적어도 하나의 토출구가 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 공진기 하우징에는 상기 팬으로부터 배출된 냉기를 흡기하는 흡기구 및 상기 흡기구로부터 유입되어 상기 공진기 하우징 내부를 유동한 배기를 배출하기 위한 배기구가 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 적어도 하나의 공진기의 송신 전압 또는 송신 전류를 측정하는 적어도 하나의 센서를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 프로세서는, 기 설정된 알고리즘에 따라 전자 장치에 전송되는 전력의 효율을 조절하도록 상기 전력 송신 회로를 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 무선 전력 송신 장치 주위에 복수 개의 전자 장치가 배치된 경우에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 복수 개의 전자 장치에 대한 기 설정된 알고리즘에 따른 충전 우선 순위에 의해 전력을 전송하도록 상기 전력 송신 회로를 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 전자 장치(예: 도 3의 전자 장치(350-1, 350-2, 350-3))에 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치(예: 도 3의 무선 전력 송신 장치(200))에 있어서, 베이스 하우징(예: 도 3의 베이스 하우징(210)); 지면에 대하여 수평인 방향으로 상기 베이스 하우징에 탈착 가능한 제 1 공진기 하우징(예: 도 3의 제 1 공진기 하우징(231))을 포함하고, 상기 제 1 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 1 공진기(예: 도 3의 제 1 공진기(230)); 지면에 대하여 수직방향으로 상기 베이스 하우징에 탈착 가능한 제 2 공진기 하우징(예: 도 3의 제 2 공진기 하우징(241))을 포함하고, 상기 제 2 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 2 공진기(예: 도 3의 제 2 공진기(240)); 및 상기 베이스 하우징에 배치되고, 상기 전자 장치에 무선 전력을 송신하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 상기 제 1 공진기 또는 제 2 공진기 중 적어도 하나의 공진기와 커플링되는 급전부(예: 도 3의 급전부(250));및 상기 무선 전력 송신 장치 주변의 전자 장치의 충전 상태 모니터링 정보 및 전자 장치의 자세 정보에 따라 상기 급전부의 상기 제 1 공진기 또는 상기 제 2 공진기에 대한 급전 여부를 제어하는 프로세서(예: 도 2a의 프로세서(102))를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 충전 상태 모니터링 정보는, 전압(voltage) 정보, 전류(current) 정보, SOC(state of charge), SOH(state of health) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 적어도 하나의 공진기의 송신 전압 또는 송신 전류를 측정하는 적어도 하나의 센서를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 급전부는, 상기 제 1 공진기에 전자기장을 생성하기 위한 제 1 급전부;및 상기 제 2 공진기에 전자기장을 생성하기 위한 제 2 급전부;를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 급전부는 무선 전력 송신 장치 주변에 배치된 전자 장치의 자세 정보에 따라 상기 공진기에 대하여 각도가 가변될 수 있다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
100: 무선 전력 송신 장치
102: 프로세서
103: 근거리 통신 모듈
105: 메모리
106: 전력 소스
107: 센서
109: 전력 송신 회로
150: 전자 장치
151: 차저
152: 프로세서
153: 근거리 통신 모듈
154: 배터리
155: 메모리
157: 센서
159: 전력 수신 회로
171: 전력 증폭기
172: 매칭 회로
173: 급전부
181: 수신 공진기
200: 무선 전력 송신 장치
210: 하우징
220: 표시부
230: 제 1 공진기
231: 제 1 공진 하우징
240: 제 2 공진기
241: 제 2 공진 하우징
350: 전자 장치

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    베이스 하우징;
    상기 베이스 하우징의 일측에 결합 가능한 공진기 하우징을 포함하고, 상기 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 적어도 하나의 공진기; 및
    상기 베이스 하우징에 배치되고, 상기 전자 장치에 무선 전력을 송신하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 상기 공진기와 커플링되는 급전부;를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진기는 상기 베이스 하우징에 탈착 가능하게 결합된 무선 전력 송신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진기는, 내측에 중공부가 형성된 링 형상의 공진기인 무선 전력 송신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진기는,
    상기 베이스 하우징의 일측에 결합 가능한 제 1 공진기 하우징을 포함하고, 상기 제 1 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 1 공진기 및
    상기 베이스 하우징의 일측에 결합 가능한 제 2 공진기 하우징을 포함하고, 상기 제 2 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 2 공진기를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 베이스 하우징은,
    상기 제 1 공진기 하우징 안착시, 상기 제 1 공진기 하우징의 중공부에 대응하는 외주연과, 상기 제 1 공진기 하우징을 지지하기 위한 단턱부를 포함하는 문선 전력 송신 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 베이스 하우징은,
    상면에 상기 제 2 공진기 하우징을 결합시키기 위한 홈이 형성된 무선 전력 송신 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 공진기 하우징은 지면에 대하여 수평인 방향으로 상기 베이스 하우징에 결합되고,
    상기 제 2 공진기 하우징은 상기 제 1 공진기 하우징에 대하여 수직방향으로 상기 베이스 하우징에 결합되는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 급전부는,
    상기 제 1 공진기에 전자기장을 생성하기 위한 제 1 급전부;및
    상기 제 2 공진기에 전자기장을 생성하기 위한 제 2 급전부;를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 급전부는 상기 공진기에 대하여 각도가 가변 가능한 무선 전력 송신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 급전부는 무선 전력 송신 장치 주변에 배치된 전자 장치의 자세 정보에 따라 상기 공진기에 대하여 각도가 가변 가능한 무선 전력 송신 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 하우징의 내부공간에는 적어도 하나의 팬이 수용되고, 상기 베이스하우징의 외주연에는 상기 팬으로부터 배출된 냉기가 토출되는 적어도 하나의 토출구가 형성된 무선 전력 송신 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공진기 하우징에는 상기 팬으로부터 배출된 냉기를 흡기하는 흡기구 및 상기 흡기구로부터 유입되어 상기 공진기 하우징 내부를 유동한 배기를 배출하기 위한 배기구가 형성된 무선 전력 송신 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진기의 송신 전압 또는 송신 전류를 측정하는 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 기 설정된 알고리즘에 따라 전자 장치에 전송되는 전력의 효율을 조절하도록 상기 전력 송신 회로를 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치 주위에 복수 개의 전자 장치가 배치된 경우에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 복수 개의 전자 장치에 대한 기 설정된 알고리즘에 따른 충전 우선 순위에 의해 전력을 전송하도록 상기 전력 송신 회로를 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  16. 적어도 하나의 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    베이스 하우징;
    지면에 대하여 수평인 방향으로 상기 베이스 하우징에 탈착 가능한 제 1 공진기 하우징을 포함하고, 상기 제 1 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 1 공진기;
    지면에 대하여 수직방향으로 상기 베이스 하우징에 탈착 가능한 제 2 공진기 하우징을 포함하고, 상기 제 2 공진기 하우징 내부에 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 제 2 공진기;
    상기 베이스 하우징에 배치되고, 상기 전자 장치에 무선 전력을 송신하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 상기 제 1 공진기 또는 제 2 공진기 중 적어도 하나의 공진기와 커플링되는 급전부;및
    상기 무선 전력 송신 장치 주변의 전자 장치의 충전 상태 모니터링 정보 및 전자 장치의 자세 정보에 따라 상기 급전부의 상기 제 1 공진기 또는 상기 제 2 공진기에 대한 급전 여부를 제어하는 프로세서를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 충전 상태 모니터링 정보는, 전압(voltage) 정보, 전류(current) 정보, SOC(state of charge), SOH(state of health) 중 적어도 하나를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진기의 송신 전압 또는 송신 전류를 측정하는 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 급전부는,
    상기 제 1 공진기에 전자기장을 생성하기 위한 제 1 급전부;및
    상기 제 2 공진기에 전자기장을 생성하기 위한 제 2 급전부;를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 급전부는 무선 전력 송신 장치 주변에 배치된 전자 장치의 자세 정보에 따라 상기 공진기에 대하여 각도가 가변 가능한 무선 전력 송신 장치.

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