KR20230110135A - 무선 전력 송신 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

무선 전력 송신 장치가 개시된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치는 일 단과 타 단 각각이 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버를 포함하는 송신 코일, 상기 송신 코일을 포함하는 공진 회로의 임피던스 변화량에 대응되는 전압값을 출력하는 임피던스 센서, 측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체, 상기 자성체를 이동시키기 위한 모터, 및 상기 임피던스 센서로부터 상기 출력된 전압값을 수신하고, 레퍼런스 전압값과 상기 수신된 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 통해 상기 모터를 구동시켜 상기 자성체와 상기 송신 코일의 상기 일부분 사이의 거리를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 이의 동작 방법{APPARATUS OF TRANSMITTING WIRELESS POWER AND OPERATING METHOD THEREOF}
다양한 실시 예들은 무선 전력 송신 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
무선 전력 송신 장치는 공진(resonance) 방식을 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(예: 스마트폰)로 전송할 수 있다. 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 송신 장치에 접근할수록 무선 전력 수신 장치에 포함된 금속으로 인해 무선 전력 송신 장치의 송신 코일의 인덕턴스가 감소할 수 있다. 송신 코일의 인덕턴스가 감소하면 무선 전력 송신 장치의 공진 회로의 임피던스와 공진 주파수가 변화될 수 있고, 이러한 변화에 의해 무선 전력 송신 효율이 감소할 수 있다.
기존의 무선 전력 송신 장치는 복수의 전력 스위치들과 복수의 커패시터들을 포함하는 스위치드 커패시터(switched capacitor) 회로 또는 복수의 전력 스위치들과 복수의 인덕터들을 포함하는 스위치드 코일(switched coil) 회로를 이용하여 공진 회로의 임피던스 변화를 보상할 수 있다. 공간 무선 충전(space wireless charging)이 가능한 무선 전력 송신 장치는 원거리에 있는 무선 전력 수신 장치에 무선 전력을 송신하기 위해서 공진 회로를 통해 강한 자기장을 형성할 수 있다. 강한 자기장의 형성을 위해 공진 회로에 고전류가 흐를 수 있고 고전압이 인가될 수 있다. 공간 무선 충전에서 상기 스위치드 커패시터 회로 또는 스위치드 코일 회로에 포함된 전력 스위치들이 상기 고전압과 고전류를 감당하기에 한계가 있을 수 있다. 또한, 스위치드 커패시터 회로와 스위치드 코일 회로에서, 전력 스위치의 드레인-소스(drain-source)의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)에 의해 공진 주파수가 변화할 수 있고, 전력 스위치의 온(on) 저항(Rds,on)에 의해 공진 회로의 Q 팩터(quality factor)가 감소할 수 있으며, 에너지 손실이 발생할 수 있다.
다양한 실시 예들은 공간 무선 충전에서 송신 코일에 고전압이 인가되고 송신 코일에 고전류가 흐를 때 임피던스 변화를 보상할 수 있는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시 예들은 공간 무선 충전에서 송신 코일과 자성체 사이의 거리를 조절하여 임피던스 변화를 보상할 수 있는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 위에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
다양한 실시 예들에 따른 무선 전력 송신 장치는 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버를 포함하는 송신 코일, 상기 송신 코일 및 상기 송신 코일과 직렬 및/또는 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 공진 회로, 상기 무선 전력 송신 장치의 제1 지점에서 측정된 전압 및 전류에 기반하여 임피던스를 검출하느는 임피던스 센서, 측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체, 상기 자성체를 이동시키기 위한 모터, 및 상기 임피던스 센서로부터 상기 검출된 임피던스를 전압값 형태로 수신하고, 레퍼런스 전압값과 상기 수신된 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 통해 상기 모터를 구동시켜 상기 자성체와 상기 송신 코일의 상기 일부분 사이의 거리를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 송신하기 위한 송신 코일과 커패시터를 포함하는 공진 회로(상기 송신 코일은 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버를 포함함), 상기 공진 회로에 공급되는 전력의 제1 전압값과 상기 공진 회로에 의해 반사된 반사 전력의 제2 전압값을 출력하는 임피던스 센서, 측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체, 상기 자성체를 이동시키기 위한 모터, 및 상기 출력된 제1 및 제2 전압값을 기초로 상기 공진 회로의 임피던스 크기의 변화량을 계산하고, 레퍼런스 전압값과 상기 계산된 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 기초로 상기 모터를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 송신하기 위한 송신 코일과 커패시터를 포함하는 공진 회로(상기 송신 코일은 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버를 포함함), 상기 공진 회로에 공급되는 전류의 크기를 측정한 제1 측정값과 상기 공진 회로에 인가되는 전압의 크기를 측정한 제2 측정값을 출력하는 임피던스 센서, 측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체, 상기 자성체를 이동시키기 위한 모터, 및 상기 출력된 제1 및 제2 측정값을 기초로 상기 공진 회로의 임피던스 크기의 변화량을 계산하고, 레퍼런스 전압값과 상기 계산된 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 기초로 상기 모터를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 방법은 상기 무선 전력 송신 장치의 무선 충전 공간에 무선 전력 수신 장치가 위치하여 상기 무선 전력 수신 장치에 의해 상기 무선 전력 송신 장치의 공진 회로의 임피던스가 변화한 경우, 상기 공진 회로의 임피던스 변화에 대응되는 전압값을 생성하는 동작, 레퍼런스 전압값과 상기 생성된 전압값 사이의 차이값을 계산하는 동작, 상기 계산된 차이값을 기초로 모터의 제어 정보를 결정하는 동작, 및 상기 결정된 제어 정보를 통해 상기 모터를 구동시켜 자성체와 상기 공진 회로 내의 송신 코일의 일부분 사이의 거리를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 무선 전력 송신 장치는 자성체의 이동을 통해 공진 회로의 임피던스 변화를 보상할 수 있어 임피던스 매칭을 달성할 수 있고, 3차원 공간에서 무선 충전을 효율적으로 수행할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 무선 전력 송신 장치는 3차원 공간의 무선 충전 영역에 위치한 여러 무선 전력 수신 장치들에 효율적으로 무선 전력을 전송할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송수신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 내지 도 7b는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 다양한 실시 예들에 따른, 송신 코일의 인덕턴스 변화의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 다른 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 내지 도 12c는 다양한 실시 예들에 따른, 송신 코일의 인덕턴스 변화의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 다양한 실시 예들에 따른, 모터에 의한 자성체의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 내지 도 14d는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 전력 증폭기의 예시들을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 내지 도 16은 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 매칭 회로의 예시들을 설명하기 위한 도면이다.
도 17a 내지 도 18b는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 공진 회로의 임피던스 변화의 감지를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송수신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템(100)은 무선 전력 송신 장치(110)와 무선 전력 수신 장치(120)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)는 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(120)에 송신할 수 있다. 도 1에는 하나의 무선 전력 수신 장치(120)가 도시되어 있으나 이는 예시적인 사항일 뿐, 무선 전력 송신 장치(110)는 복수의 무선 전력 수신 장치들에 무선 전력을 송신할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 수신 장치(110)는 무선 전력 수신이 가능한 전자 장치일 수 있다. 무선 전력 수신 장치(110)는, 예를 들어, 스마트폰, 태블릿 PC, 또는 웨어러블 디바이스(예: 무선 이어폰, 전자 시계)에 해당할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)와 무선 전력 수신 장치(120)는 하나 이상의 무선 충전 방식을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 무선 전력 송신 장치(110)는 공진 방식(예: A4WP(Alliance for Wireless Power)(또는, AFA(AirFuel Alliance) 표준)에 따라 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(120)에 송신할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)는 3차원 공간 상에 위치한 무선 전력 수신 장치(120)에 무선 전력을 전송하여 공간 무선 충전을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)는 공진 회로를 통해 비콘 신호(예: 숏 비콘 신호 및 롱 비콘 신호 중 적어도 하나)를 전송 또는 브로드캐스팅할 수 있다. 숏 비콘 신호는, 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(110)의 충전 공간(또는 충전 영역)에 위치한 물체(예: 무선 전력 수신 장치(120))에 의한 로드 변경을 검출하기 위한 비콘 신호를 나타낼 수 있다. 롱 비콘 신호는, 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(120)의 통신 회로(예: BLE(bluetooth low energy) 통신 회로)가 소정의 신호(예: BLE 통신 방식에서의 advertisement 신호)를 무선 전력 송신 장치(110)로 송신하는데 이용되는 비콘 신호를 나타낼 수 있다. 무선 전력 송신 장치(110)는 로드 변경을 검출하는 경우, advertisement 신호를 무선 전력 수신 장치(120)로부터 수신하는 경우, 및/또는 advertisement 신호의 수신 세기(예: RSSI(received signal strength indication))가 임계치 이상인 경우, 무선 전력 수신 장치(120)를 검출할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 공진 회로의 송신 코일과 가까워지면 무선 전력 송신 장치(110)의 공진 회로의 송신 코일의 인덕턴스는 감소할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 공진 회로의 송신 코일과 가까워질수록 무선 전력 송신 장치(110)의 공진 회로의 송신 코일의 인덕턴스는 더욱 감소할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(110)의 공진 회로의 송신 코일의 인덕턴스가 감소하면, 무선 전력 송신 장치(110)의 공진 회로의 임피던스와 공진 주파수는 변화할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)는 자성체 및 자성체(예: 페라이트)를 이동시키기 위한 모터를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(110)는 모터를 통해 자성체를 이동시켜 공진 회로의 임피던스 변화를 보상할 수 있다. 일례로, 무선 전력 송신 장치(110)는 자성체를 무선 전력 송신 장치(110)의 공진 회로의 송신 코일 쪽으로 접근시켜 송신 코일의 감소된 인덕턴스를 보상할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신 장치(110)에서 임피던스 매칭이 발생할 수 있고, 공진 주파수(예: 6.78MHz)에서 무선 전력 전송이 수행될 수 있다.
도 2는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 2의 무선 전력 송신 장치(110)는 어댑터(210), 전력 증폭기(220), 매칭 회로(230), 공진 회로(240), 통신 모듈(250), 센서 모듈(260), 프로세서(270), 모터(280), 및 자성체(290)를 포함할 수 있다.
도 2에서, 무선 전력 송신 장치(110)는 어댑터(210)를 포함할 수 있으나 이는 예시적인 사항일 뿐, 어댑터(210)는 무선 전력 송신 장치(110)와 별개의 장치로 구현될 수 있다.
프로세서(270)는 CPU(central processing unit), MCU(micro controller unit), FPGA(field programmable gate array) 등으로 구현될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다양한 실시 예들에 따르면, 공진 회로(240)는 송신 코일(240-1)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시되지 않았으나, 공진 회로(240)는 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있다. 공진 회로(240) 내의 커패시터는 송신 코일(240-1)과 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 센서 모듈(260)은 임피던스 센서(260-1)를 포함할 수 있다. 임피던스 센서(260-1)는 무선 전력 송신 장치(110)의 제1 지점(예: 전력 증폭기(220)의 출력 단, 매칭 회로(230)의 입력 단, 공진 회로(240)의 입력 단 등)에서 측정된 전압과 전류에 기반하여 임피던스를 검출할 수 있다. 임피던스 센서(260-1)는 검출된 임피던스를 전압값 형태로 프로세서(270)에 전송할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 충전 영역에 위치하는 경우, 무선 전력 송신 장치(110) 내에 임피던스(예: 제1 지점에서 측정된 전류 및 전압에 기반하여 검출된 임피던스)는 변화할 수 있고, 임피던스 센서(260-1)는 변화된 임피던스를 검출하여 전압값 형태로 프로세서(270)에 전송할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 임피던스 센서(260-1)는 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 무선 충전 영역에 위치하기 전 공진 회로(240)의 임피던스를 측정할 수 있다. 공진 회로(240)의 임피던스는 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 무선 충전 영역에 위치한 경우 변화할 수 있다. 임피던스 센서(260-1)는 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 무선 충전 영역에 위치한 후 공진 회로(240)의 임피던스를 측정할 수 있다. 임피던스 센서(260-1)는 공진 회로(240)의 임피던스 변화량에 대응되는 전압값을 생성하여 프로세서(270)로 출력할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 어댑터(210)는 AC(alternating current) 전류(또는 AC 전력)을 DC(direct current) 전류(또는 DC 전력)으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 어댑터(210)는, 예를 들어, PD(power delivery) 어댑터일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 전력 증폭기(220)는 어댑터(210)로부터 DC 전력을 수신할 수 있고, 수신된 DC 전력을 증폭할 수 있으며, 증폭된 DC 전력을 AC 전력으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 전력 증폭기(220)의 동작 주파수는 공진 회로(240)의 공진 주파수와 동일할 수 있다. 전력 증폭기(220)으로부터 출력되는 AC 전력의 주파수는 공진 주파수(예: 6.78MHz)를 가질 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 전력 증폭기(220)의 동작 주파수는 공진 주파수와 다를 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 전력 증폭기(220)로부터 출력되는 AC 전력은 매칭 회로(230)를 거쳐 공진 회로(240)로 전달될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 매칭 회로(230)는, 예를 들어, T형 회로, 파이(π)형 회로, 또는 LCC 회로를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다양한 실시 예들에 따르면, 공진 회로(240)는 전달받은 AC 전력을 통해 전자기장을 생성할 수 있다. 공진 회로(240) 내의 송신 코일(240-1)에 AC 전류가 흐르면 송신 코일(240-1)은 전자기장을 생성할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(120) 내의 공진 회로에는 전자기장에 의해 유도 기전력이 발생할 수 있다. 이에 따라, 공진 회로(240)는 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(120)로 전송할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)는 통신 모듈(250)을 통해 무선 전력 수신 장치(120)와 아웃-밴드(out-band) 통신을 수행할 수 있다. 아웃 밴드 통신은 공진 주파수와 다른 주파수를 이용하는 통신을 나타낼 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 통신 모듈(250)은, 예를 들어, BLE 통신 모듈(또는 통신 회로)을 포함할 수 있다. 통신 모듈(250)은 무선 전력 수신 장치(120)로부터 도 1을 통해 설명한 advertisement 신호를 수신할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 공진 회로(240)와 통신 모듈(250)은 하나의 하드웨어로 구현될 수 있어, 무선 전력 송신 장치(110)는 인-밴드(in-band) 통신을 무선 전력 수신 장치(120)와 수행할 수도 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 통신 모듈(250)은 무선 전력 수신 장치(120)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 전력 정보는, 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(120)의 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율, 위치 이동에 관한 정보(예: 이동 거리 또는 위치 관계 변화) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 임피던스 센서(260-1)로부터 전압값을 수신할 수 있고, 레퍼런스 전압값과 수신된 전압값 사이의 차이값을 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 계산된 차이값을 기초로 모터(280)의 제어 정보(예: 모터(280)의 회전 방향과 회전 수)를 결정할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 프로세서(270)는 계산된 차이값이 음수인지 양수인지 여부를 판단하여 모터(280)의 회전 방향을 결정할 수 있고, 계산된 차이값의 크기(magnitude)를 이용하여 모터(280)의 회전수를 결정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 전력 증폭기(220)의 효율을 측정 또는 계산할 수 있다. 전력 증폭기(220)의 효율은, 예를 들어, 전력 증폭기(220)의 입력 전력과 출력 전력 사이의 비율에 해당할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 충전 영역에 위치하는 경우, 무선 전력 송신 장치(110) 내에 임피던스(예: 제1 지점에서 측정된 전류 및 전압을 기초로 검출된 임피던스, 공진 회로(240)의 임피던스 등)는 변화할 수 있고, 이러한 변화에 의해 전력 증폭기(220)의 효율은 변경(또는 감소)할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 충전 영역에 위치한 후 프로세서(270)는 전력 증폭기(220)의 효율을 측정할 수 있다. 프로세서(270)는 레퍼런스 효율과 측정된 효율 사이의 차이값을 계산할 수 있고, 계산된 차이값을 기초로 모터(280)의 제어 정보를 결정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 모터(280)의 제어 정보를 통해 모터(280)를 구동시켜 공진 회로(240) 내의 송신 코일(240-1)과 자성체(290) 사이의 거리를 제어 또는 조절할 수 있다. 모터(280)가 회전함으로써 자성체(290)는 이동할 수 있고, 자성체(290)의 이동에 의해 송신 코일(240-1)의 변화되었던 인덕턴스가 조정(또는 보상, 증가)될 수 있다. 이로 인해, 공진 회로(240)에 임피던스 매칭이 발생할 수 있다.
도 3 내지 도 7b는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도 2의 자성체(290)의 일 예시가 도시되고, 도 4에 송신 코일(240-1)의 일 예시가 도시된다. 도 4의 송신 코일(400)은 도 4의 송신 코일(400)과 동일한 모양의 하우징 내에 위치할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 3의 자성체(310)는 직육면체의 모양을 가질 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 자성체(310)는 도 8a와 8b를 통해 설명할 시뮬레이션 결과를 통해 적절한(또는 최적의) 폭, 길이, 및 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 4의 송신 코일(400)은 제1 멤버(410)와 제2 멤버(420)를 포함할 수 있다. 제1 멤버(410)는 구부러진 커브 부분(410-1), 제1 기둥(pillar) 부분(410-2), 및 제2 기둥 부분(410-3)을 포함할 수 있다. 제1 멤버(410)는 U 형태일 수 있다. 제1 멤버(410)의 일 측과 타 측 각각은 제1 평면(예: xy 평면)과 제1 각도를 형성할 수 있다. 제1 각도는, 예를 들어, 90도일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 일례로, 제1 기둥 부분(410-2)과 제2 기둥 부분(410-3) 각각은 제1 평면과 제1 각도를 형성할 수 있다. 제2 멤버(420)는 제1 평면 상에 배치될 수 있다. 제2 멤버(420)는 제1 기둥 부분(410-2) 및 제2 기둥 부분(410-3) 각각과 연결될 수 있다. 제2 멤버(420)는 루프 형태일 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 제2 멤버(420)는 원(circular) 형태를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다각 형태(예: 사각 형태)를 가질 수 있다.
도 5에 -y축 방향에서 도 4에 도시된 송신 코일(400)과 자성체(310)를 바라봤을 때의 측면도가 도시되고, 도 6에 z축 방향에서 송신 코일(400)과 자성체(310)를 바라봤을 때의 평면도가 도시된다. 도 6에 설명의 편의상 커브 부분(410-1)을 도시하지 않았다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 5에 도시된 예를 참조할 때, 자성체(310)와 제2 멤버(420) 사이에 갭(gap)이 있을 수 있다. 갭은, 예를 들어, 1mm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 4 내지 도 6에 도시된 예에서, 자성체(310)의 중심점은 x축에 위치할 수 있다. 자성체(310)는 후술할 모터(280)에 의해 x축 방향에서 이동할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 무선 충전 공간에 위치하는 경우, 송신 코일(400)의 임피던스는 변화할 수 있다. 프로세서(270)는 레퍼런스 전압값과 송신 코일(400)의 임피던스 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값(ΔV1)을 계산할 수 있고, 차이값(ΔV1)이 양수(positive number)인 경우, 모터(280)를 구동하여 자성체(310)를 +x축 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 자성체(310)는 송신 코일(400)의 제2 멤버(420)와 가까워질 수 있다. 달리 표현하면, 프로세서(270)는 차이값(ΔV1)이 양수인 경우, 도 5 내지 도 6에 도시된 거리(d)가 증가하도록 할 수 있다. 차이값(ΔV1)의 크기가 양의 방향으로 크면 클수록 거리(d)는 보다 증가할 수 있다. 프로세서(270)는 차이값(ΔV1)이 음수(negative number)인 경우, 모터(280)를 구동하여 자성체(310)를 -x축 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 자성체(310)는 송신 코일(400)의 제2 멤버(420)에서 멀어질 수 있다. 달리 표현하면, 프로세서(270)는 차이값(ΔV1)이 음수인 경우, 거리(d)가 감소하도록 할 수 있다. 차이값(ΔV1)의 크기가 음의 방향으로 크면 클수록 거리(d)는 보다 감소할 수 있다.
도 6에 도시된 예에서, 제1 기둥 부분(410-2)의 단면의 형태와 제2 기둥 부분(410-3)의 단면의 형태를 타원으로 표현하였으나 이는 예시적인 사항일 뿐, 제1 기둥 부분(410-2)의 단면의 형태와 제2 기둥 부분(410-3)의 단면의 형태는 도 6에 도시된 사항으로 제한되지 않는다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 7a에 도시된 예에서, 자성체(310)의 중심점은 x축(또는 y축)과 일정 각도를 형성하는 라인 위에 위치할 수 있고, 프로세서(270)는 모터(280)를 구동하여 자성체(310)를 해당 라인의 방향으로 이동시킬 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 7b에 도시된 예에서, 자성체(310)의 중심점은 y축에 위치할 수 있고, 프로세서(270)는 모터(280)를 구동하여 자성체(310)를 y축 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 다양한 실시 예들에 따른, 송신 코일의 인덕턴스 변화의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a와 도 8b에서 도시된 예에서, x축은 도 5 내지 도 6을 통해 설명한 거리(d)에 해당할 수 있고 y축은 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)에 해당할 수 있다.
도 8a에 자성체(310)의 폭에 따른 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)의 변화의 시뮬레이션 결과가 도시되고, 도 8b에 자성체(310)의 길이에 따른 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)의 변화의 시뮬레이션 결과가 도시된다.
도 8a에서 도시된 예에서, 그래프(810-1)는 자성체(310)의 폭이 80mm이고 자성체(310)의 두께가 3mm일 때, 거리(d) 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있고, 그래프(810-2)는 자성체(310)의 폭이 50mm이고 자성체(310)의 두께가 3mm일 때 거리(d) 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있다.
도 8a에 도시된 예에서, 거리(d)가 증가할 수록 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)가 증가할 수 있다. 동일한 거리(d)에서 자성체(310)의 폭이 크면 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)가 클 수 있다.
도 8b에서 도시된 예에서, 그래프(820-1)는 자성체(310)의 길이, 폭, 및 두께 각각이 50mm, 80mm, 및 3mm 각각일 때, 거리(d) 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있다. 그래프(820-2)는 자성체(310)의 길이, 폭, 및 두께 각각이 40mm, 80mm, 및 3mm 각각일 때, 거리(d) 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있다. 그래프(820-3)는 자성체(310)의 길이, 폭, 및 두께 각각이 30mm, 80mm, 및 3mm 각각일 때, 거리(d) 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있다.
도 8b에 도시된 예에서, 거리(d)가 8cm보다 작은 경우 거리(d)가 증가할 수록 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)가 증가하는 경향을 보일 수 있고, 거리(d)가 8cm이상인 경우 거리(d)가 증가할수록 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)는 감소하는 경향을 보일 수 있다. 동일한 거리(d)에서 자성체(310)의 길이가 길면 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)가 클 수 있다. 자성체(310)의 길이가 길수록 자성체(310)의 폭 범위 내에서 자속의 자기 저항이 작아질 수 있어, 송신 코일(240-1)의 인덕턴스(L1)가 클 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 자성체(310)의 폭과 길이에 따른 송신 코일(240-1)의 인덕턴스의 변화의 시뮬레이션 결과를 통해 자성체(310)의 최적의 폭과 길이가 결정될 수 있다. 도 8a와 도 8b를 통해 설명하지 않았으나 자성체(310)의 두께에 따른 송신 코일(240-1)의 인덕턴스의 변화의 시뮬레이션 결과를 통해 자성체(310)의 최적의 두께가 결정될 수 있다.
도 9 내지 도 12는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 다른 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도 2의 자성체(290)의 다른 예시가 도시되고, 도 10에 자성체(910)와 송신 코일(400)의 사시도가 도시되며, 도 11에 z축 방향에서 도 10의 자성체(910)와 송신 코일(400)를 바라봤을 때의 평면도가 도시된다. 도 11에서 설명의 편의 상 커브 부분(410-1)을 도시하지 않았다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 9에 도시된 자성체(910)의 측면에 홈이 파여질 수 있다. 일례로, 도 9에 도시된 예와 같이, 자성체(910)의 측면에 "U" 모양의 홈이 파여질 수 있다. 다른 일례로, 자성체(910)의 측면에 "ㄷ" 모양의 홈이 파여질 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 9에 도시된 예에서, 도 12c를 통해 자세히 설명하겠지만, wn은 wa의 2배일 수 있다. wn은 자성체(910)의 넥(neck) 부분의 길이를 나타낼 수 있다. wn은 자성체(910)의 전체 길이와 파여진 홈(예: U 모양의 홈)의 최대 길이(w2) 사이의 차이일 수 있다. wa는 자성체(910)의 암(arm) 부분의 폭을 나타낼 수 있다. wa는 자성체(910)의 전체 폭과 파여진 홈(예: U 모양의 홈)의 최대 폭(w1) 사이의 차이를 2로 나눈 것일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 자성체(910)의 파여진 측면은 송신 코일(240-1)(예: 송신 코일(400))의 일부분과 마주할 수 있다. 일례로, 도 10에 도시된 예와 같이, 자성체(910)의 파여진 측면은 송신 코일(400)의 제1 멤버(410)의 제2 기둥 부분(410-3)과 마주할 수 있다. 자성체(910)의 파여진 측면은 송신 코일(400)의 기둥 부분(410-3)의 일부를 감쌀 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 전력 송신 장치(110)의 무선 충전 공간에 위치하는 경우, 송신 코일(400)의 임피던스는 변화할 수 있다. 프로세서(270)는 레퍼런스 전압값과 송신 코일(400)의 임피던스 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값(ΔV2)을 계산할 수 있고, 차이값(ΔV2)이 양수인 경우, 모터(280)를 구동하여 자성체(910)가 제2 기둥 부분(410-3)과 가까워지도록 할 수 있다. 달리 표현하면, 프로세서(270)는 차이값(ΔV2)이 양수인 경우, 도 11에 도시된 거리(d)가 증가하도록 할 수 있다. 차이값(ΔV2)의 크기가 양의 방향으로 크면 클수록 자성체(910)는 제2 기둥 부분(410-3)과 가까워 질 수 있어, 거리(d)는 보다 증가할 수 있다. 프로세서(270)는 차이값(ΔV2)이 음수인 경우, 모터(280)를 구동하여 자성체(910)가 제2 기둥 부분(410-3)에서 멀어지도록 할 수 있다. 달리 표현하면, 프로세서(270)는 차이값(ΔV2)이 음수인 경우, 거리(d)가 감소하도록 할 수 있다. 차이값(ΔV2)의 크기가 음의 방향으로 크면 클수록 자성체(910)는 제2 기둥 부분(410-3)에서 멀어질 수 있어, 거리(d)는 보다 감소할 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 다양한 실시 예들에 따른, 송신 코일의 인덕턴스 변화의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a에 자성체(910)의 폭에 따른 송신 코일(400)의 인덕턴스(L1)의 변화의 시뮬레이션 결과가 도시된다.
도 12a에서 도시된 예에서, x축은 도 11을 통해 설명한 거리(d)에 해당할 수 있고, y축은 송신 코일(400)의 인덕턴스(L1)에 해당할 수 있다.
도 12a에서 도시된 예에서, 그래프(1210-1)는 자성체(910)의 폭이 60mm이고 자성체(910)의 두께가 3mm이며 자성체(910)의 길이가 40mm일 때, 거리(d) 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있고, 그래프(1210-2)는 자성체(310)의 폭이 50mm이고 자성체(310)의 두께가 3mm이며 자성체(910)의 길이가 40mm일 때 거리(d) 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있다.
도 12a에 도시된 예에서, 거리(d)가 증가할 수록 송신 코일(400)의 인덕턴스(L1)가 증가하는 경향을 보일 수 있다. 달리 표현하면, 자성체(910)가 송신 코일(400)과 가까워질수록 인덕턴스(L1)가 증가하는 경향을 보일 수 있다. 동일한 거리(d)에서 자성체(910)의 폭이 크면 송신 코일(400)의 인덕턴스(L1)가 클 수 있다.
도 12b에 자성체(910)의 길이에 따른 송신 코일(400)의 인덕턴스(L1)의 변화의 시뮬레이션 결과가 도시된다.
도 12b에서 도시된 예에서, x축은 설명한 자성체(910)의 두께에 해당할 수 있고, y축은 송신 코일(400)의 인덕턴스(L1)에 해당할 수 있다.
도 12b에서 도시된 예에서, 그래프(1220-1)는 자성체(910)의 길이, 폭, 및 거리 각각이 60mm, 50mm, 및 8.8cm 각각일 때, 자성체(910)의 두께 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있다. 그래프(1220-2)는 자성체(310)의 길이, 폭, 및 거리 각각이 50mm, 50mm, 및 8.8cm 각각일 때, 자성체(910)의 두께 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있다. 그래프(1220-3)는 자성체(310)의 길이, 폭, 및 거리 각각이 40mm, 50mm, 및 8.8cm 각각일 때, 자성체(910)의 두께 별로 측정된 인덕턴스(L1)를 나타낼 수 있다.
도 12b에 도시된 예에서, 자성체(910)의 길이가 길고 두께가 두꺼울 수록 송신 코일(400)의 인덕턴스(L1)가 증가할 수 있다. 이는, 자성체(910)의 자기저항이 작아질 수 있고 자속이 증가하여 송신 코일(400)의 인덕턴스(L1)가 증가할 수 있다.
도 12c에 자성체(910)의 wn에 따른 자성체(910)의 최대 자속밀도의 시뮬레이션 결과가 도시된다.
도 12c에서 도시된 예에서, x축은 자성체(910)의 두께에 해당할 수 있고, y축은 자성체(910)의 최대 자속밀도에 해당할 수 있다.
도 12c에서 도시된 예에서, 그래프(1230-1)는 자성체(910)의 wn과 wa 각각이 5mm일 때 자성체(910)의 두께 별로 측정된 자성체(910)의 최대 자속밀도를 나타낼 수 있다. 그래프(1230-2)는 자성체(910)의 wn과 wa 각각이 20mm 및 5mm 각각일 때 자성체(910)의 두께 별로 측정된 자성체(910)의 최대 자속밀도를 나타낼 수 있다. 그래프(1230-3)는 자성체(910)의 wn과 wa 각각이 15mm 및 5mm 각각일 때 자성체(910)의 두께 별로 측정된 자성체(910)의 최대 자속밀도를 나타낼 수 있다. 그래프(1240-3)는 자성체(910)의 wn과 wa 각각이 10mm 및 5mm 각각일 때 자성체(910)의 두께 별로 측정된 자성체(910)의 최대 자속밀도를 나타낼 수 있다.
도 12c에 도시된 예에서, 자성체(910)의 wn과 wa 각각이 10mm 및 5mm 각각일 때 자성체(910)의 두께 별로 측정된 자성체(910)의 최대 자속밀도가 가장 작을 수 있다. 달리 표현하면, wn이 wa의 2배가 될 때 자성체(910)의 두께 별 측정된 최대 자속밀도가 최소일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 12a 내지 도 12c를 통해 설명한 시뮬레이션 결과를 통해 자성체(310)의 최적의 폭, 길이, 및 두께가 결정될 수 있고, wn과 wa가 결정될 수 있다. 이 때, wn은 wa의 2배가 될 수 있다.
도 13은 다양한 실시 예들에 따른, 모터에 의한 자성체의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
다양한 실시 예들에 따르면, 자성체(1310)(예: 자성체(310), 자성체(910))는 이동 너트(1330) 위에 위치할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 레퍼런스 전압값과 공진 회로(240)의 임피던스 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값을 계산할 수 있고, 계산된 차이값을 기초로 모터(1320)(예: 스테퍼(stepper) 모터)의 제어 정보(예: 모터(1320)의 회전 방향 및 회전 수)를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 계산된 차이값의 부호(예: +부호 또는 -부호)는 모터(1320)의 회전 방향(또는 자성체(1310)의 이동 방향)과 관련될 수 있고, 계산된 차이값의 크기는 모터(1320)의 회전 수(또는 자성체(1310)의 이동 거리)와 관련될 수 있다. 일례로, 프로세서(270)는 계산된 차이값이 diff_1(여기서, diff_1>0)인 경우 자성체(1310)가 A 방향(예: 송신 코일(400)로 향하는 방향)으로 이동하도록 모터(1320)의 회전 방향을 결정할 수 있고, diff_1의 크기를 기초로 모터(1320)의 회전수를 결정할 수 있다. 프로세서(270)는 계산된 차이값이 diff_2(여기서, diff_2<0)인 경우, 자성체(1310)가 B 방향(예: 송신 코일(400)에서 멀어지는 방향)으로 이동하도록 모터(1320)의 회전 방향을 결정할 수 있고, diff_2의 크기를 기초로 모터(1320)의 회전수를 결정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 모터(1320)의 제어 정보를 기초로 모터(1320)의 드라이버 회로를 제어하여 모터(1320)를 구동(또는 회전)시킬 수 있다. 모터(1320)가 회전함으로써 스크류 축(1340)이 회전할 수 있고 스크류 축(1340)의 회전에 의해 이동 너트(1330) 위에 위치한 자성체(1310)가 이동할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 계산된 차이값이 일정값(예: 0)에 근접할 때까지 또는 일정 범위(예: 0±α)에 속할 때까지 자성체(1310)를 이동시킬 수 있다. 프로세서(270)는 계산된 차이값이 일정값(예: 0)에 근접하거나 일정 범위(예: 0±α)에 속하는 경우 자성체(1310)를 이동시키지 않을 수 있다. 계산된 차이값이 일정값(예: 0)에 근접한 경우 또는 일정 범위(예: 0±α)에 속하는 경우는 공진 회로(240)의 임피던스 변화가 보상되고 임피던스 매칭이 발생한 경우를 나타낼 수 있다. 공진 주파수에서 무선 전력 전송 장치(110)는 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(120)로 전송할 수 있다.
도 14a 내지 도 14d는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 전력 증폭기의 예시들을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 내지 도 14d의 전력 증폭기들(1410 내지 1440) 각각은 도 2의 전력 증폭기(220)의 예시에 해당할 수 있다.
도 14a의 전력 증폭기(1410)는 클래스(class) EF2 전력 증폭기일 수 있다.
도 14b의 전력 증폭기(1420)는 클래스 F 전력 증폭기일 수 있다.
도 14c의 전력 증폭기(1430)는 클래스 E 전력 증폭기일 수 있다.
도 14d의 전력 증폭기(1440)는 차동(differential) 클래스 EF2 전력 증폭기일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 14a의 전력 증폭기(1410)는 인덕터(L2)와 커패시터(C2)의 2차 필터를 포함할 수 있다. L2와 C2의 2차 필터는 파형 쉐이핑(waveform shaping)을 수행할 수 있다. 전력 증폭기(1410)의 Vds,max는 도 14b의 전력 증폭기(1420)와 도 14c의 전력 증폭기(1430) 각각의 Vds,max보다 낮을 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 2의 전력 증폭기(220)(예: 전력 증폭기들(1410 내지 1440) 각각)는 입력 전압(VDC)(예: 어댑터(210)로부터 인가된 전압)을 통해 공진 주파수(또는 동작 주파수)(예: 6.78MHz)와 하모닉(harmonic) 주파수를 포함하는 AC 전압을 생성할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 14에 도시된 예에서, 전력 증폭기(1440) 내의 인덕터(LS)와 커패시터(Cs)의 1차 필터와 매칭 회로(230)를 통해 공진 주파수의 AC 전류가 송신 코일(Ltx)에 공급될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 전력 증폭기(1440)에서 출력된 AC 전류는 매칭 회로(230)에 의해 크기가 증가되어 송신 코일(Ltx)에 공급될 수 있다. 달리 표현하면, 송신 코일(Ltx)에 공급된 AC 전류의 크기는 전력 증폭기(1440)에서 출력된 AC 전류의 크기보다 클 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 매칭 회로(230)는 AC 전압원(예: 전력 증폭기(1440))을 AC 전류원으로 변환할 수 있다. 달리 표현하면, 전력 증폭기(1440)는 매칭 회로(230)에 의해 AC 전류원으로 동작할 수 있다. 매칭 회로(230)에 대해선 도 15 내지 도 16을 통해 자세히 설명한다.
도 15 내지 도 16은 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 매칭 회로의 예시들을 설명하기 위한 도면이다.
도 15의 (a)에 매칭 회로(230)의 일 예시로 T형 회로(1510)가 도시되고, 도 15의 (b)에 매칭 회로(230)의 다른 예시로 π형 회로(1520)가 도시되며, 도 15의 (c)에 매칭 회로(230)의 또 다른 예시로 LCC 회로(1530)가 도시된다. 도 15의 (c)에 도시된 예에서, LCC 회로(1530)는 T형 회로(1510)와 공진 회로(240)의 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, T형 회로(1510)와 π형 회로(1520)의 자이레이터(gyrator) 등가회로가 도 16의 (a)에 도시된다. T형 회로(1510)와 π형 회로(1520)에서 인덕터와 커패시터 사이의 관계는 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 매칭 회로(230)는 전력 증폭기(220)의 AC 전압원 특성을 AC 전류원으로 변환할 수 있다. 도 16의 (b)에서 단자(a)와 단자(b)에서 바라봤을 때, AC 전압원(Vs)은 매칭 회로(230)에 의해 AC 전류원(jXVs)으로 보일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, AC 전류원(jXVs)의 크기는 X(예: Cpp)에 의해 결정될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 공진 회로(240)의 임피던스가 감소하는 경우 전력 증폭기(220)에는 보다 인덕티브(inductive)한 부하가 보일 수 있다. 도 16의 (c)에서, 매칭 회로(230)의 입력 임피던스(Z1)는 공진 회로(240)의 임피던스(Z2)에 반비례할 수 있다. 공진 회로(240)의 임피던스(Z2)가 감소하는 경우 입력 임피던스(Z1)가 증가할 수 있어, 전력 증폭기(220)에는 보다 inductive한 부하가 보일 수 있다.
도 17a 내지 도 18b는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 공진 회로의 임피던스 변화의 감지를 설명하기 위한 도면이다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 17a에 도시된 예에서, 임피던스 센서(1700)는 방향성 커플러(directional coupler)(1710) 및 RF(radio frequency) 전력 감지기(power detector)들(1720, 1730)을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 방향성 커플러(1710)는 공진 회로(240)로 공급되는 전력(이하, "forward 전력(PF)"이라 지칭함)을 검출할 수 있고, 검출된 forward 전력(PF)을 RF 전력 감지기(1720)로 전달할 수 있다. 방향성 커플러(1710)는 forward 전력(PF)이 공진 회로(240)에 의해 반사된 전력(이하, "반사 전력(reflected power(PR)"이라 지칭함)을 검출할 수 있고, 검출된 반사 전력(PR)을 RF 전력 감지기(1730)로 전달할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, RF 전력 감지기(1720)는 forward 전력(PF)의 전압값(V_fwd)을 프로세서(270)로 전달할 수 있다. RF 전력 감지기(1730)는 반사 전력(PR)의 전압값(V_ref)를 프로세서(270)로 전달할 수 있다. 도 17b에 도시된 예에서, RF 전력 감지기(1720)는 forward 전력(PF)의 전압(1740)으로부터 전압값(V_fwd)을 획득하여 프로세서(270)로 전달할 수 있다. RF 전력 감지기(1730)는 반사 전력(PR)의 전압(1750)으로부터 전압값(V_ref)을 획득하여 프로세서(270)로 전달할 수 있다. 도 17a에는 2개의 RF 전력 감지기들(1720 및 1730)이 도시되어 있으나 이는 예시적인 사항일 뿐 하나의 RF 전력 감지기가 forward 전력(PF)의 전압(1740)으로부터 전압값(V_fwd)을 획득할 수 있고 반사 전력(PR)의 전압(1750)으로부터 전압값(V_ref)을 획득할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 전압값(V_fwd)과 전압값(V_ref)을 이용하여 VSWR(voltage standing wave ratio)을 계산할 수 있다. 일례로, 프로세서(270)는 아래 수학식 2를 통해 VSWR을 계산할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 VSWR을 통해 공진 회로(240)의 임피던스의 크기를 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 공진 회로(240)의 임피던스의 크기를 계산함으로써 공진 회로(240)의 임피던스 크기의 변화량(예: 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 충전 공간에 위치하기 전의 공진 회로(240)의 임피던스 크기와 위치한 후의 공진 회로(240)의 임피던스 크기 사이의 차이)을 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 레퍼런스 전압값 및 임피던스 크기의 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값을 계산할 수 있고, 계산된 차이값을 기초로 모터(280)의 제어 정보를 결정할 수 있으며, 결정된 제어 정보를 통해 모터(280)를 구동시켜 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))를 이동시킬 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 VSWR이 제1 값(예: 1)보다 큰 경우 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))를 송신 코일(400) 쪽으로 이동시킬 수 있고, VSWR이 제1 값보다 작은 경우 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))를 송신 코일(400)로부터 멀어지게 할 수 있다. 일례로, 프로세서(270)는 VSWR과 제1 값 사이의 차이값을 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 계산된 차이값이 양수인 경우 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))가 송신 코일(400)과 가까워지도록 모터(280)의 회전 방향을 결정할 수 있고, 계산된 차이값의 크기를 통해 모터(280)의 회전수를 결정할 수 있다. 프로세서(270)는 결정된 회전 방향과 회전수를 기초로 모터(280)를 구동하여 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))가 송신 코일(400)에 가까워지도록 할 수 있다. 프로세서(270)는 계산된 차이값이 음수인 경우 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))가 송신 코일(400)에서 멀어지도록 모터(280)의 회전 방향을 결정할 수 있고, 계산된 차이값의 크기를 통해 모터(280)의 회전수를 결정할 수 있다. 프로세서(270)는 결정된 회전 방향과 회전수를 기초로 모터(280)를 구동하여 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))가 송신 코일(400)에서 멀어지도록 할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 17c에 도시된 예에서, 임피던스 센서(1700)는 방향성 커플러(1710), RF 전력 감지기들(1720, 1730), 커패시터(1760-1), 홀(hall) 센서(1760-2), 제로 크로싱 감지기(zero crossing detector)들(1770, 1780), 및 위상 감지기(phase detector)(1790)를 포함할 수 있다. 도 17a를 통해 설명한 VSWR은 공진 회로(240)의 임피던스 크기와 관련된 것으로, 도 17a에 도시된 예에서 프로세서(270)는 공진 회로(240)의 임피던스의 위상(phase)을 계산하지 못할 수 있다. 도 17c에 도시된 예에서, 프로세서(270)는 VSWR을 통해 공진 회로(240)의 임피던스의 크기를 계산할 수 있고, 위상 감지기(1790)로부터 수신한 전압값(V_phs)를 통해 공진 회로(240)의 임피던스 위상을 계산할 수 있다. 이에 따라 프로세서(270)는 공진 회로(240)의 임피던스를 보다 정확히 계산할 수 있고, 공진 회로(240)의 임피던스 변화량을 보다 정확히 계산할 수 있다. 이하, 도 17c에 도시된 예에 대해 설명한다.
다양한 실시 예들에 따르면, 커패시터(1760-1)는 공진 회로(240)로 인가되는 전압을 센싱할 수 있고, 센싱된 전압(Vs)은 제로 크로싱 감지기(1770)로 입력될 수 있다. 홀 센서(1760-2)는 공진 회로(240)로 공급되는 전류를 센싱할 수 있고, 센싱된 전류(Is)는 제로 크로싱 감지기(1780)로 입력될 수 있다. 센싱된 전압(Vs)과 센싱된 전류(Is) 각각의 파형이 도 17d의 (a)에 도시되고, 제로 크로싱 감지기들(1770, 1780) 각각의 감지 결과가 도 17d 의 (b)에 된다. 도 17d의 (a)와 (b)에 도시된 것과 같이, 센싱된 전압(Vs)과 센싱된 전류(Is)는 위상차()를 가질 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 위상 감지기(1790)는 제로 크로싱 감지기들(1770, 1780) 각각으로부터 제로 크로싱 감지기들(1770, 1780) 각각의 감지 결과를 수신할 수 있고, 제로 크로싱 감지기들(1770, 1780) 각각의 감지 결과를 기초로 전압값(V_phs)을 생성할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 위상 감지기(1790)로부터 전압값(V_phs)을 수신할 수 있고, 구비된 테이블(또는 전압값들 각각과 위상차들 각각 사이의 맵핑 관계)을 참조하여 전압값(V_phs)에 대응되는 위상차()를 획득할 수 있다. 프로세서(270)는 획득된 위상차()를 기초로 공진 회로(240)의 임피던스 위상을 계산할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 VSWR을 통해 공진 회로(240)의 임피던스 크기를 계산할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 공진 회로(240)의 임피던스의 위상과 크기를 통해 공진 회로(240)의 임피던스를 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 공진 회로(240)의 임피던스를 계산함으로써 공진 회로(240)의 임피던스 변화량(예: 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 충전 공간에 위치하기 전의 공진 회로(240)의 임피던스와 위치한 후의 공진 회로(240)의 임피던스 사이의 차이)을 계산할 수 있고, 계산된 임피던스 변화량에 대응되는 전압값을 생성할 수 있다. 프로세서(270)는 레퍼런스 전압값과 생성된 전압값 사이의 차이값을 계산할 수 있고, 계산된 차이값을 기초로 모터(280)의 제어 정보를 결정할 수 있으며, 결정된 제어 정보를 통해 모터(280)를 구동시켜 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))를 이동시킬 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 18a에 도시된 예에서, 임피던스 센서(1800)는 전압 센서(1810)와 전류 센서(1820)를 포함할 수 있다. 전압 센서(1810)는 공진 회로(240)로 인가되는 전압(예: AC 전압)의 크기를 측정할 수 있고, 측정값(Vz)을 프로세서(270)에 전달할 수 있다. 전류 센서(1820)는 공진 회로(240)로 공급되는 전류(예: AC 전류)의 크기를 측정할 수 있고, 측정값(Iz)을 프로세서(270)에 전달할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(270)는 측정값(Vz)과 측정값(Iz)을 이용하여 공진 회로(240)의 임피던스의 크기를 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 공진 회로(240)의 임피던스 크기를 계산함으로써 공진 회로(240)의 임피던스 크기의 변화량(예: 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 충전 공간에 위치하기 전의 공진 회로(240)의 임피던스 크기와 위치한 후의 공진 회로(240)의 임피던스 크기 사이의 차이)을 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 계산된 변화량에 대응되는 전압값을 생성할 수 있다. 프로세서(270)는 레퍼런스 전압값과 생성된 전압값 사이의 차이값을 계산할 수 있고, 계산된 차이값을 기초로 모터(280)의 제어 정보를 결정할 수 있으며, 결정된 제어 정보를 통해 모터(280)를 구동시켜 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))를 이동시킬 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 18b에 도시된 예에서, 임피던스 센서(1800)는 전압 센서(1810), 전류 센서(1820), 커패시터(1830), 홀 센서(1840), 제로 크로싱 감지기들(1850, 1860), 및 위상 감지기(1870)를 포함할 수 있다. 도 18b의 커패시터(1830), 홀 센서(1840), 제로 크로싱 감지기들(1850, 1860), 및 위상 감지기(1870) 각각에 대한 설명은 도 17c의 커패시터(1760-1), 홀(hall) 센서(1760-2), 제로 크로싱 감지기들(1770, 1780), 및 위상 감지기(1790) 각각에 대한 설명이 적용될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 18b에 도시된 예에서, 프로세서(270)는 전압값(Vz)과 전류값(Iz)을 이용하여 공진 회로(240)의 임피던스 크기를 계산할 수 있고, 전압값(V_phs)에 대응되는 위상차()를 기초로 공진 회로(240)의 임피던스 위상을 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 공진 회로(240)의 임피던스의 위상과 크기를 통해 공진 회로(240)의 임피던스를 계산할 수 있다. 프로세서(270)는 공진 회로(240)의 임피던스를 계산함으로써 공진 회로(240)의 임피던스 변화량(예: 무선 전력 수신 장치(120)가 무선 충전 공간에 위치하기 전의 공진 회로(240)의 임피던스와 위치한 후의 공진 회로(240)의 임피던스 사이의 차이)을 계산할 수 있고, 계산된 임피던스 변화량에 대응되는 전압값을 생성할 수 있다. 프로세서(270)는 레퍼런스 전압값과 생성된 전압값 사이의 차이값을 계산할 수 있고, 계산된 차이값을 기초로 모터(280)의 제어 정보를 결정할 수 있으며, 결정된 제어 정보를 통해 모터(280)를 구동시켜 자성체(예: 자성체(310), 자성체(910))를 이동시킬 수 있다.
도 19는 다양한 실시 예들에 따른, 무선 전력 송신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
동작 1910에서, 무선 전력 송신 장치(110)는 무선 전력 송신 장치(110)의 무선 충전 공간에 무선 전력 수신 장치(120)가 위치하는 것을 감지할 수 있다.
동작 1920에서, 무선 전력 송신 장치(110)는 무선 전력 수신 장치(120)에 의해 공진 회로(240)의 임피던스가 변화한 경우, 공진 회로(240)의 임피던스 변화에 대응되는 전압값을 생성할 수 있다.
동작 1930에서, 무선 전력 송신 장치(110)는 레퍼런스 전압값과 생성된 전압값 사이의 차이값을 계산할 수 있다.
동작 1940에서, 무선 전력 송신 장치(110)는 계산된 차이값을 기초로 모터(280)의 제어 정보를 결정할 수 있다.
동작 1950에서, 무선 전력 송신 장치(110)는 결정된 제어 정보를 통해 모터(280)를 구동시켜 자성체(290)와 공진 회로(240) 내의 송신 코일(240-1)의 일부분 사이의 거리를 제어할 수 있다.
도 1 내지 도 18b를 통해 설명한 실시 예들은 도 19를 통해 설명한 실시 예들에 적용될 수 있어, 상세한 설명을 생략한다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)는 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버(예: 도 4의 제1 멤버(410)) 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버(예: 도 4의 제2 멤버(420))를 포함하는 송신 코일(예: 도 4의 송신 코일(400)), 상기 송신 코일 및 상기 송신 코일과 직렬 및/또는 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 공진 회로(예: 도 2의 공진 회로(240)), 상기 무선 전력 송신 장치의 제1 지점 에서 측정된 전압 및 전류에 기반하여 임피던스를 검출하는 임피던스 센서(예: 도 2의 임피던스 센서(260-1)), 측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체(예: 도 9의 자성체(910)), 상기 자성체를 이동시키기 위한 모터(예: 도 2의 모터(280)), 및 상기 임피던스 센서로부터 상기 검출된 임피던스를 전압값 형태로 수신하고, 레퍼런스 전압값과 상기 수신된 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 통해 상기 모터를 구동시켜 상기 자성체와 상기 송신 코일의 상기 일부분 사이의 거리를 제어하는 프로세서(예: 도 2의 프로세서(270))를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는 상기 계산된 차이값이 음수인지 양수인지 여부를 판단하여 상기 모터의 회전 방향을 결정하고, 상기 계산된 차이값의 크기를 이용하여 상기 모터의 회전수를 결정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는 상기 계산된 차이값이 제1 부호를 갖는 경우 상기 거리가 가까워지도록 상기 제어 정보를 결정하고, 상기 계산된 차이값이 제2 부호를 갖는 경우 상기 거리가 멀어지도록 상기 제어 정보를 결정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 자성체가 상기 모터에 의해 이동함으로써 상기 공진 회로에 임피던스 매칭이 발생할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 파여진 측면은 U 형태일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 자성체는 상기 송신 코일의 상기 일부분을 감쌀 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 제1 멤버는 U자 형태이고, 상기 제2 멤버는 루프 형태일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)는 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(120)로 송신하기 위한 송신 코일(예: 도 4의 송신 코일(400))과 커패시터를 포함하는 공진 회로(예: 도 2의 공진 회로(240))(여기서, 상기 송신 코일은 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버(예: 도 4의 제1 멤버(410)) 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버(예: 도 4의 제2 멤버(420))를 포함할 수 있음), 상기 공진 회로에 공급되는 전력의 제1 전압값(예: 도 17a의 전압값(V_fwd))과 상기 공진 회로에 의해 반사된 반사 전력의 제2 전압값(예: 도 17a의 전압값(V_ref))을 출력하는 임피던스 센서(예: 도 17a의 임피던스 센서(1700)), 측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체(예: 도 9의 자성체(910)), 상기 자성체를 이동시키기 위한 모터(예: 도 2의 모터(280)), 및 상기 출력된 제1 및 제2 전압값을 기초로 상기 공진 회로의 임피던스 크기의 변화량을 계산하고, 레퍼런스 전압값과 상기 계산된 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 기초로 상기 모터를 제어하는 프로세서(예: 도 2의 프로세서(270))를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는 상기 계산된 차이값이 음수인지 양수인지 여부를 판단하여 상기 모터의 회전 방향을 결정하고, 상기 계산된 차이값의 크기를 이용하여 상기 모터의 회전수를 결정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는 상기 계산된 차이값이 제1 부호를 갖는 경우 상기 거리가 가까워지도록 상기 제어 정보를 결정하고, 상기 계산된 차이값이 제2 부호를 갖는 경우 상기 거리가 멀어지도록 상기 제어 정보를 결정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 자성체가 상기 모터에 의해 이동함으로써 상기 공진 회로에 임피던스 매칭이 발생할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)는 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(120)로 송신하기 위한 송신 코일(예: 도 4의 송신 코일(400))과 커패시터를 포함하는 공진 회로(예: 도 2의 공진 회로(240))(여기서, 상기 송신 코일은 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버(예: 도 4의 제1 멤버(410)) 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버(예: 도 4의 제2 멤버(420))를 포함할 수 있음), 상기 공진 회로에 공급되는 전류의 크기를 측정한 제1 측정값(예: 도 18a의 측정값(Iz))과 상기 공진 회로에 인가되는 전압의 크기를 측정한 제2 측정값(예: 도 18a의 측정값(Vz))을 출력하는 임피던스 센서(예: 도 18a의 임피던스 센서(1800)), 측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체(예: 도 9의 자성체(910)), 상기 자성체를 이동시키기 위한 모터(예: 도 2의 모터(280)), 및 상기 출력된 제1 및 제2 전압값을 기초로 상기 공진 회로의 임피던스 크기의 변화량을 계산하고, 레퍼런스 전압값과 상기 계산된 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 기초로 상기 모터를 제어하는 프로세서(예: 도 2의 프로세서(270))를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(110)의 동작 방법은 상기 무선 전력 송신 장치의 무선 충전 공간에 무선 전력 수신 장치가 위치하여 상기 무선 전력 수신 장치에 의해 상기 무선 전력 송신 장치의 공진 회로의 임피던스가 변화한 경우, 상기 공진 회로의 임피던스 변화에 대응되는 전압값을 생성하는 동작, 레퍼런스 전압값과 상기 생성된 전압값 사이의 차이값을 계산하는 동작, 상기 계산된 차이값을 기초로 모터의 제어 정보를 결정하는 동작, 및 상기 결정된 제어 정보를 통해 상기 모터를 구동시켜 자성체와 상기 공진 회로 내의 송신 코일의 일부분 사이의 거리를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 송신 코일은 일 단과 타 단 각각이 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버와 연결되는 제2 멤버를 포함할 수 있다. 상기 자성체는 측면이 파여지고, 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 상기 일부분과 마주할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 제어 정보를 결정하는 동작은 상기 계산된 차이값이 음수인지 양수인지 여부를 판단하여 상기 모터의 회전 방향을 결정하는 동작 및 상기 계산된 차이값의 크기를 이용하여 상기 모터의 회전수를 결정하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 제어 정보를 결정하는 동작은 상기 계산된 차이값이 제1 부호를 갖는 경우 상기 거리가 가까워지도록 상기 제어 정보를 결정하고, 상기 계산된 차이값이 제2 부호를 갖는 경우 상기 거리가 멀어지도록 상기 제어 정보를 결정하는 동작을 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
110: 무선 전력 송신 장치
120: 무선 전력 수신 장치

Claims (20)

  1. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버를 포함하는 송신 코일;
    상기 송신 코일 및 상기 송신 코일과 직렬 그리고/또는 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 공진 회로;
    상기 무선 전력 송신 장치의 제1 지점에서 측정된 전압 및 전류에 기반하여 임피던스를 검출하는 임피던스 센서;
    측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체;
    상기 자성체를 이동시키기 위한 모터; 및
    상기 임피던스 센서로부터 상기 검출된 임피던스를 전압값 형태로 수신하고, 레퍼런스 전압값과 상기 수신된 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 통해 상기 모터를 구동시켜 상기 자성체와 상기 송신 코일의 상기 일부분 사이의 거리를 제어하는 프로세서
    를 포함하는,
    무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 계산된 차이값이 음수인지 양수인지 여부를 판단하여 상기 모터의 회전 방향을 결정하고, 상기 계산된 차이값의 크기를 이용하여 상기 모터의 회전수를 결정하는,
    무선 전력 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 계산된 차이값이 제1 부호를 갖는 경우 상기 거리가 가까워지도록 상기 제어 정보를 결정하고, 상기 계산된 차이값이 제2 부호를 갖는 경우 상기 거리가 멀어지도록 상기 제어 정보를 결정하는,
    무선 전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성체가 상기 모터에 의해 이동함으로써 상기 공진 회로에 임피던스 매칭이 발생하는,
    무선 전력 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 파여진 측면은 U 형태인,
    무선 전력 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자성체는 상기 송신 코일의 상기 일부분을 감싸는,
    무선 전력 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 멤버는 U 형태이고, 상기 제2 멤버는 루프 형태인,
    무선 전력 송신 장치.
  8. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 송신하기 위한 송신 코일과 커패시터를 포함하는 공진 회로 -상기 송신 코일은 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버를 포함함-;
    상기 공진 회로에 공급되는 전력의 제1 전압값과 상기 공진 회로에 의해 반사된 반사 전력의 제2 전압값을 출력하는 임피던스 센서;
    측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체;
    상기 자성체를 이동시키기 위한 모터; 및
    상기 출력된 제1 및 제2 전압값을 기초로 상기 공진 회로의 임피던스 크기의 변화량을 계산하고, 레퍼런스 전압값과 상기 계산된 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 기초로 상기 모터를 제어하는 프로세서
    를 포함하는,
    무선 전력 송신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 계산된 차이값이 음수인지 양수인지 여부를 판단하여 상기 모터의 회전 방향을 결정하고, 상기 계산된 차이값의 크기를 이용하여 상기 모터의 회전수를 결정하는,
    무선 전력 송신 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 계산된 차이값이 제1 부호를 갖는 경우 상기 자성체와 상기 송신 코일의 상기 일부분 사이의 거리가 가까워지도록 상기 제어 정보를 결정하고, 상기 계산된 차이값이 제2 부호를 갖는 경우 상기 거리가 멀어지도록 상기 제어 정보를 결정하는,
    무선 전력 송신 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 자성체가 상기 모터에 의해 이동함으로써 상기 공진 회로에 임피던스 매칭이 발생하는,
    무선 전력 송신 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 파여진 측면은 U 형태인,
    무선 전력 송신 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 자성체는 상기 송신 코일의 상기 일부분을 감싸는,
    무선 전력 송신 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 멤버는 U 형태이고, 상기 제2 멤버는 루프 형태인,
    무선 전력 송신 장치.
  15. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 송신하기 위한 송신 코일과 커패시터를 포함하는 공진 회로 -상기 송신 코일은 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버의 일 단 및 타 단 각각과 연결되는 제2 멤버를 포함함-;
    상기 공진 회로에 공급되는 전류의 크기를 측정한 제1 측정값과 상기 공진 회로에 인가되는 전압의 크기를 측정한 제2 측정값을 출력하는 임피던스 센서;
    측면이 파여지고 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 일부분과 마주하는 자성체;
    상기 자성체를 이동시키기 위한 모터; 및
    상기 출력된 제1 및 제2 측정값을 기초로 상기 공진 회로의 임피던스 크기의 변화량을 계산하고, 레퍼런스 전압값과 상기 계산된 변화량에 대응되는 전압값 사이의 차이값을 계산하며, 상기 계산된 차이값을 기초로 상기 모터의 제어 정보를 결정하고, 상기 결정된 제어 정보를 기초로 상기 모터를 제어하는 프로세서
    를 포함하는,
    무선 전력 송신 장치.
  16. 무선 전력 송신 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치의 무선 충전 공간에 무선 전력 수신 장치가 위치하여 상기 무선 전력 수신 장치에 의해 상기 무선 전력 송신 장치의 공진 회로의 임피던스가 변화한 경우, 상기 공진 회로의 임피던스 변화에 대응되는 전압값을 생성하는 동작;
    레퍼런스 전압값과 상기 생성된 전압값 사이의 차이값을 계산하는 동작;
    상기 계산된 차이값을 기초로 모터의 제어 정보를 결정하는 동작; 및
    상기 결정된 제어 정보를 통해 상기 모터를 구동시켜 자성체와 상기 공진 회로 내의 송신 코일의 일부분 사이의 거리를 제어하는 동작
    을 포함하고,
    상기 송신 코일은 일 단과 타 단 각각이 평면과 제1 각도를 형성하는 제1 멤버 및 상기 평면 상에 배치되고 상기 제1 멤버와 연결되는 제2 멤버를 포함하고,
    상기 자성체는 측면이 파여지고, 상기 파여진 측면이 상기 송신 코일의 상기 일부분과 마주하는,
    무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어 정보를 결정하는 동작은,
    상기 계산된 차이값이 음수인지 양수인지 여부를 판단하여 상기 모터의 회전 방향을 결정하는 동작; 및
    상기 계산된 차이값의 크기를 이용하여 상기 모터의 회전수를 결정하는 동작
    을 포함하는,
    무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제어 정보를 결정하는 동작은,
    상기 계산된 차이값이 제1 부호를 갖는 경우 상기 거리가 가까워지도록 상기 제어 정보를 결정하고, 상기 계산된 차이값이 제2 부호를 갖는 경우 상기 거리가 멀어지도록 상기 제어 정보를 결정하는 동작
    을 포함하는,
    무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 자성체는 상기 모터에 의해 이동함으로써 상기 공진 회로에 임피던스 매칭이 발생하는,
    무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 파여진 측면은 U 형태인,
    무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
KR1020220023784A 2022-01-14 2022-02-23 무선 전력 송신 장치 및 이의 동작 방법 KR20230110135A (ko)

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