KR20230158733A - 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템 - Google Patents

송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템 Download PDF

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KR20230158733A
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Abstract

개시되는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템은, 충전전력을 생성하는 충전전력 생성기 및 센싱신호를 생성하는 센싱신호 생성기를 가지는 신호-전력 생성부; 위치가 가변하고, 상기 충전전력으로 유도되는 충전 자기장 및 상기 센싱신호로 유도되는 센싱 자기장을 생성하는 송전부; 상기 충전 자기장을 통하여 상기 충전전력을 송전받는 수전부; 상기 센싱 자기장을 이용한 인덕턴스 센싱 방식으로 상기 송전부와 상기 수전부의 상대위치를 감지하여, 상기 충전 자기장에 의한 상기 충전전력의 송전 효율이 최대가 되는 정합점에 상기 송전부가 위치하는지를 판단하는 정합판단을 수행하는 중앙처리부; 및 상기 정합판단에 따라 상기 송전부을 2차원 평면상에 이동시키는 이송부;를 를 가지는 이송부;를 포함한다.

Description

송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템{Apparatus With Improved Matching Accuracy Between Transmitting/Receiving Coils}
본 발명(Disclosure)은, 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 인덕턴스 센싱 방식으로 수전코일과의 정합위치를 감지할 수 있는 이동형 송전부를 이용함으로써, 충전 효율을 향상시킬 수 있으며, 사용이 용이한 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
최근 전자기유도 방식의 무선 충전 시스템이 다양한 분야에 적용되고 있다.
스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 개인 휴대 단말기는 물론이고, 환경문제가 각국의 주요 정치 이슈로까지 주목받으면서 그 보급률이 급격히 확대되고 있는 전기차에 이르기까지 무선 충전 방식을 채용하고 있다.
즉 크기와 형태 용도와 상관없이, 재충전이 가능한 배터리로 구동되는 거의든 기기는 비접촉식 무선 충전 시스템을 채용할 것으로 예상되고 있다.
비접촉식 무선 충전 시스템 관련 기술로는, 전자기 유도 방식, RF 방사 방식 및 근접장 공명 방식등이 소개되고 있으나, 이중 가장 효율적이고 널리 사용되는 기술은 전자기 유도 방식이다.
전자기 유도 방식의 무선 충전 시스템은, 변압기의 기본 원리와 같다.
단, 변압기 구조에서의 1차 코일은 충전전력을 송전하는 송전코일로, 2차 코일은 전자기기에 탑재되어 충전전력을 수전하는 수전코일로 분리되어 충전 시스템을 구성한다.
이러한 전자기 유도 방식의 무선 충전 시스템의 충전 효율은, 1, 2차 코일, 즉 송전코일과 수전코일의 정렬 상태에 따라 크게 달라진다.
일반적으로 수전코일과 송전코일은 평면형 나선 코일(planar spiral coil)구조를 가진다.
송전코일은 판형의 충전용 플레이이트 내부에 매립되고, 수전코일은 충전용 플레이트 상측에 올려지는 전자기기에 탑재되므로, 송전코일과 수전코일 각각은 상하방향으로 배치되는 것이 일반적인 구조이다.
이론적으로, 수전코일과 송전코일 각각의 중심점이 중첩되어 "정합(整合, adjustment, matching)"하는 상태에서, 송전코일에서 수전코일로의 충전전력 송전 효율이 최대가 된다.
그러나 수전코일과 송전코일은 모두 전자기기와 충전 플레이트 내부에 장착되기 때문에, 사용자는 그 정확한 위치를 알지 못한다.
수전코일과 송전코일의 정합을 위해서 다양한 방법등이 소개되었다.
현재 사용되고 있는 가장 일반적인 무선 충전 방식에서의 송수전코일간 정합 방법에서는, 송전코일의 위치를 사용자가 인지할 수 있도록 시인 가능한 표시를 사용한다. 사용자가 직접 코일간 정합을 위해 전자기기의 위치를 선택하게 하는 방법이다.
그러나, 전자기기에 내장된 수전코일의 위치 역시 정확히 알지 못하기 때문에, 이러한 방법은 사용자의 불만을 야기할 수 있다.
다수의 송전코일을 넓은 충전 플레이트에 배치하게 되면, 사용자의 부담을 최소화 하면서 최소한의 정합 성능을 얻을 수 있다. 그러나, 하나의 충전 시스템에 다수개의 송전코일을 사용해야 하므로 제품 가격이 상승할 뿐만 아니라, 다수의 송전 코일중 가장 높은 충전 효율을 나타내는 송전코일을 특정하기 위해 과도한 충전 에너지를 사용해야하는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 가장 높은 충전 효율을 나타내는 송전코일이 특정된다고 하더라도, 그 충전 효율이 이론적으로 가능한 최고의 충전효율보다 현저히 낮을 수 있다.
또 다른 코일간 정합방법으로는, 코일의 위치를 다양한 방법으로 센싱하는 센서를 구비하는 것이다.
그러나 이러한 방법을 위해서는 송신코일 뿐만 아니라 수신코일의 위치를 확인하거나 감지할 수 있는 수단이 요구되기 때문에, 전자기기에도 별도의 센싱 수단이 탑재되거나 내장되어야 하는 문제점이 있다.
1. 한국공개특허 공보 제10-2013-0033210호
본 발명(Disclosure)은, 송신코일과 수신코일의 정합점을 자동을 정밀하게 찾을 수 있는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템은, 충전전력을 생성하는 충전전력 생성기 및 센싱신호를 생성하는 센싱신호 생성기를 가지는 신호-전력 생성부; 위치가 가변하고, 상기 충전전력으로 유도되는 충전 자기장 및 상기 센싱신호로 유도되는 센싱 자기장을 생성하는 송전부; 상기 충전 자기장을 통하여 상기 충전전력을 송전받는 수전부; 상기 센싱 자기장을 이용한 인덕턴스 센싱 방식으로 상기 송전부와 상기 수전부의 상대위치를 감지하여, 상기 충전 자기장에 의한 상기 충전전력의 송전 효율이 최대가 되는 정합점에 상기 송전부가 위치하는지를 판단하는 정합판단을 수행하는 중앙처리부; 및 상기 정합판단에 따라 상기 송전부을 2차원 평면상에 이동시키는 이송부;를 를 가지는 이송부;를 포함한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 상기 송전부는, 상기 충전 자기장 및 상기 센싱 자기장을 생성하는 통합 송전코일;을 포함하고, 상기 수전부는, 상기 충전 자기장에 의해 유도 전류가 생성되는 수전코일;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템 상기 송전부는, 상기 충전전력을 공급받아 상기 충전 자기장을 생성하는 송전코일; 및 상기 센싱신호를 전송받아 상기 센싱 자기장을 생성하는 센싱코일;을 포함하고, 상기 수전부는, 상기 충전 자기장에 의해 유도 전류를 생성되는 수전코일;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 상기 센싱코일은, 중심이 상기 송전코일의 중심과 동일한 동심배치 센싱코일을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 상기 중앙처리부는, 상기 이송부에 의해 상기 송전부가 이동할 때, 상기 동심배치 센싱코일이 생성하는 상기 센싱 자기장에 의해 상기 수전코일에 형성되는 와전류(eddy current)가 형성하는 역자기장으로 인한 상기 동심배치 센싱코일의 임피던스(impedance)를 미리정해진 거리마다 측정하는 임피던스 측정부; 및 상시 송전부의 이동에 따른 상기 동심배치 센싱코일의 임피던스 변화값이 최소가 되는 상기 송전부의 위치를 상기 정합점으로 산출함으로써 상기 정합판단을 수행하는 동적(dynamic)정합 판단부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 상기 센싱코일은, 중심이 상기 송전코일의 중심으로부터 동일한 이격거리에 배치되는 적어도 세개 이상의 원주배치 센싱코일;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 상기 중앙처리부는, 상기 송전부의 위치가 변하지 않을 때, 복수의 상기 원주배치 센싱코일이 생성하는 상기 센싱 자기장에 의해 상기 수전코일에 형성되는 와전류(eddy current)가 생성하는 역자기장으로 인한 복수의 상기 원주배치 센싱코일 각각의 임피던스(impedance)를 측정하는 임피던스 측정부; 및 2차원 평면상에서 임피던스 값을 수직축으로 하는 3차원 공간에서 복수의 상기 원주배치 센싱코일 각각의 상기 임피던스가 형성하는 임피던스 평면의 기울어짐을 기반으로 상기 정합판단을 수행하는 정적(static)정합 판단부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 상기 정적정합 판단부는, 상기 임피던스 평면의 기울어진 값이 미리 정해진 정합 조건값보다 작으면 상기 송전부가 상기 정합점에 도달한 것으로 판단하는 정합점 판단기; 및 상기 임피던스 평면의 기울어진 값이 상기 정합 조건값보다 크면, 상기 임피던스 평면의 법선 벡터(normal vector)의 반대방향을 상기 정합점 방향으로 판단하는 정합방향 판단기;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인덕턴스 센싱 방식으로 수전코일과의 정합위치를 감지할 수 있는 이동형 송전부를 이용함으로써, 충전 효율을 향상시킬 수 있으며, 사용이 용이하다.
도 1은 본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템의 제1 실시형태를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템의 제2 실시형태를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템의 제3 실시형태를 보인 도면.
이하, 본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템을 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템의 제1 실시형태를 보인 도면이다.
본 실시형태에 따른 정밀도가 향상된 무선충전 시스템은, 신호-전력 생성부(120) 송전부(110), 수전부(210), 중앙처리부(140) 및 이송부(130)를 포함한다.
신호-전력 생성부(120)는, 충전전력을 생성하는 충전전력 발생기(121) 및 센싱신호를 생성하는 센싱신호 발생기(122)를 가진다. 신호-전력 생성부(120)는 충전을 요구하는 전기장치(200)를 충전하기 위한 충전 수단(100)의 내부에 탑재될 수 있다.
충전을 요구하는 전기장치(200)는 스마트폰을 포함하는 개인 단말기이거나, 전기 자동차를 포함하는 운송수단일 수 있으며 도 1에서는 편의상 스마트폰을 나타내었다.
송전부(110)는 충전 수단(100) 내에서 위치가 가변한다.
또한, 송전부(110)는 충전전력 발생기(121)에서 생성된 충전전력으로 유도되는 충전 자기장 및 센싱신호 발생기(122)에서 생성된 센싱신호로 유도되는 센싱 자기장을 생성한다.
충전전력 발생기(121) 및 센싱신호 발생기(122)는 송전부(110) 내부에 배치될 수도 있고, 충전 수단(100) 내부에 송전부(110)와 함께 배치될 수도 있다.
수전부(210)는 송전부(110)에 의해 형성된 충전 자기장을 통하여 충전전력을 송전받는다. 수전부(210)는 전기장치(200) 내부에 배치되어 송전받은 충전전력으로 전기장치(200) 내부에 탑재된 배터리를 충전한다.
중앙처리부(140)는, 센싱 자기장을 이용한 인덕턴스 센싱 방식으로 송전부(110)와 수전부(210)의 상대위치를 감지한다. 이를 기반으로하여, 충전 자기장에 의한 충전전력이 송전부(110)에서 수전부로 송전되는 송전 효율이 최대가 되는 정합점에 송전부(110)가 위치하는지를 판단하는 정합판단을 수행한다.
인덕턴스 센싱 방식은 무선 충전 방식과 동일한 원리로 작동한다.
송전부(110)가 생성하는 센싱 자기장은 근접하는 수전부(210)에 전류를 형성하고, 이에 따라 센싱 자기장과 반대방향의 역자기장이 형성된다.
이에 따라 송전부(110)는 이 역자기장에 의해 다시 영향을 받아서, 센싱신호에 의해 센싱 자기장을 생성하는 과정에서 임피던스(impedance)가 상승한다.
이러한 상호작용은 수전부(210)의 근접거리에 따라 크게 달라지며, 이 임피던스를 감지함으로써, 송전부(110)와 수전부(210)의 근접 여부를 감지할 수 있다.
인덕턴스 센싱 방식을 이용할 경우에, 송전부(110)에서 생성되는 센싱 자기장을 상하 방향을 형성하고, 생성된 센싱 자기장이 형성된 수전부(210)가 배치될 때 임피던스의 급격한 변화를 감지할 수 있으며, 이는 송전부(110) 상측에 수전부(210)가 배치됨을 의미한다.
이송부(130)는 중앙처리부(140)가 수행하는 정합판단에 따라 송전부(110)을 2차원 평면상에 이동시킨다.
즉, 정합 판단에 의해 송전부(110)가 정합점에 위치하지 않을 경우에, 송전부(110)를 송전부(110)를 이동시켜 정합점에 근접하도록 한다.
본 실시형태에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템은, 전기장치(200)에 내장된 수전부(210) 자체를 감지하기 때문에, 전기장치의 위치를 파악하기 위해 전기장치(200)에 부가적인 장치를 할 필요가 없다.
또한, 충전 수단(100)에 내장되는 송전부(110)는, 충전전력을 전송하는 방식과 수전부(210)를 감지하는 방식이 동일한 원리에 의해 작동하므로, 물리적인 구조가 단순해질 수 있으며, 특히 송전부(110)와 수전부(210)의 정합 과정에서 충전전력을 사용하지 않고 센싱 전력을 사용한다.
앞서 설명한 바와같이 송전부(110)의 임피던스 변화를 측정하기 위해 필요한 센싱 전력은, 전기장치(200)를 충전하기 위해 생성되는 충전전력보다 매우 작다.
따라서 송전부(110)와 수전부(210)의 정합을 위해 소요되는 에너지는 작은 반면에, 송전부(110)에 나타나는 미세한 임피던스 변화를 감지하기 때문에, 정합 정밀도가 현저히 높아질 수 있다.
본 실시형태에 따른 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 송전부(110)는, 충전 자기장 및 센싱 자기장을 생성하는 통합 송전코일(111)을 포함하고, 수전부(210)는 충전 자기장에 의해 유도 전류가 생성되는 수전코일(211)을 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이 인덕티브 센싱 방식은, 일반적인 전자기 유도 원리를 이용한 무접점 무선충전 방식의 원리와 동일하기 때문에, 송전부(110) 및 수전부(210)는 각각 평면형 나선 코일 구조를 채용하여 형성될 수 있다.
통합 송전코일(111) 및 수전코일(211) 은 모두 판형 나선 코일 구조로 형성된다.
특히 본 실시형태에 따른 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서는, 통합 송전코일(111)은 충전전력 및 센싱신호가 인가되면 충전 자기장 및 센싱 자기장을 생성한다.
이렇게 통합 송전코일(111) 하나로 센싱 자기장을 형성하여 수전코일(211)의 위치를 감지하여 정합판단을 수행하면, 통합 송전코일(111) 및 수전코일(211)의 송전효율이 극대화 되는 위치를 정확히 감지할 수 있다.
즉, 센싱 자기장을 이용한 임피던스 센싱 방식에서 임피던스가 최대가 되는 지점은, 통합 송전코일(111)과 수전코일(211) 각각의 중심점이 상하방향으로 일치하는 지점이다.
이렇게 통합 송전코일(111)이 수전코일(211)과 중첩되는 배치는 이론적으로 송전효율이 최대가 되는 지점이기 때문에, 본 실시형태에 따른 정합성이 향상된 무선충전 시스템은, 통합 송전코일(111)과 수전코일 상호간의 송전효율을 이론적 극대치에 근접할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템의 제2 실시형태를 보인 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 송전부(110)는 송전코일(112) 및 센싱코일(113)을 가지고, 수전부(210)는, 수전코일(211)을 가진다.
본 실시형태의 수전코일(211)은 도 1의 수전코일과 동일하다.
송전코일(112)은 충전전력을 공급받아 충전 자기장을 생성하고, 센싱코일(113)은 센싱신호를 전송받아 센싱 자기장을 생성한다.
본 실시형태에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템은, 충전 자기장 생성과 센싱 자기장 생성 각각에 최적화된 송전코일(112)과 센싱코일(113)을 형성할 수 있다.
이때 송전코일(112)의 상측에 센싱코일(113)을 형성하되 송전코일(112)의 내경보다 작은 외경을 가지는 센싱코일(113)을 형성함으로써, 상호간의 작용을 최소화 할 수 있다.
또는 송전코일(112)을 이용하여 충전 자기장을 생성할 때, 동일한 방향의 자기장을 형성하도록 센싱신호를 생성하여 센싱코일(113)에 인가함으로써, 충전 효율을 저해하는 상황을 방지할 수 있다.
본 실시형태에 따른 정합성이 향상된 무선충전 시스템의 센싱코일은, 중심이 송전코일(112)의 중심과 동일한 동심배치 센싱코일이 바람직하다.
센싱코일(113)의 중심이 송전코일(112)과 동일한 중심위치에 배치됨으로써, 센싱코일(113)을 이용하여 인덕티브 센싱 방식으로 감지한 수전코일(211)의 최근접 위치는, 최대 송전효율을 나타내는 정합점과 동일할 수 있다.
또한 본 실시형태에 따른 정합성이 향상된 무선 충전 시스템에서, 중앙처리부(140)는 임피던스 측정부(141) 및 동적(dynamic)정합 판단부(142)를 포함한다.
임피던스 측정부(141)는, 이송부(130)에 의해 송전부(110)가 이동할 때, 동심배치 센싱코일이 생성하는 센싱 자기장에 의해 수전코일(211)에 형성되는 와전류(eddy current)가 형성하는 역자기장으로 인한 동심배치 센싱코일의 임피던스(impedance)를 미리정해진 거리마다 측정한다.
즉, 임피던스 측정부(141)는, 송전부(110)가 이동하는동안 특정한 이동 거리마다 동시배치 센싱코일의 임피던스를 연속적으로 측정한다.
동적정합 판단부(142)는, 송전부(110)의 이동에 따른 동심배치 센싱코일의 임피던스 변화값이 최소가 되는 송전부(110)의 위치를 정합점으로 산출함으로써 정합판단을 수행한다.
인덕턴스 센싱 방식을 이용하여 판형 나선 코일 구조를 가지는 동심배치 센싱코일에 나타나는 임피던스의 변화는 동심배치 센싱코일과 수전코일(211) 각각의 중심이 상하방향으로 중첩될 때 최대가 된다.
즉, 동심배치 센싱코일의 중심점이 수전코일(211)의 중심점에 근접함에 따라 임피던스가 증가하고, 멀어질 수록 감소한다.
따라서 이송부(130)에 의해 송전부가 2차원이동하는 평면상에, 동심배치 센싱코일의 이동에 따른 임피던스를 나타내면, 하나의 꼭지점을 가지는 봉우리 형태가 된다.
이때, 동심배치 센싱코일이 내장된 송전부(110)를 2차원 평면상으로 이동시키고 특정한 이동거리마다 동심배치 센싱코일의 임피던스를 측정하면, 임피던스의 맵(map)을 형성할 수 있으며, 임피던스 최대값인 지점에서는 이동 거리에 따른 임피던스의 변화값이 최소가되는 정합점이 됨을 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템의 제3 실시형태를 보인 도면이다.
도 3을 참조하면 본 실시형태에 따른 정합 정밀도가 향상된 무선 충전 시스템에서 센싱코일(113)은, 중심이 송전코일(112)의 중심으로부터 동일한 이격거리에 배치되는 적어도 세개 이상의 원주배치 센싱코일(114)을 포함한다.
원주배치 센싱코일(114) 각각은 앞서 설명한 동심배치 센싱코일과 동일한 기능을 수행한다.
본 실시형태에 따른 정합 정밀도가 향상된 무선 충전 시스템은, 복수의 위치에서 원주배치 센싱코일(114)에 발생하는 임피던스를 측정할 수 있으므로, 임피던스 맵 을 보다 쉽게 생성할 수 있다.
본 실시형태에 따른 정합 정밀도가 향상된 무선 충전 시스템에서 중앙처리부(140)는, 임피던스 측정부(141) 및 정적(static)정합 판단부(143)를 포함한다.
본 실시형태에서의 임피던스 측정부(141)는, 송전부(110)의 위치가 변하지 않을 때, 복수의 원주배치 센싱코일(114)이 생성하는 센싱 자기장에 의해 수전코일(211)에 형성되는 와전류(eddy current)가 생성하는 역자기장으로 인한 복수의 원주배치 센싱코일(114) 각각의 임피던스(impedance)를 측정한다.
즉, 본 실시형태에 따른 정합 정밀도가 향상된 무선 충전 시스템의 임피던스 측정부(141)는, 송전부(110)가 멈춘 상태에서 복수의 원주배치 센싱코일(114)의 임피던스를 측정한다.
또한 본 실실시형태에 따른 정합 정밀도가 향상된 무선 충전 시스템에서 정적정합 판단부(143)는, 2차원 평면상에서 임피던스 값을 수직축으로 하는 3차원 공간에서 복수의 원주배치 센싱코일(114) 각각의 임피던스가 형성하는 임피던스 평면의 기울어짐을 기반으로 정합판단을 수행한다.
이때 2차원 평면은 이송부(130)에 의해 송전부(110)가 이동하는 2차원 평면이다.
상술한 바와 같이 송전부(110)가 멈춘 상태에서 중심이 서로 다른 원주배치 센싱코일(114) 각각의 임피던스값 세 개를 측정하고 이들을 포함하는 임피던스 평면을 생성할 수 있다.
만일 송전코일(112)의 중심이 수전코일(211)의 중심과 이격된 위치에 있고, 이때, 복수의 원주배치 센싱코일(114) 각각의 임피던스를 측정하여 임피던스 평면을 생성하면, 이 임피던스 평면의 기울기는 특정한 방향으로 기울어진다.
반면에 송전코일(112)의 중심이 수전코일(211)의 중심 중첩된 위치에 있고, 이때 복수의 원주배치 센싱코일(114) 각각의 임피던스를 측정하여 임피던스 평면을 생성하면, 이 임피던스 평면의 기울기는 특정한 방향으로 기울어지지 않는다.
이런 원리를 이용하면 송전코일(112) 및 복수의 원주배치 센싱코일(114)을 내장하고 있는 송전부(110)가 특정 지점에 정지한 상태에서도 정합점의 방향을 산출할 수 있으며, 송전코일(112)이 정합점에 위치한 것인지 여부도 확인할 수 있다.
본 실시형태에 따른 정밀도가 향상된 무선충전 시스템에서 정적정합 판단부는, 정합점 판단기 및 정합방향 판단기를 더 포함할 수 있다.
정합점 판단기는 임피던스 평면의 기울어진 값이 미리 정해진 정합 조건값보다 작으면 송전부(110)가 정합점에 도달한 것으로 판단한다.
정합방향 판단기는, 임피던스 평면의 기울어진 값이 정합 조건값보다 크면, 임피던스 평면의 법선 벡터(normal vector)의 반대방향을 정합점 방향으로 판단한다.
이에 따라 본 실시형태에 따른 무선충전 시스템에서는, 정합점 판단기에서 정합점에 도달하지 않을 것으로 판단하고, 정합방향 판단기에서 임피던스 평면의 법선 벡터의 방향을 산출하면 이를 기반으로, 이송부(130)는 송전부(110)를 정합점 방향으로 이동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템의 또 다른 일 실시형태에서는, 충전 수단은 그 상면에 3차원 터치 패널을 구비할 수 있다.
이에 따라 충전 수단의 상면에 충전이 필요한 전기장치를 올려 놓으면 그 위치와 범위를 감지할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템은 전기장치에 내장된 수전부 특히 수전코일의 위치를 감지할 수 있으나, 송전부가 수전부에서 멀리 떨어진 위치에서는 센싱코일과 수전코일 상호간의 전자기 유도 형상이 발생하지 않는다.
따라서, 센싱코일의 임피던스 측정이 유효하지 않을 수 있다.
3차원 터치 패널을 이용하여 전기장치의 위치와 범위를 감지하면, 감지된 위치와 범위에 대해 송전부를 스캐닝하며 센싱코일의 임피던스를 측정하게 되면, 정합점 감지를 쉽게 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 충전전력을 생성하는 충전전력 생성기 및 센싱신호를 생성하는 센싱신호 생성기를 가지는 신호-전력 생성부;
    위치가 가변하고, 상기 충전전력으로 유도되는 충전 자기장 및 상기 센싱신호로 유도되는 센싱 자기장을 생성하는 송전부;
    상기 충전 자기장을 통하여 상기 충전전력을 송전받는 수전부;
    상기 센싱 자기장을 이용한 인덕턴스 센싱 방식으로 상기 송전부와 상기 수전부의 상대위치를 감지하여, 상기 충전 자기장에 의한 상기 충전전력의 송전 효율이 최대가 되는 정합점에 상기 송전부가 위치하는지를 판단하는 정합판단을 수행하는 중앙처리부; 및
    상기 정합판단에 따라 상기 송전부을 2차원 평면상에 이동시키는 이송부;를 를 가지는 이송부;를 포함하는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 송전부는,
    상기 충전 자기장 및 상기 센싱 자기장을 생성하는 통합 송전코일;을 포함하고,
    상기 수전부는,
    상기 충전 자기장에 의해 유도 전류가 생성되는 수전코일;을 포함하는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 송전부는,
    상기 충전전력을 공급받아 상기 충전 자기장을 생성하는 송전코일; 및 상기 센싱신호를 전송받아 상기 센싱 자기장을 생성하는 센싱코일;을 포함하고,
    상기 수전부는,
    상기 충전 자기장에 의해 유도 전류를 생성되는 수전코일;을 포함하는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 센싱코일은,
    중심이 상기 송전코일의 중심과 동일한 동심배치 센싱코일을 포함하는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중앙처리부는,
    상기 이송부에 의해 상기 송전부가 이동할 때, 상기 동심배치 센싱코일이 생성하는 상기 센싱 자기장에 의해 상기 수전코일에 형성되는 와전류(eddy current)가 형성하는 역자기장으로 인한 상기 동심배치 센싱코일의 임피던스(impedance)를 미리정해진 거리마다 측정하는 임피던스 측정부; 및
    상시 송전부의 이동에 따른 상기 동심배치 센싱코일의 임피던스 변화값이 최소가 되는 상기 송전부의 위치를 상기 정합점으로 산출함으로써 상기 정합판단을 수행하는 동적(dynamic)정합 판단부;를 포함하는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서
    상기 센싱코일은,
    중심이 상기 송전코일의 중심으로부터 동일한 이격거리에 배치되는 적어도 세개 이상의 원주배치 센싱코일;을 포함하는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중앙처리부는,
    상기 송전부의 위치가 변하지 않을 때, 복수의 상기 원주배치 센싱코일이 생성하는 상기 센싱 자기장에 의해 상기 수전코일에 형성되는 와전류(eddy current)가 생성하는 역자기장으로 인한 복수의 상기 원주배치 센싱코일 각각의 임피던스(impedance)를 측정하는 임피던스 측정부; 및
    2차원 평면상에서 임피던스 값을 수직축으로 하는 3차원 공간에서 복수의 상기 원주배치 센싱코일 각각의 상기 임피던스가 형성하는 임피던스 평면의 기울어짐을 기반으로 상기 정합판단을 수행하는 정적(static)정합 판단부;를 포함하는 송수전 코일간의 정합 정밀도가 향상된 무선충전 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 정적정합 판단부는,
    상기 임피던스 평면의 기울어진 값이 미리 정해진 정합 조건값보다 작으면 상기 송전부가 상기 정합점에 도달한 것으로 판단하는 정합점 판단기; 및
    상기 임피던스 평면의 기울어진 값이 상기 정합 조건값보다 크면, 상기 임피던스 평면의 법선 벡터(normal vector)의 반대방향을 상기 정합점 방향으로 판단하는 정합방향 판단기;를 포함하는 정밀도가 향상된 무선충전 시스템.
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