WO2012091211A1 - 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 충전 방법 - Google Patents

자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 충전 방법 Download PDF

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WO2012091211A1
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wireless
charging
request
node
magnetic field
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PCT/KR2011/000531
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원윤재
임승옥
문연국
김선희
황규성
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전자부품연구원
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    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Definitions

  • the present invention relates to a wireless charging system, and more particularly, to a charging method of a multi-node wireless charging system using magnetic field communication capable of efficiently charging a plurality of nodes using magnetic field communication.
  • a wireless charging system using magnetic induction is used as a wireless power transmission technology for wirelessly transmitting energy.
  • the magnetic induction method of inducing current through a magnetic field from one coil to another is very sensitive to the distance and relative position between the coils, so that the transmission efficiency drops rapidly even if the distance between the two coils is slightly dropped or twisted. Accordingly, this magnetic induction charging system can only be used in a short distance of several cm or less.
  • US Patent 7,741,735 discloses a non-radiative energy transfer method based on the attenuation wave coupling of the resonant field. This is because two resonators with the same frequency do not affect other non-resonators around them, but they tend to couple with each other and are introduced as a technology that can transfer energy over a long distance compared to conventional electromagnetic induction. .
  • the present invention has been made in the technical background as described above, and an object thereof is to provide a charging method of a multi-node wireless charging system using magnetic field communication capable of efficiently charging a plurality of nodes using magnetic field communication.
  • the present invention provides a magnetic field communication protocol for wireless charging and accordingly selects an appropriate wireless charger to charge for an appropriate time.
  • a multi-node wireless charging method using magnetic field communication by using magnetic field communication in a multi-node wireless power transmission system including a wireless power transmitter and a plurality of wireless chargers spaced apart from the wireless power transmitter.
  • a method for charging the wireless charger by the wireless power transmitter comprising: transmitting a join request frame, receiving a join response frame from the wireless charger, transmitting a charge request request frame, and wirelessly Receiving a charge request response frame from the charger, transmitting a charge preparation request frame, and transmitting power during a reception period of the charge request response frame for the charge preparation request frame.
  • the charging request response frame includes a node ID and charging data information of the wireless charger, and the wireless chargers receiving the charging request request frame are the charging request response in a response period divided into a plurality of slots. You can send a frame.
  • the charging request request frame may include a node ID of a specific wireless charger to be charged, and the charging preparation request frame may include a node ID, a slot number, and charging period information of the wireless charger.
  • the node ID of the wireless charger to be charged may be further transmitted, and the reception interval of the charge request response frame is divided into a plurality of slots. It is desirable to transmit power using one or more of the slots.
  • a multi-node wireless charging method using magnetic field communication uses magnetic field communication in a multi-node wireless power transmission system including a wireless power transmitter and a plurality of wireless chargers spaced apart from the wireless power transmitter.
  • a method of receiving a wireless power by a wireless charger comprising: receiving a join request frame from the wireless power transmitter, transmitting a join response frame, and receiving a charge request request frame from the wireless power transmitter. And transmitting a charge request response frame, receiving a charge preparation request frame from the wireless power transmitter, and receiving a charge request response frame for the charge preparation request frame from the wireless power transmitter. Receiving power.
  • the charge request request frame includes a node ID of a specific wireless charger to be charged, and the step of transmitting the charge request response frame includes: a radio having a node ID corresponding to the node ID of the received charge request request frame; It can be performed by a charger.
  • the present invention since it is based on magnetic field communication, history management and state management for the charging node are possible, and control of wireless energy transmission time or strength is possible according to the charging situation, thereby enabling an efficient wireless charging system.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a multi-node wireless charging system using a magnetic resonance induction method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a wireless power supply device and a wireless charger of a multi-node wireless charging system using a magnetic resonance induction method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a superframe structure of magnetic field communication according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a wireless charging method using magnetic field communication according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of a charge request request superframe used in a wireless charging method using magnetic field communication according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a structure of a charge preparation request superframe used in a wireless charging method using magnetic field communication according to an embodiment of the present invention.
  • a multi-node wireless energy transmission system using a magnetic resonance induction method includes a wireless power supply device 100 that wirelessly supplies power through a magnetic resonance induction method, and wireless power. Located a distance away from the supply device 100 by a predetermined distance and comprises a plurality of wireless chargers (200_1, 200_2, ..., 200_N) that is wirelessly supplied power from the wireless power supply (100).
  • Magnetic resonance induction is a method of maximizing the wireless transmission efficiency of energy by the resonance between the transmitting antenna and the receiving antenna.
  • a resonance channel is formed by matching a resonance frequency between the wireless power supply device 100 and the wireless charger 200 to transmit wireless power.
  • the wireless power supply device 100 includes a wireless charger 200_1, 200_2, including identification information, type, location, or state of charge of the charger through magnetic field communication with the wireless charger 200_1, 200_2, .., 200_N. ..., 200_N) may be received, and power may be transmitted to the wireless chargers 200_1, 200_2,..., 200_N based on the charging information.
  • the wireless power supply device 100 may be implemented as a fixed type or a mobile type.
  • the wireless power supply device 100 may be installed in a furniture such as a ceiling or a table indoors.
  • the wireless power supply device 100 may be installed inside a moving object such as a vehicle, a train, a subway.
  • the wireless power supply 100 is implemented as a mobile, the wireless power supply 100 itself may be implemented as a separate mobile device, or may be implemented as part of another digital device such as a cover of a notebook computer. .
  • the wireless chargers 200_1, 200_2, .., 200_N may include all digital devices including batteries such as various mobile terminals, digital cameras, and notebook computers, and are not easily accessible from underground, underwater, and inside buildings. It may also be an electronic device such as a sensor and a measuring instrument.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a wireless power supply device and a wireless charger of a multi-node wireless charging system using a magnetic resonance induction method according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power supply device 100 of the multi-node wireless charging system using the magnetic resonance induction method receives the power from an external power supply and the wireless power supply device 100.
  • Magnetic field communication modem 130 to perform magnetic field communication with the wireless charger 200 using a magnetic field communication protocol, and a power converter 120 converting AC power having a resonant frequency band between the wireless charger 200 and the wireless charger 200.
  • a transmission antenna 110 for transmitting AC power from the power converter 140 and data from the magnetic field communication modem 120 to the wireless charger 200 using the magnetic resonance induction method, and the power converter 140.
  • a controller 130 for controlling the components of the wireless power supply device 100 including the magnetic field communication modem 120.
  • the wireless charger 200 of the multi-node wireless charging system using the magnetic resonance induction method according to an embodiment of the present invention, a receiving antenna for receiving power and data from the wireless power supply device 100 using the magnetic resonance induction method 210, a magnetic field communication modem 230 for performing magnetic field communication with the wireless power supply device 100 using a magnetic field communication protocol, a power management unit 220 managing power reception, a power management unit, and a magnetic field communication modem 230.
  • Control unit 240 for controlling the components of the wireless charger 200, including, and a battery 250 that is charged using the received power.
  • the wireless power supply device 100 and the wireless charger 200 efficiently utilize magnetic field communication using the magnetic field communication modems 130 and 230. Achieve wireless charging.
  • Magnetic Field Area Network is a wireless network that transmits and receives information using a magnetic field signal in a low frequency band (30KHz to 300KHz).
  • the operating center frequency of the wireless communication is 128KHz, and the modulation method uses a binary phase shift keying (BPSK) method or an amplitude shift keying (ASK).
  • BPSK binary phase shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • Manchester coding and Non-Return-to-Zero Level (NRZ-L) coding are used to provide data rates of several Kbps at distances of several meters.
  • Devices participating in MFAN are divided into MFAN-C (Coordinator) and MFAN-N (Node).
  • MFAN-C Only one MFAN-C exists in one MFAN, and a plurality of MFAN-N devices form a network around the MFAN-C.
  • MFAN-C manages the joining, separation and release of MFAN-N.
  • the MFAN uses a time division multiple access (TDMA) scheme.
  • TDMA time division multiple access
  • the MFAN-C manages the connection in the MFAN, and when the MFAN-N is connected, time resources are distributed by the MFAN-C.
  • the temporal element refers to a superframe including a request period, a response period, and an inactive period
  • a physical element means a network composed of MFAN-C and MFAN-N.
  • the most basic element of a physical element is a node. There are two types of nodes: MFAN-C, which manages the network, and MFAN-N, a component of the network.
  • the wireless power transmission apparatus 100 becomes a coordinator and the wireless charger 200 becomes a node.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a superframe structure of magnetic field communication according to an embodiment of the present invention.
  • one superframe includes a request section, a response section, and an autonomous section, and the length of the request section and the response section is variable.
  • Superframe begins by the coordinator sending a response request packet in the request period.
  • the response request packet has information on nodes that can transmit the response packet during the response interval, and the nodes transmit the response packet during the response interval using the information in the response request packet.
  • the node may transmit data to the coordinator without requesting the coordinator.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a wireless charging method using magnetic field communication according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmission apparatus (coordinator) 100 transmits a join request (S410). Then, the wireless charger (node) 200 within the chargeable range transmits the joining response to the wireless power transmission apparatus 100 (S420).
  • the wireless power transmitter 100 transmits a charge request request (S430), and the wireless charger 200 that wants to charge transmits a charge request response (S440).
  • the wireless power transmitter 100 receiving the response to the charge request request transmits a charge preparation request (S450) and wirelessly charges the corresponding wireless charger 200 during the charge preparation response period of the following wireless charger 200. This is done (S460).
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of a charge request request superframe used in a wireless charging method using magnetic field communication according to an embodiment of the present invention.
  • the charge request request 520 is made after the joining process 510 is finished.
  • the wireless charger 200 determines the received packet and transmits a charge request response through the response interval. 100) receives a response to the charge request.
  • the charging request response 524 contains the node ID and charging data information of the wireless charger 200.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may request a charging request from a specific node when sending a charging request request packet.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a structure of a charge preparation request superframe used in a wireless charging method using magnetic field communication according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 100 Upon receiving the response to the charge request request, the wireless power transmitter 100 transmits a charge preparation request 532 to the wireless charger 200 in the request period.
  • the charging preparation request frame 532 includes information such as each node ID, a slot number, and a charging cycle.
  • the wireless power transmitter 100 that has sent the charge preparation request transmits energy to the wireless charger 200 at the scheduled time during the charge preparation response period 534.
  • the present invention since it is based on magnetic field communication, history management and state management for the charging node are possible, and control of wireless energy transmission time or strength is possible according to the charging situation, thereby enabling an efficient wireless charging system.

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Abstract

본 발명은 자기장 통신을 이용하여 다수의 노드를 효율적으로 충전할 수 있는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 충전 방법에 관한 것으로서, 무선 충전을 위한 자기장 통신 프로토콜을 마련하고 이에 따라 적절한 무선 충전기기를 선택하여 적정 시간 동안 충전할 수 있도록 한 것이다. 본 발명의 무선 충전 방법은, 합류 요청 프레임을 송신하는 단계와, 상기 무선 충전기기로부터 합류 응답 프레임을 수신하는 단계와, 충전요구 요청 프레임을 송신하는 단계와, 상기 무선 충전기기로부터 충전요구 응답 프레임을 수신하는 단계와, 충전준비 요청 프레임을 송신하는 단계와, 상기 충전준비 요청 프레임에 대한 충전요구 응답 프레임의 수신 구간 동안 전력을 송신하는 단계를 포함한다.

Description

자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 충전 방법
본 발명은 무선 충전 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 자기장 통신을 이용하여 다수의 노드를 효율적으로 충전할 수 있는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 충전 방법에 관한 것이다.
무선으로 에너지를 전달하는 무선 전력 전송 기술로서 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템이 사용되고 있다.
예컨대, 전동칫솔 또는 무선 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되며, 최근에는 전자기 유도를 이용하여 휴대전화나 PDA, MP3 플레이어, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대기기를 충전할 수 있는 무선충전제품들이 출시되고 있다.
그러나, 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어진다. 이에 따라 이러한 자기유도 방식의 충전 시스템은 수 cm 이하의 근거리에서만 사용할 수 있다는 약점이 있다.
한편, 미국특허 7,741,735호에서는 공진장의 감쇄파 결합에 기반을 둔 비방사형 에너지 전달 방식을 개시하고 있다. 이는 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체와는 영향을 미치지 않지만 서로 커플링하려는 경향을 가지는 점을 이용한 것으로 기존의 전자기 유도에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 기술로서 소개되고 있다.
그러나 공진을 이용하여 무선으로 에너지를 전송하는 시스템에서 다수의 수신측이 있을 경우에는 공진이 이루어지는 모든 수신측 기기로 전력이 전송되어 비효율적이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 자기장 통신을 이용하여 다수의 노드를 효율적으로 충전할 수 있는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 충전 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 무선 충전을 위한 자기장 통신 프로토콜을 마련하고 이에 따라 적절한 무선 충전기기를 선택하여 적정 시간 동안 충전할 수 있도록 한다.
본 발명의 일면에 따른 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법은, 무선 전력송신 장치와 상기 무선 전력송신 장치와 이격되어 있는 다수의 무선 충전기기를 포함하는 멀티노드 무선 전력 전송 시스템에서 자기장 통신을 이용하여 상기 무선 전력송신 장치가 상기 무선 충전기기를 충전하는 방법으로서, 합류 요청 프레임을 송신하는 단계와, 상기 무선 충전기기로부터 합류 응답 프레임을 수신하는 단계와, 충전요구 요청 프레임을 송신하는 단계와, 상기 무선 충전기기로부터 충전요구 응답 프레임을 수신하는 단계와, 충전준비 요청 프레임을 송신하는 단계와, 상기 충전준비 요청 프레임에 대한 충전요구 응답 프레임의 수신 구간 동안 전력을 송신하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 충전요구 응답 프레임은 상기 무선 충전기기의 노드 ID와 충전 데이터 정보를 포함하며, 상기 충전요구 요청 프레임을 수신한 상기 무선 충전기기들은 다수의 슬롯으로 구분되는 응답 구간에 상기 충전요구 응답 프레임을 송신할 수 있다.
상기 충전요구 요청 프레임은 충전하고자 하는 특정 무선 충전기기의 노드 ID를 포함할 수 있으며, 상기 충전준비 요청 프레임은 상기 무선 충전기기의 노드 ID, 슬롯 넘버, 충전 주기 정보를 포함할 수 있다.
상기 전력을 송신하는 단계에서는 충전하고자 하는 상기 무선 충전기기의 노드 ID를 더 송신할 수 있으며, 상기 충전요구 응답 프레임의 수신 구간은 다수의 슬롯으로 구분되어, 상기 전력을 송신하는 단계에서는 상기 다수의 슬롯 중 하나 이상의 슬롯을 이용하여 전력을 송신하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 면에 따른 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법은, 무선 전력송신 장치와 상기 무선 전력송신 장치와 이격되어 있는 다수의 무선 충전기기를 포함하는 멀티노드 무선 전력 전송 시스템에서 자기장 통신을 이용하여 무선 충전기기가 무선 전력을 수신하는 방법으로서, 상기 무선 전력송신 장치로부터 합류 요청 프레임을 수신하는 단계와, 합류 응답 프레임을 송신하는 단계와, 상기 무선 전력송신 장치로부터 충전요구 요청 프레임을 수신하는 단계와, 충전요구 응답 프레임을 송신하는 단계와, 상기 무선 전력송신 장치로부터 충전준비 요청 프레임을 수신하는 단계와, 상기 충전준비 요청 프레임에 대한 충전요구 응답 프레임의 수신 구간 동안, 상기 무선 전력송신 장치로부터 전력을 수신하는 단계를 포함한다.
상기 충전요구 요청 프레임은 충전하고자 하는 특정 무선 충전기기의 노드 ID를 포함하며, 상기 충전요구 응답 프레임을 송신하는 단계는, 수신한 상기 충전요구 요청 프레임의 노드 ID와 일치하는 노드 ID를 갖는 상기 무선 충전기기에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 자기장통신을 기반으로 하기 때문에 충전 노드에 대한 이력 관리 및 상태관리가 가능하고 충전상황에 따라서 무선 에너지 전송 시간이나 세기 등의 제어가 가능하여 효율적인 무선 충전 시스템 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선 전력공급 장치와 무선 충전기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신의 슈퍼프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신을 이용한 무선 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신을 이용한 무선 충전 방법에서 사용되는 충전 요구 요청 슈퍼프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신을 이용한 무선 충전 방법에서 사용되는 충전 준비 요청 슈퍼프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 에너지 전송 시스템은 자기공진유도 방식을 통해 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력공급 장치(100)와, 무선 전력공급 장치(100)와 소정의 거리만큼 떨어진 곳에 위치하며 무선 전력공급 장치(100)로부터 무선으로 전력을 공급받는 다수의 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)를 포함하여 구성된다.
자기공진유도 방식은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 공진에 의하여 에너지의 무선 전송 효율을 극대화시키는 방법이다. 이를 위하여 무선 전력공급 장치(100)와 무선 충전기기(200) 사이의 공진 주파수를 맞추어 공진 채널을 형성하고 이를 통하여 무선 전력을 송신한다.
무선 전력공급 장치(100)는 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)와 자기장 통신을 통해 충전기기의 식별정보, 종류, 위치, 또는 충전상태를 포함하는 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)의 정보를 수신할 수 있으며, 이와 같은 충전 정보를 바탕으로 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력공급 장치(100)는 고정형 또는 이동형으로 구현될 수 있으며, 고정형으로 구현될 경우 실내에서는 천장이나 테이블 등의 가구 등에 설치될 수 있고, 실외에서는 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치될 수 있으며, 무선 전력공급 장치(100)가 차량이나 기차, 지하철과 같은 이동체의 내부에 설치될 수도 있다. 무선 전력공급 장치(100)가 이동형으로 구현되는 경우에는, 무선 전력공급 장치(100) 자체가 별도의 이동형 장치로 구현될 수도 있고, 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 디지털 기기의 일부로서 구현될 수도 있다.
무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)는 각종 모바일 단말기, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등 배터리를 구비하는 모든 디지털 기기를 포함할 수 있으며, 지중, 수중, 건물 내부 등 접근이 용이하지 않은 곳에 배치되는 센서 및 계측기 등의 전자기기가 될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선 전력공급 장치와 무선 충전기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선 전력공급 장치(100)는, 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 무선 전력공급 장치(100)와 무선 충전기기(200) 간의 공진 주파수 대역을 갖는 AC 전력으로 변환하는 전력 변환부(120), 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 무선 충전기기(200)와의 자기장 통신을 수행하도록 하는 자기장 통신 모뎀(130), 전력 변환부(140)로부터의 AC 전력과 자기장 통신 모뎀(120)으로부터의 데이터를 자기공진유도 방식을 이용하여 무선 충전기기(200)로 송신하는 송신 안테나(110), 전력 변환부(140) 및 자기장 통신 모뎀(120)을 비롯한 무선 전력공급 장치(100)의 구성요소들을 제어하는 제어부(130)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선 충전기기(200)는, 무선 전력공급 장치(100)로부터 자기공진유도 방식을 이용하여 전력과 데이터를 수신하는 수신 안테나(210), 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 무선 전력공급 장치(100)와의 자기장 통신을 수행하도록 하는 자기장 통신 모뎀(230), 전력 수신을 관리하는 전력 관리부(220), 전력 관리부 및 자기장 통신 모뎀(230)을 비롯한 무선 충전기기(200)의 구성요소들을 제어하는 제어부(240), 수신된 전력을 이용하여 충전되는 배터리(250)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템에서는 무선 전력공급 장치(100)와 무선 충전기기(200)가 자기장 통신 모뎀(130, 230)을 이용한 자기장 통신을 이용하여 효율적인 무선 충전을 달성한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 멀티노드 무선 충전 시스템의 네트워크 구성 요소를 설명한다.
MFAN(Magnetic Field Area Network)은 저주파 대역(30KHz~300KHz)에서 자기장 신호를 이용하여 정보를 송수신하는 무선 네트워크이다. 무선 통신의 동작 중심 주파수는 128KHz이며, 변조 방식은 이진위상편이(Binary Phase Shift Keying; BPSK) 방식 또는 진폭 편이(Amplitude Shift Keying; ASK)을 이용한다. 데이터율을 다양화하기 위하여 맨체스터(Manchester) 코딩과 비제로 복귀 레벨(Non-Return-to-Zero Level; NRZ-L) 코딩을 사용함으로써 수 m의 거리에서 수 Kbps의 데이터율을 제공한다. MFAN에 참여한 기기들은 그 역할에 따라 MFAN-C(Coordinator)와 MFAN-N(Node)으로 나뉘어진다. 하나의 MFAN 안에는 오직 하나의 MFAN-C만 존재하며, MFAN-C를 중심으로 다수의 MFAN-N 장치가 네트워크를 형성한다. MFAN-C는 MFAN-N의 합류 및 분리, 해제를 관리한다. MFAN에서는 시간 분할 다중 접속(Time Division Multiple Access; TDMA) 방식을 사용한다. MFAN-C가 MFAN에서의 접속을 관리하며, MFAN-N의 접속 시, MFAN-C의 판단에 의해서 시간 자원이 분배된다.
MFAN을 구성하는 중요한 구성요소는 시간적인 요소와 물리적인 요소로 나누어 볼 수 있다. 시간적인 요소는 요청 구간, 응답 구간, 비활성 구간으로 구성되는 슈퍼프레임을 말하고 물리적인 요소는 MFAN-C와 MFAN-N으로 구성되는 네트워크를 의미한다. 물리적인 요소의 가장 기본이 되는 요소는 노드이다. 노드의 종류에는 네트워크를 관리하는 MFAN-C와 네트워크의 구성 요소인 MFAN-N이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템에서는 무선 전력전송 장치(100)가 코디네이터가 되고 무선 충전기기(200)가 노드가 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신의 슈퍼프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 하나의 슈퍼프레임은 요청 구간, 응답 구간, 자율 구간으로 이루어지며, 요청 구간과 응답 구간의 길이는 가변적이다. 슈퍼프레임은 코디네이터가 요청 구간에서 응답 요청 패킷을 전송함으로써 시작된다. 응답 요청 패킷에는 응답 구간 동안 응답 패킷을 전송할 수 있는 노드들에 대한 정보를 가지고 있으며, 노드들은 응답 요청 패킷에 있는 정보를 사용하여 응답 구간 동안 응답 패킷을 전송한다. 자율 구간에서는 노드가 코디네이터의 요청 없이도 코디네이터에게 데이터를 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신을 이용한 무선 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 무선 전력전송 장치(코디네이터)(100)가 합류 요청을 송신한다(S410). 그러면, 충전 가능 범위 내의 무선 충전기기(노드)(200)는 합류 응답을 무선 전력전송 장치(100)로 송신한다(S420).
합류가 완료되면 무선 전력전송 장치(100)는 충전 요구 요청을 송신하고(S430), 충전을 원하는 무선 충전기기(200)는 충전 요구 응답을 송신한다(S440).
충전 요구 요청에 대한 응답을 받은 무선 전력전송 장치(100)는 충전 준비 요청을 송신하고(S450), 이어지는 무선 충전기기(200)의 충전 준비 응답 구간 동안 해당 무선 충전기기(200)에 대한 무선 충전이 이루어진다(S460).
이제, 충전 요구 요청 슈퍼프레임 및 충전 준비 요청 슈퍼프레임의 구조에 대하여 좀 더 자세히 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신을 이용한 무선 충전 방법에서 사용되는 충전 요구 요청 슈퍼프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이, 충전 요구 요청(520)은 합류 과정(510)이 끝난 후 이루어진다. 무선 전력전송 장치(100)가 요청 구간을 통해 충전 요구 요청(522)을 보내면, 무선 충전기기(200)는 수신한 패킷을 판단하여 응답 구간을 통해 충전 요구 응답을 전송하고, 무선 전력전송 장치(100)는 충전 요구에 대한 응답을 받게 된다. 이 충전 요구 응답(524)에는 무선 충전기기(200)의 노드 ID와 충전 데이터 정보가 들어 있다. 또한 무선 전력전송 장치(100)는 충전 요구 요청 패킷을 보낼 시 특정 노드에게 충전 요구 요청을 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자기장 통신을 이용한 무선 충전 방법에서 사용되는 충전 준비 요청 슈퍼프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
충전 요구 요청에 대한 응답을 받은 무선 전력전송 장치(100)는 요청 구간에 충전 준비 요청(532)을 무선 충전기기(200)에게 전송한다. 충전 준비 요청 프레임(532)에는 각 노드ID와 슬롯 넘버, 충전 주기 등의 정보가 들어있다. 충전 준비 요청을 보낸 무선 전력전송 장치(100)는 충전 준비 응답 구간(534) 동안 스케쥴링된 시간에 무선 충전기기(200)에게 에너지를 전송한다.
본 발명에 따르면, 자기장통신을 기반으로 하기 때문에 충전 노드에 대한 이력 관리 및 상태관리가 가능하고 충전상황에 따라서 무선 에너지 전송 시간이나 세기 등의 제어가 가능하여 효율적인 무선 충전 시스템 구현이 가능하다.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (13)

  1. 무선 전력송신 장치와 상기 무선 전력송신 장치와 이격되어 있는 다수의 무선 충전기기를 포함하는 멀티노드 무선 전력 전송 시스템에서 자기장 통신을 이용하여 상기 무선 전력송신 장치가 상기 무선 충전기기를 충전하는 방법으로서,
    합류 요청 프레임을 송신하는 단계와,
    상기 무선 충전기기로부터 합류 응답 프레임을 수신하는 단계와,
    충전요구 요청 프레임을 송신하는 단계와,
    상기 무선 충전기기로부터 충전요구 응답 프레임을 수신하는 단계와,
    충전준비 요청 프레임을 송신하는 단계와,
    상기 충전준비 요청 프레임에 대한 충전요구 응답 프레임의 수신 구간 동안 전력을 송신하는 단계를 포함하는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전요구 응답 프레임은 상기 무선 충전기기의 노드 ID와 충전 데이터 정보를 포함하는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전요구 요청 프레임을 수신한 상기 무선 충전기기들은 다수의 슬롯으로 구분되는 응답 구간에 상기 충전요구 응답 프레임을 송신하는 것인 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전요구 요청 프레임은 충전하고자 하는 특정 무선 충전기기의 노드 ID를 포함하는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전준비 요청 프레임은 상기 무선 충전기기의 노드 ID, 슬롯 넘버, 충전 주기 정보를 포함하는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력을 송신하는 단계에서는 충전하고자 하는 상기 무선 충전기기의 노드 ID를 더 송신하는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전요구 응답 프레임의 수신 구간은 다수의 슬롯으로 구분되며,
    상기 전력을 송신하는 단계에서는 상기 다수의 슬롯 중 하나 이상의 슬롯을 이용하여 전력을 송신하는 것인 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  8. 무선 전력송신 장치와 상기 무선 전력송신 장치와 이격되어 있는 다수의 무선 충전기기를 포함하는 멀티노드 무선 전력 전송 시스템에서 자기장 통신을 이용하여 무선 충전기기가 무선 전력을 수신하는 방법으로서,
    상기 무선 전력송신 장치로부터 합류 요청 프레임을 수신하는 단계와,
    합류 응답 프레임을 송신하는 단계와,
    상기 무선 전력송신 장치로부터 충전요구 요청 프레임을 수신하는 단계와,
    충전요구 응답 프레임을 송신하는 단계와,
    상기 무선 전력송신 장치로부터 충전준비 요청 프레임을 수신하는 단계와,
    상기 충전준비 요청 프레임에 대한 충전요구 응답 프레임의 수신 구간 동안, 상기 무선 전력송신 장치로부터 전력을 수신하는 단계를 포함하는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전요구 응답 프레임은 상기 무선 충전기기의 노드 ID와 충전 데이터 정보를 포함하는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 충전요구 요청 프레임을 수신한 상기 무선 충전기기는 다수의 슬롯으로 구분되는 응답 구간에 상기 충전요구 응답 프레임을 송신하는 것인 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 충전요구 요청 프레임은 충전하고자 하는 특정 무선 충전기기의 노드 ID를 포함하며,
    상기 충전요구 응답 프레임을 송신하는 단계는, 수신한 상기 충전요구 요청 프레임의 노드 ID와 일치하는 노드 ID를 갖는 상기 무선 충전기기에 의하여 수행되는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 충전준비 요청 프레임은 상기 무선 충전기기의 노드 ID, 슬롯 넘버, 충전 주기 정보를 포함하는 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 충전요구 응답 프레임의 수신 구간은 다수의 슬롯으로 구분되며,
    상기 전력을 수신하는 단계에서는 상기 다수의 슬롯 중 하나 이상의 슬롯을 이용하여 전력을 수신하는 것인 자기장 통신을 이용한 멀티노드 무선 충전 방법.
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