WO2016163697A1 - 무선 전력 전송 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2016163697A1
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power transmission
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Inventor
박수빈
박수영
이종헌
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엘지이노텍(주)
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems

Definitions

  • the first to n-th wireless power transmission scheme may include at least one of an electromagnetic induction scheme, an electromagnetic resonance scheme, and an RF scheme.
  • the wireless power may be received by at least one electromagnetic induction method following the electromagnetic resonance method.
  • the present invention has the advantage of providing a multi-mode wireless power transmission method and apparatus and system therefor.
  • FIG 3 is a view for explaining a wireless power transmission system supporting an electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a wireless power transmission system supporting the electromagnetic induction method according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 200 supporting the electromagnetic induction method may include a primary coil 21 that generates magnetic flux using AC power supplied from the power source 100.
  • the wireless power receiver 300 may be configured to include a secondary coil 31 for generating an electromotive force through the magnetic flux. Electromotive force generated by the secondary coil 31 may be transmitted to the load stage 400.
  • the wireless power transmitter 200 supporting the electromagnetic resonance method may include a transmission induction coil 210 and a transmission resonance coil 220.
  • the wireless power receiver 300 may include a reception resonance coil 310 and a reception induction.
  • the coil 320 and the rectifier 330 may be included.
  • the reception resonance coil 310 may be disposed at a predetermined distance from the reception induction coil 320.
  • the controller 55 controls the overall operation of the wireless power transmission apparatus 50.
  • the controller 55 determines an optimal wireless power transmission scheme based on the power transmission efficiency or the charging efficiency for each wireless power transmission scheme, and determines the determined wireless power transmission scheme. It can be controlled so that the wireless power can be sent.
  • the charging efficiency may be calculated based on the charging amount charged by the corresponding wireless power receiver during the unit time.
  • the charging efficiency may be calculated based on power information of the rear end of the rectifier of the wireless power receiver received through the out-of-band communication channel.
  • the wireless power transmitter 50 calculates the charging efficiency based on the state information received from the wireless power receiver, for example, power intensity information after the receiver rectifier.
  • the wireless power receiver may calculate the charging efficiency for each wireless power transmission scheme and determine an optimal wireless power transmission scheme based on the calculated charging efficiency. have. Thereafter, the wireless power receiver may transmit information about the wireless power transmission method determined through the out-of-band communication channel to the wireless power transmitter 50.
  • the present invention relates to a wireless power transmission technology, and in particular, can be applied to a wireless power transmitter and a wireless power receiver supporting a plurality of wireless power transmission schemes.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 멀티 모드 무선 전력 전송 방법, 멀티 모드 무선 전력 수신 방법 및 그를 위한 장치들을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법은 무선 전력 수신 장치와 대역외 통신을 설정하는 단계와 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 미리 지정된 순서로 무선 전력을 전송하는 단계를 포함하되, 상기 대역외 통신을 통해 수신되는 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식으로 상기 무선 전력을 전송할 수 있다. 따라서, 본 발명은 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 충전 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 전력 전송 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원하는 무선 전력 송수신기에서의 무선 전력 전송 및 수신 방법과 그를 위한 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
하지만, 종래에는 복수의 무선 충전 방식을 지원하는 무선 전력 전송 방법이 제공되지 않았다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 멀티 모드를 지원하는 무선 전력 송수신 장치에서의 무선 전력 전송 및 수신 방법과 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전력 전송 효율을 향상시키는 것이 가능한 멀티 모드 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대역외 통신을 통해 무선 충전 방식 별 충전 효율을 비교하고, 이를 기반으로 최적의 무선 충전 방식을 적응적으로 선택하는 것이 가능한 멀티 모드 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대역외 통신을 통해 무선 전력 수신 장치의 상태 정보를 전송함으로써, 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 멀티 모드 무선 전력 전송 방법, 멀티 모드 무선 전력 수신 방법 및 그를 위한 장치들을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법은 무선 전력 수신 장치와 대역외 통신을 설정하는 단계와 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 미리 지정된 순서로 무선 전력을 전송하는 단계와 상기 대역외 통신을 통해 수신되는 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식을 결정하는 단계와 상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전자기 공진 방식을 최초로 활성화하여 상기 무선 전력을 전송할 수 있다.
또한, 상기 전자기 공진 방식에 이어 적어도 하나의 상기 전자기 유도 방식을 순차적으로 활성화시켜 상기 무선 전력을 전송할 수 있다.
여기서, 상기 전자기 유도 방식은 WPC 방식, PMA 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전자기 공진 방식은 A4WP 방식일 수 있다.
또한, 상기 대역외 통신은 블루투스 통신, 또는 BLE (Bluetooth Low Energy) 통신, NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 지그비(Zigbee) 통신 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 상태 정보는 상기 무선 전력 수신 장치에 구비된 정류기의 평균 출력 파워 정보, 상기 정류기에서의 출력 직류 전류 및 출력 직류 전압 세기 정보, 단위 시간 동안 부하에 충전된 충전량 정보, 상기 부하에 충전된 충전량 변화에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력을 전송하는 단계는 특정 시점에 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식 중 어느 하나의 무선 전력 전송 방식이 활성화되어 상기 무선 전력을 전송할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식 및 전자기 공진 방식을 포함하되, 상기 전자기 공진 방식을 통해 상기 무선 전력 수신 장치가 감지 및 식별되면, 상기 대역외 통신을 설정할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 전송 중 상기 충전 효율이 소정 기준치 이하로 떨어지면, 상기 무선 전력을 전송 중인 무선 전력 전송 방법을 제외한 나머지 무선 전력 전송 방법 중 상기 충전 효율이 가장 높은 무선 전력 전송 방법을 재 탐색하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 수신 방법은 무선 전력 송신 장치와 대역외 통신을 설정하는 단계와 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 미리 지정된 순서로 무선 전력을 수신하는 단계와 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보를 상기 대역외 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 단계와 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식이 상기 무선 전력 송신 장치에 의해 결정되면, 상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 상기 무선 전력을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전자기 공진 방식으로 송출된 비콘 신호가 감지되면, 상기 대역외 통신 설정을 위한 광고 시그널을 송출하되, 상기 광고 시그널이 상기 무선 전력 송신 장치에 의해 감지되면, 상기 대역외 통신이 설정되고, 상기 전자기 공진 방식을 통해 상기 무선 전력을 수신할 수 있다.
또한, 상기 전자기 공진 방식에 이어 적어도 하나의 상기 전자기 유도 방식으로 상기 무선 전력을 수신할 수 있다.
여기서, 상기 전자기 유도 방식은 WPC 방식, PMA 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전자기 공진 방식은 A4WP 방식일 수 있다.
또한, 상기 대역외 통신은 블루투스 통신, NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 지그비(Zigbee) 통신 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 상태 정보는 상기 무선 전력 수신 장치의 정류기의 평균 출력 파워 정보, 상기 정류기의 직류 전류 및 직류 전압 세기 정보, 단위 시간 동안 부하에 충전된 충전량 정보, 상기 부하에 충전된 충전량 변화에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력을 수신하는 단계는 특정 시점에 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식 중 어느 하나의 무선 전력 전송 방식으로만 상기 무선 전력을 수신할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치와 대역외 통신을 설정하는 수단과 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 무선 전력을 전송하는 수단과 상기 대역외 통신을 통해 수신되는 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식을 결정하는 수단과 상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 전송하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 송신 장치와 대역외 통신을 설정하는 수단과 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 무선 전력을 수신하는 수단과 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보를 상기 대역외 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 수단을 포함하고, 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식이 상기 무선 전력 송신 장치에 의해 결정되면, 상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 상기 무선 전력을 수신하도록 제어할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 멀티 모드 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 전력 전송 효율을 향상시키는 것이 가능한 멀티 모드 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 대역외 통신을 통해 무선 충전 방식 별 충전 효율을 비교하고, 이를 기반으로 최적의 무선 충전 방식을 적응적으로 선택함으로써, 고효율의 무선 충전 가능하게 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치는 최적의 충전 효율을 유지함으로써, 충전 시간을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 항상 최적의 충전 효율을 유지함으로써, 전력 낭비를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 방식을 지원하는 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드를 지원하는 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플(Triple) 모드를 지원하는 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드를 지원하는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이에서의 최적의 무선 전력 전송 방법을 결정하는 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법은 무선 전력 수신 장치와 대역외 통신을 설정하는 단계와 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 미리 지정된 순서로 무선 전력을 전송하는 단계와 상기 대역외 통신을 통해 수신되는 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식을 결정하는 단계와 상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식, 송신 코일의 자기장을 특정 공진 주파수에 동조하여 근거리에 위치한 무선 파워 수신기에 전력을 공급하는 전자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식, RF 신호에 저전력의 에너지를 실어 원거리 수신기에 전력을 전송하는 RF 무선 파워 전송 방식 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
전자기 공진 방식은 송수신 코일 간 자기 공진 현상을 이용하여 무선 전력을 전송하는 방식으로, 상세하게, 송신부 코일에서 특정 공진 주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진 주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 집중적으로 전달되는 무선 충전 방식이다.
RF 무선 파워 전송 방식의 수신단은 렉테나(rectenna)가 구비될 수 있으며, 렉테나는 안테나와 저역통과 필터, 정류부, DC 통과 필터 및 부하 저항으로 구성이 된다. 안테나는 RF 신호를 수신하는 역할을 하며, 수신된 RF 신호는 저역 통화 필터를 거쳐 정류부로 전달될 수 있다. 정류부는 일 예로, 비선형 소자인 쇼트키 다이오드로 구성이 될 수 있으며, 이때, 다이오드에서는 DC 전력뿐만 아니라 RF 수신 신호의 고차 모드도 발생 될 수 있다. 이러한 고차 모드가 안테나로 재 방사가 일어나지 못하도록 저역 통과 필터를 안테나와 다이오드 사이에 위치시킬 수 있다. 또한, 수신단에는 RF 신호가 부하에 전달되는 것을 차단하고 DC 성분만 부하에 전달되도록 제어하기 위해 DC 통과 필터가 다이오드와 부하 사이에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 복수의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 상기 전자기 공진 방식, RF 무선 파워 전송 방식 등을 포함할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치는 무선 파워 전송에 사용되는 주파수 대역-즉, In-Band 대역-과는 상이한 별도의 대역외 주파수(Out-Of-Band frequency)를 이용하여 통신-즉, 대역외 통신-을 수행할 수도 있다. 일 예로, 대역외 통신 기술로는 블루투스 통신, NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 지그비(Zigbee) 통신 등의 근거리 무선 통신이 적용될 수 있다. 다른 일 예로, 대역외 주파수 통신 기술은 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution)/LTE-Advanced 통신, Wi-Fi 통신 등의 이동 통신 기술이 적용될 수도 있다.
본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 전력 소스(100), 무선 전력 송신 장치(200), 무선 전력 수신 장치(300) 및 부하단(400)를 포함할 수 있다.
특히, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(200)와 무선 전력 수신 장치(300)는 대역외 양방향 통신(Out-Of-Band Bi-Directional Communication, 500)을 통해 정보를 교환할 수 있다.
실시예에서 전력 소스(100)는 무선 전력 송신 장치(200)에 포함될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(200) 및 무선 전력 수신 장치(300)는 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 후술할 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 방식 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 송신 코일, 송신 안테나, 주파수 변환기, 증폭기, 전류 및 전압 감지 센서, 대역외 통신 모듈, 마이크로 프로세서 중 적어도 하나가 구비될 수도 있다. 무선 전력 수신 장치(300)는 수신 안테나, 수신 코일, 정류기, 대역 필터, 대역외 통신 모듈, 마이크로 프로세서 중 적어도 하나가 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
전자기 유도 방식이 지원되는 무선 전력 송신 장치(200)는 전력 소스(100)로부터 공급되는 AC 전원을 이용하여 자속(Magnetic Flux)을 발생시키는 1차 코일(21)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 무선 전력 수신 장치(300)는 자속을 통해 기전력을 발생시키는 2차 코일(31)을 포함하여 구성될 수 있다. 2차 코일(31)에 의해 발생된 기전력은 부하단(400)에 전달될 수 있다.
일 예로, 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 유도 방식의 무선 충전 기술이 탑재될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치(200)는 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신 장치(300)는 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320) 및 정류부(330)를 포함할 수 있다.
일 예로, 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 충전 기술 표준 기구인 A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술이 탑재될 수 있다.
전력 소스(100)의 양단은 송신 유도 코일(210)의 양단과 연결될 수 있다.
송신 공진 코일(220)은 송신 유도 코일(210)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 공진 코일(310)은 수신 유도 코일(320)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 유도 코일(320)의 양단은 정류부(330)의 양단과 연결될 수 있고, 부하단(400)은 정류부(330)의 양단과 연결될 수 있다. 실시예에서 부하단(400)은 무선 전력 수신 장치(300)에 포함될 수 있다.
전력 소스(100)에서 생성된 전력은 무선 전력 송신 장치(200)로 전달되고, 무선 전력 송신 장치(200)로 전달된 전력은 공진 현상에 의해 무선 전력 송신 장치(200)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선 전력 수신 장치(300)로 전달될 수 있다.
이하에서는 보다 구체적으로 전력전송 과정을 설명한다.
전력 소스(100)는 소정 주파수를 갖는 교류 전력을 생성하여 무선 전력 송신 장치(200)에 전달할 수 있다.
송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 유도 결합되어 있을 수 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)은 전력 소스(100)로부터 공급받은 교류 전력에 의해 교류 전류가 발생되고, 이러한 교류 전류에 의한 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일(220)에도 교류 전류가 유도될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 또 다른 실시예에서는 송신 유도 코일 (210)이 생략될 수도 있다.
그 후, 송신 공진 코일(220)로 전달된 전력은 공진에 의해 무선 전력 송신 장치(200)와 주파수 공진 방식을 이용하여 동일한 공진 주파수를 갖는 무선 전력 수신 장치(300)로 전달될 수 있다.
임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 사이는 공진에 의해 전력이 전송될 수 있다. 이와 같은 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도 방식에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 더 높은 전송 효율로 전력 전달이 가능하게 한다.
수신 공진 코일(310)은 송신 공진 코일(220)로부터 주파수 공진 방식을 이용하여 전달된 전력을 수신할 수 있다. 수신된 전력으로 인해 수신 공진 코일(310)에는 교류 전류가 흐를 수 있고, 수신 공진 코일(310)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 공진 코일(310)과 유도 결합된 수신 유도 코일(320)로 전달될 수 있다. 수신 유도 코일(320)로 전달된 전력은 정류부(330)를 통해 정류되어 부하단(400)로 전달될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 또 다른 실시예에서는 수신 유도 코일 (320)이 생략될 수도 있다.
실시예에서 송신 유도 코일(210), 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)은 스파이럴(spiral) 또는 헬리컬(helical) 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
송신 공진 코일(220)과 수신 공진 코일(310)은 공진 주파수에서 전력 전달이 가능하도록 공진 결합될 수 있다.
송신 공진 코일(220)과 수신 공진 코일(310)의 공진 결합으로 인해, 무선 전력 송신 장치(200)와 무선 전력 수신 장치(300)간 전력 전송 효율은 크게 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 방식을 지원하는 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, RF 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치(200)는 전원 소스(100)로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 AC/DC 변환기(41), AC/DC 변환된 직류 전류를 특정 RF 밴드의 마이크로파로 변환하는 주파수 변환기(42), 변환된 마이크로파를 빔 형태의 RF 신호로 변환하여 무선상에 송신하는 지향성 안테나(43) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
RF 방식을 지원하는 무선 전력 수신 장치(300)는 렉테나를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 렉테나는 안테나와 저역통과 필터, 정류부, DC 통과 필터 및 부하 저항으로 구성될 수 있다. 안테나는 RF 신호를 수신하는 역할을 하며, 수신된 RF 신호는 저역 통과 필터를 거쳐 정류부로 전달될 수 있다. 정류부는 일 예로, 비선형 소자인 쇼트키 다이오드로 구성될 수 있으며, 이때, 다이오드에서는 DC 전력뿐만 아니라 RF 수신 신호의 고차 모드도 발생 될 수 있다. 이러한 고차 모드가 안테나로 재 방사가 일어나지 못하도록 저역 통과 필터를 안테나와 다이오드 사이에 위치시킬 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치(300)는 RF 신호가 부하단(400)에 전달되는 것을 차단하고 DC 성분만 부하단(400)에 전달되도록 제어하기 위해 DC 통과 필터가 다이오드와 부하단(400) 사이에 추가적으로 구비될 수도 있다.
또한, RF 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치(200)와 무선 전력 수신 장치(300)는 각각 대역외 통신 모듈(45 및 46)이 구비되어, 무선 전력 제어를 위한 상태 정보를 교환할 수도 있다.
RF 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치(200)와 무선 전력 수신 장치(300)는 각각 내부 동작을 전체적으로 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신 장치(200)의 제어부는 실시간 수신되는 무선 전력 수신 장치(300)의 상태 정보에 기반하여 RF 신호 송출을 중단/개시하거나 송출 RF 신호의 세기를 동적으로 제어할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치(300)의 제어부는 전력 수신 효율을 산출하는 기능, 부하단(400)에 인가되는 전류/전압의 제어 기능, 송신단에 송신 전력 증가 또는 감소를 요청하기 위한 소정 제어 파라메터를 생성하는 기능 등을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 무선 전력 송신 장치(200)는 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 방식 등으로 무선 전력 수신 장치(300)로 전력의 전송이 가능한데, 이 때, 무선 전력 송신 장치(200)와 무선 전력 수신 장치(300)는 In-Band 또는 Out-of-band 로 상호 통신할 수 있고 이를 통해 정보를 교환할 수도 있다.
여기서, 무선 전력 수신 장치(300)가 무선 전력 송신 장치(200)에 전송하는 상태 정보는 상기 무선 전력 수신 장치의 식별 정보, 상기 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력량 정보, 상기 무선 전력 수신 장치의 충전 상태 정보, 상기 무선 전력 수신 장치에 탑재된 소프트웨어 버전 정보, 상기 무선 전력 수신 장치를 위한 인증 및 보안 정보, 상기 무선 전력 수신 장치에 대응되는 인접 및/또는 후보 무선 전력 송신 장치 리스트 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)가 무선 전력 송신 장치(300)에 전송하는 상태 정보는 최대 전송 파워 세기 정보, 현재 접속된 무선 전력 수신 장치의 개수 정보, 최대 서비스 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수 정보, 가용 전송 파워량에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(200)는 대역외 양방향 통신 채널을 통해 무선 전력 수신 장치(200)의 상태 정보를 수신할 수 있으며, 수신된 상태 정보에 기반하여 전력 전송 효율이 가장 좋은 무선 충전 방식을 식별하고, 식별된 무선 충전 방식으로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 전송에서 품질 지수(Quality Factor)와 결합계수(Coupling Coefficient)는 중요한 의미를 가질 수 있다. 즉, 전력 전송 효율은 품질 지수 및 결합계수 각각과 비례 관계를 가질 수 있다. 따라서, 품질 지수 및 결합계수 중 적어도 어느 하나의 값이 커질수록 전력 전송 효율이 향상될 수 있다.
품질 지수(Quality Factor)는 무선 전력 송신 장치(200) 또는 무선 전력 수신 장치(300) 부근에 축척할 수 있는 에너지의 지표를 의미할 수 있다.
품질 지수(Quality Factor)는 동작 주파수(w), 코일의 형상, 치수, 소재 등에 따라 달라질 수 있다. 품질 지수는 다음의 식 1로 나타내어질 수 있다.
[식 1]
Q=w*L/R
L은 코일의 인덕턴스이고, R은 코일자체에서 발생하는 전력손실량에 해당하는 저항을 의미한다.
품질 지수(Quality Factor)는 0에서 무한대의 값을 가질 수 있고, 품질지수가 클수록 무선 전력 송신 장치(200)와 무선 전력 수신 장치(300)간 전력 전송 효율이 향상될 수 있다.
결합계수(Coupling Coefficient)는 송신 측 코일과 수신 측 코일 간 자기적 결합의 정도를 의미하는 것으로 0에서 1의 범위를 갖는다.
결합계수(Coupling Coefficient)는 송신 측 코일과 수신 측 코일의 상대적인 위치나 거리 등에 따라 달라질 수 있다.
이하에서는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치가 전자기 유도 방식 및 전자기 공진 방식을 모두 지원하는 경우에, 무선 전력 전송을 제어하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드를 지원하는 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(50)는 공진 파워 전송부(51), 제1 유도 파워 전송부(52), 제2 유도 파워 전송부(53), 대역외 통신부(54) 및 제어부(55)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 공진 파워 전송부(51), 제1 유도 파워 전송부(52) 및 제2 유도 파워 전송부(53)의 일부 구성은 공유될 수 있다. 일 예로, 전원 소스로부터 인가되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 AC-DC 컨버터는 공진 방식 및 유도 방식에 공통적으로 사용될 수 있다. 다른 일 예로, AC-DC 컨버터를 통해 출력된 직류 전류가 인가되어 자기장을 유도하는 송신 코일도 공진 파워 전송부(51)와 제1 내지 제2 유도 파워 전송부(52 내지 53)에 의해 공유될 수도 있다. 공진 파워 전송부(51)는 상술한 도 3의 전자기 공진 방식으로 무선 전력을 송출하는 기능을 수행할 수 있다.
제1 내지 제2 유도 파워 전송부(52 내지 53)는 상술한 도 2의 전자기 유도 방식으로 무선 전력을 송출하는 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 공진 파워 전송부(51)는 A4WP에 의해 정의된 무선 전력 전송 방식에 따라 무선 전력을 송출할 수 있으며, 제1 내지 제2 유도 파워 전송부(52 내지 53)은 각각 WPC 와 PMA에 의해 정의된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 송출할 수 있다.
대역외 통신부(54)는 무선 전력 수신 장치로부터 상태 정보 및/또는 각종 제어 신호를 수신하거나 무선 전력 송신 장치(50)의 상태 정보 및/또는 각종 제어 신호를 무선 전력 수신 장치에 전송하는 기능을 수행할 수 있다.
제어부(55)는 무선 전력 송신 장치(50)의 전체적인 동작을 제어하며, 특히, 무선 전력 송신 방식 별 전력 전송 효율 또는 충전 효율에 기반하여 최적의 무선 전력 송신 방식을 결정하고, 결정된 무선 전력 송신 방식으로 무선 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 여기서, 일 예로, 충전 효율은 단위 시간 동안 해당 무선 전력 수신 장치에 의해 충전된 충전량에 기반하여 산출될 수 있다. 다른 일 예로, 충전 효율은 대역외 통신 채널을 통해 수신된 무선 전력 수신 장치의 정류기 후단의 파워 정보에 기반하여 산출될 수도 있다.
일 예로, 제어부(55)는 전력 전송 효율 및/또는 충전 효율이 가장 우수한 무선 전력 송신 방식으로 무선 전력이 송출되도록 상기 공진 파워 전송부(51) 및 제1 내지 유도 파워 전송부(52 내지 53)의 동작을 적응적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(55)는 전원이 인가되면, 공진 파워 전송부(51)를 활성화시킬 수 있다.
이때, 공진 파워 전송부(51)는 무선 전력 수신 장치의 감지 및 식별을 위한 비콘(beacon) 신호를 송출할 수 있다. 여기서, 비콘 신호는 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 감지하기 위한 Short 비콘 신호와 무선 전력 수신 장치의 존재 감지 시 무선 전력 수신 장치의 통신 기능을 가동시키고 이를 통해 무선 전력 수신 장치로부터 신호를 수신하여 무선 전력 수신 장치를 식별하기 위한 Long 비콘 신호로 구성될 수 있다. 상기 비콘 신호는 미리 정의된 시간 동안 펄스 형태로 전송될 수 있다. 또한, 상기 비콘 신호는 소정 주기로 반복 전송될 수도 있다.
연이어, 무선 전력 수신 장치는 비콘 신호가 감지되면, 대역외 통신 연결을 위한 광고 시그널을 송출할 수 있다. 여기서, 광고 시그널은 상향 링크 블루투스 신호일 수 있으며, 무선 전력 송신 장치(50)는 전원이 인가되면, 자동으로 블루투스 기능을 활성화시킬 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치(50)는 특정 무선 전력 수신 장치와의 블루투스 페어링이 설정되지 않아도, 무선 전력 수신 장치에 의해 브로드캐스팅되는 블루투스 신호를 감지할 수 있다.
제어부(55)는 광고 시그널이 감지되면, 해당 무선 전력 수신 장치와의 대역외 통신 채널을 설정하고-즉, 블루투스 페어링을 설정하고-, 설정된 대역외 통신 채널을 통해 서로의 상태 정보를 교환할 수 있다.
이 후, 제어부(55)는 공진 파워 전송부(51)를 통한 무선 전력 전송을 개시하고-즉, 충전을 시작하고-, 대역외 통신 채널을 통해 수신되는 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 공진 방식에 대한 충전 효율-이하, 간단히, 공진 충전 효율이라 명함-을 산출할 수 있다.
연이어, 제어부(55)는 공진 파워 전송부(51)의 동작을 비활성화시킨 후, 제1 유도 파워 전송부(52)의 동작을 활성화시킬 수 있다.
활성화된 제1 유도 파워 전송부(52)는 무선 전력 전송을 개시하여 충전을 수행할 수 있다. 이 후, 제어부(55)는 대역외 통신 채널을 통해 수신된 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 제1 유도 파워 전송부(52)에 상응하는 충전 효율-이하, 간단히, 제1 유도 충전 효율이라 명함-을 산출할 수 있다.
연이어, 제어부(55)는 제1 유도 파워 전송부(52)의 동작을 비활성화시킨 후, 제2 유도 파워 전송부(53)의 동작을 활성화시킬 수 있다.
활성화된 제2 유도 파워 전송부(53)는 무선 전력 전송을 개시하여 충전을 수행할 수 있다. 이 후, 제어부(55)는 대역외 통신 채널을 통해 수신된 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 제2 유도 파워 전송부(53)에 상응하는 충전 효율-이하, 간단히, 제2 유도 충전 효율이라 명함-을 산출할 수 있다.
제어부(55)는 상기 산출된 공진 충전 효율 및 제1 내지 제2 유도 충전 효율에 기반하여 충전 효율이 가장 좋은 무선 전력 전송 방식을 결정할 수 있다.
상술한 실시예에서는 공진 파워 전송부(51), 제1 유도 파워 전송부(52), 제2 유도 파워 전송부(53)의 순서로 프로세스가 진행되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서는, 공진 파워 전송부(51), 제2 유도 파워 전송부(53), 제1 유도 파워 전송부(52)의 순서로 진행될 수도 있다. 또 다른 실시예서는 제1 또는 제2 유도 파워 전송부가 공진 파워 전송부보다 먼저 진행될 수도 있다.
제어부(55)는 결정된 무선 전력 전송 방식에 대응되는 전송부만을 활성화하고, 활성화된 전송부에 의해 무선 충전이 이루어지도록 제어할 수 있다. 여기서, 활성화된 전송부는 상기 공진 파워 전송부(51), 제1 유도 파워 전송부(52) 및 제2 유도 파워 전송부(53) 중 어느 하나일 수 있다.
제어부(55)는 무선 전력 전송 방식이 결정된 이후에도 지속적으로 대역외 통신 채널을 통해 수신된 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율을 산출할 수 있으며, 산출된 충전 효율이 소정 기준치 이하로 떨어지면, 최적의 무선 전력 전송 방식을 결정하기 위한 상기 탐색 절차를 다시 수행할 수 있다.
만약, 무선 전력 수신 장치의 충전이 완료되거나, 무선 전력 수신 장치의 존재가 더 이상 확인되지 않는 경우-즉, 무선 전력 수신 장치가 충전 영역을 벗어난 경우-, 제어부(55)는 무선 전력 전송을 중단하고, 대역외 통신 채널을 해제할 수 있다.
제어부(55)는 접속된 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는 경우, 소정 주기로 상기 공진 파워 전송부(51)를 활성화하여, 비콘 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치(50)는 최적의 충전 효율을 유지함으로써, 충전 시간을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(50)는 항상 최적의 충전 효율을 유지함으로써, 전력 낭비를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
상기한 도 5에는 도시되어 있지 않으나, 상기 무선 전력 송신 장치(50)는 상기 구성 요소들의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원부(미도시), 상기 무선 전력 송신 장치(50)의 동작에 필요한 소프트웨어, 각종 송신기 동작 제어를 위한 파라메터 설정 정보, 무선 전력 수신 장치의 상태 정보 등을 저장하기 위한 메모리(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기한 도 5에서는 무선 전력 송신 장치(50)가 공진 방식 및 유도 방식으로 무선 충전을 수행할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(50)는 RF 방식으로 무선 충전을 수행하는 RF 파워 전송부(미도시)를 더 포함할 수도 있음을 주의해야 한다.
또한, 상기한 도 5에서는 무선 전력 송신 장치(50)가 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 상태 정보-예를 들면, 수신기 정류기 후단의 파워 세기 정보-에 기반하여 충전 효율을 산출하는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 전송 방식 별 충전 효율을 산출하고, 산출된 충전 효율에 기반하여 최적의 무선 전력 전송 방식을 결정할 수도 있다. 이 후, 무선 전력 수신 장치는 대역외 통신 채널을 통해 결정된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 무선 전력 송신 장치(50)에 전송할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플(Triple) 모드를 지원하는 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 전원이 인가되면, 공진 방식의 A4WP 전송 모듈을 활성화시키고, WPC 전송 모듈 및 PMA 전송 모듈을 비활성시킬 수 있다(S601). 이때, 무선 전력 송신 장치는 블루투스 기능을 활성화시킬 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 활성화된 A4WP 전송 모듈을 통해 수신기 감지 및 식별을 위한 Short Beacon 및 Long Beacon을 송출할 수 있다(S603).
무선 전력 송신 장치는 상향 링크 블루투스 신호를 통해 수신기가 감지 및 식별되면-즉, 수신기의 존재가 확인되면-, 해당 무선 전력 수신 장치와 블루투스 통신을 연결-즉, 블루투스 페어링-하고, A4WP 전송 모듈을 통한 충전을 수행할 수 있다(S605 내지 S609).
상기한 605 단계에서, 수신기가 감지되지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 소정 주기로 상기한 603 단계를 수행할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 A4WP 전송 모듈을 통한 충전 중 상기 설정된 블루투스 통신 연결을 통해 해당 무선 전력 수신 장치로부터 상태 정보를 수신하고, 수신된 상태 정보에 기반하여 A4WP 충전 효율을 산출할 수 있다(S611 내지 S613). 여기서, 상태 정보는 무선 전력 수신 장치의 정류기의 평균 출력 파워 정보, 무선 전력 수신 장치의 정류기의 직류 전류/전압 세기 정보, 단위 시간 동안의 부하에 충전된 충전량 또는 충전량 변화에 관한 정보 등의 정보를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 A4WP 충전 효율이 산출되면, A4WP 전송 모듈의 동작을 비활성시킨 후, WPC 전송 모듈을 활성화시킬 수 있다(S615).
이 후, 무선 전력 송신 장치는 WPC 전송 모듈을 통해 해당 무선 전력 수신 장치로의 충전을 수행하고, 블루투스 통신 채널을 통해 무선 전력 수신 장치의 상태 정보를 수신하여 WPC 충전 효율을 산출할 수 있다(S617 내지 S619).
무선 전력 송신 장치는 기 산출된 A4WP 충전 효율과 WPC 충전 효율을 비교할 수 있다(S621).
비교 결과, WPC 충전 효율이 A4WP 충전 효율보다 좋으면, 무선 전력 송신 장치는 지금까지 최대 충전 효율인 무전 전력 전송 방식이 WPC 방식인 것으로 판단할 수 있다(S623).
상기한 621 단계의 비교 결과, WPC 충전 효율이 A4WP 충전 효율보다 나쁜 경우, 무선 전력 송신 장치는 지금까지 최대 충전 효율인 무전 전력 전송 방식이 A4WP 방식인 것으로 판단할 수 있다(S625).
이 후, 무선 전력 송신 장치는 WPC 전송 모듈의 동작을 비활성화시킨 후, PMA 전송 모듈을 활성화하여 무선 충전을 수행할 수 있다(S627).
무선 전력 송신 장치는 WPC 전송 모듈을 통한 무선 충전 중 블루투스 통신 채널을 통해 무선 전력 수신 장치의 상태 정보를 수신하여 PMA 충전 효율을 산출할 수 있다(S629).
무선 전력 송신 장치는 산출된 PMA 충전 효율을 현재까지 식별된 최대 충전 효율(MAX 효율)과 비교할 수 있다(S631).
비교 결과, PMA 충전 효율이 지금까지의 MAX 효율을 초과하면, PMA가 최대 충전 효율을 갖는 무선 전력 전송 방식인 것으로 판단하고, PMA 전송 모듈을 이용하여 해당 무선 전력 수신 장치로의 충전을 수행할 수 있다. 반면, 비교 결과, PMA 충전 효율이 지금까지의 MAX 효율 이하이면, 현재 MAX 효율에 대응되는 무선 전력 전송 방식으로 충전을 수행할 수 있다(S633 내지 S635).
무선 전력 송신 장치는 MAX 효율을 가지는 무선 전력 전송 방식으로 충전 중 무선 전력 수신 장치가 더 이상 존재하지 않는 것이 확인되거나 해당 무선 전력 수신 장치로의 충전이 완료된 것으로 확인되면, 블루투스 통신 연결을 해제하고(S637 내지 S639), 상기한 601 단계로 회귀할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 충전 중 충전 효율이 소정 기준치 이하로 떨어지면, 현재 활성화되지 않은 무선 전력 전송 방식에 대한 충전 효율을 산출하고 이를 비교하여 최대 충전 효율인 무선 전력 전송 방식을 적응적으로 결정할 수 있다.
상기 도 6의 설명에서는 A4WP, WPC, PMA 순으로 충전 효율을 산출하고, 산출된 충전 효율에 기반하여 최적의 무선 전력 전송 방식을 선택하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 A4WP, PMA, WPC 순으로 충전 효율을 산출하여 최적의 무선 전력 전송 방식을 결정할 수도 있음을 주의해야 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드를 지원하는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이에서의 최적의 무선 전력 전송 방법을 결정하는 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(700)는 제어부(710), WPC 전송모듈(720), PMA 전송 모듈(730) 및 A4WP 전송 모듈(740)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(700)에 전원이 인가되면, 제어부(710)는 A4WP 전송 모듈(710)를 활성화시키는 소정 제어 신호(Enable)를 송출할 수 있다(S701).
A4WP 전송 모듈(710)은 무선 전력 수신 장치(760)의 감지 및 식별을 위한 비콘 신호를 송출한다(S703).
무선 전력 수신 장치(760)는 비콘 신호가 감지되면, 상향 링크 블루투스 신호를 송출할 수 있다(S705). 여기서, 상향 링크 블루투스 신호는 무선 전력 수신 장치의 식별 정보 및 블루투스 통신 연결을 요청하는 광고 시그널일 수 있다.
제어부(710)는 상향 링크 블루투스 신호가 감지되면, 무선 전력 수신 장치(760)와 블루투스 통신을 연결할 수 있다(S707).
A4WP 전송 모듈(740)는 무선 전력을 송출하여 충전을 개시하고, 제어부(710)는 블루투스 통신 채널을 통해 무선 전력 수신 장치(760)로부터 A4WP 전송 방식에 대응하는 정류기 평균 출력 파워(P_rect) 정보를 수신할 수 있다(S709 내지 S711).
연이어, 제어부(710)는 A4WP 전송 모듈(740)을 비활성화시킨 후, WPC 전송 모듈(720)를 활성화시킬 수 있다(S713 내지 S715).
WPC 전송 모듈(720)은 무선 전력 전송을 개시하고(S717), 제어부(710)는 블루투스 통신 채널을 통해 무선 전력 수신 장치(760)로부터 WPC 전송 방식에 대응하는 정류기 평균 출력 파워(P_rect) 정보를 수신할 수 있다(S719).
제어부(710)는 WPC 전송 모듈(720)을 비활성화시킨 후, PMA 전송 모듈(730)을 활성화시킬 수 있다(S721 내지 S723).
PMA 전송 모듈(730)은 무선 전력 전송을 개시하고(S725), 제어부(710)는 블루투스 통신 채널을 통해 무선 전력 수신 장치(760)로부터 PMA 전송 방식에 대응하는 정류기 평균 출력 파워(P_rect) 정보를 수신할 수 있다(S727).
제어부(710)는 PMA 전송 모듈(730)을 비활성화시키고(S729), 기 수신된 무선 전력 전송 방식 별 P_rect 값에 기반하여, 최고 충전 효율인 무선 전력 전송 방식을 결정할 수 있다(S731).
이 후, 제어부(710)가 결정된 무선 전력 전송 방식에 대응되는 전송 모듈을 활성화시키면, 해당 전송 모듈은 무선 전력을 송출하여 충전을 수행할 수 있다(S733 내지 S735).
만약, 충전 중 무선 전력 수신 장치(760)의 존재가 더 이상 확인되지 않거나, 충전이 완료된 경우(S737), 제어부(710)는 블루투스 통신 연결을 해제하고(S739), 상기한 701 단계로 회귀할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(710)는 미리 정의된 순서로 각각의 전송 모듈을 순차적으로 활성화시키기 위한 소정 제어 신호를 해당 전송 모듈에 송출함과 동시에 블루투스 통신을 통해 무선 전력 수신 장치(760)는 해당 전송 모듈 또는 무선 전력 전송 방식이 활성화되었음을 지시하는 소정 제어 신호를 전송할 수도 있다. 따라서, 무선 전력 수신 장치(760)는 무선 전력 전송 방식을 전환하는 시점을 상기 무선 전력 송신 장치(700)로부터 수신되는 제어 신호를 통해 인지할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히, 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원하는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기에 적용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법에 있어서,
    무선 전력 수신 장치와 대역외 통신을 설정하는 단계;
    제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 미리 지정된 순서로 무선 전력을 전송하는 단계;
    상기 대역외 통신을 통해 수신되는 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 전송하는 단계
    를 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 방식 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자기 공진 방식을 최초로 활성화하여 상기 무선 전력을 전송하는, 무선 전력 전송 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전자기 공진 방식에 이어 적어도 하나의 상기 전자기 유도 방식을 순차적으로 활성화시켜 상기 무선 전력을 전송하는, 무선 전력 전송 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전자기 유도 방식은 WPC 방식, PMA 방식 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전자기 공진 방식은 A4WP 방식인, 무선 전력 전송 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 대역외 통신은 블루투스 통신, BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 지그비(Zigbee) 통신 중 어느 하나인, 무선 전력 전송 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상태 정보는 상기 무선 전력 수신 장치에 구비된 정류기의 평균 출력 파워 정보, 상기 정류기에서의 출력 직류 전류 및 출력 직류 전압 세기 정보, 단위 시간 동안 부하에 충전된 충전량 정보, 상기 부하에 충전된 충전량 변화에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력을 전송하는 단계는 특정 시점에 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식 중 어느 하나의 무선 전력 전송 방식이 활성화되어 상기 무선 전력을 전송하는, 무선 전력 전송 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식 및 전자기 공진 방식을 포함하되, 상기 전자기 공진 방식을 통해 상기 무선 전력 수신 장치가 감지 및 식별되면, 상기 대역외 통신을 설정하는, 무선 전력 전송 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 중 상기 충전 효율이 소정 기준치 이하로 떨어지면, 상기 무선 전력을 전송 중인 무선 전력 전송 방법을 제외한 나머지 무선 전력 전송 방법 중 상기 충전 효율이 가장 높은 무선 전력 전송 방법을 재탐색하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
  12. 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 수신 방법에 있어서,
    무선 전력 송신 장치와 대역외 통신을 설정하는 단계;
    제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 미리 지정된 순서로 무선 전력을 수신하는 단계;
    상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보를 상기 대역외 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 단계; 및
    상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식이 상기 무선 전력 송신 장치에 의해 결정되면, 상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 상기 무선 전력을 수신하는 단계
    를 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 방식 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전자기 공진 방식으로 송출된 비콘 신호가 감지되면, 상기 대역외 통신 설정을 위한 광고 시그널을 송출하되, 상기 광고 시그널이 상기 무선 전력 송신 장치에 의해 감지되면, 상기 대역외 통신이 설정되고, 상기 전자기 공진 방식을 통해 상기 무선 전력을 수신하는, 무선 전력 수신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전자기 공진 방식에 이어 적어도 하나의 상기 전자기 유도 방식으로 상기 무선 전력을 수신하는, 무선 전력 수신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전자기 유도 방식은 WPC 방식, PMA 방식 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전자기 공진 방식은 A4WP 방식인, 무선 전력 수신 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 대역외 통신은 블루투스 통신, BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 지그비(Zigbee) 통신 중 어느 하나인, 무선 전력 수신 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 상태 정보는 상기 무선 전력 수신 장치의 정류기의 평균 출력 파워 정보, 상기 정류기의 직류 전류 및 직류 전압 세기 정보, 단위 시간 동안 부하에 충전된 충전량 정보, 상기 부하에 충전된 충전량 변화에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 무선 전력을 수신하는 단계는 특정 시점에 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식 중 어느 하나의 무선 전력 전송 방식으로만 상기 무선 전력을 수신하는, 무선 전력 수신 방법.
  21. 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    무선 전력 수신 장치와 대역외 통신을 설정하는 수단;
    제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 무선 전력을 전송하는 수단; 및
    상기 대역외 통신을 통해 수신되는 상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식을 결정하는 수단
    을 포함하고, 상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 전송하도록 제어하는, 무선 전력 송신 장치.
  22. 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    무선 전력 송신 장치와 대역외 통신을 설정하는 수단;
    제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식을 이용하여 무선 전력을 수신하는 수단; 및
    상기 제1 내지 제n 무선 전력 전송 방식에 각각 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보를 상기 대역외 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 수단
    을 포함하고, 상기 무선 전력 수신 장치의 상태 정보에 기반하여 충전 효율이 최대인 무선 전력 전송 방식이 상기 무선 전력 송신 장치에 의해 결정되면, 상기 결정된 무선 전력 전송 방식으로 상기 무선 전력을 수신하도록 제어하는, 무선 전력 수신 장치.
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