WO2016182208A1

WO2016182208A1 - 무선 전력 송신 방법, 무선 전력 수신 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: WO2016182208A1
Application number: PCT/KR2016/003488
Authority: WO
Inventors: 이종헌; 박수빈; 박수영
Original assignee: 엘지이노텍(주)
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2016-11-17
Also published as: EP3297123A4; CN107636929A; US20180138749A1; EP3297123A1; KR20160133140A

Abstract

본 발명은 멀티 모드 무선 전력 송수신 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선으로 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 무선 전력 전송 방식에 기반한 제1 신호를 전송하는 단계와 제2 무선 전력 전송 방식에 기반한 제2 신호를 전송하는 단계와 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 측정 결과를 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 단계와 상기 측정 결과에 기반하여 상기 무선 전력 수신 장치를 위한 무선 전력 전송 방식을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 효율이 높은 무선 전력 전송 방식을 선택하여 무선 전력을 전송할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 전력 송신 방법, 무선 전력 수신 방법 및 이를 위한 장치

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 효율에 기반하여 적응적으로 무선 전력 전송 방법을 선택하는 것이 가능한 무선 전력 송수신 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.

전자기 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 전송 시스템에서 전력 전송 효율에 기반하여 적응적으로 무선 전력 전송 방식을 선택하는 것이 가능한 무선 전력 송수신 방법과 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 멀티 모드를 지원하는 무선 전력 전송 시스템에서 충전 효율에 기반하여 적응적으로 무선 전력 전송 방식을 선택하는 것이 가능한 무선 전력 송수신 방법과 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 송수신 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선으로 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 무선 전력 전송 방식에 기반한 제1 신호를 전송하는 단계와 제2 무선 전력 전송 방식에 기반한 제2 신호를 전송하는 단계와 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 측정 결과를 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 단계와 상기 측정 결과에 기반하여 상기 무선 전력 수신 장치를 위한 무선 전력 전송 방식을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식이고, 상기 제2 무선 전력 전송 방식은 자기 공진 방식일 수 있다.

또한, 상기 제1 신호는 핑 신호이고 상기 제2 신호는 비콘 신호일 수 있다.

또한, 상기 핑 신호는 디지털 핑 신호이고, 상기 비콘 신호는 Long Beacon 신호일 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 송신 방법은 상기 수신된 측정 결과에 기반하여 무선 전력 전송 방식 별 전력 전송 효율을 산출하는 단계를 더 포함하되, 상기 산출된 전력 전송 효율에 기반하여 무선 전력 전송 방식이 선택될 수 있다.

또한, 상기 수신된 측정 결과는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 수신 신호 세기 정보를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 수신 신호 세기 정보는 수신기의 정류기 출력 전압 세기 정보일 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 송신 방법은 상기 수신된 측정 결과에 기반하여 무선 전력 전송 방식 별 충전 효율을 산출하는 단계를 더 포함하되, 상기 산출된 충전 효율에 기반하여 무선 전력 전송 방식이 선택될 수 있다.

여기서, 상기 수신된 측정 결과는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 상기 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전압 레벨 정보를 포함할 수 있다.

또한, 상기 부하에 인가되는 전압 레벨 및 미리 수집된 상기 부하에 의해 요구되는 전압 레벨에 기반하여 상기 충전 효율이 산출될 수 있다.

또한, 상기 제1신호에 대응되는 상기 측정 결과가 상기 전자기 유도 방식에 정의된 인밴드 통신을 통해 수신될 수 있다.

또한, 상기 제2신호에 대응되는 상기 측정 결과가 상기 자기 공진 방식에 정의된 대역외 통신을 통해 수신될 수 있다.

또한, 상기 제1신호 및 제2신호에 대응되는 상기 측정 결과가 상기 자기 공진 방식에 정의된 대역외 통신을 통해 수신될 수 있다.

또한, 상기 제1신호와 상기 제2 신호가 서로 중첩되지 않게 미리 정의된 주기반복 전송될 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 송신 방법은 상기 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 상기 무선 전력 수신 장치에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 수신 방법은 제1 무선 전력 전송 방식에 기반한 제1 신호의 수신 신호 세기를 측정하는 단계와 상기 측정된 제1신호의 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 단계와 제2 무선 전력 전송 방식에 기반한 제2 신호의 수신 신호 세기를 측정하는 단계와 상기 측정된 제2신호의 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 단계를 포함하되, 상기 제1신호 내지 제2신호의 수신 신호 세기에 관한 정보에 기반하여 산출된 전력 전송 효율에 따라 선택된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 수신할 수 있다.

이때, 상기 핑 신호는 디지털 핑 신호이고, 상기 비콘 신호는 Long Beacon 신호일 수 있다.

또한, 상기 수신 신호 세기는 상기 무선 전력 수신 장치의 정류기 출력 전압 세기일 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 수신 방법은 상기 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 상기 무선 전력 송신 장치로부터 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1신호에 대응되는 상기 수신 신호 세기에 관한 정보가 상기 전자기 유도 방식에 정의된 인밴드 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송될 수 있다.

또한, 상기 제2신호에 대응되는 상기 수신 신호 세기에 관한 정보가 상기 자기 공진 방식에 정의된 대역외 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송될 수 있다.

또한, 상기 제1신호 및 제2신호에 대응되는 상기 수신 신호 세기에 관한 정보가 상기 자기 공진 방식에 정의된 대역외 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선으로 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치는 전자기 유도 방식에 기반한 무선 전력을 송출하는 제1 송신부와 자기 공진 방식에 기반한 무선 전력을 송출하는 제2 송신부와 인밴드 통신을 수행하는 제1 통신부와 대역외 통신을 수행하는 제2 통신부와 무선 전력 수신 장치의 존재를 감지하기 위한 제1 내지 제2 신호가 상기 제1 송신부 및 상기 제2 송신부를 통해 소정 패턴으로 전송되도록 제어하고, 상기 인밴드 통신, 상기 대역외 통신 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 신호, 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 대응되는 측정 결과를 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신하고, 상기 측정 결과에 기반하여 무선 전력 전송 방식을 선택하는 제어부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 신호는 핑 신호이고 상기 제2 신호는 비콘 신호일 수 있다.

또한, 상기 제어부가 상기 측정 결과에 무선 전력 전송 방식 별 전력 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전력 전송 효율에 기반하여 상기 무선 전력 전송 방식을 선택할 수 있다.

또한, 상기 측정 결과는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 수신 신호 세기 정보를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 수신 신호 세기 정보는 상기 무선 전력 수신 장치의 정류기 출력 전압 세기 정보일 수 있다.

또한, 상기 제어부가 상기 측정 결과에 기반하여 무선 전력 전송 방식 별 충전 효율을 산출하고, 상기 산출된 충전 효율에 기반하여 무선 전력 전송 방식을 선택할 수 있다.

또한, 상기 측정 결과는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 상기 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전압 레벨 정보를 포함하되, 상기 제어부가 상기 부하에 인가되는 전압 레벨 및 미리 수집된 상기 부하에 의해 요구되는 전압 레벨에 기반하여 상기 충전 효율을 산출할 수 있다.

또한, 상기 제어부가 상기 제1신호 및 상기 제2신호가 서로 중첩되지 않게 미리 정의된 주기로 반복 전송되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부가 상기 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 상기 인밴드 통신, 상기 대역외 통신 중 어느 하나를 이용하여 상기 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치는 전자기 유도 방식에 기반한 무선 전력을 수신하는 제1 수신부와 자기 공진 방식에 기반한 무선 전력을 수신하는 제2 수신부와 인밴드 통신을 수행하는 제1 통신부와 대역외 통신을 수행하는 제2 통신부와 제1 내지 제2 신호가 상기 제1 수신부 및 상기 제2 수신부를 통해 수신되면, 상기 인밴드 통신, 상기 대역외 통신 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 신호, 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 대응되는 측정 결과를 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 제어부를 포함할 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 송수신 방법과 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 충전을 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 전력 전송 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 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 타입 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 타입 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 V_RECT에 따른 무선 전력 수신기의 동작 영역을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전자기 유도 방식의 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 충전 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 충전 수신 장치의 동작을 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 충전 수신 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원하는 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 17은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 18은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

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.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 도 1에는 무선 전력 송신기(100)가 하나의 무선 전력 수신기(200)에 무선 파워를 전송하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(100)는 복수의 무선 전력 수신기(200)에 무선 파워를 전송할 수도 있다. 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전련 수신기(200)는 복수의 무선 전력 송신기(100)로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기(100)는 특정 전력 전송 주파수를 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력 수신기(200)에 전력을 송신할 수 있다.

무선 전력 수신기(100)는 무선 전력 송신기(100)에 의해 사용되는 주파수와 동일한 주파수로 동조하여 전력을 수신할 수 있다.

일 예로, 전력 전송을 위한 주파수는 6.78MHz 대역일 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.

즉, 무선 전력 수신기(100)에 의해 전송된 전력은 무선 전력 송신기(100)와 공진을 이루는 무선 전력 수신기(200)에 전달될 수 있다.

하나의 무선 전력 송신기(100)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기(200)의 최대 개수는 무선 전력 송신기(100)의 최대 전송 파워 레벨, 무선 전력 수신기(200)의 최대 전력 수신 레벨, 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(200)의 물리적인 구조에 기반하여 결정될 수 있다.

무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송을 위한 주파수 대역-즉, 공진 주파수 대역-과는 상이한 주파수 대역으로 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 양방향 통신은 반이중 방식의 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 프로토콜이 사용될 수 있다.

무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 상기 양방향 통신을 통해 서로의 특성 및 상태 정보-즉, 전력 협상 정보-를 교환할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 송신기(100)로부터 수신되는 전력 레벨을 제어하기 위한 소정 전력 수신 상태 정보를 양방향 통신을 통해 무선 전력 송신기(100)에 전송할 수 있으며, 무선 전력 송신기(100)는 수신된 전력 수신 상태 정보에 기반하여 동적으로 전송 전력 레벨을 제어할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기(100)는 전력 전송 효율을 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라 과전압(Over-Voltage)에 따른 부하 파손을 방지하는 기능, 저전압(Under-Voltage)에 따라 불필요한 전력이 낭비되는 것을 방지하는 기능 등을 제공할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기(100)는 양방향 통신을 통해 무선 전력 수신기(100)에 대한 인증 및 식별하는 기능, 호환되지 않는 장치 또는, 충전이 불가능한 물체를 식별하는 기능, 유효한 부하를 식별하는 기능 등을 수행할 수도 있다.

이하에서는, 보다 구체적으로 공진 방식의 무선 전력 전송 과정을 상기 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

무선 전력 송신기(100)는 전원공급부(power supplier, 110), 전력변환부(Power Conversion Unit, 120), 매칭회로(Matching Circuit, 130), 송신공진기(Transmission Resonator, 140), 주제어부(Main Controller, 150) 및 통신부(Communication Unit, 160)를 포함하여 구성될 수 있다.

전원공급부(110)는 주제어부(150)의 제어에 따라 전력변환부(120)에 특정 공급 전압을 공급할 수 있다. 이때, 공급 전압은 DC 전압 또는 AC 전압일 수 있다.

전력변환부(210)는 주제어부(150)의 제어에 따라 전력공급부(110)로부터 수신된 전압을 특정 전압으로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(210)는 DC/DC 변환기, AC/DC 변환기, 파워 증폭기 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

매칭회로(130)는 전력 전송 효율을 극대화시키기 위해 전력변환부(210)와 송신공진기(140) 사이의 임피던스를 정합하는 회로이다.

송신공진기(140)는 매칭회로(130)로부터 인가된 전압에 따라 특정 공진 주파수를 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.

무선 전력 수신기(100)는 수신공진기(Reception Resonator, 210), 정류기(Rectifier, 220), DC-DC 변환기(DC-DC Converter, 230), 부하(Load, 240), 주제어부(Main Controller, 250) 및 통신부(Communication Unit, 260)를 포함하여 구성될 수 있다.

수신공진기(210)는 공진 현상을 통해 송신공진기(140)에 의해 송출된 전력을 수신할 수 있다.

정류기(210)는 수신공진기(210)로부터 인가되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

DC-DC 변환기(230)는 정류된 DC 전압을 부하(240)에 요구되는 특정 DC 전압으로 변환할 수 있다.

주제어부(250)는 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어하거나 무선 전력 수신기(200)의 특성 및 상태 정보를 생성하여 통신부(260)에 전송할 수 있다. 일 예로, 주제어부(250)는 정류기(220)와 DC-DC 변환기(230)에서의 출력 전압 및 전류의 세기를 모니터링하여 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어할 수 있다.

모니터링된 출력 전압 및 전류의 세기 정보는 통신부(260)를 통해 무선 전력 송신기(100)에 실시간으로 전송될 수 있다.

또한, 주제어부(250)는 정류된 DC 전압을 소정 기준 전압과 비교하여 과전압 상태(Over-Voltage State)인지 저전압 상태(Under-Voltage State)인지를 판단하고, 판단 결과에 따라 시스템 오류 상태가 감지되면, 감지 결과를 통신부(260)를 통해 무선 전력 송신기(100)에 전송할 수도 있다.

또한, 주제어부(250)는 시스템 오류 상태가 감지되면, 부하의 훼손을 방지하기 위해 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어하거나 스위치 또는(및) 제너 다이오드를 포함한 소정 과전류 차단 회로를 이용하여 부하(240)에 인가되는 전력을 제어할 수도 있다.

상기한 도 1에서는 주제어부(150, 250)와 통신부(160, 260)가 서로 다른 모듈로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 주제어부(150, 250)와 통신부(160, 260)가 하나의 모듈로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 각각 등급(Class)과 카테고리(Category)로 타입 및 특성이 분류될 수 있다.

무선 전력 송신기의 타입 및 특성은 크게 다음의 3가지 파라메터를 통해 식별될 수 있다.

첫째, 무선 전력 송신기는 송신 공진기(140)에 인가되는 최대 전력의 세기에 따라 결정되는 등급에 의해 식별될 수 있다.

여기서, 무선 전력 송신기의 등급은 송신 공진기(140)에 인가되는 파워(P_{TX_IN_COIL})의 최대 값을 하기 무선 전력 송신기 등급 테이블-이하, 테이블 1이라 명함-에 명기된 등급 별 미리 정의된 최대 입력 파워(P_TX _{_IN_MAX})와 비교하여 결정될 수 있다. 여기서, P_TX _{_IN_COIL}은 송신공진기(140)에 단위 시간 동안 인가되는 전압(V(t))과 전류(I(t))의 곱을 해당 단위 시간으로 나누어 산출되는 평균 실수 값일 수 있다.

상기 표 1에 개시된 등급은 일 실시예에 불과하며, 새로운 등급이 추가되거나 삭제될 수도 있다. 또한, 등급 별 최대 입력 파워, 최소 카테고리 지원 요구 조건, 지원 가능 최대 디바이스 개수에 대한 값도 무선 전력 송신기의 용도, 형상 및 구현 형태 등에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.

일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 송신 공진기(140)에 인가되는 파워(P_{TX_IN_COIL})의 최대 값이 등급 3에 대응되는 P_TX _{_IN_MAX}값보다 크거나 같고, 등급 4에 대응되는 P_TX _{_IN_MAX}값보다 작은 경우, 해당 무선 전력 송신기의 등급은 등급 3으로 결정될 수 있다.

둘째, 무선 전력 송신기는 식별된 등급에 대응되는 최소 카테고리 지원 요구 조건(Minimum Category Support Requirments)에 따라 식별될 수도 있다.

여기서, 최소 카테고리 지원 요구 조건은 해당 등급의 무선 전력 송신기가 지원 가능한 무선 전력 수신기 카테고리 중 가장 높은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기의 지원 가능 개수일 수 있다. 즉, 최소 카테고리 지원 요구 조건은 최대 카테고리 디바이스의 최소 값일 수 있다.

일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 등급 3인 무선 전력 송신기는 적어도 하나의 카테고리 5인 무선 전력 수신기를 지원해야 한다. 물론, 이 경우, 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 지원 요구 조건에 해당되는 카테고리 수준보다 낮은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기(100)를 지원해야 한다.

또한, 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 지원 요구 조건에 대응되는 카테고리보다 더 높은 수준의 카테고리를 지원 가능한 것으로 판단되면, 더 높은 수준의 카테고리를 갖는 무선 전력 수신기를 지원할 수도 있음을 주의해야 한다.

셋째, 무선 전력 송신기는 식별된 등급에 대응되는 지원 가능 최대 디바이스 개수에 의해 식별될 수도 있다. 여기서, 지원 가능 최대 디바이스 개수는 해당 등급에서 지원 가능한 카테고리 중 가장 낮은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기의 최소 지원 가능 개수-이하, 간단히 지원 가능 디바이스의 최소 개수라 명함-에 의해 식별될 수도 있다. 일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 등급 3의 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 3인 무선 전력 수신기를 적어도 2개 이상 지원해야 한다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 허락하지 않을 특별한 이유가 없는 경우, 가용한 파워 내에서 적어도 상기 테이블 1에 정의된 개수까지는 무선 전력 전송을 수행할 있어야 한다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 해당 전력 전송 요청을 수용할 정도의 가용한 파워가 남아있지 않는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 요청을 수락하면 수용 가능한 무선 전력 수신기의 개수를 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 요청한 무선 전력 수신기의 카테고리가 자신의 등급에서 지원 가능한 카테고리 수준을 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 내부 온도가 기준치 이상을 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 수신공진기(210)의 평균 출력 전압(P_RX _{_OUT})은 단위 시간 동안 수신공진기(210)에 의해 출력되는 전압(V(t))와 전류(I(t))의 곱을 해당 단위 시간으로 나누어 산출되는 실수 값일 수 있다.

무선 전력 수신기의 카테고리는 하기 표 2에 도시된 바와 같이, 수신공진기(210)의 최대 출력 전압(P_{RX_OUT_MAX})에 기반하여 정의될 수 있다.

일 예로, 부하단에서의 충전 효율이 80%이상인 경우, 카테고리 3의 무선 전력 수신기는 부하의 충전 포트에 5W의 전력을 공급할 수 있다.

상기 표 2에 개시된 카테고리는 일 실시예에 불과하며, 새로운 카테고리가 추가되거나 삭제될 수도 있다. 또한, 상기 표 2에 보여지는 카테고리 별 최대 출력 파워, 응용 어플리케이션의 예도 무선 전력 수신기의 용도, 형상 및 구현 형태 등에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.

상세하게, 도 4는 후술할 레퍼런스 파라메터들이 측정되는 등가 회로상에서의 인터페이스 지점을 보여준다.

이하에서는, 상기 도 4에 표시된 레퍼런스 파라메터들의 의미를 간단히 설명하기로 한다.

I_TX와 I_TX _{_COIL}은 각각 무선 전력 송신기의 매칭 회로(410)에 인가되는 RMS(Root Mean Square) 전류와 무선 전력 송신기의 송신공진기 코일(420)에 인가되는 RMS 전류를 의미한다.

Z_TX _{_IN}과 Z_TX _{_IN_COIL}은 각각 무선 전력 송신기의 매칭 회로(410) 전단의 입력 임피던스(Input Impedance)와 매칭 회로(410) 후단 및 송신공진기 코일(420) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.

L1과 L2는 각각 송신공진기 코일(420)의 인덕턴스 값과 수신공진기 코일(430)의 인덕턴스 값을 의미한다.

Z_RX _{_IN}은 무선전력수신기의 매칭회로(440) 후단과 필터/정류기/부하(450) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작에 사용되는 공진 주파수는 6.78MHz ± 15㎑일 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 복수의 무선 전력 수신기에 대한 동시 충전-즉, 멀티 충전-을 제공할 수 있으며, 이 경우, 무선 전력 수신기가 새로 추가되거나 삭제되더라도 남아 있는 무선 전력 수신기의 수신 파워 변화량은 소정 기준치 이상을 초과하지 않도록 제어될 수 있다. 일 예로, 수신 파워 변화량은 ±10%일 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.

상기 수신 파워 변화량을 유지하기 위한 조건은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 추가 또는 삭제 시 기존 무선 전력 수신기와 중첩되지 않아야 한다.

무선 전력 수신기의 매칭 회로(440)가 정류기에 연결된 경우, 상기 Z_TX _{_IN}의 실수부(Real Part)는 정류기의 부하 저항-이하, R_RECT이라 명함-과 역의 관계일 수 있다. 즉, R_RECT의 증가는 Z_{TX_IN}을 감소시키고, R_RECT의 감소는 Z_{TX_IN}을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 공진기 정합 효율(Resonator Coupling Efficiency)은 수신공진기 코일에서 부하(440)로 전달되는 파워를 송신공진기 코일(420)에서 공진 주파수 대역에 실어주는 파워로 나누어 산출되는 최대 파워 수신 비율일 수 있다. 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 공진기 정합 효율은 송신공진기의 레퍼런스 포트 임피던스(Z_{TX_IN})과 수신공진기의 레퍼런스 포트 임피던스(Z_RX _{_IN})가 완벽하게 매칭되는 경우에 산출될 수 있다.

하기 표 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 등급 및 무선 전력 수신기의 클래스에 따른 최소 공진기 정합 효율의 예이다.

만약, 복수의 무선 전력 수신기가 사용될 경우, 상기 테이블 3에 표시된 클래스 및 카테고리에 대응되는 최소 공진기 정합 효율은 증가할 수도 있다.

도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 510), 전력 절약 상태(Power Save State, 520), 저전력 상태(Low Power State, 530), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 540), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 550) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 560)을 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(510)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(510)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다.

전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.

여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.

전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 감지하기 위한 제1 비콘 시퀀스(First Beacon Sequece)를 주기적으로 생성하여 전송하고, 수신 공진기의 임피던스 변화-즉, Load Variation-를 감지할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제1 비콘과 제1 비콘 시퀀스를 각각 Short Beacon과 Short Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.

특히, Short Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기가 감지되기 전까지 무선 전력 송신기의 대기 전력이 절약될 수 있도록 짧은 구간 동안(t_SHORT _{_BEACON}) 일정 시간 간격(t_CYCLE)으로 반복 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, t_SHORT _{_BEACON}은 30ms이하, t_CYCLE은 250ms ±5 ms로 각각 설정될 수 있다. 또한, Short Beacon의 전류 세기는 소정 기준치이상이고, 일정 시간 구간 동안 점증적으로 증가될 수 있다. 일 예로, Short Beacon의 최소 전류 세기는 상기 테이블 2의 카테고리 2 이상의 무선 전력 수신기가 감지될 수 있도록 충분히 크게 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 Short Beacon에 따른 수신 공진기에서의 리액턴스(reactance) 및 저항(resistance) 변화를 감지하기 위한 소정 센싱 수단이 구비될 수 있다.

또한, 전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 부팅(Booting) 및 응답에 필요한 충분한 전력을 공급하기 위한 제2 비콘 시퀀스를 주기적으로 생성하여 전송할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제2 비콘과 제2 비콘 시퀀스를 각각 Long Beacon과 Long Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.

즉, 무선 전력 수신기는 제2 비콘 시퀀스를 통해 부팅이 완료되면, 대역외 통신 채널을 통해 소정 응답 신호를 브로드캐스팅할 수 있다.

특히, Long Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기의 부팅에 필요한 충분한 전원을 공급하기 위해 Short Beacon에 비해 상대적으로 긴 구간 동안(t_{LONG_BEACON})동안 일정 시간 간격(t_LONG _{_BEACON_PERIOD})으로 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, t_LONG _{_BEACON}은 105 ms+5 ms, t_LONG _{_BEACON_PERIOD}은 850ms로 각각 설정될 수 있으며, Long Beacon의 전류 세기는 Short Beacon의 전류 세기에 비해 상대적으로 강할 수 있다. 또한, Long Beacon은 전송 구간 동안 일정 세기의 파워가 유지될 수 있다.

이 후, 무선 전력 송신기는 수신 공진기의 임피던스 변화가 감지된 후, 무선 전력 송신기는 Long Beacon 전송 구간 동안 소정 응답 시그널의 수신을 대기할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 응답 시그널을 광고 시그널(Advertisement Signal)이라 명하기로 한다. 여기서, 무선 전력 수신기는 공진 주파수 대역과는 상이한 대역외 통신 주파수 대역을 통해 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다.

일 예로, 광고 시그널은 해당 대역외 통신 표준에 정의된 메시지를 식별하기 위한 메시지 식별 정보, 무선 전력 수신기가 적법한 또는 해당 무선 전력 송신기에 호환 가능한 수신기인지를 식별하기 위한 고유한 서비스 또는 무선 전력 수신기 식별 정보, 무선 전력 수신기의 출력 파워 정보, 부하에 인가되는 정격 전압/전류 정보, 무선 전력 수신기의 안테나 이득 정보, 무선 전력 수신기의 카테고리를 식별하기 위한 정보, 무선 전력 수신기 인증 정보, 과전압 보호 기능의 탑재 여부에 관한 정보, 무선 전력 수신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보 중 적어도 하나 또는 어느 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 광고 시그널이 수신되면, 전력 절약 상태(520)에서 저전력 상태(530)로 천이한 후, 무선 전력 수신기와의 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 수행할 수 있다. 일 예로, 대역외 통신이 블루투스 저전력 통신인 경우, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기와 블루투스 페어링을 수행하고, 페어링된 블루투스 링크를 통해 서로의 상태 정보, 특성 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 교환할 수 있다.

무선 전력 송신기가 저전력 상태(530)에서 대역외 통신을 통해 충전을 개시하기 위한 소정 제어 신호-즉, 무선 전력 수신기가 부하에 전력을 전달하도록 요청하는 소정 소정 제어 신호-를 무선 전력 수신기에 전송하면, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(530)에서 전력 전송 상태(540)로 천이될 수 있다.

만약, 저전력 상태(530)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(530)에서 전력 절약 상태(520)에 천이될 수 있다.

무선 전력 송신기는 각 무선 전력 수신기와의 접속을 위한 별도의 분리된 링크 만료 타이머(Link Expiration Timer)가 구동될 수 있으며, 무선 전력 수신기는 소정 시간 주기로 무선 전력 송신기에 자신이 존재함을 알리는 소정 메시지를 링크 만료 타이머가 만료되기 이전에 전송해야 한다. 링크 만료 타이머는 상기 메시지가 수신될 때마다 리셋되며, 링크 만료 타이머가 만료되지 않으면 무선 전력 수신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크는 유지될 수 있다.

만약, 저전력 상태(530) 또는 전력 전송 상태(540)에서, 무선 전력 송신기와 적어도 하나의 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크에 대응되는 모든 링크 만료 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 전력 절약 상태(520)로 천이될 수 있다.

또한, 저전력 상태(530)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 시그널이 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(530)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 등록에 실패하였음을 알리는 소정 알림 신호를 무선 전력 송신기에 구비된 알림 표시 수단-예를 들면, LED 램프, 디스플레이 화면, 비퍼(beeper) 등을 포함함-을 통해 출력할 수도 있다.

또한, 전력 전송 상태(540)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(530)로 천이될 수 있다.

특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(510), 로컬 장애 상태(550) 및 잠금 장애 상태(560)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(540)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 상태 정보에 기반하여 전송 전력을 동적으로 제어할 수 있다.

이때, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 요구 전력 정보, 정류기 후단에서 측정된 전압 및/또는 전류 정보, 충전 상태 정보, 과전류 및/또는 과전압 및/또는 과열 상태를 통보하기 위한 정보, 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단이 활성화되었는지 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 수신기 상태 정보는 미리 지정된 주기로 전송되거나 특정 이벤트가 발생될 때마다 전송될 수 있다. 또한, 상기 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단은 ON/OFF 스위치, 제너다이오드 중 적어도 하나를 이용하여 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 무선 전력 수신기에 유선으로 외부 전원이 연결되었음을 알리는 정보, 대역외 통신 방식이 변경되었음을 알리는 정보-일 예로, NFC(Near Field Communication)에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신으로 변경될 수 있음- 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 자신의 현재 가용한 전력, 무선 전력 수신기 별 우선 순위, 접속된 무선 전력 수신기의 개수 중 적어도 하나에 기반하여 무선 전력 수신기 별 수신해야 할 파워 세기를 적응적으로 결정할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기 별 파워 세기는 해당 무선 전력 수신기의 정류기에서 처리 가능한 최대 파워 대비 얼마의 비율로 파워를 수신해야 하는지로 결정될 수 있다.

이 후, 무선 전력 송신기는 결정된 파워 세기에 관한 정보가 포함된 소정 전력 제어 명령을 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에 의해 결정된 파워 세기로 전력 제어가 가능한지 여부를 판단하고, 판단 결과를 소정 전력 제어 응답 메시지를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 전력 제어 명령에 따라 무선 전력 제어가 가능한지 여부를 지시하는 소정 수신기 상태 정보를 상기 전력 제어 명령을 수신하기 이전에 전송할 수도 있다.

전력 전송 상태(540)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(541), 제2 상태(542) 및 제3 상태(543) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

일 예로, 제1 상태(541)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.

제2 상태(541)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 상태이고 고전압 상태인 무선 전력 수신기가 존재하지 않음을 의미할 수 있다.

제3 상태(541)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.

무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520) 또는 저전력 상태(530) 또는 전력 전송 상태(540)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(560)로 천이될 수 있다.

잠금 장애 상태(560)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(510) 또는 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다.

또한, 잠금 장애 상태(560)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(550)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(550)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(560)로 천이될 수 있다.

반면, 구성 상태(510), 전력 절약 상태(520), 저전력 상태(530), 전력 전송 상태(540) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(550)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(510)로 천이될 수 있다.

무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(550)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(550)로 천이될 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기에 의해 수신되는 전력의 세기를 감소시키기 위한 소정 전력 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기의 충전을 중단시키기 위한 소정 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

상기와 같은 전력 제어 절차를 통해, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등에 따른 기기 파손을 미연에 방지할 수 있다.

무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이상인 경우, 잠금 장애 상태(560)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(560)로 천이된 무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기를 미리 지정된 시간 동안 기준치 이하가 되도록 시도할 수 있다. 여기서, 상기 시도는 미리 지정된 회수 동안 반복 수행될 수 있다. 만약, 반복 수행에도 불구하고, 잠금 장애 상태(560)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(560)가 해제되지 않음을 지시하는 소정 알림 신호를 송출할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 위치한 모든 무선 전력 수신기가 사용자에 의해 충전 영역에서 제거되면, 잠금 장애 상태(560)가 해제될 수 있다.

반면, 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 미리 지정된 시간 이내에 기준치 이하로 떨어지거나 상기 미리 지정된 반복 수행 동안 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이하로 떨어지는 경우, 잠금 장애 상태(560)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(560)에서 전력 절약 상태(520)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차를 다시 수행할 수 있다.

전력 전송 상태(540)의 무선 전력 송신기는 연속된 전력을 송출하고, 무선 전력 수신기의 상태 정보 및 미리 정의된 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터에 기반하여 적응적으로 송출 전력을 제어할 수 있다.

일 예로, 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터는 저전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 최적 전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 고전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 과전압 영역을 식별하기 위한 파라메터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 영역에 있으면, 송출 전력을 증가시키고, 고전압 영역에 있으면, 송출 전력을 감소시킬 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 효율이 최대화되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량의 편차가 기준치 이하가 되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정류기 출력 전압이 소정 과전압 영역에 도달한 경우-즉, Over Voltage가 감지된 경우-, 전력 전송을 중단할 수도 있다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기의 상태는 크게 비활성화 상태(Disable State, 610), 부트 상태(Boot State, 620), 활성화 상태(Enable State, 630) 및 시스템 오류 상태(System Error State, 640)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 무선 전력 수신기의 상태는 무선 전력 수신기의 정류기단에서의 출력 전압의 세기-이하, 설명의 편의를 위해 V_RECT이라 명함-에 기반하여 결정될 수 있다.

활성화 상태(630)는 V_RECT의 값에 따라 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 631), 저전압 상태(Low Voltage State, 632) 및 고전압 상태(High Voltage State, 633)로 구분될 수 있다.

비활성화 상태(610)의 무선 전력 수신기는 측정된 V_RECT 값이 미리 정의된 V_{RECT_BOOT} 값보다 크거나 같으면, 부트 상태(620)로 천이할 수 있다.

부트 상태(620)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와의 대역외 통신 링크를 설정하고 V_RECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달할 때까지 대기할 수 있다.

부트 상태(620)의 무선 전력 수신기는 V_RECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달된 것이 확인되면, 활성화 상태(630)로 천이하여 충전을 시작할 수 있다.

활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 충전이 완료되거나 충전이 중단된 것이 확인되면, 부트 상태(620)로 천이될 수 있다.

또한, 활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 소정 시스템 오류가 감지되면, 시스템 오류 상태(640)로 천이할 수 있다. 여기서, 시스템 오류는 과전압, 과전류 및 과열뿐만 아니라 미리 정의된 다른 시스템 오류 조건이 포함될 수 있다.

또한, 활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 V_RECT 값이 V_RECT _{_BOOT} 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(610)로 천이될 수도 있다.

또한, 부트 상태(620) 또는 시스템 오류 상태(640)의 무선 전력 수신기는 V_RECT값이 V_{RECT_BOOT} 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(610)로 천이될 수도 있다.

이하에서는, 활성화 상태(630)내에서의 무선 전력 수신기의 상태 천이를 후술할 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, V_RECT 값이 소정 V_RECT _{_} _BOOT 보다 작으면, 무선 전력 수신기는 비활성화 상태(610)에 유지된다.

이 후, V_RECT 값이 V_RECT _{_BOOT} 이상으로 증가되면, 무선 전력 수신기는 부트 상태(620)로 천이되며, 미리 지정된 시간 이내에 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다. 이 후, 광고 시그널이 무선 전력 송신기에 의해 감지되면, 무선 전력 송신기는 대역외 통신 링크 설정을 위한 소정 연결 요청 시그널을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신기는 대역외 통신 링크가 정상적으로 설정되고, 등록에 성공한 경우, V_RECT 값이 정상적인 충전을 위한 정류기에서의 최소 출력 전압-이하, 설명의 편의를 위해 V_{RECT_MIN}이라 명함-에 도달할 때까지 대기할 수 있다.

V_RECT 값이 V_RECT _{_MIN}을 초과하면, 무선 전력 수신기의 상태는 부트 상태(620)에서 활성화 상태(630)로 천이되며 부하에 충전을 시작할 수 있다.

만약, 활성화 상태(630)에서 V_RECT 값이 과전압을 판단하기 위한 소정 기준치인 V_RECT _{_MAX}을 초과하면, 무선 전력 수신기는 활성화 상태(630)에서 시스템 오류 상태(640)로 천이될 수 있다.

도 7를 참조하면, 활성화 상태(630)는 V_RECT의 값에 따라 저전압 상태(Low Voltage State, 632), 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 631) 및 고전압 상태(High Voltage State, 633)로 구분될 수 있다.

저전압 상태(632)는 V_RECT _{_BOOT} <= V_RECT <= V_RECT _{_} _MIN인 상태를 의미하고, 최적 전압 상태(631)은 V_RECT _{_MIN} < V_RECT <=V_RECT _{_} _HIGH인 상태를 의미하고, 고전압 상태(633)는 V_{RECT_HIGH} < V_RECT <=V_{RECT_MAX}인 상태를 의미할 수 있다.

특히, 고전압 상태(633)로 천이된 무선 전력 수신기는 부하에 공급되는 전력을 차단하는 동작을 미리 지정된 시간-이하 설명의 편의를 위해 고전압 상태 유지 시간이라 명함- 동안 유보시킬 수도 있다. 이때, 고전압 상태 유지 시간은 고전압 상태(633)에서 무선 전력 수신기 및 부하에 피해가 발생되지 않도록 미리 결정될 수 있다.

무선 전력 수신기는 시스템 오류 상태(640)로 천이되면, 과전압 발생을 지시하는 소정 메시지를 미리 지정된 시간 이내에 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.

또한, 무선 전력 수신기는 시스템 오류 상태(630)에서 과전압에 따른 부하의 피해를 방지하기 위해 구비된 과전압 차단 수단을 이용하여 부하에 인가되는 전압을 제어할 수도 있다. 여기서, 과전압 차단 수단으로 ON/OFF 스위치 또는/및 제너다이오드 등이 사용될 수 있다.

상기 실시예에서는 무선 전력 수신기에 과전압이 발생되어 시스템 오류 상태(640)로 천이된 경우, 무선 전력 수신기에서의 시스템 오류 대응 방법 및 수단을 설명하고 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 실시예는 무선 전력 수신기에 과열, 과전류 등에 의해서도 시스템 오류 상태로 천이될 수도 있다.

일 예로, 과열에 따라 시스템 오류 상태로 천이된 경우, 무선 전력 수신기는 과열 발생을 알리는 소정 메시지를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 구비된 냉각팬 등을 구동하여 내부 발생된 열을 감소시킬 수도 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 복수의 무선 전력 송신기와 연동하여 무선 전력을 수신할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신기는 실제 무선 전력을 수신하기로 결정된 무선 전력 송신기와 실제 대역외 통신 링크가 설정된 무선 전력 송신기가 서로 상이한 것으로 판단되면, 시스템 오류 상태(640)로 천이할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 시그널링 절차를 후술할 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템은 스타 토폴로지(Star Topology)로 구성될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기로부터 각종 특성 정보 및 상태 정보를 수집하고, 수집된 정보에 기반하여 무선 전력 수신기의 동작 및 송출 전력을 제어할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 자신의 특성 정보 및 소정 제어 신호를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 접속된 무선 전력 수신기의 무선 전력 수신기 별 전력 전송 순서를 결정할 수 있으며, 결정된 전력 전송 순서에 따라 무선 전력을 송출할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 우선 순위, 무선 전력 수신기의 전력 수신 효율 또는 무선 전력 송신기에서의 전력 전송 효율, 무선 전력 수신기의 충전 상태, 무선 전력 수신기 별 시스템 오류 발생 여부 중 적어도 하나에 기반하여 전력 전송 순서를 결정할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 접속된 무선 전력 수신기 별 전송되는 전력량을 결정할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 현재 가용한 전력량 및 무선 전력 수신기 별 전력 수신 효율 등에 기반하여 무선 전력 수신기 별 전송할 전력량을 산출할 수 있으며, 산출된 전력량에 관한 정보를 소정 제어 메시지를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 네트워크 연결된 무선 전력 수신기(들)과의 시간 동기를 획득하기 위한 시간 동기 신호(Tim Synchronization Signal)를 생성하여 무선 전력 수신기에 제공할 수도 있다. 여기서, 시간 동기 신호는 무선 전력을 전송하기 위한 주파수 대역-즉, 인밴드(In-Bnad)- 또는 대역외 통신을 수행하기 위한 주파수 대역-즉, 아웃오브밴드(Out-Of-Band)-을 통해 전송될 수 있다. 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 시간 동기 신호에 기반하여 서로의 통신 타이밍 및 통신 시퀀스를 관리할 수 있다.

이상의 도 8에서는 하나의 무선 전력 송신기와 복수의 무선 전력 수신기로 구성된 무선 전력 전송 시스템이 스타 토폴로지로 네트워크 연결된 구성을 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 복수의 무선 전력 송신기 및 복수의 무선 전력 수신기가 네트워크 연결되어 무선 전력을 송수신할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 별도의 통신 채널을 통해 자신의 상태 정보를 교환할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기가 이동 가능한 장치인 경우, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 사이의 핸드오버를 통해 이동 중 끊김 없는 전력을 수신할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 네트워크 조정자(Network Coordinator)로서 동작하며 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기와 정보를 교환할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 각종 정보를 수신하여 소정 디바이스 제어 테이블(Device Control Table)을 생성 및 관리하고, 디바이스 제어 테이블을 참조하여 네트워크 관리 정보를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기는 무선 전력 전송 시스템 네트워크의 생성하고 이를 유지할 수 있다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원 인가에 따라 무선 전력 송신기 구성, 즉, 부팅이 완료되면, 비콘 시퀀스를 생성하여 송신 공진기를 통해 전송할 수 있다(S901).

무선 전력 수신기는 비콘 시퀀스가 감지되면 자신의 식별 정보 및 특성 정보가 포함된 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다(S903). 이때, 광고 시그널은 후술할 연결 요청 신호가 무선 전력 송신기로부터 수신되기 이전까지 소정 주기로 반복 전송될 수 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기는 광고 시그널이 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하기 위한 소정 연결 요청 신호를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S905).

무선 전력 수신기는 연결 요청 신호가 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하고, 설정된 대역외 통신 링크를 통해 자신의 정적 상태 정보를 전송할 수 있다(S907).

여기서, 무선 전력 수신기의 정적 상태 정보는 카테고리 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 최대 정류기 출력 파워 정보, 전력 제어를 위한 초기 기준 파라메터 정보, 요구 전압 또는 전력에 관한 정보, 전력 조절 기능 탑재 여부를 식별하기 위한 정보, 지원 가능한 대역외 통신 방식에 관한 정보, 지원 가능한 전력 제어 알고리즘에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정적 상태 정보가 수신되면, 자신의 정적 상태 정보를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S909).

여기서, 무선 전력 송신기의 정적 상태 정보는 전송 파워 정보, 클래스 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 접속 가능한 무선 전력 수신기의 최대 개수에 관한 정보 및/또는 현재 접속된 무선 전력 수신기의 개수에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

이 후, 무선 전력 수신기는 자신의 실시간 전력 수신 상태 및 충전 상태를 모니터링하며, 주기적 또는 특정 이벤트 발생 시 동적 상태 정보를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다(S911).

여기서, 무선 전력 수신기의 동적 상태 정보는 정류기 출력 전압 및 전류에 관한 정보, 부하에 인가되는 전압 및 전류에 관한 정보, 무선 전력 수신기의 내부 측정 온도에 관한 정보, 전력 제어를 위한 기준 파라메터 변경 정보, 충전 상태 정보, 시스템 오류 정보 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 충전하기 위한 충분한 전력이 준비되면, 대역외 통신 링크를 통해 소정 제어 명령을 송출하여 무선 전력 수신기가 충전을 개시하도록 제어할 수 있다(S913).

이 후, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 동적 상태 정보를 수신하여 송출 전력을 동적으로 제어할 수 있다(S915).

또한, 무선 전력 수신기는 내부 시스템 오류가 감지되거나 충전이 완료된 경우, 동적 상태 정보에 해당 시스템 오류를 식별하기 위한 데이터 및/또는 충전이 완료되었음을 지시하는 데이터를 포함하여 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다(S917). 여기서, 시스템 오류는 과전류, 과전압, 과열 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 현재 가용한 전력이 접속된 모든 무선 전력 수신기의 요구 전력을 충족하지 못하는 경우, 각 무선 전력 수신기에 전송할 전력을 재분배하고 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중 새로운 무선 전력 수신기가 등록된 경우, 현재 가용한 전력에 기반하여 접속된 무선 전력 수신기 별 수신할 전력을 재분배하고, 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중 기존 접속된 무선 전력 수신기의 충전이 완료되거나 대역외 통신 링크가 해제-예를 들면, 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 경우를 포함함-되는 경우, 남아있는 무선 전력 수신기 별 수신할 전력을 재분배하고 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 소정 제어 절차를 통해 무선 전력 수신기가 전력 조절 기능이 탑재되었는지 여부를 확인할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 전력 재분배 상황이 발생된 경우, 전력 조절 기능이 탑재된 무선 전력 수신기에 대해서만 전력 재분배를 수행할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 새로운 무선 전력 수신기가 등록되면, 자신의 가용한 전력량에 기반하여 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량을 제공 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 요구된 전력량이 가용한 전력량을 초과하는 경우, 무선 전력 송신기는 해당 무선 전력 수신기에 전력 조절 기능이 탑재되었는지 여부를 확인할 수 있다. 확인 결과, 전력 조절 기능이 탑재된 경우, 무선 전력 수신기는 가용한 전력량 내에서 무선 전력 수신기가 수신할 전력의 양을 결정하고, 결정된 결과를 소정 제어 명령을 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

물론, 상기 전력 재분배는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기가 정상적으로 동작 가능한 범위 및/또는 정상적인 충전이 가능한 범위 내에서 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 복수의 대역외 통신 방식을 지원할 수 있다. 만약, 현재 설정된 대역외 통신 링크를 다른 방식으로 변경하고자 하는 경우, 무선 전력 수신기는 대역외 통신 변경을 요청하는 소정 제어 신호를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 대역외 통신 변경 요청 신호가 수신되면, 현재 설정된 대역외 통신 링크를 해제하고, 무선 전력 수신기에 의해 요청된 대역외 통신 방식으로 새로운 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다.

일 예로, 본 발명에 적용 가능한 대역외 통신 방식에는 NFC(Near Field Communication) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 통신, LTE(Long Term Evolution)/LTE-Advance 통신, Wi-Fi 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 10을 참고하면, 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 시스템은 전력 소스(1000), 무선 전력 송신 장치(1010), 무선 전력 수신 장치(1020) 및 부하단(1030)를 포함할 수 있다.

전력 소스(1000)는 무선 전력 송신 장치(1010)에 포함되어 구성될 수도 있다.

무선 전력 송신 장치(1010)와 무선 전력 수신 장치(1020)는 복수의 무선 전력 전송 수단이 구비될 수 있다.

또한, 무선 전력 송신 장치(1010)와 무선 전력 수신 장치(1020)는 제어 신호 및 상태 정보 교환에 사용되는 주파수 대역이 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역과 동일한 인밴드 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 진폭 변조(Amplitude modulation) 방식, 주파수 변조(Frequecy Modulation) 방식, 위상 변조 방식, 전기 저항(resistive) 또는 정전 용량(capacitive)의 부하 변조 방식 중 어느 하나의 방법 또는 적어도 하나의 방법의 조합으로 수행될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신 장치(1020)는 수신 코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선 전력 송신 장치(1010)에 각종 제어 신호 및 상태 정보를 전송할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치(1010)는 특정 동작 주파수 대역(Operational Frequecy Band)을 통해 수신되는 궤환 전력 신호의 전압 변화가 소정 최소 신호 변조 감지 기준치 이상인지 여부를 감지하여 전력 신호에 데이터가 변조되었는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 데이터 변조 구간 동안의 특정 동작 주파수의 위상 변화는 소정 최소 위상 천이 감지 기준치 이내로 유지되어야 한다. 특히, 상기 최소 신호 변조 감지 기준치 및 최소 위상 천이 감지 기준치는 무선 전력 송신 장치(1010)의 타입 및 데이터 변조 구간의 길이에 기반하여 상이하게 적용될 수 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신 장치(1010)는 미리 정의된 심볼에 대응되는 펄스 패턴을 동작 주파수 대역에 실어 전송함으로써 제어 신호 및 상태 정보를 무선 전력 수신 장치(1020)에 전송할 수 있다. 이와 유사하게, 무선 전력 수신 장치(1010)도 미리 정의된 심볼에 대응되는 펄스 패턴을 동작 주파수 대역에 실어 전송함으로써 제어 신호 및 상태 정보를 무선 전력 송신 장치(1020)에 전송할 수 있다. 즉, 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 방식에서의 데이터 인코딩은 펄스 신호에 대한 주파수 변조에 기초하여 이루어질 수 있다. 여기서, 특정 펄스 패턴은 특정 데이터 심볼에 대응될 수 있으며, 펄스 폭의 길이, 펄스 사이의 간격 등에 기반하여 다양한 데이터 심볼이 정의될 수 있다.

도 11을 참조하면, 무선 충전 시스템은 무선 충전 송신 장치(1100)와 무선 충전 수신 장치(1150)을 포함한다. 일 예로, 무선 충전 수신 장치(1150)를 포함하는 이동식 기기를 무선 충전 송신 장치(1100)의 충전 영역에 위치시키면 무선 충전 송신 장치(1100)와 무선 충전 수신 장치(1150)의 코일은 전자기 유도 현상에 의해 서로 연결될 수 있다.

무선 충전 송신 장치(1100)는 전력신호의 전달을 제어하기 위해 신호를 변조하고, 주파수를 변경할 수 있다. 무선 충전 수신 장치(1150)는 무선통신환경에 적합하도록 설정된 프로토콜에 따른 전력신호를 복조하여 출력전압을 통제하고 수신된 전력을 제어할 수도 있다. 또한, 무선 충전 송신 장치(1100)는 동작 주파수의 제어를 통해, 무선 충전 송신 장치(1100)에서 무선 충전 수신 장치(1150)로 전달되는 전력을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

전송되는 전력의 양(혹은 증가/감소)은 무선 충전 수신 장치(1150)에서 무선 충전 송신 장치(1100)로 전달되는 피드백신호를 이용하여 제어될 수 있다.

전자기 유도 방식에서 설정된 프로토콜은 주파수 기반의 신호 전달 방식을 사용할 수 있다. 여기서, 설정된 프로토콜은 무선 충전 수신 장치(1150)를 식별하기 위한 정보와 충전 완료를 알리는 정보들을 포함할 수 있다.

무선 충전 송신 장치(1100)는 미리 정의된 프로토콜에 따라 전력 신호를 생성하는 신호 발생기(1120), 무선 충전 수신 장치(1150)로부터 전달되는 피드백 신호를 감지할 수 있는 전원 공급단(V_Bus, GND) 사이에 위치한 코일(L1) 및 캐패시터(C1, C2), 및 신호 발생기(1120)에 의해 동작하는 제1 스위치(1112)와 제2 스위치(1114)를 포함하여 구성될 수 있다.

신호 발생기(120)는 코일(L1)을 통해 전달된 피드백 신호의 복조를 위한 복조부(1124), 주파수 변경을 위한 주파수 구동부(1126), 변조부(1124)와 주파수 구동부(1126)을 제어하기 위한 제어부(1122)를 포함하여 구성될 수 있다. 코일(L1)을 통해 전달된 피드백 신호는 복조된 후 제어부(1122)로 입력되고, 제어부(1122)는 주파수 구동부(1126)를 제어하여 코일(L1)로 전달되는 전력 신호의 주파수를 변경할 수 있다.

무선 충전 수신 장치(1150)는 코일을 통해 피드백 신호를 전송하기 위한 변조부(1180), 코일을 통해 전달된 전력 신호를 주파수를 기반으로 정류하기 위한 정류부(1170), 변조부(1180)과 정류부(1170)를 제어하기 위한 통신 제어기(160)를 포함하여 구성될 수 있다.

통신 제어기(1160)는 정류기(1170)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(1162), 정류기를 통해 전달된 전력 신호를 충전 대상의 충전 요건에 맞추기 위한 변환부(1164), 변환된 전력을 출력하는 충전 출력부(1168), 및 충전 대상의 상태를 파악하여 피드백 신호를 발생시키는 피드백 통신부(1166)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 변환부(1164)는 입력된 직류전원을 다른 레벨의 직류전원으로 변환하는 DC-DC Converter를 포함할 수 있다.

전자기 유도 방식의 무선 충전 시스템은 대기상태, 신호탐지상태, 식별확인상태, 전력전송상태, 혹은 충전완료상태로 동작할 수 있다. 서로 다른 동작 상태로의 변환은 무선 충전 수신 장치와 무선 충전 송신 장치 사이의 통신 결과에 따라 이루어질 수 있다. 단, 무선 충전 송신 장치의 경우, 다른 동작상태로부터 대기상태로의 변환이 별도의 내부적인 통제 방법에 따라 이루어질 수도 있다.

무선 충전 수신 장치와 무선 충전 송신 장치 간의 통신에 의해 제어되는 동작은 도 12 내지 도 13에 도시된 상태 천이도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 충전 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 12를 참조하면, 대기상태(1210) 동안 무선 충전 송신 장치는 충전 가능한 수신 장치가 충전 표면에 위치하는지를 감시한다. 충전 가능한 수신 장치를 감지하기 위해 자기장(magnetic field), 정전 용량(capacitance), 혹은 유도 용량(inductance) 등의 변화를 감시하는 방법이 사용될 수 있다. 충전 가능한 수신 장치가 발견되면, 무선 충전 송신 장치의 상태는 대기 상태(1210)에서 신호 탐지 상태(1220)로 천이될 수 있다(1212).

무선 충전 송신 장치는 신호 탐지 상태(1220)에서 충전 가능한 수신 장치와 연결하고 수신 장치가 유효한 무선 충전 기술을 지원하고 있는지를 확인하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 또한, 신호 탐지 상태(220)의 무선 충전 송신 장치는 암전류(기생전류, parasitic current)를 발생시키는 또 다른 장치-예를 들면, 동전 등의 금속 물체일 수 있음-들을 구별해 내기 위한 기능을 수행할 수도 있다.

충전 가능한 수신 장치의 식별 및 연결을 위해 무선 충전 송신 장치는 기 설정된 주파수와 시간에 따른 구조를 가지는 디지털 핑(digital ping)을 발생시킬 수 있다. 무선 충전 송신 장치에서 무선 충전 수신 장치로 충분한 전력 신호가 전달되면, 무선 충전 수신 장치는 전자 유도 방식에서 설정된 프로토콜에 따라 전력 신호를 변조하여 응답할 수 있다. 만약 무선 충전 송신 장치가 해당 무선 충전 기술에 따라 미리 정의된 유효한 신호를 수신하면, 무선 충전 송신 장치는 전력 신호의 전송 차단 없이 신호 탐지 상태(1220)에서 식별 확인 상태(1230)로 천이할 수 있다(1224). 식별 확인 상태(1230)의 동작을 지원하지 않는 무선 충전 송신 장치의 경우 신호 탐지 상태(1220)에서 전력 전송 상태(1240)로 바로 변환할 수도 있다(1224, 1234). 즉, 무선 충전 송신 장치에서 식별 확인 상태(1230)의 동작은 선택적으로 포함될 수 있음을 주의해야 한다.

만약, 충전 완료 신호를 무선 충전 수신 장치로부터 수신하면, 무선 충전 송신 장치의 상태는 신호 탐지 상태(1220)에서 충전 완료 상태(1250)로 천이될 수 있다(1226).

만약, 무선 충전 수신 장치로부터 아무런 신호가 감지되지 않으면, 무선 충전 송신 장치는 전력 신호의 전송을 차단하고 대기 상태로(1210)로 돌아갈 수도 있다(1222).

각각의 무선 충전 수신 장치는 고유한 식별 정보를 유지될 수 있으며, 무선 충전 수신 장치는 디지털 핑의 수신에 따라 충전 가능한 기기임을 무선 충전 송신 장치에 소정 제어 신호를 통해 알려야 한다. 이러한 식별 확인을 위해 무선 충전 수신 장치는 자신의 고유한 식별 정보를 무선 충전 송신 장치에 보낼 수 있다.

식별 확인 상태(1230)를 지원하는 무선 충전 송신 장치는 무선 충전 수신 장치가 보내온 고유한 식별정보의 유효성을 판단할 수 있다. 만약, 고유한 식별 정보가 유효하다고 판단되면, 무선 충전 송신 장치의 상태는 식별 확인 상태(1230)에서 전력 전송 상태(1240)로 천이될 수 있다(1236). 만약, 고유한 식별 정보가 유효하지 않거나 정해진 시간 내에 유효성이 판단되지 않는 경우, 무선 충전 송신 장치는 전력 신호의 전송을 차단하고 대기 상태(1210)로 천이할 수 있다(1232).

전력 전송 상태(1240)의 무선 충전 송신 장치는 무선 충전 수신 장치로부터 수신되는 소정 제어 정보에 따라 주요 셀(primary cell)-즉, 송신 유도 코일-에 흐르는 전류를 제어함으로써 무선 충전 수신 장치로 전력 신호를 공급할 수 있다. 또한, 무선 충전 송신 장치는 새로운 장치의 감지 등으로 인해 발생할 수 있는 적합한 동작 영역과 허용 한계에 대한 위반이 없는지를 확인할 수도 있다.

만약, 충전 완료 신호가 무선 충전 수신 장치로부터 입력되는 경우, 무선 충전 송신 장치는 전력 신호의 전송을 차단하고 충전 완료 상태(1250)로 천이할 수 있다(1246). 또한, 동작 중 온도가 기 설정된 값을 초과하는 경우, 무선 충전 송신 장치는 전력 신호의 전송을 차단하고 충전 완료 상태(1250)로 천이할 수도 있다(1244).

또한, 전력 전송 상태(1240)에서 시스템 오류가 감지되면, 무선 충전 송신 장치는 전력 신호의 전송을 차단하고 대기 상태(1210)로 천이할 수도 있다(1242). 물론, 신호 탐지 상태(1220) 및 식별 확인 상태(1230)에서도 시스템 오류가 감지되면, 무선 충전 송신 장치는 대기 상태(1210)로 천이할 수도 있음을 주의해야 한다.

앞에서 설명한 바와 같이, 무선 충전 송신 장치는 무선 충전 수신 장치로부터 충전 완료 신호가 입력되거나 동작 중 온도가 기 설정된 범위를 넘어서는 경우 충전 완료 상태(250)로 천이할 수 있다.

만약, 충전 완료 상태(1250)로의 변환이 충전 완료 신호에 의한 경우라면, 무선 충전 송신 장치는 전력 신호의 전송을 차단하고 일정 시간 동안 대기할 수 있다. 여기서 일정 시간은 전자기 유도 방식으로 전력 신호를 전달하기 위해 무선 충전 송신 장치가 구비한 코일 등의 구성 요소, 충전 영역의 범위, 혹은 충전 동작의 허용 한계 등에 따라 달라질 수 있다. 일정 시간이 경과한 후, 무선 충전 송신 장치는 표면에 위치한 무선 충전 수신 장치와 연결하기 위해 신호 탐지 상태(1220)로 천이할 수도 있다(1254). 또한, 무선 충전 송신 장치는 일정 시간 동안 무선 전력 수신 장치가 제거되는지를 인지하기 위해 충전 가능 영역을 감시할 수 있다. 만약, 무선 전력 수신 장치가 충전 가능 영역에서 제거된 것이 확인되면, 무선 전력 송신 장치는 대기상태(1210)로 천이할 수 있다(1252).

만약, 충전 완료 상태(1250)로의 천이가 무선 전력 송신 장치의 온도 때문인 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 신호를 제거하고 온도를 감시할 수 있다. 만약 온도가 일정 범위 혹은 값으로 떨어지면, 무선 전력 송신 장치는 신호 탐지 상태(220)로 천이할 수 있다(1254). 여기서, 무선 전력 송신 장치의 상태를 변화시키기 위한 온도 변화 범위 혹은 값은 무선 전력 송신 장치의 제조 기술과 방법에 따라 달라질 수 있음을 주의해야 한다. 온도 변화를 감시하는 동안 무선 충전 송신 장치는 무선 전력 수신 장치가 제거되는지를 인지하기 위해 충전 가능 영역을 감시할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신 장치가 제거되면, 무선 전력 송신 장치는 대기 상태(1210)로 변환된다(1252).

도 13을 참조하면, 상기 도 12의 무선 충전 송신 장치와 같이 무선 충전 수신 장치의 상태는 대기 상태(1310), 신호 탐지 상태(1320), 식별 확인 상태(1330), 전력 전송 상태(1340) 및 충전 완료 상태(350)를 포함하여 구성될 수 있다.

무선 충전 송신 장치와 달리 대기 상태(1310)의 무선 충전 수신 장치는 비활성화된 상태일 수 있다. 일 예로, 이동이 가능한 무선 충전 수신 장치의 경우, 사용자의 기기 사용 목적 및 설정에 따라 무선 충전 기능이 비활성화될 수 있다.

무선 전력 송신 장치에 의해 송출된 전력 신호가 감지되면, 무선 충전 수신 장치는 대기 상태(1310)에서 신호 탐지 상태(1320)로 천이될 수 있다(1312). 이때, 전력 신호의 수신이 중단되면, 무선 충전 수신 장치는 신호 탐지 상태(1320)에서 대기 상태(1310)로 회귀할 수 있다(1322). 무선 충전 수신 장치는 신호 탐지 상태(1320)에서 미리 정의된 충전 완료 요건 중 적어도 하나 이상을 충족시키는 경우 충전 완료 상태(1350)로 천이할 수도 있다(1326). 한편, 무선 충전 송신 장치의 디지털 핑(digital ping)에 대한 응답 후 일정 시간이 경과하면, 무선 충전 수신 장치는 신호 탐지 상태(1320)에서 식별 확인 상태(330)로 천이할 수 있다.

식별 확인 상태(1330)에서 무선 충전 수신 장치는 전력 신호의 수신이 중단되는지를 확인할 수 있다. 만약, 전력 신호의 수신이 중단되면, 무선 충전 수신 장치는 식별 확인 상태(1330)에서 대기 상태(310)로 변환한다(1332).

식별 확인 상태(330)에서 전력 신호 수신의 중단 없이 기 설정된 일정 시간이 경과되면, 무선 충전 수신 장치는 전력 전송 상태(1340)로 천이할 수 있다(1334).

무선 충전 수신 장치는 전력 전송 상태(1340)에서 충전 완료 요건 중 적어도 하나 이상을 충족시킬 때까지 전력 신호를 수신할 수 있다. 이때, 무선 충전 수신 장치는 충전 완료 요건이 충족되면 충전 완료 상태(350)로 천이할 수 있다(1344). 만약, 전력 전송 상태(1340)에서 전력 신호 수신이 중단되면, 무선 충전 수신 장치는 대기 상태(1310)로 천이할 수 있다(1342).

충전 완료 상태(1350)에서의 무선 충전 수신 장치는 전력 신호가 중단되면 대기상태(1310)로 천이할 수 있다(1352).

도 14를 참조하면, 무선 충전 수신 장치는 수신기 코일(1410), 정류기(1420), 전압제어기(1430), 변조기(1440), 및 통신제어기(1450)를 포함하여 구성될 있다.

수신기 코일(1410)은 공진 회로(resonant circuit)를 구성할 수 있는 2차 코일(secondary coil)을 포함할 수도 있다. 전력 전송 효율을 강화하기 위해, 선택적으로 수신기 코일(1410)에 직렬 혹은 병렬로 캐패시터를 연결할 수도 있다.

정류기(1420)는 코일을 통해 입력되는 교류 신호(AC signal)를 전파 정류(全波整流, full-wave rectification)하여 직류 신호(DC signal)로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

전압 제어기(1430)는 입력된 정류기(1420)의 출력을 충전이 가능한 레벨의 직류 신호(DC signal)로 변환할 수 있다. 전압 제어기(1430)는 연결된 부하(1490)에 충전 대상이 요구하는 전압 레벨 및/또는 충전 대상의 현재 상태에 대응하여 입력된 직류 신호의 전압 크기 또는 전류량을 조절할 수도 있다.

통신 제어기(1450)는 충전 대상을 감시하여 충전 과정을 통제하고, 무선 충전 송신 장치와의 통신을 위해 변조기(1440)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 통신 제어기(1450)는 무선 충전 수신 장치의 정상적인 동작을 수행하기 위해 필요한 부수적인 동작 환경을 감시 및 통제할 수 있다.

변조기(1440)는 통상적으로 저항과 캐패시터를 포함하고 있으며, 통신 제어기(1450)로부터 충전 과정의 상태 혹은 충전 결과에 관한 정보를 받아 무선 충전 송신 장치에 알리기 위해 변조 작업을 수행할 수 있다. 여기서, 변조 작업은 펄스 폭 변조 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

도 15를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 전력 절약 상태에서 전자기 유도 방식에 정의된 디지털 핑 신호를 소정 주기(_tDIGITAL _{_PING_CYCLE})로 전송하는 디지털 핑 전송 단계를 개시할 수 있다.

연이어, 무선 전력 송신 장치는 자기 공진 방식에 정의된 Short Beacon 신호 및 Long Beacon 신호를 소정 주기로 각각 전송하는 비콘 전송 단계를 개시할 수 있다.

무선 전력 수신 장치는 디지털 핑 신호가 감지되면, 감지된 디지털 핑 신호의 수신 전력 세기를 측정하고, 측정된 수신 전력 세기에 관한 정보를 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신 장치에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 장치는 디지털 핑 신호의 수신 전력 세기에 관한 정보를 내부 소정 기록 영역에 저장하여 유지할 수 있다.

또한, 무선 전력 수신 장치는 Long Beacon 신호가 감지되면, 감지된 Long Beacon의 수신 전력 세기를 측정하고, 측정된 Long Beacon의 수신 전력 세기에 관한 정보를 설정된 아웃 오브 밴드 통신 채널을 통해 무선 전력 송신 장치에 전송할 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 미리 알고 있는 디지털 핑 신호의 송출 전력 세기 및 기 저장된 디지털 핑 신호의 수신 전력 세기에 기반한 전력 전송 효율을 산출할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 전자기 유도 방식에 상응하여 산출된 전력 전송 효율을 유도 전력 전송 효율이라 명하기로 한다.

무선 전력 송신 장치는 미리 알고 있는 Long Beacon 신호의 송출 전력 세기와 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 Long Beacon 신호의 수신 전력 세기에 기반하여 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위해, 자기 공진 방식에 상응하여 산출된 전력 전송 효율을 공진 전력 전송 효율이라 명하기로 한다.

무선 전력 송신 장치는 상기 산출된 유도 전력 전송 효율과 공진 전력 전송 효율을 비교하여 최적의 전력 전송 효율을 갖는 무선 전력 전송 방식 또는 무선 충전 방식을 결정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신 장치는 결정된 무선 충전 방식을 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.

이때, 무선 전력 송신 장치는 인밴드 또는 아웃어브밴드(대역외) 통신을 통해 결정된 무선 충전 방식을 무선 전력 수신 장치에 알릴 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 광고 시그널(Advertisement Signal)을 통해 수신기 식별 및 상태 정보뿐만 아니라 Long Beacon 신호의 수신 전력 세기 정보를 무선 전력 송신 장치에 전송할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 미리 정의된 시간 이내에 연속으로 수신된 수신 전력 세기 정보에 기반하여 전력 전송 효율을 산출하고, 산출된 전력 전송 효율에 기반하여 최적의 무선 충전 방식을 결정할 수도 있다. 여기서, 수신 전력 세기 정보는 무선 전력 수신단의 정류기 출력 전압 또는/및 전류 세기 정보일 수 있다.

이상의 도 15의 설명에서는 무선 전력 수신 장치가 Long Beacon의 수신 전력 세기를 측정하고, 광고 시그널을 통해 측정된 수신 전력 세기에 관한 정보를 무선 전력 송신 장치에 전송하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 저전력 상태에서의 전력 제어를 통해 수신되는 전력이 안정화된 경우, 수신 전력 세기를 측정하고, 측정된 수신 전력 세기에 관한 정보를 설정된 대역외 통신 채널을 통해 무선 전력 송신 장치에 전송할 수도 있다.

이상의 도 15의 설명에서는 무선 전력 송신 장치가 전자기 유도 방식에 따른 디지털 핑을 이용하여 수신기의 존재 여부를 최초 감지하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 자기 공진 방식의 Short Beacon을 이용하여 수신기의 존재 여부를 최초 감지할 수도 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 전자기 유도 방식의 디지털 핑을 통해 수신기의 존재가 감지된 경우, 자기 공진 방식의 Short Beacon 전송을 중단하고, Long Beacon만을 전송하도록 제어할 수도 있다. 이를 통한, 전력 절약 상태에서의 전력 낭비를 최소화시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 디지털 핑 또는/및 Long Beacon에 의한 정류기 출력 전압이 미리 정의된 부트 전압 기준치를 초과하는 경우, 부트 상태로 천이할 수도 있다. 부트 상태의 무선 전력 수신 장치는 대역외 통신 링크가 이미 설정되어 있지 않은 경우, 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 수신 장치는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 디지털 핑의 수신 전력 세기 정보와 Long Beacon의 수신 전력 세기 정보를 무선 전력 송신 장치에 전송할 수도 있다.

도 16을 참조하면, 무선 전력 송신 장치에 전원이 인가되면, 무선 전력 송신 장치는 유도 방식에 따른 핑 신호 전송 절차를 시작할 수 있다(S1601).

본 발명의 일 실시예에 따른, 핑 신호는 디지털 핑 신호일 수 있으나, 이에 국한되지는 않으며, 핑 신호 전송 절차는 수신기의 존재 여부를 식별하기 위한 소정 아날로그 핑 신호를 더 포함할 수도 있다.

무선 전력 송신 장치는 핑 전송 후 송신 유도 코일의 전류 또는 전압 또는 자기장의 변화를 감지하여 유도 방식을 지원하는 무선 전력 수신 장치가 존재하는지를 감지할 수 있다(S1603).

무선 전력 송신 장치는 유도 방식을 지원하는 수신기가 감지되면, 인밴드 통신을 통해 유도 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보를 수신하여 유도 전력 전송 효율을 산출할 수 있다(S1605).

만약, 유도 방식을 지원하는 수신기가 소정 시간 이내에 감지되지 않거나 유도 전력 전송 효율 산출이 완료된 경우, 무선 전력 송신 장치는 공진 방식에 따른 비콘 전송 절차를 개시할 수 있다(S1607).

무선 전력 송신 장치는 송신 공진 코일의 전류 또는 전압 또는 자기장의 변화에 기반하여 공진 방식을 지원하는 수신기가 존재하는지를 감지할 수 있다(S1609).

무선 전력 송신 장치는 공진 방식을 지원하는 수신기가 감지되면, 대역외 통신 링크를 통해 공진 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보를 수신하여 공진 전력 전송 효율을 산출할 수 있다(S1611).

무선 전력 송신 장치는 상기 1603 단계 및 상기 1609 단계에서의 감지 결과에 기반하여 해당 수신기가 멀티 모드를 지원하는지를 확인할 수 있다(S1613).

확인 결과, 수신기가 멀티 모드를 지원하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 상기 산출된 유도 전력 전송 효율 및 공진 전력 전송 효율에 기반하여 최적의 무선 전력 전송 방식을 선택할 수 있다(S1615).

이 후, 무선 전력 송신 장치는 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 인밴드 또는 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다(S1619).

무선 전력 송신 장치는 선택된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 전송하여 충전을 수행할 수 있다(S1621).

상기한 1609 단계에서, 소정 시간 이내에 공진 방식을 지원하는 수신기가 감지되지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 수신기가 단일 모드-즉, 유도 방식-를 지원하는지를 확인할 수 있다(S1623).

확인 결과, 수신기가 유도 방식만을 지원하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 해당 무선 전력 수신 장치로의 전력 전송을 위해 유도 방식을 선택하고, 선택 결과를 인밴드 통신을 통해 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.

또한, 상기한 1613 단계에서, 수신기가 멀티 모드를 지원하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 해당 무선 전력 수신 장치로의 전력 전송을 위해 공진 방식을 선택하고, 선택 결과를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.

만약, 상기한 1623 단계에서, 수신기가 단일 모드를 지원하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 소정 시간 동안 대기 상태로 전환한 후(S1625) 상기한 1601 단계를 수행할 수 있다.

도 17을 참조하면, 무선 전력 송신 장치에 전원이 인가되면, 무선 전력 송신 장치는 유도 방식에 따른 핑 신호 전송 절차를 시작할 수 있다(S1701).

무선 전력 송신 장치는 핑 전송 후 송신 유도 코일의 전류 또는 전압 또는 자기장의 변화를 감지하여 유도 방식을 지원하는 무선 전력 수신 장치가 존재하는지를 감지할 수 있다(S1703).

무선 전력 송신 장치는 유도 방식을 지원하는 수신기가 감지되면, 인밴드 통신을 통해 유도 방식에 대응하여 현재 부하에 인가되는 전력 세기 정보를 무선 전력 수신 장치로부터 수신하여 유도 충전 효율을 산출할 수 있다(S1705).

만약, 유도 방식을 지원하는 수신기가 소정 시간 이내에 감지되지 않거나 유도 충전 효율 산출이 완료된 경우, 무선 전력 송신 장치는 공진 방식에 따른 비콘 전송 절차를 개시할 수 있다(S1707).

무선 전력 송신 장치는 송신 공진 코일의 전류 또는 전압 또는 자기장의 변화에 기반하여 공진 방식을 지원하는 수신기가 존재하는지를 감지할 수 있다(S1709).

무선 전력 송신 장치는 공진 방식을 지원하는 수신기가 감지되면, 대역외 통신 링크 또는 광고 시그널을 통해 공진 방식에 대응하여 부하에 인가되는 전력 세기 정보를 수신하여 공진 충전 효율을 산출할 수 있다(S1711).

무선 전력 송신 장치는 상기 1703 단계 및 상기 1709 단계에서의 감지 결과에 기반하여 해당 수신기가 멀티 모드를 지원하는지를 확인할 수 있다(S1713).

확인 결과, 수신기가 멀티 모드를 지원하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 상기 산출된 유도 충전 효율 및 공진 충전 효율에 기반하여 최적의 무선 전력 전송 방식을 선택할 수 있다(S1715).

이 후, 무선 전력 송신 장치는 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 인밴드 또는 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다(S1719).

무선 전력 송신 장치는 선택된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 전송하여 충전을 수행할 수 있다(S1721).

상기한 1713 단계에서, 수신기가 멀티 모드를 지원하지 않는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 송신 장치는 수신기가 단일 모드-즉, 유도 방식 또는 공진 방식-를 지원하는지를 확인할 수 있다(S1723).

확인 결과, 수신기가 단일 모드를 지원하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 해당 무선 전력 수신 장치에 의해 지원 가능한 무선 전력 전송 방식을 선택하고, 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 인밴드 통신 또는 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다(S1717 내지 S1719).

만약, 상기한 1723 단계에서, 수신기가 단일 모드를 지원하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 소정 시간 동안 대기 상태로 전환한 후(S1725) 상기한 1701 단계를 수행할 수 있다.

본 실시예에 따른 충전 효율은 부하에 의해 요구되는 전압 레벨과 현재 부하에 인가되는 전압 레벨의 차이 또는 비율에 기반하여 산출될 수 있다.

이때, 무선 전력 수신 장치의 부하에 의해 요구되는 전압 레벨은 미리 수집된 무선 전력 수신 장치의 카테고리 정보 또는 무선 전력 수신 장치의 특성 정보에 기반하여 결정될 수 있다.

도 18을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 유도 방식에 따른 핑 전송 및 공진 방식에 따른 비콘 전송을 개시할 수 있다(S1801 내지 S1803).

유도 방식의 핑과 공진 방식의 비콘의 전송 순서 또는/및 전송 방법은 구현에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.

일 예로, 도 18에 도시된 바와 같이, 유도 방식의 핑 전송이 먼저 개시되고, 연이어 공진 방식의 비콘 전송이 개시될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예는 공진 방식의 비콘 전송이 먼저 개시되고, 연이어 유도 방식의 핑 전송이 개시될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 유도 방식의 핑 전송과 공진 방식의 비콘 전송이 서로 중첩되지 않도록 동시에 전송될 수도 있다.

무선 전력 송신 장치는 유도 방식의 핑 전송 또는 공진 방식의 비콘 전송에 따라 수신기의 존재가 확인된 경우, 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다(S1809 내지 S1811).

연이어, 무선 전력 송신 장치는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 유도 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보 또는/및 공진 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보를 무선 전력 수신 장치로부터 수신할 수 있다(S1813).

무선 전력 송신 장치는 수신된 수신 전력 세기 정보에 기반하여 해당 무선 전력 수신 장치가 멀티 모드를 지원하는지를 판단할 수 있다(S1815).

일 예로, 무선 전력 송신 장치는 대역외 통신 링크를 통해 유도 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보와 공진 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보를 모두 수신한 경우, 해당 무선 전력 수신 장치가 멀티 모드를 지원하는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 무선 전력 송신 장치는 대역외 통신 링크를 통해 유도 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보 또는 공진 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보를 수신한 경우, 해당 무선 전력 수신 장치가 단일 모드를 지원하는 것으로 판단할 수 있다.

상기 1815 단계의 판단 결과, 무선 전력 수신 장치가 멀티 모드를 지원하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 유도 방식 및 공진 방식에 각각 대응되는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 최적의 무선 전력 전송 방식을 선택할 수 있다(S1817).

반면 1815 단계의 판단 결과, 무선 전력 수신 장치가 멀티 모드를 지원하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 대역외 통신 링크를 통해 수신된 정보에 기반하여 무선 전력 수신 장치에 의해 지원 가능한 무선 전력 전송 방식을 선택할 수 있다(S1819).

이 후, 무선 전력 송신 장치는 상기 1817 단계 또는 1819 단계에서 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다(S1821).

이때, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치의 지원 가능한 무선 전력 전송 방식에 따라 인밴드 또는 대역외 통신 링크를 통해 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 상기 1817 단계 또는 1819 단계에서 선택된 무선 전력 전송 방식으로 해당 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 전송하여 충전을 수행할 수 있다(S1823).

도 19를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 크게 수신공진부(1901), 수신유도부(1902), 정류기(1903), DC-DC 변환기(1904), 수신기제어부(1910), 변복조부(1920), 안테나(1930) 및 부하(1940)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 변복조부(1920)는 유도변조기(1921), 유도복조기(1922), 공진변조기(1923) 및 공진복조기(1924)를 포함하여 구성될 수 있다.

수신공진부(1901)는 공진 방식으로 수신되는 AC 신호를 정류기(1903)에 전달할 수 있다.

수신유도부(1902)는 유도 방식으로 수신되는 AC 신호를 정류기(1903)에 전달할 수 있다.

정류기(1903)는 수신공진부(1901) 또는/및 수신유도부(1902)로부터 인가되는 AC 신호를 DC 신호로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 정류기(1903)의 출력 전압은 수신기제어부(1910)에 의해 모니터링될 수 있다.

DC-DC 변환기(1904)는 정류된 DC 전압을 부하(1940)에 요구되는 특정 DC 전압으로 변환할 수 있다.

수신기제어부(1910)는 부하(1940)에 의해 요구되는 특정 DC 전압을 DC-DC 변화기(1904)에 설정할 수 있다.

또한, 수신기제어부(1910)는 DC-DC 변환기(1904)에 인가되는 DC 전압이 소정 기준치 이상인 경우-예를 들면, 부하에 의해 요구되는 특정 DC 전압을 초과하는 경우-, 과전압을 차단하기 위한 소정 제어 회로(미도시)를 구동시킬 수도 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 수신 장치는 별도의 과전압/과전류 차단 회로가 별도로 구비될 수 있다. 이 경우, 과전압/과전류 차단 회로는 부하에 인가되는 전압/전류가 기준치 이상인 경우, 자동으로 부하에 인가되는 전압을 차단하거나 흡수하여 부하가 파손되는 것을 방지할 수도 있다.

수신기제어부(1910)는 수신 전력 세기를 측정하고, 측정 결과를 변복조부(1920)를 통해 무선 전력 송신 장치에 전송할 수 있다.

또한, 수신기제어부(1910)는 부하에 인가되는 전류/전압의 세기를 측정하고, 측정 결과를 변복조부(1920)를 통해 무선 전력 송신 장치에 전송할 수도 있다.

일 예로, 수신기제어부(1910)는 수신유도부(1902)를 통해 수신된 디지털 핑이 감지된 경우, 디지털 핑의 수신 전력 세기를 측정하고, 측정 결과에 상응하는 소정 심볼을 유도변조기(1920)에 전달할 수 있다. 이때, 유도변조기(1920)는 수신된 심볼을 미리 정의된 펄스 패턴으로 변환하고 이를 소정 유도 방식 동작 주파수에 실어 수신유도부(1920)에 전송할 수 있다.

다른 일예로, 수신제어부(1910)는 정류기(1903) 출력 전압의 세기를 측정하고, 측정된 출력 전압 세기에 상응하는 심볼을 생성하여 공진변조기(1923)에 전송할 수 있다.

공진변조기(1923)는 수신된 심볼을 대역외 통신에 정의된 알고리즘에 따라 변조한 후 이를 안테나(1930)에 전달할 수 있다. 일 예로, 대역외 통신은 블루투스 저전력 통신, LTE(Long Term Evolution)/LTE-Advanced 통신, 와이파이(Wi-Fi) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, NFC(Near Field Communication), 적외선 통신 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 안테나(1930)를 통해 수신된 대역외 통신 신호는 공진복조기(1924)에 의해 복조되어 수신기제어부(1910)에 전달될 수도 있다.

또한, 수신유도부(1902)를 통해 수신된 인밴드 통신 신호는 유도복조기(1922)에 복조되어 수신기제어부(1910)에 전달될 수도 있다.

도 20을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 전원공급부(2001), 주파수변환부(2002), 송신유도부(2003), 전력변환부(2004), 매칭회로(2005), 송신공진부(2006), 전류/전압 감지 센서(2010), 변복조부(2020), 안테나(2030) 및 송신기제어부(2040)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 변복조부(2020)는 유도변조기(2021), 유도복조기(2022), 공진변조기(2023) 및 공진복조기(2024)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 유도 방식 및 공진 방식으로 무선 전력을 전송할 수 있다.

전원공급부(2001)는 송신기제어부(2040)의 제어에 따라 주파수변화부(2002) 또는/및 전력변환부(2004)에 특정 공급 전압을 공급할 수 있다. 이때, 공급 전압은 DC 전압 또는 AC 전압일 수 있다.

유도 방식에 있어서, 전원공급부(2004)에 의해 공급된 전력은 주파수변환부(2002)에 공급된다. 이때, 주파수변환부(2002)는 송신부제어부(2040)의 소정 제어 신호에 따라 주파수 변환하여 송신유도부(2003)에 인가되는 전력의 세기가 조절할 수 있다. 즉, 주파수변환부(2002)는 동작 주파수 대역내에서의 주파수 이동을 통해 출력 전압의 세기를 제어할 수 있다.

또한, 송신기제어부(2040)는 인밴드 통신을 위한 소정 심볼을 유도변조기(2021)에 전송할 수 있다. 이때, 유도변조기(2021)는 수신된 심볼에 대응되는 펄스 패턴을 생성하여 송신유도부(2003)에 전달할 수 있다. 송신유도부(2003)는 수신된 펄스 패턴을 주파수변환부(2002)로부터 수신된 AC 신호에 믹싱하여 전송할 수 있다.

유도복조기(2022)는 송신유도부(2003)에 인가된 피드백신호를 복조하여 심볼을 생성하고, 생성된 심볼을 송신기제어부(2040)에 전송할 수 있다.

본 발명에 따른 송신기제어부(2040)는 유도 방식에 대응되는 수신 전력 세기 또는 부하에 인가되는 전력의 세기에 상응하는 심볼을 유도복조기(2022)로부터 수신할 수 있다.

이 후, 송신기제어부(2040)는 수신된 수신 전력 세기에 기반하여 유도 전력 전송 효율을 산출하거나 부하에 인가되는 전력의 세기에 기반하여 유도 충전 효율을 산출할 수 있다.

공진 방식에 있어서, 전력변환부(2004)는 송신기제어부(2040)의 제어에 따라 전원공급부(2001)로부터 수신된 전압을 특정 전압으로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(2004)는 DC/DC 변환기, AC/DC 변환기, 파워 증폭기 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

매칭회로(2005)는 전력 전송 효율을 극대화시키기 위해 전력변환부(2004)와 송신공진부(2006) 사이의 임피던스를 정합하는 회로이다.

송신공진부(2006)는 매칭회로(2005)로부터 인가된 전압에 따라 특정 공진 주파수를 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.

또한, 송신기제어부(2040)는 대역외 통신을 위한 소정 심볼 또는 패킷을 공진변조기(2023)에 전송할 수 있다. 이때, 공진변조기(2023)는 대역외 통신 방식에 따라 수신된 심볼 또는 패킷을 변조하여 안테나(2030)에 전달할 수 있다.

또한, 송신기제어부(2040)는 공진복조기(2021)에 의해 복조된 패킷을 수신할 수도 있다.

일 예로, 송신기제어부(2040)는 공진 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보 또는 부하에 인가되는 전력의 세기 정보가 포함된 패킷을 공진복조기(2012)로부터 수신되면, 수신된 수신 전력 세기에 기반하여 공진 전력 전송 효율을 산출하거나 부하에 인가되는 전력의 세기에 기반하여 공진 충전 효율을 산출할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 송신기제어부(2040)는 산출된 전력 전송 효율 또는 충전 효율에 기반하여 최적의 무선 전력 전송 방식을 결정할 수 있다.

이 후, 송신기제어부(2040)는 결정된 무선 전력 전송 방식에 따라 무선 전력이 전송하여 해당 무선 전력 수신 장치를 위한 충전이 이루어질 수 있도록 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 송신기제어부(2040)는 공진복조기(2021)로부터 유도 방식 또는/및 공진 방식에 대응되는 수신 전력 세기 정보 또는/및 부하에 인가되는 전력의 세기 정보를 포함하는 패킷을 수신할 수도 있다.

또한, 송신기제어부(2040)는 결정된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 유도변조기(2021) 또는 공진변조기(2023)에 전송함으로써, 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 송신 장치에 의해 결정된 무선 전력 전송 방식을 인지시킬 수 있다.

이상의 설명에서는 무선 전력 수신 장치에 의해 측정된 무선 전력 전송 방식 별 수신 감도 또는 수신 신호 세기 또는 부하에 인가되는 전압의 세기에 기반하여 무선 전력 송신 장치가 전력 전송 효율 또는 충전 효율을 산출하고, 산출 결과에 기반하여 최적의 무선 전력 전송 방식을 선택하는 것으로 설명되고 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 방식 별 측정된 수신 신호 세기 또는 부하게 인가되는 전압의 세기에 기반하여 전력 전송 효율 또는 충전 효율을 산출하고, 산출 결과에 따라 최적의 무선 전력 전송 방식을 선택할 수 있다. 이후, 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 인밴드 또는 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 송신 장치에 전송할 수도 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치로부터 무선 전력 전송 방식 별 측정된 수신 신호 세기 정보를 수신하여 전력 전송 효율을 산출하고, 산출 결과에 기반하여 초기 무선 전력 전송 방식을 결정할 수 있다.

이 후, 무선 전력 송신 장치는 결정된 무선 전력 전송 방식으로 무선 충전을 수행할 수 있다.

무선 충전 수행 중 무선 전력 수신 장치는 부하에 인가되는 전압의 세기를 모니터링하여 충전 효율을 산출할 수 있다. 만약, 충전 효율이 소정 기준치 이하로 떨어진 경우, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 방식의 변경을 요구하는 소정 제어 신호를 무선 전력 송신 장치에 전송할 수 있다. 여기서, 변경을 요구하는 제어 신호는 현재 선택된 무선 전력 전송 방식에 상응하여 산출된 충전 효율에 관한 정보가 포함될 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 무선 전력 전송 방식의 변경을 요구하는 제어 신호가 수신되면, 현재 동작중인 무선 전력 전송 방식과는 다른 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 전송을 시작할 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, 복수의 무선 전력 전송 방식을 지원하는 무선 전력 전송 시스템에서 이용될 수 있다.

Claims

무선으로 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 송신 방법에 있어서,

제1 무선 전력 전송 방식에 기반한 제1 신호를 전송하는 단계;

제2 무선 전력 전송 방식에 기반한 제2 신호를 전송하는 단계;

상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 측정 결과를 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 단계; 및

상기 측정 결과에 기반하여 상기 무선 전력 수신 장치를 위한 무선 전력 전송 방식을 선택하는 단계

를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식이고, 상기 제2 무선 전력 전송 방식은 자기 공진 방식인, 무선 전력 송신 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1 신호는 핑 신호이고 상기 제2 신호는 비콘 신호인, 무선 전력 송신 방법.
제3항에 있어서,

상기 핑 신호는 디지털 핑 신호이고, 상기 비콘 신호는 Long Beacon 신호인, 무선 전력 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 수신된 측정 결과에 기반하여 무선 전력 전송 방식 별 전력 전송 효율을 산출하는 단계를 더 포함하되, 상기 산출된 전력 전송 효율에 기반하여 무선 전력 전송 방식을 선택하는, 무선 전력 송신 방법.
제5항에 있어서,

상기 수신된 측정 결과는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 수신 신호 세기 정보를 포함하는, 무선 전력 송신 방법.
제6항에 있어서,

상기 수신 신호 세기 정보는 수신기의 정류기 출력 전압 세기 정보인, 무선 전력 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 수신된 측정 결과에 기반하여 무선 전력 전송 방식 별 충전 효율을 산출하는 단계를 더 포함하되, 상기 산출된 충전 효율에 기반하여 무선 전력 전송 방식을 선택하는, 무선 전력 송신 방법.
제8항에 있어서,

상기 수신된 측정 결과는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 상기 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전압 레벨 정보를 포함하는, 무선 전력 송신 방법.
제9항에 있어서,

상기 부하에 인가되는 전압 레벨 및 미리 수집된 상기 부하에 의해 요구되는 전압 레벨에 기반하여 상기 충전 효율을 산출하는, 무선 전력 송신 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1신호에 대응되는 상기 측정 결과를 상기 전자기 유도 방식에 정의된 인밴드 통신을 통해 수신하는, 무선 전력 송신 방법.
제2항에 있어서,

상기 제2신호에 대응되는 상기 측정 결과를 상기 자기 공진 방식에 정의된 대역외 통신을 통해 수신하는, 무선 전력 송신 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1신호 및 제2신호에 대응되는 상기 측정 결과를 상기 자기 공진 방식에 정의된 대역외 통신을 통해 수신하는, 무선 전력 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1신호와 상기 제2 신호 각각을 미리 정의된 주기로 중첩되지 않게 반복 전송하는, 무선 전력 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 상기 무선 전력 수신 장치에 전송하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 송신 방법.
무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 수신 방법에 있어서,

제1 무선 전력 전송 방식에 기반한 제1 신호의 수신 신호 세기를 측정하는 단계;

상기 측정된 제1신호의 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 단계;

제2 무선 전력 전송 방식에 기반한 제2 신호의 수신 신호 세기를 측정하는 단계; 및

상기 측정된 제2신호의 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 단계

를 포함하되, 상기 제1신호 내지 제2신호의 수신 신호 세기에 관한 정보에 기반하여 산출된 전력 전송 효율에 따라 선택된 무선 전력 전송 방식으로 무선 전력을 수신하는, 무선 전력 수신 방법.
제16항에 있어서,

상기 제1 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식이고, 상기 제2 무선 전력 전송 방식은 자기 공진 방식인, 무선 전력 수신 방법.
제17항에 있어서,

상기 제1 신호는 핑 신호이고 상기 제2 신호는 비콘 신호인, 무선 전력 수신 방법.
제18항에 있어서,

상기 핑 신호는 디지털 핑 신호이고, 상기 비콘 신호는 Long Beacon 신호인, 무선 전력 수신 방법.
제16항에 있어서,

상기 수신 신호 세기는 상기 무선 전력 수신 장치의 정류기 출력 전압 세기인, 무선 전력 수신 방법.
제16항에 있어서,

상기 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 상기 무선 전력 송신 장치로부터 수신하는 단계를 더 포함하는, 상기 무선 전력 수신 방법.
제17항에 있어서,

상기 제1신호에 대응되는 상기 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 전자기 유도 방식에 정의된 인밴드 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는, 무선 전력 수신 방법.
제17항에 있어서,

상기 제2신호에 대응되는 상기 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 자기 공진 방식에 정의된 대역외 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는, 무선 전력 수신 방법.
제17항에 있어서,

상기 제1신호 및 제2신호에 대응되는 상기 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 자기 공진 방식에 정의된 대역외 통신을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는, 무선 전력 수신 방법.
무선으로 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,

전자기 유도 방식에 기반한 무선 전력을 송출하는 제1 송신부;

자기 공진 방식에 기반한 무선 전력을 송출하는 제2 송신부;

인밴드 통신을 수행하는 제1 통신부;

대역외 통신을 수행하는 제2 통신부; 및

수신기 존재를 감지하기 위한 제1 내지 제2 신호가 상기 제1 송신부 및 상기 제2 송신부를 통해 소정 패턴으로 전송되도록 제어하고,

상기 인밴드 통신, 상기 대역외 통신 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 신호, 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 대응되는 측정 결과를 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신하고,

상기 측정 결과에 기반하여 무선 전력 전송 방식을 선택하는 제어부

를 포함하는, 무선 전력 송신 장치.
제25항에 있어서,

상기 제1 신호는 핑 신호이고 상기 제2 신호는 비콘 신호인, 무선 전력 송신 장치.
제26항에 있어서,

상기 핑 신호는 디지털 핑 신호이고, 상기 비콘 신호는 Long Beacon 신호인, 무선 전력 송신 장치.
제25항에 있어서,

상기 제어부가 상기 측정 결과에 무선 전력 전송 방식 별 전력 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전력 전송 효율에 기반하여 상기 무선 전력 전송 방식을 선택하는, 무선 전력 송신 장치.
제28항에 있어서,

상기 측정 결과는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 수신 신호 세기 정보를 포함하는, 무선 전력 송신 장치.
제29항에 있어서,

상기 수신 신호 세기 정보는 상기 무선 전력 수신 장치의 정류기 출력 전압 세기 정보인, 무선 전력 송신 장치.
제25항에 있어서,

상기 제어부가 상기 측정 결과에 기반하여 무선 전력 전송 방식 별 충전 효율을 산출하고, 상기 산출된 충전 효율에 기반하여 무선 전력 전송 방식을 선택하는, 무선 전력 송신 장치.
제31항에 있어서,

상기 측정 결과는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 상응하는 상기 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전압 레벨 정보를 포함하되, 상기 제어부가 상기 부하에 인가되는 전압 레벨 및 미리 수집된 상기 부하에 의해 요구되는 전압 레벨에 기반하여 상기 충전 효율을 산출하는, 무선 전력 송신 장치.
제25항에 있어서,

상기 제어부가 상기 제1신호 및 상기 제2신호가 서로 중첩되지 않게 미리 정의된 주기로 반복 전송되도록 제어하는, 무선 전력 송신 장치.
제25항에 있어서,

상기 제어부가 상기 선택된 무선 전력 전송 방식에 관한 정보를 상기 인밴드 통신, 상기 대역외 통신 중 어느 하나를 이용하여 상기 무선 전력 수신 장치에 전송하는, 무선 전력 송신 장치.
무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에 있어서,

전자기 유도 방식에 기반한 무선 전력을 수신하는 제1 수신부;

자기 공진 방식에 기반한 무선 전력을 수신하는 제2 수신부;

인밴드 통신을 수행하는 제1 통신부;

대역외 통신을 수행하는 제2 통신부; 및

제1 내지 제2 신호가 상기 제1 수신부 및 상기 제2 수신부를 통해 수신되면, 상기 인밴드 통신, 상기 대역외 통신 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 신호, 상기 제2 신호 중 적어도 하나에 대응되는 측정 결과를 상기 무선 전력 송신 장치에 전송하는 제어부

를 포함하는, 무선 전력 수신 장치.