WO2016182239A1 - 무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법과 무선 전력 수신 장치의 제어 방법과 무선 전력 전송 시스템 및 그의 무선 전력 전송 방법 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법과 무선 전력 수신 장치의 제어 방법과 무선 전력 전송 시스템 및 그의 무선 전력 전송 방법 Download PDF

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transmitter
power transmitter
receiver
transmission
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박수영
박수빈
이종헌
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엘지이노텍(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmitter, a method for controlling the same, a method for controlling the wireless power receiver, a wireless power transmitter, and a method for transmitting the wireless power thereof.
  • the wireless power transmitter includes a plurality of charging transmitters.
  • a method for controlling the same a method for controlling the wireless power receiver, a wireless power transfer system including a plurality of charging devices, and a method for transmitting the same.
  • Wireless power transmission or wireless energy transfer is a technology that transmits electrical energy wirelessly from a transmitter to a receiver using the principle of induction of magnetic field, which is already used by electric motors or transformers using the electromagnetic induction principle in the 1800s. Since then, there have been attempts to transmit electrical energy by radiating electromagnetic waves such as radio waves and lasers. Electric toothbrushes and some wireless razors that we commonly use are actually charged with the principle of electromagnetic induction.
  • energy transmission using wireless may be classified into magnetic induction, electromagnetic resonance, and power transmission using short wavelength radio frequency.
  • the magnetic induction method uses the phenomenon that magnetic flux generated at this time causes electromotive force to other coils when two coils are adjacent to each other and current flows to one coil, and is rapidly commercialized in small devices such as mobile phones. Is going on. Magnetic induction is capable of transmitting power of up to several hundred kilowatts (kW) and has high efficiency, but the maximum transmission distance is less than 1 centimeter (cm).
  • the magnetic resonance method is characterized by using an electric or magnetic field instead of using electromagnetic waves or current. Since the magnetic resonance method is hardly affected by the electromagnetic wave problem, it has the advantage of being safe for other electronic devices or the human body. On the other hand, it can be utilized only in limited distances and spaces, and has a disadvantage in that energy transmission efficiency is rather low.
  • Short-wavelength wireless power transfer schemes simply RF schemes, utilize the fact that energy can be transmitted and received directly in the form of RadioWave.
  • This technology is a wireless power transmission method of the RF method using a rectenna, a compound word of an antenna and a rectifier (rectifier) refers to a device that converts RF power directly into direct current power.
  • the RF method is a technology that converts AC radio waves to DC and uses them.
  • Recently, research on commercialization has been actively conducted as efficiency is improved.
  • Wireless power transfer technology can be used in various industries, such as the mobile, IT, railroad and consumer electronics industries.
  • a wireless power transmitter including a plurality of coils transmits power to a wireless power receiver.
  • the rise of technology for transmitting power to the wireless power receiving device more efficiently is required.
  • An object of the present invention to provide a wireless power transmission apparatus comprising a plurality of power transmission unit.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus that performs wireless charging by accurately recognizing a wireless power receiver.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus for searching for a wireless power receiver more efficiently.
  • another object of the present invention is to provide a wireless power transmitter for automatically searching for a wireless power receiver and transmitting wireless power when the wireless power receiver is moved during charging.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission method using a plurality of wireless power transmission devices.
  • a method of controlling a wireless power transmitter including a plurality of wireless power transmitters transmitting wireless power to a wireless power receiver through a first wireless power transmitter, the wireless power during wireless power transmission.
  • the receiving device is moved in the direction of the second wireless power transmitter, detecting the induced current induced in the second wireless power transmitter and the magnitude of the induced current sensed by the second wireless power transmitter meets a predetermined criterion.
  • the method may include transmitting wireless power to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter.
  • the transmitting of the wireless power to the wireless power receiver via the first wireless power transmitter may include transmitting the wireless power to the wireless power receiver by an electromagnetic induction method using a current applied to the first wireless power transmitter. Can be.
  • wireless power In the transmitting of the wireless power to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter, even if a transmission channel is changed from the first wireless power transmitter to the second wireless power transmitter, wireless power is seamlessly received. It can transmit to the power receiving device.
  • the method when transmitting wireless power to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter, the method may stop the wireless power transmission through the first wireless power transmitter.
  • the transmitting of the wireless power to the wireless power receiver via the second wireless power transmitter may include transmitting the wireless power to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter and simultaneously transmitting the first wireless power. Wireless power may also be transmitted to the wireless power receiver through the power transmitter.
  • the method may transmit a notification signal to the wireless power receiver when the wireless power transmission channel is changed to the second wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter including a plurality of wireless power transmitters is connected to the first detector, the first wireless power transmitter for transmitting wireless power to the wireless power receiver, the second wireless power transmitter connected to the second detector And controlling the second detector to detect an induced current induced in the second wireless power transmitter when the wireless power receiver is moved toward the second wireless power transmitter while the wireless power is being transmitted to the wireless power receiver.
  • the control unit may transmit the wireless power to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter, when the detected magnitude of the induced current exceeds a predetermined criterion.
  • the controller may transmit wireless power to the wireless power receiver in an electromagnetic induction manner by using a current applied to the first wireless power transmitter.
  • the controller may seamlessly transmit wireless power to the wireless power receiver even when the transmission channel is changed from the first wireless power transmitter to the second wireless power transmitter.
  • the controller may stop the wireless power transmission through the first wireless power transmitter when the wireless power is transmitted to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter.
  • the controller may transmit wireless power to the wireless power receiver through the first wireless power transmitter while transmitting wireless power to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter.
  • the controller may transmit a notification signal to the wireless power receiver when the wireless power transmission channel is changed to the second wireless power transmitter.
  • a control method of a wireless power transmitter including a plurality of wireless power transmitter, transmitting the wireless power to the wireless power receiver through at least one wireless power transmitter, the wireless power receiver during the wireless power transmission in a specific direction
  • detecting the induced current induced in each of the at least one wireless power transmitter arranged in the specific direction and the magnitude of the induced current detected in at least one of the wireless power transmitter arranged in the specific direction is preset.
  • the method may include transmitting wireless power to the wireless power receiver through the wireless power transmitter that exceeds the preset criterion.
  • the wireless power transmitter includes a plurality of wireless power transmitters, including: at least one first wireless power transmitter configured to transmit wireless power to a wireless power receiver; At least one second wireless power transmitter disposed in a specific direction and connected to each of at least one sensing unit one-to-one; and when the wireless power receiver is moved in the specific direction during wireless power transmission, the second wireless power transmitter And a controller configured to sense an induced current induced in at least one of the sensors through at least one of the detectors, wherein the controller has a magnitude of the induced current sensed by at least one of the second wireless power transmitters disposed in the specific direction. When exceeding a preset criterion, the wireless power may be transmitted to the wireless power receiver through at least one wireless power transmitter that exceeds the preset criterion.
  • the control method of the wireless power receiver for receiving wireless power from a wireless power transmitter including a plurality of wireless power transmitters may include receiving wireless power from the wireless power transmitter; and receiving efficiency of the received wireless power. If less than the predetermined reference value, broadcasting the command signal; may include.
  • a control method of a wireless power transmitter including a plurality of wireless power transmitters may include receiving at least one command signal transmitted from a wireless power receiver by at least one of the wireless power transmitters; Measuring reception sensitivity of each of the at least one wireless power transmitter that has received the command signal; and transmitting wireless power to the wireless power receiver by using a specific wireless power transmitter whose measured reception sensitivity meets a preset criterion; Transmitting; may include.
  • the wireless power transmission method of a wireless power transmission system including a plurality of wireless power transmission device, the step of transmitting the wireless power to the wireless power receiving device via the first wireless power transmission device; Detecting an induced current induced in the second wireless power transmitter when the wireless power receiver is moved toward the second wireless power transmitter during wireless power transmission; and detected by the second wireless power transmitter And transmitting the wireless power to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter when the magnitude of the induced current satisfies a predetermined criterion.
  • the method may further include receiving, by the second wireless power transmitter, device information of the wireless power receiver from the first wireless power transmitter.
  • the wireless power transmission system including a plurality of wireless power transmitters may include a first wireless power transmitter that transmits wireless power to a wireless power receiver; And a second wireless power transmitter arranged in the moving direction to sense an induced current when the wireless power receiver moves during wireless power transmission.
  • the second wireless power transmitter includes the detected induced current.
  • wireless power may be transmitted to the wireless power receiver.
  • the second wireless power transmitter may receive device information of the wireless power receiver from the first wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver can be accurately recognized to improve the device efficiency.
  • the wireless power receiver since the wireless power receiver is efficiently searched for, the device efficiency and user convenience may be improved.
  • the wireless power receiver is automatically searched and charged, thereby improving device efficiency and user convenience.
  • FIG. 1 is a view for explaining a wireless power transmission system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a transmission induction coil according to an embodiment.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a power source and a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a wireless power transmission system including a plurality of power transmitters according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a rear surface of a terminal that is an example of a wireless power receiver.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment.
  • FIGS. 8 to 10 are diagrams illustrating an operation of a wireless power system in which wireless power transmission is performed in a resonance manner.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a control method of a wireless power transmitter for transmitting wireless power to a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of controlling a wireless power transmitter when the wireless power receiver is moved during wireless power reception according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating that the wireless power receiver according to the embodiment is charged.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating that the wireless power receiver is moved during charging according to an embodiment.
  • 15 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power system when the wireless power receiver is moved during charging in a resonance manner according to an exemplary embodiment.
  • 16 and 17 illustrate a wireless power transmission system for seamlessly transmitting wireless power to a moving wireless power receiver.
  • FIG. 18 is a block diagram of a wireless power transfer system according to an embodiment.
  • FIG. 19 is a more detailed block diagram of the wireless power transfer system of FIG.
  • a method of controlling a wireless power transmitter including a plurality of wireless power transmitters transmitting wireless power to a wireless power receiver through a first wireless power transmitter, the wireless power during wireless power transmission.
  • the receiving device is moved in the direction of the second wireless power transmitter, detecting the induced current induced in the second wireless power transmitter and the magnitude of the induced current sensed by the second wireless power transmitter meets a predetermined criterion.
  • the method may include transmitting wireless power to the wireless power receiver through the second wireless power transmitter.
  • the top (bottom) or the bottom (bottom) when described as being formed on the “top” or “bottom” of each component, the top (bottom) or the bottom (bottom) is the two components are in direct contact with each other or One or more other components are all included disposed between the two components.
  • up (up) or down (down) when expressed as “up (up) or down (down)” may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one component.
  • a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a power transmitter, and the like may be used in combination for the convenience of the wireless power transmitter.
  • a receiver, a terminal, a receiver, a receiver, a power receiver, etc. may be used interchangeably for convenience of description.
  • Wireless power transmission apparatus may be provided with a plurality of wireless power transmission means to wirelessly transfer power to a plurality of receivers.
  • Wireless power transmitter is a mobile phone (smart phone), smart phone (smart phone), laptop computer (laptop computer), digital broadcasting terminal, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player) It can be used in, but is not limited to, navigation, MP3 players, and other small electronic devices.
  • 1 is a view for explaining an example of a wireless power transmission system.
  • the wireless power transmission system may include a power source 100, a wireless power transmitter 200, a wireless power receiver 300, and a load terminal 400.
  • the power source 100 may be included in the wireless power transmitter 200, but is not limited thereto.
  • the apparatus 200 for transmitting power wirelessly 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, a reception induction coil 320, and a rectifier 330.
  • Both ends of the power source 100 may be connected to both ends of the transmission induction coil 210.
  • the transmission resonant coil 220 may be disposed at a predetermined distance from the transmission induction coil 210.
  • the reception resonance coil 310 may be disposed at a predetermined distance from the reception induction coil 320.
  • Both ends of the receiving induction coil 320 may be connected to both ends of the rectifier 330, and the load terminal 400 may be connected to both ends of the rectifier 330.
  • the load stage 400 may be included in the wireless power receiver 300.
  • the power generated by the power source 100 is delivered to the wireless power transmitter 200, and the power delivered to the wireless power transmitter 200 resonates with the wireless power transmitter 200 by a resonance phenomenon.
  • the resonance frequency values may be transmitted to the same wireless power receiver 300.
  • the power source 100 may generate AC power having a predetermined frequency and transmit the generated AC power to the wireless power transmitter 200.
  • the transmission induction coil 210 and the transmission resonant coil 220 may be inductively coupled. That is, the alternating current is generated by the alternating current power supplied from the power source 100, and the alternating current is also transmitted to the transmitting resonance coil 220 physically spaced by the electromagnetic induction by the alternating current. Can be derived.
  • the power delivered to the transmission resonant coil 220 may be transmitted to the wireless power receiver 300 having the same resonance frequency by the resonance using the wireless power transmitter 200 and the frequency resonance scheme.
  • Power may be transferred by resonance between two impedance matched LC circuits. Such resonance power transmission enables power transmission with higher transmission efficiency over longer distances than power transmission by electromagnetic induction.
  • the reception resonance coil 310 may receive power transmitted from the transmission resonance coil 220 by using the frequency resonance method.
  • An AC current may flow in the reception resonant coil 310 due to the received power, and the power delivered to the reception resonant coil 310 may be inductively coupled to the reception resonant coil 310 by electromagnetic induction. Can be delivered.
  • Power delivered to the receiving induction coil 320 may be rectified through the rectifying unit 330 and transferred to the load stage 400.
  • the transmission induction coil 210, the transmission resonance coil 220, the reception resonance coil 310, and the reception induction coil 320 may have any one of a spiral or a helical structure.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the transmit resonant coil 220 and the receive resonant coil 310 may be resonantly coupled to enable power transmission at a resonant frequency.
  • the power transmission efficiency between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300 may be greatly improved.
  • the above wireless power transmission system has described power transmission by the resonant frequency method.
  • the wireless power transmitter 200 has one transmission induction coil 210 and one transmission resonance coil 220, but the present disclosure is not limited thereto, and the plurality of transmission induction coils 210 may be used. ) And a plurality of transmission resonant coils 220. Detailed examples will be described later.
  • Embodiments of the present invention can be applied to power transmission by the electromagnetic induction method in addition to the resonance frequency method.
  • the reception when the wireless power transmission system performs power transmission based on electromagnetic induction, the reception includes the transmission resonant coil 220 and the wireless power receiver 300 included in the wireless power transmitter 200.
  • the resonant coil 310 may be omitted.
  • Quality factor and coupling coefficient may have important meanings in wireless power transmission. That is, the power transmission efficiency may have a proportional relationship with each of the quality index and the coupling coefficient. Therefore, as the value of at least one of the quality index and the coupling coefficient increases, power transmission efficiency may be improved.
  • the quality factor may refer to an index of energy that may be accumulated in the vicinity of the wireless power transmitter 200 or the wireless power receiver 300.
  • the quality factor may vary depending on the operating frequency w, the shape, dimensions, materials, and the like of the coil.
  • the quality index can be represented by the following equation.
  • L is the inductance of the coil
  • R is the resistance corresponding to the amount of power loss generated in the coil itself.
  • the quality factor may have an infinite value from 0, and as the quality index increases, power transmission efficiency between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300 may be improved.
  • Coupling Coefficient refers to the degree of magnetic coupling between the transmitting coil and the receiving coil and has a range of 0 to 1.
  • Coupling coefficient may vary according to the relative position or distance between the transmitting coil and the receiving coil.
  • 2 is an equivalent circuit diagram of a transmission induction coil.
  • the transmission induction coil 210 may be composed of an inductor L1 and a capacitor C1, and may be configured as a circuit having appropriate inductance and capacitance values.
  • the transmission induction coil 210 may be configured as an equivalent circuit having both ends of the inductor L1 connected to both ends of the capacitor C1. That is, the transmission induction coil 210 may be configured as an equivalent circuit in which the inductor L1 and the capacitor C1 are connected in parallel.
  • the capacitor C1 may be a variable capacitor, and impedance matching may be performed as the capacitance of the capacitor C1 is adjusted.
  • Equivalent circuits of the transmit resonant coil 220, the receive resonant coil 310, and the receive induction coil 320 may also be the same as or similar to those shown in FIG. 2, but are not limited thereto.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a power source and a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
  • the transmission induction coil 210 and the transmission resonant coil 220 may be formed of inductors L1 and L2 and capacitors C1 and C2 having inductance values and capacitance values, respectively.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • the reception resonance coil 310 and the reception induction coil 320 may be formed of inductors L3 and L4 and capacitors C3 and C4 having inductance values and capacitance values, respectively.
  • the rectifier 330 may convert the DC power received from the reception induction coil 320 to DC power to transfer the converted DC power to the load terminal 400.
  • the rectifier 330 may include a rectifier and a smoothing circuit.
  • the rectifier may be a silicon rectifier and may be equivalent to the diode D1 as shown in FIG. 4, but is not limited thereto.
  • the rectifier may convert AC power received from the reception induction coil 320 to DC power.
  • the smoothing circuit may output the smooth DC power by removing the AC component included in the DC power converted by the rectifier.
  • the rectifying capacitor C5 may be used, but is not limited thereto.
  • the DC power transmitted from the rectifier 330 may be a DC voltage or a DC current, but is not limited thereto.
  • the load stage 400 can be any rechargeable battery or device that requires direct current power.
  • the load stage 400 may mean a battery.
  • the wireless power receiver 300 may be mounted on an electronic device that requires power, such as a mobile phone, a notebook, a mouse, and the like. Accordingly, the reception resonance coil 310 and the reception induction coil 320 may have a shape that matches the shape of the electronic device.
  • the wireless power transmitter 200 may exchange information with the wireless power receiver 300 using in band or out of band communication.
  • band communication may refer to a communication of exchanging information between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300 using a signal having a frequency used for wireless power transmission.
  • the wireless power receiver 300 may further include a switch, and may or may not receive power transmitted from the wireless power transmitter 200 through a switching operation of the switch. Accordingly, the wireless power transmitter 200 may detect an on or off signal of a switch included in the wireless power receiver 300 by detecting the amount of power consumed by the wireless power transmitter 200.
  • the wireless power receiver 300 may change the amount of power consumed by the wireless power transmitter 200 by changing the amount of power absorbed by the resistor using a resistor and a switch.
  • the apparatus 200 for transmitting power wirelessly may acquire state information of the load terminal 400 by detecting a change in power consumed.
  • the switch and the resistive element can be connected in series.
  • the state information of the load stage 400 may include information about the current charge amount and the charge amount trend of the load stage 400.
  • the load stage 400 may be included in the wireless power receiver 300.
  • the switch when the switch is opened, the power absorbed by the resistive element becomes zero, and the power consumed by the wireless power transmitter 200 also decreases.
  • the wireless power transmitter 200 may detect power consumed by the wireless power transmitter 200 and perform digital communication with the wireless power receiver 300.
  • the apparatus 200 for transmitting power wirelessly may receive state information of the load terminal 400 according to the above operation and may transmit power appropriate thereto.
  • the wireless power transmitter 200 may include a resistor and a switch on the side of the wireless power transmitter 200 to transmit the state information of the wireless power transmitter 200 to the wireless power receiver 300.
  • the state information of the wireless power transmitter 200 may include the maximum amount of power that the wireless power transmitter 200 may transmit, and the wireless power receiver 300 that the wireless power transmitter 200 provides power. The number and the amount of available power of the wireless power transmission apparatus 200 may be included.
  • Out-of-band communication refers to a communication for exchanging information for power transmission by using a separate frequency band instead of a resonant frequency band.
  • Each of the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300 may be equipped with an out-of-band communication module so that information necessary for power transmission may be exchanged between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300.
  • the out of band communication module may be mounted to the power source 100, but is not limited thereto.
  • the out-of-band communication module may use a short range communication method such as Bluetooth, Zigbee, WLAN, or Near Field Communication (NFC), but is not limited thereto.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a wireless power transmission system including a plurality of power transmitters according to another embodiment of the present invention.
  • the apparatus 200 for transmitting power wirelessly may include a charging pad 510.
  • the charging pad 510 may include a plurality of power transmitters (1, 1), (1, 2), ..., (6, 6).
  • the plurality of power transmitters are exemplified in six rows and six columns, the plurality of transmitters may be arranged in a row, or two or more receivers may be disposed, but is not limited thereto.
  • the charging pad 510 may include the power source shown in FIG. 1 and a wireless power transmitter (eg, a transmitting device). That is, a power source and a plurality of wireless power transmitters (eg, transmitters) may be built in the charging pad 510.
  • the charging pad 510 may have a circular, elliptical square, or rectangle as viewed from above, but is not limited thereto.
  • the top surface of the charging pad 510 may be in surface contact with any one surface of the wireless power receiver 300.
  • the shape of at least a portion of the upper surface of the charging pad 510 may be the same as the shape of the rear surface of the wireless power receiver 300, but is not limited thereto.
  • the wireless power receiver 300 will be described with reference to the terminal 300 as an example.
  • Each of the wireless power transmitters (1,1), (1,2), ..., (6,6) built in the charging pad 510 includes the transmission coils 210 and 220 of FIG. 1. ) May be included.
  • each of the wireless power transmitters ((1,1), (1,2), ..., (6,6)) may include one transmitting coil, and may include a plurality of transmitting coils (not shown).
  • the present invention is not limited thereto.
  • the transmission coils (not shown) provided in each of the wireless power transmitters (1,1), (1,2), ..., (6,6) may be disposed to face the top surface of the charging pad 510. Can be.
  • the transmitting coil (not shown) may be disposed to be parallel to the top surface of the charging pad 510 so that the power of the transmitting coil (not shown) is uniformly transmitted to the terminal 300.
  • Each of the plurality of power transmitters (1, 1), (1, 2), ..., (6, 6) may be provided with power from the power source 100 described above.
  • the power source 100 may be configured in plural and match each of the plurality of power transmitters (1, 1), (1, 2), ..., (6, 6).
  • the apparatus 200 for transmitting power wirelessly may simultaneously transmit wireless power to a plurality of devices such as the apparatus 300 for receiving power wirelessly.
  • the wireless power receiver 300 may include a part of the equivalent circuit shown in FIG. 4.
  • the reception induction coil 320, the rectifier 330 and the load stage 400 may be included.
  • the apparatus 300 for receiving wireless power may include various types of devices.
  • the wireless power receiver 300 includes a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), navigation, and an MP3 player. And other small electronic devices, but is not limited thereto.
  • the wireless power receiver 300 may refer to any electronic device that includes a battery for charging and may perform a predetermined electronic function by using a power charged in the battery (not shown).
  • the wireless power receiver 300 may include a mobile device such as a smartphone or a tablet PC or a home appliance such as a television, a refrigerator, or a washing machine.
  • the wireless power receiver 300 may include the wireless power receiver coil and the load terminal illustrated in FIG. 1. That is, the wireless power receiver coil and the load terminal may be built in the wireless power receiver 300.
  • the wireless power receiver 300 may be placed on an upper surface of the charging pad 510 for charging.
  • the front cover 22 of the wireless power transmitter 300 faces upward and the rear cover 24 of the wireless power transmitter 300 contacts the top surface of the charging pad 510. Can be. Accordingly, power may be wirelessly supplied from the charging pad 510 to be charged at the load end.
  • the wireless power receiver 300 will be described with the terminal 300 as an example.
  • the receiving coil 32 and the magnet 30 may be disposed adjacent to the rear surface of the terminal 300.
  • the receiving coil 32 may also be disposed to face the at least one transmitting coil disposed on the charging pad 510, an upper surface of the charging pad 510, and a rear cover 24 of the wireless terminal 300.
  • the receiving coil 32 of the terminal 300 is positioned to be in parallel with at least one transmitting coil disposed on the charging pad 510, the receiving coil of the terminal 300 is separated from the transmitting coil of the charging pad 510.
  • the power transfer efficiency of the power delivered to 32 may be maximized.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment.
  • the charging pad 510 may include a plurality of power transmitters (1, 1) to (1, 5), and may be two or more power transmitters.
  • the wireless reception device 300 will be described as an example of the terminal 300.
  • Each of the plurality of power transmitters (1, 1) to (1, 5) may include a transmission coil 14-1 to 14-5 and a plurality of first magnets 12-1 to 12-5. .
  • the plurality of transmission coils 14-1 to 14-5 and the plurality of first magnets 12-1 to 12-5 may be disposed adjacent to an upper surface of the charging pad 510.
  • the transmitting coils 14-1 to 14-5 and the magnets 12-1 to 12-5 may be disposed on the same surface.
  • the transmission coils 14-1 to 14-5 may be transmission transmission coils and / or transmission resonance coils illustrated in FIG. 1.
  • both the transmission induction coil and the transmission resonant coil may be used, whereas in the case of the electromagnetic induction method, only the transmission induction coil may be used.
  • Each of the plurality of transmission coils 14-1 to 14-5 may be disposed to surround each of the plurality of first magnets 12-1 to 12-5.
  • the first transmission coil 14-1 may surround the first magnet 12-1
  • the second transmission coil 14-2 may surround the second magnet 12-2
  • the third transmission coil 14-3 may surround the third magnet 12-3, and the fourth transmission coil 14-4 may be configured to surround the fourth magnet 12-4
  • the fifth transmitting coil 14-5 may be configured to surround the fifth magnet 12-5.
  • this drawing is a sectional drawing, it is difficult to display it on a drawing.
  • the transmission coils 14-1 to 14-5 have several numbers of turns, and may be spaced apart from adjacent transmission coils 14-1 to 14-5, but are not limited thereto.
  • the transmitting coils 14-1 to 14-5 may be arranged to be parallel to the virtual horizontal plane.
  • the central area of the transmitting coils 14-1 to 14-5 having such a structure may be an empty space.
  • the plurality of first magnets 12-1 to 12-5 may be disposed in the central region of the transmitting coils 14-1 to 14-5.
  • the thickness of the plurality of first magnets 12-1 to 12-5 may be equal to or greater than or less than the thickness of the transmission coils 14-1 to 14-5.
  • the plurality of first magnets 12-1 to 12-5 according to the intensity of magnetic flux density required for the plurality of first magnets 12-1 to 12-5 and the occupied area of the magnets 12-1 to 12-5. ) And the area of the plurality of first magnets 12-1 to 12-5 may vary.
  • the terminal 300 may include a shielding member 26, a receiving coil 32, and a second magnet 30.
  • the receiving coil 32 and the second magnet 30 may be disposed on the same surface.
  • the terminal 300 is expressed as being in contact with the charging pad 510 of the wireless power transmitter 200, the terminal 300 may be spaced apart from the charging pad 510 at a predetermined distance.
  • the terminal 300 may be larger or smaller in size than each of the plurality of power transmitters (1,1) to (1,5), but is not limited thereto.
  • the receiving coil 32 may be a receiving resonant coil and / or a receiving induction coil shown in FIG. 1.
  • both the reception resonance coil and the reception induction coil are used, whereas in the case of the electromagnetic induction method, only the reception induction coil may be used.
  • the receiving coil 32 may be arranged to surround the second magnet 30.
  • the receiving coil 32 may have several turns, and may be spaced between adjacent receiving coils 32.
  • the receiving coil 32 may be arranged to be parallel to the virtual horizontal plane.
  • the central region of the receiving coil 32 having such a structure may be an empty space.
  • the second magnet 30 may be disposed in the central area of the receiving coil 32.
  • the central region of the receiving coil 32 may be smaller than the central region of the transmitting coils 14-1 to 14-5, but is not limited thereto.
  • the thickness of the second magnet 30 may be equal to or greater than or less than the thickness of the receiving coil 32.
  • the thickness of the second magnet 30 and the area of the second magnet 30 may vary depending on the strength of the magnetic flux density required for the second magnet 30 and the area occupied by the second magnet 30.
  • the second magnet 30 allows the proximity of the terminal 300 to be detected by the charging pad 510.
  • the charging pad 510 may further include a hall sensor 16-1 to 16-5.
  • the hall sensors 16-1 to 16-5 may be disposed between the top surface of the charging pad 510 and the first magnets 12-1 to 12-5, but are not limited thereto.
  • the hall sensors 16-1 to 16-5 may be disposed closer to the top surface of the charging pad 510 than the first magnets 12-1 to 12-5.
  • the hall sensors 16-1 to 16-5 are connected to the charging pad 510 between the first magnets 12-1 to 12-5 of the charging pad 510 and the second magnet 30 of the terminal 300. Can be arranged.
  • the hall sensors 16-1 to 16-5 detect only the intensity of the magnetic flux density of the first magnets 12-1 to 12-5 when the terminal 300 is not present.
  • the hall sensors 16-1 to 16-5 may not only have the strength of the magnetic flux density of the first magnets 12-1 to 12-5 but also the first to the charging pads 510.
  • the strength of the magnetic flux density of the two magnets 30 can be detected. Therefore, the charging pad 510 is placed on the charging pad 510 based on the intensity of the magnetic flux density of the first magnets 12-1 to 12-5 detected when the terminal 300 is not present.
  • the Hall sensors 16-1 to 16-5 are described as being disposed between the top surface of the charging pad 510 and the first magnets 12-1 to 12-5, but this is one embodiment. In another embodiment of the present invention, the Hall sensors 16-1 to 16-5 are disposed on one side of the lower ends of the first magnets 12-1 to 12-5, or the transmitting coils 14-1 to. It should be noted that it may be disposed on the lower side of 14-5).
  • the second magnet 30 may be made of a material causing a change width ⁇ of the magnetic flux density above a threshold value.
  • the threshold may be 32G.
  • the threshold required by the standard may be 40G.
  • the second magnet 30 may be an electrical sheet.
  • the electrical steel sheet may contain at least 1% to 5% of silicon (Si), but is not limited thereto.
  • the silicon content of the second magnet 30 may vary so as to cause a change width (?) Of the magnetic flux density above a threshold required by a standard or a customer.
  • the receiving coil 32 and the second magnet 30 may be attached to the rear surface of the shield member 26 using the adhesive 28.
  • a printed circuit board on which the electronic components including the power source, the AC power generator, and the controller are mounted may be disposed on the shielding member 26.
  • the shielding member 26 may shield the magnetic field induced by the coil so that the magnetic field does not affect the electronic component, thereby preventing malfunction of the electronic component.
  • FIGS. 8 to 10 are diagrams illustrating an operation of a wireless power system in which wireless power transmission is performed in a resonance manner.
  • the wireless power system 1 includes a wireless power transmitter 200 and a wireless power receiver 300.
  • the apparatus 200 for transmitting power wirelessly may include a transmission (Tx) resonator 840, a matching circuit, a power amplifier, a power supply, and a transmission controller 860.
  • the transmission controller may include a transmission microcontroller and an out of band signaling unit.
  • the transmission resonator 840 may transmit a signal to the reception (Rx) resonator 830, which will be described later, using the same resonant frequency (eg, 6.78 MHz).
  • the transmission controller 860 may transmit / receive a signal other than the wireless power signal with the reception controller 850 through the channel 880.
  • communication may be performed via Bluetooth.
  • the wireless power receiver 300 may include a reception (Rx) resonator 830, a rectifier, a DC / DC converter, a load, and a reception controller 850.
  • the reception controller 850 may include a reception microcontroller and an out of band signaling unit.
  • the wireless power transmitter 200 includes a configuration state 910 and power.
  • the wireless power may be transmitted to the wireless power receiver 300 through a power save state 920, a low power state 930, and a power transfer state 940.
  • the apparatus 200 for transmitting power wirelessly performs device initialization for wireless power transmission in the set state 910.
  • the wireless power transmitter 200 changes to a power saving state 920.
  • the wireless power transmitter 200 may detect a change in the impedance of the transmission resonator 840 by applying a current to the transmission resonator 840 periodically in the power saving state 920. In addition, the wireless power transmitter 200 periodically applies a current to the transmission resonator 840 to enable communication with the wireless power receiver 300.
  • the wireless power transmitter 200 detects a change in the impedance of the transmission resonator 840 using a short beacon, and the wireless power transmitter 300 responds to the booting and response of the wireless power transmitter 300.
  • the long beacon may be periodically transmitted to the wireless power receiver 300 to ensure that sufficient power is transmitted.
  • FIG. 10 is a view illustrating a time point at which the above-mentioned short beacon and long beacon are transmitted.
  • the X axis represents time and the Y axis represents current.
  • the transmission period tCYCLE of the short beacon may be less than +5 but less than ⁇ 5 in 250 ms.
  • the current of the short beacon should be greater than the minimum current amount (ITX_SHORT_BEACON_MIN) for detecting the wireless power receiver 300.
  • the detectable amount of current may vary depending on the type of wireless power receiver (types are classified into categories and divided into maximum power values delivered to a load).
  • the long beacon period starts within 10 ms of the end of the short beacon transmission, and may be +5 or less and -5 or more in 105 ms.
  • the roll beacon current must be greater than the minimum amount of current (ITX_LONG_BEACON_MIN) required to wake-up the reception controller 850 to initiate communication with the wireless power receiver 300 during the long beacon.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a control method of a wireless power transmitter for transmitting wireless power to a wireless power receiver according to an embodiment.
  • Reference numerals refer to FIG. 5 (eg, a plurality of power transmitters), FIG. 7 (eg, a hall sensor), and FIG. 16 (eg, a controller) to be described later.
  • the controller 17 of the wireless power transmitter 200 recognizes the wireless power receiver 300 through the plurality of power transmitters (1, 1) to (6, 6) (S810).
  • Each of the plurality of power transmitters ((1,1) to (6,6)) may include Hall sensors 16-1 to 16-n, and the control unit 17 may include each Hall sensor 16-1 to.
  • the wireless power receiver 300 may be recognized through the magnetic field change of 16-n).
  • the hall sensors 16-1 to 16-n may include a plurality of power transmitters ((1, 1) to corresponding to each of the hall sensors 16-1 to 16-n under the control of the controller 17.
  • the magnetic flux density intensity of the transmitting coil included in (6, 6)) can be measured.
  • the hall sensors 16-1 to 16-n are strengths of magnetic flux densities when the magnet or metal member included in the wireless power receiver 300 approaches, but the wireless power receiver 300 does not approach. And a change in the intensity of the magnetic flux density using the intensity of the magnetic flux density when the wireless power receiver 300 approaches.
  • the Hall sensors 16-1 to 16-n are described as being included in each of the plurality of power transmitters ((1, 1) to (6, 6)), the plurality of power transmitters ((1, 1) to (6). 6)) may be disposed in a predetermined area of the charging pad 510.
  • the controller 17 controls the plurality of power transmitters ((1, 1) to (6, 6)) to drive the hall sensors 16-1 to 16-n starting from the outermost part to the center, thereby providing wireless power.
  • the receiving device 300 may be recognized.
  • control unit 17 detects the change in the input impedance of the plurality of power transmitters (1,1) to (6,6) even if there is no Hall sensor, magnet (metal member), etc., and changes the impedance above a certain threshold value. Occurs, the wireless power receiver 300 may be recognized.
  • the controller 17 performs a ping, and in the case of a resonance method (eg, A4WP (Alliance For Wireless Power)), the controller 17 ) Can transmit a beacon signal.
  • an induction method eg, PMA (Power Matters Alliance)
  • a resonance method eg, A4WP (Alliance For Wireless Power)
  • the controller 17 Can transmit a beacon signal.
  • the wireless power receiver 300 transmits a feedback signal to the plurality of power transmitters ((1,1) to (6,6)) in the in-band, and in the case of a resonance method, the wireless power receiver.
  • the 300 may transmit a feedback signal to the plurality of power transmitters (1,1) to (6,6) in an out-of-band manner.
  • the controller 17 may detect an input impedance change of more than a threshold formed in the plurality of power transmitters (1, 1) to (6, 6) through a sensor (eg, an impedance change detection sensor).
  • a sensor eg, an impedance change detection sensor
  • the controller 17 may recognize the wireless power receiver 300 using a pressure sensor, an optical sensor, or the like.
  • the controller 17 specifies a power transmission group including at least one power transmitter to transmit power to the wireless power receiver 300 (S820).
  • the controller 17 may include at least one value exceeding a threshold value when each of the at least one power transmitter changes a magnetic field (or input impedance) change value with the wireless power receiver 300.
  • the power transmission unit may be specified as the power transmission group 1010.
  • the controller 17 may specify a power transmission group 1010 capable of transmitting power most efficiently among the plurality of power transmission units (1, 1) to (6, 6).
  • the controller 17 uses the power transmitter that recognizes the wireless power receiver 300 among the plurality of power transmitters (1,1) to (6,6) to form a shape of the wireless power receiver 300.
  • the scan may specify at least one power transmission group to transmit power to the wireless power receiver.
  • the power transmitter 1010 may be a power transmitter that transmits power to the wireless power receiver 300.
  • the power transmission group may include a power transmission unit including a hall sensor that recognizes the wireless power receiver 300.
  • the controller 17 may perform a fine scan of the wireless power receiver 300 through the power transmitter that recognizes the wireless power receiver 300.
  • step S820 the controller 17 controls the phase of the power transmission group for the wireless power receiver (S830).
  • the controller 17 may select the first power transmitter having excellent coil alignment with the receiver 300 among the specified power transmitter.
  • the power transmission unit having excellent alignment means the power transmission unit having the greatest size of the magnetic field formed with the wireless power receiver, so that the battery of the wireless power receiver is filled with power.
  • controller 17 may control the phase of the power transmission group with respect to the receiving device based on the first power transmitter.
  • step S830 the controller 17 adjusts power of the power transmission group to be transmitted to the wireless power receiver (S840).
  • the controller 17 may adjust the power of the power transmission group in consideration of the distance and efficiency with respect to the receiver since the reception power of the wireless power receiver 300 is limited.
  • the controller 17 may preferentially supply power to the wireless power receiver 300 and the power transmitter having the best alignment, and may perform power supply to the surroundings.
  • the controller 17 cuts off the power of the power transmitter having the least alignment with the wireless power receiver 300, and powers the power transmitter from the power transmitter disposed outside the power transmitter to the power transmitter disposed at the center of the power transmitter. Can be supplied.
  • FIGS. 13 and 14. 17 will also be described with reference.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a charging of a wireless power receiver according to an embodiment
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a movement of a wireless power receiver according to an embodiment during charging.
  • the controller 17 of the wireless power transmitter 200 transmits wireless power to the wireless power receiver through the first wireless power transmitters 1 and 1 (S910). This corresponds to the embodiment shown in FIG. 13.
  • the controller 17 may apply an AC current by controlling a power source (not shown) with the first wireless power transmitters 1 and 1. Accordingly, the first wireless power transmitters 1 and 1 generate AC current by AC power supplied from a power source (not shown), and receive wireless power physically spaced by electromagnetic induction by such AC current. An alternating current can also be induced in a coil (not shown) of the device 200.
  • the first wireless power transmitter 1, 1 includes a coil and a first current measurer 910
  • the second wireless power transmitter 2, 1 includes a coil and a second current measurer ( 920
  • the third wireless power transmitter 3 and 1 includes a coil and a third current measurer 930.
  • Each of the coils of the first to third wireless power transmitters (1,1) to (3,1) is connected to the first to third current measuring units 910 to 930 in a one-to-one manner.
  • the first current measuring unit 910 may measure the current applied to the first wireless power transmitters 1 and 1, and the second current measuring unit 920 is applied to the second wireless power transmitters 2 and 1. The current can be measured, and the third current measuring unit 930 can measure the current applied to the third wireless power transmitters 3 and 1.
  • the wireless power receiver 300 When the first wireless power transmitters 1 and 1 assume that current is applied in the first direction 940, the wireless power receiver 300 induces current in the second direction 950.
  • step S810 the controller 17 is guided to the second wireless power transmitter 2, 1 when the wireless power receiver 300 moves toward the second wireless power transmitter 2, 1 during wireless power transmission.
  • the induced current is sensed (S920).
  • the wireless power receiver 300 when the wireless power receiver 300 is moved toward the second wireless power transmitter 2, 1, the wireless power receiver 300 may be driven by a current induced in the second direction 950. Current is induced in the second direction 960 in the second wireless power transmitter 2, 1.
  • the second current measuring unit 920 may measure a change in the current applied to the second wireless power transmitters 2 and 1 and transmit the measured current value to the controller 17.
  • step S920 the controller 17 transmits the wireless power to the wireless power receiver 300 through the second wireless power transmitters 2 and 1 when the sensed magnitude of the induced current satisfies a preset criterion. Transmit (S930). This will be described in detail below.
  • the controller 17 may measure the induced current of the second wireless power transmitters 2 and 1 through the second current measurer 920. It is assumed that the controller 17 can accurately measure the amount of change in the current according to the movement of the wireless power receiver 300.
  • the controller 17 is configured to charge the wireless power receiver 300 without being moved (for example, when charged through the first wireless power transmitters 1 and 1).
  • the current value (or impedance change value) detected by the wireless power transmitters 2 and 1 and the second wireless power transmitters 3 and 1 may be monitored.
  • the controller 17 may compare the current value when the wireless power receiver 300 is charged without moving and the current value (or change value of impedance) when the wireless power receiver 300 is moved. You can recognize the difference. If the distance to be moved is large, the current value (or change value of impedance) is also increased in proportion.
  • the controller 17 may determine the superiority between the wireless efficiency transmitted through the first wireless power transmitter 1 and 1 and the wireless efficiency transmitted through the second wireless power transmitter 2 and 1. For example, the controller 17 may change the wireless power transmitter in consideration of the wireless power transmission efficiency as well as the current amounts of the first wireless power transmitters 1 and 1 and the second wireless power transmitters 2 and 1.
  • the controller 17 may enable wireless power transmission to be seamlessly performed from the first wireless power transmitters 1 and 1 to the second wireless power transmitters 2 and 1.
  • the control unit 17 is composed of one microprocessor. Even if the wireless power transmitter is changed from the first wireless power transmitter 1,1 to the second wireless power transmitter 2,1, the controller 17 performs ping transmission, The identification and configuration steps may not be repeated. This is because the controller 17 has already performed wireless power transmission with the wireless power receiver 300.
  • the wireless power transmitter since the wireless power transmitter is seamlessly changed from the first wireless power transmitter (1,1) to the second wireless power transmitter (2,1), charging stop and restart can proceed without interruption. Quality improvement is also expected. Accordingly, whenever the wireless power transmitter is changed in the prior art, the wireless power receiver stops transmitting the wireless power, the user inconvenience caused by the notification popup of retransmission, and the ping, identification, and configuration procedures due to the change of the wireless power transmitter. Repetition problems can be solved.
  • the controller 17 seamlessly disconnects the wireless power. Can be sent to.
  • the controller 17 may stop the wireless power transmission of the first wireless power transmitters 1 and 1. In addition, the controller 17 may control the first wireless power transmitter 1, 1 to transmit wireless power together with the second wireless power transmitter 2, 1. In this case, the wireless power receiver 300 should be provided with a module capable of receiving wireless power from the plurality of wireless power transmitters (1, 1) and (2, 1).
  • the controller 17 may transmit information indicating that the wireless power transmitter has been changed to the wireless power receiver 300.
  • the controller 17 may transmit the corresponding information together with the power signal to the wireless power receiver 300, and in the case of the out-of-band method, the information through a separate channel from the power transmission channel. Can be transmitted.
  • wireless power is transmitted using only one of the first wireless power transmitter 1 and 1 or the second wireless power transmitter 2 and 1, but the wireless power is transmitted using the plurality of wireless power transmitters. Will be able to send.
  • the controller 17 transmits the wireless power to the wireless power receiver through the at least one wireless power transmitter, and when the wireless power receiver moves in a specific direction during the wireless power transmission, the at least one wireless power disposed in the specific direction Sensing the induced current induced in each of the transmitters.
  • the controller 17 includes at least one wireless power transmitter that exceeds the preset criterion.
  • the wireless power is transmitted to the wireless power receiver.
  • the movement detection of the wireless power receiver 300 and the change of the wireless power transmitter are the same, similar to the case of FIG. 12, and will be omitted herein.
  • 15 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power system when the wireless power receiver is moved during charging in a resonance manner according to an exemplary embodiment.
  • the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300 transmit a power signal in a resonant frequency band, and use a separate frequency band (out of band) instead of the resonant frequency band to transmit power.
  • the wireless power transmitter transmits wireless power (S1210).
  • the wireless power receiver 200 when the wireless power receiver 200 is moved, the wireless power receiver 200 when the reception efficiency of the wireless power received from the first wireless power transmitter is smaller than the preset reference (S1220), the wireless power receiver In operation S1230, the command signal is determined to find the wireless power transmitter having the best wireless power transmission efficiency.
  • the command signal may use a short range communication method such as Bluetooth, Zigbee, WLAN, or Near Field Communication (NFC), but is not limited thereto.
  • the wireless power receiver 300 receives a greater efficiency of the received wireless power than the preset reference (S1220), the wireless power receiver 300 continues to receive the wireless power.
  • the plurality of wireless power transmitters of the wireless power transmitter receiving the command signal transmit the reception sensitivity (the reception sensitivity of receiving the command signal) to the control unit 17 of the wireless power transmitter (S1240).
  • the controller 17 transmits the wireless power to the wireless power receiver 300 by using a specific wireless power transmitter that satisfies a preset criterion, in step S1250.
  • the wireless power transmission system includes a plurality of wireless power transmission devices each including a control unit.
  • the second wireless power transmitter 1610 is transmitting wireless power to the wireless power receiver 1620.
  • the controller 17 of FIG. 14 or FIG. 18 may be configured separately for each current measuring unit, and may be configured as individual wireless power transmission window values as illustrated in FIG. 16. Control units of each wireless power transmitter may be connected to each other to communicate.
  • the communication connection may be a wired / wireless communication or another transmission device connected to one main transmission device, and the main transmission device may serve as a hub.
  • the third wireless power transmitter 1650 is generated by the wireless power receiver 1620.
  • the induced current can be measured. This is because the third wireless power transmitter 1650 may periodically measure the induced current value (or impedance change amount).
  • the third wireless power transmitter 1650 may request device information of the wireless power receiver 1620 from the second wireless power transmitter 1610.
  • the device information is information required for transmitting wireless power to the wireless power receiver 1620.
  • the second wireless power transmitter 1610 and the third wireless power transmitter 1650 may exchange efficiency of wireless power transmission with each other.
  • Wireless power transmission may be allowed to a device having high wireless power efficiency, but is not limited thereto.
  • wireless power may be seamlessly transmitted.
  • the third wireless power transmitter 1650 receives device information from the second wireless power transmitter 1610, an initial setting for wireless power transmission may be omitted. For example, operations such as ping transmission, identification and configuration steps may be unnecessary.
  • the device information of the wireless power receiver 1620 may include reception sensitivity information of a Bluetooth signal, identification information of the wireless power receiver, power amount information required by the wireless power receiver, charge state information of the wireless power receiver, Software version information mounted in the wireless power receiver, authentication and security information for the wireless power receiver, neighbor and / or candidate wireless power transmitter list information corresponding to the wireless power receiver, and the wireless power receiver. At least one of the allocated sub-in-band channel allocation information and the Bluetooth communication connection information corresponding to the wireless power receiver.
  • FIG. 18 is a block diagram of a wireless power transmission system according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 200 may include a controller 17 and a plurality of power transmitters (1, 1) to (n, n).
  • the control unit may be a wireless power transmitter configured with one power transmitter per controller, and a plurality of transmitters may be connected.
  • the wireless power transmitter 200 may transmit power to the wireless power receiver 300.
  • FIG. 19 is a more detailed block diagram of the wireless power transfer system of FIG.
  • the charging pad 510 may include a power source, an AC power generator 19, a controller 17, a transmission coil 14, a first magnet 12, and a hall sensor 16.
  • each of the power transmitters (1, 1) to (n, n) may include a power source, an AC power generator 19, and a transmitter coil 14.
  • the source may be shared and may include an AC power generating unit and a transmitting coil, respectively.
  • the source and the AC power generator may be shared, and may include transmission coils, respectively.
  • the power source produces alternating current or direct current power.
  • the rectifier may convert AC power into first DC power and convert the converted first DC power into second DC power.
  • the AC power generator 19 may convert the power of the power source into AC power under the control of the controller 17.
  • the AC power converted by the AC power generator 19 may be transmitted to the terminal 20 through the transmission coil 14.
  • the controller 17 may control the AC power generator 19 based on the change in the intensity B1 and B2 of the magnetic flux density detected by the hall sensor 16.
  • controller 17 may control the AC power generator 19 using a change amount of impedance even without using the hall sensor 16.
  • the method according to the embodiment described above may be stored in a computer-readable recording medium that is produced as a program for execution on a computer, and examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape , Floppy disks, optical data storage devices, and the like, and also include those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet).
  • the computer readable recording medium can be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the above-described method may be easily inferred by programmers in the art to which the embodiments belong.
  • the present invention relates to wireless charging technology, and may be applied to an apparatus and system for controlling wireless power transmission.

Abstract

무선 전력 송신 장치가 개시된다. 본 장치는 제1 감지부에 연결되어, 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 전송하는 제1 무선 전력 송신부, 제2 감지부에 연결된 제2 무선 전력 송신부, 무선 전력 수신 장치로 무선 전력이 전송되는 중 무선 전력 수신 장치가 제2 무선 전력 송신부 방향으로 이동되는 경우, 제2 무선 전력 송신부로 유도되는 유도전류를 감지하도록 제2 감지부를 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다. 이에 따라, 장치 효율성 및 사용자 편의성이 향상될 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법과 무선 전력 수신 장치의 제어 방법과 무선 전력 전송 시스템 및 그의 무선 전력 전송 방법
본 발명은 무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법과 무선 전력 수신 장치의 제어 방법과 무선 전력 전송 시스템 및 그의 무선 전력 전송 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 복수의 충전 송신부를 구비한 무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법과 무선 전력 수신 장치의 제어 방법과 복수의 충전 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 및 그의 무선 전력 전송 방법에 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 휴대폰 뿐만 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 전력 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 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.
한편, 종래 기술에서는 복수의 코일을 포함하는 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치로 전력을 송신하는 것을 개시하고 있었다. 그러나, 무선 수신 장치가 충전 중에 이동되는 경우, 보다 효율적으로 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 기술의 대두가 요청된다.
본 발명의 일 목적은 복수의 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 무선 전력 수신 장치를 정확하게 인식하여, 무선 충전을 수행하는 무선 전력 송신 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 무선 전력 수신 장치를 보다 효율적으로 서칭하는 무선 전력 송신 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 무선 전력 수신 장치가 충전 중에 이동되는 경우, 자동으로 무선 전력 수신 장치를 서칭하여 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 복수의 무선 전력 전송 장치를 이용한 무선 전력 전송 방법을 제공함에 있다.
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 발명의 일 실시예에 따른 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법은 제1 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계, 무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 제2 무선 전력 송신부 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부로 유도되는 유도전류를 감지하는 단계 및 상기 제2 무선 전력 송신부에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 충족하는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계는, 상기 제1 무선 전력 송신부에 인가된 전류를 이용하여 전자기 유도 방식으로 상기 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
또한, 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계는, 상기 제1 무선 전력 송신부로부터 제2 무선 전력 송신부로 송신 채널이 변경되더라도, 끊김없이 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
또한, 본 방법은 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 경우, 제1 무선 전력 송신부를 통한 무선 전력 전송을 중지할 수 있다.
또한, 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계는, 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송함과 동시에, 상기 제1 무선 전력 송신부를 통해서도 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
또한, 본 방법은 상기 제2 무선 전력 송신부로 무선 전력 전송 채널이 변경되는 경우, 알림 신호를 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
그리고, 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치는 제1 감지부에 연결되어, 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 전송하는 제1 무선 전력 송신부, 제2 감지부에 연결된 제2 무선 전력 송신부, 및 상기 무선 전력 수신 장치로 무선 전력이 전송되는 중 상기 무선 전력 수신 장치가 제2 무선 전력 송신부 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부로 유도되는 유도전류를 감지하도록 제2 감지부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 무선 전력 송신부에 인가된 전류를 이용하여 전자기 유도 방식으로 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 무선 전력 송신부로부터 제2 무선 전력 송신부로 송신 채널이 변경되더라도, 끊김없이 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 경우, 제1 무선 전력 송신부를 통한 무선 전력 전송을 중지할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하면서, 상기 제1 무선 전력 송신부를 통해서도 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제2 무선 전력 송신부로 무선 전력 전송 채널이 변경되는 경우, 알림 신호를 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
한편, 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법은 적어도 하나의 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계, 무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 특정 방향으로 이동되는 경우, 상기 특정 방향에 배치된 적어도 하나의 무선 전력 송신부 각각에 유도되는 유도 전류를 감지하는 단계 및 상기 특정 방향에 배치된 무선 전력 송신부 중 적어도 하나에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 기 설정된 기준을 초과하는 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 전송하는 적어도 하나의 제1 무선 전력 송신부; 특정 방향에 배치되고, 적어도 하나의 감지부 각각에 일대일로 연결된 적어도 하나의 제2 무선 전력 송신부;및 무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 특정 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부 중 적어도 하나에 유도되는 유도 전류를 상기 감지부를 중 적어도 하나를 통해 감지하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 특정 방향에 배치된 제2 무선 전력 송신부 중 적어도 하나에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 기 설정된 기준을 초과하는 적어도 하나의 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
그리고, 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치의 제어 방법은 상기 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 단계;및 수신된 무선 전력의 수신 효율이 기 설정된 기준 값보다 작은 경우, 커맨드 신호를 브로드캐스팅하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법은 상기 무선 전력 송신부 중 적어도 하나가 무선 전력 수신 장치로부터 전송된 커맨드 신호를 수신하는 단계; 상기 커맨드 신호를 수신한 적어도 하나의 무선 전력 송신부 각각의 수신 감도를 측정하는 단계;및 측정된 상기 수신 감도가 기 설정된 기준을 충족하는 특정 무선 전력 송신부를 이용하여 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 복수의 무선 전력 송신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템의 무선 전력 전송 방법은 제1 무선 전력 송신 장치를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계; 무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 제2 무선 전력 송신 장치 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신 장치로 유도되는 유도전류를 감지하는 단계;및 상기 제2 무선 전력 송신 장치에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 충족하는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신 장치를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 무선 전력 송신 장치가 상기 제1 무선 전력 송신 장치로부터 상기 무선 전력 수신 장치의 디바이스 정보를 수신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 복수의 무선 전력 송신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 전송하는 제1 무선 전력 송신 장치; 및 무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 이동되는 경우, 상기 이동되는 방향에 배치되어 유도전류를 감지하는 제2 무선 전력 송신 장치;를 포함하며, 상기 제2 무선 전력 송신 장치는 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 충족하는 경우, 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있다.
또한, 상기 제2 무선 전력 송신 장치는 상기 제1 무선 전력 송신 장치로부터 상기 무선 전력 수신 장치의 디바이스 정보를 수신할 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 따르면, 복수의 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치가 정확하게 인식되어 장치 효율성이 향상될 수 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치가 효율적으로 서칭됨으로써, 장치 효율성 및 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치가 충전 중에 이동되더라도 자동으로 무선 전력 수신 장치가 서칭되고 충전됨으로써, 장치 효율성 및 사용자 편의성이 향상될 수 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 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 송신 유도 코일의 등가 회로도이다.
도 3은 실시예에 따른 전력 소스와 무선 전력 송신 장치의 등가 회로도이다.
도 4는 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 전력 송신부를 구비한 무선 전력 전송 시스템을 도시된 사시도이다.
도 6은 무선 전력 수신 장치의 일 예인 단말기의 후면을 도시한 사시도이다.
도 7은 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한 단면도이다.
도 8 내지 도 10에서는 공진 방식으로 무선 전력 전송이 수행되는 무선 전력 시스템의 동작을 나타내기 위한 도면이다.
도 11은 실시예에 따른 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 수신 중에 이동되는 경우, 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 충전되는 것을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 충전 중 이동되는 것을 나타내는 도면이다.
도 15는 실시예에 따른 공진 방식으로 충전 중에 무선 전력 수신 장치가 이동되는 경우, 무선 전력 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 16 및 도 17은 이동 중인 무선 전력 수신 장치에 끊김 없이 무선 파워를 전송하는 무선 전력 전송 시스템을 나타내는 도면이다.
도 18은 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에 대한 블록도이다.
도 19는 도 18의 무선 전력 전송 시스템의 보다 상세한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법은 제1 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계, 무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 제2 무선 전력 송신부 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부로 유도되는 유도전류를 감지하는 단계 및 상기 제2 무선 전력 송신부에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 충족하는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 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 송신장치에 대해 설명의 편의를 위해 송신기, 송신단, 송신 장치, 송신측, 파워 전송 장치 등을 혼용하여 사용할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 수신기, 단말기, 수신측, 수신 장치, 파워 수신 장치 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시에에 따른 무선 전력 송신 장치는 복수의 무선 전력 송신 수단을 구비하여 복수의 수신기에 무선으로 전력을 전달할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 기타 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니한다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 상기 무선 전력 전송 시스템은 전력 소스(100), 무선 전력 송신 장치(200), 무선 전력 수신 장치(300) 및 부하단(400, LOAD)를 포함할 수 있다.
전력 소스(100)는 무선 전력 송신 장치(200)에 포함될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
무선 전력 송신 장치(200)는 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320) 및 정류부(330)를 포함할 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, RECTIFIER)의 양단과 연결될 수 있고, 부하단(400, LOAD)은 정류부(330, RECTIFIER)의 양단과 연결될 수 있다. 실시예에서 부하단(400, LOAD)는 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 이격 되어 있는 송신 공진 코일(220)에도 교류 전류가 유도될 수 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.
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.
이상의 무선 전력 전송 시스템은 공진 주파수 방식에 의한 전력 전달을 설명하였다.
또한, 실시 예에서는 무선 전력 송신 장치(200)가 하나의 송신 유도 코일(210) 및 하나의 송신 공진 코일(220)을 가진 것으로 설명하였으나, 이에 한정될 필요는 없고, 복수의 송신 유도 코일(210) 및 복수의 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다. 자세한 예는 후술하기로 한다.
본 발명의 실시예에는 이러한 공진 주파수 방식 이외에도 전자기 유도 방식에 의한 전력 전달에도 적용될 수 있다.
즉, 실시예에서 무선 전력 전송 시스템이 전자기 유도를 기반으로 전력 전송을 수행하는 경우, 무선 전력 송신 장치(200)에 포함된 송신 공진 코일(220)과 무선 전력 수신 장치(300)에 포함된 수신 공진 코일(310)이 생략될 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.
도 2는 송신 유도 코일의 등가 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로로 구성될 수 있다.
송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)의 양단이 캐패시터(C1)의 양단에 연결된 등가회로로 구성될 수 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)은 인턱터(L1)와 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 등가회로로 구성될 수 있다.
캐패시터(C1)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 캐패시터(C1)의 캐패시턴스가 조절됨에 따라 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)의 등가 회로도 또한, 도 2에 도시된 것과 동일하거나 유사할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 3은 실시예에 따른 전력 소스와 무선 전력 송신 장치의 등가 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 각각 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 등가 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수신 공진 코일(310)과 수신 유도 코일(320)은 각각 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다.
정류부(330)는 수신 유도 코일(320)로부터 전달받은 교류 전력을 직류 전력을 변환하여 변환된 직류 전력을 부하단(400)에 전달할 수 있다.
구체적으로, 정류부(330)는 도시되지 않았지만 정류기와 평활 회로를 포함할 수 있다. 실시예에서 정류기는 실리콘 정류기가 사용될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 다이오드(D1)로 등가화 될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
정류기는 수신 유도 코일(320)로부터 전달받은 교류 전력을 직류 전력을 변환할 수 있다.
평활 회로는 정류기에서 변환된 직류 전력에 포함된 교류 성분을 제거하여 매끄러운 직류 전력을 출력할 수 있다. 실시예에서 평활 회로는 도 4에 도시된 바와 같이, 정류 캐패시터(C5)가 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
정류부(330)로부터 전달된 직류 전력은 직류 전압이나 직류 전류일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
부하단(400)는 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다. 예를 들어, 부하단(400)는 배터리를 의미할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 휴대폰, 노트북, 마우스 등 전력이 필요한 전자기기에 장착될 수 있다. 이에 따라, 수신 공진 코일(310) 및 수신 유도 코일(320)은 전자기기의 형태에 맞는 형상을 가질 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)는 무선 전력 수신 장치(300)와 인밴드(In band) 또는 아웃 오브 밴드(out of band) 통신을 이용하여 정보를 교환할 수 있다.
인밴드(In band) 통신은 무선 전력 전송에 사용되는 주파수를 갖는 신호를 이용하여 무선 전력 송신 장치(200)와 무선 전력 수신 장치(300) 간 정보를 교환하는 통신을 의미할 수 있다. 이를 위해 무선 전력 수신 장치(300)는 스위치를 더 포함할 수 있고, 스위치의 스위칭 동작을 통해 무선 전력 송신 장치(200)에서 송신되는 전력을 수신하거나, 수신하지 않을 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(200)에서 소모되는 전력량을 검출하여 무선 전력 수신 장치(300)에 포함된 스위치의 온 또는 오프 신호를 인식할 수 있다.
구체적으로, 무선 전력 수신 장치(300)는 저항 소자와 스위치를 이용해 저항에서 흡수하는 전력량을 변화시켜 무선 전력 송신 장치(200)에서 소모되는 전력량을 변경시킬 수 있다. 무선 전력 송신 장치(200)는 소모되는 전력의 변화를 감지하여 부하단(400)의 상태 정보를 획득할 수 있다. 스위치와 저항 소자는 직렬로 연결될 수 있다. 실시예에서 부하단(400)의 상태 정보는 부하단(400)의 현재 충전량, 충전량 추이에 대한 정보를 포함할 수 있다. 부하단(400)은 무선 전력 수신 장치(300)에 포함될 수 있다.
더 구체적으로, 스위치가 개방되면, 저항 소자가 흡수하는 전력은 0이 되고, 무선 전력 송신 장치(200)에서 소모되는 전력도 감소한다.
스위치가 단락되면, 저항 소자가 흡수하는 전력은 0보다 크게 되고, 무선 전력 송신 장치(200)에서 소모되는 전력은 증가한다. 무선 전력 수신 장치에서 이와 같은 동작을 반복하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(200)에서 소모되는 전력을 검출하여 무선 전력 수신 장치(300)와 디지털 통신을 수행할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)는 위와 같은 동작에 따라 부하단(400)의 상태 정보를 수신하고, 그에 적합한 전력을 송신할 수 있다.
이와는 반대로, 무선 전력 송신 장치(200) 측에 저항 소자와 스위치를 구비하여 무선 전력 송신 장치(200)의 상태 정보를 무선 전력 수신 장치(300)에 전송하는 것도 가능하다. 실시예에서 무선 전력 송신 장치(200)의 상태 정보는 무선 전력 송신 장치(200)가 전송할 수 있는 최대공급 전력량, 무선 전력 송신 장치(200)가 전력을 제공하고 있는 무선 전력 수신 장치(300)의 개수 및 무선 전력 송신 장치(200)의 가용 전력량에 대한 정보를 포함할 수 있다.
다음으로, 아웃 오브 밴드 통신에 대해 설명한다.
아웃 오브 밴드 통신은 공진 주파수 대역이 아닌 별도의 주파수 대역을 이용하여 전력 전송에 필요한 정보를 교환하는 통신을 말한다. 무선 전력 송신 장치(200)및 무선 전력 수신 장치(300) 각각에 아웃 오브 밴드 통신 모듈이 장착되어 양자 간에 전력 전송에 필요한 정보가 교환될 수 있다. 아웃 오브 밴드 통신 모듈은 전력 소스(100)에 장착될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 실시예에서 아웃 오브 밴드 통신 모듈은 블루투스(BlueTooth), 지그비(Zigbee), 무선랜, NFC(Near Field Communication)와 같은 근거리 통신 방식을 사용할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 전력 송신부를 구비한 무선 전력 전송 시스템을 도시된 사시도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 충전 패드(510)를 포함할 수 있다. 여기서, 충전 패드(510)는 복수의 전력 송신부((1,1), (1,2),...,(6,6)) 를 포함할 수 있다. 여기서 복수의 전력 송신부를 6행 6열로 예를 들었으나, 복수개의 송신부가 일렬로 배치될 수도 있고, 수신부의 개수가 2개 이상이 배치될 수도 있으며 이에 한정되지 않는다.
충전 패드(510)는 도 1에 도시된 전력 소스 및 무선 전력 송신부(가령, 송신 장치)를 포함할 수 있다. 즉, 전력 소스와 복수의 무선 전력 송신부(가령, 송신 장치)가 충전 패드(510)에 내장될 수 있다. 충전 패드(510)는 위에서 보았을 때 원형, 타원형 정사각형 또는 직사각형을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
충전 패드(510)의 상면은 무선 전력 수신 장치(300)의 어느 일면과 면접촉될 수 있다. 충전 패드(510)의 상면 중 적어도 일부 영역의 형상은 무선 전력 수신 장치(300)의 배면의 형상과 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
다만, 여기서 무선 전력 수신 장치(300)는 단말기(300)를 예를 들어 설명하기로 한다.
충전 패드(510)에 내장된 무선 전력 송신부((1,1), (1,2), ..., (6,6)) 각각은 도 1에서 도시된 송신 코일(도 1의 210, 220)을 포함할 수 있다. 이떄, 무선 전력 송신부((1,1), (1,2),...,(6,6)) 각각은 하나의 송신 코일을 포함할수도 있고, 복수의 송신 코일(미도시)도 포함할 수 있으나, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
무선 전력 송신부((1,1), (1,2),..., (6,6)) 각각에 구비된 송신 코일(미도시)은 충전 패드(510)의 상면과 면 대향되도록 배치될 수 있다. 송신 코일(미도시)의 전력이 균일하게 단말기(300)로 전송되도록 송신 코일(미도시)은 충전 패드(510)의 상면과 평행하도록 배치될 수 있다.
복수의 전력 송신부((1,1), (1,2),...,(6,6)) 각각은 상술한 전력 소스(100)로부터 전력을 제공받을 수 있을 수 있다. 특히, 전력 소스(100)는 복수로 구성되어 복수의 전력 송신부((1,1), (1,2),...,(6,6)) 각각 매칭될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)는 도시된 무선 전력 수신 장치(300)와 같은 복수 개의 디바이스로 동시에 무선 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 도 4에서 도시한 등가 회로의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어 수신 유도 코일(320), 정류부(330) 및 부하단(400)이 포함될 수 있다. 무선 전력 수신 장치(300)는 다양한 형태의 디바이스를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(300)는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 기타 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니한다.
무선 전력 수신 장치(300)는 충전을 위한 배터리(미도시)를 포함하고, 배터리(미도시)에 충전된 전원을 이용하여 소정의 전자적인 기능을 수행할 수 있는 모든 전자 기기를 지칭할 수 있다. 예컨대, 무선 전력 수신 장치(300)는 스마트폰 또는 태블릿 PC와 같은 모바일 기기나 텔레비전, 냉장고 또는 세탁기와 같은 가전 기기를 포함할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 도 1에 도시된 무선 전력 수신 코일 및 부하단을 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 수신 코일 및 부하단은 무선 전력 수신 장치(300)에 내장될 수 있다.
충전을 위해 무선 전력 수신 장치(300)가 충전 패드(510)의 상면 상에 놓여질 수 있다. 무선 전력 수신 장치(300)가 놓여질 때, 무선 전력 송신 장치(300)의 전면 커버(22)가 위로 향하고 무선 전력 송신 장치(300)의 후면 커버(24)가 충전 패드(510)의 상면과 접촉될 수 있다. 따라서, 충전 패드(510)로부터 무선으로 전력이 제공되어 부하단에 충전될 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 무선 전력 수신 장치(300)는 단말기(300)를 예로 설명하기로 한다.
단말기(300)의 배면에 인접하여 수신 코일(32) 및 자석(30)이 배치될 수 있다. 수신 코일(32) 또한 충전 패드(510)에 배치된 적어도 하나의 송신 코일, 충전 패드(510)의 상면 및 무선 단말기(300)의 후면 커버(24)와 면 대향되도록 배치될 수 있다. 특히, 단말기(300)의 수신 코일(32)이 충전 패드(510)에 배치된 적어도 하나의 송신 코일과 평행하도록 위치될 때, 충전 패드(510)의 송신 코일로부터 단말기(300)의 수신 코일(32)로 전달되는 전력의 전력 전달 효율이 극대화될 수 있다.
도 7을 참조하여 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구조를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한 단면도이다.
충전 패드(510)는 예를들어, 복수의 전력 송신부((1,1)~(1,5))를 포함할 수 있으며, 2개 이상의 전력 송신부가 될 수도 있다. 여기서 무선 수신 장치(300)는 단말기(300)로 예를 들어 설명하기로 한다.
복수의 전력 송신부((1,1)~(1,5)) 각각은 송신 코일(14-1~14-5) 및 복수의 제1 자석(12-1~12-5)를 포함할 수 있다. 복수의 송신 코일(14-1~14-5) 및 복수의 제1 자석(12-1~12-5)은 충전 패드(510)의 상면에 인접하여 배치될 수 있다. 송신 코일(14-1~14-5) 및 자석(12-1~12-5)은 동일 면 상에 배치될 수 있다.
송신 코일(14-1~14-5)은 도 1에 도시된 송신 유도 코일 및/또는 송신 공진 코일일 수 있다. 예컨대, 공진 방식의 경우 송신 유도 코일과 송신 공진 코일 모두가 사용되는데 반해, 전자기 유도 방식의 경우 송신 유도 코일만 사용될 수 있다.
복수의 송신 코일(14-1~14-5) 각각은 복수의 제1 자석(12-1~12-5) 각각을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 가령, 제1 송신 코일(14-1)은 제1 자석(12-1)을 둘러쌀 수 있고, 제2 송신 코일(14-2)은 제2 자석(12-2)을 둘러쌀 수 있으며, 제3 송신 코일(14-3)은 제3 자석(12-3)을 둘러쌀 수 있고, 제4 송신 코일(14-4)은 제4 자석(12-4)을 둘러싸도록 구성될 수 있고, 제5 송신 코일(14-5)은 제5 자석(12-5)을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 다만, 본 도면은 단면도이므로, 도면상에 표시되기는 어렵다.
송신 코일(14-1~14-5)은 수개의 권수(number of turns)를 가지고, 인접하는 송신 코일(14-1~14-5)사이는 이격될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 송신 코일(14-1~14-5)은 가상의 수평면에 평행하도록 배치될 수 있다. 이와 같은 구조를 갖는 송신 코일(14-1~14-5)의 중앙 영역은 빈 공간일 수 있다.
복수의 제1 자석(12-1~12-5)은 송신 코일(14-1~14-5)의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 복수의 제1 자석(12-1~12-5)의 두께는 송신 코일(14-1~14-5)의 두께와 같거나 이보다 크거나 작을 수 있다. 복수의 제1 자석(12-1~12-5)에 요구되는 자속 밀도의 세기와 자석(12-1~12-5)의 점유 면적에 따라 복수의 제1 자석(12-1~12-5)의 두께와 복수의 제1 자석(12-1~12-5)의 면적은 달라질 수 있다.
단말기(300)는 차폐 부재(26), 수신 코일(32) 및 제2 자석(30)을 포함할 수 있다. 수신 코일(32) 및 제2 자석(30)은 동일 면 상에 배치될 수 있다.
단말기(300)는 무선 전력 송신 장치(200)의 충전 패드(510)에 접한 것으로 표현되었으나, 단말기(300)는 일정거리를 두고 충전 패드(510)와 거리를 둘 수 있다.
단말기(300)는 복수의 전력 송신부((1,1)~(1,5)) 각각보다 크기가 더 클수도 더 작을 수도 있으나, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
수신 코일(32)은 도 1에 도시된 수신 공진 코일 및/또는 수신 유도 코일일 수 있다. 예컨대, 공진 방식의 경우 수신 공진 코일 및 수신 유도 코일 모두가 사용되는데 반해, 전자기 유도 방식의 경우 수신 유도 코일만 사용될 수 있다.
수신 코일(32)은 제2 자석(30)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 수신 코일(32)은 수개의 권수를 가지고, 인접하는 수신 코일(32) 사이는 이격될 수 있다. 수신 코일(32)은 가상의 수평면에 평행하도록 배치될 수 있다. 이와 같은 구조를 갖는 수신 코일(32)의 중앙 영역은 빈 공간일 수 있다.
제2 자석(30)은 수신 코일(32)의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 수신 코일(32)의 중앙 영역은 송신 코일(14-1~14-5)의 중앙 영역보다 더 작을 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 자석(30)의 두께는 수신 코일(32)의 두께와 같거나 이보다 크거나 작을 수 있다. 제2 자석(30)에 요구되는 자속 밀도의 세기와 제2 자석(30)의 점유 면적에 따라 제2 자석(30)의 두께와 제2 자석(30)의 면적은 달라질 수 있다.
제2 자석(30)은 단말기(300)의 근접 내지 접촉 여부가 충전 패드(510)에 의해 감지되도록 하여 준다.
이러한 감지를 위해 충전 패드(510)는 홀 센서(Hall sensor, 16-1~16-5)를 더 포함할 수 있다. 홀 센서(16-1~16-5)는 충전 패드(510)의 상면과 제1 자석(12-1~12-5) 사이에 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 홀 센서(16-1~16-5)는 제1 자석(12-1~12-5)보다 충전 패드(510)의 상면과 더 인접하도록 배치될 수 있다. 홀 센서(16-1~16-5)는 충전 패드(510)의 제1 자석(12-1~12-5)과 단말기(300)의 제2 자석(30) 사이의 충전 패드(510)에 배치될 수 있다. 홀 센서(16-1~16-5)는 단말기(300)가 없을 때에는 제1 자석(12-1~12-5)의 자속 밀도의 세기만을 감지한다. 하지만, 단말기(300)가 충전 패드(510)로 근접하게 되는 경우, 홀 센서(16-1~16-5)는 제1 자석(12-1~12-5)의 자속 밀도의 세기뿐만 아니라 제2 자석(30)의 자속 밀도의 세기를 감지할 수 있다. 따라서, 충전 패드(510)는 단말기(300)가 없을 때에 감지되는 제1 자석(12-1~12-5)의 자속 밀도의 세기를 기준으로 단말기(300)가 충전 패드(510) 상에 놓여졌을 때 감지되는 제1 자석(12-1~12-5)의 자속 밀도의 세기 및 제2 자석(30)의 자속 밀도의 세기를 감지하여 그 자속 밀도의 변화폭(α)이 임계값 이상인 경우 단말기(300)가 충전을 위해 충전 패드(510)에 놓여진 것으로 판단하고 단말기(300)에 대한 충전이 진행될 수 있다.
상기한 예에서는 홀 센서(16-1~16-5)가 충전 패드(510)의 상면과 제1 자석(12-1~12-5) 사이에 배치되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 홀 센서(16-1~16-5)가 제1 자석(12-1~12-5)의 하단 일측에 배치되거나, 송신 코일(14-1~14-5)의 하단 일측에 배치될 수도 있음을 주의해야 한다.
이를 위해, 제2 자석(30)은 임계값 이상의 자속 밀도의 변화폭(α)을 유발시키는 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 임계값은 32G일 수 있다. 표준에서 요구되는 임계값은 40G일 수 있다.
제2 자석(30)은 전기 강판(electrical sheet, 전자 電磁鋼板)일 수 있다. 예컨대, 전기 강판은 적어도 1% 내지 5%의 규소(Si)가 함유될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 표준이나 고객사에서 요구하는 임계값 이상의 자속 밀도의 변화폭(?)이 유발되도록 제2 자석(30)의 규소 함유량은 달라질 수 있다.
예컨대, 수신 코일(32)과 제2 자석(30)은 점착제(28)를 이용하여 차폐 부재(26)의 배면에 부착될 수 있다. 차폐 부재(26) 상에는 전력 소스, 교류 전력 생성부 및 제어부를 포함하는 전자 부품들이 실장된 인쇄회로기판이 배치될 수 있다.
차폐 부재(26)는 코일에 의해 유도된 자기장을 차폐하여 자기장이 전자 부품에 영향을 미치지 않게 하여 전자 부품의 오동작을 방지하여 줄 수 있다.
한편, 이하에서는 공진 방식으로 무선 전력 전송이 수행될 수 있는 무선 전력 전송 시스템을 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 10에서는 공진 방식으로 무선 전력 전송이 수행되는 무선 전력 시스템의 동작을 나타내기 위한 도면이다.
도 8에 따르면, 무선 전력 시스템(1)은 무선 전력 송신 장치(200) 및 무선 전력 수신 장치(300)를 포함한다.
무선 전력 송신 장치(200)는 송신(Tx) 공진부(840), 정합부(Matching Circuit), 파워앰프(Power Amp), 파워공급부(Power Supply) 및 송신 콘트롤러(860)를 포함할 수 있다. 송신 콘트롤러는 송신 마이크로 콘트롤러와 아웃오브밴드 시그널링 부 를 포함할 수 있다.
송신 공진부(840)는 후술할 수신(Rx) 공진부(830)로 동일한 공진 주파수(가령, 6.78MHz)를 이용하여 신호를 전송할 수 있다.
송신 콘트롤러(860)는 무선 전력 신호 외의 신호를 채널(880)을 통해 수신 콘트롤러(850)와 신호를 송수신할 수 있다. 가령, 블루투스를 통해서 통신이 수행될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 수신(Rx) 공진부(830), 정류부(Rectifier), 직류 직류 변환부(DC/DC Converter), 부하(LOAD) 및 수신 콘트롤러(850)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수신 콘트롤러(850)은 수신 마이크로 콘트롤러와 아웃오브밴드 시그널링부를 포함할 수 있다.
도 9는 무선 전력 송신 장치(200)에서 무선 전력을 송신하기 위한 상태(State)를 나타내는 도면이다.도 9에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)는 설정 상태(Configuration State)(910), 전력절약상태(Power Save State)(920), 저전력상태(Low Power State)(930), 전력전송상태(Power Transfer State)(940) 를 거쳐서 무선 전력 수신 장치(300)로 무선 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(200)는 설정 상태(910)에서 무선 전력 전송을 위한 장치 초기화를 수행한다. 무선 전력 전송 초기화가 완료되거나, 전송 리셋 타이머(Reset Timer) 가 리셋(Reset) 된 경우, 무선 전력 송신 장치(200)는 전력절약상태(920)로 상태로 바뀐다.
무선 전력 송신 장치(200)는 전력절약상태 (920)에서 주기적으로 송신 공진부(840)에 전류를 인가하여 송신 공진부(840)의 임피던스의 변화를 탐지할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신 장치(200)는 주기적으로 송신 공진부(840)에 전류를 인가하여 무선 전력 수신 장치(300)와 통신 가능하도록 한다.
무선 전력 송신 장치(200)는 숏비콘(Short Beacon)을 이용하여 송신 공진부(840)의 임피던스 변화를 탐지하고, 무선 전력 송신 장치(300)는 무선 전력 수신 장치(300)가 부팅 및 반응에 충분한 파워가 전송되도록 보장하기 위한 롱비콘(Long Beacon) 을 무선 전력 수신 장치(300)로 주기적으로 전송할 수 있다. 도 10은 상술한 숏비콘과 롱비콘 이 전송되는 시점을 나타내는 도면이다. 도 10 의 X 축은 시간, Y 축은 전류를 나타낸다.
도 10에 따르면, 숏비콘 의 전송주기(tCYCLE)는 250 ms 에서 +5 이하 -5 이상이 될 수 있다. 또한, 숏비콘의 전류는 무선 전력 수신 장치(300)를 탐지하기 위한 최소 전류량(ITX_SHORT_BEACON_MIN) 보다 커야한다. 상기 탐지가능한 전류량은 무선 전력 수신장치의 타입(타입은 카테고리로 분류하며, 부하에 전달되는 최대 전력값으로 구분됨)에 따라 달라질 수 있다.
롱비콘의 주기는 숏비콘전송 종료의 10ms 내 시작하여, 105ms 에서 +5 이하 -5 이상이 될 수 있다. 롤비콘의 전류는 상기 롱비콘의 주기동안 무선전력 수신 장치(300)와의 통신을 초기화 하기위해 수신 콘트롤러(850)를 깨우기(Wake-up)위해 필요한 최소한의 전류량(ITX_LONG_BEACON_MIN)보다 커야한다.이하에서는, 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치를 인식하여, 제어하는 방법을 자세하게 살펴보기로 한다.
도 11은 실시예에 따른 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 나타내는 도면이다. 도면 부호는 도 5(가령, 복수의 전력 송신부), 도 7(가령, 홀 센서) 및 후술할 도 16(가령, 제어부)를 추가적으로 참고하기로 한다.
일단, 무선 전력 송신 장치(200)의 제어부(17)는 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6))를 통해 무선 전력 수신 장치(300)를 인식한다(S810).
복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6)) 각각은 홀 센서(16-1~16-n)를 포함할 수 있고, 제어부(17)는 각각의 홀 센서(16-1~16-n)의 자기장 변화를 통해 무선 전력 수신 장치(300)를 인식할 수 있다.
구체적으로, 홀 센서(16-1~16-n)는 제어부(17)의 제어에 따라, 홀 센서(16-1~16-n) 각각에 대응되는 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6))에 포함된 송신 코일의 자속 밀도세기를 측정할 수 있다.
이때, 홀 센서(16-1~16-n)는 무선 전력 수신 장치(300)에 포함된 자석 또는 금속부재가 접근되는 경우, 무선 전력 수신 장치(300)가 접근되지 않은 경우의 자속 밀도의 세기와 무선 전력 수신 장치(300)가 접근된 경우의 자속 밀도의 세기를 이용하여 자속 밀도의 세기의 변화를 측정할 수 있다.
홀 센서(16-1~16-n)가 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6)) 각각에 포함되는 것으로 설명하였으나, 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6))와 무관하게 충전 패드(510)의 일정 영역에 배치될 수 있다.
제어부(17)는 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6))를 제어함으로써, 최외각에서부터 시작하여 중앙부까지 홀 센서(16-1~16-n)를 구동시켜, 무선 전력 수신 장치(300)을 인식할 수 있다.
한편, 제어부(17)는 홀센서 및 자석(금속부재) 등이 없더라도 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6))의 입력 임피던스 변화를 검출하여, 일정 임계값 이상으로 임피던스 변화가 생긴 경우, 무선 전력 수신 장치(300)를 인식할 수 있다.
구체적으로 예를 들어 설명하면, 유도 방식(가령, PMA(Power Matters Alliance))인 경우, 제어부(17)는 ping을, 공진 방식(가령, A4WP(Alliance For Wireless Power))인 경우, 제어부(17)는 beacon signal 을 전송할 수 있다.
유도 방식의 경우, 무선 전력 수신 장치(300)는 In-Band로 피드백 신호를 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6))로 전송하고, 공진 방식의 경우, 무선 전력 수신 장치(300)는 Out-Of-Band 방식으로 피드백 신호를 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6))로 전송할 수 있다.
그러면, 제어부(17)는 센서(가령, 임피던스 변화 감지 센서)를 통해, 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6))에 형성된 임계값 이상의 입력 임피던스 변화를 감지할 수 있다.또한, 제어부(17)는 상술한 경우 이외에도 압력 감지 센서, 광학 센서 등을 이용하여 무선 전력 수신 장치(300)를 인식할 수 있다.
단계 S810 이후에, 제어부(17)는 무선 전력 수신 장치(300)로 전력을 전송할 적어도 하나의 전력 송신부를 포함하는 전력 송신군을 특정한다(S820).
제어부(17)는 적어도 하나의 전력 송신부 각각이 상기 무선 전력 수신 장치(300)와의 자기장(또는 입력 임피던스) 변화 값이 기 설정된 스레쉬홀드 값을 초과하는 경우, 스레쉬홀드 값을 초과한 적어도 하나의 전력 송신부를 전력 송신군(1010)으로 특정할 수 있다.
즉, 제어부(17)는 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6)) 중에서 가장 효율적으로 전력을 전송할 수 있는 전력 송신군(1010)을 특정할 수 있다.
한편, 제어부(17)는 복수의 전력 송신부((1,1)~(6,6)) 중에서 무선 전력 수신 장치(300)를 인식한 전력 송신부를 이용하여, 무선 전력 수신 장치(300)의 형상을 스캔하여, 무선전력 수신 장치로 전력을 송신할 적어도 하나의 전력 송신군를 특정할 수도 있다.
전력 송신군(1010)은 무선 전력 수신 장치(300)로 전력을 송신하는 전력 송신부가 될 수 있다.
또한, 전력 송신군은 무선 전력 수신 장치(300)를 인식한 홀 센서를 구비한 전력 송신부를 포함할 수 있다.
제어부(17)는 무선 전력 수신 장치(300)를 인식한 전력 송신부를 통해 무선 전력 수신 장치(300)를 정밀 스캔을 수행할 수 있다.
단계 S820 이후에, 제어부(17)는 무선 전력 수신 장치에 대한 상기 전력 송신군의 위상을 제어한다(S830).
제어부(17)는 특정된 전력 송신군 중 상기 수신 장치(300)와 코일(Coil) 얼라인먼트(Alignment)가 우수한 제1 전력 송신부를 선택할 수 있다. 여기서, 얼라인먼트가 뛰어난 전력 송신부는 무선 전력 수신 장치와 형성되는 자기장 크기가 가장 커서, 무선 전력 수신 장치에 구비된 배터리에 파워가 우수하게 채워지는 전력 송신부를 의미한다.
또한, 제어부(17)는 제1 전력 송신부를 중심으로 상기 수신 장치에 대한 상기 전력 송신군의 위상을 제어할 수 있다.
단계 S830이후에, 제어부(17)는 무선 전력 수신 장치로 송신할 상기 전력 송신군의 전력을 조절한다(S840).
제어부(17)는 무선 전력 수신 장치(300)의 수신 전력이 한정되어 있으므로 수신기와의 거리와 효율을 고려하여 전력 송신군의 전력을 조절할 수 있다.
가령, 제어부(17)는 무선 전력 수신 장치(300)와 가장 얼라인먼트(Alignment)가 뛰어난 전력 송신부에 우선적으로 전력을 공급하고, 주변으로 전력 공급을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(17)는 무선 전력 수신 장치(300)와 가장 얼라인먼트가 열악한 전력 송신부의 전력을 차단하고, 전력 송신군의 외곽에 배치된 전력 송신부에서부터 전력 송신군의 중심에 배치된 전력 송신부로 전력을 공급할 수 있다.
무선 전력 수신 장치가 충전 중 이동될 때 무선 전력 전송 시스템의 동작
도 12는 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 수신 중에 이동되는 경우, 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 13 및 도 14을 참고하여 설명하기로 한다. 도 17 역시 참고하여 설명하기로 한다.
도 13은 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 충전되는 것을 나타내는 도면이고, 도 14은 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 충전 중 이동되는 것을 나타내는 도면이다.
도 12에 따르면, 일단 무선 전력 송신 장치(200)의 제어부(17)는 제1 무선 전력 송신부(1,1)를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송한다(S910). 도 13에 도시된 실시 예에 해당된다.
제어부(17)는 제1 무선 전력 송신부(1,1)로 전력 소스(미도시)를 제어하여 교류 전류를 인가할 수 있다. 이에 따라, 제1 무선 전력 송신부(1,1)는 전력 소스(미도시)로부터 공급받은 교류 전력에 의해 교류 전류가 발생되고, 이러한 교류 전류에 의한 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격 되어 있는 무선 전력 수신 장치(200)의 코일(미도시)에도 교류 전류가 유도될 수 있다.
도 13을 참고하면, 제1 무선 전력 송신부(1,1)는 코일과 제1 전류 측정부(910)를 포함하고, 제2 무선 전력 송신부(2,1)는 코일과 제2 전류 측정부(920)를 포함하고, 제3 무선 전력 송신부(3,1)는 코일과 제3 전류 측정부(930)를 포함한다. 제1 내지 제3 무선 전력 송신부((1,1)~(3,1)) 각각의 코일은 제1 내지 제3 전류 측정부(910~930)와 일대일로 각각 연결된다.
제1 전류 측정부(910)는 제1 무선 전력 송신부(1,1)에 인가된 전류를 측정가능하고, 제2 전류 측정부(920)는 제2 무선 전력 송신부(2,1)에 인가된 전류를 측정가능하고, 제3 전류 측정부(930)는 제3 무선 전력 송신부(3,1)에 인가된 전류를 측정할 수 있다.
제1 무선 전력 송신부(1,1)가 제1 방향(940)으로 전류가 인가되는 것으로 상정하면, 무선 전력 수신 장치(300)는 제2 방향(950)으로 전류가 유도된다.
다음으로, 무선 전력 수신 장치(300)가 제2 무선 전력 송신부(2,1)방향으로 이동되는 경우를 설명하기로 한다. 도 14에 도시된 실시예에 해당된다.
S810 단계이후, 제어부(17)는 무선 전력 전송 중 무선 전력 수신 장치(300)가 제2 무선 전력 송신부(2,1) 방향으로 이동되는 경우, 제2 무선 전력 송신부(2,1)로 유도되는 유도전류를 감지한다(S920).
도 14을 참고하면, 무선 전력 수신 장치(300)가 제2 무선 전력 송신부(2,1) 방향으로 이동되는 경우, 무선 전력 수신 장치(300)에 제2 방향(950)으로 유도된 전류에 의해 제2 무선 전력 송신부(2,1)에 제3 방향(960)으로 전류가 유도된다.
제2 전류 측정부(920)는 제2 무선 전력 송신부(2,1)에 인가된 전류의 변화를 측정하여 측정된 전류 값을 제어부(17)로 전송할 수 있다.
그러면(S920 단계이후), 제어부(17)는 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 충족하는 경우, 제2 무선 전력 송신부(2,1)를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(300)로 전송한다(S930). 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
우선, 제어부(17)는 제2 전류 측정부(920)를 통해 제2 무선 전력 송신부(2,1)의 유도 전류를 측정할 수 있다. 제어부(17)는 무선 전력 수신 장치(300)의 이동에 따른 전류의 변화량을 정확히 측정할 수 있는 것으로 상정하기로 한다. 구체적으로 제어부(17)는 무선 전력 수신 장치(300)가 이동되지 않고 충전되는 경우(가령, 제1 무선 전력 송신부(1,1)를 통해 충전되는 경우)의 주변 무선 전력 송신부(가령, 제2 무선 전력 송신부(2,1) 및 제2 무선 전력 송신부(3,1))에서 감지되는 전류값(또는 임피던스 변화값)을 모니터링할 수 있다. 이런 경우, 제어부(17)는 무선 전력 수신 장치(300)가 이동되지 않고 충전되는 경우의 전류값과, 무선 전력 수신 장치(300)가 이동되는 경우의 전류값(또는 임피던스의 변화값)과의 차이를 인식할 수 있다. 이동되는 거리가 크면 전류값(또는 임피던스의 변화값)도 비례하여 크게 된다.
제어부(17)는 제1 무선 전력 송신부(1,1)를 통해 전송되는 무선 효율 및 제2 무선 전력 송신부(2,1)를 통해 전송되는 무선 효율 간에 우열을 판단할 수 있다. 가령, 제어부(17)는 제1 무선 전력 송신부(1,1) 및 제2 무선 전력 송신부(2,1)의 전류량 뿐만 아니라 무선 전력 전송 효율을 고려하여 무선 전력 송신부를 변경할 수 있다.
또한, 제어부(17)는 무선 전력 전송이 심리스(Seamless)하게 제1 무선 전력 송신부(1,1)에서 제2 무선 전력 송신부(2,1)로 수행될 수 있도록 할 수 있다. 제어부(17)는 하나의 마이크로프로세서로 구성되어, 제1 무선 전력 송신부(1,1)에서 제2 무선 전력 송신부(2,1)로 무선 전력 송신부가 변경되더라도, 제어부(17)는 ping 전송, Identification 및 Configuration 단계를 재반복하지 않을 수 있다. 제어부(17)는 이미 무선 전력 수신부(300)와 무선 전력 전송을 수행하였기 때문이다.
본 발명에 따르면, 무선 전력 송신부가 제1 무선 전력 송신부(1,1)에서 제2 무선 전력 송신부(2,1)로 Seamless 하게 변경됨으로써, 충전 중단과 재시작이 중단없이 진행될 수 있어, 장치의 감성 품질의 개선 또한 기대된다. 이에 따라, 종래 기술에서의 무선 전력 송신부가 변경될 때마다 무선 전력 수신 장치에 무선 전력 전송 중단, 재전송의 알림팝업으로 인한 사용자 불편문제, 및 무선 전력 송신부의 변경으로 인한 ping, Identification, Configuration 절차의 반복문제 등이 해결될 수 있다.
제어부(17)는 제1 무선 전력 송신부(1,1)에서 제2 무선 전력 송신부(2,1)로 무선 전력 송신부가 변경되는 경우, 무선 전력을 끊김없이(Seamless) 무선 전력 수신 장치(300)로 전송될 수 있다.
제어부(17)는 제1 무선 전력 송신부(1,1)의 무선 전력 전송을 중지시킬 수 있다. 또한, 제어부(17)는 제1 무선 전력 송신부(1,1)도 제2 무선 전력 송신부(2,1)와 함께 무선 전력을 전송하도록 제어할 수 있다. 이런 경우, 무선 전력 수신 장치(300)는 복수의 무선 전력 송신부((1,1),(2,1))로부터 무선 전력을 수신할 수 있는 모듈이 구비되어야 한다.
제어부(17)는 무선 전력 송신부가 변경되는 경우, 무선 전력 송신부가 변경되었음을 알리는 정보를 무선 전력 수신 장치(300)로 전송할 수 있다. 제어부(17)는 In-Band 방식의 경우, 파워 신호와 함께 해당 정보를 무선 전력 수신 장치(300)로 전송할 수 있고, Out-Of-Band 방식의 경우 파워 전송 채널과 별도의 채널을 통해 해당 정보를 전송할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1 무선 전력 송신부(1,1) 또는 제2 무선 전력 송신부(2,1) 하나만을 이용하여 무선 전력을 전송하는 것으로 설명하나, 복수의 무선 전력 송신부를 이용하여 무선 전력을 전송할 수 있을 것이다.
제어부(17)는 적어도 하나의 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하고, 무선 전력 전송 중 무선 전력 수신 장치가 특정 방향으로 이동되는 경우, 특정 방향에 배치된 적어도 하나의 무선 전력 송신부 각각에 유도되는 유도 전류를 감지한다.
그 후에, 제어부(17)는 특정 방향에 배치된 적어도 하나의 무선 전력 송신부 각각에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 기 설정된 기준을 초과하는 적어도 하나의 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송한다. 무선 전력 수신부(300)의 이동 감지 및 무선 전력 송신부 변경은 동일한 바, 도 12의 경우와 유사한 바 여기서는 생략하기로 한다.
도 15는 실시예에 따른 공진 방식으로 충전 중에 무선 전력 수신 장치가 이동되는 경우, 무선 전력 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다.
공진 방식에서는 무선 전력 송신 장치(200) 및 무선 전력 수신 장치(300)가 공진 주파수 대역으로 파워 신호를 전송하며, 따로 공진 주파수 대역이 아닌 별도의 주파수 대역을 이용(아웃 오브 밴드)하여 전력 전송에 필요한 정보를 교환하는 통신 방식을 의미하고 상술한 바 있다.
도 15에 따르면, 일단, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력을 송신한다(S1210).
이때, 무선 전력 수신 장치(200)가 이동되는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)는 제1 무선 전력 송신부로부터 수신된 무선 전력의 수신 효율이 기 설정된 기준보다 작은 경우(S1220), 무선 전력 수신 장치(200)가 움직이는 것으로 판단하여, 가장 무선 전력 전송 효율이 우수한 무선 전력 송신부를 찾기 위해 커맨드 신호를 브로드캐스팅한다(S1230). 커맨드 신호는 블루투스(BlueTooth), 지그비(Zigbee), 무선랜, NFC(Near Field Communication)와 같은 근거리 통신 방식을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
만약, 무선 전력 수신 장치(300)는 수신된 무선 전력의 수신 효율이 기 설정된 기준보다 큰 경우(S1220), 계속 무선 전력을 수신한다.
커맨드 신호를 수신한 무선 전력 송신 장치의 복수의 무선 전력 송신부는 수신 감도(커맨드 신호를 수신한 수신 감도)를 무선 전력 송신 장치의 제어부(17)로 전송한다(S1240).
제어부(17)는 이중에서도 기 설정된 기준을 만족하는 특정 무선 전력 송신부를 이용하여 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(300)로 전송하게 된다(S1250).
이하에서는 도 16 및 도 17를 참조하여, 이동 중인 무선 전력 수신 장치에 끊김 없이 무선 파워를 전송하는 무선 전력 전송 시스템에 대해 설명하기로 한다.
무선 전력 전송 시스템은 제어부를 각각 포함하는 복수의 무선 전력 송신 장치를 포함한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제2 무선 전력 송신 장치(1610)는 무선 전력 수신 장치(1620)로 무선 전력을 전송하고 있다.
도 14 또는 도 18의 제어부 17은 각 전류측정부별로 따로 구성되어 도 16에 구성과 같이 개별 무선전력송신창치로 구성될 수 있다. 각 무선전력송신장치의 제어부들은 서로 연결되어 통신이 가능할수 있다. 상기 통신 연결은 유/무선 통신 또는 하나의 메인 송신장치에 기타 송신장치가 접속되어 메인 송신장치가 허브역할을 수행할 수도 있다.
이때, 도 17과 같이 무선 전력 수신 장치(1620)가 제3 무선 전력 송신 장치(1650) 방향으로 이동되는 경우, 제3 무선 전력 송신 장치(1650)는 무선 전력 수신 장치(1620)에 의해 생성된 유도 전류를 측정할 수 있다. 제3 무선 전력 송신 장치(1650)는 유도되는 유도 전류값(혹은, 임피던스 변화량)을 주기적으로 측정할 수 있기 때문이다.
제3 무선 전력 송신 장치(1650)는 유도전류의 값이 기 설정된 값을 초과하는 경우, 제2 무선 전력 송신 장치(1610)로 무선 전력 수신 장치(1620)의 디바이스 정보를 요청할 수 있다. 디바이스 정보는 무선 전력 수신 장치(1620)로 무선 전력을 전송하기 위해 필요한 정보이다.
디바이스 정보를 전송하기 앞서, 제2 무선 전력 송신 장치(1610) 및 제3 무선 전력 송신 장치(1650)는 서로 무선 전력 전송의 효율을 교환할 수 있다. 무선 전력의 효율이 높은 장치에 무선 전력 전송을 허가할 수도 있으나, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제3 무선 전력 송신 장치(1650)가 무선 전력 수신 장치(1620)로 무선 전력을 전송하기로 한 경우, 심리스(Seamless)하게 무선 전력이 전송될 수 있다.
제3 무선 전력 송신 장치(1650)는 제2 무선 전력 송신 장치(1610)로부터 디바이스 정보를 수신하므로, 무선 전력 전송되기 위한 초기 세팅이 생략될 수 있다. 가령, ping 전송, Identification 및 Configuration 단계 등의 동작이 불필요할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(1620)의 디바이스 정보는 블루투스 신호에 대한 수신 감도 정보, 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, 상기 무선 전력 수신 장치에 할당된 Sub-In-Band 채널 할당 정보, 상기 무선 전력 수신 장치에 상응하는 블루투스 통신 접속 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.도 18는 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에 대한 블록도이다.
도 18에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)는 제어부(17) 및 복수의 전력 송신부((1,1)~(n,n))를 포함할 수 있다. 또는 제어부 하나당 하나의 전력송신부를 구성한 무선 전력 송신장치일 수 있고, 복수개의 송신장치가 연결될 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 전력 수신 장치(300)로 전력을 송신할 수 있다.
도 19는 도 168의 무선 전력 전송 시스템의 보다 상세한 블록도이다.
충전 패드(510)와 단말기(300)의 외관 형상에 대해서는 이미 설명한 바 있으므로, 이하에서는 충전 패드(510) 및 단말기(300)에 내장된 회로 구성에 대해 설명하기로 한다.
충전 패드(510)는 전력 소스, 교류 전력 생성부(19), 제어부(17), 송신 코일(14), 제1 자석(12) 및 홀 센서(16)를 포함할 수 있다.
여기서, 전력 송신부((1,1)~(n,n)) 각각은 전력 소스, 교류 전력 생성부(19), 송신 코일(14)를 포함할 수 있다. 또는, 소스를 공유하고 교류전력 생성부와 송신 코일을 각각 포함할 수 있다. 또는 소스와 교류 전력 생성부를 공유하고, 송신코일을 각각 포함할 수 있다.
전력 소스는 교류 전력 또는 직류 전력을 생성한다. 정류부는 교류 전력을 제1 직류 전력으로 변환하고, 변환된 제1 직류 전력을 제2 직류 전력으로 변환할 수 있다.
교류 전력 생성부(19)는 제어부(17)의 제어 하에 전력 소스의 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 교류 전력 생성부(19)에서 변환된 교류 전력이 송신 코일(14)을 통해 단말기(20)로 송신될 수 있다.
제어부(17)는 홀 센서(16)로부터 검출된 자속 밀도의 세기(B1, B2)의 변화를 바탕으로 교류 전력 생성부(19)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(17)는 홀 센서(16)를 이용하지 않더라도 임피던스의 변화량을 이용하여 교류 전력 생성부(19)를 제어할 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 충전 기술에 관한 것으로서, 무선 전력 전송을 제어하는 장치 및 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법에 있어서,
    제1 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;
    무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 제2 무선 전력 송신부 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부로 유도되는 유도전류를 감지하는 단계; 및
    상기 제2 무선 전력 송신부에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 충족하는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계는,
    상기 제1 무선 전력 송신부에 인가된 전류를 이용하여 전자기 유도 방식으로 상기 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계는,
    상기 제1 무선 전력 송신부로부터 제2 무선 전력 송신부로 송신 채널이 변경되더라도, 끊김없이 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 경우, 제1 무선 전력 송신부를 통한 무선 전력 전송을 중지하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계는,
    상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송함과 동시에, 상기 제1 무선 전력 송신부를 통해서도 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무선 전력 송신부로 무선 전력 전송 채널이 변경되는 경우, 알림 신호를 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  7. 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    제1 감지부에 연결되어, 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 전송하는 제1 무선 전력 송신부;
    제2 감지부에 연결된 제2 무선 전력 송신부;
    상기 무선 전력 수신 장치로 무선 전력이 전송되는 중 상기 무선 전력 수신 장치가 제2 무선 전력 송신부 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부로 유도되는 유도전류를 감지하도록 제2 감지부를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 무선 전력 송신부에 인가된 전류를 이용하여 전자기 유도 방식으로 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 무선 전력 송신부로부터 제2 무선 전력 송신부로 송신 채널이 변경되더라도, 끊김없이 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 경우, 제1 무선 전력 송신부를 통한 무선 전력 전송을 중지하는 무선 전력 송신 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하면서, 상기 제1 무선 전력 송신부를 통해서도 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 무선 전력 송신부로 무선 전력 전송 채널이 변경되는 경우, 알림 신호를 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치.
  13. 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법에 있어서,
    적어도 하나의 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;
    무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 특정 방향으로 이동되는 경우, 상기 특정 방향에 배치된 적어도 하나의 무선 전력 송신부 각각에 유도되는 유도 전류를 감지하는 단계; 및
    상기 특정 방향에 배치된 무선 전력 송신부 중 적어도 하나에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 기 설정된 기준을 초과하는 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  14. 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 전송하는 적어도 하나의 제1 무선 전력 송신부;
    특정 방향에 배치되고, 적어도 하나의 감지부 각각에 일대일로 연결된 적어도 하나의 제2 무선 전력 송신부;및
    무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 특정 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신부 중 적어도 하나에 유도되는 유도 전류를 상기 감지부를 중 적어도 하나를 통해 감지하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 특정 방향에 배치된 제2 무선 전력 송신부 중 적어도 하나에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 기 설정된 기준을 초과하는 적어도 하나의 무선 전력 송신부를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치.
  15. 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 단계;및
    수신된 무선 전력의 수신 효율이 기 설정된 기준 값보다 작은 경우, 커맨드 신호를 브로드캐스팅하는 단계;를 포함하는 무선 전력 수신 장치의 제어 방법.
  16. 복수의 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 무선 전력 송신부 중 적어도 하나가 무선 전력 수신 장치로부터 전송된 커맨드 신호를 수신하는 단계;
    상기 커맨드 신호를 수신한 적어도 하나의 무선 전력 송신부 각각의 수신 감도를 측정하는 단계;및
    측정된 상기 수신 감도가 기 설정된 기준을 충족하는 특정 무선 전력 송신부를 이용하여 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  17. 복수의 무선 전력 송신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템의 무선 전력 전송 방법에 있어서,
    제1 무선 전력 송신 장치를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;
    무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 제2 무선 전력 송신 장치 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신 장치로 유도되는 유도전류를 감지하는 단계;및
    상기 제2 무선 전력 송신 장치에 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 충족하는 경우, 상기 제2 무선 전력 송신 장치를 통해 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;를 포함하는 무선 전력 전송 시스템의 무선 전력 전송 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 무선 전력 송신 장치가 상기 제1 무선 전력 송신 장치로부터 상기 무선 전력 수신 장치의 디바이스 정보를 수신하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  19. 복수의 무선 전력 송신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 전송하는 제1 무선 전력 송신 장치; 및
    무선 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신 장치가 이동되는 경우, 상기 이동되는 방향에 배치되어 유도전류를 감지하는 제2 무선 전력 송신 장치;를 포함하며,
    상기 제2 무선 전력 송신 장치는 감지된 유도전류의 크기가 기 설정된 기준을 충족하는 경우, 무선 전력을 상기 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 전송 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 무선 전력 송신 장치는 상기 제1 무선 전력 송신 장치로부터 상기 무선 전력 수신 장치의 디바이스 정보를 수신하는 무선 전력 전송 시스템.
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