WO2018008919A1 - 무선전력 전송장치 및 그 방법 - Google Patents

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WO2018008919A1
WO2018008919A1 PCT/KR2017/007020 KR2017007020W WO2018008919A1 WO 2018008919 A1 WO2018008919 A1 WO 2018008919A1 KR 2017007020 W KR2017007020 W KR 2017007020W WO 2018008919 A1 WO2018008919 A1 WO 2018008919A1
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laser light
wireless power
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laser
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PCT/KR2017/007020
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윤진호
황효균
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엘지전자 주식회사
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H04B10/806—Arrangements for feeding power
    • H04B10/807—Optical power feeding, i.e. transmitting power using an optical signal
    • H04B5/79—

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission apparatus and a method thereof.
  • wireless power transmission technique wireless power transmission technique
  • wireless power transmission technology is actively being researched and developed in applications such as power supply for various wearable devices and IoT (Internet of Things) sensors.
  • the wireless power transmission technology converts electrical energy into electromagnetic waves to deliver energy without a current flowing wire.
  • the wireless power transmission technology transmits electrical energy to electromagnetic waves converted into high frequency electrical signals or light waves of a specific frequency for wireless transmission. .
  • Wireless power transmission technology is divided into short-range wireless power transmission technology and long-distance wireless power transmission technology.
  • short-range wireless power transmission technology of the former a magnetic induction method for generating an induced current in a nearby coil and transmitting the resonance frequency of the transmitter and the receiver is matched.
  • magnetic resonance method for transmitting There is a magnetic resonance method for transmitting, and the latter long-range wireless power transmission technology includes a microwave method for converting power into a microwave and a laser method for converting power into a beam.
  • the short-range wireless power transmission technology has matured to such an early stage of development or commercialization, such as wireless charging of a smartphone, and related standards are also discussed.
  • long-range wireless power transmission technology is being studied in relation to special purpose unmanned aerial vehicles such as military, but technology maturity is falling.
  • the present invention discloses a wireless power transmission apparatus and method for solving the above-described obstacles.
  • An object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus and method.
  • Another object of the present invention is to transmit wireless power by using a separated laser.
  • Another object of the present invention is to secure or increase use stability through object detection together with wireless charging through wireless power transmission using a separate laser.
  • Another object of the present invention is to provide a structure of various types of wireless power transmitters for performing the above-described problems.
  • the laser light source unit An optical output unit for separating and outputting the laser light generated by the laser light source into a first laser light for wireless charging and a second laser light for object detection;
  • An optical receiver configured to receive the second laser light;
  • a light control unit controlling an output of the first laser light through a second laser light received by the light receiving unit.
  • the light controller may determine whether an object is detected according to the second laser light received by the light receiver.
  • FIG. 1 is a view showing an embodiment of a wireless power receiver according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing another embodiment of a wireless power receiver according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view illustrating a laser wireless charging method in connection with the present invention.
  • FIG. 4 is a view illustrating an IR detector sensor in relation to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating, for example, wireless charging during object detection in the laser wireless charging process of FIG. 3.
  • FIG. 6A is a graph illustrating the energy distribution and the FWHM region of the laser light in relation to the present invention
  • FIG. 6B is a diagram illustrating the laser light and the energy distribution.
  • FIG. 8 is a block diagram of a laser wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view illustrating a wireless power transmitter and a wireless power receiver together according to the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing an irradiation path of laser light irradiated through the light output unit of the wireless power transmission apparatus according to the present invention.
  • FIG. 11 is a view illustrating a laser beam irradiated through a cross section of the light output unit of the wireless power transmission apparatus according to the present invention.
  • 15 and 16 are diagrams for explaining a wireless charging scenario using a wireless power transmitter according to the present invention.
  • 17 is a flowchart illustrating a light output control method in a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a light output control method in a wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention.
  • wireless power transmission technique can be classified into near field wireless power transmission technology of magnetic induction method and magnetic resonance method, and long distance wireless power transmission technology of microwave method and laser method. From the standpoint of contact, it can be divided into contact and contactless wireless power transmission technology.
  • a remote or / or contactless wireless power transmission technology for the convenience of the present invention and for the convenience of description, a description will be given of a remote or / or contactless wireless power transmission technology.
  • the cover ranges of the remote wireless power transmission technology and the contactless wireless power transmission technology may overlap some or all, but may not mean the same technology.
  • the present invention is not limited to the long-range and / and contactless wireless power transmission technology, it is also applicable to the short-range or / and contact wireless power transmission technology described above.
  • the present specification will be described as "contactless wireless power transmission technology" for convenience, but is not limited thereto.
  • the contactless wireless power transmission technology according to the present invention will be described as an embodiment of the laser irrespective of the distance, but is not limited to the method.
  • the laser method uses a laser as a light source.
  • the light source according to the present invention is not limited to the laser, and any light source including an LED (Light Emitting Diode), a lamp, etc., which can generate light by electricity, may replace the laser.
  • UV region has a lot of absorption in the air, and the visible region often uses a near infrared or infrared region (IR) for visual reasons.
  • the present specification describes wireless power transmission using a laser beam.
  • the wireless power transmission in consideration of stability problems such as human hazards, which have recently emerged, some of the laser lights separated by separating the laser light are used for wireless power transmission, and others
  • object detection such as objects and objects.
  • the processing of the laser beam when the object is detected and the various forms and structures of the wireless power transmission apparatus for the object detection will be described.
  • a wireless power transmitter will be mainly described for convenience.
  • a mobile terminal such as a TV, a home appliance, a smartphone, a wearable device, a lighting device, an electric vehicle, Shaver, solar generator (small), etc. may include all the electronic devices that require power charging for its operation.
  • the wireless power receiver will be described only within the required range and detailed description thereof will be omitted herein.
  • FIG. 1 and 2 illustrate one embodiment of a TV and a mobile terminal, respectively, as one of the above-described wireless power receivers.
  • the TV and the mobile terminal will be briefly described.
  • the wireless power receiver is not limited to the TV of FIG. 1 and the mobile terminal of FIG. 2.
  • the TV is, for example, a device that performs at least one or more of data transmission / reception, processing and output.
  • the data includes all data related to, for example, content, services, and applications.
  • the TV may be connected to another device, an external server, or the like through a wired / wireless network to transmit / receive the data. If necessary, the data can be converted before sending / receiving. Examples of such TVs include network TVs, Hybrid Broadcast Broadband TVs (HBBTVs), smart TVs (IPTVs), and Internet Protocol TVs (IPTVs).
  • the TV described herein may be configured to include only a display panel for convenience or may be set (SET) such as a set-top box (STB).
  • SET set-top box
  • the TV 100 may include a network interface 101, a TCP / IP manager 102, and a service delivery manager.
  • delivery manager 103 SI decoder 104, demux or demultiplexer 105, audio decoder 106, video decoder 107, display A / V and OSD module 108, service control manager 109, service discovery manager 110, SI & metadata DB 111, metadata manager ( metadata manager 112, service manager 113, UI manager 114, and the like.
  • the network interface unit 101 is configured to transmit an IP packet (s) (Internet Protocol (IP) packet (s)) or an IP datagram (s) (IP datagram (s)) through an accessing network. Send / receive).
  • IP packet (s) Internet Protocol (IP) packet (s)
  • IP datagram (s) IP datagram (s)
  • the IP packet (s) contain data about services, applications, content, and the like.
  • the network interface unit 101 may mean a tuner for receiving a broadcast signal received through RF (Radio Frequency) or may be a component including the tuner.
  • the TCP / IP manager 102 performs packet delivery between source and destination IP packets received by the TV 100 and IP packets transmitted by the TV 100, that is, between a source and a destination. Is involved.
  • the TCP / IP manager 102 classifies the received packet (s) to correspond to an appropriate protocol, and classifies the service delivery manager 105, the service discovery manager 110, the service control manager 109, and the metadata manager 112. Output the classified packet (s).
  • the service delivery manager 103 is in charge of controlling the received service data.
  • the service delivery manager 103 may use RTP / RTCP when controlling real-time streaming data.
  • the service delivery manager 103 parses the received data packet according to the RTP and transmits it to the demultiplexer 105 or the control of the service manager 113.
  • the SI & metadata database 111 In accordance with the SI & metadata database 111.
  • the service delivery manager 103 feeds back the network reception information to a server that provides a service using RTCP.
  • the demultiplexer 105 demultiplexes the received packet into audio, video, SI (System or Service Information) data, and the like, and transmits the received packet to the audio / video decoders 106/107 and SI decoder 104, respectively.
  • SI System or Service Information
  • the SI decoder 104 includes demultiplexed SI data, for example, Program Specific Information (PSI), Program and System Information Protocol (PSIP), Digital Video Broadcasting-Service Information (DVB-SI), and Digital Television (CMMB) / CMMB (Digital Television).
  • Decode service information such as Terrestrial Multimedia Broadcasting / Coding Mobile Multimedia Broadcasting).
  • the SI decoder 104 may store the decoded service information in the SI & metadata database 111. The stored service information may be read and used by the corresponding configuration, for example, at the request of a user.
  • the audio / video decoders 106/107 decode the respective demultiplexed audio data and video data.
  • the decoded audio data and video data are provided to the user through the display unit 108.
  • the application manager may include a service manager 113 and a UI manager 114 to perform a control function of the TV 100.
  • the application manager may manage the overall state of the TV 100, provide a user interface (UI), and manage other managers.
  • UI user interface
  • the UI manager 114 provides a Graphic User Interface (UI) / UI for a user by using an OSD (On Screen Display) or the like, and receives a key input from the user to perform a device operation according to the input. For example, when the UI manager 114 receives a key input related to channel selection from the user, the UI manager 114 transmits the key input signal to the service manager 113.
  • UI Graphic User Interface
  • OSD On Screen Display
  • the service manager 113 controls a manager associated with a service such as the service delivery manager 103, the service discovery manager 110, the service control manager 109, and the metadata manager 112.
  • the service manager 113 generates a channel map / service map and selects a channel / service using the generated channel map according to a key input received from the UI manager 114. To control.
  • the service manager 113 receives service information from the SI decoder 104 and sets the audio / video packet identifier (PID) of the selected channel to the demultiplexer 105.
  • PID audio / video packet identifier
  • the PID set as described above may be used in the above demultiplexing process. Accordingly, the demultiplexer 105 filters the audio data, the video data, and the SI data by using the PID.
  • the service discovery manager 110 provides information necessary for selecting a service provider that provides a service. Upon receiving a signal regarding channel / service selection from the service manager 113, the service discovery manager 110 finds a service using the information.
  • the service control manager 109 is in charge of selecting and controlling services.
  • the service control manager 109 uses IGMP or RTSP when the user selects a live broadcasting service such as a conventional broadcasting method, and selects a service such as VOD (Video on Demand).
  • the RTSP is used to perform service selection and control.
  • the RTSP protocol may provide a trick mode for real time streaming.
  • the service control manager 109 may initialize and manage a session through the IMS gateway 150 using an IP Multimedia Subsystem (IMS) or a Session Initiation Protocol (SIP).
  • IMS IP Multimedia Subsystem
  • SIP Session Initiation Protocol
  • the protocols are one embodiment, and other protocols may be used depending on implementation.
  • the metadata manager 112 manages metadata associated with the service and stores the metadata in the SI & metadata database 111.
  • the SI & metadata database 111 stores service information decoded by the SI decoder 104, metadata managed by the metadata manager 112, and information necessary to select a service provider provided by the service discovery manager 110. Save it.
  • the SI & metadata database 111 may store setting data for the system.
  • the SI & metadata database 111 may be implemented using non-volatile memory (NVRAM), flash memory, or the like.
  • the IMS gateway 150 is a gateway that collects functions necessary for accessing an IMS-based IPTV service.
  • the power supply unit 160 supplies power to the above-described TV components.
  • the power supply unit 160 includes a wired interface required for supplying power to the TV.
  • the power supply unit 160 also includes a wireless power receiving interface (not shown) required for receiving wireless power transmitted from the wireless power transmitter according to the present invention.
  • the wireless power receiving interface may be implemented on one surface of the front or rear of the TV or on a separate device outside the TV to supply power to the TV through a wired / wireless connector.
  • the mobile terminal 200 will be described as another embodiment of the wireless power receiver.
  • the mobile terminal has been extended from a smart phone which performs a function of producing and consuming content to a communication function to perform various functions in conjunction with various things.
  • Examples of such a mobile terminal may include a wearable device such as a user, which may be worn by a user, such as a smart watch, smart glass, head mounted display (EMD), and eye mounted display (EMD).
  • a device such as VR (Virtual Reality), and even products such as clothes and shoes worn by a user may be included in the wearable device.
  • FIG. 2A is a block diagram illustrating a mobile terminal according to the present invention
  • FIGS. 2B and 2C are conceptual views of one example of the mobile terminal, viewed from different directions.
  • the mobile terminal 200 includes a wireless communication unit 210, an input unit 220, a sensing unit 240, an output unit 250, an interface unit 260, a memory 270, a control unit 280, and a power supply unit 290. ) May be included.
  • the components shown in FIG. 2A are not essential to the mobile terminal implementation, so the mobile terminal described herein may have more or fewer components than the components listed above.
  • the wireless communication unit 210 of the components, between the mobile terminal 200 and the wireless communication system, between the mobile terminal 200 and another mobile terminal 200, or the mobile terminal 200 and the external server It may include one or more modules that enable wireless communication therebetween.
  • the wireless communication unit 210 may include one or more modules for connecting the mobile terminal 200 to one or more networks.
  • the wireless communication unit 210 may include at least one of a broadcast receiving module 211, a mobile communication module 212, a wireless internet module 213, a short range communication module 214, and a location information module 215. .
  • the input unit 220 may include a camera 221 or an image input unit for inputting an image signal, a microphone 222 for inputting an audio signal, an audio input unit, or a user input unit 223 for receiving information from a user. , Touch keys, mechanical keys, and the like.
  • the voice data or the image data collected by the input unit 220 may be analyzed and processed as a user's control command.
  • the sensing unit 240 may include one or more sensors for sensing at least one of information in the mobile terminal, surrounding environment information surrounding the mobile terminal, and user information.
  • the sensing unit 240 may include a proximity sensor 241, an illumination sensor 242, an illumination sensor, a touch sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, and gravity.
  • Optical sensors e.g. cameras (see 221)), microphones (see 222), battery gauges, environmental sensors (e.g.
  • the mobile terminal disclosed herein may use a combination of information sensed by at least two or more of these sensors.
  • the output unit 250 is used to generate an output related to sight, hearing, or tactile sense, and includes at least one of a display unit 251, an audio output unit 252, a hap tip module 253, and an optical output unit 254. can do.
  • the display unit 251 forms a layer structure with or is integrally formed with the touch sensor, thereby implementing a touch screen.
  • Such a touch screen may provide an output interface between the mobile terminal 200 and the user at the same time as the user input unit 223 providing an input interface between the mobile terminal 200 and the user.
  • the interface unit 260 serves as a path to various types of external devices connected to the mobile terminal 200.
  • the interface unit 260 may include a wired / wireless headset port, an external charger port, a wired / wireless data port, a memory card port, a port for connecting a device equipped with an identification module, and audio I / O. It may include at least one of an input / output port, a video I / O port, and an earphone port.
  • appropriate control associated with the connected external device may be performed.
  • the memory 270 stores data supporting various functions of the mobile terminal 200.
  • the memory 270 may store a plurality of application programs or applications that are driven in the mobile terminal 200, data for operating the mobile terminal 200, and instructions. At least some of these applications may be downloaded from an external server via wireless communication. In addition, at least some of these application programs may exist on the mobile terminal 200 from the time of shipment for basic functions of the mobile terminal 200 (for example, a call reception / outgoing function and a message reception / outgoing function). .
  • the application program may be stored in the memory 270 and installed on the mobile terminal 200 to be driven by the controller 280 to perform an operation (or function) of the mobile terminal.
  • the controller 280 In addition to the operation related to the application program, the controller 280 typically controls the overall operation of the mobile terminal 200.
  • the controller 280 may provide or process information or a function appropriate to a user by processing signals, data, information, etc. input or output through the above-described components, or driving an application program stored in the memory 270. .
  • controller 280 may control at least some of the components described with reference to FIG. 2A in order to drive an application program stored in the memory 270. Furthermore, the controller 280 may operate by combining at least two or more of the components included in the mobile terminal 200 to drive the application program.
  • the power supply unit 290 receives power from an external power source and an internal power source under the control of the controller 280 to supply power to each component included in the mobile terminal 200.
  • the power supply unit 290 includes a battery, which may be a built-in battery or a replaceable battery.
  • the power supply unit 290 of the mobile terminal also, a wireless power receiving interface required for receiving the wireless power transmitted from the wireless power transmission apparatus according to the present invention (not shown) ).
  • the wireless power light receiving interface is implemented on a mobile terminal, i.e., on one side of the front or rear of the mobile terminal, or on a separate device (eg, a charger, etc.) outside the mobile terminal to power the mobile terminal through a wired / wireless connector. It may be implemented in the form of supplying.
  • the present invention is to improve the stability of use by detecting the object (ex, the user) by separating the laser light for the laser wireless charging, that is, using a guide beam of the laser light which is a means of power transmission.
  • the infrared laser light uses, for example, a region of a wavelength that is not detected by the human eye, and such an infrared region is a wavelength used as a sensor for recognizing a human.
  • the light in the full width at half-maximum (FWHM) region of the laser light occupies most of the energy, and the light in the low density region except for the FWHM region has a small amount of energy so as to recognize an object. It is used as a light emitting part of.
  • the function of the IR sensor to detect the user without having to provide a separate IR emitter (Emitter) to improve the stability by adjusting the charge amount.
  • the energy charging efficiency can be prevented from being lowered by an object such as a foreign matter / obstacle.
  • FIG. 3 is a view illustrating a laser wireless charging method in connection with the present invention
  • FIG. 4 is a view illustrating an IR detector sensor in connection with the present invention
  • FIG. 5 is, for example, FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating wireless charging during object detection in the laser wireless charging process of FIG. 3.
  • the wireless charging using a laser is an energy source (Tx) 310, which mainly uses an infrared laser, and is a PV cell (a photovoltaic cell, typically a solar cell). Is a medium to long distance wireless charging method using the energy receiver (Rx) (320).
  • the wireless charging using the laser of FIG. 3 uses an infrared region, light is not detected with the naked eye, but infrared energy (a part of electromagnetic waves) actually flows.
  • the wireless charging may transmit several W to several tens of W or more high energy according to a target product.
  • an infrared sensor is generally used.
  • the infrared sensor includes a light emitter / receiver 410/420, and the infrared light irradiated from the light emitter 410 is a specific object 430. ) Is detected by the light receiving unit 420.
  • the infrared sensor is a sensor for measuring the detection / distance of an object, and the IR emitter used in the infrared sensor mainly uses low-output light having high output.
  • FIG. 5 illustrates that the object 520 is present when the laser beam is irradiated from the energy sources Tx 310 and 510 using the laser of FIG. 3 to the energy receivers Rx 320 and 530.
  • the laser light for wireless charging is not transmitted to the energy receiver (Rx) (320, 530).
  • the medium of energy transfer is infrared light.
  • Infrared light is not visible to the naked eye, but is the same electromagnetic wave (EM) as light.
  • EM electromagnetic wave
  • electromagnetic waves of infrared wavelengths pass through most objects, but the energy decreases as they pass.
  • metals cannot pass through and most of them can be reflected.
  • FIG. 6A is a graph illustrating the energy distribution and the FWHM region of the laser light in relation to the present invention
  • FIG. 6B is a diagram illustrating the laser light and the energy distribution.
  • the infrared laser light which is energy Tx, is separated into two by using a separate optical fiber.
  • the basic laser light has a Gaussian energy distribution form as shown in the graph shown in FIG. 6A.
  • the center of the laser has the highest energy and tends to decrease as it goes away from the center.
  • the region half of the maximum energy is called the FWHM region.
  • FIG. 7 is a view for explaining the structure and principle of the optical fiber in connection with the present invention.
  • a general optical fiber is composed of a core and a cladding.
  • the optical fiber uses a phenomenon in which total reflection occurs when n ⁇ n' and light is trapped in the core. In other words, the optical fiber takes advantage of the phenomenon that light entering the core does not pass through the cladding with a higher refractive index than the core and is transmitted along the core.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a laser wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • the laser light source unit, the laser light generated by the laser light source is separated into a first laser light for wireless charging and a second laser light for object detection and outputs
  • an optical output unit configured to control the output of the first laser light through a second laser light received by the optical receiver.
  • the light controller may determine whether an object is detected according to the second laser light received by the light receiver.
  • an embodiment of the wireless power transmitter may include a laser light source unit 802, a light control unit 806, a light receiver, an optical output unit 820, and the like.
  • At least one of the light splitter 804 and the light output controller 812 illustrated in FIG. 8 may be replaced by the light controller 806 or implemented as an internal module thereof.
  • the light control unit 806 may perform at least one function of the light separation unit 804 and the light output control unit 812 instead.
  • the laser light source unit 802 generates infrared laser light according to the present invention.
  • the generated laser light is transmitted to the light receiving unit of the wireless power receiver through the light output unit 820, and may be controlled by the light control unit 806 in this process.
  • the light receiver is a component that receives the laser light emitted to the outside through the light output unit 820.
  • the light receiving unit receives the irradiated laser light through the photodiode 808.
  • the light controller 806 determines whether the object is detected through the laser light received through the photodiode 808 of the light receiver. Whether or not the object is detected may be determined by the object detector 810 shown in FIG. 8. In other words, the object detector 810 of FIG. 8 may be a separate configuration or the light control unit 806 may perform its function.
  • the light control unit 806 controls the output of the laser light irradiated to the outside through the first light output unit 822 and the second light output unit 824 of the light output unit 820 according to whether the object is detected through the light receiver. do. A more detailed description thereof will be described later.
  • FIG. 9 is a view showing a wireless power transmitter and a wireless power receiver in accordance with the present invention
  • Figure 10 is a view showing the irradiation path of the laser light irradiated through the light output unit of the wireless power transmitter according to the present invention.
  • the wireless power transmitter of FIG. 9 is a model including the wireless power transmitter component of FIG. 8. On the other hand, the wireless power transmitter of Figure 9 is shown in a cross-sectional view to more easily explain the flow of the laser light.
  • the wireless power receiver of FIG. 9 illustrates a PV cell as an example.
  • the wireless power transmitter of FIG. 9 will be described in more detail with reference to the components of the wireless power transmitter of FIG. 8.
  • the wireless power transmitter may be divided into an optical processor 910 and an optical output unit 920.
  • the light processor 910 includes a laser light source 802, a light controller 806, and a light receiver in the components of FIG. 8, and the light output unit 920 is the light output unit of FIG. 8.
  • the configuration includes 820.
  • the light output unit 920 separates and outputs the laser light generated by the laser light source unit 802 into a first laser light for wireless charging and a second laser light for object detection. .
  • the light output unit 920 may include a first light output unit for outputting the first laser light 942 and a second light output unit for outputting the second laser light 944. Include.
  • the first optical output unit and the second optical output unit may be configured of or including an optical fiber.
  • the light output unit is irradiated to the outside via the input terminal 932 and the input terminal 932 to which the laser light generated by the light processor 910 is transmitted to the optical output unit 920.
  • the output terminal 934 can be divided. In other words, the light output unit is divided into an input terminal 932 for receiving the laser light generated from the laser light source unit and an output terminal 934 for irradiating the laser light received through the input terminal 932 to the outside.
  • the optical output unit 920 that is, the length from the input terminal 932 to the output terminal 934 is determined according to a preset value when the wireless power transmitter is manufactured or the distance from the wireless power receiver when the wireless power transmitter is installed.
  • the wireless power transmitter may be arbitrarily changed according to various factors such as an environment of a mounting place of a wireless power transmitter and a user's setting. Meanwhile, the length may be fixed and may not be changed or may be arbitrarily changed.
  • the cross section of the light output unit may be different in size from the cross-sectional area of the input terminal.
  • the size of the cross-sectional area of the output terminal may be larger than the size of the cross-sectional area of the input terminal or vice versa.
  • the size difference of the cross-sectional area of the input terminal and the output terminal may affect the shape determination of the light output unit. For example, the irradiation angle of the wireless charging first laser light 942 irradiated through the first light output unit and the irradiation angle of the second laser light 944 for object detection irradiated through the second light output unit are different from each other.
  • the output end of the light output unit may have a predetermined shape.
  • the predetermined shape may have a curved shape such that the irradiation angles are different from each other.
  • the second light output unit may be 90 degrees based on an irradiation angle of the second laser light 944 irradiated to the outside with respect to the irradiation angle of the first laser light 942 irradiated through the first light output unit. It can be formed to have an irradiation angle within.
  • FIG. 10A Having a cross-sectional structure according to an embodiment of the wireless power transmitter according to the present invention shown in FIG. 9, as shown in FIG. 10A for wireless charging to a wireless power receiver 950 such as a PV cell through a first optical output unit.
  • a wireless power receiver 950 such as a PV cell
  • the second laser light is irradiated at a different irradiation angle from the first laser light 942 through the second light output unit to wirelessly transmit the wireless power transmitter and the wireless power transmitter.
  • the object is detected between the power receivers, especially around the irradiation path of the first laser light 942.
  • FIG. 11 is a view illustrating a laser beam irradiated through a cross section of the light output unit of the wireless power transmission apparatus according to the present invention.
  • FIG. 11B illustrates a laser beam for the entire light output unit
  • FIG. 11B illustrates a first laser light irradiated through the first light output unit
  • FIG. 11C is irradiated through the second light output unit.
  • the second laser light is shown.
  • FIG 12 to 14 are views for explaining the internal structure of the optical output unit of the wireless power transmission apparatus according to the present invention.
  • the optical output unit is composed of an optical fiber in this case may be composed of a single optical fiber, it may be composed of multiple optical fibers.
  • FIG. 12 to be described later can be seen as a case composed of a single optical fiber.
  • FIG. 12A illustrates, for example, a longitudinal cross-sectional view of an optical output unit of a wireless power transmitter according to the present invention.
  • the lower end corresponds to the input end 1210 of the light output unit connected to the light processor, and the upper end corresponds to the output end 1220 of the light output unit to which the laser light is radiated to the outside.
  • an inner part corresponds to a first light output unit for irradiating a first laser light for wireless charging
  • an outer part corresponds to a second laser light for object detection.
  • the second light output unit for irradiating corresponds to the second light output unit for irradiating.
  • the diameters d1 and d2 are different from each other when the cross-sectional area of the input terminal 1210 and the output terminal 1220 or the optical output unit have a circular structure.
  • the cross-sectional area to the diameter (d2) of the output terminal 1220 may be larger than the cross-sectional area to the direct (d1) of the input terminal 1210.
  • FIG. 12B illustrates a cross-sectional view of an output end of an optical output unit, in particular, a second optical output unit, wherein the core 1232 to which the first laser light is irradiated is totally reflected without first leaving the core 1232. It consists of cladding 1234 and 1236 surrounding the core 1232.
  • FIG. 12C illustrates a cross-sectional view of an input terminal of the light output unit, and illustrates an example in which the light output unit has a circular structure.
  • the refractive indices of the first core 1252 and the second core 1256 are n1 and n3, respectively.
  • the refractive index n2 of the first cladding 1254 will be greater than n1 and n3. Only then, the first laser beam and the second laser beam may be irradiated with total reflection through the first core 1252 and the second core 1256, respectively. Meanwhile, the refractive index n4 of the second cladding 1258 may be greater than the refractive index n2 of the second core 1256. In the above, the refractive index n2 of the first cladding 1254 and the refractive index n4 of the second cladding 1258 may be different or the same. However, as described above, it is necessary to have a refractive index larger than that of the core so that total reflection can occur in the core.
  • FIG. 14 illustrates an optical output unit by combining a single optical fiber and multiple optical fibers.
  • FIG. 13A this is a cross-sectional view of an output terminal of the light output unit. Unlike FIG. 12, it is understood that a plurality of optical fibers are included in the cross section of the output terminal instead of one optical fiber.
  • the outer portion 1312 of the cross-sectional structure including a plurality of optical fibers may or may not be cladding. The function of the outer component may serve to fix the plurality of optical fibers included therein.
  • a plurality of optical fibers are densely packed in the cross section, but as an example, at least two or more optical fibers may be implemented with a smaller number of optical fibers as shown above. It is possible.
  • this is a cross-sectional view of the input end of the light output unit, and includes a first core 1322, a first cladding 1324, a second core 1326, and a second cladding 1328.
  • the second core 1326 is implemented not as a single optical fiber but as multiple optical fibers.
  • the internal structure of the multiple optical fibers of FIGS. 13A and 13B is the same as that of FIG. 13C. That is, the core 1332 and one cladding 1334 are implemented. Accordingly, the outline ex (cladding) and the first and second claddings 1324 and 1328 in FIGS. 13A and 13B do not necessarily have a refractive index as shown in FIG. 12. However, in the case of the first cladding 1324 in FIG. 13B, if the first core 1322 has a single optical fiber structure, the first core (1) may be used for total reflection of the first laser light emitted through the first core 1322. 1322 should be taken into account.
  • 14A, 14B, and 14C are cross-sectional views of output stages of the output unit according to the present invention, respectively, illustrating cross-sectional structures different from those of FIGS. 12 and 13 described above.
  • 14D, 14E, and 14F are cross-sectional views of input terminals of the output unit according to the present invention, respectively, and illustrate cross-sectional structures different from those of FIGS. 12 and 13 described above.
  • the first core irradiating the first laser light for wireless charging may also be implemented not as a single optical fiber but as multiple optical fibers as necessary.
  • At least one member of the first light output unit and the second light output unit as described above may use a flexible material.
  • at least the second light output unit uses a flexible material as a member.
  • at least one of an input terminal and an output terminal of the light output unit may use a member for changing an external irradiation direction or an irradiation angle of the first laser light / second laser light emitted through the output terminal or further include a separate member. .
  • 15 and 16 are diagrams for explaining a wireless charging scenario using a wireless power transmitter according to the present invention.
  • the wireless power transmitter 1510 irradiates a laser beam to the wireless power receiver 1520 to perform wireless charging.
  • the wireless power receiver 1520 may be a TV, for example, and the wireless power receiver 1522 may be implemented on the front portion of the TV.
  • the wireless power receiver 1522 does not necessarily need to be implemented on the wireless power receiver 1520.
  • the wireless power receiver 1522 may be implemented in a separate configuration and may be wirelessly charged through a mutual connection.
  • the wireless power receiver 1522 may be implemented on the rear or side portion, not necessarily the front portion of the wireless power receiver 1520.
  • the first laser light for wireless charging in the wireless power transmitter 1510 is irradiated to the wireless power receiver 1522 of the wireless power receiver to perform wireless charging, and the second laser light for object detection. This is irradiated on a certain space between the two devices.
  • the wireless power receiver 1522 may absorb the second laser light and use it for wireless charging.
  • the light controller of the wireless power transmitter 1510 is irradiated.
  • the object 1530 may be detected through a second laser light, and the output of the first laser light may be controlled in consideration of the detected object 1530.
  • the light control unit of the wireless power transmitter does not irradiate off the output of the first laser light until the object is no longer detected.
  • the output power may be controlled such that the output power of the first laser light in the FWHM region is lowered, for example, to reduce the output power, such as outside the FWHM region, to minimize the influence on an object such as a human body.
  • a configuration 1610 capable of changing an irradiation angle of a separate laser light between the wireless power transmitter and the wireless power receiver may be used.
  • the configuration 1610 for changing the irradiation angle of the input laser light is called a reflecting plate for convenience, the reflecting plate reflects the input laser light and transmits it to the wireless power receiver.
  • the reflection plate 1610 may be formed in such a structure that the efficiency of the reflection plate 1610 may be reduced in consideration of the reflection coefficient of the surface on which the laser light is input, and the angle of incidence and the reflection angle may be arbitrarily changed as necessary.
  • the light receiving unit such as a photodiode provided in the wireless power transmitter is implemented on the light processing unit with reference to FIG. 12, but is not limited thereto.
  • the light receiver may be implemented on the light output unit.
  • the light receiving unit may be provided in plurality, not one on the light processing unit or the light output unit.
  • the light receiving unit may be provided in one or more of both the light processing unit and the light output unit.
  • the light receiving unit provided on the wireless power transmission apparatus may have a structure or a shape so that the position can be arbitrarily changed without being fixed.
  • the light receiving unit may not perform its function due to structural problems such as its installation place or environment. In this case, the position or arrangement of the light receiving unit may be adjusted. You must be able to change it in order for it to function properly.
  • the light receiving unit may be provided in a separate configuration, not on the wireless power transmitter.
  • the object was detected and the output of the first laser light is detected by using the return of the second laser light irradiated to the light receiving unit such as a photodiode.
  • the controller may control the output of the first laser light. For example, when referring to data acquired through an image sensor or the like, if the object to be identified is a creature such as a human whose problem may be caused by laser light, as described above, the light output is controlled, but whether or not the hazard is a problem. If it is an inanimate object, you can ignore the detected object.
  • 17 is a flowchart illustrating a light output control method in a wireless power transmitter according to the present invention.
  • the wireless power transmitter separates the generated ray light and irradiates the first laser light for wireless charging and the second laser light for object detection to the wireless power receiver (S1702).
  • the light control unit of the wireless power transmitter checks whether the second laser light irradiated through the light receiving unit is reflected and received, and reports the reflected light to the light control unit when the reflected light is input from the light receiving unit.
  • the light controller determines whether an object is detected based on the report of the light receiver (S1704).
  • the light control unit controls the output of the irradiated first laser light or maintains the output as it is (S1706 / S1708).
  • the light control unit turns off the output of the first laser light (S1710). Whether the wireless charging is completed may be based on other settings such as a feedback of a wireless power receiver or a preset wireless charging reservation time.
  • the light controller determines whether the object is a fixed object or a moving object (S1802).
  • the light controller maintains the output of the first laser light as it is (S1708).
  • the light controller may refer to whether the fixed object overlaps the irradiation path of the first laser light irradiated similarly to operation S1808 which will be described later.
  • the light controller determines whether the moving object is a living or non-living object (S1804).
  • the light controller maintains the output of the first laser light without changing control (S1708).
  • the light controller changes and controls the output of the first laser light (S1706).
  • the output change control may be at least one of output temporal off, output power change, output angle change, and the like.
  • the light controller may calculate object data (S1806), and may determine whether the detected biological moving object approaches the first laser light irradiation path based on the calculated object data (S1808). .
  • step S1808 if the detected biological moving object is far from the first laser light irradiation path, the light controller maintains the output power as it is (S1708).
  • step S1808 if the detected biological moving object approaches the first laser light irradiation path, the light controller changes and controls the output of the first laser light (S1706).
  • the light control unit restores the output of the first laser light when the object is no longer detected through the reflected laser light received through the light receiving unit.
  • the detected object may be, for example, a fixed object or a moving object.
  • the fixed or moving object may be determined by the light controller through a laser beam received through a light receiver (for example, a photodiode).
  • the light controller may recognize or identify that an object exists. In addition, the light controller determines whether the recognized object is a fixed object or a moving object through a laser beam received through the light receiver.
  • the light controller may determine the fixed object if the period of the received laser light is constant by referring to the period of the laser light received through the light receiver.
  • the period of the received laser light is shortened or continuously changed, it may be determined as a moving object.
  • the light control unit may control the output of the first laser light or the like or change the irradiation angle of the first laser light.
  • the light controller may determine the speed, direction, etc. of the living moving object with reference to the period of the reflected laser light.
  • the speed may mean, for example, when the biological moving object overlaps with the irradiation path of the first laser light or an overlap time.
  • the direction may mean whether the object approaches or away from the irradiation path of the first laser light.
  • the light controller If it is determined that the detected biological moving object approaches the irradiation path of the first laser light, the light controller outputs the first laser light from a time point calculated in consideration of the speed of the object through the period of the reflected laser light. Can be controlled. On the contrary, when it is determined that the detected biological moving object is far from the irradiation path of the first laser light, the light controller maintains the output of the first laser light as it is. In this case, the light controller may restore the output power of the first laser light or the adjusted power if the output of the first laser light is turned off or the power is adjusted.
  • the light controller may control the output of the first laser light only when the detected object is at least one moving object or a biological moving object.
  • the light controller may calculate and use overlap data for the size, thickness, and moving direction of the moving object.
  • the output terminal structure of the second optical output unit is, for example, the second laser light using an area other than the FWHM area on the distribution diagram of the laser light for wireless charging, that is, a harmless area such as a human body, for example. This is used to detect the object. Therefore, when and when the second laser light is irradiated to the outside through the second light output unit, it is important how and to what extent to cover the peripheral areas based on the optical path of the first laser light to be irradiated.
  • the second laser light is irradiated with a path different from the first laser light and used for object detection
  • the second laser light is a specific area, for example, an area that is too narrow relative to the optical path of the first laser light. Covering the bay may not serve its purpose.
  • the optical path of the second laser light may be set in advance so as to cover a predetermined range or a predetermined area on the basis of the wireless power transmitter or the optical path of the first laser light, or may be arbitrarily set and changed at the time of installation. have. This may be achieved through, for example, the structure of the output end of the second light output unit, or any structure not shown. Alternatively, as shown in Fig. 16 to be described later, any medium may be used.
  • the change of the irradiation angle of the second laser light, the object detection, the control setting according to the object detection, the change of the control setting, and the like are on the controller for operating the wireless power transmitter or the wireless power transmitter. It may be displayed in the form of an image, audio, etc. through a display unit (or speaker) provided in, or may be implemented to be controllable by manipulation of a button on the wireless power transmitter or controller.
  • the light output unit of FIG. 12A may be implemented in various structures or shapes in addition to the accompanying drawings.
  • the first light output unit and the second light output unit are structurally separated or formed in one structure without structural separation, a plurality of optical fibers used for irradiating laser light are used. The same or similar effect may be brought about by using some optical fiber (s) of the optical fibers of as an optical fiber for laser light output for object detection.
  • the output end of the second light output unit is also illustrated and described only as an opening type in the accompanying drawings, it may have various structures or shapes.
  • a member which can be opened and closed at the output end of the second light output unit may be controlled to irradiate the laser beam for object detection according to the case where object detection is required or other setting under the control of the light control unit.
  • the member may adopt a material capable of reflecting or absorbing laser light.
  • the second optical output unit may include a member capable of changing and controlling the irradiation angle of the laser light irradiated through the optical fiber on or around at least one optical fiber of the one or a plurality of optical fibers.
  • the structure or shape of the output end of the second light output unit has a closed structure, but provided with some hole (s) to form a laser beam and to change the size, height, etc.
  • a wireless power transmitter and method wherein the wireless power transmitter can transmit wireless power using a separate laser, wireless power transmission using a separate laser
  • various types of wireless power transmitter structures for generating the above-described effects are provided.
  • a wireless power transmission apparatus and method may be provided, and a laser, which is one of power transmission means, may be used separately, and wireless power transmission may be performed using a separate laser. Wireless charging through the same time to secure or increase the use stability through the object detection.
  • the present invention relates to a wireless power transmitter and a method thereof, and is applicable to various devices such as a wearable device, and thus industrial applicability is recognized.

Abstract

본 명세서에서는 무선전력 전송장치 및 그 방법을 개시한다. 여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치는, 레이저 광원부; 상기 레이저 광원에 발생된 레이저광을, 무선 충전을 위한 제1 레이저광과 오브젝트 디텍트를 위한 제2 레이저광으로 분리하여 출력하는 광출력부; 상기 제2 레이저광을 수광하는 광수신부; 및 상기 광수신부에 수광되는 제2 레이저광을 통해 상기 제1 레이저광을 출력을 제어하는 광제어부를 포함한다. 그리고 상기 광제어부는 상기 광수신부에 수광되는 상기 제2 레이저광에 따라 오브젝트의 디텍트 여부를 판단할 수 있다.

Description

무선전력 전송장치 및 그 방법
본 발명은 무선전력 전송장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 무선전력 전송기술(wireless power transmission technique)이 스마트폰의 무선 충전에 적용되면서 그 보급이 확대되는 추세이다. 무선전력 전송 기술은 전기자동차용 무선 충전뿐만 아니라 다양한 웨어러블 기기(wearable device)와 IoT(Internet of Things) 센서용 전력공급과 같은 응용 분야에서 활발하게 연구 개발이 진행 중이다.
이러한 무선전력 전송기술은 전기에너지를 전자기파 형태로 변환하여 전류가 흐르는 전선 없이 에너지를 전달하는 기술로, 무선 전송을 위하여 전기 에너지를 특정 주파수의 고주파 전기 신호나 광파로 변환된 전자기파로 에너지를 전달한다.
무선전력 전송기술은 단거리 무선전력 전송기술과 원거리 무선전력 전송기술로 구분하는데, 전자의 단거리 무선전력 전송기술에는 가까운 코일에 유도 전류를 일으켜 전송하는 자기유도 방식과 송신부와 수신부의 공진 주파수를 일치시켜 전송하는 자기공명 방식이 있고, 후자의 원거리 무선전력 전송기술에는 전력을 마이크로파로 변환하여 전송하는 마이크로파 방식과 전력을 광선으로 변환하여 전송하는 레이저 방식이 있다.
단거리 무선전력 전송기술은 전술한 바와 같이, 스마트폰의 무선 충전 등 개발 초기 또는 상용화 단계에 이를 정도로 기술이 성숙되었으며 관련 표준도 논의되고 있다. 반면, 원거리 무선전력 전송기술은 군사용과 같은 특수 목적의 무인 항공기 등과 관련하여 연구되고 있을 뿐 기술 성숙도가 떨어지고 있다.
이와 같이, 무선전력 전송기술은 아직 기술적으로 완성 단계에 이르렀다고 보기 어려우며 관련 표준이 제정 또는 정비가 미비하고 상용화가 이제 막 시작한 단계일 뿐 아니라, 최근에는 무선 충전의 효율성 그리고 그 편리성에 반해 인체 유해 여부에 대한 우려로 인한 다양한 문제제기 있다.
본 발명은 상술한 장애를 해소하기 위한 것으로 무선전력 전송장치(wireless power transmission apparatus) 및 방법을 개시한다.
본 발명은, 무선전력 전송장치 및 방법을 제공하는 것을 일 과제로 한다.
본 발명은, 분리된 레이저(laser)를 이용하여 무선전력을 전송하는 것을 다른 과제로 한다.
본 발명은, 분리된 레이저를 이용하여 무선전력전송을 통한 무선 충전과 함께 오브젝트(object) 디텍트를 통한 사용 안정성을 확보 내지 높이는 것을 또 다른 과제로 한다.
본 발명은, 상술한 과제들을 수행하기 위한 다양한 형태의 무선전력 전송장치 구조 제공을 또 다른 과제로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서는, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치 및 그 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치는, 레이저광원부; 상기 레이저 광원에 발생된 레이저광을, 무선 충전을 위한 제1 레이저광과 오브젝트 디텍트를 위한 제2 레이저광으로 분리하여 출력하는 광출력부; 상기 제2 레이저광을 수광하는 광수신부; 및 상기 광수신부에 수광되는 제2 레이저광을 통해 상기 제1 레이저광을 출력을 제어하는 광제어부를 포함한다. 그리고 상기 광제어부는 상기 광수신부에 수광되는 상기 제2 레이저광에 따라 오브젝트의 디텍트 여부를 판단할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 기술적 해결 수단은 이상에서 언급한 해결 수단들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 해결 수단들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 무선전력 전송장치 및 방법을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 분리된 레이저를 이용하여 무선전력을 전송할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 분리된 레이저를 이용하여 무선전력전송을 통한 무선 충전과 함께 오브젝트(object) 디텍트를 통한 사용 안정성을 확보 내지 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 상술한 효과 발생을 위한 다양한 형태의 무선전력전송장치 구조를 제공할 수 있는 효과가 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.
도 1은 본 발명과 관련된 무선전력 수신장치의 일 실시 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명과 관련된 무선전력 수신장치의 다른 실시 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명과 관련하여 레이저 무선 충전 방식을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 4는 본 발명과 관련하여 IR 디텍트 센서를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 5는 예를 들어, 도 3의 레이저 무선 충전 과정에서 오브젝트 디텍트 시 무선 충전을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 6a는 본 발명과 관련하여 레이저광의 에너지 분포 및 FWHM 영역을 설명하기 위해 도시한 그래프이고, 도 6b는 레이저광 및 에너지 분포를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 7은 본 발명과 관련하여 옵티칼 파이저의 구조와 원리를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 무선 충전시스템의 구성블록도,
도 9는 본 발명에 따라 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치를 함께 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따라 무선전력 전송장치의 광출력부를 통해 조사되는 레이저광의 조사 경로를 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 무선전력 전송장치의 광출력부의 단면을 통해 조사되는 레이저광을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 12 내지 14는 본 발명에 따른 무선전력 전송장치의 광출력부의 내부 구조를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 15와 16은 본 발명에 따른 무선전력 전송장치를 이용한 무선 충전 시나리오를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따라 무선전력 전송장치에서 광출력 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도, 및
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 무선전력 전송장치에서 광출력 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예(들)을 상세히 설명하되, 도면부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략할 수 있다.
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.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
그 밖에, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치(wireless power transmission apparatus) 및 방법에 대해 상세하게 설명한다.
무선전력 전송기술(wireless power transmission technique)은, 거리 관점에서 바라보면, 자기유도 방식과 자기공명 방식의 근거리용 무선전력 전송기술과, 마이크로파 방식과 레이저 방식의 원거리용 무선전력 전송기술로 구분할 수 있으며, 접촉 여부 관점에서 보면, 접촉식과 비접촉식 무선전력 전송기술로 구분할 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 본 발명의 이해를 돕고 설명의 편의를 위해 주로 원거리용 또는/및 비접촉식 무선전력 전송기술에 대해 설명한다. 여기서, 상기 원거리용 무선전력 전송기술과 비접촉식 무선전력 전송기술의 커버 범위가 일부 또는 전부 중복될 수 있으나 동일한 기술을 의미하지 않을 수도 있다. 한편, 본 발명은 원거리용 또는/및 비접촉식 무선전력 전송기술에만 한정되는 것은 아니며, 전술한 근거리용 또는/및 접촉식 무선전력 전송기술에도 적용 가능하다. 다만, 설명의 편의를 위해, 이하 본 명세서에서는, 편의상 "비접촉식 무선전력 전송기술"로 명명하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 설명의 편의를 위해, 본 발명에 따른 상기 비접촉식 무선전력 전송기술은 거리에 관계없이 레이저 방식을 일 실시 예로 하여 설명하나, 상기 방식에 한정되는 것은 아니다. 상기 레이저 방식은 레이저(laser)를 광원(light source)으로 이용한다. 다만, 본 발명에 따른 광원은 레이저에 한정되지 않으며, 전기로 빛(photon)을 만들어 낼 수 있는 LED(Light Emitting Diode), 전등 등을 포함한 모든 광원이 상기 레이저를 대체할 수도 있다.
한편, 레이저를 광원으로 이용하는 경우에 자외선(UV: ultra-violet) 영역은 공기 중 흡수가 많고, 가시광선 영역은 시각적인 이유로 흔히 근적외선 또는 적외선 영역(IR: infrared ray)을 이용한다.
다시 말해, 본 명세서에서는 레이저광을 이용한 무선전력 전송에 대해 설명한다. 이때, 본 명세서에서는 무선전력 전송과 관련하여, 최근에 대두되고 있는 인체 유해성과 같은 안정성 문제 등을 고려하여, 상기 레이저광을 분리하여 분리된 레이저광 중 일부는 무선전력 전송에 이용하고 나머지는 사람이나 사물 등 오브젝트(object) 디텍트에 이용하는 것에 관해 설명한다. 또한, 본 명세서에서는 오브젝트가 디텍트되는 경우에 레이저광의 처리와 상기 오브젝트 디텍트를 위한 무선전력 전송장치의 다양한 형태 내지 구조 등에 대해서도 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에서는 편의상 주로 무선전력 전송장치에 대하여 설명한다. 한편, 상기 무선전력 전송장치와 관련하여 이에 대응되는 무선전력 수신장치(wireless power reception technique)로는, TV, 가전기기, 스마트폰, 웨어러블 기기와 같은 이동 단말기(mobile terminal), 조명 기기, 전기 자동차, 면도기, 태양광 발전기(소) 등 그 동작을 위해 전력 충전이 필요한 모든 전자장치가 포함될 수 있다. 다만, 편의상 본 명세서에서는 이러한 무선전력 수신장치에 대해서는 필요한 범위 내에서만 설명하고 상세한 설명은 생략한다.
이하 편의상 도 1과 2는 상술한 무선전력 수신장치의 하나로 각각 TV와 이동 단말기 구성의 일 실시 예를 도시하였으며, 이하에서는 상기 TV와 이동 단말기에 대해 간략히 설명한다. 다만, 전술한 바와 같이, 무선전력 수신장치가 도 1의 TV와 도 2의 이동 단말기에만 한정되는 것은 아니다.
상기 TV는 예를 들어, 데이터(data)를 송/수신, 처리 및 출력 중 적어도 하나 이상을 수행하는 디바이스이다. 여기서, 상기 데이터는 예컨대, 컨텐트, 서비스, 애플리케이션과 관련된 모든 데이터를 포함한다. 상기 TV는, 유/무선 네트워크(wire/wireless network)를 통하여 다른 디바이스, 외부 서버(external server) 등과 연결되어 상기 데이터를 송/수신할 수 있다. 필요 시 상기 데이터는 송/수신 전에 변환(converting)될 수 있다. 이러한 TV의 예로, 네트워크 TV(Network TV), HBBTV(Hybrid Broadcast Broadband TV), 스마트 TV(Smart TV), IPTV(Internet Protocol TV) 등을 들 수 있다. 본 명세서에서 기술하는 상기 TV는, 편의상 디스플레이 패널(display panel)만을 구비한 구성이거나 셋톱박스(STB: Set-Top Box) 등과 같이 세트(SET) 구성일 수도 있다.
도 1을 참조하면, 무선전력 수신장치의 일 실시 예로 TV(100)는, 네트워크 인터페이스부(network interface)(101), TCP/IP 매니저(TCP/IP manager)(102), 서비스 전달 매니저(service delivery manager)(103), SI 디코더(104), 역다중화부(demux or demultiplexer)(105), 오디오 디코더(audio decoder)(106), 비디오 디코더(video decoder)(107), 디스플레이부(display A/V and OSD module)(108), 서비스 제어 매니저(service control manager)(109), 서비스 디스커버리 매니저(service discovery manager)(110), SI&메타데이터 데이터베이스(SI&metadata DB)(111), 메타데이터 매니저(metadata manager)(112), 서비스 매니저(113), UI 매니저(114) 등을 포함하여 구성될 수도 있다.
네트워크 인터페이스부(101)는, 액세스하는 네트워크망을 통하여 IP 패킷(들)(Internet Protocol (IP) packet(s)) 또는 IP 데이터그램(들)(IP datagram(s))(이하 ‘IP 패킷(들)’이라 한다)을 송/수신한다. 상기 IP 패킷(들)은 서비스, 애플리케이션, 컨텐트 등에 관한 데이터를 포함한다. 한편, 상기 네트워크 인터페이스부(101)는 RF(Radio Frequency)를 통해 수신되는 방송 신호를 수신하는 튜너(tuner)를 의미하거나 상기 튜너를 포함하는 구성요소일 수도 있다.
TCP/IP 매니저(102)는, TV(100)로 수신되는 IP 패킷들과 TV(100)가 전송하는 IP 패킷들에 대하여 즉, 소스(source)와 목적지(destination) 사이의 패킷 전달(packet delivery)에 관여한다. 상기 TCP/IP 매니저(102)는 수신된 패킷(들)을 적절한 프로토콜에 대응하도록 분류하고, 서비스 전달 매니저(105), 서비스 디스커버리 매니저(110), 서비스 제어 매니저(109), 메타데이터 매니저(112) 등으로 상기 분류된 패킷(들)을 출력한다.
서비스 전달 매니저(103)는, 수신되는 서비스 데이터의 제어를 담당한다. 예를 들어, 서비스 전달 매니저(103)는 실시간 스트리밍(real-time streaming) 데이터를 제어하는 경우에는 RTP/RTCP를 사용할 수 있다. 상기 실시간 스트리밍 데이터를 RTP를 사용하여 전송하는 경우, 서비스 전달 매니저(103)는 상기 수신된 데이터 패킷을 RTP에 따라 파싱(parsing)하여 역다중화부(105)로 전송하거나 서비스 매니저(113)의 제어에 따라 SI&메타데이터 데이터베이스(111)에 저장한다. 그리고 서비스 전달 매니저(103)는 RTCP를 이용하여 상기 네트워크 수신 정보를 서비스를 제공하는 서버 측에 피드백(feedback)한다.
역다중화부(105)는, 수신된 패킷을 오디오, 비디오, SI(System or Service Information) 데이터 등으로 역다중화하여 각각 오디오/비디오 디코더(106/107), SI 디코더(104)에 전송한다.
SI 디코더(104)는, 역다중화된 SI 데이터 예를 들어, PSI(Program Specific Information), PSIP(Program and System Information Protocol), DVB-SI(Digital Video Broadcasting-Service Information), DTMB/CMMB(Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting/Coding Mobile Multimedia Broadcasting) 등의 서비스 정보를 디코딩한다. 또한, SI 디코더(104)는, 디코딩된 서비스 정보들을 SI&메타데이터 데이터베이스(111)에 저장할 수 있다. 저장된 서비스 정보는 예를 들어, 사용자의 요청 등에 의해 해당 구성에 의해 독출되어 이용될 수 있다.
오디오/비디오 디코더(106/107)는, 역다중화된 각 오디오 데이터와 비디오 데이터를 디코딩한다. 이렇게 디코딩된 오디오 데이터 및 비디오 데이터는 디스플레이부(108)를 통하여 사용자에게 제공된다.
애플리케이션 매니저는 예를 들어, 서비스 매니저(113)와 UI 매니저(114)를 포함하며 TV(100)의 제어부 기능을 수행할 수 있다. 다시 말해, 애플리케이션 매니저는, TV(100)의 전반적인 상태를 관리하고 사용자 인터페이스(UI: User Interface)를 제공하며, 다른 매니저를 관리할 수 있다.
UI 매니저(114)는, 사용자를 위한 GUI(Graphic User Interface)/UI를 OSD(On Screen Display) 등을 이용하여 제공하며, 사용자로부터 키 입력을 받아 상기 입력에 따른 디바이스 동작을 수행한다. 예를 들어, UI 매니저(114)는 사용자로부터 채널 선택에 관한 키 입력을 받으면 상기 키 입력 신호를 서비스 매니저(113)에 전송한다.
서비스 매니저(113)는, 서비스 전달 매니저(103), 서비스 디스커버리 매니저(110), 서비스 제어 매니저(109), 메타데이터 매니저(112) 등 서비스와 연관된 매니저를 제어한다.
또한, 서비스 매니저(113)는, 채널 맵/서비스 맵(channel map/service map)을 생성하고 UI 매니저(114)로부터 수신한 키 입력에 따라 상기 생성된 채널 맵을 이용하여 채널/서비스를 선택 등을 제어한다. 상기 서비스 매니저(113)는 SI 디코더(104)로부터 서비스 정보를 전송받아 선택된 채널의 오디오/비디오 PID(Packet Identifier)를 역다중화부(105)에 설정한다. 이렇게 설정되는 PID는 상술한 역다중화 과정에 이용될 수 있다. 따라서, 역다중화부(105)는 상기 PID를 이용하여 오디오 데이터, 비디오 데이터 및 SI 데이터를 필터링(PID or section filtering) 한다.
서비스 디스커버리 매니저(110)는, 서비스를 제공하는 서비스 프로바이더를 선택하는데 필요한 정보를 제공한다. 상기 서비스 매니저(113)로부터 채널/서비스 선택에 관한 신호를 수신하면, 서비스 디스커버리 매니저(110)는 상기 정보를 이용하여 서비스를 찾는다.
서비스 제어 매니저(109)는, 서비스의 선택과 제어를 담당한다. 예를 들어, 서비스 제어 매니저(109)는 사용자가 기존의 방송 방식과 같은 생방송(live broadcasting) 서비스를 선택하는 경우 IGMP 또는 RTSP 등을 사용하고, VOD(Video on Demand)와 같은 서비스를 선택하는 경우에는 RTSP를 사용하여 서비스의 선택, 제어를 수행한다. 상기 RTSP 프로토콜은 실시간 스트리밍에 대해 트릭 모드(trick mode)를 제공할 수 있다. 또한, 서비스 제어 매니저(109)는 IMS(IP Multimedia Subsystem), SIP(Session Initiation Protocol)를 이용하여 IMS 게이트웨이(150)를 통하는 세션을 초기화하고 관리할 수 있다. 상기 프로토콜들은 일 실시 예이며, 구현 예에 따라 다른 프로토콜을 사용할 수도 있다.
메타데이터 매니저(112)는, 서비스와 연관된 메타데이터를 관리하고 상기 메타데이터를 SI&메타데이터 데이터베이스(111)에 저장한다.
SI&메타데이터 데이터베이스(111)는, SI 디코더(104)가 디코딩한 서비스 정보, 메타데이터 매니저(112)가 관리하는 메타데이터 및 서비스 디스커버리 매니저(110)가 제공하는 서비스 프로바이더를 선택하는데 필요한 정보를 저장한다. 또한, SI&메타데이터 데이터베이스(111)는 시스템에 대한 설정 데이터 등을 저장할 수 있다. SI&메타데이터 데이터베이스(111)는, 비휘발성 메모리(Non-Volatile RAM: NVRAM) 또는 플래시 메모리(flash memory) 등을 사용하여 구현될 수도 있다.
IMS 게이트웨이(150)는, IMS 기반의 IPTV 서비스에 접근하기 위해 필요한 기능들을 모아 놓은 게이트웨이이다.
그 밖에, 전원 공급부(160)는 상술한 TV 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(160)는 TV에 전원 공급을 위해 필요한 유선 인터페이스를 포함한다. 그리고 상기 전원 공급부(160)는 본 발명에 따른 무선전력 전송장치로부터 전송되는 무선전력을 수광하기 위해 필요한 무선전력 수광 인터페이스(미도시)도 포함한다. 이러한 무선전력 수광 인터페이스는, TV 전면 또는 후면의 일면에 구현 또는 TV 외부에 별도 장치에 구현되어 유/무선 커넥터 등을 통해 상기 TV에 전원을 공급하는 형태로 구현될 수도 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 무선전력 수신장치의 다른 실시 예로 이동 단말기(200)에 대해 설명한다.
이동 단말기는 통신 기능에 컨텐트의 생산 및 소비 기능을 수행하는 스마트폰(smart phone)에서 다양한 사물들(things)과 서로 연동하여 다양한 기능 수행하는 형태로까지 확장되고 있다. 이러한 이동 단말기의 예로 사용자 등이 착용 가능한 물건 즉, 웨어러블 디바이스(wearable device)도 포함되는데, 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), HMD(head mounted display), EMD(eye mounted display), VR(Virtual Reality) 등과 같은 장치와 사용자가 착용하는 의류(clothes), 신발(shoes) 등의 제품까지 상기 웨어러블 디바이스에 포함될 수 있다.
도 2a 내지 2c를 참조하면, 도 2a는 본 발명과 관련된 이동 단말기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2b 및 2c는 본 발명과 관련된 이동 단말기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
상기 이동 단말기(200)는 무선 통신부(210), 입력부(220), 센싱부(240), 출력부(250), 인터페이스부(260), 메모리(270), 제어부(280), 전원 공급부(290) 등을 포함할 수 있다. 도 2a에 도시된 구성요소들은 이동 단말기 구현에 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서상에서 설명되는 이동 단말기는 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(210)는, 이동 단말기(200)와 무선 통신 시스템 사이, 이동 단말기(200)와 다른 이동 단말기(200) 사이, 또는 이동 단말기(200)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(210)는, 이동 단말기(200)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 무선 통신부(210)는, 방송수신 모듈(211), 이동통신 모듈(212), 무선인터넷 모듈(213), 근거리통신 모듈(214), 위치정보 모듈(215) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
입력부(220)는, 영상신호 입력을 위한 카메라(221) 또는 영상 입력부, 오디오신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 222), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(223, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(220)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어 명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(240)는 이동 단말기 내 정보, 이동 단말기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(240)는 근접 센서(241, proximity sensor), 조도 센서(242, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(221 참조)), 마이크로폰(microphone, 222 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 디텍트 센서, 열 디텍트 센서, 가스 디텍트 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 이동 단말기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(250)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(251), 음향 출력부(252), 햅팁 모듈(253), 광출력부(254) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(251)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치스크린은, 이동 단말기(200)와 사용자 사이의 입력인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(223)로서의 기능과 동시에, 이동 단말기(200)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(260)는 이동 단말기(200)에 연결되는 다양한 종류의 외부기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(260)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O 포트, 이어폰 포트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이동 단말기(200)에서는, 상기 인터페이스부(260)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(270)는 이동 단말기(200)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(270)는 이동 단말기(200)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 이동 단말기(200)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한, 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 이동 단말기(200)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신/발신 기능, 메시지 수신/발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 이동 단말기(200)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(270)에 저장되고, 이동 단말기(200) 상에 설치되어, 제어부(280)에 의하여 상기 이동 단말기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(280)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 이동 단말기(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(280)는 위에서 살펴 본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(270)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(280)는 메모리(270)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 2a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(280)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 이동 단말기(200)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원 공급부(290)는 제어부(280)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 이동 단말기(200)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(290)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체 가능한 형태의 배터리가 될 수 있다. 한편, 전술한 TV에서의 전원 공급부(160)와 유사하게 이동 단말기의 전원 공급부(290) 역시, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치로부터 전송되는 무선전력을 수광하기 위해 필요한 무선전력 수광 인터페이스(미도시)를 포함한다. 이러한 무선전력 수광 인터페이스는, 이동 단말기 상 즉, 이동 단말기의 전면 또는 후면의 일면에 구현 또는 이동 단말기 외부에 별도 장치(e.g., 충전기 등)에 구현되어 유/무선 커넥터 등을 통해 상기 이동 단말기에 전원을 공급하는 형태로 구현될 수도 있다.
이하에서는 무선전력 전송장치 및 그 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은, 레이저 무선 충전을 위해 레이저광을 분리 즉, 전력 전송의 수단인 레이저광의 가이드 빔(Guide Beam)을 이용하여 오브젝트(ex, 사용자)를 디텍트하여 사용 안정성을 향상시키고자 한다. 상기 적외선 레이저광은 예컨대, 사람의 눈으로 디텍트가 되지 않는 파장의 영역을 사용하고, 그러한 적외선 영역은 사람을 인지하는 센서로도 사용되는 파장이다. 이를 이용하여, 레이저광의 FWHM(Full Width at Half-Maximum) 영역의 광은 에너지의 대부분을 차지하고 있으며, 상기 FWHM 영역을 제외한 저밀도(Low Density) 영역의 광은 에너지의 양이 적어 물체를 인지하는 센서의 발광부로써 사용하는 것이다.
한편, 본 발명에 따르면, IR 센서의 기능에 있어서 별도의 IR 에미터(Emitter)를 구비하지 않고도 사용자를 디텍트하고, 충전량을 조절함으로써 안정성을 향상시키는 기술이다. 또한, 이물질/장애물 등 오브젝트에 의해 에너지 충전 효율이 저하를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명과 관련하여 레이저 무선 충전 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명과 관련하여 IR 디텍트 센서를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 5는 예를 들어, 도 3의 레이저 무선 충전 과정에서 오브젝트 디텍트시 무선 충전을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 레이저를 이용한 무선 충전은 에너지 소스 (Tx)(310)로써, 적외선 레이저를 주로 사용하며, 이를 PV 셀(Photovoltaic Cell, 광전 효과를 이용한 소자로써, 대표적으로 태양 전지가 존재)을 에너지 수신부(Rx)(320)로 사용하는 중장거리 방식의 무선 충전 방식이다.
도 3의 레이저를 이용한 무선 충전은 적외선 영역을 사용하기 때문에, 육안으로는 광이 디텍트되지는 않지만 실제로는 적외선 에너지(전자기파의 한 부분)가 흐르고 있다. 이러한 무선 충전은 타겟 프로덕트(Target Product)에 따라 수W 내지 수십W, 혹은 그 이상의 고에너지가 전송될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 현재 일반적으로 사용되는 적외선 센서를 도시한 것으로, 상기 적외선 센서는 발광부/수광부(410/420)로 구성되며, 발광부(410)에서 조사된 적외선광이 특정 물체(430)에 반사되어, 수광부(420)에서 탐지된다. 이러한 적외선 센서는, 일반적으로 물체의 디텍트/거리를 측정하는 센서로, 적외선 센서에 사용되는 발광센서(IR Emitter)는 출력이 높지 않은 저출력의 빛을 주로 사용한다.
도 5는 도 3의 레이저를 이용한 에너지 소스(Tx)(310,510)에서 에너지 수신부(Rx)(320,530)로 레이저광이 조사되는 과정에서 오브젝트(520)가 존재하는 경우에는, 상기 오브젝트(520)에 의해 무선 충전을 위한 레이저광이 상기 에너지 수신부(Rx)(320,530)로 전달되지 않음을 도시한다.
레이저를 이용한 무선 충전에서, 에너지 전달의 매개체는 적외선의 빛이다.
적외선의 빛은 육안으로 보이지는 않지만, 빛과 동일한 전자기파(EM)이다.
이러한 전달 매개체는 에너지 Tx에서 Rx로 전달되며, 전달 사이에 장애물/이물질이 있으면 에너지 전달이 제대로 되지 않아 충전 방식에 문제가 존재한다. 더구나, 인체에 적외선 레이저가 직접적으로 노출이 되면 위험성이 다소 있어, 본 특허에서는 이와 같은 문제와 안정성을 해결하고자 한다.
일부 적외선 레이저의 출력을 조절하여, 피부 미용에 쓰이고 있기는 하나, 이러한 수준은 매우 낮은 에너지로써, 본 기술은 에너지를 전달하는 목적이기 때문에 이에 대비하여 높은 에너지를 사용하기 때문에 레이저에 직접적인 노출은 위험성이 다소 존재한다.
일반적으로 적외선 파장의 전자기파는 대부분의 물체를 통과하지만, 통과하면서 에너지가 감소한다. 특히 금속류는 통과하지 못하고 그대로 대부분이 반사될 수 있다.
도 6a는 본 발명과 관련하여 레이저광의 에너지 분포 및 FWHM 영역을 설명하기 위해 도시한 그래프이고, 도 6b는 레이저광 및 에너지 분포를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
본 발명에서는 전술한 문제점과 사용 안정성 문제를 해소하고자 별도의 옵티칼 파이버(optical fiber)를 이용하여 에너지 Tx인 적외선 레이저광을 2개로 분리한다.
하나는, 에너지 전달 매개체로서의 적외선광(Main IR Light for energy Transfer) 즉, 레이저 무선 충전을 위한 고밀도 에너지를 가진 빛이고, 다른 하나는 오브젝트 디텍트용으로 적외선광(IR Light for Detection) 즉, 적외선 디텍트 센서에 사용되는 발광 소자로써의 저밀도 에너지 빛이다.
기본적인 레이저광은 도 6a에 도시된 그래프와 같은 가우시안의 에너지 분포 형태를 가진다. 상기, M2는 레이저광의 에너지 분포가 가우시안에 얼마나 가까운지를 표현하는 지표로써, M2가 1에 가까울수록 가우시안 분포의 형태를 가진다. 이에 따라, 도 6a는 편의상 가우시안 분포 M2=1의 경우를 가정하여 설명한다.
레이저의 중심은 가장 높은 에너지를 가지며, 중심으로부터 멀어질수록 에너지가 감소하는 경향을 나타낸다. 여기서, 최대 에너지의 절반되는 영역을 FWHM 영역이라 한다.
도 7은 본 발명과 관련하여 옵티칼 파이버의 구조와 원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
본 발명에서는 종래 옵티칼 파이버의 구조를 변형하여 이용한다. 예컨대, 일반적인 옵티칼 파이버는 코어(Core)와 클래딩(Cladding)으로 구성된다.
코어의 굴절률을 n이라 하고, 클래딩의 굴절률을 n’라고 하면, n<n’일 때 전반사가 발생하여 광이 코어에 갖히는 현상을 이용한 것이 상기 옵티칼 파이버이다. 다시 말해, 옵티칼 파이버는 코어에 들어간 광이, 상기 코어보다 높은 굴절률을 가진 클래딩을 투과하지 못하고 상기 코어를 따라서 전달되는 현상을 이용한다.
본 특허에서는 종래 옵티칼 파이버와 다른 방식을 이용한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 무선전력 전송장치의 구성 블록도이다.
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치는, 레이저 광원부, 상기 레이저 광원에 발생된 레이저광을, 무선 충전을 위한 제1 레이저광과 오브젝트 디텍트를 위한 제2 레이저광으로 분리하여 출력하는 광출력부, 상기 제2 레이저광을 수광하는 광수신부, 및 상기 광수신부에 수광되는 제2 레이저광을 통해 상기 제1 레이저광을 출력을 제어하는 광제어부를 포함한다. 그리고 상기 광제어부는 상기 광수신부에 수광되는 상기 제2 레이저광에 따라 오브젝트의 디텍트 여부를 판단할 수 있다.
도 8을 참조하면, 무선전력 전송부의 일 실시 예는, 레이저광원부(802), 광제어부(806), 광수신부, 광출력부(820) 등으로 구성될 수 있다. 도 8에 도시된 광분리부(804)와 광출력 제어부(812) 중 적어도 하나는 광제어부(806)에 의해 대체되거나 그 내부 모듈로 구현될 수 있다. 다시 말해, 광제어부(806)가 광분리부(804)와 광출력 제어부(812) 중 적어도 하나의 기능을 그를 대신하여 수행할 수도 있다.
레이저광원부(802)는 본 발명에 따른 적외선 레이저광을 발생시킨다. 이렇게 발생된 레이저광은 광출력부(820)를 거쳐 무선전력 수신장치의 수광부로 전달되는데 이 과정에서 광제어부(806)의 제어를 받을 수 있다.
광수신부는 상기 광출력부(820)를 통해 외부로 조사된 레이저광을 수광하는 구성요소이다. 상기 광수신부는 포토다이오드(808)를 통해 상기 조사된 레이저광을 수광한다.
광제어부(806)는 상기 광수신부의 포토다이오드(808)를 통해 수광된 레이저광을 통해 오브젝트 탐지 여부를 판단한다. 상기 오브젝트 탐지 여부 및 그 판단은 도 8에 도시된 오브젝트 탐지부(810)에서 이루어질 수도 있다. 다시 말해, 도 8의 오브젝트 탐지부(810)는 별개의 구성일 수도 있고 광제어부(806)에서 그 기능을 대체 수행할 수도 있다.
광제어부(806)는 광수신부를 통해 오브젝트 탐지 여부에 따라 광출력부(820)의 제1 광출력부(822)와 제2 광출력부(824)를 통해 외부로 조사되는 레이저광의 출력을 제어한다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 이하에서 후술한다.
도 9는 본 발명에 따라 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치를 함께 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따라 무선전력 전송장치의 광출력부를 통해 조사되는 레이저광의 조사 경로를 도시한 도면이다.
도 9의 무선전력 전송장치는 도 8의 무선전력 전송장치 구성요소를 포함하여 구현된 모델이다. 한편, 도 9의 무선전력 전송장치는 레이저 광의 흐름을 더욱 쉽게 설명하기 위해 단면도로 도시하였다.
그리고, 도 9의 무선전력 수신장치는 편의상 PV 셀을 예로 하여 도시하였다.
도 9의 무선전력 전송장치를 도 8의 무선전력 전송장치의 구성요소를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 다음과 같다.
도 9를 참조하면, 무선전력 전송장치는 광처리부(910)와 광출력부(920)로 구분할 수 있다. 여기서, 광처리부(910)는 전술한 도 8의 구성요소에서 레이저광원부(802), 광제어부(806) 및 광수신부를 포함한 구성이고, 광출력부(920)는 전술한 도 8의 광출력부(820)을 포함한 구성이다.
상기 광출력부(920)는, 전술한 바와 같이, 상기 레이저 광원부(802)에 발생된 레이저광을, 무선 충전을 위한 제1 레이저광과 오브젝트 디텍트를 위한 제2 레이저광으로 분리하여 출력한다.
도 9를 참조하면, 이를 위해 상기 광출력부(920)는, 상기 제1 레이저광(942) 출력을 위한 제1 광출력부와 상기 제2 레이저광(944) 출력을 위한 제2 광출력부를 포함한다. 여기서, 상기 제1 광출력부와 제2 광출력부는, 옵티컬 파이버로 또는 그를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 도 9를 참조하면, 상기 광출력부는, 상기 광처리부(910)에서 발생된 레이저광이 광출력부(920)로 전달되는 입력단(932)와 상기 입력단(932)을 거쳐 외부로 조사되는 출력단(934)로 구분할 수 있다. 다시 말해, 광출력부는, 상기 레이저광원부로부터 발생된 레이저광을 수광하는 입력단(932)과 상기 입력단(932)을 통해 수광된 레이저광을 외부로 조사하는 출력단(934)으로 구분된다.
상기 광출력부(920) 즉, 상기 입력단(932)에서부터 출력단(934)까지의 길이는, 무선전력 전송장치 제작 시 미리 설정된 바에 따라 결정 또는 무선전력 전송장치 설치시 무선전력 수신장치와의 거리, 무선전력 전송장치의 거치 장소의 환경, 사용자의 설정 등 다양한 요소에 따라 임의로 변경할 수도 있다. 한편, 상기 길이는 고정되어 변경 불가할 수도 있고 임의로 변경할 수도 있다.
도 9를 참조하면, 상기 광출력부의 단면을 살펴보면, 입력단의 단면적과 출력단의 단면적의 크기가 서로 상이할 수 있다. 또는, 상기 출력단의 단면적의 크기는 상기 입력단의 단면적의 크기보다 더 크거나 그 반대일 수 있다. 한편, 이러한 입력단과 출력단의 단면적의 크기 차이는 광출력부의 형상 결정에 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 제1 광출력부를 통해 조사되는 무선 충전용 제1 레이저광(942)의 조사 각도와 제2 광출력부를 통해 조사되는 오브젝트 디텍트용 제2 레이저광(944)의 조사 각도가 서로 상이하도록 상기 광출력부의 출력단이 소정 형상을 가질 수 있다.
상기 소정 형상은 예컨대, 상기 조사 각도가 서로 상이하도록 곡선 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 광출력부는, 외부로 조사되는 제2 레이저광(944)의 조사 각도가 상기 제1 광출력부를 통해 조사되는 제1 레이저광(942)의 조사 각도를 기준으로 90도 이내의 조사 각도를 가지도록 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 본 발명에 따른 무선전력 전송장치의 일 실시 예에 따른 단면 구조를 가지면, 제1 광출력부를 통해 PV 셀과 같은 무선전력 수신장치(950)로 무선 충전을 위해 도 10a와 같이, FWHM 영역에 대한 제1 레이저광(942)을 전송하여 무선 충전을 수행하면서, 제2 광출력부를 통해 상기 제1 레이저광(942)과는 다른 조사 각도로 조사되어 상기 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 사이 특히, 상기 제1 레이저광(942)의 조사 경로 주변에 오브젝트를 디텍트한다. 이는 도 10b의 제1 광출력부를 통해 조사되는 제1 레이저광(942)과 제2 광출력부를 통해 조사되는 제2 레이저광(944)의 조사 각도, 조사 경로를 참조하면, 쉽게 이해할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 무선전력 전송장치의 광출력부의 단면을 통해 조사되는 레이저광을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 11a를 참조하면, 광출력부 전체에 대한 레이저광을 도시한 것이고, 도 11b는 제1 광출력부를 통해 조사되는 제1 레이저광을 도시한 것이고, 도 11c는 제2 광출력부를 통해 조사되는 제2 레이저광을 도시한 것이다. 도 11b의 제1 광출력부를 통해 조사되는 제1 레이저광과 도 11c의 제2 광출력부를 통해 조사되는 제2 레이저광을 합치면, 도 11a의 레이저광과 같다.
도 12 내지 14는 본 발명에 따른 무선전력 전송장치의 광출력부의 내부 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하, 도 12 내지 14에서는 편의상 광출력부의 내외부 구조에 대해서만 기술한다.
본 발명과 관련하여, 광출력부는 옵티칼 파이버로 구성되는데 이 경우 싱글 옵티칼 파이버로 구성될 수도 있고, 다중 옵티칼 파이버로 구성될 수 있다.
여기서, 후술하는 도 12가 싱글 옵티칼 파이버로 구성된 경우로 볼 수 있다.
도 12a는 예컨대, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치의 광출력부의 종단면도를 도시한 것이다. 하단이 광처리부와 연결되는 광출력부의 입력단(1210)에 해당하고, 상단이 레이저광이 외부로 조사되는 광출력부의 출력단(1220)에 해당한다.
도 12a의 무선전력 전송장치의 광출력부의 종단면도를 참조하면, 내부 파트가 무선 충전용 제1 레이저광을 조사하는 제1 광출력부에 해당하고, 외부 파트가 오브젝트 디텍트용 제2 레이저광을 조사하는 제2 광출력부에 해당한다.
전술한 바와 같이, 도 12a의 종단면도를 참조하더라도 입력단(1210)과 출력단(1220)의 단면적 또는 상기 광출력부가 원형 구조일 때 직경(d1,d2)은 서로 상이한 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 입력단(1210)의 단면적 내지 직격(d1)에 비하여 출력단(1220)의 단면적 내지 직경(d2)가 더 클 수 있다.
도 12b는 광출력부 특히, 제2 광출력부의 출력단의 단면도를 도시한 것으로, 제1 레이저광이 조사되는 코어(1232)를 상기 제1 레이저광이 코어(1232)를 벗어나지 않고 전반사가 되도록 상기 코어(1232)를 감싸는 클래딩(1234,1236)으로 구성된다.
또한, 도 12c는 광출력부의 입력단의 단면도를 도시한 것으로, 상기 광출력부가 원형 구조를 가지는 경우를 예시한 것이다. 원형 내부에 제1 레이저광이 조사되는 제1 코어(1252), 상기 제1 코어(1252) 내 조사되는 레이저광이 전반사되도록 하기 위해 상기 제1 코어(1252)를 감싸는 제1 클래딩(1254), 제2 레이저광이 조사되는 제2 코어(1256), 및 상기 제2 코어(1256)에서 조사되는 제2 레이저광이 전반사되도록 하기 위해 상기 제2 코어(1256)를 감싸는 제2 클래딩(1258) 구조를 가진다.
도 12b와 12c는 도 7a와 7b를 참조하면, 더욱 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
다시 말해, 제1 코어(1252)와 제2 코어(1256)의 굴절률을 각각 n1과 n3라고
가정할 때, 제1 클래딩(1254)의 굴절률(n2)은 상기 n1과 n3보다 클 것이다. 그래야만, 제1 레이저광과 제2 레이저광이 각각, 상기 제1 코어(1252)와 제2 코어(1256)를 통해 전반사되면서 조사될 수 있다. 한편, 제2 클래딩(1258)의 굴절률(n4)은 상기 제2 코어(1256)의 굴절률(n2)보다 크면 족하다. 상기에서, 제1 클래딩(1254)의 굴절률(n2)과 제2 클래딩(1258)의 굴절률(n4)은 서로 상이할 수도 있고 동일할 수도 있다. 다만, 상술한 바와 같이, 관련 코어에서 전반사가 일어날 수 있도록 해당 코어의 굴절률보다는 큰 굴절률을 가져야 할 것이다.
도 13과 14는 전술한 다중 옵티칼 파이버로 구성된 경우로 볼 수 있다. 특히, 도 14는 싱글 옵티칼 파이버와 다중 옵티칼 파이버를 조합하여 광출력부를 구성한 것이다.
먼저, 도 13a를 참조하면, 이는 광출력부의 출력단의 단면도로서, 도 12와 달리 출력단의 단면에 하나의 옵티칼 파이버가 아니라 복수 개의 옵티칼 파이버들이 포함된 것을 알 수 있다. 이 경우, 복수의 옵티칼 파이버들이 포함된 단면 구조의 외곽(1312)은 클래딩일 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 상기 외곽 구성요소의 기능은 내부에 포함된 복수 개의 옵티칼 파이버들을 고정하는 역할일 수 있다.
편의상 도 13a의 출력단의 단면을 참조하면, 해당 단면 내에 복수 개의 옵티칼 파이버들이 빽빽하게 가득 차 있으나 이는 일 실시 예로서, 적어도 2개 이상의 옵티칼 파이버들로 상기 도시된 바에 비하여 더 작은 개수의 옵티칼 파이버들로도 구현 가능하다.
도 13b를 참조하면, 이는 광출력부의 입력단의 단면도로서, 제1 코어(1322), 제1 클래딩(1324), 제2 코어(1326) 및 제2 클래딩(1328)으로 구성된다. 이때, 도 13b에서는 도 12c와 달리, 제2 코어(1326)가 싱글 옵티칼 파이버가 아니라 다중 옵티칼 파이버로 구현된다.
도 13a와 13b의 다중 옵티칼 파이버의 내부 구조는 도 13c와 같다. 즉, 코어(1332)와 하나의 클래딩(1334)으로 구현된다. 따라서, 도 13a와 13b에서 외곽(ex, 클래딩)과 제1 및 제2 클래딩(1324,1328)은 반드시 도 12와 같은 굴절률을 가질 필요가 없다. 다만, 도 13b에서 제1 클래딩(1324)의 경우에는 제1 코어(1322)가 만약 싱글 옵티칼 파이버 구조이면 상기 제1 코어(1322)를 통해 조사되는 제1 레이저광의 전반사를 위하여 상기 제1 코어(1322)의 굴절률을 고려하여야 할 것이다.
도 14a, 14b와 14c는 각각 본 발명에 따른 출력부의 출력단의 단면도로서, 전술한 도 12와 13과 다른 단면 구조를 예시한 것이다.
한편, 도 14d, 14e와 14f는 각각 본 발명에 따른 출력부의 입력단의 단면도로서, 역시 전술한 도 12와 13과는 다른 단면 구조를 예시한 것이다.
도시되진 않았으나, 무선 충전용 제1 레이저광을 조사하는 제1 코어 역시 싱글 옵티칼 파이버가 아니라 필요에 따라 다중 옵티칼 파이버들로 구현할 수도 있다.
본 발명에서 상술한 광출력부의 제1 광출력부와 제2 광출력부 중 적어도 하나의 부재는, 플렉시블(flexible) 소재를 이용할 수 있다. 특히, 적어도 제2 광출력부는 플렉시블 소재를 부재로 이용한다. 또는, 상기 광출력부의 입력단과 출력단 중 적어도 하나에 상기 출력단을 통해 발광되는 제1 레이저광/제2 레이저광의 외부 조사 방향 내지 조사 각도를 변경하기 위한 부재를 이용하거나 별도 부재를 더 포함할 수 있다.
도 15와 16은 본 발명에 따른 무선전력 전송장치를 이용한 무선 충전 시나리오를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하에서는 무선전력 전송장치를 이용하여 무선 충전 서비스를 수행하는 과정에서 본 발명에 따라 오브젝트 디텍트용 레이저광을 이용하여 오브젝트 디텍트 및 디텍트된 오브젝트에 따라 레이저광 출력 제어에 대해 상세하게 설명한다.
도 15를 참조하면, 무선전력 전송장치(1510)에서 레이저광을 무선전력 수신장치(1520)로 조사하여 무선 충전을 한다. 이때, 상기 무선전력 수신장치(1520)는 TV를 예로 들 수 있으며, 상기 TV 상의 전면부 상에 무선전력 수신부(1522)가 구현될 수 있다. 다만, 상기 무선전력 수신부(1522)는 반드시 무선전력 수신장치(1520)상에 구현될 필요는 없고, 별도의 구성에 구현되고 상호 간의 연결을 통해 무선 충전도 가능하다. 또한, 상기 무선전력 수신부(1522)가 반드시 무선전력 수신장치(1520)의 전면부가 아니라 후면부 또는 측면부 상에 구현될 수도 있다.
도 15를 참조하면, 무선전력 전송장치(1510)에서 무선 충전을 위한 제1 레이저광이 무선전력 수신장치의 무선전력 수신부(1522)로 조사되어 무선 충전을 하고, 오브젝트 디텍트용 제2 레이저광이 상기 두 장치 사이의 일정 공간상에 조사된다.
여기서, 상기 무선전력 수신부(1522)는 예컨대, 상기 제2 레이저광이 수신되는 경우, 이를 흡수하여 무선 충전에 이용할 수도 있고 흡수하더라도 그 효율을 고려하여 무시할 수도 있다.
도 15에서 오브젝트(ex, 사람)(1530)가 상기 무선전력 전송장치(1510)과 무선전력 수신장치(1520) 주변으로 다가오는 씬을 고려하면, 무선전력 전송장치(1510)의 광제어부는 조사되는 제2 레이저광을 통해 상기 오브젝트(1530)를 디텍트하고, 디텍트된 오브젝트(1530)를 고려하여 제1 레이저광의 출력을 제어할 수 있다.
일 예로, 무선전력 전송장치의 광제어부는, 제2 레이저광에 기초하여 오브젝트가 디텍트되면, 상기 오브젝트가 더이상 디텍트되지 않을 때까지 상기 제1 레이저광의 출력을 오프(off)하여 조사되지 않을 수 있다. 또는, 상기 출력을 오프하는 것이 아니라 예컨대, FWHM 영역의 제1 레이저광의 출력 파워를 예컨대, 상기 FWHM 영역 이외처럼 출력 파워를 낮추어 인체 등 오브젝트에 대한 영향이 최소화되도록 출력 파워를 제어할 수도 있다.
또는, 도 16과 같이, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 사이에 별개의 레이저광의 조사 각도를 변경할 수 있는 구성(1610)을 이용할 수 있다. 이러한 입력 레이저광의 조사 각도를 변경할 수 있는 구성(1610)을 편의상 반사판이라 명명하면, 반사판은 입력되는 레이저광을 반사하여 상기 무선전력 수신장치로 전달한다. 이러한 반사판(1610)은 레이저광이 입력되는 면의 반사계수 등을 고려하여 효율이 떨어지지 않도록 하며 필요에 따라 입사각과 반사각을 임의로 변경 가능한 구조로 형성될 수 있다.
한편, 무선전력 전송장치에 구비된 포토다이오드와 같은 광수신부는 도 12를 참조하면, 광처리부 상에 구현되나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 상기 광수신부는 광출력부 상에 구현될 수도 있다. 또한, 상기 광수신부는, 광처리부 또는 광출력부 상에 한 개가 아니라 복수 개 구비될 수도 있다. 그리고 상기 광수신부는, 광처리부와 광출력부 모두에 하나 또는 그 이상 구비될 수도 있다. 또한, 무선전력 전송장치상에 구비된 광수신부는, 고정되지 않고 그 위치를 임의로 변경 가능하도록 구조 내지 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 무선전력 전송장치가 설치된 경우에 그 설치 장소 내지 환경 등 구조적인 문제로 광수신부가 그 기능을 다하지 못할 수도 있는바, 이 경우 복수 개의 광수신부를 통하거나 구비된 광수신부의 위치나 배치를 변경할 수 있어야 그 기능을 제대로 수행할 수 있다. 그 밖에, 광수신부는 무선전력 전송장치 상이 아닌 별도 구성으로 구비될 수도 있다.
한편, 이상에서는 포토다이오드와 같은 광수신부로 기조사된 제2 레이저광이 반사되어 리턴되는 것을 이용하여 오브젝트를 디텍트하고, 제1 레이저광의 출력을 제어하는 것에 대해 기술하였다. 이와 달이, 비록 도시되진 않았으나, 무선전력 전송장치 또는 무선전력 수신장치상 또는 그와 연결된 카메라 등 이미지 센서를 통해 획득된 데이터를 참조하여, 오브젝트의 타입을 식별하고, 식별된 오브젝트 타입에 따라 광제어부에서 상기 제1 레이저광의 출력을 제어할 수도 있다. 예컨대, 이미지 센서 등을 통해 획득된 데이터를 참조할 때, 식별되는 오브젝트가 레이저광에 따른 유해성 여부가 문제될 수 있는 사람과 같은 생물이면 전술한 바와 같이, 광 출력을 제어하나 상기 유해성 여부가 문제되지 않는 무생물이면 디텍트된 오브젝트를 무시할 수도 있다.
도 17은 본 발명에 따라 무선전력 전송장치에서 광출력 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
레이저 광원부에서 레이저광이 발생되면, 무선전력 전송장치는 발생된 레이정광을 분리하여 무선 충전용 제1 레이저광과 오브젝트 디텍트용 제2 레이저광을 무선전력 수신장치로 조사한다(S1702).
무선전력 전송장치의 광제어부는 광수신부를 통해 조사된 제2 레이저광이 반사되어 수신되는지 확인하고, 상기 광수신부에서 반사광이 입력되면 이를 광제어부로 보고한다. 광제어부는 상기 광수신부의 보고에 기초하여 오브젝트 디텍트 여부를 판단한다(S1704).
광제어부는 상기 S1704 판단 결과 오브젝트가 디텍트되었다고 판단되면, 상기 조사되는 제1 레이저광의 출력을 제어 또는 출력을 그대로 유지한다(S1706/S1708).
광제어부는 무선 충전이 완료되면 상기 제1 레이저광의 출력을 오프한다(S1710). 상기 무선 충전 완료 여부는 무선전력 수신장치의 피드백 또는 미리 설정된 무선 충전 예약 시간 등 기타 설정 등에 따를 수 있다.
도 18을 참조하여 상기 S1704 내지 S1708 단계를 더욱 상세하게 설명하면, 다음과 같다.
광제어부는 S1704 단계를 통해 오브젝트가 디텍트되면, 상기 오브젝트가 고정 오브젝트(fixed object)인지 무빙 오브젝트(moving object)인지 판단한다(S1802).
광제어부는 상기 S1802 단계 판단 결과 디텍트된 오브젝트가 고정 오브젝트이면, 상기 제1 레이저광의 출력을 그대로 유지한다(S1708). 이때, 상기 광제어부는 상기 고정 오브젝트가 후술할 S1808 단계와 유사하게 조사되는 제1 레이저광의 조사 경로와 오버랩 여부를 참조할 수 있다.
광제어부는 상기 S1802 단계 판단 결과 디텍트된 오브젝트가 무빙 오브젝트이면, 상기 무빙 오브젝트가 생물인지 무생물인지 판단한다(S1804).
광제어부는 S1804 단계 판단 결과 디텍트된 무빙 오브젝트가 무생물이면, 상기 제1 레이저광의 출력을 변경 제어하지 않고 그대로 유지한다(S1708).
그러나 광제어부는 S1804 단계 판단 결과 디텍트된 무빙 오브젝트가 생물이면, 상기 제1 레이저광의 출력을 변경 제어한다(S1706). 상기 출력 변경 제어라 하면, 출력 일시 오프, 출력 파워 변경, 출력 각도 변경 등 중 적어도 하나일 수 있다.
이 과정에서, 상기 광제어부는 오브젝트 데이터를 산출할 수 있고(S1806), 상기 산출된 오브젝트 데이터에 기초하여 디텍트된 생물 무빙 오브젝트가 제1 레이저광 조사 경로 접근 여부를 판단할 수 있다(S1808).
광제어부는 상기 S1808 단계 판단 결과, 만약 상기 디텍트된 생물 무빙 오브젝트가 제1 레이저광 조사 경로로부터 멀어지면, 기출력을 그대로 유지한다(S1708).
그러나 광제어부는 상기 S1808 단계 판단 결과, 만약 상기 디텍트된 생물 무빙 오브젝트가 제1 레이저광 조사 경로로 접근 중이면, 상기 제1 레이저광의 출력을 변경 제어한다(S1706).
광제어부는 광수신부를 통해 수신되는 반사 레이저광을 통해 더이상 오브젝트가 디텍트되지 않으면 제1 레이저광의 출력을 원래대로 복원한다.
전술한 바와 같이, 분리된 레이저광 중 오브젝트 디텍트용 레이저광을 통하여 무선전력 전송 과정에서 하나 또는 복수의 오브젝트들을 디텍트할 수 있다. 다만, 이하에서는 편의상 하나의 오브젝트만을 예로 하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 디텍트되는 오브젝트는 예컨대, 고정 오브젝트 또는 무빙 오브젝트일 수 있다. 상기 고정 또는 무빙 오브젝트 여부는 광수신부(예를 들어, 포토다이오드)를 통해 수신되는 레이저광을 통하여 광제어부에서 판단할 수 있다.
기본적으로, 광제어부는, 광수신부를 통해 레이저광이 수신되면, 오브젝트가 존재함을 인식 또는 식별할 수 있다. 또한, 상기 광제어부는 광수신부를 통해 수신되는 레이저광을 통해 상기 인식된 오브젝트가 고정 오브젝트인지 무빙 오브젝트인지 판단한다.
예를 들어, 광제어부는 광수신부를 통해 수신되는 레이저광의 주기를 참조하여, 상기 수신되는 레이저광의 주기가 일정하면 고정 오브젝트로 판단할 수 있다.
반대로 상기 수신되는 레이저광의 주기가 짧아지거나 계속하여 변경되면 무빙 오브젝트로 판단할 수 있다.
상기에서 고정 오브젝트인 경우에도, 상기 오브젝트가 고정된 위치가 제1 레이저광의 조사 경로와 오버랩되는지 판단할 수 있다. 이는 예를 들어, 오브젝트 디텍트용으로 조사되는 제2 레이저광을 위한 옵티칼 파이버의 레퍼런스(ex, 참조번호 등)와 최초 조사 각도 등을 통해 판단할 수 있다. 상기 광제어부는 상기 고정 오브젝트가 제1 레이저광의 조사 경로와 오버랩되지 않으면 해당 오브젝트를 무시하고 상기 제1 레이저광의 출력을 그대로 유지한다. 반면, 상기 광제어부는 상기 고정 오브젝트가 제1 레이저광의 조사 경로와 일부 또는 전부 오버랩된다고 판단되면, 상기 제1 레이저광의 출력을 오프 등 제어하거나 상기 제1 레이저광의 조사 각도를 변경 제어할 수 있다.
반면, 상기 광제어부는 디텍트된 오브젝트가 무빙 오브젝트이고 해당 오브젝트가 생물로 판단되면, 상기 반사되는 레이저광의 주기를 참조하여 상기 생물 무빙 오브젝트의 속도, 방향 등을 판단할 수 있다. 상기 속도라 함은 예컨대, 상기 생물 무빙 오브젝트가 제1 레이저광의 조사 경로와 언제쯤 오버랩되는지 또는 오버랩 시간 등을 의미할 수 있다. 한편, 상기 방향이라 함은, 상기 오브젝트가 제1 레이저광의 조사 경로로 접근하는지 멀어지는지를 의미할 수 있다.
상기 광제어부는 상기 디텍트된 생물 무빙 오브젝트가 상기 제1 레이저광의 조사 경로로 접근하는 것으로 판단되면, 상기 반사 레이저광의 주기를 통해 해당 오브젝트의 속도를 고려하여 계산된 시점부터 상기 제1 레이저광의 출력을 제어할 수 있다. 반대로, 상기 광제어부는 상기 디텍트된 생물 무빙 오브젝트가 상기 제1 레이저광의 조사 경로로부터 멀어지는 것으로 판단되면, 상기 제1 레이저광의 출력을 그대로 유지한다. 한편, 이 경우, 상기 광제어부는 만약 기 제1 레이저광의 출력이 오프 또는 파워를 조절한 경우에는, 제1 레이저광의 출력 온 또는 조절된 파워를 복원할 수도 있다.
한편, 광제어부는, 상기 판단 결과 디텍트된 오브젝트가 적어도 하나의 무빙 오브젝트 또는 생물 무빙 오브젝트인 경우에만, 상기 제1 레이저광의 출력을 제어할 수 있다.
상기 광제어부는, 상기 무빙 오브젝트의 이동 경로와 상기 제1 레이저광의 출력 경로가 오버랩으로 판단되면, 상기 무빙 오브젝트의 사이즈, 두께, 및 이동 방향에 대한 오버랩 데이터를 산출하여 이용할 수도 있다.
이상 광출력부의 출력단 특히, 제2 광출력부의 출력단 구조는 예컨대, 전술한 바와 같이, 무선 충전을 위한 레이저광의 분포도 상에서 FWHM 영역 이외의 영역을 이용한 제2 레이저광 즉, 인체 등 무해한 영역으로 가정하면, 이를 통해 오브젝트를 디텍트하는데 이용한다. 따라서, 이러한 제2 레이저광이 제2 광출력부를 통해 외부로 조사되는 경우에 조사되는 제1 레이저광의 광 경로를 기준으로 주변 영역들을 어떻게 그리고 어느 정도까지 커버 여부가 중요하다. 비록 상기 제2 레이저광이 상기 제1 레이저광과 다른 경로로 조사되어 오브젝트 디텍트용으로 이용하는데 이러한 제2 레이저광이 상기 제1 레이저광의 광 경로를 기준으로 특정 영역 예컨대, 너무 좁은 범위의 영역만을 커버하면, 그 목적을 제대로 이루지 못할 수 있다. 따라서, 무선전력 전송장치 또는 제1 레이저광의 광 경로 등을 기준으로 하여 소정 범위 또는 소정 영역을 커버할 수 있도록 제2 레이저광의 광 경로를 미리 설정할 수도 있고, 설치 시에 임의로 설정 변경 가능하도록 할 수 있다. 이는 예컨대, 상기 제2 광출력부의 출력단 구조를 본 명세서에서 도시한 구조 또는 도시하지 않았으나 임의의 구조를 통하여 이룰 수 있다. 또는, 후술할 도 16과 같이, 임의의 매개체를 이용할 수도 있다.
한편, 본 발명과 관련하여, 제2 레이저광의 조사 각도 변경, 오브젝트 디텍트, 오브젝트 디텍트에 따른 제어 설정, 상기 제어 설정 변경 등은 무선전력 전송장치나 상기 무선전력 전송장치를 조작하기 위한 컨트롤러 상에 구비된 디스플레이부(또는 스피커)를 통해 이미지, 오디오 등의 형태로 디스플레이될 수도 있고, 상기 무선전력 전송장치나 컨트롤러 상의 버튼 등의 조작에 의해 제어 가능하도록 구현할 수도 있다.
한편, 도 12a의 광출력부는 첨부된 도면 이외에 다양한 구조 내지 형상으로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기에서는 비록 제1 광출력부와 제2 광출력부가 구조적으로 분리된 형태이나 구조적으로 분리하지 않고 하나의 구조로 형성되되 레이저광을 조사하기 위한 다수의 옵티칼 파이버들을 이용하고 상기 이용되는 다수의 옵티칼 파이버들 중 일부 옵티칼 파이버(들)을 오브젝트 디텍트용 레이저광 출력을 위한 옵티칼 파이버로 이용함으로써 동일 또는 유사한 효과를 가져올 수도 있다. 그 밖에, 제2 광출력부의 출력단 역시 첨부된 도면에서는 비록 개구형으로만 도시하고 설명하였으나 이외에도 다양한 구조 내지 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제2 광출력부의 출력단에 개폐 가능한 부재를 이용하여 광제어부의 제어에 따라 오브젝트 디텍트가 필요한 경우나 기타 설정 등에 따라 오브젝트 디텍트용 레이저광을 조사하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 상기 부재는 레이저광을 반사 또는 흡수할 수 있는 소재를 채용할 수도 있다. 또한, 상기 제2 광출력부를 구성하는 하나 또는 복수의 옵티칼 파이버들 중 적어도 하나의 옵티칼 파이버 상 또는 주변에 옵티칼 파이버를 통해 조사되는 레이저광의 조사 각도를 변경 제어 가능한 부재를 포함할 수도 있다. 그 밖에, 상기 제2 광출력부의 출력단의 구조나 형상이 폐쇄형 구조를 가지되 일부 홀(들)을 구비하여 레이저광의 조사하고 상기 홀(들)의 사이즈, 높이 등을 변경 가능하도록 형성하여 상기 홀(들)을 통해 조사되는 레이저광의 조사 각도를 변경 제어할 수도 있다. 상술한 출력단의 구조 내지 형상에 대한 설명은, 입력단에도 적용 가능하거나 입력단과 함께 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 무선전력 전송장치 및 방법을 제공하는데, 이때, 무선전력 전송장치는 분리된 레이저를 이용하여 무선전력을 전송할 수 있으며, 분리된 레이저를 이용하여 무선전력 전송을 통한 무선 충전과 함께 오브젝트 디텍트를 통한 사용 안정성을 확보 내지 높일 수 있을뿐만 아니라, 상술한 효과 발생을 위한 다양한 형태의 무선전력 전송장치 구조를 제공한다.
이상 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들, 각각 또는 그 조합에 따르면, 무선전력 전송장치 및 방법을 제공하고, 전력전송 수단의 하나인 레이저를 분리하여 이용할 수 있으며, 분리된 레이저를 이용하여 무선전력전송을 통한 무선 충전과 동시에 오브젝트 디텍트를 통한 사용 안정성을 확보 내지 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 분리된 레이저를 이용하여 무선전력전송과 동시에 오브젝트를 디텍트하기 위한 무선전력 전송장치의 구조를 제안할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 안 되고 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.
발명의 실시를 위한 다양한 형태는 상기 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서 전술한 바 있다.
본 발명은 무선전력 전송장치 및 그 방법에 관한 것이고, 웨어러블 디바이스 등 다양한 디방스에 적용 가능한 바, 산업상 이용가능성이 인정된다.

Claims (10)

  1. 무선전력 전송장치에 있어서,
    레이저 광원부;
    상기 레이저 광원에 발생된 레이저광을, 무선 충전을 위한 제1 레이저광과 오브젝트 디텍트를 위한 제2 레이저광으로 분리하여 출력하는 광출력부;
    상기 제2 레이저광을 수광하는 광수신부; 및
    상기 광수신부에 수광되는 제2 레이저광을 통해 상기 제1 레이저광을 출력을 제어하는 광제어부
    를 포함하는 무선전력 전송장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광제어부는 상기 광수신부에 수광되는 상기 제2 레이저광에 따라 오브젝트의 디텍트 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 출력부는,
    상기 제1 레이저광 출력을 위한 제1 광출력부와 상기 제2 레이저광 출력을 위한 제2 광출력부를 포함하여 구성되고,
    상기 제1 광출력부와 제2 광출력부 중 적어도 하나는, 옵티컬 파이버로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 출력부의 제2 광출력부는,
    싱글 옵티칼 파이버 또는 다중 옵티칼 파이버로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 광출력부와 제2 광출력부의 출력단 중 적어도 하나에 조사되는 제1 레이저광과 제2 레이저광 중 적어도 하나의 조사 각도 변경 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광제어부는,
    상기 광수신부를 통해 수광되는 제2 레이저광에 따라 디텍트 되는 하나 또는 그 이상의 오브젝트들이 고정 오브젝트(fixed object)인지 무빙 오브젝트(moving object)인지 판단하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광제어부는,
    상기 디텍트된 오브젝트가 무빙 오브젝트이면, 오브젝트 데이터를 산출하되,
    상기 오브젝트 데이터는 상기 무빙 오브젝트의 속도 및 방향에 관한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광제어부는,
    상기 디텍트된 무빙 오브젝트가 상기 오브젝트 데이터에 기초하여 제1 레이저광의 조사 경로로 접근 중이면, 상기 제1 레이저광의 출력을 변경 제어하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광제어부는,
    상기 조사되는 제1 레이저광의 조사 각도 변경/복원, 출력 파워 오프/온, 출력 파워를 임계치 미만으로 변경/복원 중 적어도 하나를 통해 상기 제1 레이저광의 출력을 변경 제어하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저광은, 상기 레이저 광원부에 출력되는 레이저의 에너지 분포상에 FWHM(Full Width at Half-Maximum) 영역의 레이저광을 이용하고, 상기 제2 레이저광은 상기 FWHM 영역 이외의 영역에 해당하는 레이저광을 이용하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
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