WO2018084406A1 - 무선 전력 전송장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

무선 전력 전송장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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wireless power
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cells
power transmitter
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박성범
박재현
유영호
이경우
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삼성전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention generally relates to a wireless power transmitter and a control method thereof, and more particularly to a wireless power transmitter and a control method capable of wirelessly transmitting power to an electronic device.
  • Wireless power transmission includes magnetic induction, magnetic resonance, and electromagnetic wave methods, and electromagnetic wave methods have advantages in remote power transmission compared to other methods.
  • Electromagnetic wave method is mainly used for long distance power transmission, and the key is to locate the exact position of the remote power receiver and to transmit power most efficiently.
  • the electromagnetic wave method radiates electromagnetic waves corresponding to wireless power using a plurality of cell antennas, and the phase of the electromagnetic waves corresponding to the wireless power radiated from each cell antenna according to the position of the target (wireless power receiver or electronic device). And control the size to deliver wireless power efficiently.
  • wireless power should be properly distributed and transmitted to each electronic device.
  • a plurality of cell antennas are divided into equal numbers according to the number of electronic devices that receive wireless power to generate a group, and power is distributed to the generated groups to transmit wireless power.
  • the wireless power transmitter efficiently distributes wireless power by dynamically grouping a plurality of cell antennas based on the number of electronic devices requiring the wireless power, the location and the distance of the electronic devices. Wireless power can be transmitted. According to the present disclosure, the number of cell antennas included in each group may be different based on an electronic device that receives wireless power.
  • a wireless power transmitter includes: a communication circuit configured to receive information transmitted by an electronic device that receives wireless power; An array antenna including a plurality of cells that radiate wireless power; And receiving the information transmitted by the electronic device through the communication circuit, and combining a plurality of cells included in the array antenna based on the information to generate a group corresponding to the electronic device, wherein the plurality of cells included in the group A controller for controlling the cells of the apparatus.
  • a power transmission method of a wireless power transmitter including an array antenna including a plurality of cells may include receiving information from an electronic device; Generating a group corresponding to the electronic device by combining a plurality of cells constituting the array antenna based on the received information; And controlling a plurality of cells included in the generated group.
  • the wireless power transmitter generates a group corresponding to the electronic device by combining a plurality of cells that emit wireless power based on information transmitted by the electronic device receiving the wireless power.
  • a plurality of cells included By controlling a plurality of cells included, it is possible to efficiently supply wireless power.
  • FIG. 1 illustrates an exemplary conceptual diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 illustrates an example of radiating RF waves in various directions in an array antenna of a wireless power transmitter according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a block diagram of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present disclosure.
  • 4A through 4C are diagrams of a wireless power field formed in an array antenna according to various embodiments of the present disclosure.
  • 5A to 5C illustrate an example in which a wireless power transmitter according to various exemplary embodiments of the present disclosure transmits power to a plurality of electronic devices by controlling a phase of a cell constituting an array antenna.
  • FIG. 6 illustrates an example in which a plurality of cells constituting an array antenna according to various exemplary embodiments of the present disclosure are grouped to transmit wireless power.
  • FIG. 7 illustrates an example in which a wireless electronic transmitter according to various exemplary embodiments of the present disclosure detects a new electronic device and regenerates a group while charging one electronic device.
  • FIG 8 illustrates an example in which another electronic device is detected and regenerates a group while the wireless power transmitter according to various exemplary embodiments of the present disclosure is charging two electronic devices.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method for generating and controlling a group by combining cells included in an array antenna according to an electronic device for receiving wireless power, according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method in which a wireless power transmitter further detects a new electronic device and regenerates a group while wirelessly charging the electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of determining a charging priority when a new electronic device is detected while the wireless power transmitter is charging the electronic device at the maximum and / or increased power according to an embodiment of the present disclosure.
  • Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
  • the expression “A or B” or “at least one of A and / or B” and the like may include all possible combinations of items listed together.
  • Expressions such as “first,” “second,” “first,” or “second,” etc. may modify the components, regardless of order or importance, to distinguish one component from another. Used only and do not limit the components.
  • any (eg first) component is said to be “connected” or “connected” to another (eg second) component
  • the other component is said other The component may be directly connected or connected through another component (eg, a third component).
  • controllers configured (or set up) to perform A, B, and C may be executed by executing a dedicated controller (eg, an embedded controller) to perform its operation, or one or more software programs stored in a memory device.
  • a dedicated controller eg, an embedded controller
  • a general purpose controller eg, a CPU or an application processor
  • the wireless power receiver is an electronic device that receives wireless power.
  • a smartphone a tablet PC, a mobile phone, a video phone, an e-book reader, a desktop PC, a laptop PC, a netbook computer It may include at least one of a workstation, a server, a PDA, a portable multimedia player (PMP), an MP3 player, a medical device, a camera, or a wearable device.
  • Wearable devices may be accessory (e.g. watches, rings, bracelets, anklets, necklaces, eyeglasses, contact lenses, or head-mounted-devices (HMDs), textiles or clothing integrated (e.g.
  • a wireless power receiver is, for example, a television, a digital television (DVD). video disk) Players, audio, refrigerators, air conditioners, cleaners, ovens, microwaves, washing machines, air cleaners, set-top boxes, home automation control panels, security control panels, media boxes (e.g. Samsung HomeSync TM , Apple TV TM , Or Google TV TM ), a game console (eg, Xbox TM , PlayStation TM ), an electronic dictionary, an electronic key, a camcorder, or an electronic frame, without limitation.
  • Device IoT: interne t of things
  • IoT sensors are examples of sensors.
  • the wireless power receiver may include a smart car.
  • a smart car may refer to a car that recognizes an internal / external situation of a car in real time by combining next-generation electric electronics, information communication, and control technology. Smart cars are also referred to as connected cars. The smart car may be driven by using an electric battery instead of fossil fuel, and thus may include an electric car.
  • the wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure is not limited to the above-described devices.
  • “user” may mean a person who operates the wireless power transmitter or the wireless power receiver.
  • the “user” may refer to an apparatus (eg, an artificial intelligence wireless power receiver or a robot) that performs an operation of the wireless power transmitter or the wireless power receiver.
  • array antenna means “multiple cell antennas”.
  • Cell in the present disclosure means “cell antenna”.
  • wireless power may mean “electromagnetic waves radiated from a cell.”
  • beam means controlling the magnitude and phase of a plurality of electromagnetic waves, thereby concentrating the electromagnetic waves to a specific position through constructive interference.
  • charging the electronic device by the wireless power transmitter may mean transmitting wireless power to the electronic device or radiating electromagnetic waves corresponding to the wireless power from the cell toward the electronic device.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power receiver refers to an electronic device capable of wirelessly receiving power.
  • an electronic device may be used to mean a wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter 100 may wirelessly transmit power to the at least one electronic device 150 or 160.
  • the wireless power transmitter 100 may include a plurality of cell antennas 111 to 126.
  • the cell antennas 111 to 126 are not limited as long as they are antennas capable of generating radio frequency (RF) waves. At least one of an amplitude and a phase of the RF wave generated by the cell antennas 111 to 126 may be adjusted by the wireless power transmitter 100.
  • RF wave generated by each of the cell antennas 111 to 126 will be generally referred to as a sub-RF wave.
  • each of the cell antennas 111 to 126 is referred to as a 'cell' and a grouping of two or more cell antennas as a 'group'.
  • the wireless power transmitter 100 may adjust at least one of an amplitude and a phase of each of the sub-RF waves radiated from the cell antennas 111 to 126. Meanwhile, the sub-RF waves radiated from each cell antenna may interfere with each other. For example, at one point the sub-RF waves may constructively interfere with each other, and at another point the sub-RF waves may cancel each other.
  • the sub-RF waves generated by the cell antennas 111 to 126 may be subjected to constructive interference with each other at the first point (x1, y1, z1). At least one of each amplitude and phase may be adjusted.
  • the apparatus 100 for transmitting power wirelessly adjusts at least one of the amplitude or phase of the sub-RF wave generated by each cell antenna, so that each sub-RF wave causes constructive interference at an arbitrary position, thereby RF wave for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 100 may determine that the electronic device 150 is disposed at the first points x1, y1, and z1.
  • the position of the electronic device 150 may be, for example, a point where the power reception antenna of the electronic device 150 is located.
  • the wireless power transmitter 100 determines the position of the electronic device 150 will be described later in more detail.
  • the wireless power transmitter 100 may control the cell antennas 111 to 126 such that the sub-RF waves are constructive interference with each other at the first points x1, y1, and z1.
  • controlling the cell antennas 111 to 126 controls the magnitude of the signal input to the cell antennas 111 to 126 or adjusts the phase (or delay) of the signal input to the cell antennas 111 to 126. It can mean controlling.
  • beam forming which is a technique for controlling the RF wave to constructively interfere at a specific point.
  • RF waves formed by beam-forming may be named, for example, pockets of energy.
  • the RF wave 130 formed by the sub-RF waves may have a maximum or substantially maximum and / or increase in amplitude at the first point (x1, y1, z1), and thus the electronic device 150 may have high efficiency.
  • the wireless power transmitter 100 may determine that the electronic device 160 is disposed at the second points x2, y2, and z2.
  • the wireless power transmitter 100 may control the cell antennas 111 to 126 such that the sub-RF waves are constructive interference at the second points x2, y2, and z2 to charge the electronic device 160.
  • the RF wave 140 formed by the sub-RF waves radiated from the plurality of cells may have an amplitude or substantially maximum and / or increase in amplitude at the second point (x2, y2, z2), and thus Device 160 may receive wireless power with high efficiency.
  • the wireless power transmitter 100 may determine the positions of the electronic devices 150 and 160 and cause the sub-RF waves to become constructive interference at the determined position, thereby performing wireless charging with high transmission efficiency.
  • FIG. 2 illustrates an example of radiating RF waves in various directions in an array antenna of a wireless power transmitter according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • each of the first cell antenna 111, the second cell antenna 112, the third cell antenna 113, and the fourth cell antenna 114 may be configured to form a beam in a specific direction. It can be controlled to radiate sub-RF waves with different amplitudes and phases, and each cell can form sub-RF waves 501, 502, 503, 504 generated with a controlled amplitude and phase.
  • the formed sub-RF wave may be equal to the number of cells of the entire array antenna, but the number of beams may be smaller than the total number of array cells when proper beamforming is performed to increase the efficiency of wireless power transmission.
  • the number of beams may be adjusted based on the number of electronic devices requiring wireless charging, and the number of beams required for this may be smaller than the number of cells of the entire array antenna.
  • the wireless power transmitter 600 may include a power source 601, a power transmission array antenna 610, a controller 620 (eg, a processing circuit), a memory 660, and a communication circuit 640. Can be.
  • the electronic device 650 is not limited as long as the device can receive power wirelessly, and includes an antenna 651 for receiving power, a rectifier 652 (for example, a rectifier circuit), and a converter 653 (for example, a converting circuit). And a charger 654 (eg, charging circuit), controller 655 (eg, processing circuit), memory 656, and communication circuit 657.
  • the power receiving antenna 651 may be an array antenna including a plurality of cells.
  • the power source 601 may provide power to the array antenna 610 for power transmission from the array antenna 610 for power transmission for wireless power transmission.
  • the power source 601 may provide, for example, DC power.
  • an inverter (not shown) that converts DC power into AC power and transmits the power to the array antenna 610 for power transmission is wireless. It may be further included in the power transmitter 600. Meanwhile, in another embodiment, the power source 601 may provide AC power to the array antenna 610 for power transmission.
  • the array antenna 610 for power transmission may include a plurality of cell antennas. For example, a plurality of cell antennas as shown in FIG. 1 may be included in the array antenna 610 for power transmission. There is no limitation on the number or arrangement of cell antennas constituting the array antenna 610.
  • the array antenna 610 for power transmission may form an RF wave by using the power provided from the power source 601.
  • the array antenna 610 for power transmission may form an RF wave in a specific direction under the control of the controller 620.
  • forming the RF wave in a specific direction may mean controlling at least one of an amplitude and a phase of the sub-RF waves so that the sub-RF waves at one point in the specific direction cause constructive interference.
  • the controller 620 may include various processing circuits, and may transmit a pilot signal through an array antenna to determine a location of an electronic device that receives wireless power. For example, the controller 620 may control the array antenna 610 for power transmission to form RF waves, for example, pilot signals, for detecting the electronic device 650 to be charged in each of a plurality of directions. have.
  • RF waves for example, pilot signals
  • the RF wave transmitted to detect the electronic device to be charged is called an RF wave for detection. A method of detecting an electronic device using a pilot signal will be described later.
  • the wireless power transmitter not only transmits wireless power through the array antenna but also transmits a pilot signal, which is an RF wave, to determine the location of the electronic device that receives the wireless power.
  • the wireless power transmitter may determine the position of the electronic device using a triangulation method, an IQ signal processing technique, a Doppler effect technique, and the like, but there is no limitation.
  • the memory 660 may store a program or algorithm for generating each of the detection RF waves, that is, the pilot signals in each of the plurality of directions.
  • the controller 620 may control at least one of phase and amplitude of each cell antenna of the array antenna 610 for power transmission using a program or algorithm stored in the memory 660.
  • the controller 620 may control the power transmission array antenna 610 to form a detection RF wave, for example, a pilot signal in a plurality of predefined directions, during the first period. That is, the controller 620 forms a detection RF wave, for example, a pilot signal during a detection period for confirming the existence of the electronic device to be charged, and transmits it in a plurality of directions in the wireless charging space covered by the wireless power transmitter. Can be controlled.
  • a detection RF wave for example, a pilot signal in a plurality of predefined directions
  • the controller 620 may control the cell antennas of the array antenna 610 for power transmission to receive the reflected signal during the second period after the first period elapses.
  • the cell antennas may receive a signal reflected by the pilot signals in the wireless charging space, and the controller 620 may determine which pilot signal corresponds to each of the reflected signals. For example, a pilot signal including identification information allocated for each pilot signal may be transmitted, and identification information may be determined from the received reflection wave corresponding to the transmitted pilot signal to determine which pilot signal corresponds to the received reflection wave. .
  • the controller 620 may extract various characteristic values of the received pilot signal. From the reflected signal, the controller 620 may include, for example, delay time information that is a difference between a transmission time of a pilot signal and a reception time of a reflected wave, phase shift information that is a phase difference between the pilot signal and the received reflected wave, and a magnitude of the pilot signal. Information on attenuation magnitude, which is a difference in magnitude of the received reflected wave, signal key information and error information allocated when the pilot signal is modulated may be extracted and stored.
  • the controller 620 may store reference information, such as Table 1, to which characteristic values extracted from the received reflected waves are mapped corresponding to the directions in which the pilot signals are transmitted.
  • Attenuation magnitude (dB) Phase shift (rad) Time of flight ( ⁇ s) First direction -2 +13 0.12 Second direction -4 -2 0.24 3rd direction -3 +17 0.15 4th direction -4.1 -3 0.28
  • the controller 620 may transmit pilot signals in a plurality of directions for a first period to determine whether the electronic device is located in the charging space at the second time point. As described above, each pilot signal including the identification information is transmitted in a plurality of predefined directions. After transmitting the pilot signal, the wireless power transmitter receives the reflected wave corresponding to the pilot signal transmitted in each direction by using the array antenna during the second period. As described above, the characteristic value may be extracted from each of the received reflected waves, and the controller 620 may compare the previously stored reference information with the characteristic values of the newly extracted reflected waves.
  • the controller 620 may determine at least one of a direction and a position in which the detection target is arranged based on the comparison result.
  • the reference information in the fourth direction may have a signal attenuation of ⁇ 4.1 dB, a phase change of ⁇ 3 rad, and a delay time of 0.28 ⁇ s.
  • the wireless power transmission apparatus can extract that the signal reflected in the fourth direction at the second time point is -1.2dB, the phase change is 40rad, the running time is 0.12 ⁇ s compared to the pilot signal.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly detects a difference between the characteristic value of the reflected wave received in response to the pilot signal transmitted at the first time point and the characteristic value of the reflected wave received in response to the pilot signal transmitted at the second time point with respect to the fourth direction.
  • an amplitude attenuation of 2.9 dB is detected, a phase change of 43 rad is detected, and a delay time of 0.16 ⁇ s can be detected.
  • the wireless power transmitter may determine that the detection target is located in the corresponding direction.
  • the controller 620 may determine the distance and direction to the electronic device based on the wireless power transmitter using the delay time and the phase shift of the reflected signal.
  • the controller 620 may determine the signal reflection characteristic of the object through the attenuation size information.
  • the correct pilot signal transmission time and the signal fading of the path may be confirmed by the signal key information allocated when the pilot signal is modulated.
  • the controller 620 may distinguish whether the detection target located in the detected direction is an electronic device 650 capable of performing wireless charging or an obstacle that cannot perform wireless charging through the comparison process described above.
  • the controller 620 may be an electronic device 650 that requires charging or an obstacle that cannot be charged based on whether the communication signal 659 from the electronic device 650 is received through the communication circuit 640. Perception can be distinguished.
  • the controller 620 may wirelessly charge the electronic device 650 by transmitting a charging RF wave to the electronic device 650.
  • the controller 620 may change the position displacement criterion of the electronic device by reflecting the detected detection target in the reference information to designate the changed position from the existing position as the reference.
  • the controller 620 may determine a direction in which the electronic device 650 is located and determine a direction in which the RF wave is formed based on the determined direction. For example, the controller 620 may control the cell antennas of the power antenna array 610 for generating the sub-RF waves so that the sub-RF waves cause constructive interference at one point in the determined direction. For example, the controller 620 may control at least one of the amplitude and the phase of the sub-RF wave generated from each of the cell antennas by controlling the cell antennas or the control means connected to the cell antennas.
  • the power reception antenna 651 is not limited as long as it is an antenna capable of receiving an RF wave from the power transmission array antenna 610.
  • the power receiving antenna 651 may also be implemented in the form of an array antenna including a plurality of antennas.
  • the AC power received by the power receiving antenna 651 may be rectified by the rectifier 652 into DC power.
  • the converter 653 may convert DC power to a required voltage and provide the charger 654.
  • the charger 654 may charge a battery (not shown).
  • the converter 653 may provide the converted power to a power management integrated circuit (PMIC) (not shown), and the PMIC (not shown) is power required by various hardware of the electronic device 650. May be provided.
  • PMIC power management integrated circuit
  • the controller 655 may monitor the voltage at the output of the rectifier 652.
  • the voltmeter connected to the output terminal of the rectifier 652 may be further included in the electronic device 650, and the controller 655 may monitor the voltage at the output terminal of the rectifier 652 by receiving a voltage value from the voltmeter. have.
  • the controller 655 may provide the communication circuit 657 with information including the voltage value of the output terminal of the rectifier 652.
  • the communication circuit 657 may transmit a communication signal 659 including the received power related information to the wireless power transmitter 600 using a communication antenna (not shown).
  • the received power related information may be information related to the magnitude of the received power, for example, the magnitude of the voltage at the output of the rectifier 652, and may include the magnitude of the current at the output of the rectifier 652.
  • an ammeter capable of measuring the current at the output of the rectifier 652 may be further included in the electronic device 650.
  • any position of the electronic device 650 is not limited as long as the position for measuring the received power related information is checked not only at the output terminal of the rectifier 652 but also the received power.
  • the controller 655 may transmit a communication signal 659 including identification information of the electronic device 650 to the wireless power transmitter 600 through the communication circuit 657.
  • the memory 656 may store a program or an algorithm for controlling various hardware of the electronic device 650. The stored program or algorithm may be executed by the controller 655 to operate the electronic device 650.
  • the wireless power field may refer to an RF wave beam-formed, for example, directed in a specific direction.
  • the wireless power transmitter may form one field in the array antenna.
  • the wireless power transmitter may form a field so that up to 64 cells may focus on one wireless power receiver. That is, the field may be formed such that the RF wave radiated from up to 64 cells has the highest amplitude in the electronic device.
  • the wireless power transmitter may form two fields in the array antenna. For example, when there are 64 antenna cells, the wireless power transmitter may control up to 32 cells to generate a field. For example, 32 cells may form the first field, and the remaining 32 cells may form the second field.
  • the first field may be formed within the range of -67.5 degrees to 0 degrees, and the second field may be formed within the range of 0 degrees to +67.5 degrees.
  • the wireless power transmitter may form three fields in the array antenna.
  • up to 22 cells may be used to generate a field.
  • 22 cells may be allocated to the first field, 22 cells to the second field, and 22 antenna cells to the third field.
  • the first field may be formed in the range of -67.5 degrees to -22.5 degrees
  • the second field may be formed in the range of -22.5 degrees to +22.5 degrees
  • the third field may be radiated in the range of +22.5 degrees to +67.5 degrees. .
  • 5A to 5C illustrate an example in which a wireless power transmitter transmits power to a plurality of electronic devices by controlling a phase of a cell constituting an array antenna.
  • each cell is an antenna that emits sub-RF waves, causing constructive interference such that the sub-RF waves have the highest amplitude and / or increased amplitude at the location of the electronic device being targeted for wireless charging, thereby transmitting wireless power to the electronic device.
  • the controller of the wireless power transmitter may control at least one of the phase and amplitude of the sub-RF wave radiated from each cell.
  • an array antenna 581 and a plurality of cells 583 that constitute the array antenna 581 are shown.
  • the controller may control at least one of a phase and an amplitude of the sub-RF wave radiated from each cell 582 constituting the array antenna 581.
  • the controller of the wireless power transmitter controls at least one of a phase and an amplitude of power supplied to each of the plurality of cells 582 constituting the array antenna 581, thereby radiating the sub-RF signal emitted from the cell 582. You can change the magnitude or phase of the.
  • the controller must control the phase and amplitude individually for each cell, so there are many things to control, which can be computationally expensive and take a long time to control.
  • each cell is individually controlled, there is an advantage in that it is possible to supply wireless power to a plurality of wireless power receivers requiring wireless power of various sizes.
  • the number and location of the electronic device receiving the wireless power has the advantage that can be flexibly responded.
  • the controller controls each cell according to the location of the wireless power receiver so that the RF wave corresponding to the wireless power targets each electronic device. Can emit.
  • an array antenna 584, a plurality of cells 586, and a group 585 are shown.
  • the wireless power transmitter may group a plurality of cells by dynamically combining a plurality of cells. That is, the number of cells included in each group may be different.
  • the controller of the wireless power transmitter may generate a plurality of groups by dynamically grouping a plurality of cells according to the number, location, and amount of power required by the electronic device to receive the wireless power.
  • the number and combination of cells included in each group may vary depending on the location of the electronic device receiving the wireless power, the direction in which the electronic device is disposed, and the amount of power required by the electronic device.
  • the wireless power transmitter may control each group as one unit. For example, the wireless power transmitter may collectively control phase and amplitude for cells belonging to the same group.
  • the wireless power transmitter may control the size and phase of the sub-RF signal radiated from each cell included in the group such that one cell group transmits wireless power to one target (eg, an electronic device).
  • At least one of the phase and the magnitude of power supplied to each cell included in the group may be adjusted based on at least one of the position and the distance of the electronic device to be charged.
  • the number of cells belonging to each group may be different for each group according to the number, direction, distance, required power amount, etc. of the target electronic device to be charged.
  • the wireless power transmitter groups 64 cells into a first group, a second group, a third group, and a fourth group
  • the wireless power transmitter allocates 20 cells to the first group and the second group. 18 cells may be allocated to the group, 16 cells may be allocated to the third group, and 10 cells may be allocated to the fourth group. That is, the wireless power transmitter may adjust the number of cells allocated to each group differently according to the position of the electronic device receiving the wireless power, the direction of placement, and the amount of power required.
  • an array antenna 587, a plurality of cells 589, and a group 588 are shown.
  • the wireless power transmitter may combine a plurality of cells in the same number and group them into one group. That is, the number of cells included in each group is the same.
  • the controller may generate a group by combining a plurality of cells in equal numbers according to the number of wireless power receivers, location information of the wireless power receivers, and the amount of power required by the wireless power receivers.
  • the controller may adjust the amount of power supplied to the wireless power receiver by adjusting the amount of power supplied to the cells included in each group.
  • the wireless power transmitter can group 64 cells into four groups.
  • the number of cells included is equal to 16. That is, the wireless power transmitter may allocate 16 cells to each electronic device. Subsequently, when the arrangement position of the electronic device receiving the wireless power is changed, the wireless power transmitter may target each corresponding electronic device without changing the number of cells included in the group. You can create fields so that Here, 'targeting an electronic device' may mean generating a field to form a beam directed toward the electronic device.
  • FIG. 6 illustrates an example in which a plurality of cells constituting an array antenna according to various exemplary embodiments of the present disclosure are grouped to transmit wireless power.
  • the array antenna 600 may include a plurality of cells 601 to 664.
  • the plurality of cells 601-664 can be grouped into three groups 671, 672, 673, for example.
  • the amount of power required by each electronic device can be assumed, for example, in the order of electronic device A> electronic device B> electronic device C.
  • the wireless power transmitter may receive information transmitted by each electronic device 674, 675, 676 through a communication circuit.
  • the information transmitted by the electronic device may include, for example, a battery remaining amount of the electronic device, a charging mode, a wireless power received by the electronic device, a wireless power required by the electronic device, and ID information of the electronic device.
  • the electronic device may transmit its location information to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter may radiate electromagnetic waves to detect an electronic device that receives wireless power. Since the wireless power transmitter detects the electronic device, the description thereof will be omitted.
  • the wireless power transmitter determines a location of the electronic device that receives the wireless power and the number of electronic devices that receive the wireless power based on the information received from the electronic device, and generates a cell antenna group based on the determined number of the electronic devices. can do.
  • the wireless power transmitter may receive ID information transmitted from the electronic devices 674, 675, and 676, and determine that there are three electronic devices that receive wireless power from the received ID information.
  • the wireless power transmitter may generate a group based on the number of electronic devices. For example, when the number of electronic devices is three, the wireless power transmitter may generate three groups by combining a plurality of cells 601 to 664 included in the array antenna 600.
  • the wireless power transmitter may receive information related to wireless power reception transmitted by the electronic device or information on the amount of power required by the electronic device, and thus determine the number of cells included in the group. For example, if the amount of power required by the electronic devices 674 to 676 is in the order of electronic device A 674> electronic device B 675> electronic device C 676, the wireless power transmitter is an electronic device. Create cell group A 671 for A 674, create cell group B 672 for electronic device B 675, and create cell group C 673 for electronic device C 676, respectively. Can be generated. 32 groups are allocated to the group A 671 to control at least one of a magnitude and a phase of power input to the allocated cells so that the sub-RF waves emitted cause constructive interference to focus the electronic device A 674.
  • 24 cells are allocated to the group B 672 to control at least one of a magnitude and a phase of the power input to the allocated cells so that radiated sub-RF waves cause constructive interference to focus the electronic device B 675.
  • Eight cells are allocated to the group C 673 to control at least one of the magnitude and phase of the power input to the allocated cells so that radiated sub-RF waves cause constructive interference to focus the electronic device C 676.
  • the controller of the wireless power transmitter may set the group in consideration of the position of the cell antenna that can transmit power to the electronic device with the best efficiency. For example, when a group is set up for transmitting wireless power to the electronic device A 674, cells located close to the electronic device A 674 and a cell located at the left side of the array antenna are selected to select the cell group A 671. Can be assigned to
  • FIG. 7 illustrates an example in which a wireless electronic transmitter according to various exemplary embodiments of the present disclosure detects a new electronic device and regenerates a group while charging one electronic device.
  • an array antenna 600, an electronic device A 705, and an electronic device B 707 are shown.
  • the electronic device B 707 is additionally detected while the electronic device A 705 is being charged.
  • the array antenna 600 may include a plurality of cells 601 to 664, and the number of cells may be 64, for example, without limitation.
  • Each cell 601-664 can emit a sub-RF wave, which corresponds to wireless power.
  • the wireless power transmitter When the wireless power transmitter detects the electronic device 705 and charges the electronic device 705, the wireless power transmitter uses the sub-RF wave radiated by all the cells 601 to 664 constituting the array antenna 600.
  • a field focusing 705 may be formed. That is, the wireless power transmitter may control at least one of the phase and amplitude of the wireless power radiated from the cells 601 to 664 so that all the cells 601 to 664 form a field focused on the electronic device 705. .
  • the wireless power transmitter transmits the group A 701 and the group B 703 based on the information transmitted from the electronic device A 705 and the electronic device B 707. Can be generated.
  • the information received from the electronic devices 705 and 707 by the wireless power transmitter may include the amount of wireless power required by the electronic devices 705 and 707.
  • the wireless power transmitter allocates more cells to electronic device A 705 to assign group A 701. Can be generated.
  • group A 701 may include 40 cells and group B 703 may include 24 cells.
  • the wireless power transmitter generates Group A 701 and Group B 703 while generating Group A and B to minimize and / or reduce the impact on the charging power attenuation of the electronic device A 705 that is being charged. It is possible to gradually change the phase and amplitude of the electromagnetic wave emitted from the cells included in (701, 703).
  • the electronic device A 705 and the electronic device A 705 are determined by releasing the grouping for the charging of the electronic device that is being charged by determining the received power, the emergency request, and the like of the electronic device, and then regrouping after stopping the existing power transmission.
  • Wireless power may be transmitted to the electronic device B 707.
  • the wireless power transmitter may increase the amount of power supplied to the plurality of cells included in the group A 701 to maintain a uniform amount of wireless power transmitted to the electronic device A 705 that is being charged.
  • the wireless power transmitter when a new electronic device B 707 is detected while the wireless power transmitter is charging the electronic device A 705, the wireless power transmitter combines a plurality of cells to group A, B 701, 703. ), And adjust the amount of power supplied to the cells included in the groups A, B (701, 703).
  • FIG. 8 illustrates an example in which another electronic device is detected and regenerates a cell group while the wireless power transmitter according to various exemplary embodiments of the present disclosure is charging two electronic devices.
  • an array antenna 600, an electronic device A 705, an electronic device B 707, and an electronic device C 708 are illustrated.
  • the electronic device C 708 is additionally detected while the electronic device A 705 and the electronic device B 707 are being charged.
  • the array antenna 600 may include a plurality of cells 601 to 664.
  • the number of cells may be 64, for example, and there is no limit.
  • Each cell 601-664 can emit a sub-RF wave, which corresponds to wireless power.
  • the wireless power transmitter may disassemble the existing group and create a new group.
  • the wireless power transmitter when the wireless power transmitter detects and charges the two electronic devices 705 and 707, the wireless power transmitter determines a group based on the information transmitted from the electronic device A 705 and the electronic device B 707.
  • a 701 and group B 703 may be created.
  • the wireless power transmitter When the wireless power transmitter detects a new electronic device C 708 while charging the two electronic devices A and B 705 and 707, the wireless power transmitter may generate the existing group A and B 701 and 703. ) And the new combination of cells to create new groups C, D, E (821, 822, 823).
  • the wireless power transmitter may generate groups C, D and E 821, 822, and 823 based on information received from the electronic devices A, B, and C 705, 707, and 708.
  • the number of cells included in each group may be determined based on information transmitted by the electronic device. For example, the number of cells may be determined according to the amount of power required by the electronic device. When the amount of power required by the electronic device is large, a large number of cells may be allocated, and when the amount of power is small, a relatively small number of cells may be allocated.
  • the number of cells included in the group may be determined according to the charging mode of the electronic device. For example, if electronic device A 705 is in a fast charge mode and electronic device B 707 is in a normal charge mode, the wireless power transmitter is relatively large in group C 821 corresponding to electronic device A 705. The number of cells can be allocated.
  • the charging mode of the electronic device may be determined by the user, and as a result, the wireless power transmitter may determine the number of cells included in the group based on the user input and generate a group using the determined cells.
  • the wireless power transmitter may generate a group based on remaining amount information of a battery included in the electronic device. For example, the wireless power transmitter may create a group by allocating a relatively small number of cells to an electronic device having a large amount of battery, compared to an electronic device having a small amount of battery. That is, more power can be sent per unit time by allocating more cells to the electronic device with less remaining capacity. For example, if the remaining battery capacity of the electronic device B 707 is 30% and the remaining power of the electronic device C 708 is 80%, the wireless power transmitter allocates 24 cells to the group D 822 and the group. Eight cells are allocated to C 823.
  • the wireless power transmitter may generate a group according to a distance from the array antenna 600 to the electronic devices A, B, and C 705, 707, and 708. For example, assuming that the distance from the array antenna 600 to the electronic device A 705 is 100 cm, the distance to the electronic device B 707 is 80 cm, and the distance to the electronic device C 708 is 70 cm.
  • the device allocates 32 cells to group C 821 corresponding to electronic device A 705, assigns 24 cells to group D 822 corresponding to electronic device B 707, and assigns 24 cells to electronic device C ( Eight cells may be allocated to the group E 823 corresponding to 708.
  • the wireless power transmitter generates a new group C, D, E (821, 822, 823) while controlling the phase and amplitude so that the amount of wireless power radiated from the cell is gradually changed to the new group C, D, E (821, 822, Wireless power may be radiated from a cell included in 823. Accordingly, the charging operation of the electronic devices A and B 705 and 707, which are being charged previously, is not interrupted and the charging operation may be continuously performed by the cells included in the new group.
  • Wireless power may be transmitted to the electronic devices A 705, B 707, and the electronic device C 708 through the newly created cell groups 821, 822, and 823.
  • the wireless power transmitter supplies power to each cell in a passive type and an active type.
  • the wireless power transmitter applies the same power to each cell using a power divider.
  • the field width may vary based on the number of cells assigned to the group and the phase control angle.
  • the wireless power transmitter when all the cells included in the array antenna are supplying power to one electronic device, when another electronic device enters the charging area, the wireless power transmitter divides the cells evenly into groups according to the number of electronic devices. Can be generated. As a result, the wireless power transmitter may increase the output of the power amplifier to supply sufficient power to the cell when not enough power is supplied to each electronic device. In other words, in the passive method, when the same power is supplied from the power amplifier, the power supplied to each cell may be equally distributed, and the amount of wireless power supplied to each electronic device may vary according to the number of grouped cells.
  • the wireless power transmitter may divide the cell again.
  • the wireless power transmitter does not change the power of the power amplifier, the amount of wireless power transmitted to the previously charged electronic device is The number of cells allocated to the added electronic device may be reduced.
  • the wireless power transmitter may control the output of the power amplifier so that the charging operation may not be interrupted.
  • the wireless power transmitter may individually control the power of each cell.
  • the wireless power transmitter may control the amount of power of each cell by dynamically grouping cells and receiving information about the amount of wireless power received by the electronic device receiving the wireless power from the electronic device.
  • the wireless power transmitter divides the cells into groups according to the number of electronic devices. Can be generated.
  • the wireless power transmitter may increase the output of the power amplifier to supply sufficient power to each cell.
  • the amount of wireless power supplied to each electronic device may vary depending on the number of grouped cells.
  • the wireless power transmitter may divide the cell again.
  • the wireless power transmitter does not change the power of the power amplifier, the amount of wireless power transmitted to the previously charged electronic device is The number of cells allocated to the added electronic device may be reduced. To compensate for this, the wireless power transmitter may control the amount of power supplied to each cell, and thus, the charging operation may not be interrupted.
  • the wireless power transmitter may determine the charging priority and form a new group according to the priority.
  • the priority may be determined based on the information received from the electronic device. In more detail, the priority may be determined according to the remaining battery capacity of the electronic device and whether the charging mode is the rapid mode or the normal mode.
  • the wireless power transmitter when a new electronic device is detected while the wireless power transmitter is charging the electronic device, the wireless power transmitter receives information from the newly added electronic device and based on the received information, the electronic device currently charging. You can determine the priority of and.
  • the wireless power transmitter may create a group to allocate more cells to the newly added electronic device or increase the power supplied to the cells included in the group. have.
  • the wireless power transmitter receives information from the newly added electronic device and prioritizes with the currently charging electronic device. Can be determined and a new group can be created according to the priority.
  • the wireless power transmitter may display the electronic devices A and B.
  • FIG. The priority may be determined between the electronic devices A, B, and C 705, 707, and 708 based on the information received from the C 705, 707, and 708.
  • the wireless power transmitter may create a new group 821, 822, 823 or determine the charging order of the electronic devices A, B, C 705, 707, 708 according to the priority. If the priority is determined in the order of electronic device A 705> electronic device B 707> electronic device C 708, the wireless power transmitter first charges electronic device A 705 and then electronic device A 705. After charging is completed, a new group may be created to charge the electronic devices B and C 707 and 708. For example, the wireless power transmitter may charge an electronic device having a high priority of charging and suspend creation of a new group until the charging of the electronic device is completed.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method for generating and controlling a group by combining cells included in an array antenna according to an electronic device for receiving wireless power, according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power transmitter receives information from the electronic device in step S901.
  • the information may include, for example, a battery remaining amount of the electronic device, a charging mode, a wireless power amount received by the electronic device, ID information of the electronic device, and the like.
  • the charging mode may be set according to a user input, and may be set, for example, to a “fast mode” and a “normal mode”.
  • the wireless power transmitter allocates a group formed of a relatively large number of cells to the electronic apparatus set to the 'rapid mode' to transmit more power. Can be.
  • the wireless power transmitter may generate a group corresponding to the electronic device by combining the cells constituting the array antenna based on the information received in operation S903.
  • the wireless power transmitter may control the at least one of the phase and the amplitude of the sub-RF wave emitted from each of the cell antennas so that the sub-RF waves are constructively interfered at the location of the electronic device, thereby beamforming the electronic device.
  • the wireless power transmitter may group the cells according to the direction and distance of the detected wireless power receiver. As described above, the wireless power transmitter may determine the direction and distance of the wireless power receiver using the location information transmitted by the wireless power receiver or the method described above. When a plurality of wireless power receivers are detected, the wireless power transmitter combines the plurality of cells constituting the array antenna based on the direction and distance in which the wireless power receivers are located to correspond to the plurality of wireless power receivers. Can form groups.
  • the wireless power transmitter may group the array antennas into a plurality of groups according to the number of detected electronic devices. For example, the wireless power transmitter may group the array antennas into two groups when two electronic devices are detected.
  • the wireless power transmitter may control the plurality of cells included in the group generated in step S905.
  • the wireless power transmitter may collectively control at least one of the phase and amplitude of the wireless power radiated from the cell to different phases or amplitudes simultaneously so that cells included in the same group beamform corresponding electronic devices.
  • FIG. 10 illustrates a method for regenerating a group of cells for transmitting power to each electronic device by additionally detecting a new second electronic device while the wireless power transmitter wirelessly charges the first electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power transmitter further detects a second electronic device that needs to be charged while performing a wireless charging operation on the first electronic device in step S1001.
  • the wireless power transmitter may disassemble the existing group and generate a new group based on the detection result in step S1003. For example, if a new third electronic device is detected while the wireless power transmitter generates Group A and Group B to charge the first electronic device and the second electronic device, the wireless power transmitter may select Group A and Group B. New groups C, D, and E can be created for disassembly and assignment to three electronic devices.
  • the wireless power transmitter may change the amount of power supplied to the cells included in the new group in step S1005.
  • the wireless power transmitter supplies 70 amounts of power to Group A and Group B, detects a new electronic device C, and generates new Groups C, D, and E, the wireless power transmitter is Group C, D.
  • E can be increased to 100 for E.
  • the wireless power transmitter can continuously supply wireless power by breaking down the existing group and creating a new group, by gradually changing the phase and amplitude of electromagnetic waves emitted from the cells included in the new group.
  • the wireless power transmitter may temporarily discontinue the wireless power supply while dismantling the existing group, and resume the wireless power supply while creating a new group.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of determining a charging priority when a new electronic device is detected while the wireless power transmitter substantially charges the electronic device at maximum power according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power transmitter detects a new second electronic device while charging the first electronic device at substantially full power, and may receive information such as a charging mode and a remaining battery level for wireless charging. Can be.
  • the wireless power transmitter may determine the charging priority based on the information received from the second electronic device detected in step S1103. For example, the charging priority may be determined based on the charging mode of the electronic device, the battery remaining amount of each electronic device, and the like.
  • the wireless power transmitter When the charging priority is determined, the wireless power transmitter first charges the electronic device having the highest charging priority in step S1105, and suspends the creation of a new cell group until the charging of the electronic device having the high charging priority is completed. can do. For example, if the wireless power transmitter detects a new electronic device while the currently charging electronic device is being charged in the 'rapid mode', the wireless power transmitter suspends creation of a new cell group until the charging of the currently charging electronic device is completed. can do.
  • the wireless power transmitter when the priority is determined, the wireless power transmitter generates a cell group for wirelessly charging a high priority electronic device and a cell group for wirelessly charging a low priority electronic device to generate a high priority. More wireless power and relatively less wireless power to an electronic device having a lower charging priority.
  • Determination of the priority may be determined by analyzing a power remaining amount of the electronic device requiring power reception, a user's request, and a user's electronic device usage pattern.
  • the methods according to the embodiments of the present disclosure disclosed in the specification and the drawings may be implemented in the form of program instructions that may be executed by various computer means and may be recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the computer readable medium may or may not be erased or rewritable, such as volatile or nonvolatile storage devices such as storage devices such as ROM, or RAM, memory chips, devices or integrated circuits, for example. It may be stored in a memory or a storage medium that is optically or magnetically recordable such as, for example, CD, DVD, magnetic disk or magnetic tape and the like, and which can be read by a machine (eg, a computer).
  • a memory that may be included in a wireless power transmitter is an example of a machine-readable storage medium suitable for storing a program or programs containing instructions for implementing embodiments of the present invention.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.

Landscapes

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

Abstract

개시된 바는 무선 전력 전송장치 및 그 제어 방법이다. 무선 전력 전송장치는, 무선 전력을 수신하는 전자장치가 전송하는 정보를 수신하는 통신 회로; 무선 전력을 방사하는 복수의 셀을 포함하는 어레이(array) 안테나; 및 상기 통신 회로를 통해 상기 전자장치가 전송한 정보를 수신하고 상기 정보에 기초하여 상기 어레이 안테나에 포함된 상기 복수 개의 셀의 셀들을 조합하여 상기 전자장치에 대응하는 셀들의 그룹을 생성하고, 상기 그룹에 포함된 상기 셀들을 제어하여 상기 전자장치를 향하여 상기 무선 전력을 방사하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함한다.

Description

무선 전력 전송장치 및 그 제어 방법
본 발명은 일반적으로 무선 전력 전송장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 전자장치에게 무선으로 전력을 송신할 수 있는 무선 전력 전송장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
현대를 살아가는 많은 사람들에게 휴대용 디지털 통신기기들은 하나의 필수 요소가 되었다. 소비자들은 언제 어디서나 다양한 고품질의 서비스를 제공받고 싶어한다. 뿐만 아니라, 최근 IoT (internet of things) 기술의 발달로 인하여 우리 생활 속에 존재하는 각종 센서, 가전기기, 통신기기 등은 네트워크화 되고 있다. 이러한 각종 센서 및 기기들을 원활하게 동작시키기 위해서는 무선 전력 전송 시스템이 필요하다.
무선 전력 전송은 자기유도, 자기공진, 그리고 전자기파 방식이 있으며, 그 중 전자기파 방식은 다른 방식에 비해 원거리 전력 전송에 유리하다는 장점이 있다.
전자기파 방식은 주로 원거리 전력 전송에 사용되며, 원거리에 있는 전력 수신기의 정확한 위치를 파악하여 전력을 가장 효율적으로 전달하는 것이 관건이다.
전자기파 방식은 복수의 셀 안테나를 사용하여 무선 전력에 대응하는 전자파를 방사하는데, 타겟(무선 전력 수신장치 또는 전자장치)이 있는 위치에 따라 각각의 셀 안테나에서 방사되는 무선 전력에 대응하는 전자기파의 위상 및 크기를 제어하여 효율적으로 무선 전력을 전달한다.
전자기파 방식을 이용하여 무선 전력을 전송하는 경우 무선 전력을 필요로 하는 전자장치가 2개 이상인 경우 각각의 전자장치에게 무선 전력을 적절히 분배하여 전송해야 한다. 종래에는 복수의 셀 안테나를 무선 전력을 수신하는 전자장치의 개수에 맞춰 동일한 개수로 분할하여 그룹을 생성하고, 생성된 그룹에 전력을 분배하여 무선 전력을 전송했다.
본 개시의 다양한 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 무선 전력을 필요로 하는 전자장치의 개수, 전자장치의 위치 및 거리에 기초하여 복수의 셀 안테나를 동적으로 그룹핑하여 무선 전력을 분배함으로써 효율적으로 무선 전력을 전송할 수 있다. 본 개시에 따르면 각 그룹에 포함된 셀 안테나의 개수는 무선 전력을 수신하는 전자장치에 기초하여 상이할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는, 무선 전력을 수신하는 전자장치가 전송하는 정보를 수신 하는 통신 회로; 무선 전력을 방사하는 복수의 셀을 포함하는 어레이(array) 안테나; 및 상기 통신 회로를 통해 상기 전자장치가 전송한 정보를 수신하고 상기 정보에 기초하여 상기 어레이 안테나에 포함된 복수의 셀을 조합하여 상기 전자장치에 대응하는 그룹을 생성하고, 상기 그룹에 포함된 복수의 셀을 제어하는 컨트롤러;를 포함한다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 복수의 셀로 구성된 어레이 안테나를 포함하는 무선 전력 전송장치의 전력 전송 방법은, 전자장치로부터 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 정보에 기초하여 상기 어레이 안테나를 구성하는 복수의 셀을 조합하여 상기 전자장치에 대응하는 그룹을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 그룹에 포함된 복수의 셀을 제어하는 단계;를 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 무선 전력 전송장치는 무선 전력을 수신하는 전자장치가 전송하는 정보에 기초하여 무선 전력을 방사하는 복수의 셀을 조합하여 전자장치에 대응하는 그룹을 생성하고, 그룹에 포함된 복수의 셀을 제어함으로써 효율적으로 무선 전력을 공급할 수 있다.
본 개시의 상기 및 다른 양상들, 특징들 및 부수적인 이점들은 첨부 도면들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백 해지고 쉽게 이해될 것이며, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낼 수 있으며,
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신 장치의 예시적인 개념도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치의 어레이 안테나에서 다양한 방향으로 RF 웨이브를 방사하는 예를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 블록도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 어레이 안테나에서 형성되는 무선 전력 필드의 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는, 본 개시의 다양한 예시적인 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 어레이 안테나를 구성하는 셀의 위상을 제어하여 복수의 전자장치로 전력을 전송하는 예를 도시한다.
도 6은, 본 개시의 다양한 예시적인 실시예에 따른 어레이 안테나를 구성하는 복수의 셀이 무선 전력을 전송하기 위해 그룹핑되는 예를 도시한다
도 7은, 본 개시의 다양한 예시적인 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 하나의 전자장치를 충전하는 도중에 새로운 전자장치가 검출되어 그룹을 재생성 하는 예를 도시한다.
도 8은, 본 개시의 다양한 예시적인 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 두 개의 전자장치를 충전하는 도중에 또 다른 전자장치가 검출되어 그룹을 재생성 하는 예를 도시한다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 무선전력을 수신하는 전자장치에 따라 어레이 안테나에 포함된 셀을 조합하여 그룹을 생성하고 제어하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 전자장치를 무선 충전하는 중에 새로운 전자장치를 추가로 검출하여 그룹을 재생성하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 11은 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 최대 및/또는 증가된 파워로 전자장치를 충전하는 중에 새로운 전자장치가 검출되는 경우 충전 우선 순위를 결정하는 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 개시에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 개시에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 컨트롤러"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 컨트롤러(예: 임베디드 컨트롤러), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 컨트롤러(예: CPU 또는 application processor)를, 예를 들어 제한없이, 의미할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 전력 수신장치는 무선 전력을 수신하는 전자장치이며, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 제한은 없다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 제한은 없다. 어떤 실시 예들에서, 무선 전력 수신장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 제한은 없다. 또한 무선 전력 수신장치는 사물인터넷 장치(IoT: internet of things) 및 사물인터넷 센서를 포함할 수 있다.
또한 무선 전력 수신장치는 스마트 자동차(smart car)를 포함할 수 있다. 스마트 자동차는 차세대 전기 전자, 정보 통신, 제어 기술을 접목하여 자동차의 내/외부 상황을 실시간으로 인식하는 자동차를 의미할 수 있다. 스마트 자동차는 커넥티드 자동차(connected car)라고도 칭해진다. 스마트 자동차는 화석 연료가 아닌 전기 배터리를 이용하여 구동될 수 있으므로 전기 자동차를 포함하는 의미일 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 무선 전력 수신장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 개시에서 "사용자"란 무선 전력 전송장치 또는 무선 전력 수신장치를 조작하는 사람을 의미할 수 있다. 또한, "사용자"란 무선 전력 전송장치 또는 무선 전력 수신장치의 조작을 수행하는 장치(예: 인공지능 무선 전력 수신장치 또는 로봇 등)를 지칭할 수 있다.
본 개시에서 "어레이 안테나" 는 "복수의 셀 안테나"를 의미한다.
본 개시에서 "셀"은 "셀 안테나"를 의미한다.
본 개시에서 "무선 전력"은 "셀에서 방사되는 전자기파"를 의미할 수 있다.
본 개시에서 "빔"은 복수 개의 전자기파의 크기와 위상을 제어하여, 보강 간섭을 통해 특정 위치로 전자기파가 집중되는 것을 의미한다.
본 개시에서 무선 전력 전송장치가 전자장치를 충전한다는 것은 전자장치로 무선 전력을 전송 한다는 의미 또는 셀에서 전자장치를 향해 무선 전력에 대응하는 전자기파를 방사하는 의미일 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 개시의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신 장치의 개념도를 도시한다.
무선 전력 수신장치는 무선으로 전력을 수신할 수 있는 전자장치를 의미한다. 이하의 설명에서는 전자장치는 무선 전력 수신장치를 의미하는 것으로 사용될 수 있다.
무선 전력 전송장치(100)는 적어도 하나의 전자장치(150,160)에게 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 본 개시의 실시예에서, 무선 전력 전송장치(100)는 복수 개의 셀 안테나 (111 내지 126)를 포함할 수 있다. 셀 안테나(111 내지 126)는 RF(radio frequency) 웨이브를 발생시킬 수 있는 안테나라면 제한이 없다. 셀 안테나(111 내지 126)가 발생시키는 RF 웨이브의 진폭 및 위상 중 적어도 하나는 무선 전력 전송장치(100)에 의하여 조정될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 셀 안테나(111 내지 126) 각각이 발생시키는 RF 웨이브를 서브 RF 웨이브라 일반적으로 명명하도록 한다.
또한 각각의 셀 안테나(111 내지 126)를 '셀', 2개 이상의 셀 안테나를 그룹핑(grouping) 한 것을 '그룹' 으로 명명하도록 한다.
본 개시의 다양한 실시예에서, 무선 전력 전송장치(100)는 셀 안테나(111 내지 126)에서 방사되는 서브 RF 웨이브 각각의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 한편, 각 셀 안테나에서 방사된 서브 RF 웨이브들은 서로 간섭될 수 있다. 예를 들어, 어느 한 지점에서는 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭될 수 있으며, 또 다른 지점에서는 서브 RF 웨이브들이 서로 상쇄 간섭될 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭될 수 있도록, 셀 안테나(111 내지 126)가 발생하는 서브 RF 웨이브 각각의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송 장치(100)는 각 셀 안테나에서 생성된 서브 RF 웨이브의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나를 조정하여, 임의의 위치에서 각 서브 RF 웨이브가 보강 간섭을 일으켜 무선 전력 전달을 위한 RF 웨이브가 실질적으로 최대 진폭을 형성하도록 각 셀 안테나를 제어할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 전송장치(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에 전자장치(150)가 배치된 것을 결정할 수 있다. 여기에서, 전자장치(150)의 위치는, 예를 들어 전자장치(150)의 전력 수신용 안테나가 위치한 지점일 수 있다. 무선 전력 전송장치(100)가 전자장치(150)의 위치를 결정하는 구성에 대해서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 전자장치(150)가 높은 효율로 무선 전력을 수신하기 위하여서는, 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 각 셀 안테나에서 방사된 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭되어야 한다. 이에 따라, 무선 전력 전송장치(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭이 되도록 셀 안테나(111 내지 126)를 제어할 수 있다. 여기에서, 셀 안테나(111 내지 126)를 제어한다는 것은, 셀 안테나(111 내지 126)로 입력되는 신호의 크기를 제어하거나 또는 셀 안테나(111 내지 126)로 입력되는 신호의 위상(또는 딜레이)을 제어하는 것을 의미할 수 있다.
한편, 특정 지점에서 RF 웨이브가 보강 간섭되도록 제어하는 기술인 빔-포밍(beam forming)에 대하여서는 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 아울러, 본 발명에서 이용되는 빔-포밍의 종류에 대하여 제한이 없으며 또한 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 빔-포밍에 의하여 형성된 RF 웨이브를, 예를 들어 에너지 포켓(pockets of energy)이라 명명할 수도 있다.
서브 RF 웨이브들에 의하여 형성된 RF 웨이브(130)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 진폭이 최대 또는 실질적으로 최대 및/또는 증가 될 수 있으며, 이에 따라 전자장치(150)는 높은 효율로 무선 전력을 수신할 수 있다. 한편, 무선 전력 전송장치(100)는 제 2 지점(x2,y2,z2)에 전자장치(160)가 배치된 것을 결정할 수도 있다. 무선 전력 전송장치(100)는 전자장치(160)를 충전하기 위하여 서브 RF 웨이브들이 제 2 지점(x2,y2,z2)에서 보강 간섭이 되도록 셀 안테나(111 내지 126)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 복수의 셀들에서 방사된 서브 RF 웨이브들에 의하여 형성된 RF 웨이브(140)는 제 2 지점(x2,y2,z2)에서 진폭이 또는 실질적으로 최대 및/또는 증가 될 수 있으며, 이에 따라 전자장치(160)는 높은 효율로 무선 전력을 수신할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 전송장치(100)는 전자장치(150,160)의 위치를 결정하고, 결정된 위치에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭이 되게 하여, 높은 송신 효율로 무선 충전을 수행할 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치의 어레이 안테나에서 다양한 방향으로 RF 웨이브를 방사하는 예를 도시한다.
도 2를 참조하면, 제 1 셀 안테나(111), 제 2 셀 안테나(112), 제 3 셀 안테나(113) 및 제 4 셀 안테나(114) 각각은 특정 방향으로 빔을 포밍(forming)하기 위해 서로 다른 진폭과 위상을 갖는 서브 RF 웨이브를 방사하도록 제어될 수 있으며, 각 셀에서는 제어된 진폭과 위상으로 생성된 서브 RF 웨이브(501,502,503,504)를 형성할 수 있다.
형성된 서브 RF 웨이브는 전체 어레이 안테나의 셀의 개수와 동일 할 수 있으나, 무선 전력 전송의 효율 증대를 위해 적절한 빔 포밍을 할 경우 빔의 개수는 전체 어레이 셀의 개수 보다 줄어들 수 있다. 예를 들어, 무선 충전을 필요로 하는 전자 장치의 개수에 기초하여 빔의 개수는 조정될 수 있으며 이에 필요한 빔의 개수는 전체 어레이 안테나의 셀의 개수 보다 작을 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 블록도를 도시한다. 무선 전력 전송장치(600)는 전력 소스(source)(601), 전력 송신용 어레이 안테나(610), 컨트롤러(620)(예:처리 회로), 메모리(660) 및 통신 회로(640)를 포함할 수 있다.
전자장치(650)는 무선으로 전력을 수신할 수 있는 장치이면 제한이 없으며, 전력 수신용 안테나(651), 정류기(652)(예: 정류 회로), 컨터버(653)(예: 컨버팅 회로), 차저(charger)(654)(예: 차징 회로), 컨트롤러(655)(예: 처리 회로), 메모리(656) 및 통신 회로(657)를 포함할 수 있다. 전력 수신용 안테나(651)는 복수의 셀을 포함하는 어레이 안테나일 수 있다.
전력 소스(601)는 전력 송신용 어레이 안테나(610)에서 무선 전력 송신을 위해 필요한 전력을 전력 송신용 어레이 안테나(610)로 제공할 수 있다. 전력 소스(601)는, 예를 들어 직류 전력을 제공할 수 있으며, 이 경우에는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 송신용 어레이 안테나(610)로 전달하는 인버터(inverter)(미도시)가 무선 전력 전송장치(600)에 더 포함될 수도 있다. 한편, 다른 실시예에서는, 전력 소스(601)는 교류 전력을 전력 송신용 어레이 안테나(610)로 제공할 수도 있다.
전력 송신용 어레이 안테나(610)는 복수 개의 셀 안테나들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 복수 개의 셀 안테나들이 전력 송신용 어레이 안테나(610)에 포함될 수 있다. 어레이 안테나(610)를 구성하는 셀 안테나의 개수 또는 배열 형태에 대하여서는 제한이 없다. 전력 송신용 어레이 안테나(610)는 전력 소스(601)로부터 제공받은 전력을 이용하여, RF 웨이브를 형성할 수 있다. 전력 송신용 어레이 안테나(610)는 컨트롤러(620)의 제어에 따라서, 특정 방향으로 RF 웨이브를 형성할 수 있다. 여기에서, 특정 방향으로 RF 웨이브를 형성한다는 것은, 특정 방향의 일 지점에서의 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭을 일으키도록, 서브 RF 웨이브들의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 제어함을 의미할 수 있다.
컨트롤러(620)는, 다양한 처리 회로를 포함할 수 있으며, 무선 전력을 수신하는 전자장치의 위치를 결정하기 위해 어레이 안테나를 통해 파일럿 신호를 송신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(620)는, 전력 송신용 어레이 안테나(610)가 복수 개의 방향 각각으로 충전 대상인 전자 장치(650)를 검출하기 위한 RF 웨이브, 예를 들어 파일럿 신호 각각을 형성하도록 제어할 수 있다. 여기에서 충전 대상인 전자 장치를 검출하기 위해 전송되는 RF 웨이브를 검출용 RF 웨이브라 명명한다. 파일럿 신호를 이용하여 전자 장치를 검출하는 방법에 대해서는 후술할 것이다.
상술한 바와 같이 무선 전력 전송 장치는 어레이 안테나를 통해 무선 전력 송신뿐만 아니라, 무선 전력을 수신하는 전자장치의 위치를 파악하기 위해 RF 웨이브인 파일럿 신호를 송신할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 삼각 측량법, IQ 신호처리 기법 및 도플러 효과 기법 등을 이용하여 전자장치의 위치를 파악할 수도 있으며, 제한은 없다.
메모리(660)에는 복수 개의 방향 각각으로 검출용 RF 웨이브, 즉 파일럿 신호 각각을 생성하도록 하는 프로그램 또는 알고리즘이 저장될 수 있다. 컨트롤러(620)는 메모리(660)에 저장된 프로그램 또는 알고리즘을 이용하여, 전력 송신용 어레이 안테나(610)의 셀 안테나 각각의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
상술한 파일럿 신호를 이용하여 충전 대상인 전자 장치를 감지하는 방법에 대한 자세한 설명은 아래와 같다.
제1 시점에 컨트롤러(620)는 전력 송신용 어레이 안테나(610)를 제어하여 사전에 정의된 복수의 방향으로 검출용 RF 웨이브, 예를 들어 파일럿 신호를 제 1 기간 동안에 형성하도록 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤러(620)는, 검출용 RF 웨이브, 예를 들어 파일럿 신호를 충전 대상인 전자 장치의 존재를 확인하기 위한 검출 구간 동안에 형성하여 무선 전력 전송 장치가 커버하는 무선 충전 공간 내의 복수의 방향으로 전송하도록 제어할 수 있다.
컨트롤러(620)는 제 1 기간이 경과된 후 제 2 기간 동안, 전력 송신용 어레이 안테나(610)의 셀 안테나들이 반사된 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 셀 안테나들은 무선 충전 공간 내에서 파일럿 신호들이 반사된 신호를 수신할 수 있으며, 컨트롤러(620)는 반사된 신호 각각이 어떤 파일럿 신호에 대응되는지를 판단할 수 있다. 예를 들면, 파일럿 신호 별로 할당되는 식별 정보가 포함된 파일럿 신호를 전송하고, 전송된 파일럿 신호에 대응하여 수신되는 반사파로부터 식별 정보를 추출하여 수신된 반사파가 어떤 파일럿 신호에 대응되는지 판단될 수 있다.
컨트롤러(620)는 수신된 파일럿 신호의 여러 가지 특성치를 추출할 수 있다. 컨트롤러(620)는 반사된 신호로부터, 예를 들어, 파일럿 신호의 전송시각과 반사파의 수신 시각의 차이인 지연 시간 정보, 파일럿 신호와 수신된 반사파 간의 위상 차이인 위상 변위 정보, 파일럿 신호의 크기와 수신된 반사파의 크기 차이인 감쇄 크기에 대한 정보, 파일럿 신호의 변조 시에 할당된 신호키 정보 및 에러 정보를 추출하고 저장할 수 있다.
예를 들면, 컨트롤러(620)는 각 파일럿 신호들이 전송된 방향에 대응하여 수신된 반사파에서 추출된 특성 치가 매핑되는 표1과 같은 레퍼런스 정보를 저장할 수 있다.
방향 감쇠 크기(dB) 위상 변화(rad) 지연 시간(time of flight)(μs)
제1방향 -2 +13 0.12
제2방향 -4 -2 0.24
제3방향 -3 +17 0.15
제4방향 -4.1 -3 0.28
상기와 같은 레퍼런스 정보를 저장한 상태에서, 컨트롤러(620)는 제2 시점에서 전자 장치가 충전 공간상에 위치하고 있는지를 파악하기 위해 파일럿 신호를 복수 개의 방향으로 제1 기간 동안 각각 송신할 수 있다. 상술한 바와 같이, 식별 정보를 포함하는 각 파일럿 신호는 사전에 정의된 복수의 방향으로 전송된다. 파일럿 신호 전송 후, 제2 기간 동안 무선 전력 전송 장치는 어레이 안테나를 이용하여 각 방향으로 전송된 파일럿 신호에 대응하는 반사파를 수신한다. 상술한 바와 같이 수신된 각 반사파로부터 특성치를 추출할 수 있으며, 컨트롤러(620)는 이전에 저장되어 있는 레퍼런스 정보와 새롭게 추출된 반사파의 특성치를 비교할 수 있다.
컨트롤러(620)는, 상술한 비교 결과에 기초하여 검출 대상이 배치된 방향 및 위치 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 예를 들어, 표 1과 같이 제 4 방향의 레퍼런스 정보는, 신호 감쇄가 -4.1dB이며, 위상 변화가 -3rad이며, 지연 시간이 0.28μs인 것일 수 있다. 한편, 무선 전력 송신 장치는 제 2 시점에서 제 4 방향에서 반사된 신호는 파일럿 신호에 비하여 신호 감쇄가 -1.2dB이며, 위상 변화가 40rad이며, 진행 시간이 0.12μs인 것을 추출할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치는 제4 방향에 대해 제1 시점에 전송된 파일럿 신호에 대응하여 수신된 반사파의 특성치와 제2시점에 전송된 파일럿 신호에 대응하여 수신된 반사파의 특성치의 차이를 검출할 수 있다. 무선 전력 송신 장치는, 2.9dB의 진폭 감쇄가 검출되고, 43rad의 위상 변화가 검출되고, 0.16μs의 지연 시간이 검출할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 레퍼런스 정보와 반사된 신호의 특성치 사이의 차이가 임계치를 초과하는 것으로 판단되면, 해당 방향에 검출 대상이 위치한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 컨트롤러(620)는 반사된 신호의 지연 시간 및 위상 변위를 이용하여 무선전력 전송장치를 기준으로 전자장치까지의 거리 및 방향을 결정할 수 있다. 그리고, 컨트롤러(620)는 감쇄 크기 정보를 통해 물체의 신호 반사 특성을 파악할 수 있다. 추가적으로, 파일럿 신호의 변조 시 할당된 신호키 정보에 의해 정확한 파일럿 신호 송신 시간 및 경로의 신호 페이딩 등을 확인 할 수 있다.
컨트롤러(620)는 상기에서 설명된 비교 과정을 통해 검출된 방향에 위치한 검출 대상이 무선 충전을 수행할 수 있는 전자장치(650)인지 또는 무선 충전을 수행할 수 없는 장애물인지를 구분할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(620)는 전자장치(650)로부터의 통신 신호(659)가 통신 회로(640)를 통해 수신되는지 여부에 기초하여, 충전이 필요한 전자장치(650)인지 아니면 충전이 불가능한 장애물인지를 구분할 수 있다. 충전이 필요한 전자 장치로 결정되면, 컨트롤러(620)는 전자장치(650)로 충전용 RF 웨이브를 전송하여 전자 장치(650)을 무선 충전할 수 있다. 아울러, 컨트롤러(620)는 검출된 검출 대상을 레퍼런스 정보에 반영하여 전자장치의 위치 변위 기준을 변경하여 기존 위치에서 변경된 위치를 재 기준으로 지정할 수 있다.
컨트롤러(620)는, 전자장치(650)가 위치한 방향을 결정할 수 있으며, 결정된 방향에 기초하여 RF 웨이브의 형성 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(620)는, 결정된 방향의 일 지점에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭을 일으키도록, 서브 RF 웨이브들을 발생시키는 전력 송신용 어레이 안테나(610)의 셀 안테나들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(620)는 셀 안테나들 또는 셀 안테나들과 연결된 제어 수단을 제어함으로써, 셀 안테나들 각각으로부터 발생되는 서브 RF 웨이브의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
전력 수신용 안테나(651)는, 전력 송신 어레이 안테나(610)로부터의 RF 웨이브를 수신할 수 있는 안테나라면 제한이 없다. 아울러, 전력 수신용 안테나(651) 또한 복수 개의 안테나를 포함하는 어레이 안테나 형태로 구현될 수도 있다. 전력 수신용 안테나(651)에서 수신된 교류 전력은 정류기(652)에 의하여 직류 전력으로 정류될 수 있다. 컨버터(653)는 직류 전력을 요구되는 전압으로 컨버팅하여 차저(654)로 제공할 수 있다. 차저(654)는 배터리(미도시)를 충전할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 컨버터(653)는 컨버팅된 전력을 PMIC(power management integrated circuit)(미도시)로 제공할 수도 있으며, PMIC(미도시)는 전자장치(650)의 각종 하드웨어로 필요한 전력을 제공할 수도 있다.
한편, 컨트롤러(655)는 정류기(652)의 출력단의 전압을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 정류기(652)의 출력단에 연결되는 전압계가 전자장치(650)에 더 포함될 수도 있으며, 컨트롤러(655)는 전압계로부터 전압값을 제공받아 정류기(652)의 출력단의 전압을 모니터링할 수 있다. 컨트롤러(655)는 정류기(652)의 출력단의 전압값을 포함하는 정보를 통신 회로(657)로 제공할 수 있다. 통신 회로(657)는 통신용 안테나(미도시)를 이용하여 수신 전력 관련 정보를 포함하는 통신 신호(659)를 무선 전력 송신장치(600)로 송신할 수 있다. 수신 전력 관련 정보는, 예를 들어 정류기(652)의 출력단의 전압 크기와 같은 수신되는 전력의 크기와 연관되는 정보일 수 있으며, 정류기(652)의 출력단의 전류 크기를 포함할 수도 있다. 이 경우, 정류기(652)의 출력단의 전류를 측정할 수 있는 전류계가 전자장치(650)에 더 포함될 수 있음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 아울러, 수신 전력 관련 정보를 측정하는 위치 또한 정류기(652)의 출력단 뿐만 아니라, 수신된 전력의 크기를 확인할 있다면 전자장치(650)의 어떠한 지점이라도 제한이 없다.
아울러, 상술한 바와 같이, 컨트롤러(655)는 전자장치(650)의 식별 정보를 포함하는 통신 신호(659)를 통신회로(657)을 통해 무선 전력 송신장치(600)으로 송신할 수도 있다. 메모리(656)는 전자장치(650)의 각종 하드웨어를 제어할 수 있는 프로그램 또는 알고리즘을 저장할 수 있다. 저장된 프로그램 또는 알고리즘은 컨트롤러(655)에 의해 실행되어 전자 장치(650)를 동작시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 어레이 안테나에서 형성되는 무선 전력 필드를 개념적으로 도시한다. 여기서 무선 전력 필드는 빔 포밍된, 예를 들어 특정 방향으로 지향된 RF 웨이브를 의미할 수 있다.
도 4a를 참조하면 무선 전력을 수신하는 전자장치가 한 개인 경우, 무선 전력 전송장치는 어레이 안테나에서 하나의 필드(filed)를 형성할 수 있다. 예컨대, 안테나 셀이 64개인 경우, 무선 전력 전송장치는 최대 64개의 셀이 하나의 무선 전력 수신 장치를 포커싱(focusing) 하도록 필드를 형성할 수 있다. 즉, 최대 64개의 셀에서 방사되는 RF 웨이브가 전자장치에서 가장 높은 진폭을 갖도록 필드를 형성할 수 있다.
설명의 편의를 위해 구 좌표계의 쎄타(Theta) 방향만 고려하며, 파이(Pi) 방향은 0~360도로 변위되는 것을 가정한다.
도 4b를 참조하면 무선 전력을 수신하는 전자장치가 두 개인 경우, 무선 전력 전송장치는 어레이 안테나에서 2 개의 필드를 형성할 수 있다. 예컨대 안테나 셀이 64개인 경우 무선 전력 전송장치는 최대 32개까지의 셀이 필드를 생성하도록 제어할 수 있다. 예를 들어 32개의 셀이 제 1 필드를 형성하고, 나머지 32개의 셀이 제 2 필드를 형성하도록 할 수 있다. 제 1 필드는 -67.5도에서 0도 범위 내에서 형성되고, 제 2 필드는 0도에서 +67.5도 범위 내에서 형성될 수 있다.
도 4c를 참조하면 무선 전력을 수신하는 전자장치가 세 개인 경우, 무선 전력 전송장치는 어레이 안테나에서 3 개의 필드를 형성할 수 있다. 예컨대 안테나 셀이 64개인 경우 최대 22개까지의 셀을 이용하여 필드를 생성하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제 1 필드에에 22개의 셀, 제 2 필드에 22개의 셀, 그리고 제 3 필드에 22개의 안테나 셀이 할당될 수 있다. 제 1 필드는 -67.5도 내지 -22.5도 범위에서 형성되고, 제 2 필드는 는 -22.5도 내지 +22.5도 범위에서 형성되고, 제 3 필드는 +22.5도 내지 +67.5도 범위에서 방사될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 무선 전력 전송장치가 어레이 안테나를 구성하는 셀의 위상을 제어하여 복수의 전자장치로 전력을 전송하는 예를 도시한다. 여기서 각각의 셀은 서브 RF 웨이브를 방사하는 안테나이며, 서브 RF 웨이브들이 무선 충전의 대상인 전자 장치의 위치에서 가장 높은 진폭 및/또는 증가된 진폭을 갖도록 보강 간섭을 일으켜, 전자장치로 무선 전력을 전송할 수 있다. 이를 위해, 무선 전력 전송장치의 컨트롤러는 각각의 셀에서 방사되는 서브 RF 웨이브의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
도 5a를 참조하면 어레이 안테나(581) 및 어레이 안테나(581)을 구성하는 복수의 셀(583)이 도시되어 있다. 컨트롤러는 어레이 안테나(581)를 구성하는 각각의 셀(582)에서 방사되는 서브 RF 웨이브의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송장치의 컨트롤러는 어레이 안테나(581)를 구성하는 복수의 셀(582) 각각에 공급되는 전력의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 제어하여 셀(582)에서 방사되는 서브 RF 신호의 크기 또는 위상을 변경할 수 있다.
컨트롤러는 각각의 셀에 대해 개별적으로 위상 및 진폭을 제어해야 하므로, 제어 해야 할 대상이 많아 연산량이 많고 제어 시간이 오래 걸릴 수 있다. 그러나, 각각의 셀이 개별적으로 제어되므로 다양한 크기의 무선 전력을 필요로 하는 복수의 무선전력 수신장치에 대해 무선 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다. 또한 무선전력을 수신하는 전자장치의 개수 및 위치가 변경되는 경우에도 유연하게 대응할 수 있는 장점이 있다.
예를 들면 무선전력을 수신하는 전자장치가 2개인 경우 컨트롤러는 무선전력 수신장치의 위치에 따라 각각의 셀을 제어하여 무선 전력에 대응하는 RF 웨이브가 각각의 전자장치를 타겟팅(targeting) 하도록 RF 웨이브를 방사할 수 있다.
도 5b를 참조하면 어레이 안테나(584), 복수의 셀(586) 및 그룹(585)이 도시되어 있다.
무선 전력 전송장치는 복수의 셀을 동적으로 조합하여 복수의 그룹으로 그룹핑 할 수 있다. 즉, 각 그룹에 포함되는 셀의 개수는 다를 수 있다.
무선 전력 전송장치의 컨트롤러는 무선전력을 수신하는 전자장치의 개수, 위치 및 전자장치가 필요로 하는 전력량에 따라 복수의 셀을 동적으로 그룹핑 하여 복수의 그룹을 생성할 수 있다. 각 그룹에 포함되는 셀의 개수 및 조합은 무선 전력을 수신하는 전자장치의 위치, 전자장치가 배치된 방향 및 전자장치가 필요로 하는 전력량에 따라 다를 수 있다. 무선 전력 전송장치는 각 그룹을 하나의 단위로 제어할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송장치는 동일한 그룹에 속한 셀에 대해 위상 및 진폭을 일괄적으로 제어할 수 있다. 무선 전력 전송장치는 하나의 셀 그룹이 하나의 타겟(예를 들어, 전자장치)에 무선 전력을 전송하도록 그룹에 포함된 각 셀에서 방사되는 서브 RF 신호의 크기 및 위상을 제어할 수 있다. 즉, 충전하고자 하는 전자 장치의 위치 및 거리 중 적어도 하나에 기반하여 그룹에 포함된 각각의 셀로 공급되는 전력의 위상 및 크기 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 이 때 각 그룹에 속하는 셀의 개수는 충전하려는 대상 전자 장치의 개수, 방향, 거리, 요구 전력량 등에 따라 각 그룹마다 다를 수 있다.
예를 들면 무선 전력 전송장치가 64개의 셀을 제 1 그룹, 제 2 그룹, 제 3 그룹 및 제 4 그룹으로 그룹핑 하는 경우, 무선 전력 전송장치는 제 1 그룹에는 20개의 셀을 할당하고, 제 2 그룹에는 18개의 셀을 할당하고, 제 3 그룹에는 16개의 셀을 할당하고, 제 4 그룹에는 10개의 셀을 할당할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송장치는 무선 전력을 수신하는 전자장치의 위치, 배치 방향 및 필요로 하는 전력량에 따라 각 그룹에 할당되는 셀의 개수를 다르게 조정할 수 있다.
도 5c를 참조하면 어레이 안테나(587), 복수의 셀(589) 및 그룹(588)이 도시되어 있다.
무선 전력 전송장치는 복수의 셀을 동일한 개수로 조합하여 하나의 그룹으로 그룹핑 할 수 있다. 즉, 각 그룹에 포함되는 셀의 개수는 동일하다. 컨트롤러는 무선전력 수신장치의 개수, 무선전력 수신장치의 위치 정보 및 무선전력 수신장치가 필요로 하는 전력량에 따라 복수의 셀을 동일한 개수로 조합하여 그룹을 생성할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 각 그룹에 포함된 셀로 공급되는 전력량을 조절하여 무선 전력 수신장치로 공급되는 전력량을 조정할 수 있다.
예를 들면 무선 전력을 수신하는 전자장치의 개수가 4개이고, 어레이 안테나를 구성하는 셀의 개수가 64개인 경우, 무선 전력 전송장치는 64개의 셀을 4개의 그룹으로 그룹핑할 수 있으며, 각 그룹에 포함되는 셀의 개수는 16개로 동일하다. 즉 무선 전력 전송장치는 각각의 전자장치에 대해 16개의 셀을 할당할 수 있다. 이후, 무선 전력을 수신하는 전자장치의 배치 위치가 변경되는 경우, 무선 전력 전송 장치는 그룹에 포함되는 셀의 개수를 변경하지 않고, 각각의 그룹이, 대응하는 전자장치를 타겟팅(targeting)할 수 있도록 필드를 생성할 수 있다. 여기서 ‘전자장치를 타겟팅’ 한다는 의미는 전자장치를 지향하는 빔을 포밍하도록 필드를 생성하는 것을 의미할 수 있다.
도 6은, 본 개시의 다양한 예시적인 실시예에 따른 어레이 안테나를 구성하는 복수의 셀이 무선 전력을 전송하기 위해 그룹핑되는 예를 도시한다.
도 6을 참조하면 어레이 안테나(600) 및 복수의 전자장치(674, 675, 676)가 도시되어 있다. 어레이 안테나(600)는 복수의 셀(601 내지 664)을 포함할 수 있다. 복수의 셀(601 내지 664)은 예컨대 3개의 그룹(671, 672, 673)으로 그룹핑될 수 있다.
각각의 전자장치가 요구하는 전력의 크기는, 예를 들어 전자장치 A > 전자장치 B > 전자장치 C 의 순으로 상정할 수 있으며, 제한은 없다. 무선 전력 전송장치는 통신 회로를 통해 각 전자장치(674, 675, 676)가 전송하는 정보를 수신할 수 있다. 전자장치가 전송하는 정보는 예컨대 전자장치의 배터리 잔량, 충전모드, 전자장치가 수신한 무선 전력량, 전자장치가 필요로 하는 무선 전력량 및 전자장치의 ID 정보 등을 포함할 수 있다. 실시 형태에 따라 전자장치는 자신의 위치 정보를 무선 전력 전송장치로 전송할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 무선 전력을 수신하는 전자장치를 검출하기 위해 전자기파를 방사할 수 있다. 무선 전력 전송장치가 전자장치를 검출하는 방법에 대해서는 상술하였으므로 설명을 생략한다.
무선 전력 전송장치는 전자장치로부터 수신한 정보에 기초하여 무선 전력을 수신하는 전자장치의 위치 및 무선 전력을 수신하는 전자장치의 개수를 결정하고, 결정된 전자장치의 개수에 기초하여 셀 안테나 그룹을 생성할 수 있다.
예를 들면 무선 전력 전송장치는 전자장치(674, 675, 676)가 전송하는 ID 정보를 수신하고, 수신된 ID 정보로부터 무선전력을 수신하는 전자장치가 3개인 것으로 결정할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 전자장치의 개수가 결정되면 전자장치의 개수에 기초하여 그룹을 생성할 수 있다. 예를 들면 전자장치의 개수가 3개인 경우, 무선 전력 전송장치는 어레이 안테나(600)에 포함된 복수의 셀(601 내지 664)을 복수 개 조합하여 3개의 그룹을 생성할 수 있다.
또한 무선 전력 전송장치는 전자장치가 전송하는 무선 전력 수신과 관련된 정보 또는 전자장치가 필요로 하는 전력량에 대한 정보를 수신하고 이에 따라 그룹에 포함되는 셀의 개수를 결정할 수 있다. 예를 들면, 전자장치(674 내지 676)가 필요로 하는 전력량의 크기가 전자장치 A(674) > 전자장치 B(675) > 전자장치 C(676)의 순이면, 무선 전력 전송장치는 전자장치 A(674)에 대해 셀 그룹 A(671)을 생성하고, 전자장치 B(675)에 대해 셀 그룹 B(672)를 생성하고, 전자장치 C(676)에 대해 셀 그룹 C(673)를 각각 생성할 수 있다. 그룹 A(671)에는 32개의 셀이 할당되어, 할당된 셀들에 입력되는 전력의 크기 및 위상 중 적어도 하나를 제어하여 방사되는 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭을 일으켜 전자장치 A(674)을 포커싱하는 필드를 생성할 수 있다. 그룹 B(672)에는 24개의 셀이 할당되어, 할당된 셀들에 입력되는 전력의 크기 및 위상 중 적어도 하나를 제어하여 방사되는 서브 RF웨이브들이 보강 간섭을 일으켜 전자장치 B(675)를 포커싱하는 필드를 생성할 수 있다. 그룹 C(673)에는 8개의 셀이 할당되어, 할당된 셀들에 입력되는 전력의 크기 및 위상 중 적어도 하나를 제어하여 방사되는 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭을 일으켜 전자장치 C(676)을 포커싱하는 필드를 생성할 수 있다.
무선 전력 전송장치의 컨트롤러는 전자 장치에 가장 좋은 효율로 전력을 전송할 수 있는 셀 안테나의 위치를 고려하여 그룹을 설정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치 A(674)에 무선 전력을 전송하기 위한 그룹 설정 시 전자 장치 A(674)와 가깝게 위치하는 셀들, 어레이 안테나의 왼쪽부분에 위치하는 셀을 선택하여 셀 그룹 A(671)에 할당 할 수 있다.
도 7은, 본 개시의 다양한 예시적인 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 하나의 전자장치를 충전하는 도중에 새로운 전자장치가 검출되어 그룹을 재생성 하는 예를 도시한다.
도 7을 참조하면 어레이 안테나(600), 전자장치 A(705) 및 전자장치 B(707)가 도시되어 있다. 여기서, 전자장치 B(707)는 전자장치 A(705)가 충전되는 도중에 추가로 검출되는 것으로 가정하고 설명한다.
어레이 안테나(600)는 복수의 셀(601 내지 664)을 포함할 수 있으며, 셀의 개수는 예를 들어 64개로 될 수 있으며, 제한은 없다. 각각의 셀(601 내지 664)은 서브 RF 웨이브를 방사할 수 있으며, 서브 RF 웨이브는 무선 전력에 해당한다.
무선 전력 전송장치가 전자장치(705)를 검출하고 전자장치(705)를 충전하는 경우, 어레이 안테나(600)를 구성하는 모든 셀(601 내지 664)이 방사하는 서브 RF 웨이브를 이용하여 전자장치(705)를 포커싱 하는 필드를 형성할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송장치는 모든 셀(601 내지 664)이 전자장치(705)에게 포커싱되는 필드를 형성하도록 셀(601 내지 664)에서 방사되는 무선 전력의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
이후에 새로운 전자장치 B(707)가 추가로 검출되면 무선 전력 전송장치는 전자장치 A(705) 및 전자장치 B(707)가 전송한 정보에 기초하여 그룹 A(701) 및 그룹 B(703)를 생성할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송장치가 각 전자장치(705, 707)로부터 수신한 정보는 각 전자장치(705, 707)에서 필요로 하는 무선 전력량을 포함할 수 있다.
전자장치 A(705)가 필요로 하는 전력이 전자장치 B(707)가 필요로 하는 전력보다 많은 경우 무선 전력 전송장치는 전자장치 A(705)에게 더 많은 셀을 할당하여 그룹 A(701)를 생성할 수 있다. 예를 들면 그룹 A(701)은 40개의 셀을 포함하고, 그룹 B(703)는 24개의 셀을 포함할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 그룹 A(701) 및 그룹 B(703)를 생성하면서 기존에 충전중인 전자장치 A(705)의 충전 전력 감쇄 등에 미치는 영향을 최소화 및/또는 감소시키기 위해 생성된 그룹 A,B (701, 703)에 포함된 셀에서 방사되는 전자기파의 위상 및 진폭을 점차적으로 변경시킬 수 있다.
또한 전자 장치의 수신 전력, 긴급 요청 등의 상황을 판단하여 기존 충전 중인 전자 장치의 충전을 위한 그룹화를 해제하여, 기존의 전력 전송을 중단한 이후에 재 그룹화를 진행하여 전자장치 A(705) 및 전자장치 B(707)로 무선 전력을 전송할 수 있다.
실시 형태에 따라 무선 전력 전송장치는 기존에 충전 중이던 전자장치 A(705)로 전송되는 무선 전력량을 균일하게 유지시키기 위해 그룹 A(701)에 포함된 복수의 셀로 공급되는 전력량을 증가 시킬 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송장치는 전자장치 A(705)를 충전중인 상태에서 새로운 전자장치 B(707)가 검출되면, 무선 전력 전송장치는 복수의 셀을 조합하여 그룹 A,B(701, 703)를 생성하고, 그룹 A,B(701, 703)에 포함된 셀로 공급되는 전력의 양을 조절할 수 있다.
도 8은, 본 개시의 다양한 예시적인 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 두 개의 전자장치를 충전하는 도중에 또 다른 전자장치가 검출되어 셀 그룹을 재생성 하는 예를 도시한다.
도 8을 참조하면 어레이 안테나(600), 전자장치 A(705), 전자장치 B(707) 및 전자장치 C(708)가 도시되어 있다. 여기서 전자장치 C(708)는 전자장치 A(705)와 전자장치 B(707)이 충전되는 도중에 추가로 검출된 것으로 가정하고 설명한다.
어레이 안테나(600)는 복수의 셀(601 내지 664)을 포함할 수 있다. 예를 들면 셀의 개수는 예를 들어 64개로 될 수 있으며, 제한은 없다. 각각의 셀(601 내지 664)은 서브 RF 웨이브를 방사할 수 있으며 서브 RF 웨이브는 무선 전력에 해당한다.
무선 전력 전송장치는 무선 전력을 수신하는 전자장치가 추가로 검출되는 경우, 기존의 그룹을 해체하고 새로운 그룹을 생성할 수 있다.
예를 들면 무선 전력 전송장치가 두 개의 전자장치(705, 707)을 검출하여 충전하는 경우, 무선 전력 전송장치는 전자장치 A(705) 및 전자장치 B(707)가 전송한 정보에 기초하여 그룹 A(701) 및 그룹 B(703)를 생성할 수 있다.
무선 전력 전송장치가 두 개의 전자장치 A,B(705, 707)를 충전하는 도중에 새로운 전자장치 C(708)를 검출하는 경우, 무선 전력 전송장치는 기존에 생성된 그룹 A,B(701, 703)를 해체하고 셀을 새롭게 조합하여 새로운 그룹 C,D,E(821, 822, 823)를 생성할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 전자장치 A,B,C(705, 707, 708)로부터 수신된 정보에 기초하여 그룹 C,D,E(821, 822, 823)를 생성할 수 있다. 각 그룹에 포함되는 셀의 개수는 전자장치가 전송한 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 전자장치가 필요로 하는 전력량에 따라 셀의 개수가 결정될 수 있다. 전자장치가 필요로 하는 전력량이 큰 경우에는 많은 수의 셀이 할당되고 전력량이 작은 경우에는 상대적으로 적은 수의 셀이 할당될 수 있다.
무선 전력 전송장치는 전자장치의 충전 모드에 따라 그룹에 포함되는 셀의 개수가 결정될 수 있다. 예를 들면, 전자장치 A(705)가 급속 충전 모드이고 전자장치 B(707)가 일반 충전 모드인 경우 무선 전력 전송장치는 전자장치 A(705)에 대응하는 그룹 C(821)에 상대적으로 많은 개수의 셀을 할당할 수 있다. 전자장치의 충전 모드는 사용자에 의해 결정될 수 있으며, 결과적으로 무선 전력 전송장치는 사용자 입력에 기초하여 그룹에 포함되는 셀의 개수를 결정하고, 결정된 셀들을 이용하여 그룹을 생성할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 전자 장치에 포함된 배터리의 잔량 정보에 기초하여 그룹을 생성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송장치는 배터리의 잔량이 많은 전자장치에는 배터리의 잔량이 적은 전자장치에 비해 상대적으로 적은 수의 셀을 할당하여 그룹을 생성할 수 있다. 즉, 잔량이 더 적은 전자장치에 더 많은 셀의 할당을 통해 단위 시간당 더 많은 전력을 보낼 수 있다. 예를 들면, 전자장치 B(707)의 배터리 잔량이 30%이고, 전자장치 C(708)의 잔량이 80%인 경우, 무선 전력 전송장치는 그룹 D(822)에 24개의 셀을 할당하고 그룹 C(823)에 8개의 셀을 할당한다.
무선 전력 전송장치는 어레이 안테나(600)에서 전자장치 A,B,C(705, 707, 708)까지의 거리에 따라 그룹을 생성할 수 있다. 예를 들면, 어레이 안테나(600)로부터 전자장치 A(705)까지의 거리는 100cm, 전자장치 B(707)까지의 거리는 80cm, 전자장치 C(708)까지의 거리는 70cm 이라고 가정할 때, 무선 전력 전송장치는 전자장치 A(705)에 대응하는 그룹 C(821)에 32개의 셀을 할당하고, 전자장치 B(707)에 대응하는 그룹 D(822)에는 24개의 셀을 할당하고, 전자장치 C(708)에 대응하는 그룹 E(823)에는 8개의 셀을 할당할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 새로운 그룹 C,D,E(821, 822, 823)를 생성하면서 셀에서 방사되는 무선 전력량이 서서히 변경되도록 위상 및 진폭을 제어하여 새로운 그룹 C,D,E(821, 822, 823)에 포함되는 셀에서 무선 전력이 방사되도록 할 수 있다. 이에 따라 기존에 충전 중이던 전자장치 A,B(705, 707)의 충전 동작이 끊어지지 않고 자연스럽게 새로운 그룹에 포함된 셀에 의해 충전 동작이 연속적으로 수행될 수 있다.
또한 전자 장치의 수신 전력, 긴급 요청 등의 상황을 판단하여 기존 충전 중인 전자 장치 A, B(705, 707)를 위한 기존 셀 그룹(701, 703)을 해제하여 기존의 전력 전송을 중단한 이후, 새롭게 생성된 셀 그룹(821, 822, 823)을 통해 전자장치 A(705), B(707) 및 전자장치 C(708)로 무선 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 전송장치가 각각의 셀에 전력을 공급하는 방식은 패시브 타입(passive type) 및 액티브 타입(active type)이 있다.
패시브 타입에서 셀을 동적으로 할당하는 경우, 무선 전력 전송장치는 전력 분배기를 이용하여 각 셀에 동일한 전력을 인가한다. 이 예시에서, 그룹에 할당된 셀의 개수와 위상 제어각에 기초하여 필드 폭이 달라질 수 있다.
패시브 타입에서 어레이 안테나에 포함된 전체 셀이 하나의 전자장치에게 전력을 공급하고 있는 상황에서 다른 전자장치가 충전 영역 안으로 들어오면 무선 전력 전송장치는 전자장치의 개수에 맞춰 셀을 균등하게 분할하여 그룹을 생성할 수 있다. 이로 인해 각각의 전자장치에 충분한 전력이 공급되지 않는 경우 무선 전력 전송장치는 전력 증폭기의 출력을 증가시켜 충분한 전력을 셀에 공급할 수 있다. 다시 말해서 패시브 방식에서는 전력 증폭기에서 동일 전력을 공급하는 경우 각 셀에 공급되는 전력은 동일하게 분배될 수 있으며, 각각의 전자장치로 공급되는 무선 전력량은 그룹화된 셀의 개수에 따라 달라질 수 있다.
또한 이 상태에서 다른 전자장치가 추가된 경우 무선 전력 전송장치는 다시 셀을 분할할 수 있으며, 무선 전력 전송장치가 전력 증폭기의 전력을 바꾸지 않을 경우, 기존에 충전 중이던 전자장치에게 전송되는 무선 전력량은 추가된 전자장치에게 할당된 셀의 개수만큼 줄어들 수 있다. 이를 보상하기 위해 무선 전력 전송장치는 전력 증폭기의 출력을 제어할 수 있으며, 이로 인해 충전 동작이 중단되지 않을 수 있다.
액티브 타입(active type)에서는 무선 전력 전송장치가 각 셀의 전력을 개별적으로 제어할 수 있다. 무선 전력 전송장치는 셀을 동적으로 그룹핑하고 무선 전력을 수신하는 전자장치가 수신한 무선 전력량에 대한 정보를 전자장치로부터 수신하여 각 셀의 전력량을 제어할 수 있다. 액티브 타입에서 어레이 안테나에 포함된 전체 셀이 하나의 전자장치에게 전력을 공급하고 있는 상황에서 다른 전자장치가 충전 영역 안으로 들어오면 무선 전력 전송장치는 전자장치의 개수에 맞춰 셀을 균등하게 분할하여 그룹을 생성할 수 있다. 이로 인해 각각의 전자장치에 충분한 전력이 공급되지 않는 경우 무선 전력 전송장치는 전력 증폭기의 출력을 증가시켜 각각의 셀에 충분한 전력을 공급할 수 있다. 각각의 전자장치로 공급되는 무선 전력량은 그룹화된 셀의 개수에 따라 달라질 수 있다.
또한 이 상태에서 다른 전자장치가 추가된 경우 무선 전력 전송장치는 다시 셀을 분할할 수 있으며, 무선 전력 전송장치가 전력 증폭기의 전력을 바꾸지 않을 경우, 기존에 충전 중이던 전자장치에게 전송되는 무선 전력량은 추가된 전자장치에게 할당된 셀의 개수만큼 줄어들 수 있다. 이를 보상하기 위해 무선 전력 전송장치는 각 셀에 공급되는 전력량을 제어할 수 있으며, 이로 인해 충전 동작이 중단되지 않을 수 있다.
무선 전력 전송장치는 무선 전력을 수신하는 전자장치의 개수가 변경되는 경우 충전 우선순위를 결정하고 우선순위에 따라 새롭게 그룹을 형성할 수 있다. 우선순위는 전자장치로부터 수신된 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 구체적으로 전자장치의 배터리 잔량, 충전 모드가 급속 모드인지 일반 모드인지에 따라 우선순위가 결정될 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송장치가 전자장치를 충전하는 도중에 새로운 전자장치가 검출되는 경우, 무선 전력 전송장치는 새롭게 추가된 전자장치로부터 정보를 수신하고, 수신한 정보에 기초하여 기존 충전중인 전자장치와의 우선순위를 결정할 수 있다. 새롭게 추가된 전자장치의 충전 모드가 ‘급속 모드’인 경우, 무선 전력 전송장치는 새롭게 추가된 전자장치에게 더 많은 셀을 할당하도록 그룹을 생성하거나 또는 상기 그룹에 포함된 셀로 공급되는 전력을 높일 수 있다.
한편, 무선 전력 전송장치가 실질적으로 최대 파워로 전자장치를 충전하는 도중에 새로운 전자장치가 검출되는 경우, 무선 전력 전송장치는 새롭게 추가된 전자장치로부터 정보를 수신하여 현재 충전중인 전자장치와의 우선순위를 결정하고, 우선순위에 따라 새로운 그룹을 생성할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송장치가 전자장치 A(705)를 실질적으로 최대 파워로 충전하는 중에 새로운 전자장치 B, C(707, 708)를 검출한 경우, 무선 전력 전송장치는 전자장치 A, B, C(705, 707, 708)로부터 수신된 정보에 기초하여 전자장치 A, B, C(705, 707, 708)간에 우선순위를 결정할 수 있다. 무선 전력 전송장치는 우선 순위에 따라 새로운 그룹(821, 822, 823)을 생성하거나 또는 전자장치 A, B, C(705, 707, 708)의 충전 순서를 결정할 수 있다. 우선순위가 전자장치 A(705) > 전자장치 B(707) > 전자장치 C(708)의 순으로 결정되면 무선 전력 전송장치는 전자장치 A(705)를 가장 먼저 충전하고, 전자장치 A(705)의 충전이 완료된 이후에 전자장치 B, C(707, 708)를 충전하기 위해 새로운 그룹을 생성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송장치는 충전 우선 순위가 빠른 전자장치를 충전하고, 상기 전자장치의 충전이 완료될 때까지, 새로운 그룹의 생성을 보류할 수 있다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 무선전력을 수신하는 전자장치에 따라 어레이 안테나에 포함된 셀을 조합하여 그룹을 생성하고 제어하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 전송장치는 단계 S901에서 전자장치로부터 정보를 수신한다. 상기 정보는, 예를 들어, 전자장치의 배터리 잔량, 충전 모드, 전자장치가 수신한 무선 전력량, 전자장치의 ID 정보 등을 포함할 수 있다. 충전 모드는 사용자 입력에 따라 설정될 수 있으며, 예를 들면 ‘급속 모드’ 및 ‘일반 모드’로 설정될 수 있다. 전자장치가 ‘급속 모드’로 설정되는 경우, 우선적으로 충전될 수 있으며, 무선 전력 전송장치는 ‘급속 모드’로 설정된 전자장치에게 상대적으로 많은 개수의 셀로 형성되는 그룹을 할당하여 더 큰 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 단계 S903에서 수신된 정보에 기초하여 어레이 안테나를 구성하는 셀을 조합하여 전자장치에 대응하는 그룹을 생성할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 전자장치의 위치에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭되도록, 셀 안테나들 각각에서 방사되는 서브 RF웨이브의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 제어하여, 전자장치로 빔 포밍 할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 검출된 무선전력 수신장치의 방향 및 거리에 따라 셀들을 그룹핑할 수 있다. 무선 전력 전송장치는 상술한 바와 같이 무선전력 수신장치가 전송한 위치 정보 또는 위에서 설명한 방법을 이용하여 무선전력 수신장치의 방향 및 거리를 결정할 수 있다. 복수의 무선 전력 수신장치가 검출되면, 무선 전력 전송장치는 각 무선 전력 수신장치가 위치하는 방향 및 거리를 기초로 하여 어레이 안테나를 구성하는 복수의 셀들을 조합하여 각 무선 전력 수신장치에 대응하는 복수의 그룹을 형성할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 복수 개의 전자장치가 검출되는 경우, 검출된 전자장치의 개수에 맞춰 어레이 안테나를 복수의 그룹으로 그룹핑 할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송장치는 2 개의 전자장치가 검출되는 경우, 어레이 안테나를 2 개의 그룹으로 그룹핑할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 그룹이 생성되면, 단계 S905에서 생성된 그룹에 포함된 복수의 셀을 제어할 수 있다. 무선 전력 전송장치는 동일한 그룹에 포함된 셀이 대응하는 전자장치를 빔 포밍하도록 셀에서 방사되는 무선 전력의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 동시에 다른 위상 또는 진폭으로 변경되도록 일괄적으로 제어할 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 제1 전자장치를 무선 충전하는 중에 새로운 제2 전자장치를 추가로 검출하여, 각 전자 장치에 전력을 전송하기 위한 셀들의 그룹을 재생성하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 10을 참조하면 무선전력 전송장치는 단계 S1001에서 제1 전자 장치에 대한 무선 충전 동작을 수행 중에 충전을 필요로 하는 제2 전자장치를 추가로 검출한다.
무선전력 전송장치가 전자장치를 검출하는 방법은 상술 하였으므로, 여기서는 생략한다.
무선 전력 전송장치는 제2 전자장치를 추가로 검출하는 경우, 단계 S1003에서 검출결과에 기초하여 기존의 그룹을 해체하고 새로운 그룹을 생성할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송장치가 그룹 A 및 그룹 B를 생성하여 제1 전자장치 및 제2 전자장치를 충전하는 중에 새로운 제3 전자장치가 검출되면, 무선 전력 전송장치는 그룹 A 및 그룹 B를 해체하고 세 개의 전자장치에 할당하기 위한 새로운 그룹 C, D, E를 생성할 수 있다.
무선 전력 전송장치는 새로운 그룹이 생성되면 단계 S1005에서 새로운 그룹에 포함된 셀로 공급되는 전력량을 변경 시킬 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송장치가 그룹 A 및 그룹 B에 대해 70의 전력량을 공급하다가 새로운 전자장치 C를 검출하고 새로운 그룹 C, D, E를 생성한 경우, 무선 전력 전송장치는 그룹 C, D, E에 대해 전력량을 100으로 증가시킬 수 있다. 또한 무선 전력 전송장치는 기존 그룹을 해체하고 새로운 그룹을 생성하면서 새로운 그룹에 포함된 셀에서 방사되는 전자기파의 위상 및 진폭을 점차적으로 변경시킴으로서 무선 전력 공급을 연속적으로 할 수 있다.
또한 무선 전력 전송장치는 기존 그룹을 해체하면서 무선 전력 공급을 일시적으로 중단하고, 새로운 그룹을 생성하면서 무선 전력 공급을 재개할 수 있다.
도 11은 본 개시의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치가 실질적으로 최대 파워로 전자장치를 충전하는 중에 새로운 전자장치가 검출되는 경우 충전 우선 순위를 결정하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 11을 참조하면 무선 전력 전송장치는 단계 S1101에서 실질적으로 최대 파워로 제1 전자장치를 충전하는 중에 새로운 제2 전자장치를 검출하고, 무선 충전에 필요한 충전 모드 및 배터리 잔량과 같은 정보를 수신할 수 있다. 무선 전력 전송장치는 제2 전자장치를 검출하면, 단계 S1103에서 검출된 제2 전자장치로부터 수신된 정보에 기초하여 충전 우선 순위를 결정할 수 있다. 예를 들면 충전 우선 순위는 전자장치의 충전 모드, 각 전자장치의 배터리 잔량 등에 기초하여 결정될 수 있다.
무선 전력 전송장치는 충전 우선 순위가 결정되면 단계 S1105에서 충전 우선 순위가 높은 전자장치를 먼저 충전하고, 높은 충전 우선 순위를 가지는 상기 전자장치의 충전이 완료될 때까지, 새로운 셀 그룹의 생성을 보류 할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송장치는 현재 충전중인 전자장치가 ‘급속 모드’로 충전중인 상태에서 새로운 전자장치를 검출하게 되면 현재 충전중인 전자장치의 충전이 완료될 때까지 새로운 셀 그룹의 생성을 보류할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송장치는 우선 순위가 결정되면 우선 순위가 높은 전자 장치를 무선 충전하기 위한 셀 그룹, 우선 순위가 낮은 전자장치를 무선 충전하기 위한 셀 그룹을 각각 생성하여 충전 우선 순위가 높은 전자장치에게 더 많은 무선 전력을 전송하고 충전 우선 순위가 낮은 전자장치에게 상대적으로 적은 무선 전력을 전송할 수 있다.
우선 순위의 결정은 전력 수신이 필요한 전자 장치의 전력 잔량, 사용자의 요청 및 사용자의 전자장치 사용 패턴을 분석하여 결정될 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다.
무선 전력 전송장치 내에 포함될 수 있는 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
한편 본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 개시의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경, 대체 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 전력 전송장치에 있어서,
    통신 회로;
    복수의 셀을 포함하는 어레이(array) 안테나; 및
    컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는,
    상기 어레이 안테나를 통하여, 무선 전력을 방사하도록 제어하고,
    상기 통신 회로를 통해, 상기 무선 전력을 수신하는 전자장치가 전송한 정보를 수신하고,
    상기 정보에 기초하여 상기 어레이 안테나에 포함된 상기 복수의 셀의 셀들을 조합하여 상기 전자장치에 대응하는 셀들의 그룹을 생성하고, 및
    상기 전자 장치를 향하여 상기 무선 전력을 방사하도록, 상기 그룹에 포함된 셀들을 제어하도록 설정된 무선 전력 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 수신된 정보에 기초하여 상기 무선 전력을 수신하는 전자장치의 위치를 결정하고,
    상기 전자장치의 위치에 기초하여 상기 그룹을 생성하도록 설정된 무선 전력 전송장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 수신된 정보에 기초하여 상기 무선 전력을 수신하는 전자장치의 개수를 결정하고,
    상기 전자장치의 개수에 기초하여 상기 셀들의 그룹을 생성하도록 설정된 무선 전력 전송장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 전자장치의 배터리 잔량, 충전 모드, 상기 전자장치가 수신한 무선 전력량 및 상기 전자장치의 ID 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 충전 모드는 입력에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 그룹에 포함된 셀들에 의하여 방사되는 무선 전력의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 제어하도록 설정되고,
    상기 그룹에 포함될 셀들은 상기 그룹에 대응하는 전자 장치에 포커싱되는 필드를 제공하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    검출되는 무선 전력을 수신하는 다른 전자장치에 기초하여, 상기 그룹을 해체하고 상기 다른 전자장치에 대응하는 새로운 그룹을 생성하도록 설정된 무선 전력 전송장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 새로운 그룹에 포함된 셀로 공급되는 전력량을 증가시키도록 설정된 무선 전력 전송장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 무선 전력 전송장치가 실질적으로 최대 파워로 상기 전자장치를 충전하는 중에 검출되는 새로운 전자장치에 기초하여, 상기 새로운 전자장치로부터 수신된 정보에 기초하여 상기 전자장치 및 상기 새로운 전자 장치 사이의 충전 우선 순위를 결정하도록 설정된 무선 전력 전송장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전자장치 및 상기 새로운 전자 장치 중 충전 우선 순위가 높은 전자장치를 충전하고,
    상기 충전 우선 순위가 높은 전자장치의 충전이 완료될 때까지, 새로운 그룹의 생성을 보류하도록 설정된 무선 전력 전송장치.
  11. 복수의 셀을 포함하는 어레이 안테나를 포함하는 무선 전력 전송장치의 무선 전력 전송 방법에 있어서,
    전자장치로부터 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 정보에 기초하여 상기 어레이 안테나를 구성하는 상기 복수 개의 셀들의 셀을 조합하여 상기 전자장치에 대응하는 셀들의 그룹을 생성하는 단계; 및
    상기 전자 장치를 향하여 무선 전력을 방사하도록 상기 생성된 그룹에 포함된 상기 셀들을 제어하는 단계;를 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 그룹을 생성하는 단계는,
    상기 수신된 정보에 기초하여 상기 무선 전력을 수신하는 전자장치의 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 전자장치의 위치에 기초하여 상기 그룹을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 그룹을 생성하는 단계는,
    상기 수신된 정보에 기초하여 상기 무선 전력을 수신하는 전자장치의 개수를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 전자장치의 개수에 기초하여 상기 그룹을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 전자장치의 배터리 잔량, 충전 모드, 상기 전자장치가 수신한 무선 전력량, 상기 전자장치의 ID 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 충전 모드는 입력에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 그룹에 포함된 상기 셀들에서 방사되는 무선 전력의 위상 및 진폭중 적어도 하나를 제어하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 그룹에 포함된 상기 셀들은 상기 그룹에 대응하는 전자 장치에 포커싱되는 필드를 제공하는 무선 전력 전송 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 무선 전력을 수신하는 다른 전자장치를 검출하는 단계; 및
    상기 검출결과에 기초하여 상기 그룹을 해체하고 새로운 그룹을 생성하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 새로운 그룹에 포함된 셀로 공급되는 전력량을 증가시키는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 무선 전력 전송장치가 실질적으로 최대 파워로 상기 전자장치를 충전하는 중에, 새로운 전자장치를 검출하는 단계;
    상기 새로운 전자장치로부터 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 정보에 기초하여, 상기 전자장치 및 상기 새로운 전자장치 사이의 충전 우선 순위를 결정하는 단계; 를 더 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전자장치 및 상기 새로운 전자장치 중 충전 우선 순위가 높은 전자장치를 먼저 충전하고, 상기 충전 우선 순위가 높은 전자장치의 충전이 완료될 때까지, 새로운 그룹의 생성을 보류하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
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