WO2021261613A1 - 무선 전력 송신 장치 및 전자 기기 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 전자 기기 Download PDF

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WO2021261613A1
WO2021261613A1 PCT/KR2020/008220 KR2020008220W WO2021261613A1 WO 2021261613 A1 WO2021261613 A1 WO 2021261613A1 KR 2020008220 W KR2020008220 W KR 2020008220W WO 2021261613 A1 WO2021261613 A1 WO 2021261613A1
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wireless power
transmission
coil
electronic device
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PCT/KR2020/008220
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박정근
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엘지전자 주식회사
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    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication

Definitions

  • the embodiment relates to a wireless power transmission apparatus and an electronic device.
  • Wireless power transmission technology is a technology for wirelessly transmitting electrical energy from a transmitter to a receiver using the principle of induction of a magnetic field.
  • Wireless power transmission technology can be used in a variety of ways, not only in mobile, but also in IT, railways, automobiles, display devices such as TVs, and the home appliance industry.
  • the wireless power transmitter needs to transmit transmit power stably so that the minimum receive power (hereinafter, referred to as threshold power (Pt in FIG. 8 )) for operating the electronic device is received.
  • threshold power Pt in FIG. 8
  • the transmission efficiency increases, but the reception power of the electronic device increases and decreases in a section above the threshold coupling coefficient.
  • the reception power of the electronic device becomes less than the threshold power, and thus the operation of the electronic device is stopped.
  • the embodiments aim to solve the above and other problems.
  • Another object of the embodiment is to provide a wireless power transmission device and an electronic device capable of always stably transmitting transmission power regardless of a change in the location or state of the wireless power transmission device or the electronic device.
  • Another object of the embodiment is to provide a wireless power transmission device and an electronic device capable of transmitting transmission power so that the electronic device can be operated stably in real time without interruption.
  • a wireless power transmission apparatus for wirelessly transmitting transmission power for operating an electronic device includes: a plurality of transmission coils having different inductances; and a control unit.
  • the control unit wirelessly transmits a first transmission power to the electronic device through a first transmission coil among the plurality of transmission coils and receives power shortage information from the electronic device, an undercoupling mode or an overcoupling mode mode is obtained, the first transmission coil is changed to a second transmission coil according to the obtained mode, and the second transmission power is wirelessly transmitted to the electronic device through the changed second transmission coil.
  • the second transmitting coil may be one transmitting coil among the remaining transmitting coils except for the first transmitting coil among the plurality of transmitting coils.
  • an electronic device operating with received power wirelessly received from a wireless power transmitter includes: a plurality of receiving coils having different inductances; and a control unit.
  • the control unit wirelessly receives first received power from the wireless power transmitter through a first receiving coil among the plurality of receiving coils, and when the received first received power is less than a threshold power, the power shortage information Transmits to a wireless power transmitter, receives index information from the wireless power transmitter in response to the power shortage information, and changes from the first receiving coil to a second receiving coil according to the received index information, and the changed
  • a second receiving power is wirelessly received from the wireless power transmitting device through a second receiving coil.
  • the second receiving coil may be one of the receiving coils other than the first receiving coil among the plurality of receiving coils.
  • the electronic device in real time by receiving received power equal to or greater than the threshold power for operating the electronic device from the wireless power transmitter, so that the user does not need to charge the battery on purpose.
  • the user convenience can be improved by resolving the inconvenience of not being able to use the electronic device until it is fully charged.
  • a change between a plurality of transmission coils of the wireless power transmission apparatus and/or a change between a plurality of reception coils of an electronic device is performed according to an under-coupling mode or an over-coupling mode, so that the received power is greater than or equal to the threshold power in the electronic device It is received and the electronic device operates stably and in real-time without interruption, thereby resolving the user's inconvenience.
  • 3A and 3B are block diagrams illustrating a wireless power transmission apparatus as one of the wireless power transmission systems.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an electronic device as one of the wireless power transmission systems.
  • 5 is an equivalent circuit of a wireless power transmitter and an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 9 is an exemplary diagram of a transmitting coil unit or a receiving coil unit according to an embodiment.
  • FIG. 10 is another exemplary diagram of a transmitting coil unit or a receiving coil unit according to an embodiment.
  • 11 is a block diagram illustrating an apparatus for transmitting power wirelessly according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an operating method of an apparatus for transmitting power wirelessly according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of operating an electronic device according to an embodiment.
  • 15 is an equivalent circuit according to index information between a plurality of transmission coils of a wireless power transmission apparatus and a plurality of reception coils of an electronic device.
  • FIG. 16 shows received power according to a coupling coefficient based on the index information of FIG. 15 .
  • FIG. 17 shows transmission efficiency according to a coupling coefficient based on the index information of FIG. 15 .
  • FIG. 18 is an exemplary diagram of a wireless power transmission system according to an embodiment.
  • FIG. 19 is another exemplary diagram of a wireless power transmission system according to an embodiment.
  • the terminology used in the embodiments of the present invention is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention.
  • the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or more than one) of B and (and) C", it can be combined with A, B, and C. It may include one or more of all combinations.
  • terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and are not limited to the essence, order, or order of the component by the term.
  • a component when it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also with the component It may also include a case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another element between the other elements.
  • the upper (above) or lower (below) when it is described as being formed or disposed on “above (above) or under (below)" of each component, the upper (above) or lower (below) is not only when two components are in direct contact with each other, but also one Also includes a case in which another component as described above is formed or disposed between two components.
  • up (up) or down (down) it may include not only the upward direction but also the meaning of the downward direction based on one component.
  • a wireless power transmission system including a wireless power transmission device having a function of wirelessly transmitting power according to an embodiment of the present invention and an electronic device receiving power wirelessly
  • a wireless power receiving device for wirelessly receiving power to the electronic device may be included, but the present invention is not limited thereto.
  • the embodiments introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. And, in the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience.
  • Like reference numbers refer to like elements throughout.
  • the embodiment selectively uses various types of frequency bands from low frequency (50 kHz) to high frequency (15 MHz) for wireless power transmission, and may include a communication system capable of exchanging data and control signals for system control. .
  • the embodiment can be applied to various industrial fields such as electronic devices, such as portable terminal industry, smart watch industry, computer and notebook industry, home appliance industry, automobile industry, medical device industry, robot industry, display industry such as TV, home appliance industry, etc. .
  • the embodiment may consider a system capable of transmitting power to one or more electronic devices using a wireless power transmission device including one or a plurality of transmission coils.
  • the electronic device in real time by receiving received power greater than or equal to the threshold power for operating the electronic device from the wireless power transmitter, so that there is no need to intentionally charge the battery when the user fully charges the battery It is possible to improve user convenience by resolving the inconvenience of not being able to use the electronic device until now.
  • a user can watch a corresponding broadcast program or various contents by operating a television receiver using the transmission power provided in real time from the wireless power transmission device without the need to charge the battery at any time.
  • the user may perform cleaning by operating the vacuum cleaner using the transmission power provided in real time from the wireless power transmission device without the need to charge the battery at any time.
  • the embodiment may be applied to an electronic device requiring a large amount of power, but is not limited thereto.
  • an electronic device requiring large-capacity power such as a television receiver
  • Wireless Power Transfer System A system that provides wireless power transfer within a magnetic field.
  • Wireless Power Transfer System-Charger A device that provides wireless power transfer to electronic devices within a magnetic field and manages the entire system.
  • Wireless Power Receiver A device receiving wireless power transmission from a wireless power transmission device within a magnetic field.
  • Charging area An area where actual wireless power transmission is performed within a magnetic field area, and may vary depending on the size, power required, and operating frequency of an application product such as an electronic device.
  • the principle of wireless power transmission is largely divided into a magnetic induction method and a magnetic resonance method.
  • the magnetic induction method is a non-contact energy transmission technology in which an electromotive force is generated in the load inductor through the magnetic flux generated when a transmission inductor and a load inductor are brought close to each other and current flows through one of the transmission inductors.
  • the magnetic resonance method combines two resonators, which generates magnetic resonance by natural frequencies between the two resonators and transmits energy wirelessly using a resonance technique that vibrates at the same frequency and forms an electric field and a magnetic field in the same wavelength range. it is technology
  • the wireless power transmission device includes a source voltage (Vs), a transmission resistance (Rs), a transmission capacitor (Cs) for impedance matching, and a wireless power reception device according to the device supplying power.
  • Vs source voltage
  • Rs transmission resistance
  • Cs transmission capacitor
  • Msl mutual inductance
  • a transmission capacitor (Cs) may be added to the wireless power transmission device, and a load capacitor (Cl) may be added to the wireless power reception device.
  • Compensation capacitors (Cs, Cl) are, for example, the reception coil (Ls) ) and the load coil (Ll may be connected in series or in parallel with each other.
  • passive elements such as additional capacitors and inductors as well as compensation capacitors may be further added to each of the wireless power transmitter and wireless power receiver for impedance matching. .
  • the wireless power transmission device comprises a source voltage (Vs), a transmission resistance (Rs), and a transmission inductor (Ls) in series to form a closed circuit by connecting a source coil and a resonance inductor.
  • Vs source voltage
  • Rs transmission resistance
  • Ls transmission inductor
  • the wireless power receiver is a load constituting a closed circuit by series connection of the load resistor (Rl and the load inductor (Ll)
  • the wireless power receiver is a load constituting a closed circuit by series connection of the load resistor (Rl and the load inductor (Ll)
  • the resonant coil constituting a closed circuit by series connection of a coil (Load coil), a resonant inductor (L2) and a resonant capacitor (C2)
  • the transmitting inductor (Ls) and the inductor (L1) are magnetically coupled
  • the load inductor (Ll and the load side resonant inductor (L2) are magnetically coupled with a coupling factor of K23
  • the resonant inductor (L1) and the resonant inductor (L2) are magnetically coupled with a coupling factor of L12.
  • the source coil and/or the load coil may be omitted and only the resonant coil and the resonant coil and
  • an element for impedance matching may be added, and the impedance matching element may be a passive element such as an inductor and a capacitor.
  • a wireless power transmission system for transmitting power using a magnetic induction method or a magnetic resonance method based on such a wireless power transmission principle will be described.
  • 3A and 3B are block diagrams illustrating a wireless power transmission apparatus as one of the wireless power transmission systems.
  • a wireless power transmission system may include a wireless power transmission device 100 and a wireless power reception device 200 receiving power wirelessly from the wireless power transmission device 100 .
  • the wireless power receiver 200 may include a wireless power receiver that receives power wirelessly, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmission apparatus 100 generates a magnetic field based on the AC signal output from the power conversion unit 101 and the power conversion unit 101 that converts an input AC signal to power and outputs an AC signal to generate a wireless power within the charging area.
  • Controls the power conversion of the resonance circuit unit 102 and the power conversion unit 101 for providing power to the power receiving device 200, adjusts the amplitude and frequency of the output signal of the power conversion unit 101, the resonance circuit unit ( 102) performs impedance matching, senses impedance, voltage, and current information from the power conversion unit 101 and the resonance circuit unit 102, and a control unit 103 capable of wireless communication with the wireless power receiver 200 may include
  • the power converter 101 may include at least one of a power converter for converting an AC signal into a direct current, a power converter for outputting a direct current by varying the level of direct current, and a power converter for converting a direct current to an alternating current.
  • the resonance circuit unit 102 may include a coil and an impedance matching unit capable of resonating with the coil.
  • the controller 103 may include a sensing unit for sensing impedance, voltage, and current information and a wireless communication unit.
  • the sensing unit may include a current measuring unit for measuring the current, but is not limited thereto.
  • the communication unit may be able to communicate in a Bluetooth manner.
  • the communication unit may communicate in an in-band communication method or an out-of-band communication method.
  • the wireless power transmission device 100 includes an AC/DC converter 110 , a DC/AC converter 120 , an impedance matching unit 130 , and a transmission coil unit 140 communication and control unit. (150).
  • the AC/DC converter 110 is a power converter that converts an AC signal provided from the outside into a DC signal under the control of the communication and controller 150 , and the AC/DC converter 110 is a subsystem and a rectifier 112 . ) and a DC/DC converter 114 .
  • the rectifier 112 is a system for converting a provided AC signal into a DC signal, and as an embodiment for implementing this, a diode rectifier having relatively high efficiency during high frequency operation, a one-chip synchronous rectifier or cost and It can be a hybrid rectifier that can save space and has a high degree of freedom in dead time.
  • the present invention is not limited thereto, and any system that converts alternating current to direct current may be applied.
  • the DC/DC converter 114 adjusts the level of the DC signal provided from the rectifier 112 under the control of the communication and control unit 150, and implements this as an example of a Buck converter that lowers the level of the input signal. , it may be a boost converter that increases the level of the input signal, a buck boost converter that can lower or increase the level of the input signal, or a axial converter (Cuk converter).
  • the DC/DC converter 114 includes a switch element that controls power conversion, an inductor and capacitor that serves as a power conversion mediator or an output voltage smoothing function, and a transformer that controls voltage gain or performs an electrical separation function (insulation function).
  • the error between the command value of the output signal of the DC/DC converter 114 and the actual output value may be adjusted through a feedback method, and this may be accomplished by the communication and control unit 150 .
  • the DC/AC converter 120 converts the DC signal output from the AC/DC converter 110 into an AC signal under the control of the communication and control unit 150, and is a system capable of adjusting the frequency of the converted AC signal.
  • An example of implementing this is a half bridge inverter or a full bridge inverter.
  • various amplifiers that convert direct current to alternating current can be applied, examples of which include class A, class B, class AB, class C, class E, and class F.
  • the DC/AC converter 120 may include an oscillator that generates a frequency of the output signal and a power amplifier that amplifies the output signal.
  • the impedance matching unit 130 minimizes reflected waves at points having different impedances to improve signal flow. Since the two coils of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 are spatially separated and there is a lot of magnetic field leakage, between the two connection ends of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 It is possible to improve the power transfer efficiency by correcting the impedance difference.
  • the impedance matching unit 130 may be composed of an inductor and a capacitor resistance element, and the impedance value for impedance matching may be adjusted by varying the resistance value of the inductance of the inductor and the capacitance resistance of the capacitor under the control of the communication and control unit 150. have.
  • the impedance matching unit 130 may have a series resonance structure or a parallel resonance structure, and between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 . Energy loss can be minimized by increasing the inductive coupling coefficient of
  • the impedance matching unit 130 may change the separation distance between the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 or a metallic foreign object (FO). ), it is possible to enable real-time correction of the impedance matching according to the change of the matching impedance on the energy transmission line due to the change of the characteristics of the coil according to the mutual influence of multiple devices, and the multi-matching method using the capacitor as the correction method, the multi It may be a matching method using an antenna, a method using a multi-loop, or the like.
  • the coil 140 may be implemented as a plurality of coils or a single coil, and when a plurality of coils 140 are provided, they may be disposed to be spaced apart from each other or disposed to overlap each other. The area may be determined in consideration of variations in magnetic flux density. In addition, the coil 140 may be manufactured in consideration of internal resistance and radiation resistance. In this case, if the resistance component is small, a quality factor may be increased and transmission efficiency may be increased.
  • the communication and control unit 150 may include a control unit 152 and a communication unit 154 .
  • the control unit 152 may serve to adjust the output voltage of the AC/DC converter 110 in consideration of the power demand of the wireless power receiving device 200 and the current charging amount wireless power method. Power to be transmitted may be controlled by generating frequency and switching waveforms for driving the DC/AC converter 120 in consideration of maximum power transmission efficiency. Also, the controller 152 may determine the size of the wireless power receiver based on the unique information RXID received from the wireless power receiver. That is, one of the plurality of transmission coils may be selected according to the size of the wireless power receiving apparatus.
  • the unique information may include an RXID message, certification information (certification version), identification information, and an error detection code (CRC), but is not limited thereto.
  • the RXID message may include information on the size and power amount of the wireless power receiving device.
  • the overall operation of the wireless power receiver 200 may be controlled using an algorithm, program, or application required for control read from a storage unit (not shown) of the wireless power receiver 200 .
  • the controller 152 may be referred to as a microprocessor, a microcontroller unit, or a microcomputer.
  • the communication unit 154 may communicate with the communication unit 264 , and as an example of the communication method, a short-distance communication method such as Bluetooth, NFC, or Zigbee may be used.
  • the communication unit 154 and the communication unit 264 may transmit/receive charging status information and charging control commands to and from each other.
  • the charging status information may include the number of wireless power receiving devices 200 , battery remaining amount, number of charging times, usage amount, battery capacity, battery ratio, and transmission power amount of the wireless power transmitting device 100 .
  • the communication unit 154 may transmit a charging function control signal for controlling the charging function of the wireless power receiving device 200, and the charging function control signal enables the charging function by controlling the wireless power receiving device 200 ( enabled) or may be a control signal to be disabled.
  • the communication unit 154 may communicate in an out-of-band format composed of a separate module, but is not limited thereto.
  • the power receiver may perform communication in an in-band format using a feedback signal transmitted to the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver modulates the feedback signal to transmit information such as charging start, charging end, and battery status to the transmitter through the feedback signal.
  • the communication unit 154 may be configured separately from the control unit 152 , and the wireless power receiving device 200 and the communication unit 264 may be included in the control unit 262 of the receiving device or configured separately.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an apparatus for receiving wireless power as one of wireless power transmission systems.
  • the wireless power transmission system may include a wireless power transmission device 100 and a wireless power reception device 200 that wirelessly receives power from the wireless power transmission device 100 .
  • the wireless power receiver 200 includes a receiving coil unit 210 , an impedance matching unit 220 , an AC/DC converter 230 , a DC/DC converter 240 , a load 250 , and a communication and control unit 2600 . ) may be included.
  • the receiving coil unit 210 may receive power through a magnetic induction method or a magnetic resonance method. As such, it may include at least one of an induction coil and a resonance coil according to the power reception method.
  • the receiving coil unit 210 may also include a near field communication (NFC) antenna.
  • NFC near field communication
  • the receiving coil unit 210 may be the same as the coil unit 140 , and the size of the receiving antenna may vary according to electrical characteristics of the wireless power receiving apparatus 200 .
  • the impedance matching unit 220 performs impedance matching between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 .
  • the AC/DC converter 230 rectifies the AC signal output from the receiving coil unit 210 to generate a DC signal.
  • the DC/DC converter 240 may adjust the level of the DC signal output from the AC/DC converter 230 to match the capacity of the load 250 .
  • the load 250 may include a battery, a display, an audio output circuit, and various sensors of the main processor.
  • the communication and control unit 2600 may be activated by wake-up power from the communication and control unit 150 , performs communication with the communication and control unit 150 , and controls the operation of a subsystem of the wireless power receiving apparatus 200 . can be controlled
  • the wireless power receiver 200 may be configured in single or plural to receive energy wirelessly from the wireless power transmitter 100 at the same time. That is, in the magnetic resonance type wireless power transmission system, a plurality of target wireless power reception devices 200 may receive power from one wireless power transmission device 100 .
  • the matching unit 130 of the wireless power transmitting apparatus 100 may adaptively perform impedance matching between the plurality of wireless power receiving apparatuses 200 . This may be equally applied to a case in which a plurality of coil units independent of each other are provided in the magnetic induction method.
  • the power receiving method may be the same system or different types of systems.
  • the wireless power transmitter 100 may be a system for transmitting power in a magnetic induction method or a magnetic resonance method, or a system in which both methods are mixed.
  • 5 is an equivalent circuit of a wireless power transmitter and an electronic device according to an embodiment.
  • the electronic device may include the wireless power receiver shown in FIG. 4 .
  • the wireless power transmission device ( 100 in FIG. 3B ) and the electronic device ( 200 in FIG. 4 ) may be collectively referred to as a wireless power transmission system.
  • the equivalent circuit on the transmitting side can be expressed as Equation 1
  • the equivalent circuit on the receiving side can be expressed as Equation 2.
  • the equivalent circuit on the transmission side may be a wireless power transmission device
  • the equivalent circuit on the reception side may be an electronic device.
  • Vs may be a source voltage
  • Is is a transmit current
  • Rs may be a transmit resistance
  • RL may be the resistance of the load
  • I L may be the receive current
  • ⁇ may be the resonant frequency
  • M may be the mutual inductance.
  • R S and R L may be fixed values, but are not limited thereto.
  • the receive current may be a load current, but is not limited thereto.
  • a load may mean an object operated in an electronic device.
  • the load when the electronic device is a television receiver, the load may be a display unit, and when the electronic device is a vacuum cleaner, the load may be a motor.
  • Equation 1 for convenience of description, the transmit capacitance (C TX ) and the receive capacitance (C RX ) are ignored.
  • the transmission inductance L TX may be included in the transmission coil unit 140 of FIG. 3B .
  • the reception inductance L RX may be included in the reception coil unit 210 of FIG. 4 .
  • Equations 1 and 2 the transmission current I S flowing in the transmitting circuit and the receiving current I L flowing in the receiving circuit may be expressed as in Equations 3 and 4.
  • the coupling coefficient according to the distance between the wireless power transmitter and the electronic device may be expressed by Equation (5).
  • the coupling coefficient k may vary according to a distance between the wireless power transmitter and the electronic device. For example, as the distance between the wireless power transmitter and the electronic device increases, the coupling coefficient k may increase.
  • the coupling coefficient k and the mutual inductance M may have a proportional relationship. Accordingly, as the distance between the wireless power transmitter and the electronic device increases, the coupling coefficient k increases, and thus the mutual inductance M may also increase.
  • Equation (6) the total impedance of the wireless power transmission system viewed from the transmitting side.
  • Z Total may be a total impedance
  • Z RX may be a reception-side impedance
  • the total impedance (Z Total ) may vary according to the reception-side impedance (Z RX ) since the transmission resistance (Rs) is a fixed value.
  • the receiving-side impedance (Z RX ) varies according to the mutual inductance (M) because the load resistance (RL) is a fixed value, and as shown in Equation 5, the mutual inductance (M) can be varied according to the coupling coefficient (k). have. Accordingly, the coupling coefficient k may increase as the wireless power transmitter and the electronic device come closer, and the mutual inductance M may increase as the coupling coefficient k increases.
  • the reception-side impedance Z RX may increase, and as the reception-side impedance Z RX increases, the total impedance Z Total may increase.
  • the coupling coefficient (k) is highly related to the total impedance (Z Total ).
  • the critical coupling coefficient may be 0.02.
  • the total impedance (Z Total ) rapidly increases as the distance between the wireless power transmitter and the electronic device gets closer. Therefore, the total impedance (Z Total ) does not change significantly until the coupling coefficient becomes the critical coupling factor, but the total impedance (Z Total ) may rapidly increase after the critical coupling factor is exceeded.
  • ⁇ may be transmission efficiency
  • Ps may be transmission-side power
  • P L may be reception-side (load-side) power.
  • the transmission efficiency ⁇ increases as the coupling coefficient k increases.
  • the transmission efficiency at the critical coupling coefficient may be 50%.
  • the received power may not have a proportional relationship with the coupling coefficient k.
  • the received power is increased as the coupling coefficient (k) is increased.
  • the coupling coefficient (k) exceeds the threshold coupling coefficient, the received power is rather decreased.
  • the received power at the threshold coupling coefficient may have the maximum received power.
  • the critical coupling coefficient may be 0.02, but is not limited thereto.
  • the received power is power received by the receiving coil unit ( 210 in FIG. 4 ), and may be used to operate the electronic device in real time.
  • the transmission efficiency may be 50% as shown in FIG. 7 . Accordingly, as shown in FIGS. 7 and 8 , when the transmission efficiency is 50%, the received power may be the maximum received power. Accordingly, when the coupling coefficient k is smaller or larger than the threshold coupling coefficient based on the threshold coupling coefficient at which the maximum received power is achieved, the received power may be decreased.
  • Equation 8 when the reception-side impedance (Z RX ) is the same as the transmission resistance (Rs), when this is substituted in Equation 7, it can be seen that the transmission efficiency becomes 50% as in Equation 9 have.
  • the received power does not always increase.
  • the received power may decrease above the threshold coupling coefficient.
  • the critical coupling coefficient that is, from a transmission efficiency of 50% or more
  • the total impedance (Z Total ) may be rapidly increased.
  • I S transmission current
  • Z Total total impedance
  • the electronic device when the received power of the electronic device is less than the threshold power Pt, the electronic device may not operate.
  • the threshold power Pt may be the minimum power for the operation of the electronic device. Accordingly, in order for the electronic device to continuously operate in real time without interruption, received power greater than or equal to the threshold power Pt must be received.
  • the received power above the threshold power (Pt) is always received, so that the received power is received in real time without additional battery charging. It is possible to operate the electronic device, thereby improving user convenience. This will be described in more detail later.
  • FIG. 9 is an exemplary diagram of a transmitting coil unit or a receiving coil unit according to an embodiment.
  • the transmitting coil unit 140 in FIG. 3B may include a plurality of coils 311 to 313 .
  • the coils 311 to 313 may be referred to as transmission coils.
  • the receiving coil unit 210 in FIG. 4 according to the embodiment may include a plurality of coils 411 to 413 .
  • the coils 411 to 413 may be referred to as receiving coils.
  • Each of the coils 311 to 313 and 411 to 413 may be wound in a helical type.
  • the coils 311 to 313 and 411 to 413 may be wound with a plurality of turns along the vertical direction.
  • the coils 311 to 313 and 411 to 413 may have a circular shape, but are not limited thereto.
  • the second coils 312 and 412 may surround the first coils 311 and 411 .
  • the third coils 313 and 413 may surround the second coils 312 and 412 .
  • the second coils 312 and 412 may be disposed to be spaced apart from the outermost of the first coils 311 and 411 in an outward direction.
  • the third coils 313 and 413 may be disposed to be spaced apart from the outermost of the second coils 312 and 412 in an outward direction.
  • the inductance of the coil is proportional to the length of the coil, the inductance of the second coils 312 and 412 is greater than the inductance of the first coils 311 and 411, and the inductance of the third coil 313 and 413 is the inductance of the second coil ( 312, 412) may be greater than the inductance.
  • coils 311 to 313 and 411 to 413 are illustrated in FIG. 9 , more coils may be provided.
  • FIG. 10 is another exemplary diagram of a transmitting coil unit or a receiving coil unit according to an embodiment.
  • the transmitting coil unit 140 in FIG. 3B may include a plurality of coils 311 to 313 .
  • the coils 311 to 313 may be referred to as transmission coils.
  • the receiving coil unit 210 in FIG. 4 according to the embodiment may include a plurality of coils 411 to 413 .
  • the coils 411 to 413 may be referred to as receiving coils.
  • the coils 311 to 313 and 411 to 413 may be wound in a spiral type.
  • the coils 311 to 313 and 411 to 413 may be wound with a plurality of turns along the horizontal direction.
  • the coils 311 to 313 and 411 to 413 may have a circular shape, but are not limited thereto.
  • the second coils 312 and 412 may surround the first coils 311 and 411 .
  • the third coils 313 and 413 may surround the second coils 312 and 412 .
  • the second coils 312 and 412 may be disposed to be spaced apart from the outermost of the first coils 311 and 411 in an outward direction.
  • the third coils 313 and 413 may be disposed to be spaced apart from the outermost of the second coils 312 and 412 in an outward direction.
  • the inductance of the coil is proportional to the length of the coil, the inductance of the second coils 312 and 412 is greater than the inductance of the first coils 311 and 411, and the inductance of the third coil 313 and 413 is the inductance of the second coil ( 312 and 412) may be greater than the inductance.
  • coils 311 to 313 and 411 to 413 are illustrated in FIG. 10 , more coils may be provided.
  • the coupling coefficient (k) may vary depending on the change in the transmission inductance (L TX ) of the transmission coils 311 to 313 or the reception inductance (L RX ) of the reception coils 411 to 413.
  • the mutual inductance (M) becomes large, and when the transmission inductance (L TX ) is changed to the small transmission coils (311 to 313), the mutual inductance (M) ) can be small.
  • the mutual inductance (M) becomes large, and when the receiving inductance (L RX ) is changed to the small receiving coils (411 to 413), the mutual inductance (M) ) can be small.
  • the transmit inductance (L TX ) of the transmitting coils 311 to 313 and/or the receiving inductance (L RX ) of the receiving coils 411 to 413 will be changed according to the under-coupling mode or the over-coupling mode.
  • the transmit inductance (L TX ) of the transmit coils 311 to 313 and/or the receive inductance (L RX ) of the receive coils 411 to 413 may be changed to increase.
  • the transmit inductance (L TX ) of the transmitting coils 311 to 313 and/or the receiving inductance (L RX ) of the receiving coils 411 to 413 may be changed to be small. This will be described in detail later.
  • the undercoupling mode or the overcoupling mode may be acquired based on the total impedance.
  • a change between the plurality of transmitting coils 311 to 313 of the wireless power transmission apparatus and/or a change between the plurality of receiving coils 411 to 413 of the electronic device is performed according to the obtained coupling mode, so that the electronic device , the received power is received above the threshold power, so that the electronic device can be operated stably and in real time without interruption, thereby resolving the user's inconvenience.
  • 11 is a block diagram illustrating an apparatus for transmitting power wirelessly according to an embodiment.
  • the apparatus 300 for transmitting power wirelessly may include a controller 320 and a plurality of transmitting coils 311 to 313 .
  • the plurality of transmitting coils 311 to 313 may be the plurality of transmitting coils shown in FIGS. 9 and 10 .
  • the wireless power transmission apparatus 300 may be the wireless power transmission apparatus 100 illustrated in FIG. 3B .
  • control unit 320 may wirelessly transmit the first transmission power to the electronic device ( 200 of FIG. 4 ) through one transmission coil among the plurality of transmission coils 311 to 313 .
  • the corresponding transmitting coil may be set as a default.
  • the control unit 320 may acquire whether the mode is in the under-coupling mode or the over-coupling mode.
  • the power shortage information may be generated when the received power received by the electronic device is less than the threshold power Pt.
  • the threshold power Pt may be the minimum power for the operation of the electronic device.
  • the threshold power Pt may be less than the minimum power for the operation of the electronic device.
  • the electronic device may transmit power shortage information to the wireless power transmitter 300 .
  • a region in which the transmission efficiency is less than 50% that is, an undercoupling region R_u
  • a region in which the transmission efficiency is more than 50% that is, an overcoupling region, based on 50% of the transmission efficiency. (R_o)
  • Both the region in which the transmission efficiency is less than 50% and the region in which the transmission efficiency is greater than 50% may be regions in which receive power is reduced.
  • the under-coupling mode may be operated in the under-coupling region R_u, and the over-coupling mode may be operated in the over-coupling region R_o.
  • the distance between the wireless power transmitter 300 and the electronic device may be relatively far apart.
  • the received power may be increased (refer to FIG. 8 ).
  • the electronic device may receive a reception power that is more increased than before by the transmission power transmitted through the transmission coil having an inductance greater than the inductance of the preset transmission coil.
  • the distance between the wireless power transmitter 300 and the electronic device may be relatively or very narrow.
  • the total impedance ZTotal rapidly increases, and accordingly, it is difficult to transmit a desired transmission power by the total impedance ZTotal.
  • the electronic device may receive received power that is more increased than before by the transmit power transmitted through the transmitting coil having an inductance smaller than the inductance of the preset transmitting coil.
  • the under-coupling mode is an operation mode when the transmission efficiency of the wireless power transmitter 300 is less than 50%
  • the over-coupling mode is the wireless power transmitter 300 . It may be an operation mode when the transmission efficiency of is greater than 50%.
  • the wireless power transmitter 300 may be divided into an under-coupling mode when less than 50% and an over-coupling mode when more than 50%.
  • the coupling coefficient k between the wireless power transmitter 300 and the electronic device is 50% of the transmission efficiency of the wireless power transmitter 300 It may be an operation mode when it is smaller than the coupling coefficient k when the overcoupling mode, the coupling coefficient (k) between the wireless power transmitter 300 and the electronic device is greater than the coupling coefficient (k) when the transmission efficiency of the wireless power transmitter 300 is 50%. It may be an operating mode.
  • the wireless power transmission apparatus 300 may include a sensing unit 330 .
  • the sensing unit 330 may include a current measuring unit.
  • the current measuring unit 330 may measure the transmission current Is, and transmit the measured transmission current Is to the controller 320 .
  • control unit 320 may obtain an impedance value based on the transmission current Is received from the current measurement unit 330 .
  • the impedance value may be the total impedance (Z Total ) shown in Equation (6).
  • the controller 320 may acquire whether the mode is an under-coupling mode or an over-coupling mode based on the impedance value.
  • Equation 10 when the reception-side impedance (Z RX ) is equal to the transmission resistance (Rs), the transmission efficiency may be 50%. Accordingly, when the transmission efficiency is 50%, the impedance value, that is, the total impedance (Z Total ) can be expressed by Equation (10).
  • control unit 320 can, if the impedance value is smaller than S 2R is determined by the under coupling mode, and the impedance value is determined over a coupling mode is greater than 2R S.
  • the controller 320 may determine the under-coupling mode or the over-coupling mode by comparing the obtained impedance value with a set threshold impedance value.
  • control unit 320 may change the preset transmission coil to one of the remaining transmission coils except for the preset transmission coil among the plurality of transmission coils 311 , 312 , 313 according to the obtained mode.
  • the preset transmitting coil is the second transmitting coil 312 shown in FIG. 11
  • the changed transmitting coil may be the first transmitting coil 311 or the third transmitting coil 313 shown in FIG. 11 .
  • the control unit 320 may wirelessly transmit the second transmission power to the electronic device through the changed transmission coil.
  • the changed transmitting coil may be the third transmitting coil 313 having an inductance greater than that of the second transmitting coil 312 shown in FIG. 11 .
  • the controller 320 may wirelessly transmit the second transmission power to the electronic device through the third transmission coil 313 illustrated in FIG. 11 .
  • the changed transmitting coil may be the first transmitting coil 311 having an inductance smaller than that of the second transmitting coil 312 shown in FIG. 11 .
  • the controller 320 may wirelessly transmit the second transmission power to the electronic device through the first transmission coil 311 illustrated in FIG. 11 .
  • the wireless power transmission apparatus 300 may include a switching unit 340 .
  • the switching unit 340 may select one of the plurality of transmission coils under the control of the control unit 320 so that the source voltage of the voltage supply unit 310 is supplied.
  • control unit 320 may control the switching unit 340 to select a transmission coil allocated to the index information.
  • the index information may include a plurality of index numbers.
  • a transmitting coil and a receiving coil may be assigned to each of the plurality of index numbers.
  • the wireless power transmission apparatus 300 may include a storage unit 370 .
  • the storage unit 370 may include an index table.
  • the index table may be represented as shown in Table 1 below.
  • the index number may be arranged in descending order or ascending order in consideration of a value of a product of, for example, the inductance of the transmitting coil and the inductance of the receiving coil.
  • index numbers may be arranged in descending order from the largest value of the product of the inductance of the transmitting coil and the inductance of the receiving coil.
  • the first to third transmitting coils (TX1, TX2, TX3) are 80 ⁇ H, 30 ⁇ H, and 10 ⁇ H, respectively
  • the first to third receiving coils (RX1, RX2, RX3) may be 70 ⁇ H, 20 ⁇ H, and 5 ⁇ H, respectively.
  • index number transmitting coil receiving coil Product of transmit coil inductance and receive coil inductance #One TX1(80) RX1(70) 5600 #2 TX2(30) RX1(70) 2100 #3 TX1(80) RX2(20) 1600 #4 TX3(10) RX1(70) 700 #5 TX2(30) RX2(20) 600 #6 TX1(80) RX3(5) 400 #7 TX3(10) RX2(20) 200 #8 TX2(30) RX3(5) 150 #9 TX3(10) R3(5) 50
  • the index table may include index information.
  • the index information may include a plurality of index numbers.
  • a transmitting coil and a receiving coil are allocated to each index number in the index table, and a mutual inductance value formed by the allocated transmitting coil and the receiving coil may be set.
  • the second transmission coil TX2 may be allocated to the wireless power transmission apparatus 300 by setting of the fifth index number #5, and the second reception coil RX2 may be allocated to the electronic device.
  • the fifth index number #5 may be changed to an index number in which the product of the transmission coil inductance and the occasional coil inductance is large. Accordingly, when the fourth index number (#4) is selected, the control unit 320 switches to change the second transmitting coil (TX2) to the third transmitting coil (TX3) according to the fourth index number (#4)
  • the unit 340 may be controlled. Accordingly, since the inductance of the third transmission coil TX3 is greater than the inductance of the second transmission coil TX2, the power greater than the transmission power transmitted through the second transmission coil TX2 is greater than that of the third transmission coil TX3. can be transmitted through Accordingly, the received power received from the electronic device may increase.
  • the fifth index number #5 may be changed to an index number in which the product of the coil inductance and the occasional coil inductance is small. Accordingly, when the sixth index number (#6) is selected, the control unit 320 switches to change the second transmitting coil (TX2) to the first transmitting coil (TX1) according to the sixth index number (#6)
  • the unit 340 may be controlled. Therefore, since the inductance of the first transmission coil TX1 is smaller than the inductance of the second transmission coil TX2, the power greater than the transmission power transmitted through the second transmission coil TX2 is greater than that of the first transmission coil TX1. can be transmitted through Accordingly, the received power received from the electronic device may increase.
  • the controller 320 may transmit index information including the selected index number to the electronic device.
  • the electronic device may change the reception coil based on the index information received from the wireless power transmission apparatus 300 to receive reception power through the changed reception coil.
  • the wireless power transmission apparatus 300 may include a communication unit 350 .
  • the communication unit 350 may communicate with an electronic device.
  • the communication unit 350 may be able to communicate using an in-band communication method or an out-of-band communication method.
  • the communication unit 350 may receive power shortage information from the electronic device using an out-of-band communication method.
  • the communication unit 350 may transmit the index number to the electronic device using an out-of-band communication method.
  • an obstacle for example, a person, an animal, an object, etc.
  • the electronic device may be operated using the power of the battery. Thereafter, when the corresponding interference is removed, the electronic device may be operated by the received power received from the wireless power transmitter 300 .
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an operating method of an apparatus for transmitting power wirelessly according to an embodiment.
  • the controller 320 of the wireless power transmitter 300 may set a first index number (S361).
  • the first index number may be one of a plurality of index numbers shown in Table 1.
  • the first index number is the fifth index number (#5) among the plurality of indexes shown in Table 1.
  • the controller 320 may set a first transmission coil assigned to the set first index number (S362).
  • the second transmitting coil 312 assigned to the fifth index number (#5) is selected as the first transmitting coil of S362 By controlling the switching unit 340 to do so, the second transmission coil 312 may be set.
  • the controller 320 may wirelessly transmit the first transmission power to the electronic device through the set first transmission coil (S363).
  • the electronic device may receive the first transmission power transmitted from the wireless power transmission apparatus 300 as the first reception power, and may perform a corresponding operation using the first reception power. For example, when the electronic device is a television receiver, the television receiver may be operated to view a corresponding broadcast program or various contents.
  • control unit 320 may receive power shortage information from the electronic device (S364).
  • the controller 320 may continuously transmit the first transmit power to the electronic device through the first transmit coil.
  • the electronic device may transmit power shortage information to the wireless power transmitter 300 .
  • the threshold power Pt may be or be less than the minimum power (P T in FIG. 8 ) for operating the electronic device. Therefore, in order to operate the electronic device, received power greater than or equal to the threshold power Pt must be received.
  • the electronic device when the received power is less than the threshold power Pt, the electronic device may be operated by the power of the battery ( 460 in FIG. 13 ), but the present invention is not limited thereto.
  • the power shortage information may be received through the communication unit 350 of the wireless power transmission apparatus 300 using an out-of-band communication method, but is not limited thereto.
  • the controller 320 may determine the mode.
  • control unit 320 may obtain whether the under-coupling mode is (S365).
  • control unit 320 obtains the total impedance ZTotal based on the current measured by the current measurement unit 330, and compares the obtained total impedance ZTotal with a preset resistance value to determine the mode. have.
  • the preset resistance value may be twice the resistance value Rs.
  • the controller 320 may acquire the under-coupling mode when the obtained total impedance ZTotal is smaller than a preset resistance value.
  • the controller 320 may acquire the overcoupling mode when the obtained total impedance ZTotal is greater than a preset resistance value.
  • the controller 320 may change the set first index number to a second index number (S366).
  • the control unit 320 may control the switching unit 340 based on the second index number to select the second transmission coil (S367).
  • the controller 320 controls the fourth index number among the plurality of index numbers shown in Table 1 as the second index number. (#4) can be selected.
  • the controller 320 may control the switching unit 340 to change the second transmitting coil 312 to the third transmitting coil TX3 assigned to the fourth index number (#4).
  • the modified third transmitting coil TX3 may be the second transmitting coil of S367.
  • the controller 320 may transmit the second index information and the second transmission power to the electronic device (S368).
  • the second index information may be transmitted to the electronic device through the communication unit 350 .
  • the second transmission power may be transmitted to the electronic device through the second transmission coil.
  • the second transmitting coil may be the third transmitting coil TX3 assigned to the fourth index number (#4) shown in Table 1.
  • the second transmit power may be different from the first transmit power.
  • the second transmit power may be greater than the first transmit power, but is not limited thereto.
  • the electronic device may receive the second received power when the second transmit power greater than the first received power when the first transmit power is transmitted, and the electronic device can receive the second received power when the first transmit power is transmitted. It can operate smoothly.
  • the electronic device may transmit the power shortage information to the wireless power transmitter 300 again. Such a process may be repeated until the received power received from the electronic device is equal to or greater than the threshold power Pt.
  • controller 320 may operate the wireless power transmitter 300 in an overcoupling mode (S369).
  • the controller 320 may change the set first index number to a third index number (S370).
  • the control unit 320 may control the switching unit 340 based on the third index number to select the third transmission coil (S371).
  • the control unit 320 as the third index number is a sixth index number among a plurality of index numbers shown in Table 1 (#6) can be selected.
  • the controller 320 may control the switching unit 340 to change the second transmitting coil 312 to the first transmitting coil TX1 assigned to the sixth index number (#6).
  • the changed first transmitting coil 311 may be the third transmitting coil of S371.
  • the controller 320 may transmit the third index information and the third transmission power to the electronic device (S372).
  • the third index information may be transmitted to the electronic device through the communication unit 350 .
  • the third transmission power may be transmitted to the electronic device through the third transmission coil.
  • the third transmitting coil may be the first transmitting coil TX1 assigned to the sixth index number (#6) shown in Table 1.
  • the electronic device may receive the third received power when the third transmit power greater than the first received power when the first transmit power is transmitted, and the electronic device smoothly operates by the received power. can be operated.
  • the electronic device may transmit power shortage information to the wireless power transmitter 300 again. Such a process may be repeated until the received power received from the electronic device is equal to or greater than the threshold power Pt.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating an electronic device according to an embodiment.
  • the electronic device 400 may include a controller 420 and a plurality of receiving coils 411 to 413 .
  • the plurality of receiving coils 411 to 413 may be a plurality of receiving coils illustrated in FIGS. 9 and 10 .
  • the electronic device 400 may be the wireless power receiver 200 illustrated in FIG. 4 .
  • the controller 420 may wirelessly receive the first received power from the wireless power transmitter 300 through the first receiving coil among the plurality of receiving coils.
  • the reception power of the electronic device 400 may be smaller than the transmission power transmitted from the wireless power transmission apparatus 300 .
  • the transmission efficiency is increased, but as shown in FIG. 8, after the transmission efficiency exceeds 50%, the transmission power from the wireless power transmission device 300 is Even if it increases, the received power of the electronic device 400 may decrease.
  • the main cause of this is that after the transmission efficiency exceeds 50%, as shown in FIG. 6 , the total impedance ZTotal increases, thereby preventing the electronic device 400 from receiving received power. Accordingly, in a region where the transmission efficiency exceeds 50%, that is, in a region operated in the overcoupling mode, the reception power of the electronic device 400 may be increased by transmitting the transmission power through the transmission coil having a small inductance.
  • the controller 420 may transmit power shortage information to the wireless power transmitter 300 .
  • the threshold power Pt may be the minimum power for the operation of the electronic device 400 .
  • the threshold power Pt may be less than the minimum power for the operation of the electronic device 400 .
  • the electronic device 400 may include a communication unit 450 .
  • the communication unit 450 may communicate with the wireless power transmission device 300 .
  • the communication unit 450 may communicate using an in-band communication method or an out-of-band communication method.
  • the communication unit 450 may transmit power shortage information to the wireless power transmission apparatus 300 using an out-of-band communication method.
  • the communication unit 450 may receive the index number from the wireless power transmission apparatus 300 using an out-of-band communication method.
  • the controller 420 may receive an index number from the wireless power transmitter 300 in response to the power shortage information.
  • the electronic device 400 may include a storage unit 470 .
  • the storage unit 470 may include the index table shown in Table 1.
  • the controller 420 may change the first receiving coil to the second receiving coil according to the index information received from the wireless power transmitting apparatus 300 .
  • the under-coupling mode it may be changed to a receiving coil larger than the initially set inductance of the receiving coil.
  • the overcoupling mode it may be changed to a receiving coil smaller than the initially set inductance of the first receiving coil.
  • the changed receiving coil may be the third receiving coil 413 .
  • the control unit 420 matches the received index number with the index table stored in the storage unit 470 to select an index number matching the received index number. have. Since a specific receiving coil is assigned to the selected index number, the controller 420 may control the specific receiving coil to be selected.
  • the electronic device 400 may include a switching unit 440 .
  • the switching unit 440 may select one of the plurality of receiving coils 411 , 412 , and 413 to receive received power through the corresponding coil.
  • the controller 420 controls the switching unit 440 based on the index number received from the wireless power transmitter 300 to control the first receiving coil 411 . ) or the third receiving coil 413 may be selected.
  • the controller 420 may wirelessly receive the second received power from the wireless power transmitter 300 through the changed receiving coils 411 and 413 .
  • the second receiving coil may be one of the receiving coils 411 and 413 of the remaining receiving coils except for the receiving coil 412 initially set among the plurality of receiving coils.
  • the electronic device 400 may include a sensing unit 430 .
  • the sensing unit 430 may detect the first received power from the battery 460 .
  • the sensing unit 430 may be installed between the plurality of receiving coils and the battery 460 to detect the first received power.
  • the sensing unit 430 may include a current measuring unit and/or a voltage measuring unit, but is not limited thereto.
  • the electronic device 400 may include a battery 460 .
  • the battery 460 may charge reception power received from the plurality of reception coils.
  • the electronic device 400 In order to operate the electronic device 400 in real time, power must be constantly supplied.
  • the received power of the electronic device 400 is less than the threshold power Pt, a communication process between the wireless power transmitter 300 and the electronic device 400, an operation process in the wireless power transmitter 300, and wireless A situation may occur in which the transmission power is temporarily not transmitted in the wireless power transmission device 300 such as a change process between transmission coils in the power transmission device 300 and a change process between receiving coils in the electronic device 400 .
  • the battery 460 may be provided in the electronic device 400 .
  • the controller 420 may operate the electronic device 400 with the power of the battery 460 .
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of operating an electronic device according to an embodiment.
  • the controller 420 of the electronic device 400 may set a first index number ( S461 ).
  • the first index number may be one of a plurality of index numbers shown in Table 1.
  • the first index number may be the same as the first index number illustrated in FIG. 12 , but is not limited thereto.
  • the controller 420 may control the switching unit 440 to select the first receiving coil assigned to the first index number (S462). Accordingly, when the transmission power is transmitted from the wireless power transmission apparatus 300 , the first reception power may be received through the first reception coil of the electronic device 400 .
  • the first receiving coil may be one of the plurality of receiving coils 41 , 412 , and 413 . For convenience of description, it is assumed that the first receiving coil of S462 is the second receiving coil 412 shown in FIG. 13 .
  • the control unit 420 may obtain whether the first received power has been received (S463).
  • the control unit 420 may obtain whether the first reception power is received based on the signal detected by the sensing unit 430 .
  • the first received power may power on the electronic device 400 as a power source (S464). Accordingly, the electronic device 400 may be operated (S465). For example, when the electronic device 400 is a television receiver, the television receiver may be powered on and a preset broadcast program or content may be displayed.
  • the control unit 420 may compare the first received power with the threshold power Pt to obtain whether the first received power is not the threshold power Pt ( S466 ).
  • the electronic device 400 may be operated in real time by the first received power received by the transmission power from the wireless power transmitter 300 .
  • the controller 420 may transmit power shortage information to the wireless power transmitter 300 ( S467 ).
  • the controller 420 may control the communication unit 450 to transmit power shortage information to the wireless power transmitter 300 in an out-of-band communication method.
  • the wireless power transmission device 300 When the wireless power transmission device 300 receives the power shortage information, it determines the under-coupling mode or the over-coupling mode by using the total impedance ZTotal, and converts the previous transmission coil into a new transmission coil according to the determined mode. By changing it, it is possible to transmit transmit power through the changed transmitting coil.
  • the wireless power transmitter 300 may transmit index information related to the change of the reception coil, that is, an index number, to the electronic device 400 in an out-of-band communication method.
  • the controller 420 may receive index information from the wireless power transmitter 300 (S468).
  • index information may be received through the communication unit 450 in an out-of-band communication method.
  • the controller 420 may change the first receiving coil to the second receiving coil based on the index information (S469).
  • the second receiving coil may be the first receiving coil 411 or the third receiving coil 413 shown in FIG. 13 . .
  • the index table stored in the storage unit 370 of the wireless power transmitter 300 may be the same as the index table stored in the storage unit 470 of the electronic device 400 .
  • the index information may include a plurality of index numbers, and a transmitting coil and a receiving coil may be assigned to each index number.
  • the wireless power transmitter 300 selects the best index number among a combination of a plurality of index numbers included in the index information according to the under-coupling mode or the over-coupling mode, and uses the selected index number as index information as index information. (400).
  • the control unit 420 of the electronic device 400 selects the same index number as the index number received from the wireless power transmission device 300, and switches to select the receiving coil assigned to the selected index number, that is, the second receiving coil.
  • the unit 440 may be controlled.
  • the controller 420 may receive the second received power through the second receiving coil (S470).
  • the second received power may be different from the first received power.
  • the second received power may be greater than the first received power.
  • FIG. 15 is an equivalent circuit according to index information between a plurality of transmission coils of a wireless power transmission apparatus and a plurality of reception coils of an electronic device.
  • FIG. 16 shows received power according to a coupling coefficient based on the index information of FIG. 15 .
  • FIG. 17 shows transmission efficiency according to a coupling coefficient based on the index information of FIG. 15 .
  • three transmitting coils TX1, TX2, TX3) and three receiving coils (RX1, RX2, RX3) may be provided.
  • the first inductance L T1 of the first transmission coil TX1 is 80 ⁇ H
  • the second inductance L T2 of the second transmission coil TX2 is 30 ⁇ H
  • the third transmission coil TX3 The inductance L T3 may be 10 ⁇ H.
  • the first inductance L R1 of the twelfth receiving coil RX1 is 80 ⁇ H
  • the second inductance L R2 of the second receiving coil RX2 is 30 ⁇ H
  • the third receiving coil TX3 is
  • the inductance L R3 may be 10 ⁇ H.
  • the reception power according to the coupling coefficient k in each of the first to fifth index numbers Index1 to Index5 is shown. It can be seen that, in each of the first to fifth index numbers (Index1 to Index5), the maximum received power is obtained at a specific coupling coefficient, and the received power is decreased in the other coupling coefficients.
  • transmission efficiency according to coupling coefficients in each of the first to fifth index numbers Index1 to Index5 is shown. It can be seen that the transmission efficiency increases as the coupling coefficient k in each of the first to fifth index numbers Index1 to Index5 increases.
  • Case 1 is the case of the second index number (Index2)
  • Case 2 is the case of the third index number (Index3)
  • the threshold power Pt which is the minimum power for operation of the electronic device, is Assume 25W.
  • the operation of the electronic device 400 may be stopped.
  • the second index number may be changed to the third index number Index3.
  • the second transmitting coil of the wireless power transmitting apparatus may be maintained, and the first receiving coil of the electronic device 400 may be changed to a second receiving coil.
  • the transmission efficiency is reduced to 50%, since the received power is 30W, which exceeds the threshold power (25W), the electronic device 400 may be operated.
  • the received power equal to or greater than the threshold power which is the minimum power for the operation of the electronic device 400, is always received by the electronic device 400, so that the electronic device 400 is continuously and stably It can be operated in real time.
  • FIG. 18 is an exemplary diagram of a wireless power transmission system according to an embodiment.
  • the wireless power transmission system may include a display device 1200 and an auxiliary device 1100 .
  • the display device 1200 is a device that displays an image, and may be, for example, a television receiver.
  • the auxiliary device 1100 is a device that supports the display device 1200 , and may be, for example, a sound bar, a set-top box, or a speaker.
  • the auxiliary device 1100 may include a wireless power transmitter 1110
  • the display device 1200 may include a wireless power receiver 1210
  • the wireless power transmission device 1110 may be a wireless power transmission device (300 in FIG. 11 ) according to an embodiment
  • the wireless power reception device 1210 may include an electronic device (400 in FIG. 13 ) according to the embodiment. have.
  • the transmission power transmitted from the wireless power transmission device 1110 included in the auxiliary device 1100 may be received by the display device 1200 as reception power, and the display device 1200 may be operated with the received power. .
  • FIG. 19 is another exemplary diagram of a wireless power transmission system according to an embodiment.
  • the wireless power transmission system may include a home appliance 1400 .
  • the home appliance 1400 may include, for example, a washing machine, a refrigerator, an air purifier, and a speaker.
  • the home appliance 1400 may include a wireless power receiver 1410 .
  • the wireless power receiving apparatus 1410 may include an electronic device ( 400 of FIG. 13 ) according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 1300 may be installed to be spaced apart from the home appliance 1400 .
  • the wireless power transmitter 1300 may be installed on the wall 1500 or the ceiling, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmission apparatus 1300 may be a wireless power transmission apparatus 300 (see FIG. 11 ) according to an embodiment.
  • the transmission power transmitted from the wireless power transmission device 1300 installed on the wall 1500 is received by the home appliance 1400 as received power, and the home appliance 1400 can be operated with the received power.
  • the embodiment may be applied to various industrial fields in which reception power capable of real-time operation of an electronic device may be provided.
  • the embodiment can be applied not only to mobile, but also to IT, railway, automobile, display devices such as TV, and home appliance industries.

Landscapes

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Abstract

무선 전력 송신 장치는 서로 상이한 인덕턴스를 갖는 복수의 송신 코일과, 제어부를 포함한다. 제어부는 복수의 송신 코일 중에서 제1 송신 코일을 통해 제1 송신 전력을 전자 기기로 무선으로 송신하고, 전자 기기로부터 전력 부족 정보를 수신하는 경우, 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드인지 여부를 획득하고, 획득된 모드에 따라 제1 송신 코일에서 제2 송신 코일로 변경하며, 변경된 제2 송신 코일을 통해 제2 송신 전력을 전자 기기로 무선으로 송신한다. 제2 송신 코일은 복수의 송신 코일 중에서 제1 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일 중 하나의 송신 코일일 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 전자 기기
실시예는 무선 전력 송신 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
최근 들어 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 송신 기술이 관심을 받고 있다.
무선 전력 송신 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술이다.
무선 전력 송신 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 자동차, TV와 같은 디스플레이 기기, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
최근에는 전자 기기를 배터리에 충전된 전력을 이용하지 않고 무선 전력을 실시간으로 제공받아 동작하도록 하는 무전 전력 송신 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이를 위해 무선 전력 송신 장치는 전자 기기의 동작을 위한 최소 수신 전력(이하, 임계 전력(도 8의 Pt)이라 함)이 수신되도록 송신 전력이 안정적으로 송신되어야 한다. 하지만, 무선 전력 송신 장치나 전자 기기의 위치나 상태에 따라 결합 계수, 전송 효율, 수신 전력이 수시로 변경되어, 무선 전력을 안정적으로 송신하기 어려운 문제점이 있었다.
특히, 결합 계수가 증가될수록 전송 효율은 증가되지만, 전자 기기의 수신 전력은 증가되다가 임계 결합 계수 이상의 구간에서는 오히려 감소된다. 이러한 경우, 전자 기기의 수신 전력이 임계 전력 미만이 되어 전자 기기의 동작이 중단되는 문제점이 있었다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 무선 전력 송신 장치나 전자 기기의 위치나 상태의 변경에 관계없이 항상 안정적으로 송신 전력을 송신할 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 전자 기기를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 전자 기기를 끊김 없이 안정적으로 실시간 동작 가능하도록 송신 전력을 송신할 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 전자 기기를 제공한다.
전자 기기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 전자 기기를 동작하기 위한 송신 전력을 무선으로 송신하는 무선 전력 송신 장치는, 서로 상이한 인덕턴스를 갖는 복수의 송신 코일; 및 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 복수의 송신 코일 중에서 제1 송신 코일을 통해 제1 송신 전력을 상기 전자 기기로 무선으로 송신하고, 상기 전자 기기로부터 전력 부족 정보를 수신하는 경우, 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드인지 여부를 획득하고, 상기 획득된 모드에 따라 상기 제1 송신 코일에서 제2 송신 코일로 변경하며, 상기 변경된 제2 송신 코일을 통해 제2 송신 전력을 상기 전자 기기로 무선으로 송신한다. 상기 제2 송신 코일은, 상기 복수의 송신 코일 중에서 상기 제1 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일 중 하나의 송신 코일일 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 수신된 수신 전력으로 동작하는 전자 기기는, 서로 상이한 인덕턴스를 갖는 복수의 수신 코일; 및 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 복수의 수신 코일 중에서 제1 수신 코일을 통해 상기 무선 전력 송신 장치로부터 제1 수신 전력을 무선으로 수신하고, 상기 수신된 제1 수신 전력이 임계 전력 미만인 경우, 전력 부족 정보를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송하고, 상기 전력 부족 정보에 응답하여 상기 무선 전력 송신 장치로부터 인덱스 정보를 수신하고, 상기 수신된 인덱스 정보에 따라 상기 제1 수신 코일에서 제2 수신 코일로 변경하며, 상기 변경된 제2 수신 코일을 통해 상기 무선 전력 송신 장치로부터 제2 수신 전력을 무선으로 수신한다. 상기 제2 수신 코일은, 상기 복수의 수신 코일 중에서 상기 제1 수신 코일을 제외한 나머지 수신 코일 중 하나의 수신 코일일 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 기기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전자 기기를 동작하기 위한 임계 전력 이상의 수신 전력을 무선 전력 송신 장치로부터 제공받아, 전자 기기를 실시간으로 동작할 수 있어, 배터리를 일부러 충전시킬 필요가 없어 사용자가 배터리를 완충시킬 때까지 전자 기기를 사용하지 못하는 번거로움을 해소하여 사용자 편의성을 증진시킬 수 있다는 장점이 있다. 즉, 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드에 따라 무선 전력 송신 장치의 복수의 송신 코일 간의 변경 및/또는 전자 기기의 복수의 수신 코일 간의 변경이 수행되어, 전자 기기에서 임계 전력 이상이 수신 전력이 수신되어 전자 기기가 끊김 없이 안정적으로 그리고 실시간으로 동작되어 사용자의 불편함을 해소할 수 있다
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.
도 3a 및 3b는 무선 전력 송신 시스템 중 하나로 무선 전력 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 무선 전력 송신 시스템 중 하나로 전자 기기를 나타낸 블록도이다.
도 5는 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 기기의 등가회로이다.
도 6은 결합 계수에 따른 전체 임피던스를 도시한다.
도 7은 결합 계수에 따른 전송 효율을 도시한다.
도 8은 결합 계수에 따른 수신 전력을 도시한다.
도 9는 실시예에 따른 송신 코일부 또는 수신 코일부의 일 예시도이다.
도 10은 실시예에 따른 송신 코일부 또는 수신 코일부의 다른 예시도이다.
도 11은 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시한 블록도이다.
도 12는 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 13은 실시예에 따른 전자 기기를 도시한 블록도이다.
도 14는 실시예에 따른 전자 기기의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 15는 무선 전력 송신 장치의 복수의 송신 코일과 전자 기기의 복수의 수신 코일 간의 인덱스 정보에 따른 등가회로이다.
도 16은 도 15의 인덱스 정보에 기반한 결합 계수에 따른 수신 전력을 도시한다.
도 17은 도 15의 인덱스 정보에 기반한 결합 계수에 따른 전송 효율을 도시한다.
도 18은 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템의 일 예시도이다.
도 19는 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템의 다른 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “B 및(와) C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 무선으로 전력을 전송하는 기능을 구비한 무선 전력 송신 장치와 무선으로 전력을 수신하는 전자 기기를 포함한 무선 전력 송신 시스템을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 예컨대, 전자 기에 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치가 포함될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
실시예는 무선 전력 송신을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템을 포함할 수도 있다.
실시예는 전자기기 예컨대, 휴대단말 산업, 스마트 시계 산업, 컴퓨터 및 노트북 산업, 가전기기 산업, 자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업, TV와 같은 디스플레이 산업, 가전 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.
실시예는 하나 또는 복수개의 송신 코일을 포함하는 무선 전력 송신 장치를 이용하여 한 개 이상의 전자 기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.
실시예에 따르면, 전자 기기를 동작하기 위한 임계 전력 이상의 수신 전력을 무선 전력 송신 장치로부터 제공받아, 전자 기기를 실시간으로 동작할 수 있어, 배터리를 일부러 충전시킬 필요가 없어 사용자가 배터리를 완충시킬 때까지 전자 기기를 사용하지 못하는 번거로움을 해소하여 사용자 편의성을 증진시킬 수 있다. 예컨대, 사용자는 언제든지 배터리에 충전할 필요 없이 무선 전력 송신 장치로부터 실시간으로 제공되는 송신 전력을 이용하여 텔레비전 수상기를 동작시켜 해당 방송 프로그램이나 다양한 컨텐츠를 시청할 수 있다. 예컨대, 사용자는 언제든지 배터리에 충전할 필요 없이 무선 전력 송신 장치로부터 실시간으로 제공되는 송신 전력을 이용하여 진공 청소기를 동작시켜 청소를 수행할 수 있다.
특히, 실시예는 대용량의 전력이 요구되는 전자 기기에 적용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 텔레비전 수상기 등과 같이 대용량 전력이 요구되는 전자 기기의 경우, 배터리를 충전하는 데 상당한 시간이 소요되는 단점이 있다. 따라서, 실시예와 같이, 배터리를 일부러 충전시키지 않고도 무선 전력 송신 장치로부터 실시간으로 제공되는 송신 전력을 이용하여 실시간 텔레비전 수상기 시청이 가능하여 전자 기기의 끊김으로 인한 사용자의 불편함을 해소할 수 있다.
실시예에서 사용되는 용어는 다음과 같다.
무선 전력 송신 시스템 (Wireless Power Transfer System): 자기장 영역 내에서 무선 전력 송신을 제공하는 시스템.
무선 전력 송신 장치(Wireless Power Transfer System-Charger): 자기장 영역 내에서 전자 기기에게 무선 전력 송신을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치.
무선 전력 수신 장치(Wireless Power Receiver): 자기장 영역 내에서 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력 송신을 제공받는 장치.
충전 영역(Charging Area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 송신이 이루어지는 지역이며, 전자 기기와 같은 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다.
무선으로 전력을 전송하는 원리를 살펴보면, 무선 전력 송신 원리로 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다.
자기 유도 방식은 송신 인덕터와 부하 인덕터를 서로 근접시켜 한쪽의 송신 인덕터에 전류를 흘리면 발생하는 자속을 매개로 부하 인덕터에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술이다. 자기 공진 방식은 2개의 공진기를 결합하는 것으로 2개의 공진기 간의 고유 주파수에 의한 자기 공진이 발생하여 동일 주파수로 진동하면서 동일 파장 범위에서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공명 기법을 활용하여 에너지를 무선으로 전송하는 기술이다.
도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.
도 1을 참조하면, 자기 유도 방식 등가회로에서 무선 전력 송신 장치는 전원을 공급하는 장치에 따른 소스 전압(Vs), 송신 저항(Rs), 임피던스 매칭을 위한 송신 커패시터(Cs) 무선 전력 수신 장치와의 자기적 결합을 위한 송신 코일(Ls)로 구현될 수 있고, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 수신 장치의 등가 저항인 부하 저항(Rℓ임피던스 매칭을 위한 부하 커패시터(Cℓ무선 전력 송신 장치와의 자기적 결합을 위한 부하 코일(Ll)로 구현될 수 있고, 송신 코일(Ls)과 부하 코일(Lℓ의 자기적 결합 정도는 상호 인덕턴스(Msℓ로 나타낼 수 있다.
임피던스 매칭을 위한 보상 커패시터로써 무선 전력 송신 장치에 송신 커패시터(Cs)가 부가될 수 있고, 무선 전력 수신 장치에 부하 커패시터(Cℓ가 부가될 수 있다. 보상 커패시터(Cs, Cℓ는 예로 수신 코일(Ls) 및 부하 코일(Lℓ각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 매칭을 위하여 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치 각각에는 보상 커패시터 뿐만 아니라 추가적인 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자가 더 부가될 수 있다.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.
도 2를 참조하면, 자기 공진 방식 등가회로에서 무선 전력 송신 장치는 소스 전압(Vs), 송신 저항(Rs) 송신 인덕터(Ls)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 소스 코일(Source coil)과 공진 인덕터(L1)와 공진 커패시터(C1)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 공진 코일(Resonant coil)로 구현되고, 무선 전력 수신 장치는 부하 저항(Rℓ와 부하 인덕터(Lℓ의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 부하 코일(Load coil)과 공진 인덕터(L2)와 공진 커패시터(C2)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 공진 코일로 구현되며, 송신 인덕터(Ls)와 인덕터(L1)는 K01의 결합 계수로 자기적으로 결합되고, 부하 인덕터(Lℓ와 부하측 공진 인덕터(L2)는 K23의 결합 계수로 자기적으로 결합되고, 공진 인덕터(L1)와 공진 인덕터(L2)는 L12의 결합 계수로 자기적으로 결합된다. 또 다른 실시예의 등가회로에서는 소스 코일 및/또는 부하 코일을 생략하고 공진 코일과 공진 코일만으로 이루어질 수도 있다.
자기 공진 방식은 두 공진기의 공진 주파수가 동일할 때에는 무선 전력 송신 장치의 공진기의 에너지의 대부분이 무선 전력 수신 장치의 공진기로 전달되어 전력 전달 효율이 향상될 수 있다.
자기 공진 방식에서 효율을 증가시키기 위하여 임피던스 매칭을 위한 소자를 부가할 수 있고, 임피던스 매칭 소자는 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 소자가 될 수 있다.
이와 같은 무선 전력 송신 원리를 바탕으로 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전달하기 위한 무선 전력 송신 시스템을 살펴본다.
<무선 전력 송신 장치>
도 3a 및 도 3b는 무선 전력 송신 시스템 중 하나로 무선 전력 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 송신 장치(100)로부터 무선으로 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다. 예컨대, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선으로 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치를 구비할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
무선 전력 송신 장치(100)는 입력되는 교류 신호를 전력 변환하여 교류 신호로 출력하는 전력변환부(101)와 전력변환부(101)로부터 출력되는 교류 신호에 기초하여 자기장을 생성하여 충전 영역 내의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 제공하는 공진회로부(102) 및 전력변환부(101)의 전력 변환을 제어하고, 전력변환부(101)의 출력 신호의 진폭과 주파수를 조절하고, 공진회로부(102)의 임피던스 매칭을 수행하며, 전력변환부(101) 및 공진회로부(102)로부터 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하며, 무선 전력 수신 장치(200)와 무선 통신할 수 있는 제어부(103)를 포함할 수 있다.
전력변환부(101)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력변환부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 공진회로부(102)는 코일과 코일과 공진할 수 있는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다. 또한 제어부(103)는 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하기 위한 센싱부와 무선 통신부를 포함할 수 있다. 예컨대, 센싱부는 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 통신부는 불루투스 방식으로 통신 가능할 수 있다. 예컨대, 통신부는 in-band 통신 방식이나 out-of-band 통신 방식으로 통신 가능할 수 있다.
구체적으로 도 3b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 교류/직류 변환부(110), 직류/교류 변환부(120), 임피던스 매칭부(130), 송신 코일부(140) 통신 및 제어부(150)을 포함할 수 있다.
교류/직류 변환부(110)는 통신 및 제어부(150)의 제어 하에 외부로부터 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 전력 변환부로써, 교류/직류 변환부(110)는 서브 시스템으로 정류기(112)와 직류/직류 변환부(114)을 포함할 수 있다.
정류기(112)는 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 시스템으로써 이를 구현하는 실시예로 고주파수 동작 시 상대적으로 높은 효율을 가지는 다이오드 정류기, 원-칩(one-chip)화가 가능한 동기 정류기 또는 원가 및 공간 절약이 가능하고 및 데드 타임(Dead time)의 자유도가 높은 하이브리드 정류기가 될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 교류를 직류로 변환하는 시스템이라면 적용 가능하다.
또한 직류/직류 변환부(114)는 통신 및 제어부(150)의 제어 하에 정류기(112)으로부터 제공되는 직류 신호의 레벨을 조절하는 것으로 이를 구현하는 예로 입력 신호의 레벨을 낮추는 벅 컨버터(Buck converter), 입력 신호의 레벨을 높이는 부스트 컨버터(Boost converter), 입력 신호의 레벨을 낮추거나 높일 수 있는 벅 부스트 컨버터(Buck Boost converter) 또는 축 컨버터(Cuk converter)가 될 수 있다. 또한 직류/직류 변환부(114)는 전력 변환 제어 기능을 하는 스위치소자와 전력 변환 매개 역할 또는 출력 전압 평활 기능을 하는 인덕터 및 커패시터, 전압 이득을 조절 또는 전기적인 분리 기능(절연 기능)을 하는 트랜스 등을 포함할 수 있으며, 입력되는 직류 신호에 포함된 리플 성분 또는 맥동 성분(직류 신호에 포함된 교류 성분)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 직류/직류 변환부(114)의 출력 신호의 지령치와 실제 출력 치와의 오차는 피드백 방식을 통해 조절될 수 있고, 이는 통신 및 제어부(150)에 의하여 이루어 질 수 있다.
직류/교류 변환부(120)는 통신 및 제어부(150)의 제어 하에 교류/직류 변환부(110)으로부터 출력되는 직류 신호를 교류 신호로 변환하고, 변환된 교류 신호의 주파수를 조절할 수 있는 시스템으로 이를 구현하는 예로 하프 브릿지 인버터(Half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(Full bridge inverter)가 있다. 무선 전력 송신 시스템은 직류를 교류로 변환하는 다양한 증폭기가 적용될 수 있고, 예로 A급, B급, AB급, C급, E 급 F급 증폭기가 있다. 또한 직류/교류 변환부(120)는 출력 신호의 주파수를 생성하는 오실레이터(Ocillator)와 출력 신호를 증폭하는 파워 증폭부를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭부(130)는 서로 다른 임피던스를 가진 지점에서 반사파를 최소화하여 신호의 흐름을 좋게 한다. 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)의 두 코일은 공간적으로 분리되어 있어 자기장의 누설이 많으므로 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)의 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하여 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 임피던스 매칭부(130)는 인덕터, 커패시터 저항 소자로 구성될 수 있고, 통신 및 제어부(150)의 제어 하에 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 저항의 저항 값을 가변하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 값을 조정할 수 있다.
무선 전력 송신 시스템이 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 경우, 임피던스 매칭부(130)는 직렬 공진 구조 또는 병렬 공진 구조를 가질 수 있고, 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이의 유도 결합 계수를 증가시켜 에너지 손실을 최소화 할 수 있다.
무선 전력 송신 시스템이 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 경우, 임피던스 매칭부(130)는 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 간의 이격 거리가 변화되거나 금속성 이물질(FO; Foreign Object), 다수의 디바이스에 의한 상호 영향 등에 따라 코일의 특성의 변화로 에너지 전송 선로상의 매칭 임피던스 변화에 따른 임피던스 매칭의 실시간 보정을 가능하게 할 수 있고, 그 보정 방식으로써 커패시터를 이용한 멀티 매칭 방식, 멀티 안테나를 이용한 매칭 방식, 멀티 루프를 이용한 방식 등이 될 수 있다.
코일(140)은 복수개의 코일 또는 단수개의 코일로 구현될 수 있고, 코일(140)이 복수개로 구비되는 경우 이들은 서로 이격되어 배치되거나 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 이들이 중첩되어 배치되는 경우 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정할 수 있다. 또한 코일(140)을 제작할 때 내부 저항 및 방사 저항을 고려하여 제작할 수 있고, 이 때 저항 성분이 작으면 품질 지수(Quality factor)가 높아지고 전송 효율이 상승할 수 있다.
통신 및 제어부(150)는 제어부(152)와 통신부(154)를 포함할 수 있다. 제어부(152)는 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 요구량, 현재 충전량 무선 전력 방식을 고려하여 교류/직류 변환부(110)의 출력 전압을 조절하는 역할을 할 수 있다. 최대 전력 전송 효율을 고려하여 직류/교류 변환부(120)를 구동하기 위한 주파수 및 스위칭 파형들을 생성하여 전송될 전력을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(152)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 고유정보(RXID)에 기초하여 무선 전력 수신 장치의 크기를 판단할 수 있다. 즉, 무선 전력 수신 장치의 크기에 따라 복수의 송신 코일 중 하나를 선택할 수 있다. 고유정보(RXID)는 RXID 메시지, 인증정보(certification version), 식별정보, 오류검출코드(CRC)를 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. RXID 메시지는 무선 전력 수신 장치의 크기 및 전력량 정보를 포함할 수 있다.
또한 무선 전력 수신 장치(200)의 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 수신 장치(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 한편 제어부(152)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(Micro Controller Unit) 또는 마이콤(Micom)이라고 지칭할 수 있다. 통신부(154)는 통신부(264)와 통신을 수행할 수 있고, 통신 방식의 일 예로 블루투스, NFC, Zigbee 등의 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 통신부(154)와 통신부(264)는 서로간에 충전 상황 정보 및 충전 제어 명령 등의 송수신을 진행할 수 있다. 충전 상황 정보로는 무선 전력 수신 장치(200)의 개수, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 무선 전력 송신 장치(100)의 전송 전력량 등을 포함할 수 있다. 또한 통신부(154)는 무선 전력 수신 장치(200)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있고, 충전 기능 제어 신호는 무선 전력 수신 장치(200)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.
이처럼, 통신부(154)는 별도의 모듈로 구성되는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 전력 송신 장치가 전송하는 전력신호를 이용하여 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 송신 장치에 전달하는 피드백 신호를 이용하는 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신 장치는 피드백 신호를 변조하여 충전 개시, 충전 종료, 배터리 상태 등의 정보를 피드백 신호를 통해 송신기에 전달할 수도 있다. 또한 통신부(154)는 제어부(152)와 별도로 구성될 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200) 또한 통신부(264)가 수신 장치의 제어부(262)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.
<무선 전력 수신 장치>
도 4는 무선 전력 송신 시스템 중 하나로 무선 전력 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 송신 장치(100)로부터 무선으로 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)는 수신 코일부(210), 임피던스 매칭부(220), 교류/직류 변환부(230), 직류/직류변환부(240), 부하(250) 및 통신 및 제어부(2600)를 포함할 수 있다.
수신 코일부(210)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 수신 코일부(210)는 근거리 통신용 안테나(NFC: Near Field Communication)를 함께 구비할 수 있다. 수신 코일부(210)은 코일부(140)와 동일할 수 있고, 수신 안테나의 치수는 무선 전력 수신 장치(200)의 전기적 특성에 따라 달라질 수 있다.
임피던스 매칭부(220)는 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다.
교류/직류 변환부(230)는 수신 코일부(210)으로부터 출력되는 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다.
직류/직류변환부(240)는 교류/직류 변환부(230)에서 출력되는 직류 신호의 레벨을 부하(250)의 용량에 맞게 조정할 수 있다.
부하(250)는 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서 각종 센서들을 포함할 수 있다.
통신 및 제어부(2600)는 통신 및 제어부(150)로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화될 수 있고, 통신 및 제어부(150)와 통신을 수행하고, 무선 전력 수신 장치(200)의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 단수 또는 복수개로 구성되어 무선 전력 송신 장치 (100)로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달받을 수 있다. 즉 자기 공진 방식의 무선 전력 송신 시스템에서는 하나의 무선 전력 송신 장치(100)로부터 복수의 타켓 무선 전력 수신 장치(200)가 전력을 공급받을 수 있다. 이때 무선 전력 송신 장치(100)의 매칭부(130)는 복수개의 무선 전력 수신 장치(200)들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다. 이는 자기 유도 방식에서 서로 독립적인 코일부를 복수개 구비하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한 무선 전력 수신 장치(200)가 복수개로 구성된 경우 전력 수신 방식이 동일한 시스템이거나, 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신 장치(100)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 시스템이거나 양 방식을 혼용한 시스템일 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 기기의 등가회로이다.
전자 기기는 도4에 도시된 무선 전력 수신 장치를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(도 3B의 100)와 전자 기기(도 4의 200)를 통칭하여 무선 전력 송신 시스템으로 부를 수 있다.
키리호프(Kirchhoff) 법칙에 따르면, 송신측 등가회로는 수학식 1과 같이 나타내고, 수신측 등가회로는 수학식 2와 같이 나낼 수 있다. 송신측 등가회로는 무선 전력 송신 장치이고, 수신측 등가회로는 전자 기기일 수 있다.
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000001
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000002
Vs은 소스 전압이고, Is는 송신 전류이고, Rs는 송신 저항일 수 있다. RL은 부하의 저항이고, I L은 수신 전류일 수 있다. ω는 공진 주파수이고, M은 상호 인덕턴스일 수 있다. 예컨대, R S 및 R L은 고정값일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 수신 전류는 부하 전류일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 부하는 전자 기기에서 동작되는 객체를 의미할 수 있다. 예컨대, 전자 기기가 텔레비전 수상기인 경우, 부하는 디스플레이부일 수 있고, 전자 기기가 진공 청소기인 경우 부하는 모터일 수 있다.
수학식 1에서 설명의 편의를 위해 송신 커패시턴스(C TX) 및 수신 커패시턴스(C RX)는 무시되었다.
예컨대, 송신 인덕턴스(L TX)는 송신 코일부(도 3B의 140)에 포함될 수 있다. 예컨대, 수신 인덕턴스(L RX)는 수신 코일부(도 4의 210)에 포함될 수 있다.
수학식 1과 수학식 2를 정리하면, 송신측 회로에 흐르는 송신 전류(I S) 및 수신측 회로에 흐르는 수신 전류(I L)은 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000003
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000004
무선 전력 송신 장치와 전자 기기 사이의 거리에 따른 결합 계수는 수학식 5로 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000005
결합 계수(k)는 무선 전력 송신 장치와 전자 기기 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다. 예컨대, 무선 전력 송신 장치와 전자 기기 사이의 거리가 가까워질수록 결합 계수(k)는 커질 수 있다.
수학식 5에 따르면, 결합 계수(k)와 상호 인덕턴스(M)와 비례 관계를 가질 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치와 전자 기기 사이의 거리가 가까워질수록 결합 계수(k)가 커지고, 이에 따라 상호 인덕턴스(M) 또한 커질 수 있다.
한편, 송신측에서 바라본 무선 전력 송신 시스템의 전체 임피던스는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000006
Z Total은 전체 임피던스이고, Z RX는 수신측 임피던스일 수 있다.
수학식 6에 따르면, 전체 임피던스(Z Total)는 송신 저항(Rs)이 고정값이므로 수신측 임피던스(Z RX)에 따라 가변될 수 있다. 수신측 임피던스(Z RX)는 부하 저항(RL)이 고정값이므로 상호 인덕턴스(M)에 따라 가변되며, 수학식 5에 나타낸 바와 같이 상호 인덕턴스(M)는 결합 계수(k)에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치와 전자 기기가 가까워질수록 결합 계수(k)가 커지고, 결합 계수(k)가 커질수록 상호 인덕턴스(M)가 커질 수 있다. 또한, 상호 인덕턴스(M)가 커질수록 수신측 임피던스(Z RX)가 커지며, 수신측 임피던스(Z RX)가 커질수록 전체 임피던스(Z Total)가 커질 수 있다.
결국, 결합 계수(k)는 전체 임피던스(Z Total)와 관련이 많음을 알 수 있다.
도 6은 결합 계수에 따른 전체 임피던스를 도시한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 무선 전력 송신 장치와 전자 기기 간의 거리가 일정 거리 이내가 될 때까지는 전체 임피던스(Z Total)의 변화가 거의 없다. 여기서 일정 거리는 임계 결합 계수에 해당할 수 있다. 도 6에서 임계 결합 계수는 0.02일 수 있다. 무선 전력 송신 장치와 전자 기기 간의 거리가 일정 거리 이내에서는 무선 전력 송신 장치와 전자 기기 간의 거리가 가까워질수록 전체 임피던스(Z Total)가 급격히 증가됨을 알 수 있다. 따라서, 결합 계수가 임계 결합 계수가 될 때까지는 전체 임피던스(Z Total)가 크게 변하지 않지만, 임계 결합 계수를 넘어서부터는 전체 임피던스(Z Total)가 급격히 증가될 수 있다.
한편, 전송 효율은 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000007
η은 전송 효율이고, Ps는 송신측 전력이고, P L은 수신측(부하측) 전력일 수 있다.
수학식 7를 참고하면, 결합계수(k)가 커질수록 상호 인덕턴스(M)가 커지고, 상호 인덕턴스(M)가 커질수록 전송 효율(η) 또한 커질 수 있다.
도 7은 결합 계수에 따른 전송 효율을 도시한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 결합 계수(k)가 커질수록 전송 효율(η)이 증가됨을 알 수 있다. 예컨대, 임계 결합 계수에서 전송 효율은 50%일 수 있다.
도 8은 결합 계수에 따른 수신 전력을 도시한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 수신 전력은 결합 계수(k)와 비례 관계를 갖지 않을 수 있다. 예컨대, 결합 계수(k)가 커질수록 수신 전력이 증가되다가, 결합 계수(k)가 임계 결합 계수를 넘는 경우 수신 전력이 오히려 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 임계 결합 계수에서 수신 전력은 최대 수신 전력을 가질 수 있다. 예컨대, 임계 결합 계수는 0.02일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 수신 전력은 수신 코일부(도 4의 210)에 의해 수신된 전력으로서, 전자 기기를 실시간으로 동작시키는데 사용될 수 있다.
임계 결합 계수가 0.02일 때, 도 7에 도시한 바와 같이 전송 효율은 50%일 수 있다. 따라서, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 전송 효율이 50%일 때, 수신 전력은 최대 수신 전력이 될 수 있다. 따라서, 최대 수신 전력이 달성되는 임계 결합 계수를 기준으로 결합 계수(k)가 임계 결합 계수보다 작거나 커지는 경우 모두 수신 전력은 작아질 수 있다.
한편, 수학식 8에 나타낸 바와 같이, 수신측 임피던스(Z RX)가 송신 저항(Rs)과 동일할 때, 이를 수학식 7에 대입하면, 수학식 9와 같이 전송 효율이 50%가 됨을 알 수 있다.
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000008
Figure PCTKR2020008220-appb-img-000009
도 8에 도시한 바와 같이, 결합 계수(k)이 커짐에 따라 수신 전력이 항상 증가되지 않고, 예컨대 임계 결합 계수 이상에서는 수신 전력이 작아질 수 있다. 임계 결합 계수를 넘어서부터 즉 50%의 전송 효율 이상부터는 전체 임피던스(Z Total)가 급격히 증가될 수 있다. 이와 같이 급격히 증가된 전체 임피던스(Z Total)에 의해 송신 전류(I S)가 감소되며, 이에 따라 송신 전력이 감소되어 결국 전자 기기의 수신 전력 또한 감소될 수 있다.
한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 전자 기기의 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만으로 수신되는 경우, 전자 기기가 동작되지 않을 수 있다. 예컨대, 임계 전력(Pt)는 전자 기기의 동작을 위한 최소 전력일 수 있다. 따라서, 전자 기기가 끊김 없이 실시간으로 연속 동작되기 위해서는 임계 전력(Pt) 이상의 수신 전력이 수신되어야 한다.
실시예는 무선 전력 송신 장치나 전자 기기의 위치나 상태에 따라 결합 계수, 전송 효율, 수신 전력이 수시로 변경되더라도, 항상 임계 전력(Pt) 이상의 수신 전력이 수신되도록 하여, 별도의 배터리 충전 없이 실시간으로 전자 기기의 동작이 가능하여 사용자의 편의성을 증진시킬 수 있다. 나중에 이에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 9는 실시예에 따른 송신 코일부 또는 수신 코일부의 일 예시도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 송신 코일부(도 3B의 140)는 복수의 코일(311 내지 313)을 포함할 수 있다. 코일(311 내지 313)은 송신 코일로 불릴 수 있다. 실시예에 따른 수신 코일부(도 4의 210)는 복수의 코일(411 내지 413)을 포함할 수 있다. 코일(411 내지 413)은 수신 코일로 불릴 수 있다.
코일(311 내지 313, 411 내지 413) 각각은 헬리컬(helical) 타입으로 권선될 수 있다. 예컨대, 코일(311 내지 313, 411 내지 413)은 수직 방향을 따라 복수의 턴수로 감겨질 수 있다. 코일(311 내지 313, 411 내지 413)은 원 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 제2 코일(312, 412)는 제1 코일(311, 411)을 둘러쌀 수 있다. 제3 코일(313, 413)은 제2 코일(312, 412)을 둘러쌀 수 있다. 제2 코일(312, 412)은 제1 코일(311, 411)의 최 외측으로부터 외측 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제3 코일(313, 413)은 제2 코일(312, 412)의 최 외측으로부터 외측 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 코일의 인덕턴스는 코일의 길이에 비례하므로, 제2 코일(312, 412)의 인덕턴스는 제1 코일(311, 411)의 인덕턴스보다 크고, 제3 코일(313, 413)의 인덕턴스는 제2 코일(312, 412)의 인덕턴스보다 클 수 있다.
도 9에는 3개의 코일(311 내지 313, 411 내지 413)이 도시되고 있지만, 이보다 많은 코일이 구비될 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 송신 코일부 또는 수신 코일부의 다른 예시도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 송신 코일부(도 3B의 140)는 복수의 코일(311 내지 313)를 포함할 수 있다. 코일(311 내지 313)은 송신 코일로 불릴 수 있다. 실시예에 따른 수신 코일부(도 4의 210)는 복수의 코일(411 내지 413)을 포함할 수 있다. 코일(411 내지 413)은 수신 코일로 불릴 수 있다.
코일(311 내지 313, 411 내지 413)은 스파이럴(spiral) 타입으로 권선될 수 있다. 예컨대, 코일(311 내지 313, 411 내지 413)은 수평 방향을 따라 복수의 턴수로 감겨질 수 있다. 코일(311 내지 313, 411 내지 413)은 원 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 제2 코일(312, 412)는 제1 코일(311, 411)을 둘러쌀 수 있다. 제3 코일(313, 413)은 제2 코일(312, 412)을 둘러쌀 수 있다. 제2 코일(312, 412)은 제1 코일(311, 411)의 최 외측으로부터 외측 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제3 코일(313, 413)은 제2 코일(312, 412)의 최 외측으로부터 외측 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 코일의 인덕턴스는 코일의 길이에 비례하므로, 제2 코일(312, 412)의 인덕턴스는 제1 코일(311, 411)의 인덕턴스보다 크고, 제3 코일(313, 413)의 인덕턴스는 제2 코일(312, 412)의 인덕턴스보다 클 수 있다.
도 10에는 3개의 코일(311 내지 313, 411 내지 413)이 도시되고 있지만, 이보다 많은 코일이 구비될 수 있다.
수학식 5에 나타낸 바와 같이, 송신 코일(311 내지 313)의 송신 인덕턴스(L TX)나 수신 코일(411 내지 413)의 수신 인덕턴스(L RX)의 가변에 따라 결합 계수(k)가 달라질 수 있다. 예컨대, 송신 인덕턴스(L TX)가 큰 송신 코일(311 내지 313)로 변경되면 상호 인덕턴스(M)이 커지고, 송신 인덕턴스(L TX)가 작은 송신 코일(311 내지 313)로 변경되면 상호 인덕턴스(M)이 작아질 수 있다. 마찬가지로, 수신 인덕턴스(L RX)가 큰 수신 코일(411 내지 413)로 변경되면 상호 인덕턴스(M)이 커지고, 수신 인덕턴스(L RX)가 작은 수신 코일(411 내지 413)로 변경되면 상호 인덕턴스(M)이 작아질 수 있다.
실시예에 따르면, 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드에 따라 송신 코일(311 내지 313)의 송신 인덕턴스(L TX) 및/또는 수신 코일(411 내지 413)의 수신 인덕턴스(L RX)가 변경될 수 있다. 예컨대, 언더 커플링 모드인 경우, 송신 코일(311 내지 313)의 송신 인덕턴스(L TX) 및/또는 수신 코일(411 내지 413)의 수신 인덕턴스(L RX)가 커지도록 변경될 수 있다. 예컨대, 오버 커플링 모드인 경우, 송신 코일(311 내지 313)의 송신 인덕턴스(L TX) 및/또는 수신 코일(411 내지 413)의 수신 인덕턴스(L RX)가 작아지도록 변경될 수 있다. 이에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
따라서, 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치가 전자 기기의 수신 전력이 임계 전력 미만임을 나타내는 전력 부족 정보를 수신하면, 전체 임피던스에 기초하여 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드를 획득할 수 있다. 이러한 경우, 상기 획득된 커플링 모드에 따라 무선 전력 송신 장치의 복수의 송신 코일(311 내지 313) 간의 변경 및/또는 전자 기기의 복수의 수신 코일(411 내지 413) 간의 변경이 수행되어, 전자 기기에서 임계 전력 이상이 수신 전력이 수신되어 전자 기기가 끊김 없이 안정적으로 그리고 실시간으로 동작되어 사용자의 불편함을 해소할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 제어부(320) 및 복수의 송신 코일(311 내지 313)을 포함할 수 있다. 복수의 송신 코일(311 내지 313)은 도 9 및 도 10에 도시된 복수의 송신 코일일 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 도 3B에 도시된 무선 전력 송신 장치(100)일 수 있다.
예컨대, 제어부(320)는 복수의 송신 코일(311 내지 313) 중에서 하나의 송신 코일을 통해 제1 송신 전력을 전자 기기(도 4의 200)로 무선으로 송신할 수 있다. 이때, 해당 송신 코일은 디폴트로 설정되어 있을 수 있다.
예컨대, 제어부(320)는 전자 기기로부터 전력 부족 정보를 수신하는 경우, 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드인지 여부를 획득할 수 있다. 예컨대, 전력 부족 정보는 전자 기기에 수신된 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만인 경우에 생성될 수 있다. 예컨대, 임계 전력(Pt)은 전자 기기의 동작을 위한 최소 전력일 수 있다. 예컨대, 임계 전력(Pt)은 전자 기기의 동작을 위한 최소 전력보다 작을 수 있다. 예컨대, 전자 기기는 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만인 경우, 전력 부족 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송할 수 있다.
도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 전송 효율이 50%를 기준으로 전송 효율이 50% 미만인 영역, 즉 언더 커플링 영역(R_u)과 전송 효율이 50% 초과인 영역, 즉 오버 커플링 영역(R_o)으로 구분될 수 있다. 전송 효율이 50% 미만인 영역 그리고 50% 초과인 영역 모두 수신 전력은 감소되는 영역일 수 있다. 언더 커플링 모드는 언더 커플링 영역(R_u)에서 동작되고, 오버 커플링 모드는 오버 커플링 여역(R_o)에서 동작될 수 있다.
언더 커플링 모드는 무선 전력 송신 장치(300)와 전자 기기 간의 거리가 비교적 멀리 떨어진 상태일 수 있다. 이러한 언더 커플링 모드에서는 예컨대, 송신 코일의 인덕턴스가 증가되는 경우, 수신 전력이 커질 수 있다(도 8 참조). 따라서, 실시예에서는 언더 커플링 모드인 경우, 기 설정된 송신 코일의 인덕턴스보다 더 큰 인덕턴스를 갖는 송신 코일을 통해 송신된 송신 전력에 의해 전자 기기에서 이전보다 더 증가된 수신 전력이 수신될 수 있다.
오버 커플링 모드는 무선 전력 송신 장치(300)와 전자 기기 간의 거리가 비교적 또는 매우 좁은 상태일 수 있다. 이러한 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 거리가 좁아질수록 전체 임피던스(ZTotal)가 급격히 증가되며, 이에 따라, 전체 임피던스(ZTotal)에 의해 원하는 송신 전력이 송신될 수 어렵다. 이러한 경우에는 오히려 송신 코일의 인덕턴스가 감소될 때 상호 인덕턴스(M)이 감소될 수 있다. 이에 따라, 전체 임피던스(ZTotal)가 작아져 송신 전류(Is)가 증가되어 송신 전력이 커져 결국 수신 전력이 커질 수 있다(도 8 참조). 따라서, 실시예에서는 오버 커플링 모드인 경우, 기 설정된 송신 코일의 인덕턴스보다 더 작은 인덕턴스를 갖는 송신 코일을 통해 송신된 송신 전력에 의해 전자 기기에서 이전보다 더 증가된 수신 전력이 수신될 수 있다.
예컨대, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 언더 커플링 모드는 무선 전력 송신 장치(300)의 전송 효율이 50% 미만일 때의 동작 모드이고, 오버 커플링 모드는 무선 전력 송신 장치(300)의 전송 효율이 50% 초과일 때의 동작 모드일 수 있다.
이와 같이, 실시예에서는 무선 전력 송신 장치(300)의 전송 효율이 50%일 때를 기준으로, 50% 미만일 때의 언더 커플링 모드와 50% 초과일 때의 오버 커플링 모드로 구분될 수 있다.
예컨대, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 언더 커플링 모드는 무선 전력 송신 장치(300)와 전자 기기 사이의 결합 계수(k)가 무선 전력 송신 장치(300)의 전송 효율이 50%일 때의 결합 계수(k)보다 작을 때의 동작 모드일 수 있다. 예컨대, 오버 커플링 모드는 무선 전력 송신 장치(300)와 전자 기기 사이의 결합 계수(k)가 무선 전력 송신 장치(300)의 전송 효율이 50%일 때의 결합 계수(k)보다 클 때의 동작 모드일 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 센싱부(330)를 포함할 수 있다. 센싱부(330)는 전류 측정부를 포함할 수 있다.
예컨대, 전류 측정부(330)는 송신 전류(Is)를 측정하여, 그 측정된 송신 전류(Is)를 제어부(320)로 전달할 수 있다.
예컨대, 제어부(320)는 전류 측정부(330)로부터 수신된 송신 전류(Is)에 기초하여 임피던스값을 획득할 수 있다. 여기서, 임피던스값은 수학식 6에 나타낸 전체 임피던스(Z Total)일 수 있다.
예컨대, 제어부(320)는 임피던스값에 기초하여 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드인지 여부를 획득할 수 있다.
수학식 8 및 수학식 9에 나타낸 바와 같이, 수신측 임피던스(Z RX)가 송신 저항(Rs)와 동일할 때 전송 효율이 50%일 수 있다. 따라서, 전송 효율이 50%일 때, 임피던스값, 즉 전체 임피던스(Z Total)는 수학식 10으로 나타낼 수 있다.
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따라서, 제어부(320)는 임피던스값이 2R S보다 작은 경우 언더 커플링 모드로 결정하고, 임피던스값이 2R S보다 큰 경우 오버 커플링 모드로 결정할 수 있다.
송신 저항(Rs)이 고정되어 있으므로, 2R S에 해당하는 임계 임피던스값이 설정될 수 있다. 따라서, 제어부(320)는 상기 획득된 임피던스값과 설정된 임계 임피던스값을 비교하여 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드를 결정할 수 있다.
한편, 제어부(320)는 상기 획득된 모드에 따라 기 설정된 송신 코일에서 복수의 송신 코일(311, 312, 313) 중에서 기 설정된 송신 코일을 제외한 나머지 송시 코일 중 하나의 송신 코일로 변경할 수 있다. 예컨대, 기 설정된 송신 코일이 도 11에 도시된 제2 송신 코일(312)인 경우, 상기 변경된 송신 코일은 도 11에 도시된 제1 송신 코일(311) 또는 제3 송신 코일(313)일 수 있다.
제어부(320)는 상기 변경된 송신 코일을 통해 제2 송신 전력을 전자 기기로 무선으로 송신할 수 있다.
예컨대, 언더 커플링 모드인 경우, 상기 변경된 송신 코일은 도 11에 도시된 제2 송신 코일(312)의 인덕턴스보다 큰 인덕턴스를 갖는 제3 송신 코일(313)일 수 있다. 이러한 경우, 제어부(320)는 도 11에 도시된 제3 송신 코일(313)을 통해 제2 송신 전력을 전자 기기로 무선으로 송신할 수 있다.
예컨대, 오버 커플링 모드인 경우, 상기 변경된 송신 코일은 도 11에 도시된 제2 송신 코일(312)의 인덕턴스보다 작은 인덕턴스를 갖는 제1 송신 코일(311)일 수 있다. 이러한 경우, 제어부(320)는 도 11에 도시된 제1 송신 코일(311)을 통해 제2 송신 전력을 전자 기기로 무선으로 송신할 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 스위칭부(340)를 포함할 수 있다. 스위칭부(340)는 전압 공급부(310)의 소스 전압이 공급되도록 제어부(320)의 제어 하에 복수의 송신 코일 중 하나를 선택할 수 있다.
나중에 설명하겠지만, 제어부(320)는 인덱스 정보에 할당된 송신 코일을 선택하도록 스위칭부(340)를 제어할 수 있다. 인덱스 정보는 복수의 인덱스 번호를 포함할 수 있다. 복수의 인덱스 번호 각각에 송신 코일 및 수신 코일이 할당될 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 저장부(370)를 포함할 수 있다.
예컨대, 저장부(370)는 인덱스 테이블을 포함할 수 있다. 예컨대, 인덱스 테이블은 하기의 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
인덱스 번호는 예컨대, 송신 코일의 인덕턴스와 수신 코일의 인덕턴스의 곱의 값을 고려하여 내림 차순 또는 오름 차순으로 정렬될 수 있다.
하기 표 1에서, 인덱스 번호는 송신 코일의 인덕턴스와 수신 코일의 인덕턴스의 곱의 값이 큰 순서부터 내림 차순으로 정렬될 수 있다.
예컨대, 3개의 송신 코일과 3개의 수신 코일이 구비된다고 가정한다. 이때, 제1 내지 제3 송신 코일(TX1, TX2, TX3) 각각은 80μH, 30μH 및 10μH이고, 제1 내지 제3 수신 코일(RX1, RX2, RX3) 각각은 70μH, 20μH 및 5μH일 수 있다.
표 1에서 괄호 안은 인덕턴스 값을 나타낸다.
인덱스 번호 송신 코일 수신 코일 송신 코일 인덕턴스와 수신 코일 인덕턴스의 곱
#1 TX1(80) RX1(70) 5600
#2 TX2(30) RX1(70) 2100
#3 TX1(80) RX2(20) 1600
#4 TX3(10) RX1(70) 700
#5 TX2(30) RX2(20) 600
#6 TX1(80) RX3(5) 400
#7 TX3(10) RX2(20) 200
#8 TX2(30) RX3(5) 150
#9 TX3(10) R3(5) 50
표 1에 나타낸 바와 같이, 인덱스 테이블은 인덱스 정보를 포함할 수 있다. 인덱스 정보는 복수의 인덱스 번호를 포함할 수 있다. 인덱스 테이블에 각 인덱스 번호마다 송신 코일 및 수신 코일이 할당되며, 상기 할당된 송신 코일과 수신 코일에 의해 형성된 상호 인덕턴스값이 설정될 수 있다. 초기에 제5 인덱스 번호(#5)의 설정에 의해 무선 전력 송신 장치(300)는 제2 송신 코일(TX2)이 할당되고, 전자 기기는 제2 수신 코일(RX2)이 할당될 수 있다.
예컨대, 언더 커플링 모드가 획득되는 경우, 제5 인덱스 번호(#5)는 송신 코일 인덕턴스와 수시 코일 인덕턴스의 곱이 큰 인덱스 번호로 변경될 수 있다. 이에 따라, 제4 인덱스 번호(#4)가 선택되는 경우, 제어부(320)는 제4 인덱스 번호(#4)에 따라 제2 송신 코일(TX2)을 제3 송신 코일(TX3)로 변경하도록 스위칭부(340)를 제어할 수 있다. 따라서, 제2 송신 코일(TX2)의 인덕턴스보다 제3 송신 코일(TX3)의 인덕턴스가 크므로, 제2 송신 코일(TX2)을 통해 송신된 송신 전력보다 더 큰 전력이 제3 송신 코일(TX3)을 통해 송신될 수 있다. 이에 따라, 전자 기기에서 수신되는 수신 전력도 커질 수 있다.
예컨대, 오버 커플링 모드가 획득되는 경우, 제5 인덱스 번호(#5)는 코일 인덕턴스와 수시 코일 인덕턴스의 곱이 작은 인덱스 번호로 변경될 수 있다. 이에 따라, 제6 인덱스 번호(#6)가 선택되는 경우, 제어부(320)는 제6 인덱스 번호(#6)에 따라 제2 송신 코일(TX2)을 제1 송신 코일(TX1)로 변경하도록 스위칭부(340)를 제어할 수 있다. 따라서, 제2 송신 코일(TX2)의 인덕턴스보다 제1 송신 코일(TX1)의 인덕턴스가 작으므로, 제2 송신 코일(TX2)을 통해 송신된 송신 전력보다 더 큰 전력이 제1 송신 코일(TX1)을 통해 송신될 수 있다. 이에 따라, 전자 기기에서 수신되는 수신 전력도 커질 수 있다.
한편, 제어부(320)는 상기 선택된 인덱스 번호를 포함하는 인덱스 정보를 전자 기기로 송신할 수 있다. 전자 기기는 무선 전력 송신 장치(300)로부터 수신된 인덱스 정보에 기초하여 수신 코일을 변경하여 상기 변경된 수신 코일을 통해 수신 전력을 수신할 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 통신부(350)를 포함할 수 있다. 통신부(350)는 전자 기기와 통신할 수 있다. 예컨대, 통신부(350)는 in-band 통신 방식이나 out-of-band 통신 방식으로 통신 가능할 수 있다.
예컨대, 통신부(350)는 out-of-band 통신 방식을 이용하여 전자 기기로부터 전력 부족 정보를 수신할 수 있다. 예컨대, 통신부(350)는 out-of-band 통신 방식을 이용하여 인덱스 번호를 전자 기기로 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신 장치(300)와 전자 기기 사이에 방해물, 예컨대 사람, 동물, 물건 등이 일시적으로 위치되어 전자 기기에서 수신된 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만이 될 수 있다. 이러한 경우, 배터리의 전원을 이용하여 전자 기기가 동작될 수 있다. 이후, 해당 방해가 제거되는 경우, 무선 전력 송신 장치(300)로부터 수신된 수신 전력에 의해 전자 기기가 동작될 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(300)의 제어부(320)는 제1 인덱스 번호를 설정할 수 있다(S361). 예컨대, 제1 인덱스 번호는 표 1에 나타낸 복수의 인덱스 번호 중 하나일 수 있다.
설명의 편의를 위해 제1 인덱스 번호를 표 1에 나타낸 복수의 인덱스 중 제5 인덱스 번호(#5)라고 가정한다.
제어부(320)는 상기 설정된 제1 인덱스 번호에 할당된 제1 송신 코일을 설정할 수 있다(S362).
예컨대, 제1 인덱스 번호로서 표 1에서 제5 인덱스 번호(#5)가 설정되는 경우, 제5 인덱스 번호(#5)에 할당된 제2 송신 코일(312)을 S362의 제1 송신 코일로 선택하도록 스위칭부(340)를 제어하여, 제2 송신 코일(312)이 설정될 수 있다.
제어부(320)는 상기 설정된 제1 송신 코일을 통해 제1 송신 전력을 전자 기기로 무선으로 송신할 수 있다(S363). 전자 기기는 무선 전력 송신 장치(300)로부터 전송된 제1 송신 전력을 제1 수신 전력으로 수신하여, 이 제1 수신 전력을 이용하여 해당 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 전자 기기가 텔레비전 수상기인 경우, 텔레비전 수상기를 동작시켜 해당 방송 프로그램이나 다양한 컨텐츠를 시청할 수 있다.
한편, 제어부(320)는 전자 기기로부터 전력 부족 정보를 수신할 수 있다(S364).
만일 전력 부족 정보가 수신되지 않는 경우, 제어부(320)는 제1 송신 코일을 통해 제1 송신 전력을 전자 기기로 지속적으로 송신할 수 있다.
예컨대, 전자 기기는 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만인 경우, 전력 부족 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송할 수 있다. 임계 전력(Pt)은 전자 기기의 동작을 위한 최소 전력(도 8의 P T)이거나 이보다 작을 수 있다. 따라서, 전자 기기가 동작되기 위해서는 임계 전력(Pt) 이상의 수신 전력이 수신되어야 한다.
예컨대, 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만인 경우, 배터리(도 13의 460)의 전원에 의해 전자 기기가 동작될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 전력 부족 정보는 무선 전력 송신 장치(300)의 통신부(350)를 통해 out-of-band 통신 방식을 이용하여 수신할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제어부(320)는 전력 부족 정보를 수신하면, 모드를 결정할 수 있다.
즉, 제어부(320)는 언더 커플링 모드인지 여부를 획득할 수 있다(S365).
구체적으로, 제어부(320)는 전류 측정부(330)에서 측정된 전류에 기초하여 전체 임피던스(ZTotal)를 획득하고, 상기 획득된 전체 임피던스(ZTotal)를 기 설정된 저항 값과 비교하여 모드를 결정할 수 있다. 기 설정된 저항 값은 수학식 10을 나타낸 바와 같이, 저항 값(Rs)의 2배일 수 있다.
예컨대, 제어부(320)는 상기 획득된 전체 임피던스(ZTotal)가 기 설정된 저항 값보다 작은 경우 언더 커플링 모드를 획득할 수 있다. 예컨대, 제어부(320)는 상기 획득된 전체 임피던스(ZTotal)가 기 설정된 저항 값보다 큰 경우 오버 커플링 모드를 획득할 수 있다.
언더 커플링 모드가 획득된 경우, 제어부(320)는 상기 설정된 제1 인덱스 번호를 제2 인덱스 번호로 변경할 수 있다(S366). 제어부(320)는 제2 인덱스 번호에 기초하여 스위칭부(340)를 제어하여 제2 송신 코일을 선택할 수 있다(S367).
예컨대, 표 1에서 초기에 제5 인덱스 번호(#5)가 설정되고 언더 커플링 모드가 획득된 경우, 제어부(320)는 제2 인덱스 번호로서 표 1에 나타낸 복수의 인덱스 번호 중에서 제4 인덱스 번호(#4)를 선택할 수 있다. 제어부(320)는 제2 송신 코일(312)을 제4 인덱스 번호(#4)에 할당된 제3 송신 코일(TX3)로 변경하도록 스위칭부(340)를 제어할 수 있다. 상기 변경된 제3 송신 코일(TX3)은 S367의 제2 송신 코일일 수 있다.
제어부(320)는 제2 인덱스 정보 및 제2 송신 전력을 전자 기기로 송신할 수 있다(S368).
예컨대, 제2 인덱스 정보는 통신부(350)를 통해 전자 기기로 전송될 수 있다. 예컨대, 제2 송신 전력은 제2 송신 코일을 통해 전자 기기로 송신될 수 있다. 예컨대, 제2 송신 코일은 표 1에 나타낸 제4 인덱스 번호(#4)에 할당된 제3 송신 코일(TX3)일 수 있다. 제2 송신 전력은 제1 송신 전력과 상이할 수 있다. 예컨대, 제2 송신 전력은 제1 송신 전력보다 클 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
따라서, 전자 기기는 제1 송신 전력이 송신될 때의 제1 수신 전력보다 더 큰 제2 송신 전력이 송신될 때의 제2 수신 전력을 수신할 수 있고, 이 제2 수신 전력에 의해 전자 기기가 원활하게 동작될 수 있다.
만일 제2 송신 전력이 송신될 때의 제2 수신 전력이 여전히 임계 전력(Pt) 미만인 경우, 전자 기기는 다시 전력 부족 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송할 수 있다. 이와 같은 과정은 전자 기기에서 수신된 수신 전력이 임계 전력(Pt) 이상일 때까지 반복될 수 있다.
한편, 제어부(320)는 무선 전력 송신 장치(300)를 오버 커플링 모드로 동작시킬 수 있다(S369).
오버 커플링 모드가 획득된 경우, 제어부(320)는 상기 설정된 제1 인덱스 번호를 제3 인덱스 번호로 변경할 수 있다(S370). 제어부(320)는 제3 인덱스 번호에 기초하여 스위칭부(340)를 제어하여 제3 송신 코일을 선택할 수 있다(S371).
예컨대, 표 1에서 초기에 제5 인덱스 번호(#5)가 설정되고 오버 커플링 모드가 획득된 경우, 제어부(320)는 제3 인덱스 번호로서 표 1에 나타낸 복수의 인덱스 번호 중에서 제6 인덱스 번호(#6)를 선택할 수 있다. 제어부(320)는 제2 송신 코일(312)을 제6 인덱스 번호(#6)에 할당된 제1 송신 코일(TX1)로 변경하도록 스위칭부(340)를 제어할 수 있다. 상기 변경된 제1 송신 코일(311)은 S371의 제3 송신 코일일 수 있다.
제어부(320)는 제3 인덱스 정보 및 제3 송신 전력을 전자 기기로 송신할 수 있다(S372). 예컨대, 제3 인덱스 정보는 통신부(350)를 통해 전자 기기로 전송될 수 있다. 예컨대, 제3 송신 전력은 제3 송신 코일을 통해 전자 기기로 송신될 수 있다. 예컨대, 제3 송신 코일은 표 1에 나타낸 제6 인덱스 번호(#6)에 할당된 제1 송신 코일(TX1)일 수 있다.
따라서, 전자 기기는 제1 송신 전력이 송신될 때의 제1 수신 전력보다 더 큰 제3 송신 전력이 송신될 때의 제3 수신 전력을 수신할 수 있고, 이 수신 전력에 의해 전자 기기가 원활하게 동작될 수 있다.
만일 제3 송신 전력이 송신될 때의 제3 수신 전력이 여전히 임계 전력(Pt) 미만인 경우, 전자 기기는 다시 전력 부족 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송할 수 있다. 이와 같은 과정은 전자 기기에서 수신된 수신 전력이 임계 전력(Pt) 이상일 때까지 반복될 수 있다.
도 13은 실시예에 따른 전자 기기를 도시한 블록도이다.
도 13을 참조하면, 실시예에 따른 전자 기기(400)는 제어부(420) 및 복수의 수신 코일(411 내지 413)을 포함할 수 있다. 복수의 수신 코일(411 내지 413)은 도 9 및 도 10에 도시된 복수의 수신 코일 수 있다.
실시예에 따른 전자 기기(400)는 도 4에 도시된 무선 전력 수신 장치(200)일 수 있다.
제어부(420)는 복수의 수신 코일 중에서 제1 수신 코일을 통해 무선 전력 송신 장치(300)로부터 제1 수신 전력을 무선으로 수신할 수 있다.
통상적으로 전자 기기(400)의 수신 전력은 무선 전력 송신 장치(300)에서 송신된 송신 전력보다 작을 수 있다. 도 7에 도시한 바와 같이 결합 계수(k)가 커지는 경우 전송 효율이 증가되지만, 도 8에 도시한 바와 같이 전송 효율이 50%를 초과한 이후부터는 무선 전력 송신 장치(300)로부터의 송신 전력이 커지더라도 전자 기기(400)의 수신 전력은 작아질 수 있다. 이는 전송 효율이 50%를 초과한 이후부터는 도 6에 도시한 바와 같이 전체 임피던스(ZTotal)가 커져 전자 기기(400)의 수신 전력의 수신을 방해하는 것이 주요 원인이다. 따라서, 전송 효율이 50%를 초과한 이후의 영역, 즉 오버 커플링 모드로 동작되는 영역에서는 인덕턴스가 작은 송신 코일을 통해 송신 전력을 송신함으로써 전자 기기(400)의 수신 전력이 커질 수 있다.
제어부(420)는 제1 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만인 경우, 전력 부족 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송할 수 있다. 예컨대, 임계 전력(Pt)은 전자 기기(400)의 동작을 위한 최소 전력일 수 있다. 예컨대, 임계 전력(Pt)은 전자 기기(400)의 동작을 위한 최소 전력보다 작을 수 있다.
실시예에 따른 전자 기기(400)는 통신부(450)를 포함할 수 있다. 통신부(450)는 무선 전력 송신 장치(300)와 통신이 가능하다. 예컨대, 통신부(450)는 in-band 통신 방식이나 out-of-band 통신 방식으로 통신 가능할 수 있다.
예컨대, 통신부(450)는 out-of-band 통신 방식을 이용하여 전력 부족 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송할 수 있다. 예컨대, 통신부(450)는 out-of-band 통신 방식을 이용하여 무선 전력 송신 장치(300)로부터 인덱스 번호를 수신할 수 있다.
제어부(420)는 전력 부족 정보에 응답하여 무선 전력 송신 장치(300)로부터 인덱스 번호를 수신할 수 있다.
실시예에 따른 전자 기기(400)는 저장부(470)를 포함할 수 있다. 예컨대, 저장부(470)는 표 1에 나타낸 인덱스 테이블을 포함할 수 있다.
제어부(420)는 무선 전력 송신 장치(300)로부터 수신된 인덱스 정보에 따라 제1 수신 코일을 제2 수신 코일로 변경할 수 있다.
예컨대, 언더 커플링 모드인 경우, 최초에 설정된 수신 코일의 인덕턴스보다 큰 수신 코일로 변경될 수 있다. 예컨대, 오버 커플링 모드인 경우, 최초에 설정된 제1 수신 코일의 인덕턴스보다 작은 수신 코일로 변경될 수 있다.
예컨대, 최초로 설정된 수신 코일이 복수의 수신 코일(411, 412, 413) 중에서 제2 수신 코일인 경우, 상기 변경된 수신 코일은 제3 수신 코일(413)일 수 있다.
무선 전력 송신 장치(300)로부터 인덱스 정보가 수신되면, 제어부(420)는 상기 수신된 인덱스 번호를 저장부(470)에 저장된 인덱스 테이블에 매칭시켜 상기 수신된 인덱스 번호에 매칭된 인덱스 번호를 선택할 수 있다. 상기 선택된 인덱스 번호에 특정 수신 코일이 할당되어 있으므로, 제어부(420)는 이 특정 수신 코일이 선택되도록 제어할 수 있다.
실시예에 따른 전자 기기(400)는 스위칭부(440)를 포함할 수 있다.
스위칭부(440)는 복수의 수신 코일(411, 412, 413) 중 하나를 선택하여 해당 코일을 통해 수신 전력이 수신되도록 할 수 있다.
예컨대, 초기에 제2 수신 코일(1412)로 설정되는 경우, 제어부(420)는 무선 전력 송신 장치(300)로부터 수신된 인덱스 번호에 기초하여 스위칭부(440)를 제어하여 제1 수신 코일(411) 또는 제3 수신 코일(413)을 선택할 수 있다.
제어부(420)는 상기 변경된 수신 코일(411, 413)을 통해 무선 전력 송신 장치(300)로부터 제2 수신 전력을 무선으로 수신할 수 있다.
예컨대, 제2 수신 코일은 복수의 수신 코일 중에서 최초에 설정된 수신 코일(412)을 제외한 나머지 수신 코일 중 하나의 수신 코일(411, 413)일 수 있다.
실시예에 따른 전자 기기(400)는 센싱부(430)를 포함할 수 있다. 예컨대, 센싱부(430)는 배터리(460)에서 제1 수신 전력을 검출할 수 있다. 예컨대, 센싱부(430)는 복수의 수신 코일과 배터리(460) 사이에 설치되어, 제1 수신 전력을 검출할 수 있다. 예컨대, 센싱부(430)는 전류 측정부 및/또는 전압 측정부를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따른 전자 기기(400)는 배터리(460)를 포함할 수 있다. 배터리(460)는 복수의 수신 코일로부터 수신된 수신 전력을 충전할 수 있다.
전자 기기(400)는 실시간으로 동작하기 위해서는 전원이 상시적으로 공급되어야 한다. 전자 기기(400)의 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만이 되는 경우, 무선 전력 송신 장치(300)와 전자 기기(400) 사이에 통신 과정, 무선 전력 송신 장치(300)에서의 연산 과정, 무선 전력 송신 장치(300)에서의 송신 코일 간의 변경 과정, 전자 기기(400)에서의 수신 코일 간의 변경 과정 등과 같이 무선 전력 송신 장치(300)에서 일시적으로 송신 전력이 송신되지 못하는 상황이 발생될 수 있다. 이러한 경우를 대비하여, 실시예에서는 전자 기기(400)에 배터리(460)가 구비될 수 있다.
따라서, 전자 기기(400)가 일시적으로 수신 전력이 수신되지 않는 경우, 제어부(420)는 배터리(460)의 전력으로 전자 기기(400)를 동작할 수 있다.
도 14는 실시예에 따른 전자 기기의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 전자 기기(400)의 제어부(420)는 제1 인덱스 번호를 설정할 수 있다(S461). 제1 인덱스 번호는 표 1에 나타낸 복수의 인덱스 번호 중 하나일 수 있다. 여기서, 제1 인덱스 번호는 도 12에 도시된 제1 인덱스 번호와 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제어부(420)는 스위칭부(440)를 제어하여 제1 인덱스 번호에 할당된 제1 수신 코일을 선택할 수 있다(S462). 따라서, 무선 전력 송신 장치(300)로부터 송신 전력이 송신되는 경우, 전자 기기(400)의 제1 수신 코일을 통해 제1 수신 전력이 수신될 수 있다. 제1 수신 코일은 복수의 수신 코일(41, 412, 413) 중 하나의 수신 코일일 수 있다. 설명의 편의를 위해, S462의 제1 수신 코일은 도 13에 도시된 제2 수신 코일(412)로 가정한다.
제어부(420)는 제1 수신 전력의 수신 여부를 획득할 수 있다(S463).
제어부(420)는 센싱부(430)로부터 검출된 신호에 기초하여 제1 수신 전력의 수신 여부를 획득할 수 있다.
제1 수신 전력이 수신되는 경우, 제1 수신 전력이 전원으로서 전자 기기(400)를 파워 온시킬 수 있다(S464). 이에 따라 전자 기기(400)는 동작될 수 있다(S465). 예컨대, 전자 기기(400)가 텔레비전 수상기인 경우, 텔레비전 수상기가 파워 온되어, 기 설정된 방송 프로그램이나 컨텐츠가 디스플레이될 수 있다.
제어부(420)는 제1 수신 전력을 임계 전력(Pt)과 비교하여 제1 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미인인지를 획득할 수 있다(S466).
제1 수신 전력이 임계 전력(Pt) 이상인 경우, 무선 전력 송신 장치(300)로부터의 송신 전력에 의해 수신된 제1 수신 전력에 의해 전자 기기(400)가 실시간으로 동작될 수 있다.
제1 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미민인 경우, 제어부(420)는 전력 부족 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송할 수 있다(S467).
예컨대, 제어부(420)는 out-of-band 통신 방식으로 전력 부족 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송하도록 통신부(450)를 제어할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(300)는 전력 부족 정보를 수신하는 경우, 전체 임피던스(ZTotal)를 이용하여 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드를 결정하고, 그 결정된 모드에 따라 이전 송신 코일을 새로운 송신 코일로 변경하여 그 변경된 송신 코일을 통해 송신 전력을 송신할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신 장치(300)는 수신 코일의 변경과 관련된 인덱스 정보, 즉 인덱스 번호를 out-of-band 통신 방식으로 전자 기기(400)로 송신할 수 있다.
제어부(420)는 무선 전력 송신 장치(300)로부터 인덱스 정보를 수신할 수 있다(S468).
예컨대, 인데스 정보는 out-of-band 통신 방식으로 통신부(450)를 통해 수신될 수 있다.
제어부(420)는 인덱스 정보에 기초하여 제1 수신 코일을 제2 수신 코일로 변경할 수 있다(S469).
제1 수신 코일이 도 13에 도시된 제2 수신 코일(412)로 가정된 경우, 제2 수신 코일은 도 13에 도시된 제1 수신 코일(411) 또는 제3 수신 코일(413)일 수 있다.
예컨대, 무선 전력 송신 장치(300)의 저장부(370)에 저장된 인덱스 테이블과 전자 기기(400)의 저장부(470)에 저장된 인덱스 테이블은 동일할 수 있다.
인덱스 정보에는 복수의 인덱스 번호가 포함되고, 각 인덱스 번호에 송신 코일 및 수신 코일이 할당될 수 있다.
따라서, 무선 전력 송신 장치(300)는 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드에 따라 인덱스 정보에 포함된 복수의 인덱스 번호의 조합 중 최상의 인덱스 번호를 선택하고, 그 선택된 인덱스 번호를 인덱스 정보로서 전자 기기(400)로 전송할 수 있다.
전자 기기(400)의 제어부(420)는 무선 전력 송신 장치(300)로부터 수신된 인덱스 번호와 동일한 인덱스 번호를 선택하고, 그 선택된 인덱스 번호에 할당된 수신 코일, 즉 제2 수신 코일을 선택하도록 스위칭부(440)를 제어할 수 있다.
제어부(420)는 제2 수신 코일을 통해 제2 수신 전력을 수신할 수 있다(S470). 제2 수신 전력은 제1 수신 전력과 상이할 수 있다. 예컨대, 제2 수신 전력은 제1 수신 전력보다 클 수 있다.
이하, 도 15 내지 도 16을 참조하여, 인덱스 정보에 따라 송신 코일 또는 수신 코일을 변경하는 방법을 설명한다.
도 15는 무선 전력 송신 장치의 복수의 송신 코일과 전자 기기의 복수의 수신 코일 간의 인덱스 정보에 따른 등가회로이다. 도 16은 도 15의 인덱스 정보에 기반한 결합 계수에 따른 수신 전력을 도시한다. 도 17은 도 15의 인덱스 정보에 기반한 결합 계수에 따른 전송 효율을 도시한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 3개의 송신 코일(TX1, TX2, TX3)와 3개의 수신 코일(RX1, RX2, RX3)이 구비될 수 있다. 예컨대, 제1 송신 코일(TX1)의 제1 인덕턴스(L T1)는 80μH이고, 제2 송신 코일(TX2)의 제2 인덕턴스(L T2)는 30μH이며, 제3 송신 코일(TX3)의 제3 인덕턴스(L T3)는 10μH일 수 있다. 예컨대, 제12 수신 코일(RX1)의 제1 인덕턴스(L R1)는 80μH이고, 제2 수신 코일(RX2)의 제2 인덕턴스(L R2)는 30μH이며, 제3 수신 코일(TX3)으 제3 인덕턴스(L R3)는 10μH일 수 있다.
도 16에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제5 인덱스 번호(Index1 내지 Index5) 각각에서의 결합 계수(k)에 따른 수신 전력을 보여준다. 제1 내지 제5 인덱스 번호(Index1 내지 Index5) 각각에서 특정 결합 계수에서 최대 수신 전력이 얻어지고, 그 외의 결합 계수에서는 수신 전력이 감소됨을 알 수 있다.
도 17에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제5 인덱스 번호(Index1 내지 Index5) 각각에서의 결합 계수에 따른 전송 효율을 보여준다. 제1 내지 제5 인덱스 번호(Index1 내지 Index5) 각각에서 결합 계수(k)가 커짐에 따라 전송 효율이 증가됨을 알 수 있다.
도 16 및 도 17에서, 케이스1는 제2 인덱스 번호(Index2)인 경우이고, 케이스2는 제3 인덱스 번호(Index3)인 경우이고, 전자 장치의 동작을 위한 최소 전력인 임계 전력(Pt)이 25W라고 가정한다.
결합 계수(k)가 0.04일 때 케이스1과 같이 제2 인덱스 번호(Index2)에 기초하여 무선 전력 송신 장치(300)의 제2 송신 코일과 전자 기기(400)의 제1 수신 코일이 설정된 경우, 전송 효율은 70%가 넘지만 수신 전력은 25W일 수 있다.
따라서, 수신 전력이 임계 전력(Pt) 미만이므로, 전자 기기(400)의 동작이 중지될 수 있다.
예컨대, 케이스2와 같이 제2 인덱스 번호가 제3 인덱스 번호(Index3)로 변경될 수 있다. 상기 변경된 제3 인덱스 번호에 기초하여 무선 전력 송신 장치의 제2 송신 코일은 그래도 유지되고, 전자 기기(400)의 제1 수신 코일은 제2 수신 코일로 변경될 수 있다. 이러하 경우, 전송 효율은 50%로 감소되지만 수신 전력은 30W로서 임계 전력(25W)를 초과하므로, 전자 기기(400)가 동작될 수 있다.
이와 같이, 복수의 인덱스 번호의 조합을 이용하여 항상 전자 기기(400)의 동작을 위한 최소 전력인 임계 전력 이상의 수신 전력이 전자 기기(400)에서 수신됨으로써, 전자 기기(400)가 끊김 없이 안정적으로 실시간 동작될 수 있다.
도 18은 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템의 일 예시도이다.
도 18을 참조하면, 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템은 디스플레이 장치(1200) 및 보조 장치(1100)를 포함할 수 있다.
디스플레이 장치(1200)는 영상을 표시하는 장치로서, 예컨대 텔레비전 수상기일 수 있다. 보조 장치(1100)는 디스플레이 장치(1200)를 지원하는 장치로서, 예컨대 사운드바, 셋탑박스, 스피커 등일 수 있다.
예컨대, 보조 장치(1100)는 무선 전력 송신 장치(1110)를 포함하고, 디스플레이 장치(1200)는 무선 전력 수신 장치(1210)를 포함할 수 있다. 예컨대, 무선 전력 송신 장치(1110)는 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(도 11의 300)이고, 무선 전력 수신 장치(1210)는 실시예에 따른 전자 기기(도 13의 400)를 포함할 수 있다.
따라서, 보조 장치(1100)에 포함된 무선 전력 송신 장치(1110)로부터 송신된 송신 전력이 디스플레이 장치(1200)에 의해 수신 전력으로 수신되고, 이 수신 전력으로 디스플레이 장치(1200)가 동작될 수 있다.
도 19는 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템의 다른 예시도이다.
도 19를 참조하면, 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템은 가전 기기(1400)를 포함할 수 있다.
가전 기기(1400)는 예컨대, 세탁기, 냉장고, 공기 청정기, 스피커 등을 포함할 수 있다.
예컨대, 가전 기기(1400)는 무선 전력 수신 장치(1410)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(1410)는 실시예에 따른 전자 기기(도 13의 400)를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(1300)가 가전 기기(1400)에 이격되어 설치될 수 있다. 예컨대, 무선 전력 송신 장치(1300)가 벽(1500)이나 천장에 설치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 무선 전력 송신 장치(1300)는 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(도 11의 300)일 수 있다.
따라서, 벽(1500)에 설치된 무선 전력 송신 장치(1300)로부터 송신된 송신 전력이 가전 기기(1400)에 의해 수신 전력으로 수신되고, 이 수신 전력으로 가전 기기(1400)가 동작될 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
실시예는 전자 기기의 실시간 동작이 가능한 수신 전력을 제공받을 수 있는 다양한 산업 분야에 적용할 수 있다. 예컨대, 실시예는 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 자동차, TV와 같은 디스플레이 기기, 가전 산업에 적용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 기기를 동작하기 위한 송신 전력을 무선으로 송신하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    서로 상이한 인덕턴스를 갖는 복수의 송신 코일; 및
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 송신 코일 중에서 제1 송신 코일을 통해 제1 송신 전력을 상기 전자 기기로 무선으로 송신하고,
    상기 전자 기기로부터 전력 부족 정보를 수신하는 경우, 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드인지 여부를 획득하고,
    상기 획득된 모드에 따라 상기 제1 송신 코일에서 제2 송신 코일로 변경하며,
    상기 변경된 제2 송신 코일을 통해 제2 송신 전력을 상기 전자 기기로 무선으로 송신하고,
    상기 제2 송신 코일은,
    상기 복수의 송신 코일 중에서 상기 제1 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일 중 하나의 송신 코일인
    무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 부족 정보는,
    상기 전자 기기에 수신된 수신 전력이 임계 전력 미만인 경우 생성되고,
    상기 임계 전력은 상기 전자 기기의 동작을 위한 최소 전력보다 작은
    무선 전력 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 언더 커플링 모드는 상기 무선 전력 송신 장치의 전송 효율이 50% 미만일 때의 동작 모드이고,
    상기 오버 커플링 모드는 상기 무선 전력 송신 장치의 전송 효율이 50% 초과일 때의 동작 모드인
    무선 전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 언더 커플링 모드는 상기 무선 전력 송신 장치와 상기 전자 기기 사이의 결합 계수가 상기 무선 전력 송신 장치의 전송 효율이 50%일 때의 결합 계수보다 작을 때의 동작 모드이고,
    상기 오버 커플링 모드는 상기 무선 전력 송신 장치와 상기 전자 기기 사이의 결합 계수가 상기 무선 전력 송신 장치의 전송 효율이 50%일 때의 결합 계수보다 클 때의 동작 모드인
    무선 전력 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    저장부를 포함하고,
    상기 저장부는 인덱스 테이블을 포함하고,
    상기 인덱스 테이블은,
    복수의 인덱스 정보, 상기 복수의 인덱스 정보 각각에서 할당된 송신 코일 및 수신 코일 그리고 상호 인덕턴스 값을 포함하는 복수의 인덱스 정보를 포함하는
    무선 전력 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 획득된 모드에 기초하여 상기 복수의 인덱스 정보 중에서 선택된 인덱스 정보에 따라 상기 제1 송신 코일를 상기 제2 송신 코일로 변경하고,
    상기 변경된 제2 송신 코일을 통해 상기 제2 송신 전력을 상기 전자 기기로 무선으로 송신하는
    무선 전력 송신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 선택된 인덱스 정보를 상기 전자 기기로 전송하는
    무선 전력 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 부족 정보의 수신 및 상기 선택된 인덱스 정보의 송신은 out-of-band 통신을 이용하여 수행되는
    무선 전력 송신 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 획득된 모드가 언더 커플링 모드인 경우, 상기 제2 송신 코일의 인덕턴스는 상기 제1 송신 코일의 인덕턴스보다 큰
    무선 전력 송신 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 획득된 모드가 오버 커플링 모드인 경우, 상기 제2 송신 코일의 인덕턴스는 상기 제1 송신 코일의 인덕턴스보다 작은
    무선 전력 송신 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    전류 측정부는 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전류 측정부에서 측정된 송신 전류에 기초하여 임피턴스값을 획득하고,
    상기 임피던스 값에 기초하여 상기 언더 커플링 모드 또는 오버 커플링 모드인지 여부를 획득하는
    무선 전력 송신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 값이 기 설정된 저항 값보다 작은 경우, 상기 언더 커플링 모드를 획득하고,
    상기 임피던스 값이 상기 기 설정된 저항 값보다 큰 경우, 상기 오버 커플링 모드를 획득하는
    무선 전력 송신 장치.
  13. 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 수신된 수신 전력으로 동작하는 전자 기기에 있어서,
    서로 상이한 인덕턴스를 갖는 복수의 수신 코일; 및
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 수신 코일 중에서 제1 수신 코일을 통해 상기 무선 전력 송신 장치로부터 제1 수신 전력을 무선으로 수신하고,
    상기 수신된 제1 수신 전력이 임계 전력 미만인 경우, 전력 부족 정보를 상기 무선 전력 송신 장치로 전송하고,
    상기 전력 부족 정보에 응답하여 상기 무선 전력 송신 장치로부터 인덱스 정보를 수신하고,
    상기 수신된 인덱스 정보에 따라 상기 제1 수신 코일에서 제2 수신 코일로 변경하며,
    상기 변경된 제2 수신 코일을 통해 상기 무선 전력 송신 장치로부터 제2 수신 전력을 무선으로 수신하고,
    상기 제2 수신 코일은,
    상기 복수의 수신 코일 중에서 상기 제1 수신 코일을 제외한 나머지 수신 코일 중 하나의 수신 코일인
    전자 기기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 임계 전력은 상기 전자 기기의 동작을 위한 최소 전력보다 작은
    전자 기기.
  15. 제13항에 있어서,
    복수의 수신 코일에 연결된 배터리를 포함하고,
    상기 제1 수신 전력은 배터리에서 획득되는
    전자 기기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    일시적으로 상기 제1 수신 전력 또는 상기 제2 수신 전력이 수신되지 않는 경우, 상기 배터리의 전력으로 상기 전자기기를 동작하는
    전자 기기.
  17. 제13항에 있어서,
    저장부를 포함하고,
    상기 저장부는 인덱스 테이블을 포함하고,
    상기 인덱스 테이블은,
    복수의 인덱스 정보, 상기 복수의 인덱스 정보 각각에서 할당된 송신 코일 및 수신 코일 그리고 상호 인덕턴스 값을 포함하는 복수의 인덱스 정보를 포함하는
    전자 기기.
  18. 제13항에 있어서,
    언더 커플링 모드인 경우, 상기 제2 수신 코일의 인덕턴스는 상기 제1 수신 코일의 인덕턴스보다 큰
    전자 기기.
  19. 제13항에 있어서,
    오버 커플링 모드인 경우, 상기 제2 수신 코일의 인덕턴스는 상기 제1 수신 코일의 인덕턴스보다 작은
    전자 기기.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 전력 부족 정보의 전송 및 상기 인덱스 정보의 수신은 out-of-band 통신을 이용하여 수행되는
    전자 기기.
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