KR101253670B1 - 다중 안테나를 이용한 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 안테나를 이용한 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치에 있어서, 공진 주파수를 사용하여 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 전송하며, 상기 공진 주파수의 대역폭이 서로 다른 적어도 하나 이상의 전력 전송용 안테나; 상기 무선 전력 신호를 생성하는 무선 전력 신호 발생 모듈; 상기 무선 전력 신호 발생 모듈로부터 생성된 무선 전력 신호의 전력 레벨을 변환하며, 상기 전력 전송용 안테나의 공진 주파수의 대역폭에 대응하여 서로 다른 전력 레벨 변환폭을 갖는 적어도 하나 이상의 무선 전력 변환 모듈; 상기 무선 전력 변환 모듈과 대응되는 전력 전송용 안테나를 선택적으로 연결하고, 서로 연결된 무선 전력 변환 모듈과 전력 전송용 안테나 간의 임피던스를 매칭하는 멀티플렉서 매칭 모듈; 충전대상 기기를 탐지하는 탐지 신호를 송출하고, 탐지된 충전대상 기기와 데이터 통신하는 무선 통신 모듈; 및 상기 무선 통신 모듈을 통해 탐지된 충전대상 기기와의 데이터 통신으로 수신된 충전상태정보를 토대로 충전대상 기기의 필요 전력량을 선정하고, 선정된 필요 전력량에 대응되는 무선 전력 신호가 전송될 수 있도록 상기 전력 전송용 안테나와 이에 대응되는 무선 전력 변환 모듈을 선택하여 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 무선으로 전력을 휴대형 전자기기나 소형 가전기기로 전송하여 배터리 충전 또는 구동 전원으로 사용할 수 있도록 하는 무선 전력 전송 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력 전송을 담당하는 안테나를 다중으로 구성하여 다양한 충전대상 기기에 대하여 전력 전달 효율을 최적화할 수 있는 다중 안테나를 이용한 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이동통신단말, PDA, PMP, 노트북 등과 같은 휴대형 전자기기는 사용자 편의성을 높이기 위하여 구동 전원으로 재충전이 가능한 이차 전지(배터리)가 흔히 이용되고 있다. 이러한 배터리를 구동 전원으로 사용함으로써, 사용자는 전력 공급을 위한 유선 환경에서 자유로울 수 있어 더욱 편리한 제품 사용이 가능하다고 할 수 있다.
배터리는 외부 전원에 의한 충전으로 에너지가 저장되는데, 이와 같은 배터리의 충전을 위해서 가정용 사용 전원을 배터리에 필요한 가용 정격 전력으로 공급하는 별도의 유선 충전장치가 주로 사용되고 있다.
유선 충전방식은 통상적으로 충전장치의 단자와 배터리의 단자가 서로 물리적으로 접촉됨으로써 전기적으로 연결되는 방식이 주로 이용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 방식의 전기적 결합은 단자가 상호 물리적으로 결합되는 방식으로 이루어지므로, 물리적 마모 현상이 발생하여 접속 신뢰성이 저하될 수 있으며, 접촉 단자가 외부로 노출되는 형태가 많아 이물질에 의한 오염 등으로 접촉 상태가 쉽게 불량해지는 문제점이 있다. 또한, 수분이나 습기가 많은 환경에서는 전기 단락 사고가 발생하거나 충전된 에너지가 쉽게 소실되는 등의 문제가 발생될 수 있다.
이러한 접촉식 충전방식의 문제점을 해결하기 위하여 충전장치와 배터리의 단자가 물리적으로 비접촉되는 방식의 무접점 충전 시스템이 개시되고 있는데, 상기 무접점 충전은 알려진 바와 같이 1차 코일에서 자기장의 자속이 시간에 따라 변화하면 인접한 2차 코일에서 상기 시간에 따라 변화되는 자기장에 의하여 상기 2차 코일에 전력이 유도되는 현상을 이용하는 충전 방식이다.
도 1은 종래의 유도 기전력 방식의 무접점 충전장치와 배터리의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 무접점 충전장치(10)는 사용 교류 전원(20)으로부터 전원을 공급받아 고주파 교류전류를 출력하는 고주파 전력 구동수단(30), 상기 고주파 전력 구동수단(30)으로부터 고주파 교류전류를 인가받아 자기장(M)을 형성하는 1차측 코일(40)을 구비한다.
그리고, 배터리(50)는 전기에너지가 충전되는 배터리 셀(60), 1차측 코일(40)에서 발생된 자기장(M)의 쇄교에 따라 고주파 교류전류가 유도되는 2차측 코일(70), 2차측 코일(70)에서 유도된 고주파 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류부(80) 및 정류부(80)에서 정류된 직류전류를 배터리 셀(60)에 인가하는 정전압/정전류 공급부(90)를 구비한다. 여기서, 상기 정전압/정전류 공급부(90)는 배터리 충전 장치에 널리 사용되는 공지의 회로 소자이다. 상기 정전압/정전류 공급부(90)는 충전 초기에는 배터리 셀(60)에 전류를 일정하게 공급하다가 배터리 셀(60)의 충전 전압이 서서히 증가하여 특정 기준 값을 넘어서면 전류의 공급을 줄여나가는 대신 배터리 셀(60)이 만충 상태가 될 때까지 전압을 일정하게 유지시켜 주는 기능을 수행한다.
그런데, 종래의 무접점 충전 장치(10)는 유도 기전력 발생을 위한 1차측 코일(40)이 내장된 무선 베이스 패드를 구비하고, 이 무선 베이스 패드 상에 1차측 코일(40)에 대응하는 2차측 코일(70)이 구비된 배터리(50)가 놓이는 방식에 의해 구현되었다. 그러나, 상기와 같은 방식은 유도 기전력 발생을 위한 코일을 평면형으로 구성하여야 하고 전력의 전송측과 수신측 간의 방향성이 존재하여 충전대상이 되는 배터리(50)의 위치 선정에 제약이 따른다. 이는 충전대상인 배터리(50)가 놓이는 위치에 따라 충전 효율이 달라지는 문제를 수반하게 된다.
또한, 종래의 무접점 충전 장치(10)는 다수의 충전대상 기기가 전력을 요청할 경우, 다수의 충전대상 기기에 적합한 전력을 전송하기 위해 전력 변환 모듈을 추가로 구성하였고, 이 전력 변환 모듈에서 다수의 충전대상 기기에 전력을 공급하기 위해 시분할 등의 제어 알고리즘을 통해 전력을 공급하였다. 그러나, 필요 전력량이 동일한 다수의 충전대상 기기에는 적절한 전력 전송이 이루어질 수 있었으나, 필요 전력량이 상이한 다수의 충전대상 기기를 충전하기 위해서는 복잡한 제어 알고리즘을 고려할 수밖에 없었고, 이로 인해 불필요한 전력을 낭비하여 전력 전달 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 전력 변환 모듈의 설계에 있어서, 전력 변환 폭이 넓게 설계된 경우에는 전력 변환 모듈의 효율 감소가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 무선 전력의 전송을 담당하는 안테나를 다중으로 구성함으로써, 다양한 충전대상 기기에 대하여 전력 전달 효율을 최적화할 수 있는 다중 안테나를 이용한 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는, 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치에 있어서, 공진 주파수를 사용하여 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 전송하며, 상기 공진 주파수의 대역폭이 서로 다른 적어도 하나 이상의 전력 전송용 안테나; 상기 무선 전력 신호를 생성하는 무선 전력 신호 발생 모듈; 상기 무선 전력 신호 발생 모듈로부터 생성된 무선 전력 신호의 전력 레벨을 변환하며, 상기 전력 전송용 안테나의 공진 주파수의 대역폭에 대응하여 서로 다른 전력 레벨 변환폭을 갖는 적어도 하나 이상의 무선 전력 변환 모듈; 상기 무선 전력 변환 모듈과 대응되는 전력 전송용 안테나를 선택적으로 연결하고, 서로 연결된 무선 전력 변환 모듈과 전력 전송용 안테나 간의 임피던스를 매칭하는 멀티플렉서 매칭 모듈; 충전대상 기기를 탐지하는 탐지 신호를 송출하고, 탐지된 충전대상 기기와 데이터 통신하는 무선 통신 모듈; 및 상기 무선 통신 모듈을 통해 탐지된 충전대상 기기와의 데이터 통신으로 수신된 충전상태정보를 토대로 충전대상 기기의 필요 전력량을 선정하고, 선정된 필요 전력량에 대응되는 무선 전력 신호가 전송될 수 있도록 상기 전력 전송용 안테나와 이에 대응되는 무선 전력 변환 모듈을 선택하여 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 충전대상 기기로부터 수신된 충전상태정보는 해당 충전대상 기기를 고유하게 식별하는 식별코드와 필요 전력량 정보로 이루어진다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 충전대상 기기의 충전상태정보를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 충전대상 기기의 필요 전력량을 재선정하고, 재선정된 필요 전력량에 대응되도록 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정한다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 충전대상 기기가 하나 이상이 탐지된 경우, 시분할 제어를 통해 각각의 충전대상 기기로 무선 전력 신호를 전송한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 전송의 제어방법은, 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 이용하여 무선 전력 전송을 제어하는 방법에 있어서, (a) 충전대상 기기를 탐지하는 탐지 신호를 송출하여 충전대상 기기를 탐지하는 단계; (b) 상기 탐지된 충전대상 기기와 데이터 통신하여 충전대상 기기의 충전상태정보를 수신하는 단계; (c) 상기 충전상태정보를 토대로 충전대상 기기의 필요 전력량을 선정하는 단계; (b) 상기 선정된 필요 전력량에 대응되는 무선 전력 신호를 전송할 수 있는 공진 주파수의 대역폭을 갖는 전력 전송용 안테나와 이에 대응되는 무선 전력 변환 모듈을 선택하는 단계; (e) 상기 무선 전력 변환 모듈을 제어하여 상기 필요 전력량에 대응되도록 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정하는 단계; 및 (f) 상기 무선 전력 변환 모듈과 전력 전송용 안테나를 선택적으로 연결하고, 서로 연결된 무선 전력 변환 모듈과 전력 전송용 안테나 간의 임피던스를 매칭하여 무선 전력 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계에서, 상기 충전대상 기기로부터 수신된 충전상태정보는 해당 충전대상 기기를 고유하게 식별하는 식별코드와 필요 전력량 정보로 이루어진다.
바람직하게, 상기 (f) 단계 이후, 상기 충전대상 기기의 충전상태정보를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 충전대상 기기의 필요 전력량을 재선정하고, 재선정된 필요 전력량에 대응되도록 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계에서, 상기 충전대상 기기가 하나 이상이 탐지된 경우, 시분할 제어를 통해 각각의 충전대상 기기로 무선 전력 신호를 전송한다.
본 발명에 따르면, 무선으로 전력을 휴대형 전자기기나 소형 전자기기로 전송하여 배터리 충전 또는 구동 전원으로 사용할 수 있도록 하는 무선 전력 전송 장치에 있어서, 무선 전력의 전송을 담당하는 안테나를 다중으로 구성함으로써, 다양한 충전대상 기기에 대하여 전력 전달 효율을 최적화할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 유도 기전력 방식의 무접점 충전장치와 배터리의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 무선 전력 전송 방법의 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 1은 종래의 유도 기전력 방식의 무접점 충전장치와 배터리의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 무선 전력 전송 방법의 절차를 설명하는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 무선 전력 전송 방법의 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 휴대형 전자기기나 소형 가전기기와 같은 충전대상 기기(201, 202, 203)에 무선으로 전력을 전송하여 해당 충전대상 기기(201, 202, 203)의 배터리를 충전하거나 구동 전원으로 사용할 수 있도록 하는 장치이다.
본 발명에서는 상기 무선 전력 전송 장치(100)에서 무선 전력을 전송하는 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)를 적어도 하나 이상으로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)는 공진 주파수를 사용하여 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 전송하며, 상기 공진 주파수의 대역폭이 서로 다른 형태로 설계된 것이다. 이는 종래의 무선 전력 전송 장치가 단일의 전력 전송용 안테나와 단일의 무선 전력 변환 모듈로 구성되었던 것을 공진 주파수의 대역폭이 서로 다른 복수의 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)로 구성하고, 이러한 복수의 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)의 공진 주파수의 대역폭에 최적화된 전력 레벨 변환폭을 갖는 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)을 복수로 구성함으로써, 종래의 무선 전력 전송 장치에서 문제시 되었던 필요 전력량이 상이한 다수의 충전대상 기기에 대한 전력 전달 효율이 떨어지는 문제와, 전력 변환 모듈의 전력 변환폭을 크게 설계할 수 밖에 없었던 문제점을 해결하였다. 즉, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는 공진 주파수의 대역폭이 서로 다른 복수의 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)와 이에 대응되는 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)을 통하여 필요한 전력량에 최적화된 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)와 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)을 선택하고, 이를 통해 무선 전력 신호의 전력 레벨을 제어할 수 있기 때문에 무선 전력 신호의 전달 효율을 최적화할 수 있는 효과를 갖게 된다.
이하에서, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(100)의 상세 구성을 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 적어도 하나 이상의 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)와, 무선 전력 신호 발생 모듈(120)과, 적어도 하나 이상의 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과, 멀티플렉서 매칭 모듈(140)과, 무선 통신 모듈(150)과, 이들 각 구성요소를 제어하는 제어부(160)을 포함하여 구성된다.
상기 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)는 비방사형 안테나로서 공진 주파수를 사용하여 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 전송하는 신호 전달 매체이다. 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)는 공진 주파수의 대역폭이 서로 다른 형태로 복수개로 구비된다.
상기 무선 전력 신호 발생 모듈(120)은 무선 전력 전송이 이루어질 수 있도록 무선 전력 신호를 생성하는 기능을 수행 한다.
상기 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)은 상기 무선 전력 신호 발생 모듈(120)로부터 생성된 무선 전력 신호의 전력 레벨을 변환하며, 상기 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)의 공진 주파수의 대역폭에 대응하여 서로 다른 전력 레벨 변환폭을 갖는 설계로 복수개로 구비된다.
상기 멀티플렉서 매칭 모듈(140)은 상기 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과 대응되는 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)를 선택적으로 연결하고, 서로 연결된 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N) 간의 임피던스를 매칭하는 기능을 수행한다.
상기 무선 통신 모듈(150)은 충전대상 기기(201, 202, 203)를 탐지하는 탐지 신호를 송출하고, 탐지된 충전대상 기기(201, 202, 203)와 데이터 통신하는 기능을 수행한다.
상기 제어부(160)는 일종의 마이크로 프로세서로서 상기 각 구성요소들을 전반적으로 제어하여 무선 전력 전송이 이루어질 수 있도록 하는 프로세스를 수행한다. 제어부(160)를 통한 무선 전력 전송의 프로세스는 상기 무선 통신 모듈(150)을 통해 탐지된 충전대상 기기(201, 202, 203)와의 데이터 통신으로 충전대상 기기(201, 202, 203)의 충전상태정보를 수신하고, 수신된 충전상태정보를 토대로 해당 충전대상 기기(201, 202, 203)의 필요 전력량을 선정한다. 그런 다음, 제어부(160)는 선정된 필요 전력량에 대응되는 무선 전력 신호가 전송될 수 있도록 상기 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)와 이에 대응되는 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)을 선택하여 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정한다. 그리고 나서, 제어부(160)는 상기 멀티플렉서 매칭 모듈(140)을 제어하여 상기 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)를 선택적으로 연결하여 무선 전력 신호를 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)를 통해 전송하게 된다. 여기서, 충전대상 기기(201, 202, 203)로부터 수신된 충전상태 정보는 해당 충전대상 기기(201, 202, 203)를 고유하게 식별하는 식별코드와 필요 전력량 정보를 담고 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 충전대상 기기(201, 202, 203)와 지속적으로 데이터 통신하여 해당 충전대상 기기(201, 202, 203)의 충전상태정보를 모니터링한다. 제어부(160)은 모니터링 결과에 따라 충전대상 기기(201, 202, 203)의 필요 전력량을 재선정하고, 재선정된 필요 전력량에 대응되도록 상기 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)을 제어하여 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정하여 충전대상 기기(201, 202, 203)의 충전이 완료될 때까지 무선 전력 신호를 최적의 상태로 유지하게 된다.
한편, 상기 제어부(160)는 상기 충전대상 기기(201, 202, 203)가 하나 이상이 탐지될 경우, 시분할 제어를 통해 각각의 충전대상 기기(201, 202, 203)로 무선 전력 신호가 전송될 수 있도록 제어하게 된다. 이런 경우, 본 발명에서는, 상기 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)가 복수로 구성되어 있음으로 각각의 충전대상 기기(201, 202, 203)에 따른 필요 전력량에 따라 상기 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)를 선택적으로 제어할 수 있어 무선 전력 신호의 전달 효율을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 필요 전력량이 20W의 노트북과 필요 전력량이 5W의 이동통신단말기가 동시에 탐지되어 충전을 요청할 경우, 20W와 5W에 대응되는 상기 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)를 각각 선택하여 시분할 제어로 충전시킬 수 있음으로 전력의 전달 효율을 증대시킬 수 있다.
대안적으로, 상술한 실시예에서는 상기 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)가 무선 전력을 전송하는 역할을 수행하는 것으로 설명되었지만, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니며, 상기 충전대상 기기(201, 202, 203)와의 데이터 통신을 수행할 수도 있다. 이런 경우, 각각의 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)에는 개별적으로 WLAN, Bluetooth, Zigbee 및 자기장 통신 모뎀 등이 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 무선 전력 전송 방법의 절차를 설명하는 흐름도이다.
이하에서, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 무선 전력 전송 방법을 설명한다.
먼저, 단계(S10)에서, 상기 제어부(160)는 상기 무선 통신 모듈(150)을 제어하여 충전대상 기기(201, 202, 203)를 탐지하는 탐지 신호를 송출하여 충전대상 기기(201, 202, 203)를 탐지한다. 즉, 제어부(160)는 무선 통신 모듈(150)을 통해 탐지 신호로써 Ping 신호를 주기적으로 송출하고, 이 신호에 반사된 수신 신호의 신호 강도를 토대로 충전대상 기기(201, 202, 203)의 탐지 여부를 판단한다.
단계(S20)에서, 상기 제어부(160)는 탐지된 충전대상 기기(201, 202, 203)와 데이터 통신하여 충전대상 기기(201, 202, 203)의 충전상태정보를 수신한다. 즉, 제어부(160)는 무선 통신 모듈(150)을 통해 탐지된 충전대상 기기(201, 202, 203)에 대해 충전상태정보를 전송하라는 명령 신호를 전송하고, 이에 충전대상 기기(201, 202, 203)가 응답하여 충전상태정보를 전송하면 이를 수신하게 된다. 여기서, 상기 충전상태정보는 해당 충전대상 기기(201, 202, 203)를 고유하게 식별하는 식별코드와 필요 전력량 정보를 담고 있을 수 있으며, 이 경우, 상기 제어부(160)은 먼저 식별코드를 수신하여 충전대상 기기인지를 파악하고, 파악된 경우 필요 전력량 정보를 수신하는 과정을 거치게 된다.
단계(S30)에서, 상기 제어부(160)는 상기 충전대상 기기(201, 202, 203)의 충전상태정보를 토대로 충전대상 기기(201, 202, 203)의 필요 전력량을 선정한다.
단계(S40)에서, 상기 제어부(160)는 상기 선정된 필요 전력량에 대응되는 무선 전력 신호를 전송할 수 있는 공진 주파수의 대역폭을 갖는 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)와 이에 대응되는 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)을 선택한다.
단계(S50)에서, 상기 제어부(160)는 충전대상 기기(201, 202, 203)의 필요 전력량에 대응되도록 상기 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)을 제어하여 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정한다.
단계(S60)에서, 상기 제어부(160)는 상기 멀티플렉서 매칭 모듈(140)을 제어하여 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정한 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과 이에 대응되는 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N)를 선택적으로 연결하여 무선 전력 신호를 전송한다. 이 때, 상기 멀티플렉서 매칭 모듈(140)은 서로 연결된 무선 전력 변환 모듈(130A, 130B, 130N)과 전력 전송용 안테나(110A, 110B, 110N) 간의 임피던스를 매칭하여 무선 전력 신호의 전송 효율을 높일 수 있도록 기능한다.
단계(S70)은, 무선 전력 신호를 전달받은 충전대상 기기(201, 202, 203)에서 수행되는 단계이며, 단계(S80)으로 이행되어 충전대상 기기(201, 202, 203)의 충전상태를 판단하게 된다. 단계(S80)에서, 충전대상 기기(201, 202, 203)는 충전 완료 상태를 판단하여 충전이 완료되면 프로세서를 종료한다. 반면, 충전이 완료되지 않으면 프로세서를 단계(S90)으로 이행한다.
단계(S90)에서, 충전대상 기기(201, 202, 203)는 충전상태정보를 갱신하여 변경한다. 이렇게 변경된 충전상태정보는 다시 무선 전력 전송 장치(100)의 제어부(160)측으로 전송되게 된다.
상술한 단계(S20) 내지 단계(S60)에서, 상기 제어부(160)는 충전대상 기기(201, 202, 203)와 지속적으로 데이터 통신하여 충전대상 기기(201, 202, 203)의 충전이 완료될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 단계(S10)에서 충전대상 기기(201, 202, 203)가 하나 이상이 탐지될 경우, 단계(S20) 내지 단계(S60)은 시분할 제어를 통해 다중의 프로세서로 수행될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 무선 전력 전송 장치
110A, 110B, 110N : 전력 전송용 안테나 120 : 무선 전력 신호 발생 모듈
130A, 130B, 130N : 전력 변환 모듈 140 : 멀티플렉서 매칭 모듈
150 : 무선 통신 모듈 160 : 제어부
110A, 110B, 110N : 전력 전송용 안테나 120 : 무선 전력 신호 발생 모듈
130A, 130B, 130N : 전력 변환 모듈 140 : 멀티플렉서 매칭 모듈
150 : 무선 통신 모듈 160 : 제어부
Claims (8)
- 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치에 있어서,
공진 주파수를 사용하여 무선 전력 신호를 자기 공명 방식에 의해 전송하며, 상기 공진 주파수의 대역폭이 서로 다른 적어도 하나 이상의 전력 전송용 안테나;
상기 무선 전력 신호를 생성하는 무선 전력 신호 발생 모듈;
상기 무선 전력 신호 발생 모듈로부터 생성된 무선 전력 신호의 전력 레벨을 변환하며, 상기 전력 전송용 안테나의 공진 주파수의 대역폭에 대응하여 서로 다른 전력 레벨 변환폭을 갖는 적어도 하나 이상의 무선 전력 변환 모듈;
상기 무선 전력 변환 모듈과 대응되는 전력 전송용 안테나를 선택적으로 연결하고, 서로 연결된 무선 전력 변환 모듈과 전력 전송용 안테나 간의 임피던스를 매칭하는 멀티플렉서 매칭 모듈;
충전대상 기기를 탐지하는 탐지 신호를 송출하고, 탐지된 충전대상 기기와 데이터 통신하는 무선 통신 모듈;
상기 무선 통신 모듈을 통해 탐지된 충전대상 기기와의 데이터 통신으로 수신된 충전상태정보를 토대로 충전대상 기기의 필요 전력량을 선정하고, 선정된 필요 전력량에 대응되는 무선 전력 신호가 전송될 수 있도록 상기 전력 전송용 안테나와 이에 대응되는 무선 전력 변환 모듈을 선택하여 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치. - 제1항에 있어서,
상기 충전대상 기기로부터 수신된 충전상태정보는 해당 충전대상 기기를 고유하게 식별하는 식별코드와 필요 전력량 정보로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 충전대상 기기의 충전상태정보를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 충전대상 기기의 필요 전력량을 재선정하고, 재선정된 필요 전력량에 대응되도록 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 충전대상 기기가 하나 이상이 탐지된 경우, 시분할 제어를 통해 각각의 충전대상 기기로 무선 전력 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치. - 공진 주파수의 대역폭이 서로 다른 적어도 하나 이상의 전력 전송용 안테나와 상기 전력 전송용 안테나의 대역폭에 대응하여 서로 다른 전력 레벨 변화폭을 갖는 적어도 하나 이상의 무선 전력 변환 모듈을 포함하고, 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 이용하여 무선 전력 전송을 제어하는 방법에 있어서,
(a) 충전대상 기기를 탐지하는 탐지 신호를 송출하여 충전대상 기기를 탐지하는 단계;
(b) 상기 탐지된 충전대상 기기와 데이터 통신하여 충전대상 기기의 충전상태정보를 수신하는 단계;
(c) 상기 충전상태정보를 토대로 충전대상 기기의 필요 전력량을 선정하는 단계;
(d) 상기 선정된 필요 전력량에 대응되는 무선 전력 신호를 전송할 수 있는 공진 주파수의 대역폭을 갖는 전력 전송용 안테나와 이에 대응되는 무선 전력 변환 모듈을 선택하는 단계;
(e) 상기 무선 전력 변환 모듈을 제어하여 상기 필요 전력량에 대응되도록 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정하는 단계; 및
(f) 상기 무선 전력 변환 모듈과 전력 전송용 안테나를 선택적으로 연결하고, 서로 연결된 무선 전력 변환 모듈과 전력 전송용 안테나 간의 임피던스를 매칭하여 무선 전력 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송의 제어방법. - 제5항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 충전대상 기기로부터 수신된 충전상태정보는 해당 충전대상 기기를 고유하게 식별하는 식별코드와 필요 전력량 정보로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송의 제어방법. - 제5항에 있어서,
상기 (f) 단계 이후,
상기 충전대상 기기의 충전상태정보를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 충전대상 기기의 필요 전력량을 재선정하고, 재선정된 필요 전력량에 대응되도록 무선 전력 신호의 전력 레벨을 조정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송의 제어방법. - 제5항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 충전대상 기기가 하나 이상이 탐지된 경우, 시분할 제어를 통해 각각의 충전대상 기기로 무선 전력 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송의 제어방법.
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