KR102313298B1 - 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 복수의 제1 송신 코일과, 제2 송신 코일을 구비하는 전력 전송부 및 제어부를 포함하고, 복수의 제1 송신 코일은 동일한 평면상에 배치되고, 제2 송신 코일은 복수의 제1 송신 코일이 배치되는 평면과 상이한 평면상에 배치되고, 제2 송신 코일은 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 중심에 배치되고, 제2 송신 코일에 대응하는 영역의 면적은 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 면적보다 작고, 제어부는, 무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입이 제1 타입인 경우, 복수의 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일을 통해 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하고, 수신 코일의 타입이 제2 타입인 경우, 제2 송신 코일을 통해 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수 있다. 따라서, 수신 코일의 타입에 따라, 수신 코일의 타입에 대응하는 크기의 전력을 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다. 그 외에 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템{WIRELESS POWER TRANSFER APPARATUS AND SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저전력 전송과 중전력 전송이 모두 가능한 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전자기기에 전력을 공급하는 경우, 전자기기에 물리적인 케이블 또는 전선을 연결하여 상용전원을 공급하는 단자 공급 방식이 사용된다. 이러한, 단자 공급 방식은, 케이블 또는 전선들이 상당한 공간을 차지하고, 정리가 용이하지 않으며, 단선의 위험이 있다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 무선 전력 전송 방식에 대한 연구가 논의되고 있다.
무선 전력 전송 시스템은, 단일 코일 또는 멀티 코일을 통해 전력을 공급하는 무선 전력 전송 장치와, 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 공급되는 전력을 수신하여 이를 사용하는 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있다.
무선 전력 공급 방법으로는 유도 결합 방식(inductive coupling) 방식이 주로 사용되고 있으며, 이 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면, 그 전류에 의해 자기장이 변하고, 이로 인하여 2차 코일을 지나는 자속이 변하게 되어, 2차 코일 측에 유도 기전력이 생기는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 도선을 공간적으로 움직이지 않고도 두 개 코일을 이격시킨 채 1차 코일의 전류만 변화시키면, 유도 기전력이 생기게 된다.
자기 유도 방식의 무선 전력 전송에 대한 기술을 다루는 무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium; WPC)의 표준 문서인, 무선 전력 전송에서의 호환성(interoperability)에 대한 "무선 전력 전송 시스템 설명서, 제1권, 저전력, 파트 1: 인터페이스 정의, 버전 1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)"는, 약 5 W의 저전력 충전에 관한 것으로, 저전력 충전은 주로 이동 단말기의에 적용되고 있다.
한편, 최근에는 무선 충전 기능을 제공하는 장치의 크기가 커지고, 장치의 종류가 다양해짐에 따라, 충전 성능을 높이기 위해, 저전력보다 큰 중전력 충전에 관한 기술 개발의 필요성이 대두되고 있으며, 이와 관련된 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
본 발명은, 중전력 전송을 위한 복수의 제1 송신 코일과, 저전력 전송을 위한 제2 송신 코일을 각각 구비하여, 저전력 전송 및 중전력 전송이 모두 가능한 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공함에 있다.
본 발명은, 동일 평면상에서 서로 중첩되지 않도록 배치된, 복수의 제1 송신 코일을 구비하는 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공함에 있다.
본 발명은, 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 충전 영역에 있어서, 무선 전력 수신 장치의 위치를 정확하게 판단할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공함에 있다.
본 발명은, 제2 송신 코일과 무선 전력 수신 장치 간의 정렬 상태에 따라, 제2 송신 코일을 통한 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 어려운 경우에도, 복수의 제1 송신 코일을 이용하여 무선 전력 수신 장치에 소정 기준을 만족하는 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 서로 다른 타입의 송신 코일을 포함할 수 있고, 무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입에 대응하는 송신 코일을 선택하여, 전력을 전송할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 복수의 제1 송신 코일과, 제2 송신 코일을 구비하는 전력 전송부 및 제어부를 포함하고, 복수의 제1 송신 코일은 동일한 평면상에 배치되고, 제2 송신 코일은 복수의 제1 송신 코일이 배치되는 평면과 상이한 평면상에 배치되고, 제2 송신 코일은 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 중심에 배치되고, 제2 송신 코일에 대응하는 영역의 면적은 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 면적보다 작고, 제어부는, 무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입이 제1 타입인 경우, 복수의 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일을 통해 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하고, 수신 코일의 타입이 제2 타입인 경우, 제2 송신 코일을 통해 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템은, 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 포함할 수 있고, 무선 전력 전송 장치는, 복수의 제1 송신 코일과, 제2 송신 코일을 구비하는 전력 전송부 및 제어부를 포함하고, 복수의 제1 송신 코일은 동일한 평면상에 배치되고, 제2 송신 코일은 복수의 제1 송신 코일이 배치되는 평면과 상이한 평면상에 배치되고, 제2 송신 코일은 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 중심에 배치되고, 제2 송신 코일에 대응하는 영역의 면적은 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 면적보다 작고, 제어부는, 무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입이 제1 타입인 경우, 복수의 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일을 통해 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하고, 수신 코일의 타입이 제2 타입인 경우, 제2 송신 코일을 통해 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 장치가 중전력 전송을 위한 복수의 제1 송신 코일과, 저전력 전송을 위한 제2 송신 코일을 각각 구비함으로써, 무선 전력 수신 장치의 전력 클래스에 따라 다양하게 전력을 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 복수의 제1 송신 코일이 동일 평면상에서 서로 중첩되지 않도록 배치됨에 따라, 장치의 두께를 줄일 수 있고, 조립성 및 양산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 단일 코일이 아닌, 복수의 제1 송신 코일과 관련된 데이터 값을 사용하므로, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치의 위치를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 제2 송신 코일과 무선 전력 수신 장치 간의 정렬 상태에 따라, 제2 송신 코일을 통한 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 어려운 경우에도, 제2 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 적어도 하나의 제1 송신 코일을 통해 전력을 전송함으로써, 소정 기준을 만족하는 전력을 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 내부 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신 장치의 내부 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 무선 전력 전송 방법에 관한 순서도이다.
도 5a 및 5b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 제1 송신 코일의 적층 구조에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 6a 및 6b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 제1 송신 코일의 반경 및 권선 횟수에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a 내지 7c는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 제1 송신 코일의 구조에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 8a 및 8b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 제2 송신 코일의 구조에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 9a 내지 9c는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일을 구비하는 전력 전송부의 구조에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 동작 방법에 관한 순서도이다.
도 11a 및 11b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 동작 방법에 관한 순서도이다.
도 13a 및 13b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 저전력 전송 시, 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 정렬 상태에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 14a 내지 14d는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 저전력 전송 시, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 제1 송신 코일에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 시스템(10)은, 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치(100) 및 전송된 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 코일(181)에 흐르는 전류에 의한 자기장의 변화에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(281)에 전류가 유도되는 자기 유도 현상을 이용하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 무선으로 전력을 전달할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, WPC(Wireless Power Consortium) 또는 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전방식을 이용할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 자기공명 방식의 무선 충전방식을 이용할 수 있다.
이하, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 코일(181)과, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(281)의 구분을 위해, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 코일(181)을 송신 코일로 명명할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(281)을 수신 코일로 명명할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 서로 다른 종류의 송신 코일(181)을 구비할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 중전력 전송을 위한 제1 송신 코일과, 저전력 전송을 위한 제2 송신 코일을 각각 구비할 수 있다.
여기서, 저전력은 5 W 내외의 전력을 의미할 수 있고, 중전력은 수십 W 이상의 전력을 의미할 수 있다.
일 실시예에 따라, 하나의 무선 전력 전송 장치(100)는, 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 시분할 방식에 따라 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 무선 전력 수신 장치(200) 각각에 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수도 있다.
한편, 하나의 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신 장치(200)의 개수는, 복수의 무선 전력 수신 장치(200) 각각의 요구 전력량, 무선 전력 전송 장치(100)의 가용 전력량 등을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 무선 전력 전송 장치(100)가, 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치(200)는, 복수의 무선 전력 전송 장치(100)와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 전송 장치(100)로부터 동시에 전력을 수신할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)의 개수는, 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치(200) 각각의 요구 전력량, 무선 전력 전송 장치(100)의 가용 전력량 등을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송된 전력을 수신할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 모바일 폰(mobile phone), 노트북 (laptop computer), 스마트 워치(smart watch)와 같은 웨어러블 디바이스, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 조명 장치, 리모컨과 같은 전자기기일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 착즙기(citrus press), 핸드블렌더(handblender), 분쇄기(blender), 주스기(juicer), 스마트팬(smart pan), 전기주전자(kettle), 밥솥(rice cooker)과 같은 가전기기(home appliance)일 수도 있다.
무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, 상호 간에 통신할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, 단방향 통신 또는 반이중 통신하는 것도 가능하다.
이 때, 통신 방식은, 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 사용하는 인밴드(in-band) 통신 방식 및/또는 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 주파수 대역을 사용하는 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식일 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)가 상호 간에 송수신하는 데이터는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터, 배터리의 출력 전압 및/또는 출력 전류에 관한 데이터, 제어 명령과 관련된 데이터 등을 포함할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 내부 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어하는 제어부(160), 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 무선 전력 구동부(170) 및 변환된 교류 전원을 이용하여 무선으로 전력을 전송하는 전력 전송부(180)를 구비할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치(100)는, 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(110), 무선 전력 전송 장치(100)의 구동을 위한 제어 프로그램 등을 저장하는 메모리(120), 전력 전송부(180)에 구비된 구성에 입력되는 전류 및/또는 전압을 감지하는 센싱부(130), 및/또는 소정의 통신 방식에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)와 통신하는 제1 및 제2 통신부(140, 150)를 더 포함할 수 있다.
컨버터(110)는, 입력된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 출력할 수 있다. 이때, 교류 전원은, 단상 교류 전원 또는 3상 교류 전원일 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성은 컨버터(110)로부터 출력된 직류 전원에 의해 동작할 수 있다.
도면에서는, 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 한편, 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(110)의 내부 구조도 달라질 수 있다.
컨버터(110)는, 브릿지 다이오드를 구비할 수 있다. 예를 들면, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자 및 하암 다이오드 소자가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍 또는 세 쌍의 상, 하암 다이오드 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 한편, 컨버터(110)는, 복수의 스위칭 소자를 더 포함할 수도 있다.
메모리(120)는, 제어부(160)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 무선 전력 전송 장치(100) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
한편, 메모리(120)에 저장된 다양한 데이터는, 공장 교정(factory calibration)된 데이터 값을 포함할 수 있다.
센싱부(130)는, 전력 전송부(180)에 입력되는 전류, 전압, 각 코일의 온도 등을 감지할 수 있다.
센싱부(130)는, 적어도 하나의 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 센싱부(130)는, 주변의 자기장을 감지하는 자기 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 자기 센서는, 홀 효과(hall effect)를 이용한 홀 센서(hall sensor)일 수 있다. 센싱부(130)는, 자기 센서를 복수 개 구비할 수 있다.
본 발명에서는 자기 센서가 홀 센서인 것을 예시로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 자기저항소자(magnetoresistor), 증폭 기능 등을 내장한 자기 센서를 포함하는 자기 트랜지스터 등의 회로 소자일 수도 있고, 복수의 방향의 자기장을 감지하는 다축 자기 센서일 수도 있다.
예를 들면, 센싱부(130)는, 압전 센서, 근접 센서, 조도 센서 등 다양한 센서를 포함할 수도 있다.
센싱부(130)에 구비되는 적어도 하나의 센서는, 충전 영역의 외부에 배치될 수 있다. 여기서, 충전 영역은, 무선 전력 전송 장치(100)의 하우징 외면 중 전력 전송부(180)에 대응하는 일 영역을 의미할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 충전 영역에 접하거나, 소정 거리 이내에 위치함으로써 전력을 수신할 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 센서는, 전력 전송부(180)에 구비되는 차폐재(미도시)의 외부에 배치될 수 있다.
센싱부(130)가 복수의 센서를 구비하는 경우, 복수의 센서는 충전 영역을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 배치될 수 있다.
제1 및 제2 통신부(140, 150)는, 무선 전력 수신 장치(200)와 통신할 수 있다.
제1 통신부(140)는, 제1 통신 방식으로 통신할 수 있다. 제1 통신부(140)는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 무선 전력 수신 장치(200)에 전송할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
제2 통신부(150)는, 무선 전력 수신 장치(200)와 제1 통신 방식과는 상이한 제2 통신 방식으로 통신할 수 있다. 제2 통신부(150)는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 무선 전력 수신 장치(200)에 전송할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
제1 및 제2 통신부(140, 150)는, 무선 전력 전송 장치(100)에서 송출되는 신호 및 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 신호를 변복조(modulation/demodulation)하기 위한, 변복조부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 통신부(140, 150)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 신호를 필터링하는 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 필터부는, 대역통과필터(Band Pass Filter; BPF)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 통신 방식은, 인밴드(in-band) 통신 방식일 수 있다. 예를 들면, 제1 통신부(140)가 인밴드(in-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 제1 통신부(140)와 전력 전송부(180)는 하나의 구성으로 구현될 수 있고, 제1 통신부(140)는 송신 코일(181)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 통신을 수행할 수 있다.
한편, 제2 통신 방식은, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식일 수 있다. 예를 들면, 제2 통신부(150)가 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 제2 통신부(150)와 전력 전송부(180)는 서로 구분되는 구성으로 각각 구현될 수 있고, 제2 통신부(150)는 별도의 통신 모듈을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 통신을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식에서 사용되는 통신 모듈은, 블루투스(BlueTooth), 지그비(Zigbee), 무선랜(wireless LAN), NFC(Near Field Communication)과 같은 근거리 통신 방식을 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)에서 사용되는 통신 방식은, 무선 전력 수신 장치(200)에 대한 데이터 등에 기초하여, 제1 및 제2 통신 방식 중 적어도 어느 하나로 변경될 수 있다.
제어부(160)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성과 연결될 수 있다.
제어부(160)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성과 상호 간에 신호를 송수신할 수 있고, 각 구성의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부(160)는, 펄스폭 변조 방식(pulse width modulation; PWM)의 신호를 발생하는 PWM 발생부(160a) 및 PWM 신호에 기초하여, 구동 신호(Sic)를 생성하여 무선 전력 구동부(170)로 출력하는 드라이버(160b)를 구비할 수 있다.
무선 전력 구동부(170)는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하기 위한 적어도 하나의 스위칭 소자(미도시)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자가 IGBT(insulated gate bipolar transistor)인 경우, 드라이버(160b)에서 출력된 구동 신호(Sic)가 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력될 수 있다.
한편, 무선 전력 구동부(170)에 구비된 스위칭 소자는, 구동 신호(Sic)에 따라, 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전원이 교류 전원으로 변환되어, 전력 전송부(180)에 출력될 수 있다.
무선 전력 구동부(170)는, 복수의 스위칭 소자를 구비하는 인버터(미도시)를 구비할 수 있다.
전력 전송부(180)는, 서로 다른 종류의 송신 코일을 구비할 수 있다. 전력 전송부(180)는, 중전력 전송을 위한 복수의 제1 송신 코일(181)과, 저전력 전송을 위한 제2 송신 코일(182)를 포함할 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181)은, 서로 인접하여 배치될 수 있고, 동일 평면상에 배치될 수 있다. 이때, 복수의 제1 송신 코일(181)은, 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
제2 송신 코일(182)은, 복수의 제1 송신 코일(181)이 배치되는 평면과 상이한 평면상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 송신 코일(182)은, 복수의 제1 송신 코일(181)의 상단에 배치될 수 있다.
제2 송신 코일(182)은, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 중심에 배치될 수 있다.
제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역의 면적은, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 면적보다 작을 수 있다. 예를 들면, 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역의 직경은, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 직경보다 작을 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역의 직경은, 수신 코일(281)의 직경에 대응할 수 있다
예를 들면, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 직경은, 중전력 수신을 위한 수신 코일의 직경에 대응할 수 있다.
예를 들면, 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역의 직경은, 저전력 수신을 위한 수신 코일의 직경에 대응할 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)은, 복수 회 권취되는 와이어(wire)로 구성될 수 있다. 여기서, 와이어는, 절연된 다수의 도선이 일정하게 꼬여서 구성된 리츠선(litz wire)일 수 있다.
예를 들면, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 구성하는 와이어는, 직경이 0.08mm인 에나멜 동선을 105 가닥 포함하는 리츠선일 수 있다.
이때, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어는, 예를 들면, 복수의 레이어로 적층되고, 복수의 레이어 각각에서 복수 회 권취될 수 있다. 복수의 제1 송신 코일(181)은, 각각 하나의 와이어로 구성될 수 있다.
한편, 제2 송신 코일(182)을 구성하는 와이어는, 예를 들면, 하나의 레이어에서 복수 회 권취될 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)은, 원형(round), 부채꼴(circular sector) 형상이나, 삼각형(triangular), 사각형(rectangular)과 같은 다각형 형상으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182)은, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 수신 코일(281)과 이격되어 있어, 누설 인덕턴스가 높고, 결합 계수(coupling factor)가 낮으므로 전송 효율이 낮을 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 전력 전송부(180)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)에 접속되는 커패시터 소자(미도시)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 복수의 커패시터 소자가 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 각각에 직렬 접속될 수 있고, 실시예에 따라, 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 각각에 복수의 커패시터 소자가 병렬 접속되어 공진 회로를 형성할 수도 있다.
전력 전송부(180)는, 전력 전송의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
공진 주파수는, 이하 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019096700602-pat00001
공진 주파수(f)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 각각의 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 인덕턴스(L)는 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 각각의 권선 수 등에 따라 결정될 수 있고, 커패시턴스(C)는 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 각각의 면적 등에 따라 결정될 수 있다.
전력 전송부(180)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 각각에 커패시터 소자가 연결되도록 구성하여, 전력 전송의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
전력 전송부(180)는, 복수의 제1 송신 코일(181)의 일측에 배치되어, 누설되는 자기장을 차폐하는 차폐재(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
차폐재는, 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 붕소(B), 규소(Si) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소의 조합으로 이루어진 페라이트를 포함할 수 있다. 차폐재는, 복수의 송신 코일(181)의 일측에 배치되어, 누설되는 자기장을 차폐하고, 자기장의 방향성을 극대화할 수 있다.
차폐재는, 감자하기 쉽고, 히스테리시스 손실(hysteresis loss)이 적은 연자성체(soft magnetic material)로 구성될 수 있다.
차폐재는, 누설 자기장이 저감되고, 자기장의 방향성이 극대화될 수 있도록, 복수의 제1 송신 코일(181)이 배치된 면적 보다 클 수 있다.
차폐재는, 복수의 돌출면(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 복수의 돌출면은, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각의 내부 둘레에 의하여 감싸지도록 형성될 수 있다.
이때, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각의 내부 둘레에 의하여 감싸지도록 형성되는 복수의 돌출면에 의해, 수신 코일(281)로 향하지 않고 누설되는 자속(magnetic flux)은 줄어들고, 수신 코일(281)로 향하는 자속이 늘어나게 되어, 결과적으로 전력 전송의 성능이 향상될 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 각각의 공진 주파수를 산출할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 중 어느 하나에 전류가 흐르도록 제어하여, 전류가 흐르는 송신 코일의 공진 주파수를 산출할 수 있다.
제어부(160)는, 전력 전송부(180)에 구비된 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 중 적어도 하나를 통해, 신호를 송수신할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및 제2 송신 코일(182) 중 적어도 하나를 통해, 충전 영역에 위치하는 물체(object)의 존재를 판단하기 위한, 물체 감지 신호가 출력되도록 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어할 수 있다. 여기서, 충전 영역은, 무선 전력 전송 장치(100)의 하우징 외면 중 전력 전송부(180)에 대응하는 일 영역을 의미할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 충전 영역에 접하거나, 소정 거리 이내에 위치함으로써 전력을 수신할 수 있다.
예를 들면, 중전력 충전 영역은, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역일 수 있다.
예를 들면, 저전력 충전 영역은, 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역일 수 있다.
물체 감지 신호는, 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(analog ping; AP) 신호일 수 있다.
제어부(160)는, 물체 감지 신호의 출력에 따라 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)에 흐르는 전류의 변화량에 기초하여, 충전 영역에 물체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화(awake)시키기 위한, 수신 장치 감지 신호가 출력되도록 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어할 수 있다. 수신 장치 감지 신호는, 디지털 핑(digital ping; DP) 신호 일 수 있다.
디지털 핑(DP) 신호는, 무선 전력 수신 장치(200)와의 통신 설정을 시도하기 위하여, 아날로그 핑(AP) 신호에 비해 듀티가 크게 설정될 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 출력되는, 수신 장치 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 디지털 핑(DP) 신호를 변조(modulate)할 수 있고, 변조된 디지털 핑(DP) 신호를 응답 신호로서 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다.
제어부(160)는, 수신 장치 감지 신호에 대한 응답 신호에 기초하여, 충전 영역에 위치하는 물체가 무선 전력 수신 장치(200)인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어부(160)는, 응답 신호로서 수신된, 변조된 디지털 핑(DP) 신호를 복조(demodulate)하여 디지털 형태의 데이터를 획득할 수 있고, 획득한 데이터에 기초하여, 충전 영역에 위치하는 물체가 무선 전력 수신 장치(200)인지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)의 품질 계수(quality factor; Q)를 산출할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 센싱부(130)를 통해, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압에 기초하여, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)의 품질 계수를 산출할 수 있다.
구체적으로, 동작 주파수(또는 가용 주파수) 대역 내에서, 낮은 주파수부터 높은 주파수로 주파수 스윕(frequency sweep)되는 경우, 코일 및 커패시터에 인가되는 전압(V1)은, 주파수 스윕에도 불구하고, 변하지 않는 것이 일반적이나, 충전 영역에 물체가 존재하는 시점에 다소 감소할 수 있다. 한편, 코일 양단에 인가되는 전압(V2)은, 주파수 스윕에 따라, 점차 상승하다가 하강하는 것으로 변경될 수 있다.
제어부(160)는, 이하 수학식 2에 따라 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)의 품질 계수를 산출할 수 있다.
Figure 112019096700602-pat00002
제어부(160)는, 제1 및 제2 통신부(140, 150) 중 적어도 하나를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 통신할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 제1 통신부(140)가 인밴드(in-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 제2 송신 코일(182)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 데이터가 포함된 신호를 송수신할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 제2 통신부(150)가 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 별도의 통신 모듈을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 데이터가 포함된 신호를 송수신할 수 있다.
제어부(160)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어하여, 전력 전송부(180)를 통해 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 통한 신호 전송과, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 통한 전력 전송을 혼용하여 설명할 수 있다. 예를 들면, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 통해 수신 장치 감지 신호가 출력되는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화시킬 수 있는 전력이 무선 전력 수신 장치(200)로 전송되는 것으로 이해할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182) 중 적어도 어느 하나를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)에 신호를 전송할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 신호에 대한 응답 신호를 수신할 수 있다.
제어부(160)는, 제1 및 제2 통신부(140, 150) 중 적어도 하나를 통해 수신되는 데이터에 기초하여, 수신 코일(281)의 타입(type)을 확인할 수 있다. 여기서, 수신 코일(281)의 타입은, 예를 들면, 중전력 충전 방식인 제1 타입과, 저전력 충전 방식인 제2 타입을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 제1 통신부(140)를 통해 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신된, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 클래스(power class)에 대한 데이터에 기초하여, 수신 코일(281)의 타입을 확인할 수 있다.
여기서, 전력 클래스는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 전력을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 제어부(160)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신된 전력 클래스에 대한 데이터에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 충전 방식을 확인할 수 있다. 이때, 제어부(160)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 충전 방식에 대응하여, 수신 코일(281)의 타입을 확인할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 무선 전력 수신 장치(200)가 중전력 충전 방식을 사용하는 경우, 수신 코일(281)의 타입이 제1 타입인 것으로 확인할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)가 저전력 충전 방식을 사용하는 경우, 수신 코일(281)의 타입이 제2 타입인 것으로 확인할 수 있다.
제어부(160)는, 수신 코일(281)의 타입에 따라, 복수의 제1 송신 코일(181)과 제2 송신 코일(182) 중 적어도 어느 하나를, 전력 전송을 위한 코일로 결정할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 수신 코일(281)의 타입이 제1 타입인 경우, 복수의 제1 송신 코일(181)을 전력 전송을 위한 코일로 결정할 수 있다. 한편, 제어부(160)는, 수신 코일(281)의 타입이 제1 타입인 경우, 복수의 제1 송신 코일(181)과 제2 송신 코일(182) 모두를 전력 전송을 위한 코일로 결정할 수도 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 수신 코일(281)의 타입이 제2 타입인 경우, 제2 송신 코일(182)을 전력 전송을 위한 코일로 결정할 수 있다.
제어부(160)는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신된 데이터에 기초하여, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송한 결과를 확인할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 수신 코일(281)의 타입이 제2 타입인 경우, 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송할 수 있다. 이때, 제어부(160)는, 제1 및 제2 통신부(140, 150) 중 적어도 하나를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)가 수신한 수신 전력에 대한 데이터를 수신할 수 있고, 수신 전력에 대한 데이터에 기초하여 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송한 결과를 확인할 수 있다.
이때, 수신 전력에 대한 데이터는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)가 수신한 전력, 수신 코일(281)에 인가된 전압 등에 대한 데이터를 포함할 수도 있고, 송신 전력의 증가를 요청하는 데이터를 포함할 수도 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V) 미만인 경우, 송신 전력의 증가를 요청하는 데이터를 포함한 신호를 무선 전력 전송 장치(100)에 전송할 수 있다.
제어부(160)는, 수신 전력에 대한 데이터에 기초하여, 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송한 결과로서, 수신 코일(281)에 인가된 전압이 소정 목표 전압 미만인지 여부를 확인할 수 있다.
제어부(160)는, 수신 코일(281)에 인가된 전압이 소정 목표 전압(예: 12V) 미만인 경우, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압의 전압 값이 증가되도록 무선 전력 구동부(170)를 제어할 수 있다.
이때, 수신 코일(281)에 인가된 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하기 이전에, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달하는 경우, 제어부(160)는, 제2 송신 코일(182)을 통해 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 어려운 것으로 판단할 수 있다.
한편, 수신 코일(281)에 인가된 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하기 이전에, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달하는 경우, 제어부(160)는, 수신 코일(281)이 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역의 중심으로부터 소정 거리 이상 이격되어 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 제2 송신 코일(182)을 통해 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 어려운 것으로 판단되는 경우, 제2 송신 코일(182)과 복수의 제1 송신 코일(181) 중 적어도 하나를 전력 전송을 위한 코일로 결정할 수 있다.
이때, 제어부(160)는, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 기초하여, 복수의 제1 송신 코일(181) 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
제어부(160)는, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 결정할 수 있다.
제어부(160)는, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 대응하는 이동 방향을 결정할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181)을 통해, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 결정할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 중 어느 하나를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)에 신호를 전송하는 동작을, 복수의 송신 코일(181) 각각에 대하여 순차적으로 수행할 수 있고, 복수의 송신 코일(181) 각각을 통해 전송된 신호에 대한 응답 신호를 수신할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 중 어느 하나를 통해 무선 전력 수신 장치(200)에 신호를 전송할 수 있고, 전송된 신호에 대한 응답 신호를 수신할 수 있다. 이때, 제어부(160)는, 전송된 신호에 대한 응답 신호가 수신된 경우, 복수의 송신 코일(181) 중 다른 하나를 통해 무선 전력 수신 장치(200)에 신호를 전송할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 통해 무선 전력 수신 장치(200)에 신호를 전송할 수 있고, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 통해 전송된 신호의 신호 세기(signal strength)에 대한 데이터를 포함하는 응답 신호를 수신할 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신된 응답 신호에 포함된 데이터에 기초하여, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 결정할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 통해 전송된 신호의 신호 세기 중, 신호 세기가 가장 큰 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역에 무선 전력 수신 장치(200)가 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 통해 전송된 신호의 신호 세기에 기초하여, 복수의 송신 코일(181) 각각에 대한 벡터를 산출할 수 있다.
제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각에 대응하는 방향을 벡터의 방향으로 결정할 수 있다. 이때, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각에 대한 벡터들 간의 각도 차는, 전력 전송부(180)에 구비된 제1 송신 코일(181)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 전력 전송부(180)가 3개의 제1 송신 코일(181)을 구비하는 경우, 서로 인접한 벡터 간의 각도 차는 120°일 수 있고, 4개의 제1 송신 코일(181)을 구비하는 경우, 서로 인접한 벡터 간의 각도 차는 90°일 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 통해 전송된 신호에 대한 응답 신호에 포함된 데이터에 기초하여, 벡터의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 통해 전송된 신호에 따른, 무선 전력 수신 장치(200)가 수신한 신호의 신호 세기를, 복수의 송신 코일(181) 각각에 대한 벡터의 크기로 결정할 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각에 대한 벡터들의 합인 벡터 합에 기초하여, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 결정할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 벡터 합의 방향을, 무선 전력 수신 장치(200)가 충전 영역의 중심부로부터 이격된 방향으로 판단할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 벡터 합의 크기를, 무선 전력 수신 장치(200)가 충전 영역의 중심부로부터 이격된 정도로 판단할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 벡터 합의 방향의 반대 방향을, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 대응하는 이동 방향으로 결정할 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 무선 전력 수신 장치의 위치에 따라, 복수의 제1 송신 코일(181) 중, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 적어도 하나의 제1 송신 코일(181)을 결정할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 통해 전송된 신호의 신호 세기 중, 신호 세기가 가장 큰 제1 송신 코일(181)을, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 제1 송신 코일(181)로 결정할 수 있다. 이때, 상위 두 개의 신호 세기 간의 차이가 소정 기준 이내인 경우, 상위 두 개의 신호 세기에 대응하는 두 개의 제1 송신 코일(181)을, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 제1 송신 코일(181)로 결정할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각에 대한 벡터들의 벡터 합의 방향에 대응하는 제1 송신 코일(181)을, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 제1 송신 코일(181)로 결정할 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 센싱부(130)에 구비된 센서를 통해 감지되는 센싱 값에 기초하여, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 결정할 수도 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 자기 센서를 통해 감지되는 센싱 값에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 판단할 수 있다.
이때, 제어부(160)는, 복수의 자기 센서를 통해 감지되는 센싱 값의 최대값 중 가장 큰 센싱 값이 감지되는 자기 센서를 확인할 수 있고, 확인된 자기 센서에 대응하는 제1 송신 코일(181)을, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 제1 송신 코일(181)로 결정할 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 복수의 자기 센서를 통해 감지되는 센싱 값의 최대값에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 판단할 수 있다. 이를 통해, 제1 송신 코일(181) 주변의 자기장이 시간에 따라 주기적으로 변하는 경우에도, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 정확하게 판단할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 압전 센서를 통해 감지되는 센싱 값에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 판단할 수 있다.
이때, 제어부(160)는, 복수의 압전 센서를 통해 감지되는 센싱 값 중 가장 큰 센싱 값이 감지되는 압전 센서를 확인할 수 있고, 확인된 압전 센서에 대응하는 제1 송신 코일(181)을, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 제1 송신 코일(181)로 결정할 수 있다.
한편, 예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 근접 센서, 복수의 조도 센서 등을 통해 감지되는 센싱 값에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 판단할 수도 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 출력부는, 디스플레이, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 등의 표시 장치 및/또는 스피커, 버저 등의 오디오 장치를 구비할 수 있다.
제어부(160)는, 출력부를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
제어부(160)는, 출력부를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 대응하는 이동 방향에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 출력부에 구비된 표시 장치를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 대응하는 이동 방향에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 출력부에 구비된 오디오 장치를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 대응하는 이동 방향에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
제어부(160)는, 제1 및 제2 통신부(140, 150) 중 적어도 어느 하나를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 대응하는 이동 방향에 대한 데이터를 포함하는 신호를, 무선 전력 수신 장치(200)로 전송할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 전력 전송부(180)의 위치를 결정하는 위치 결정부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 위치 결정부는, 예를 들면, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 이동 및/또는 회전시키는 구동부(미도시)를 구비할 수 있다.
제어부(160)는, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 기초하여, 위치 결정부의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 센싱부(130)를 통해 감지된 값들에 기초하여, 전력 전송을 중단할 수도 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신 장치의 내부 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전력을 무선으로 수신하는 전력 수신부(280), 수신된 전력을 정류하는 정류부(210), 정류된 전력을 안정화하는 스위칭 레귤레이터(220) 및/또는 스위칭 레귤레이터(220)를 제어하여, 부하에 동작 전원을 출력하는 스위칭 레귤레이터 제어부(230)를 포함할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)와 통신하기 위한, 제1 통신부(240) 및 제2 통신부(250)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 통신부(240)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 포함된 제1 통신부(140)와 동일 또는 유사한 구성일 수 있다. 또한, 제2 통신부(250)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 포함된 제2 통신부(150)와 동일 또는 유사한 구성일 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 제1 통신부(240)를 통해, 인밴드(in-band) 통신 방식으로 무선 전력 전송 장치(100)와 통신을 수행할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 제2 통신부(250)를 통해, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식으로 무선 전력 전송 장치(100)와 통신을 수행할 수 있다.
전력 수신부(280)는, 전력 전송부(180)로부터 전송된 전력을 수신할 수 있다. 이를 위해, 전력 수신부(280)는, 적어도 하나의 수신 코일(281)을 구비할 수 있다.
수신 코일(281)은, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)에서 발생된 자기장에 의해, 유도 기전력이 발생될 수 있다. 유도 기전력에 의한 전력은, 정류부(210) 및 스위칭 레귤레이터(220)를 통해, 부하에 공급될 수 있다. 예를 들면, 부하가 배터리인 경우, 유도 기전력에 의한 전력은, 배터리를 충전하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명에서는, 정류부(210) 및 스위칭 레귤레이터(220)를 통해 전력이 공급되는 부하가 배터리인 것으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
수신 코일(281)은, 인쇄회로 기판(PCB)에 박막 형태의 도전성 패턴으로 형성될 수 있다. 수신 코일(281)은, 폐루프(closed loop) 형상으로, 패드(미도시)에 인쇄될 수 있다. 수신 코일(281)의 극성은, 동일한 방향으로 극성을 갖도록 권회하는 형상일 수 있다.
한편, 수신 코일(281)은, 복수 회 권취되는 와이어로 구성될 수 있다. 예를 들면, 수신 코일(281)을 구성하는 와이어는, 리츠선일 수 있다.
한편, 수신 코일(281)은, 서로 나란히 배치되는 복수의 와이어가, 하나의 레이어에서 복수 회 권취되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 서로 나란히 배치되는 3개의 와이어의 일단 및 타단이 각각 전기적으로 연결될 수 있고, 3개의 와이어가 나란히 복수 회 권취될 수 있다. 다시 말해, 수신 코일(281)이 복수의 와이어가 나란히 권취되는 형상으로 구성되는 경우, 복수의 와이어는 서로 병렬 연결될 수 있다.
한편, 수신 코일(281)을 구성하는 와이어는, 복수의 제1 송신 코일(181) 및/또는 제2 송신 코일(182)을 구성하는 와이어보다 두께가 작을 수 있다. 예를 들면, 수신 코일(281)을 구성하는 와이어는, 직경이 0.05mm인 에나멜 동선을 65 가닥 포함하는 리츠선일 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(281)에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부(미도시) 및/또는 수신 코일(281)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(미도시)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(281)을 통해 전력이 수신되는 경우, 수신 코일(281)에 인가되는 전압 및/또는 수신 코일(281)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신 장치(200)는, 제1 및 제2 통신부(240, 250) 중 어느 하나를 통해, 수신 코일(281)에 인가되는 전압, 수신 코일(281)에 흐르는 전류, 수신 코일(281)을 통해 수신된 전력 등에 대한 데이터를 포함하는 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V) 미만인 경우, 제1 및 제2 통신부(240, 250) 중 어느 하나를 통해, 송신 전력의 증가를 요청하는 데이터를 포함한 신호를 무선 전력 전송 장치(100)에 전송할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(200)에 구비된 전력 수신부(280)와 공진 회로를 형성하기 위한, 적어도 하나의 커패시터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 커패시터는, 수신 코일(281)에 직렬 또는 병렬 접속될 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(281)의 일측에 배치되어, 누설되는 자기장을 차폐하는 차폐재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 송신 장치(100)에 구비된 차폐재와 동일/유사한 차폐재를 포함할 수 있다.
정류부(210)는, 수신 코일(281)을 통해 수신되는 전력을 정류할 수 있다. 정류부(210)는, 적어도 하나의 다이오드(미도시)를 포함할 수 있다.
스위칭 레귤레이터(220)는, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)의 제어에 따라, 정류부(210)에서 정류된 전력을 배터리에 공급할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 레귤레이터(220)는, 정류부(210)에서 정류된 전력을 배터리에 공급되는 충전 전원(v)으로 출력할 수 있다.
스위칭 레귤레이터 제어부(230)는, 스위칭 레귤레이터(220)로 레귤레이터 제어 신호(Src)를 출력하여, 충전 전원(v)이 배터리로 출력되도록 제어할 수 있다.
한편, 스위칭 레귤레이터(220)는, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)의 레귤레이터 제어 신호(Src)에 따라, DC-DC 컨버팅을 수행하여, 출력 전압을 조절할 수 있다. 스위칭 레귤레이터(220)는, 레귤레이터 제어 신호(Src)를 기초로, 소정 크기의 전압을 갖는 충전 전원(v)을 출력할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)에는, 별도의 프로세서(processor)가 포함되지 않고, 정류된 충전 전원(v)이 스위칭 레귤레이터(220)에 의해 소정 크기의 전압으로 출력되는 때에, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)에 의해 스위칭 레귤레이터(220)가 제어될 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)가 프로세서를 구비하지 않는 경우, 하드웨어 구성이 단순화되고, 소비 전력이 감소하는 효과가 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 무선 전력 전송 방법에 관한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 전송은 선택 단계(selection phase, S410), 핑 단계(ping phase, S420), 식별 및 구성 단계(identification and configuration phase, S430), 핸드오버 단계(handover phase, S440), 협상 단계(negotiation phase, S450), 보정 단계(calibration phase, S460), 전력 전송 단계(power transfer phase, S470) 및 재협상 단계(re-negotiation phase, S480)를 포함할 수 있다.
먼저, 선택 단계(S410)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 충전 영역 내에 물체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 충전 영역 내에 물체가 존재하는지 여부를 판단하기 위하여, 송신 코일(181)을 통해 물체 감지 신호(예: 아날로그 핑(AP) 신호)를 출력할 수 있고, 물체 감지 신호의 출력에 기초하여, 충전 영역에 물체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 충전 영역에서 물체가 존재하는 것으로 판단될 때까지, 소정 주기로 물체 감지 신호를 출력할 수 있다.
선택 단계(S410)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 충전 영역에 이물질(FO)이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 이물질(FO)은, 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.
선택 단계(S410)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 충전 영역 내의 물체(object)의 배치 또는 제거를 지속적으로 감지할 수 있다.
한편, 선택 단계(S410)에서 충전 영역 내에 물체가 존재하는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는 핑 단계(S420)를 수행할 수 있다.
핑 단계(S420)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 충전 영역에 위치하는 물체가 무선 전력 수신 장치(200)인지를 식별하고, 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화(awake)시키기 위한 수신 장치 감지 신호(예: 디지털 핑(DP) 신호)를 전송할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 수신 장치 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 디지털 핑(DP) 신호를 변조(modulate)할 수 있고, 변조된 디지털 핑(DP) 신호를 응답 신호로서 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 수신 장치 감지 신호에 대한 응답 신호에 기초하여, 충전 영역에 위치하는 물체가 무선 전력 수신 장치(200)인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 응답 신호로서 수신된, 변조된 디지털 핑(DP) 신호를 복조(demodulate)하여 디지털 형태의 데이터를 획득할 수 있고, 획득한 데이터에 기초하여, 충전 영역에 위치하는 물체가 무선 전력 수신 장치(200)인지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 핑 단계(S420)에서, 충전 영역에 위치하는 물체가 무선 전력 수신 장치(200)인 것으로 판단된 경우, 식별 및 구성 단계(S430)를 수행할 수 있다.
한편, 핑 단계(S420)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 응답 신호를 수신하지 못한 경우, 선택 단계(S410)로 분기하여, 선택 단계(S410)의 각 동작을 수행할 수 있다.
식별 및 구성 단계(S430)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 데이터에 기초하여, 전력 전송이 효율적으로 이루어지도록, 구비된 각 구성을 제어할 수 있다.
식별 및 구성 단계(S430)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 식별 데이터를 수신할 수 있다. 식별 데이터에는, 예를 들면, 무선 전력 전송 규약의 버전에 대한 데이터, 무선 전력 수신 장치(200)의 제조 업체에 대한 데이터, 장치 식별자, 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 데이터, 인증에 관한 데이터 등이 포함될 수 있다.
식별 및 구성 단계(S430)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 전력 데이터를 수신할 수 있다. 전력 데이터에는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)의 최대 전력에 대한 데이터, 잔여 전력에 대한 데이터, 전력 클래스에 대한 데이터 등이 포함될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 식별 데이터 및 전력 데이터에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)를 식별하고, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 상태를 확인할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신된 인증에 관한 데이터에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 대한 인증을 수행할 수 있다.
한편, 식별 및 구성 단계(S430)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)를 식별하고, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 상태를 확인한 경우, 핸드 오버 단계(S430)를 수행할 수 있다.
한편, 식별 및 구성 단계(S430)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 식별 데이터 및/또는 전력 데이터를 수신하지 못한 경우, 선택 단계(S410)로 분기할 수 있다.
핸드 오버 단계(S440)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)와의 통신 방법 변경 여부를 판단할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)와 인밴드(in-band) 통신 방법으로 통신하는 상태에서, 식별 및 구성 단계(S430)에서 획득한 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 데이터를 기초로, 인밴드(in-band) 통신을 유지할 것인지, 아니면 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방법으로 변경할 것인지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 식별 및 구성 단계(S430) 또는 핸드 오버 단계(S440)에서 수신된 협상 필드(negotiation field) 값에 기초하여, 협상 단계(S450)로의 진입이 필요한지 여부를 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 협상 단계(S450)로의 진입이 필요한 경우, 협상 단계(S450)에서 이물질 검출(foreign object detection; FOD) 동작을 수행할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 선택 단계(S410) 및/또는 협상 단계(S450)에서 판단된, 충전 영역에서의 이물질(FO) 존재 여부에 기초하여, 보정 단계(S460) 수행 여부를 결정할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 협상 단계(S450)로의 진입이 불필요한 경우, 전력 전송 단계(S470)를 수행할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 선택 단계(S410) 및/또는 협상 단계(S450)에서 이물질(FO)이 검출되지 않은 경우, 보정 단계(S460)를 거쳐, 전력 전송 단계(S470)를 수행할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 선택 단계(S410) 및/또는 협상 단계(S450)에서 이물질(FO)이 검출된 경우, 전력 전송을 수행하지 않고, 선택 단계(S410)로 분기할 수도 있다.
보정 단계(S460)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)의 송신 전력과, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 전력의 차이에 기초하여, 전력 손실을 산출할 수 있다.
전력 전송 단계(S470)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)로 전력을 전송할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)에 대한 인증이 성공한 경우, 무선 전력 수신 장치(200)로 전력을 전송할 수 있다.
전력 전송 단계(S470)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 전력을 전송하는 도중에, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 전력 제어와 관련된 데이터를 수신하는 경우, 수신된 전력 제어와 관련된 데이터에 기초하여, 전력의 특성을 결정할 수 있다.
전력 전송 단계(S470)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 원하지 않은 데이터(unexpected data)를 수신하거나, 기 설정된 시간 동안, 원하는 데이터, 예를 들면, 전력 제어와 관련된 데이터를 수신하지 못하거나(time out), 기 설정된 전력 전송 계약에 대한 위반(power transfer contract violation)이 발생되거나, 충전이 완료된 경우, 선택 단계(S410)로 분기할 수 있다.
또한, 전력 전송 단계(S470)에서, 무선 전력 전송 장치(100)는, 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100) 및/또는 무선 전력 수신 장치(200)의 상태 변화 등에 따라 전력 전송 협상을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(S480)를 수행할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 재협상이 정상적으로 완료되면, 전력 전송 단계(S470)로 회귀할 수 있다.
도 5a 및 5b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 제1 송신 코일의 적층 구조에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5a 및 5b는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어가 복수의 레이어로 적층되는 경우에 있어서, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 반경의 변화에 따른, 전력 송수신의 효율에 대한 그래프와, 전압 이득에 대한 그래프를 각각 도시한 도면이다.
이때, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어의 총 권선 횟수는 일정하고, 와이어가 적층되는 레이어의 개수에 따라 복수의 레이어 각각에서 와이어가 권취되는 횟수는 상이할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어가 2개의 레이어로 적층되는 경우에 비해, 3개의 레이어로 적층되면 전력 송수신의 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 예를 들면, 와이어가 2개의 레이어로 적층되는 경우에 비해, 3개의 레이어로 적층되면 전력 송수신의 효율이 약 0.4% 증가할 수 있다.
이때, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 반경이 증가할수록 전력 송수신의 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있고, 반경이 일정 크기(r)보다 더 증가하는 경우, 전력 송수신의 효율이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이때, 전력 송수신의 효율이 가장 큰, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 반경의 일정 크기(r)는, 제1 타입의 수신 코일(281)의 반경에 대응될 수 있다.
보다 바람직하게는, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 반경과 제1 타입의 수신 코일(281)의 반경 간의 차이가, 제1 타입의 수신 코일(281)의 직경의 6% 이내인 경우, 전력 송수신의 효율이 가장 클 수 있다.
한편, 도 5b를 참조하면, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어가 2개의 레이어로 적층되는 경우에 비해, 3개의 레이어로 적층되면 전압 이득이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 예를 들면, 와이어가 2개의 레이어로 적층되는 경우에 비해, 3개의 레이어로 적층되면 전압 이득이 약 25% 증가할 수 있다.
상기와 같이, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어의 총 권선 횟수가 일정할 때, 와이어가 적층되는 레이어의 개수가 증가하는 경우, 복수의 레이어 각각에서 와이어가 권취되는 횟수가 감소하여, 복수의 제1 송신 코일(181)의 권선 폭이 감소할 수 있다.
이때, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 외경이 일정할 때, 와이어가 적층되는 레이어의 개수가 증가하여 복수의 제1 송신 코일(181)의 권선 폭이 감소하는 경우, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 내경이 증가하게 되어, 전압 이득이 증가하는 것으로 해석할 수 있다.
도 6a 및 6b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 제1 송신 코일의 반경 및 권선 횟수에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 6a는, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 반경의 변화에 따른, 전력 송수신의 효율에 대한 그래프이다. 이때, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어가 적층되는 레이어의 개수는 일정하고, 총 권선 횟수는 상이할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 도 5a와 같이, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 반경이 일정 크기까지 증가할수록 전력 송수신의 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있고, 반경이 일정 크기보다 더 증가하는 경우, 전력 송수신의 효율이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어의 총 권선 횟수가 증가할수록 전력 송수신의 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 6b는, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어가 복수의 레이어로 적층되는 경우에 있어서, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어의 총 권선 횟수에 따른, 전력 송수신의 효율에 대한 그래프(611, 612)와 전압 이득에 대한 그래프(621, 622)이다.
도 6b를 참조하면, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어의 총 권선 횟수가 증가할수록, 전력 송수신의 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 이때, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어가 3개의 레이어로 적층되는 경우(612), 2개의 레이어로 적층되는 경우(611)에 비해 전력 송수신의 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어의 총 권선 횟수가 증가할수록, 전압 이득은 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 와이어의 총 권선 횟수가 증가할수록, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각의 인덕턴스가 증가하여, 전압 이득은 감소할 수 있다.
한편, 복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어가 3개의 레이어로 적층되는 경우(622), 2개의 레이어로 적층되는 경우(621)에 비해 전압 이득이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 결과에 기초한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 복수의 제1 송신 코일(181)은, 복수의 레이어에서 총 14 내지 18회 권취될 수 있다. 보다 바람직하게는, 복수의 제1 송신 코일(181)은, 4개의 레이어 각각에서 4회씩 권취되어, 총 16회 권취될 수 있다.
이때, 복수의 제1 송신 코일(181)은, 38 내지 40μH의 인덕턴스를 가질 수 있다.
도 7a 내지 7c는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 제1 송신 코일의 구조에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a 및 7b는, 복수의 제1 송신 코일(181)의 평면도이다.
도 7a를 참조하면, 전력 전송부(180)는, 전류를 자속으로 변환시키도록 형성되는 3개의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c)을 포함할 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c)은, 서로 인접하여 배치될 수 있고, 동일 평면상에 배치될 수 있다.
본 도면에서는, 복수의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c) 각각의 형상은 동일한 반경 및 호를 가지는 부채꼴(circular sector), 복수의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c)의 전체 형상은 복수의 부채꼴로 구성된 원형인 것으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 중전력 충전 영역은, 복수의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c)에 대응하는 영역에 해당할 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 외경(D1)은, 중전력 수신을 위한, 무선 전력 수신 장치(200)에 포함된 제1 타입의 수신 코일(281)의 직경에 대응할 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c) 각각은, 복수 회 권취되는 와이어로 구성될 수 있다. 여기서, 와이어는, 리츠선일 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c) 각각을 구성하는 와이어는, 복수의 레이어로 적층되고, 복수의 레이어 각각에서 복수 회 권취될 수 있다.
한편, 복수의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c) 각각의 권선 폭(T1)은, 와이어의 두께 및 와이어가 복수의 레이어 각각에서 권취되는 횟수에 따라 결정될 수 있다.
한편, 도 7b를 참조하면, 전력 전송부(180)는, 4개의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c, 181d)을 포함할 수도 있다. 본 발명에서는, 전력 전송부(180)가 3개의 제1 송신 코일(181a, 181b, 181c)을 구비하는 것을 기준으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7c는, 복수의 제1 송신 코일(181) 중 어느 하나의 단면도이다.
도 7c를 참조하면, 복수의 제1 송신 코일(181) 중 어느 하나를 구성하는 하나의 와이어가, 4개의 레이어(Ly1 내지 Ly4) 각각에서 4회씩 권취되어, 총 16회 권취되는 것을 확인할 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181) 각각을 구성하는 와이어가 4개의 레이어(Ly1 내지 Ly4) 각각에서 4회씩 권취되는 경우, 복수의 제1 송신 코일(181)의 권선 폭(T1)은 와이어의 두께(t1)의 4배에 해당할 수 있다.
한편, 복수의 제1 송신 코일(181)을 구성하는 와이어가 적층되는 레이어의 개수, 각 레이어에서 와이어가 귄취되는 횟수 등은, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 8a 및 8b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 제2 송신 코일의 구조에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 8a는, 제2 송신 코일(182)의 평면도이고, 도 8b는, 제2 송신 코일(182)의 단면도이다.
도 8a 및 8b를 참조하면, 제2 송신 코일(182)은, 복수 회 권취되는 와이어로 구성될 수 있다. 여기서, 와이어는, 리츠선일 수 있다.
본 도면에서는, 제2 송신 코일(182)의 형상은 원형(round)인 것으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 삼각형(triangular), 사각형(rectangular)과 같은 다각형 형상으로 구성될 수도 있다.
한편, 저전력 충전 영역은, 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역에 해당할 수 있다.
제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역의 외경(D2)은, 저전력 수신을 위한, 무선 전력 수신 장치(200)에 포함된 제2 타입의 수신 코일(281)의 직경에 대응할 수 있다.
제2 송신 코일(182)을 구성하는 와이어는, 하나의 레이어에서 복수 회 권취될 수 있다.
제2 송신 코일(182)의 권선 폭(T2)은, 와이어의 두께(t2) 및 와이어가 권취되는 횟수에 따라 결정될 수 있다.
도 8b와 같이, 제2 송신 코일(182)을 구성하는 와이어가 하나의 레이어에서 16회 권취되는 경우, 제2 송신 코일(182)의 권선 폭(T2)은 와이어의 두께(t2)의 16배에 해당할 수 있다.
이때, 제2 송신 코일(182)은, 17 내지 19μH의 인덕턴스를 가질 수 있다.
도 9a 내지 9c는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 제1 송신 코일 및 제2 송신 코일을 구비하는 전력 전송부의 구조에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 전송부의 분해 사시도이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 전송부의 평면도이고, 도 9c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 전송부의 측면도이다.
도 9a 내지 9c를 참조하면, 전력 전송부(180)는, 복수의 제1 송신 코일(181), 제2 송신 코일(182) 및/또는 차폐재(190)를 포함할 수 있다.
차폐재(190)는, 복수의 제1 송신 코일(181)이 배치되는 수용면(191) 및 복수의 제1 송신 코일(181)의 내부 둘레에 의하여 감싸지도록 형성되는 복수의 돌출면(192)을 포함할 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 형상이 원형인 경우, 차폐재(190)의 형상도 원형으로 구성될 수 있다.
차폐재(190)의 면적은, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 면적 보다 클 수 있다.
복수의 제1 송신 코일(181)은, 서로 인접하여 배치될 수 있고, 차폐재(190)의 상단에 배치될 수 있다. 이때, 복수의 제1 송신 코일(181)은, 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
차폐재(190)의 복수의 돌출면(192)은, 복수의 제1 송신 코일(181)의 내부 영역 내에 각각 삽입되도록 배치될 수 있다.
제2 송신 코일(182)은, 복수의 제1 송신 코일(181)의 상단에 배치될 수 있고, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 중심에 배치될 수 있다.
제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역의 면적은, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 면적보다 작을 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 동작 방법에 관한 순서도이고, 도 11a 및 11b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1010 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 수신 코일(281)의 타입을 확인할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 도 4의 식별 및 구성 단계(S430)에서 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신된 전력 클래스에 대한 데이터에 기초하여, 수신 코일(281)의 타입을 확인할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1020 동작에서, 수신 코일(281)의 타입이 중전력 충전 방식인 제1 타입인지 여부를 확인할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)가 중전력 충전 방식을 사용하는 것으로 확인된 경우, 수신 코일(281)의 타입을 제1 타입으로 확인할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1030 동작에서, 수신 코일(281)의 타입이 제1 타입인 경우, 복수의 제1 송신 코일(181)과 제2 송신 코일(182) 모두를 통해 전력을 전송할 수 있다.
도 11a와 같이, 무선 전력 수신 장치(200)가 중전력 충전 방식인 제1 타입의 수신 코일(281)을 구비하는 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는 복수의 제1 송신 코일(181)과 제2 송신 코일(182) 모두를 통해 전력을 전송할 수 있다.
이때, 복수의 제1 송신 코일(181)에 대응하는 영역의 직경은, 중전력 충전을 위한 제1 타입의 수신 코일(281)의 직경에 대응할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1040 동작에서, 수신 코일(281)의 타입이 저전력 충전 방식인 제2 타입인 경우, 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송할 수 있다.
도 11b와 같이, 무선 전력 수신 장치(200)가 저전력 충전 방식인 제2 타입의 수신 코일(281)을 구비하는 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는 제2 송신 코일(182)만을 통해 전력을 전송할 수 있다.
이때, 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역의 직경은, 저전력 충전을 위한 제2 타입의 수신 코일(281)의 직경에 대응할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 클래스, 즉 수신 코일(281)의 타입에 따라 다양하게 전력을 전송할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 동작 방법에 관한 순서도이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1210 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 수신 코일(281)의 타입을 확인할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 도 4의 식별 및 구성 단계(S430)에서 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신된 전력 클래스에 대한 데이터에 기초하여, 수신 코일(281)의 타입을 확인할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1220 동작에서, 수신 코일(281)의 타입이 중전력 충전 방식인 제1 타입인지 여부를 확인할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)가 중전력 충전 방식을 사용하는 것으로 확인된 경우, 수신 코일(281)의 타입을 제1 타입으로 확인할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1230 동작에서, 수신 코일(281)의 타입이 제1 타입인 경우, 복수의 제1 송신 코일(181)과 제2 송신 코일(182) 모두를 통해 전력을 전송할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 수신 코일(281)의 타입이 제1 타입인 것으로 확인된 경우, 도 4의 전력 전송 단계(S470)에서 복수의 제1 송신 코일(181)과 제2 송신 코일(182) 모두를 통해 전력을 전송할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1240 동작에서, 수신 코일(281)의 타입이 저전력 충전 방식인 제2 타입인 경우, 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 수신 코일(281)의 타입이 제2 타입인 것으로 확인된 경우, 도 4의 보정 단계(S460)에서 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1250 동작에서, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하는지 여부를 확인할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 송신 전력의 증가를 요청하는 데이터를 포함한 신호를 수신하는 경우, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1260 동작에서, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하지 않은 경우, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달하는지 여부를 확인할 수 있다.
이때, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달하지 않은 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1240 동작으로 분기하여, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압의 전압 값을 증가시켜, 송신 전력을 증가시킬 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1270 동작에서, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달하기 이전에, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하는 경우, 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달하기 이전에, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하는 경우, 도 4의 전력 전송 단계(S470)에서 제2 송신 코일(182)을 통해 전력을 전송할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1280 동작에서, 수신 코일(281)에 인가된 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하기 이전에, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달하는 경우, 제2 송신 코일(182)과 복수의 제1 송신 코일(181) 중 적어도 하나를 통해 전력을 전송할 수 있다.
다시 말해, 무선 전력 전송 장치(100)는, 제2 송신 코일(182)을 통해 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 어려운 것으로 판단되는 경우, 복수의 제1 송신 코일(181) 중 적어도 하나를 선택하여, 제2 송신 코일(182)과 함께 전력을 전송하도록 제어할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 기초하여, 복수의 제1 송신 코일(181) 중 적어도 하나를 선택할 수 있고, 이와 관련하여 도 13a 내지 14d를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 13a 및 13b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 저전력 전송 시, 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 정렬 상태에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 13a와 같이, 수신 코일(281)이 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역(Area2) 내에 위치하는 경우, 제2 송신 코일(182)을 통해 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 가능할 수 있다.
다시 말해, 수신 코일(281)이 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역(Area2) 내에 위치하는 경우, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달하기 이전에, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달할 수 있다.
한편, 도 13b와 같이, 수신 코일(281)이 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역(Area2)의 중심으로부터 소정 거리 이상 이격된 경우, 제2 송신 코일(182)을 통한 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 어려울 수 있다.
다시 말해, 수신 코일(281)이 제2 송신 코일(182)에 대응하는 영역(Area2)의 중심으로부터 소정 거리 이상 이격된 경우, 수신 코일(281)에 인가되는 전압이 소정 목표 전압(예: 12V)에 도달하기 이전에, 제2 송신 코일(182)에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압(예: 20V)에 도달할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 제2 송신 코일(182)을 통한 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 어려운 경우, 수신 코일(281)의 위치에 따라 복수의 제1 송신 코일(181) 중 적어도 하나를 선택하여, 전력 전송에 사용할 수 있다.
도 14a 내지 14d는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 저전력 전송 시, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 제1 송신 코일에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 복수의 제1 송신 코일(181a 내지 181c) 각각을 통해 무선 전력 수신 장치(200)에 신호를 전송할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 복수의 제1 송신 코일(181a 내지 181c) 각각을 통해 전송된 신호의 신호 세기(signal strength)에 대한 데이터를 포함하는 응답 신호를 수신할 수 있다.
도 14a와 같이, 수신 코일(281)이 복수의 제1 송신 코일 중 어느 하나(181a)의 상단에 위치하는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)에서 감지되는 신호 세기는, 복수의 제1 송신 코일 중 어느 하나(181a)를 통해 전송된 신호가, 다른 제1 송신 코일들(181b, 181c)을 통해 전송된 신호에 비해 클 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 복수의 제1 송신 코일(181a 내지 181c) 각각을 통해 전송된 신호의 신호 세기에 기초하여, 신호 세기가 가장 큰 제1 송신 코일(181a)의 상단에 수신 코일(281)이 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 제2 송신 코일(182)과, 수신 코일(281)의 위치에 대응하는 제1 송신 코일(181a)을 통해 전력을 전송할 수 있다.
한편, 도 14b 내지 14d와 같이, 수신 코일(281)이 두 개의 제1 송신 코일(181a&181b, 181b&181c, 또는 181a&181c)에 걸쳐서 위치하는 경우, 수신 코일(281)의 위치에 대응하는 두 개의 제1 송신 코일의 신호 세기가 나머지 제1 송신 코일의 신호 세기에 비해 클 수 있다.
이때, 상위 두 개의 신호 세기 간의 차이가 소정 기준 이내인 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는, 상위 두 개의 신호 세기에 대응하는 두 개의 제1 송신 코일(181a&181b, 181b&181c, 또는 181a&181c)의 상단에 수신 코일(281)이 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 제2 송신 코일(182)과, 수신 코일(281)의 위치에 대응하는 두 개의 제1 송신 코일(181a&181b, 181b&181c, 또는 181a&181c)을 통해 전력을 전송할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 복수의 제1 송신 코일(181)과 관련된 데이터 값을 사용하므로, 충전 영역에서의 무선 전력 수신 장치(200)의 위치를 보다 정확하게 판단할 수 있고, 제2 송신 코일(182)과 수신 코일(281) 간의 정렬 상태에 따라, 제2 송신 코일(182)을 통한 소정 기준을 만족하는 전력 전송이 어려운 경우에도, 수신 코일(281)의 위치에 대응하는 적어도 하나의 제1 송신 코일(181)을 통해 전력을 전송함으로써, 소정 기준을 만족하는 전력을 무선 전력 수신 장치(200)에 전송할 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 복수의 제1 송신 코일과, 제2 송신 코일을 구비하는 전력 전송부; 및
    제어부를 포함하고,
    상기 복수의 제1 송신 코일은, 동일한 평면상에 배치되고,
    상기 제2 송신 코일은, 상기 복수의 제1 송신 코일이 배치되는 평면과 상이한 평면상에 배치되고,
    상기 제2 송신 코일은, 상기 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 중심에 배치되고,
    상기 제2 송신 코일에 대응하는 영역의 면적은, 상기 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 면적보다 작고,
    상기 제어부는,
    무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입이 제1 타입인 경우, 상기 복수의 제1 송신 코일 및 상기 제2 송신 코일을 통해 상기 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하고,
    상기 수신 코일의 타입이 제2 타입인 경우, 상기 제2 송신 코일을 통해 상기 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하고,
    상기 수신 코일의 타입이 상기 제2 타입인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 상기 수신 코일에 인가되는 전압에 대한 데이터에 기초하여, 상기 수신 코일에 인가되는 전압과 상기 제2 송신 코일에 인가되는 전압을 확인하고,
    상기 수신 코일에 인가되는 전압이 목표 전압에 도달하기 이전에, 상기 제2 송신 코일에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압에 도달하는 경우, 상기 복수의 제1 송신 코일 중 적어도 하나와 상기 제2 송신 코일을 통해 상기 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 송신 코일 각각은,
    복수의 레이어로 적층되고, 상기 복수의 레이어 각각에서 복수 회 권취되는 와이어(wire)로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 와이어는, 리츠선(litz wire)인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 반경과 상기 제1 타입의 수신 코일의 반경 간의 차이는, 상기 제1 타입의 수신 코일의 반경의 6% 이내인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 제1 송신 코일 각각에 구비되는 상기 와이어는,
    상기 복수의 레이어에서 총 14 내지 18회 권취되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 제1 송신 코일 각각에 구비되는 상기 와이어는,
    상기 복수의 레이어에서 총 16회 권취되고, 4개의 레이어 각각에서 4회 권취되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 송신 코일은, 하나의 레이어에서 복수 회 권취되는 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 송신 코일에 구비되는 와이어는, 상기 하나의 레이어에서 16회 권취되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1 송신 코일의 일면에 배치되는 차폐재를 더 포함하고,
    상기 차폐재는, 상기 복수의 제1 송신 코일 각각의 내부 둘레에 의하여 감싸지도록 형성되는 복수의 돌출면을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치와 통신하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 통신부를 통해 수신되는 데이터에 기초하여, 상기 무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입을 확인하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치와 통신하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 제1 송신 코일 중 적어도 하나를 통해, 상기 무선 전력 수신 장치에 신호를 전송하고,
    상기 통신부를 통해, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 신호에 대한 응답 신호를 수신하고,
    상기 응답 신호에 기초하여, 상기 복수의 제1 송신 코일 중 전력 전송에 사용되는 적어도 하나의 제1 송신 코일을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 응답 신호에 포함된, 상기 신호의 신호 세기(signal strength)에 대한 데이터에 기초하여, 상기 복수의 제1 송신 코일 중 전력 전송에 사용되는 적어도 하나의 제1 송신 코일을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    자기장을 감지하는 복수의 자기 센서를 구비하는 센싱부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 제1 송신 코일 중 적어도 하나를 통해, 상기 무선 전력 수신 장치에 신호를 전송하고,
    상기 복수의 자기 센서를 통해 감지되는 센싱 값에 기초하여, 상기 복수의 제1 송신 코일 중 전력 전송에 사용되는 적어도 하나의 제1 송신 코일을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  16. 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 포함하는 무선 전력 시스템에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    복수의 제1 송신 코일과, 제2 송신 코일을 구비하는 전력 전송부; 및
    제어부를 포함하고,
    상기 복수의 제1 송신 코일은, 동일한 평면상에 배치되고,
    상기 제2 송신 코일은, 상기 복수의 제1 송신 코일이 배치되는 평면과 상이한 평면상에 배치되고,
    상기 제2 송신 코일은, 상기 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 중심에 배치되고,
    상기 제2 송신 코일에 대응하는 영역의 면적은, 상기 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 면적보다 작고,
    상기 제어부는,
    상기 무선 전력 수신 장치에 구비된 수신 코일의 타입이 제1 타입인 경우, 상기 복수의 제1 송신 코일 및 상기 제2 송신 코일을 통해 상기 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하고,
    상기 수신 코일의 타입이 제2 타입인 경우, 상기 제2 송신 코일을 통해 상기 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하고,
    상기 수신 코일의 타입이 상기 제2 타입인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 상기 수신 코일에 인가되는 전압에 대한 데이터에 기초하여, 상기 수신 코일에 인가되는 전압과 상기 제2 송신 코일에 인가되는 전압을 확인하고,
    상기 수신 코일에 인가되는 전압이 목표 전압에 도달하기 이전에, 상기 제2 송신 코일에 인가되는 전압이 기 설정된 기준 전압에 도달하는 경우, 상기 복수의 제1 송신 코일 중 적어도 하나와 상기 제2 송신 코일을 통해 상기 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 제1 송신 코일 각각은,
    복수의 레이어로 적층되고, 상기 복수의 레이어 각각에서 복수 회 권취되는 와이어(wire)로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 제1 송신 코일에 대응하는 영역의 반경과 상기 제1 타입의 수신 코일의 직경 간의 차이는, 상기 제1 타입의 수신 코일의 반경의 6% 이내인 것을 특징으로 하는 무선 전력 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 제1 송신 코일 각각에 구비되는 상기 와이어는,
    상기 복수의 레이어에서 총 16회 권취되고, 4개의 레이어 각각에서 4회 권취되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 송신 코일은, 하나의 레이어에서 복수 회 권취되는 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 시스템.
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