KR20180020796A - 무선 전력 송신기 및 그의 동작 방법 - Google Patents

무선 전력 송신기 및 그의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는, 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 송신 코일 및 상기 제2 부분을 둘러싸는 금속재를 포함하는 송신부;를 포함하고, 상기 송신 코일은 상기 제1 부분에서 제1 방향으로 제1 자기장을 생성하고, 상기 금속재는 상기 송신 코일에 의해 상기 제2 부분에서 생성되는 제2 방향의 제2 자기장을 상기 제1 방향으로 반사하고, 상기 송신부는 상기 제1 자기장의 세기 및 상기 반사된 제2 자기장의 세기가 더해진 세기의 무선 전력을 상기 제1 방향으로 송신할 수 있다.

Description

무선 전력 송신기 및 그의 동작 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER AND THEREOF OPERATION METHOD}
본 발명은 무선 전력 송신기 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 전자 기기가 배터리를 구비하고, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 구동한다. 이때 전자 기기에서, 배터리는 교체될 수 있으며, 재차 충전될 수도 있다. 이를 위해, 전자 기기는 외부의 충전 장치와 접촉하기 위한 접촉 단자를 구비한다. 즉 전자 기기는 접촉 단자를 통해, 충전 장치와 전기적으로 연결된다. 그런데, 전자 기기에서 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따라, 이물질에 의해 오염되거나 습기에 의해 단락(short)될 수 있다. 이러한 경우, 접촉 단자와 충전 장치 사이에 접촉 불량이 발생 되어, 전자 기기에서 배터리가 충전되지 않는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전자 기기를 충전하기 위한 무선 전력 전송(wireless power transfer; WPT)이 제안되고 있다.
무선 전력 전송 시스템은 공간을 통하여 선 없이 전력을 전달하는 기술로써, 모바일(mobile) 기기 및 디지털 가전 기기들에 대한 전력 공급의 편의성을 극대화한 기술이다.
무선 전력 전송 시스템은 실시간 전력 사용 제어를 통한 에너지 절약, 전력 공급의 공간 제약 극복 및 배터리 재충전을 이용한 폐건전지 배출량 절감 등의 강점을 지닌다.
무선 전력 전송 시스템의 구현 방법으로써 대표적으로 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다. 자기 유도 방식은 두 개의 코일을 근접시켜 한쪽의 코일에 전류를 흘려 그에 따라 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술로써, 수백 kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 자기 공진 방식은 전자파나 전류를 이용하지 않고 전장 또는 자장만을 이용하는 자기 공명 기술로써 전력 전송이 가능한 거리가 수 미터 이상으로써, 수 MHz의 대역을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는, 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 송신 코일 및 상기 제2 부분을 둘러싸는 금속재를 포함하는 송신부;를 포함하고, 상기 송신 코일은 상기 제1 부분에서 제1 방향으로 제1 자기장을 생성하고, 상기 금속재는 상기 송신 코일에 의해 상기 제2 부분에서 생성되는 제2 방향의 제2 자기장을 상기 제1 방향으로 반사하고, 상기 송신부는 상기 제1 자기장의 세기 및 상기 반사된 제2 자기장의 세기가 더해진 세기의 무선 전력을 상기 제1 방향으로 송신할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 동작 방법은, 무선 전력 수신기의 위치를 감지하는 단계; 상기 무선 전력 수신기의 위치에 기초하여 송신부를 회전시키는 단계; 상기 송신부를 통해 상기 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신하는 단계;를 포함하고, 상기 무선 전력은 상기 송신부의 송신 코일에서 상기 무선 전력 수신기의 방향으로 생성되는 제1 자기장 및 상기 송신 코일을 감싸는 금속재에 의해 반사되는 상기 송신 코일에 의해 생성되는 제2 자기장이 결합된 무선 전력일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 송신 코일의 일부를 감싸고 상기 송신 코일의 자기장의 방향 및 세기를 변화시키는 금속재를 이용하여, 상기 송신 코일의 자기장의 방향 및 세기를 제어함으로써, 상기 송신 코일이 송신하는 무선 전력의 방향 및 세기를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 송신 코일, 상기 송신 코일의 일부를 감싸고 상기 송신 코일의 자기장의 방향 및 세기를 변화시키는 금속재를 포함하는 송신부를 회전시킴으로써, 상기 송신부의 자기장의 방향 및 세기를 제어하여 상기 송신부가 송신하는 무선 전력의 방향 및 세기를 제어할 수 있다.
도 1은 자기 유도 방식 등가 회로이다.
도 2는 자기 공진 방식 등가 회로이다.
도 3a 및 3b는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신장치를 나타낸 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 평면형 금속재를 포함하는 송신부를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 평면형 금속재 및 회전축을 포함하는 송신부를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 입체형 금속재를 포함하는 송신부를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 입체형 금속재 및 회전축을 포함하는 송신부를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 블록 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 동작 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 무선으로 전력을 전송하는 기능을 구비한 송신장치와 무선으로 전력을 수신하는 수신 장치를 포함한 무선 전력 전송 시스템을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 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 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어 신호를 교환할 수 있는 통신 시스템을 포함할 수도 있다.
실시예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자 기기를 사용하는 휴대 단말 산업, 스마트 시계 산업, 컴퓨터 및 노트북 산업, 가전기기 산업, 전기 자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.
실시예는 하나 또는 복수개의 전송 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.
실시예에 따르면 스마트폰, 노트북 등 모바일 기기에서의 배터리 부족 문제를 해결할 수 있고, 일 예로 테이블에 무선 충전 패드를 놓고 그 위에서 스마트폰, 노트북을 사용하면 자동으로 배터리가 충전되어 장시간 사용할 수 있게 된다. 또한, 카페, 공항, 택시, 사무실, 식당 등 공공장소에 무선 충전 패드를 설치하면 모바일기기 제조사별로 상이한 충전단자에 상관없이 다양한 모바일 기기를 충전할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송 기술이 청소기, 선풍기 등의 생활가전제품에 적용되면 전원 케이블을 찾아다닐 필요가 없게 되고 가정 내에서 복잡한 전선이 사라지면서 건물 내 배선이 줄고 공간활용 폭도 넓어질 수 있다. 또한, 현재의 가정용 전원으로 전기 자동차를 충전할 경우 많은 시간이 소요되지만 무선 전력 전송 기술을 통해서 고전력을 전송한다면 충전 시간을 줄일 수 있게 되고 주차장 바닥에 무선충전시설을 설치하게 되면 전기 자동차 주변에 전원 케이블을 준비해야 하는 불편함을 해소할 수 있다.
실시예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.
무선 전력 전송 시스템 (wireless power transfer system): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템을 의미한다.
송신 장치(wireless power transfer system-charger; power transfer unit: PTU): 자기장 영역 내에서 전력 수신기로 무선 전력 전송을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치로, 송신 장치 또는 송신기로 지칭될 수 있다.
수신 장치(wireless power receiver system-device; power receiver unit: PRU): 자기장 영역 내에서 전력 송신기로부터 무선 전력 전송을 제공받는 장치로 수신 장치 또는 수신기로 지칭할 수 있다.
충전 영역(charging area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 이루어지는 지역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작 주파수에 따라 변할 수 있다.
S 파라미터(scattering parameter): S 파라미터는 주파수 분포상에서 입력전압 대 출력 전압의 비로 입력 포트 대 출력 포트의 비(transmission; S21) 또는 각각의 입/출력 포트의 자체 반사값, 즉 자신의 입력에 의해 반사되어 돌아오는 출력의 값(reflection; S11, S22)을 의미할 수 있다.
품질 지수 Q(quality factor): 공진에서 Q의 값은 주파수 선택의 품질을 의미하고 Q 값이 높을수록 공진 특성이 좋으며, Q 값은 공진기에서 저장되는 에너지와 손실되는 에너지의 비로 표현될 수 있다.
무선으로 전력을 전송하는 원리를 살펴보면, 무선 전력 전송 원리로 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다.
자기 유도 방식은 소스 인덕터(Ls)와 부하 인덕터(Lℓ)를 서로 근접시켜 한쪽의 소스 인덕터(Ls)에 전류를 흘리면 발생하는 자속을 매개로 부하 인덕터(Lℓ)에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술이다. 그리고 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 등가 회로이다.
도 1을 참조하면, 자기 유도 방식 등가 회로에서 송신 장치는 전원을 공급하는 장치에 따른 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs), 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs) 그리고 수신 장치와의 자기적 결합을 위한 소스 코일(Ls)로 구현될 수 있고, 수신 장치는 수신 장치의 등가 저항인 부하 저항(Rℓ), 임피던스 매칭을 위한 부하 커패시터(Cℓ) 그리고 송신 장치와의 자기적 결합을 위한 부하 코일(Lℓ)로 구현될 수 있고, 소스 코일(Ls)과 부하 코일(Lℓ)의 자기적 결합 정도는 상호 인덕턴스(Msℓ)로 나타낼 수 있다.
도 1에서 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs)와 부하 커패시터(Cℓ)이 없는 오로지 코일로만 이루어진 자기 유도 등가 회로로부터 입력전압 대 출력 전압의 비(S21)를 구하여 이로부터 최대 전력 전송 조건을 찾으면 최대 전력 전송 조건은 이하 수학식 1을 충족한다.
수학식 1
Ls/Rs=Lℓ/Rℓ
상기 수학식 1에 따라 송신 코일(Ls)의 인덕턴스와 소스 저항(Rs)의 비와 부하 코일(Lℓ)의 인덕턴스와 부하 저항(Rℓ)의 비가 같을 때 최대 전력 전송이 가능하다. 인덕턴스만 존재하는 시스템에서는 리액턴스를 보상할 수 있는 커패시터가 존재하지 않기 때문에 최대 전력 전달이 이루어지는 지점에서 입/출력 포트의 자체 반사값(S11)의 값은 0이 될 수 없고, 상호 인덕턴스(Msℓ) 값에 따라 전력 전달 효율이 크게 변화할 수 있다. 그리하여 임피던스 매칭을 위한 보상 커패시터로써 송신장치에 소스 커패시터(Cs)가 부가될 수 있고, 수신 장치에 부하 커패시터(Cl)가 부가될 수 있다. 상기 보상 커패시터(Cs, Cℓ)는 예로 수신 코일(Ls) 및 부하 코일(Lℓ) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 매칭을 위하여 송신 장치 및 수신 장치 각각에는 보상 커패시터뿐만 아니라 추가적인 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자가 더 부가될 수 있다.
도 2는 자기 공진 방식 등가 회로이다.
도 2를 참조하면, 자기 공진 방식 등가 회로에서 송신 장치는 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs) 그리고 소스 인덕터(Ls)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 소스 코일(Source coil)과 송신측 공진 인덕터(L1)와 송신측 공진 커패시터(C1)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 송신측 공진 코일(Resonant coil)로 구현되고, 수신장치는 부하 저항(Rℓ)와 부하 인덕터(Lℓ)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 부하 코일(Load coil)과 수신측 공진 인덕터(L2)와 수신측 공진 커패시터(C2)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 수신측 공진 코일로 구현되며, 소스 인덕터(Ls)와 송신측 인덕터(L1)는 K01의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 부하 인덕터(Lℓ)와 부하측 공진 인덕터(L2)는 K23의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 송신측 공진 인덕터(L1)와 수신측 공진 인덕터(L2)는 K12의 결합 계수로 자기적으로 결합된다. 또 다른 실시예의 등가 회로에서는 소스 코일 및/또는 부하 코일을 생략하고 송신측 공진 코일과 수신측 공진 코일만으로 이루어질 수도 있다.
자기 공진 방식은 두 공진기의 공진 주파수가 동일할 때에는 송신장치의 공진기의 에너지의 대부분이 수신 장치의 공진기로 전달되어 전력 전달 효율이 향상될 수 있고, 자기 공진 방식에서의 효율은 이하 수학식 2를 충족할 때 좋아진다.
수학식 2
k/Γ >> 1 (k는 결합계수, Γ 감쇄율)
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 전송 원리를 바탕으로 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전달하기 위한 무선전력전송 시스템을 살펴본다.
<송신 장치>
도 3a 및 도 3b는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 송신 장치(1000)와 상기 송신 장치(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신 장치(2000)를 포함할 수 있다. 상기 송신 장치(1000)는 입력되는 교류 신호를 전력 변환하여 교류 신호로 출력하는 전력 변환부(101)와 상기 전력 변환부(101)로부터 출력되는 교류 신호에 기초하여 자기장을 생성하여 충전 영역 내의 수신 장치(2000)에 전력을 제공하는 공진 회로부(102) 및 상기 전력 변환부(101)의 전력 변환을 제어하고, 상기 전력 변환부(101)의 출력 신호의 진폭과 주파수를 조절하고, 상기 공진 회로부(102)의 임피던스 매칭을 수행하며, 상기 전력 변환부(101) 및 상기 공진 회로부(102)로부터 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하며, 상기 수신 장치(2000)와 무선 통신할 수 있는 제어부(103)를 포함할 수 있다. 상기 전력 변환부(101)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력 변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력 변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력 변환부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 상기 공진 회로부(102)는 코일과 상기 코일과 공진할 수 있는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어부(103)는 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하기 위한 센싱부와 무선 통신부를 포함할 수 있다.
구체적으로 도 3b를 참조하면, 상기 송신 장치(1000)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300), 송신 코일부(1400) 그리고 송신측 통신 및 제어부(1500)을 포함할 수 있다.
송신측 교류/직류 변환부(1100)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 외부로부터 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 전력 변환부로써, 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)는 서브 시스템으로 정류기(1110)와 송신측 직류/직류 변환부(1120)을 포함할 수 있다. 상기 정류기(1110)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, 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 정류기(1110)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, 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 전력 변환 제어 기능을 하는 스위치 소자와 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. 그리고 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)의 출력 신호의 지령치와 실제 출력치와의 오차는 피드백 방식을 통해 조절될 수 있고, 이는 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)에 의하여 이루어 질 수 있다.
송신측 직류/교류 변환부(1200)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 송신측 교류/직류 변환부(1100)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. 그리고 무선 전력 전송 시스템은 직류를 교류로 변환하는 다양한 증폭기가 적용될 수 있고, 예로 A급, B급, AB급, C급, E 급 F급 증폭기가 있다. 또한 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 출력 신호의 주파수를 생성하는 오실레이터(ocillator)와 출력 신호를 증폭하는 파워 증폭부를 포함할 수 있다.
상기 교류/직류 변환부(1100) 및 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 구성은 교류 전력 공급기로 대체할 수 있으며, 생략되거나 또 다른 구성으로 대체할 수도 있다.
송신측 임피던스 매칭부(1300)는 서로 다른 임피던스를 가진 지점에서 반사파를 최소화하여 신호의 흐름을 좋게 한다. 송신 장치(1000)와 수신 장치(2000)의 두 코일은 공간적으로 분리되어 있어 자기장의 누설이 많으므로 상기 송신 장치(1000)와 수신 장치(2000)의 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하여 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 인덕터, 커패시터 그리고 저항 소자 중 적어도 하나로 구성될 수 있고, 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 그리고 저항의 저항 값을 가변하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 값을 조정할 수 있다. 그리고 무선 전력 전송 시스템이 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 직렬 공진 구조 또는 병렬 공진 구조를 가질 수 있고, 송신 장치(1000)와 수신 장치(2000) 사이의 유도 결합 계수를 증가시켜 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 무선 전력 전송 시스템이 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 송신 장치(1000)와 수신 장치(2000) 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.
송신측 코일(1400)은 복수개의 코일 또는 단수개의 코일로 구현될 수 있고, 송신측 코일(1400)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, 송신측 코일(1400)을 제작할 때 내부 저항 및 방사 저항을 고려하여 제작할 수 있고, 이때, 저항 성분이 작으면 품질 지수(quality factor)가 높아지고 전송 효율이 상승할 수 있다.
통신 및 제어부(1500)는 송신측 제어부(1510)와 송신측 통신부(1520)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 제어부(1510)는 수신 장치(2000)의 전력 요구량, 현재 충전량, 수신 장치의 정류기 출력단의 전압(Vrect), 복수개의 수신 장치들 각각의 충전 효율 그리고 무선 전력 방식 중 적어도 하나 이상을 고려하여 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 전압(또는 송신 코일에 흐르는 전류(Itx_coil)을 조절하는 역할을 할 수 있다. 그리고 최대 전력 전송 효율를 고려하여 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)를 구동하기 위한 주파수 및 스위칭 파형들을 생성하여 전송될 전력을 제어할 수 있다. 또한, 수신 장치(2000)의 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 수신 장치(2000)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 한편, 상기 송신측 제어부(1510)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(micro controller unit) 또는 마이콤(micom)이라고 지칭할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)는 수신측 통신부(2620)와 통신을 수행할 수 있고, 통신 방식의 일 예로 블루투스, NFC, Zigbee 등의 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)와 수신측 통신부(2620)는 서로간에 충전 상황 정보 및 충전 제어 명령 등의 송수신을 진행할 수 있다. 그리고 상기 충전 상황 정보로는 수신장치(2000)의 개수, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 그리고 송신장치(1000)의 전송 전력량 등을 포함할 수 있다. 또한, 송신측 통신부(1520)는 수신장치(2000)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있고, 상기 충전 기능 제어 신호는 수신 장치(2000)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게하는 제어 신호일 수 있다.
이처럼, 송신측 통신부(1520)는 별도의 모듈로 구성되는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 송신 장치가 전송하는 전력 신호를 이용하여 수신 장치가 송신 장치에 전달하는 피드백 신호를 이용하고, 송신 장치가 전송하는 전력 신호의 주파수를 쉬프트(frequency shift)를 이용하여 송신 장치가 수신 장치에 신호를 전송하는 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 수신 장치는 피드백 신호를 변조하여 충전 개시, 충전 종료, 배터리 상태 등의 정보를 피드백 신호를 통해 송신기에 전달할 수도 있다. 또한 상기 송신측 통신부(1520)는 상기 송신측 제어부(1510)와 별도로 구성될 수 있고, 상기 수신 장치(2000) 또한 수신측 통신부(2620)가 수신 장치의 제어부(2610)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.
또한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 송신 장치(1000)는 검출부(1600)를 추가로 구비할 수 있다.
상기 검출부(1600)는 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 입력 신호, 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 신호, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 입력 신호, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 출력 신호, 송신측 임피던스 매칭부(1300)의 입력 신호, 송신측 임피던스 매칭부(1300)의 출력 신호, 송신측 코일(1400)의 입력 신호 또는 송신측 코일(1400) 상의 신호 중 적어도 하나를 검출할 수 있다. 일 예로, 상기 신호는 전류에 대한 정보, 전압에 대한 정보 또는 임피던스에 대한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 검출된 신호는 통신 및 제어부(1500)로 피드백되고 이를 기초로 상기 통신 및 제어부(1500)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 검출부(1600)의 검출 결과를 기초하여 상기 통신 및 제어부(1500)는 FOD(foreign object detection)를 수행할 수 있다. 그리고 상기 검출되는 신호는 전압 및 전류 중 적어도 하나일 수 있다. 한편, 상기 검출부(1600)는 통신 및 제어부(1500)와 상이한 하드웨어로 구성되거나, 하나의 하드웨어로 구현될 수 있다.
<수신 장치>
도 4a 및 도 4b는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신부(또는, 수신 장치)를 나타낸 블록도이다.
도 4a를 참조하면, 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 송신부(1000)와 상기 송신부(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(2000)를 포함할 수 있다. 상기 수신 장치(2000)는 상기 송신 장치(1000)로부터 전송되는 교류 신호를 수신하는 수신측 공진 회로부(201), 상기 수신측 공진 회로부(201)로부터의 교류 전력을 전력 변환하여 직류 신호로 출력하는 수신측 전력 변환부(202)와 상기 수신측 전력 변환부(202)로부터 출력되는 직류 신호를 수신하여 충전되는 부하(2500) 그리고 상기 수신측 공진 회로부(201)의 전류 전압을 센싱하거나, 상기 수신측 공진 회로부(201)의 임피던스 매칭을 수행하거나, 상기 수신측 전력 변환부(202)의 전력 변환을 제어하고, 상기 수신측 전력 변환부(202)의 출력 신호의 레벨을 조절하거나, 상기 수신측 전력 변환부(202)의 입력 또는 출력 전압이나 전류를 센싱하거나,상기 수신측 전력 변환부(202)의 출력 신호의 상기 부하(2500)로의 공급 여부를 제어하거나, 상기 송신 장치(1000)와 통신할 수 있는 수신측 제어부(203)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수신측 전력 변환부(202)는 교류 신호를 직류로 변환하는 전력 변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력 변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력 변환부를 포함할 수 있다. 또한, 도 4b를 참조하면, 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 송신 장치(또는, 송신 장치)(1000)와 상기 송신 장치(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신 장치(또는, 수신 장치)(2000)를 포함할 수 있고, 상기 수신 장치(2000)는 수신측 코일부(2100) 및 수신측 임피던스 매칭부(2200)로 구성된 수신측 공진 회로부(2120), 수신측 교류/직류 변환부(2300), 직류/직류 변환부(2400), 부하(2500) 및 수신측 통신 및 제어부(2600)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 교류 신호를 직류 신호로 정류하는 정류부로 지칭할 수 있다.
수신측 코일부(2100)은 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.
일 실시예로, 수신측 코일부(2100)는 근거리 통신(NFC: near field communication)용 안테나와 함께 휴대 단말에 배치될 수 있다. 그리고 상기 수신측 코일부(2100)은 송신측 코일부(1400)와 동일할 수도 있고, 수신 안테나의 치수는 수신장치(200)의 전기적 특성에 따라 달라질 수도 있다.
수신측 임피던스 매칭부(2200)는 송신기(1000)와 수신기(2000) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다.
상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 수신측 코일부(2100)으로부터 출력되는 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다. 그리고 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압은 정류 전압(Vrect)로 지칭할 수 있고, 수신측 통신 및 제어부(2600)는 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압을 검출하거나 변경할 수 있고,상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압의 최소값인 최소 정류 전압(Vrect_min)(또는 최소 출력 전압(Vrect _min)으로 지칭), 최대값인 최대 정류 전압(Vrect_max)(또는 최대 출력 전압(Vrect _max)으로 지칭), 상기 최소값과 최대값 사이의 값 중 어느 하나의 전압 값을 가지는 최적 정류 전압(Vrect _set)(또는 최적 출력 전압(Vrect_set)으로 지칭)에 대한 정보와 같은 상태 파라미터 정보를 송신 장치(1000)에 전송할 수 있다.
수신측 직류/직류 변환부(2400)는 수신측 교류/직류 변환부(2300)에서 출력되는 직류 신호의 레벨을 부하(2500)의 용량에 맞게 조정할 수 있다.
상기 부하(2500)는 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서 그리고 각종 센서들을 포함할 수 있다.
수신측 통신 및 제어부(2600)는 송신측 통신 및 제어부(1500)로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화될 수 있고, 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)와 통신을 수행하고, 수신 장치(2000)의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.
상기 수신 장치(2000)는 단수 또는 복수개로 구성되어 송신 장치(1000)로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달받을 수 있다. 즉, 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템에서는 하나의 송신 장치(1000)로부터 복수의 타켓 수신 장치(2000)가 전력을 공급받을 수 있다. 이때 상기 송신 장치(1000)의 송신측 매칭부(1300)는 복수개의 수신 장치(2000)들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다. 이는 자기 유도 방식에서 서로 독립적인 수신측 코일부를 복수개 구비하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 상기 수신 장치(2000)가 복수개로 구성된 경우 전력 수신 방식이 동일한 시스템이거나, 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다. 이 경우, 송신 장치(1000)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 시스템이거나 양 방식을 혼용한 시스템일 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 시스템의 신호의 크기와 주파수 관계를 살펴보면, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신 장치(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가받아 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신 장치(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 입력받아 수V 내지 수십V, 수백V대(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 수신측 직류/직류 변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다. 그리고 자기 공진 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신 장치(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가받아 MHz대(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신 장치(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 MHz(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 입력받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 수신측 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 직류/직류 변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 평면형 금속재를 포함하는 송신부를 도시한다.
도 5를 참고하면, 상기 송신부는 기판(501), 상기 기판상에 배치되는 송신 코일(502), 상기 송신 코일(502)의 일부를 감싸는 금속재(503)를 포함할 수 있다. 상기 송신 코일(502)은 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신할 수 있다. 상기 금속재(503)는 코일일 수 있다.
상기 금속재(503)는 상기 송신 코일(502)과 동일한 평면상에서 상기 송신 코일(502)의 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 상기 금속재(503)가 둘러싸인 부분을 송신 코일(502)의 제2 부분이라 지칭할 수 있다. 또한, 상기 금속재(503)가 둘러싸이지 않은 부분을 송신 코일(502)의 제1 부분이라 지칭할 수 있다. 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 미리 정해질 수 있다.
상기 금속재(503)는 상기 송신 코일(502) 중 상기 제2 부분에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있다. 즉, 상기 송신 코일(502)은 상기 제1 부분에서 발생되는 자기장을 통해 상기 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 상기 제1 부분에서 발생되는 자기장을 제1 자기장이라 지칭할 수 있다. 상기 제2 부분에서 발생되는 자기장을 제2 자기장이라 지칭할 수 있다. 또한, 상기 제1 자기장의 방향을 제1 방향, 상기 제2 자기장의 방향을 제2 방향이라 지칭할 수 있다.
상기 무선 전력 송신기는 상기 금속재(503)를 통해 자기장의 세기 및 방향을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 송신기는 상기 금속재(503)를 통해 상기 제2 방향으로 발생되는 상기 제2 자기장은 차폐하고, 제1 방향으로 발생되는 제1 자기장을 통해 무선 전력을 송신할 수 있다.
또한, 상기 금속재(503)는 상기 제1 방향으로 발생되는 상기 제1 자기장을 상기 제2 방향으로 반사할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 송신기는 상기 제1 자기장의 세기와 상기 반사되는 제2 자기장의 세기가 더해진 무선 전력을 송신할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 자기장에 의한 무선 전력을 제1 무선 전력이라 지칭할 수 있다. 상기 반사된 제2 자기장에 의한 무선 전력을 제2 무선 전력이라 지칭할 수 있다. 상기 무선 전력 송신기는 상기 금속재(503)를 통해 상기 제1 방향으로 상기 제1 무선 전력 및 상기 제2 무선 전력을 상기 무선 전력 수신기로 송신할 수 있다.
도 5의 (a)를 참고하면 상기 제2 부분은 상기 송신 코일(502)의 좌측의 1/3일 수 있다. 즉, 상기 금속재(503)는 상기 송신 코일(502)의 좌측 1/3만큼을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이때, 자기장은 상기 제1 부분에 대응되는 상기 제1 방향을 제외한, 상기 제2 부분에 대응되는 상기 제2 방향으로 발산될 수 있다.
도 5의 (b)를 참고하면, 상기 제2 부분은 상기 송신 코일(502)의 좌측의 2/3일 수 있다. 즉, 상기 금속재(503)는 상기 송신 코일(502)의 좌측 2/3만큼을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이때, 자기장은 도 5의 (a)와 비교하여 보다 우측 방향으로 발산될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 평면형 금속재 및 회전축을 포함하는 송신부를 도시한다.
도 6을 참고하면, 상기 송신부는 기판(601), 상기 기판(601)상에 배치되는 송신 코일(602), 상기 송신 코일(602)의 일부를 평면형으로 감싸는 금속재(504), 상기 금속재(504)를 지지하는 지지대(503)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 송신부는 상기 송신 코일(602)의 중심(605)을 관통하는 회전축(606)을 더 포함할 수 있다. 상기 송신 코일(602), 상기 지지대(603) 및 상기 금속재(604)는 상기 회전축(606)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지대(603) 및 상기 금속재(604)는 상기 회전축(606)과 상기 송신 코일(602)의 중심(605)에 연결될 수 있다. 상기 금속재(603)는 상기 중심(605)에서부터 상기 송신 코일(602)의 좌측 1/2을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 상기 금속재(603)가 상기 송신 코일(602)을 감싸는 부분은 달라질 수 있다.
상기 송신 코일(602), 상기 지지대(603) 및 상기 금속재(604)는 상기 회전축(606)의 회전에 따라 회전할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 송신기는 상기 회전축(606)을 회전하여 상기 송신 코일(602), 상기 지지대(603) 및 상기 금속재(604)를 회전시킬 수 있다. 상기 송신 코일(602), 상기 지지대(603) 및 상기 금속재(604)의 이동에 따라, 상기 무선 전력 송신기가 송신하는 무선 전력의 방향 및 세기는 달라질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 상기 무선 전력 송신기는 상기 회전축(606)의 회전을 제어하는 모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 송신기는 상기 모터를 제어하는 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 회전축(606)에 연결된 상기 송신 코일(602), 상기 지지대(603) 및 상기 금속재(604)는 상기 제어기의 제어에 따라 회전할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 입체형 금속재를 포함하는 송신부를 도시한다.
도 7을 참고하면, 상기 송신부는 기판(701), 상기 기판상에 배치되는 송신 코일(702), 상기 송신 코일(702) 및 상기 기판(701)의 일부를 감싸는 금속재(703), 상기 금속재(703)를 지지하기 위한 지지대(704)를 포함할 수 있다. 상기 송신 코일(702)은 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신할 수 있다. 상기 금속재(703)는 코일일 수 있다.
상기 금속재(703)는 상기 송신 코일(702)과 상기 기판(701)의 일부를 입체적으로 둘러싸도록 배치될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 상기 금속재(703)가 둘러싸인 부분을 제2 부분이라 지칭할 수 있다. 또한, 상기 금속재(703)가 둘러싸이지 않은 부분을 제1 부분이라 지칭할 수 있다. 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 미리 정해질 수 있다.
상기 금속재(703)는 상기 송신 코일(702)에 의해 발생되는 자기장 중 상기 제2 부분에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 송신기는 상기 제1 부분에서 발생되는 자기장을 통해 상기 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 상기 제1 부분에서 발생되는 자기장을 제1 자기장이라 지칭할 수 있다. 상기 제2 부분에서 발생되는 자기장을 제2 자기장이라 지칭할 수 있다. 또한, 상기 제1 자기장의 방향을 제1 방향, 상기 제2 자기장의 방향을 제2 방향이라 지칭할 수 있다.
상기 무선 전력 송신기는 상기 금속재(703)를 통해 자기장의 세기 및 방향을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 송신기는 상기 금속재(703)를 통해 상기 제2 방향으로 발생되는 상기 제2 자기장은 차폐하고, 상기 제1 방향으로 발생되는 제1 자기장을 통해 무선 전력을 송신할 수 있다.
또한, 상기 금속재(703)는 상기 제1 방향으로 발생되는 상기 제1 자기장을 상기 제2 방향으로 반사할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 송신기는 상기 제1 자기장의 세기와 상기 반사되는 제2 자기장의 세기가 더해진 무선 전력을 송신할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 자기장에 의한 무선 전력을 제1 무선 전력이라 지칭할 수 있다. 상기 반사된 제2 자기장에 의한 무선 전력을 제2 무선 전력이라 지칭할 수 있다. 상기 무선 전력 송신기는 상기 금속재(703)를 통해 상기 제1 방향으로 상기 제1 무선 전력 및 상기 제2 무선 전력을 상기 무선 전력 수신기로 송신할 수 있다.
도 7의 (a) 및 (b)를 참고하면, 상기 금속재(703)는 상기 송신 코일(702) 및 상기 기판(701)의 좌측의 1/2 부분을 미리 정해진 좌우 간격 및 상하 높이로 입체적으로 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 무선 전력 송신기는 제1 부분에 대응되는 상기 제1 방향을 제외한, 상기 제2 부분에 대응되는 상기 제2 방향으로 무선 전력을 송신할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 상기 금속재(703)가 상기 송신 코일(702)을 감싸는 부분은 달라질 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 입체형 금속재 및 회전축을 포함하는 송신부를 도시한다.
도 8을 참고하면, 상기 송신부는 기판(801), 상기 기판상에 배치되는 송신 코일(802), 상기 송신 코일(802) 및 상기 기판(801)의 일부를 감싸는 금속재(803), 상기 금속재(803)를 지지하기 위한 지지대(804)를 포함할 수 있다. 상기 금속재(803)는 상기 송신 코일(802)의 좌측 1/2을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 상기 금속재(803)가 상기 송신 코일(802)을 감싸는 부분은 달라질 수 있다.
상기 송신부는 상기 송신 코일(802)의 중심(805)을 관통하는 회전축(806)을 더 포함할 수 있다. 상기 송신 코일(802), 상기 금속재(803) 및 상기 지지대(804)는 상기 회전축(806)에 연결될 수 있다. 상기 송신 코일(802), 상기 금속재(803) 및 상기 지지대(804)는 상기 회전축(806)의 회전에 따라 회전할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 송신기는 상기 회전축(806)을 회전하여 상기 송신 코일(802), 상기 금속재(803) 및 상기 지지대(804)를 회전시킬 수 있다. 상기 송신 코일(802), 상기 금속재(803) 및 상기 지지대(804)의 이동에 따라, 상기 송신 코일(802)이 송신하는 무선 전력의 방향 및 세기는 달라질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 상기 무선 전력 송신기는 상기 회전축(806)의 이동을 제어하는 모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 송신기는 상기 모터를 제어하는 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 회전축(806)에 연결된 상기 송신 코일(802), 상기 금속재(803) 및 상기 지지대(804)는 상기 제어기의 제어에 따라 이동할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 블록 구성도이다.
도 9를 참고하면, 상기 무선 전력 송신기는 송신부(901), 센서(902), 전력원(903), 제어기(904)를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 송신기는 상기 전력원(903)으로부터 수신한 전력을 이용하여 상기 송신부(901)를 통해 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 송신부(901)는 송신 코일(미도시), 상기 송신 코일을 평면형으로 감싸는 금속재(미도시), 상기 금속재를 지지하는 지지대(미도시), 상기 송신 코일, 상기 금속재, 상기 지지대에 연결되고, 상기 송신 코일의 중심을 관통하는 회전축(미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기 송신 코일은 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 상기 금속재는 상기 제2 부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 송신 코일은 상기 제1 부분에서 제1 방향으로 제1 자기장을 생성할 수 있다. 상기 금속재는 상기 송신 코일에 의해 상기 제2 부분에서 생성되는 제2 방향의 제2 자기장을 상기 제1 방향으로 반사할 수 있다. 상기 송신부(901)는 상기 제1 자기장의 세기 및 상기 반사된 제2 자기장의 세기가 더해진 세기의 무선 전력을 상기 제1 방향으로 송신할 수 있다. 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 미리 정해질 수 있다.
상기 센서(902)는 무선 전력 수신기의 위치를 감지할 수 있다. 상기 무선 전력 송신기는 상기 회전축에 연결되는 모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어기(904)는 상기 모터를 제어할 수 있다. 상기 제어기(904)는 상기 무선 전력 수신기의 위치에 따라 상기 송신부의 회전을 제어할 수 있다. 상기 송신부는 상기 송신 코일이 배치되는 기판(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속재는 상기 기판과 동일한 평면상에 상기 제2 부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 상기 금속재는 상기 송신 코일을 입체형으로 감쌀 수 있다. 예를 들어, 상기 금속재는 상기 기판과 미리 정해진 좌우 간격 및 상하 높이만큼 이격되어 상기 제2 부분을 입체적으로 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 금속재는 코일일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 동작 순서도이다.
도 10을 참고하면, 상기 무선 전력 수신기의 위치를 감지할 수 있다(S1001 단계). 예를 들어, 상기 무선 전력 송신기는 센서를 통해 상기 무선 전력 수신기의 위치를 감지할 수 있다.
상기 무선 전력 송신기는 상기 무선 전력 수신기의 위치에 기초하여 송신부를 회전시킬 수 있다(S1002 단계). 상기 송신부는 송신 코일, 상기 금속 코일의 일부를 평면형 또는 입체형으로 감싸는 금속재, 상기 금속재를 지지하는 지지대를 포함할 수 있다. 또한, 상기 송신부는, 상기 송신 코일, 상기 금속재 및 상기 지지대에 연결되고, 상기 송신 코일의 중심부를 관통하는 회전축, 상기 회전축의 회전을 제어하는 모터를 더 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기는 상기 감지된 무선 전력 수신기의 위치에 기초하여, 상기 송신부가 방사하는 자기장의 방향이 상기 무선 전력 수신기 방향이 되도록 상기 회전축을 제어할 수 있다.
상기 무선 전력 송신기는 상기 송신부를 통해 상기 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신할 수 있다(S1003 단계). 상기 무선 전력은 상기 송신부의 송신 코일에서 상기 무선 전력 수신기의 방향으로 생성되는 제1 자기장 및 상기 송신 코일을 감싸는 금속재에 의해 반사되는 제2 자기장이 결합된 무선 전력일 수 있다.

Claims (10)

  1. 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 송신 코일 및 상기 제2 부분을 둘러싸는 금속재를 포함하는 송신부;를 포함하고,
    상기 송신 코일은 상기 제1 부분에서 제1 방향으로 제1 자기장을 생성하고,
    상기 금속재는 상기 송신 코일에 의해 상기 제2 부분에서 생성되는 제2 방향의 제2 자기장을 상기 제1 방향으로 반사하고,
    상기 송신부는 상기 제1 자기장의 세기 및 상기 반사된 제2 자기장의 세기가 더해진 세기의 무선 전력을 상기 제1 방향으로 송신하는 무선 전력 송신기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 미리 정해지는 무선 전력 송신기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 송신 코일의 중심을 관통하는 회전축;을 더 포함하고,
    상기 회전축은 상기 송신부에 연결되고,
    상기 송신부는 상기 회전축의 회전에 따라 회전하고,
    상기 송신 코일이 송신하는 무선 전력의 방향은 상기 송신부의 회전에 따라 변경되는 무선 전력 송신기.
  4. 제3 항에 있어서,
    무선 전력 수신기의 위치를 감지하는 센서;
    상기 회전축에 연결되는 모터;
    상기 모터를 제어하는 제어기;를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 무선 전력 수신기의 위치에 따라 상기 회전축의 회전을 제어하는 무선 전력 송신기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 송신부는 상기 송신 코일이 배치되는 기판을 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 금속재는 상기 기판과 동일한 평면상에 상기 제2 부분을 둘러싸도록 배치되는 무선 전력 송신기.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 금속재는 상기 기판과 미리 정해진 좌우 간격 및 상하 높이만큼 이격되어 상기 제2 부분을 입체적으로 둘러싸도록 배치되는 무선 전력 송신기.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 금속재를 지지하는 지지대;를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 금속재는 코일인 무선 전력 송신기.
  10. 무선 전력 수신기의 위치를 감지하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기의 위치에 기초하여 송신부를 회전시키는 단계;
    상기 송신부를 통해 상기 무선 전력 수신기로 무선 전력을 송신하는 단계;를 포함하고,
    상기 무선 전력은 상기 송신부의 송신 코일에서 상기 무선 전력 수신기의 방향으로 생성되는 제1 자기장 및 상기 송신 코일을 감싸는 금속재에 의해 반사되는 상기 송신 코일에 의해 생성되는 제2 자기장이 결합된 무선 전력인 무선 전력 송신기의 동작 방법.


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