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JP7026182B2 - 無線電力伝送装置及びこれを含むシステム - Google Patents

無線電力伝送装置及びこれを含むシステム Download PDF

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Description

本発明は、無線電力伝送装置及びこれを含むシステムに関し、より詳細には、低電力伝送と中電力伝送が両方とも可能な無線電力伝送装置及びこれを含むシステムに関する。
〔関連技術〕
本発明は、韓国特許出願第10-2019-0116496号(出願日:2019年9月23日)に基づくパリ条約4条の優先権主張を伴ったものであり、当該韓国特許出願に開示された内容に基づくものである。参考のために、当該韓国特許出願の明細書及び図面の内容は本願明細書の一部に包摂されるものである。
一般的に、電子機器に電力を供給する場合、電子機器に物理的なケーブル又は電線を接続して商用電源を供給する端子供給方式が用いられる。このような端子供給方式は、ケーブル又は電線が相当の空間を占め、整理が容易ではなく、断線の危険がある。
最近は、このような問題点を解決するために、無線電力伝送方式に関する研究が議論されている。
無線電力伝送システムは、単一コイル又はマルチコイルを介して電力を供給する無線電力伝送装置と、無線電力伝送装置から無線で供給される電力を受信しそれを使用する無線電力受信装置とから構成される。
無線電力供給方法としては、誘導結合方式(inductive coupling)方式が主に使われ、この方式は、隣接する2つのコイル(coil)のうち一次コイルに流れる電流の強さを変化させると、その電流により磁場が変わり、これにより二次コイルを通る磁束が変わることになり、二次コイル側に誘導起電力が生じる原理を用いる。すなわち、この方式によれば、2つの導線を空間的に動かさなくても、2つのコイルを離隔させたまま一次コイルの電流のみを変化させれば、誘導起電力が生じるようになる。
磁気誘導方式の無線電力伝送に関する技術を扱うワイヤレスパワーコンソーシアム(Wireless Power Consortium:WPC)の標準文書である、無線電力伝送における互換性(interoperability)に関する「無線電力伝送システム説明書、第1巻、低電力、パート1:インタフェース定義、バージョン1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer,Volume 1,Low Power,Power,Part 1:Interface Definition,Version1.00 Release Candicate 1)は、約5Wの低電力充電に関し、低電力充電は主に移動端末機に適用されている。
一方、最近では、無線充電機能を提供する装置のサイズが大きくなり、装置の種類が多様化するにつれて、充電性能を高めるために、低電力より大きい中電力充電に関する技術開発が必要となってきており、その研究が活発に行われている。
本発明の目的は、中電力伝送のための複数の第1送信コイルと、低電力伝送のための第2送信コイルとをそれぞれ備えて、低電力伝送及び中電力伝送が両方とも可能な無線電力伝送装置及びそれを含むシステムを提供することにある。
本発明の目的は、同一平面上において互いに重ならないように配置された複数の第1送信コイルを備える無線電力伝送装置及びこれを含むシステムを提供することにある。
本発明の目的は、複数の第1送信コイルに対応する充電領域において、無線電力受信装置の位置を正確に判断できる無線電力伝送装置及びこれを含むシステムを提供することにある。
本発明の目的は、第2送信コイルと無線電力受信装置との間の整列状態に応じて、第2送信コイルを介する所定基準を満足する電力伝送が困難である場合にも、複数の第1送信コイルを用いて無線電力受信装置に所定基準を満足する電力を伝送できる無線電力伝送装置及びそれを含むシステムを提供することにある。
前記目的を達成するための、本発明の一実施形態による無線電力伝送装置は、相異なるタイプの送信コイルを含んでもよく、無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプに対応する送信コイルを選択して電力を伝送する。
前記目的を達成するための、本発明の一実施形態による無線電力伝送装置は、複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを備える電力伝送部と、制御部とを含み、複数の第1送信コイルは同一の平面上に配置され、第2送信コイルは複数の第1送信コイルが配置される平面と相異なる平面上に配置され、第2送信コイルは複数の第1送信コイルに対応する領域の中心に配置され、第2送信コイルに対応する領域の面積は複数の第1送信コイルに対応する領域の面積より小さく、制御部は、無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプが第1タイプである場合、複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを介して無線電力受信装置に電力を伝送し、受信コイルのタイプが第2タイプである場合、第2送信コイルを介して無線電力受信装置に電力を伝送する。
前記目的を達成するための、本発明の一実施形態による無線電力システムは、無線電力伝送装置及び無線電力受信装置を含み、無線電力伝送装置は、複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを備える電力伝送部と、制御部とを含み、複数の第1送信コイルは同一の平面上に配置され、第2送信コイルは複数の第1送信コイルが配置される平面と相異なる平面上に配置され、第2送信コイルは複数の第1送信コイルに対応する領域の中心に配置され、第2送信コイルに対応する領域の面積は複数の第1送信コイルに対応する領域の面積より小さく、制御部は、無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプが第1タイプである場合、複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを介して無線電力受信装置に電力を伝送し、受信コイルのタイプが第2タイプである場合、第2送信コイルを介して無線電力受信装置に電力を伝送する。
〔本発明の一の態様〕
本発明は以下の態様を包含するものである。
〔1〕 無線電力伝送装置であって、
複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを備える電力伝送部と、
制御部とを備えてなり、
前記複数の第1送信コイルは、同一の平面上に配置され、
前記第2送信コイルは、前記複数の第1送信コイルが配置される平面と異なる平面上に配置され、
前記第2送信コイルは、前記複数の第1送信コイルに対応する領域の中心に配置され、
前記第2送信コイルに対応する領域の面積は、前記複数の第1送信コイルに対応する領域の面積より小さく、
前記制御部は、
無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプが第1タイプである場合、前記複数の第1送信コイル及び前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送し、
前記受信コイルのタイプが第2タイプである場合、前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送することを特徴とする、無線電力伝送装置。
〔2〕 前記複数の第1送信コイルのそれぞれは、複数のレイヤで積層され、前記複数のレイヤのそれぞれにおいて複数回巻き取られるワイヤ(wire)で構成されることを特徴とする、〔1〕に記載の無線電力伝送装置。
〔3〕 前記ワイヤは、リッツ線であることを特徴とする、〔2〕に記載の無線電力伝送装置。
〔4〕 前記複数の第1送信コイルに対応する領域の半径と前記第1タイプの受信コイルの半径との間の差は、前記第1タイプの受信コイルの半径の6%以内であることを特徴とする、〔3〕に記載の無線電力伝送装置。
〔5〕 前記複数の第1送信コイルのそれぞれに備えられる前記ワイヤは、前記複数のレイヤにおいて計14ないし18回巻き取られることを特徴とする、〔4〕に記載の無線電力伝送装置。
〔6〕 前記複数の第1送信コイルのそれぞれに備えられる前記ワイヤは、前記複数のレイヤにおいて計16回巻き取られ、4つのレイヤのそれぞれにおいて4回巻き取られることを特徴とする、〔5〕に記載の無線電力伝送装置。
〔7〕 前記第2送信コイルは、1つのレイヤにおいて複数回巻き取られるワイヤから構成されることを特徴とする、〔6〕に記載の無線電力伝送装置。
〔8〕 前記第2送信コイルに備えられるワイヤは、前記1つのレイヤにおいて16回巻き取られることを特徴とする、〔7〕に記載の無線電力伝送装置。
〔9〕 前記複数の第1送信コイルの一面に配置される遮蔽材を更に備え、
前記遮蔽材は、前記複数の第1送信コイルのそれぞれの内周により囲まれるように形成される複数の突出面を備えることを特徴とする、〔8〕に記載の無線電力伝送装置。
〔10〕 前記無線電力受信装置と通信する通信部を更に備え、
前記制御部は、前記通信部を介して受信されるデータに基づいて、前記無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプを確認することを特徴とする、〔1〕に記載の無線電力伝送装置。
〔11〕 前記制御部は、
前記受信コイルのタイプが前記第2タイプである場合、前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送した結果に基づいて、前記複数の第1送信コイルのうち少なくとも1つを介して電力を伝送するか否かを決定することを特徴とする、〔10〕に記載の無線電力伝送装置。
〔12〕 前記制御部は、
前記受信コイルに印加される電圧が目標電圧に到達する前に、前記第2送信コイルに印加される電圧が既に設定された基準電圧に到達する場合、前記第2送信コイルと、前記複数の第1送信コイルのうち少なくとも1つを介して電力を伝送すると決定することを特徴とする、〔11〕に記載の無線電力伝送装置。
〔13〕 前記制御部は、
前記複数の第1送信コイルのうち少なくとも1つを介して、前記無線電力受信装置に信号を伝送し、
前記通信部を介して、前記無線電力受信装置から前記信号に対する応答信号を受信し、
前記応答信号に基づいて、前記複数の第1送信コイルのうち電力伝送に使用される少なくとも1つの第1送信コイルを決定することを特徴とする、〔12〕に記載の無線電力伝送装置。
〔14〕 前記制御部は、
前記応答信号に含まれた、前記信号の信号強度(signal strength)に関するデータに基づいて、前記複数の第1送信コイルのうち電力伝送に使用される少なくとも1つの第1送信コイルを決定することを特徴とする、〔13〕に記載の無線電力伝送装置。
〔15〕 磁場を感知する複数の磁気センサを備えるセンシング部を更に備え、
前記制御部は、
前記複数の第1送信コイルの少なくとも1つを介して、前記無線電力受信装置に信号を伝送し、
前記複数の磁気センサにより感知されるセンシング値に基づいて、前記複数の第1送信コイルのうち電力伝送に使用される少なくとも1つの第1送信コイルを決定することを特徴とする、〔12〕に記載の無線電力伝送装置。
〔16〕 無線電力システムであって、
無線電力伝送装置と、及び無線電力受信装置とを備えてなり、
前記無線電力伝送装置は、
複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを備える電力伝送部と、
制御部とを備え、
前記複数の第1送信コイルは、同一の平面上に配置され、
前記第2送信コイルは、前記複数の第1送信コイルが配置される平面と異なる平面上に配置され、
前記第2送信コイルは、前記複数の第1送信コイルに対応する領域の中心に配置され、
前記第2送信コイルに対応する領域の面積は、前記複数の第1送信コイルに対応する領域の面積より小さく、
前記制御部は、
前記無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプが第1タイプである場合、前記複数の第1送信コイル及び前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送し、
前記受信コイルのタイプが第2タイプである場合、前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送することを特徴とする、無線電力システム。
〔17〕 前記複数の第1送信コイルのそれぞれは、複数のレイヤで積層され、前記複数のレイヤのそれぞれにおいて複数回巻き取られるワイヤ(wire)で構成されることを特徴とする、〔16〕に記載の無線電力システム。
〔18〕 前記複数の第1送信コイルに対応する領域の半径と前記第1タイプの受信コイルの直径間の差は、前記第1タイプの受信コイルの半径の6%以内であることを特徴とする、〔17〕に記載の無線電力システム。
〔19〕 前記複数の第1送信コイルのそれぞれに備えられる前記ワイヤは、前記複数のレイヤにおいて計16回巻き取られ、4つのレイヤのそれぞれにおいて4回巻き取られることを特徴とする、〔18〕に記載の無線電力システム。
〔20〕 前記第2送信コイルは、1つのレイヤにおいて複数回巻き取られるワイヤで構成されることを特徴とする、〔19〕に記載の無線電力システム。
本発明の様々な実施形態によれば、無線電力伝送装置が中電力伝送のための複数の第1送信コイルと低電力伝送のための第2送信コイルをそれぞれ備えることにより、無線電力受信装置の電力クラスに応じて多様に電力を伝送することができる。
また、本発明の様々な実施形態によれば、複数の第1送信コイルが同一平面上において互いに重ならないように配置されることにより、装置の厚さを減少させることができ、組立性及び量産性を向上させることができる。
また、本発明の様々な実施形態によれば、単一コイルではなく、複数の第1送信コイルに関連したデータ値を使用するので、充電領域における無線電力受信装置の位置をより正確に判断することができる。
また、本発明の様々な実施形態によれば、第2送信コイルと無線電力受信装置との間の整列状態に応じて、第2送信コイルを介する所定基準を満足する電力伝送が困難である場合でも、第2送信コイルと無線電力受信装置の位置に対応する少なくとも1つの第1送信コイルを介して電力を伝送することにより、所定基準を満足する電力を無線電力受信装置に伝送することができる。
本発明の一実施形態による無線電力システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線電力伝送装置の内部ブロック図である。 本発明の一実施形態による無線電力受信装置の内部ブロック図である。 本発明の一実施形態による無線電力伝送装置の無線電力伝送方法に関するフローチャートである。 本発明の様々な実施形態による複数の第1送信コイルの積層構造に関する説明に参照される図である。 本発明の様々な実施形態による複数の第1送信コイルの半径及び巻線回数に関する説明に参照される図である。 本発明の様々な実施形態による複数の第1送信コイルの構造に関する説明に参照される図である。 本発明の様々な実施形態による第2送信コイルの構造に関する説明に参照される図である。 本発明の様々な実施形態による複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを備える電力伝送部の構造に関する説明に参照される図である。 本発明の一実施形態による無線電力伝送装置の動作方法に関するフローチャートである。 本発明の様々な実施形態による無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプに関する説明に参照される図である。 本発明の一実施形態による無線電力伝送装置の動作方法に関するフローチャートである。 本発明の様々な実施形態による、低電力伝送時、無線電力伝送装置と無線電力受信装置との間の整列状態に関する説明に参照される図である。 本発明の様々な実施形態による、低電力伝送時、無線電力受信装置の位置に対応する第1送信コイルに関する説明に参照される図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明を明確かつ詳細に説明するために、説明と関係のない部分の図示を省略し、明細書全体において、同一又は類似の参照番号は同一の要素を示す。
本明細書の構成要素の接尾辞「モジュール」及び「ユニット」は説明の便宜のために使用されるので、互換可能に使用されることができ、区別可能な意味又は機能を有するものではない。従って、「モジュール」及び「ユニット」は互換可能に使用されてもよい。
「含む」又は「構成する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素又はこれらの組み合わせが存在することを指定するものであって、1つ又はそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素又はこれらの組み合わせの存在又は付加の可能性を排除しないと理解されるべきである。
本明細書において、「第1」、「第2」、「第3」などの用語は様々な構成要素を説明するために使用されるものであり、これらの構成要素はこれらの用語により限定されないと理解できるであろう。これらの用語は、ある構成要素を他の構成要素と区別するために使用されるものに過ぎない。
図1は、本発明の一実施形態による無線電力システムを示すブロック図である。
図1に示すように、無線電力システム10は、無線で電力を伝送する無線電力伝送装置100及び伝送された電力を受信する無線電力受信装置200を含む。
無線電力伝送装置100は、コイル181に流れる電流による磁場の変化に応じて無線電力受信装置200に備えられたコイル281に電流が誘導される磁気誘導現象を利用して、無線電力受信装置200に無線で電力を伝達する。
ここで、無線電力伝送装置100及び無線電力受信装置200は、WPC(Wireless Power Consortium)又はPMA(Power Matters Alliance)において定義された電磁誘導方式の無線充電方式を用いてもよい。
または、無線電力伝送装置100及び無線電力受信装置200は、A4WP(Alliance for Wireless Power)において定義された磁気共鳴方式の無線充電方式を用いてもよい。
以下、無線電力伝送装置100に備えられたコイル181と、無線電力受信装置200に備えられたコイル281の区分のために、無線電力伝送装置100に備えられたコイル181を送信コイルといい、無線電力受信装置200に備えられたコイル281を受信コイルという。
一方、無線電力伝送装置100は、相異なる種類の送信コイル181を備えてもよい。例えば、無線電力伝送装置100は、中電力伝送のための第1送信コイルと、低電力伝送のための第2送信コイルとをそれぞれ備えてもよい。
ここで、低電力は5W内外の電力を意味し、中電力は数十W以上の電力を意味する。
一実施形態により、1つの無線電力伝送装置100は、複数の無線電力受信装置200に電力を伝送する。このとき、無線電力伝送装置100は、時分割方式により複数の無線電力受信装置200に電力を伝送するが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の無線電力受信装置200のそれぞれに割り当てられた相異なる周波数帯域を利用して複数の無線電力受信装置200に電力を伝送してもよい。
一方、1つの無線電力伝送装置100から電力を受信できる無線電力受信装置200の個数は、複数の無線電力受信装置200のそれぞれの要求電力量、無線電力伝送装置100の可用電力量などを考慮して適応的に決定される。
他の実施形態によれば、複数の無線電力伝送装置100が、少なくとも1つの無線電力受信装置200に電力を伝送する。この場合、少なくとも1つの無線電力受信装置200は、複数の無線電力伝送装置100と同時に接続でき、接続された無線電力伝送装置100から同時に電力を受信することができる。
一方、無線電力伝送装置100の個数は、少なくとも1つの無線電力受信装置200のそれぞれの要求電力量、無線電力伝送装置100の可用電力量などを考慮して適応的に決定される。
無線電力受信装置200は、無線電力伝送装置100から伝送された電力を受信することができる。
例えば、無線電力受信装置200は、モバイルフォン(mobile phone)、ノートパソコン(laptop computer)、スマートウォッチ(smart watch)などのウェアラブルデバイス、PDA(Personal Digital Assistants)、PMP(Portable Multimedia Player)、ナビゲーション、MP3プレーヤ、電動歯ブラシ、照明装置、リモコンなどの電子機器であり得るが、本発明はこれに限定されず、 搾汁機(citrus press)、ハンドミキサー(hand blender)、粉砕機(blender)、ジュース機(juicer)、スマートパン(smart pan)、電気ポット(kettle)、炊飯器(rice cooker)などの家電機器(home appliance)でもあり得る。
無線電力伝送装置100及び無線電力受信装置200は、相互間で通信できる。実施形態により、無線電力伝送装置100及び無線電力受信装置200は、単方向通信又は半二重通信をすることも可能である。
ここで、通信方式は、無線電力伝送に使用される動作周波数と同一の周波数帯域を使用するインバンド(in-band)通信方式及び/又は無線電力伝送に使用される動作周波数と相異なる周波数帯域を使用するアウトオブバンド(out-of-band)通信方式であり得る。
一方、無線電力伝送装置100と無線電力受信装置200が相互間で送受信するデータは、装置の状態に関するデータ、電力使用量に関するデータ、バッテリ充電に関するデータ、バッテリの出力電圧及び/又は出力電流に関するデータ、制御命令に関連したデータなどを含む。
図2は、本発明の一実施形態による無線電力伝送装置の内部ブロック図である。
図2に示すように、無線電力伝送装置100は、無線電力伝送装置100に備えられた各構成を制御する制御部160、直流電源を交流電源に変換する無線電力駆動部170及び変換された交流電源を用いて無線で電力を伝送する電力伝送部180を備える。
また、無線電力伝送装置100は、商用交流電源405を直流電源に変換するコンバータ110、無線電力伝送装置100の駆動のための制御プログラムなどを格納するメモリ120、電力伝送部180に備えられた構成に入力される電流及び/又は電圧を感知するセンシング部130、及び/又は所定の通信方式に従って無線電力受信装置200と通信する第1及び第2通信部140、150をさらに含む。
コンバータ110は、入力された交流電源を直流電源に整流して出力する。ここで、交流電源は、単相交流電源又は三相交流電源であり得る。例えば、無線電力伝送装置100に備えられた各構成はコンバータ110から出力された直流電源により動作する。
図面においては、商用交流電源405を単相交流電源と示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、三相交流電源であってもよい。一方、商用交流電源405の種類に応じてコンバータ110の内部構造が変わることもある。
コンバータ110はブリッジダイオードを備える。例えば、それぞれ互いに直列接続される上アームダイオード素子及び下アームダイオード素子が一対となり、計二対又は三対の上、下アームダイオード素子が互いに並列に連結される。一方、コンバータ110は、複数のスイッチング素子をさらに含んでもよい。
メモリ120は、制御部160の処理又は制御のためのプログラムなど、無線電力伝送装置100の全般の動作のための様々なデータを格納する。
一方、メモリ120に格納された様々なデータは、工場校正(factory calibration)されたデータ値を含んでもよい。
センシング部130は、電力伝送部180に入力される電流、電圧、各コイルの温度などを感知する。
センシング部130は、少なくとも1つのセンサ(図示せず)を含んでもよい。
例えば、センシング部130は、周辺の磁場を感知する磁気センサ(図示せず)を含む。磁気センサは、ホール効果(hall effect)を用いたホールセンサであり得る。センシング部130は、磁気センサを複数備えてもよい。
本発明においては、磁気センサがホールセンサであることを例示として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁気抵抗素子(magnetoresistor)、増幅機能などを内蔵した磁気センサを含む磁気トランジスタなどの回路素子であってもよく、複数の方向の磁場を感知する多軸磁気センサであってもよい。
例えば、センシング部130は、圧電センサ、近接センサ、照度センサなどの多様なセンサを含んでもよい。
センシング部130に備えられる少なくとも1つのセンサは、充電領域の外部に配置されてもよい。ここで、充電領域は、無線電力伝送装置100のハウジング外面のうち電力伝送部180に対応する一領域を意味し、無線電力受信装置200は充電領域に接するか、所定距離以内に位置することにより電力を受信する。例えば、少なくとも1つのセンサは、電力伝送部180に備えられる遮蔽材(図示せず)の外部に配置されてもよい。
センシング部130が複数のセンサを備える場合、複数のセンサは充電領域を基準に互いに対称をなすように配置されてもよい。
第1及び第2通信部140、150は、無線電力受信装置200と通信する。
第1通信部140は、第1通信方式で通信を行う。第1通信部140は、装置の状態に関するデータ、電力使用量に関するデータなどを含む信号を無線電力受信装置200に伝送し、無線電力受信装置200から装置の状態に関するデータ、電力使用量に関するデータ、バッテリ充電に関するデータなどを含む信号を受信する。
第2通信部150は、無線電力受信装置200と第1通信方式とは異なる第2通信方式で通信を行う。第2通信部150は、装置の状態に関するデータ、電力使用量に関するデータなどを含む信号を無線電力受信装置200に伝送し、無線電力受信装置200から装置の状態に関するデータ、電力使用量に関するデータ、バッテリ充電に関するデータなどを含む信号を受信する。
第1及び第2通信部140、150は、無線電力伝送装置100から送出される信号及び無線電力受信装置200から受信される信号を変復調(modulation/demodulation)するための変復調部(図示せず)をさらに含んでもよい。
第1及び第2通信部140、150は、無線電力受信装置200から受信される信号をフィルタリングするフィルタ部(図示せず)をさらに含んでもよい。ここで、フィルタ部は、帯域通過フィルタ(Band Pass Filter:BPF)を備えてもよい。
一方、第1通信方式は、インバンド(in-band)通信方式であり得る。例えば、第1通信部140がインバンド(in-band)通信方式で通信する場合、第1通信部140と電力伝送部180は1つの構成として実現され、第1通信部140は送信コイル181を介して、無線電力受信装置200と相互間で通信を行うことができる。
一方、第2通信方式は、アウトオブバンド(out-of-band)通信方式であり得る。例えば、第2通信部150がアウトオブバンド(out-of-band)通信方式で通信する場合、第2通信部150と電力伝送部180は互いに区分された構成としてそれぞれ実現され、第2通信部150は別々の通信モジュールを介して、無線電力受信装置200と相互間で通信を行うことができる。
実施形態により、アウトオブバンド(out-of-band)通信方式において使用される通信モジュールは、ブルートゥース(登録商標)(BlueTooth)、ジグビー(Zigbee)、無線LAN(Wireless LAN)、NFC(Near Field Communication)などの近距離通信方式を使用してもよいが、本発明はこれに限定されない。
一方、無線電力伝送装置100において使用される通信方式は、無線電力受信装置200に関するデータなどに基づいて、第1及び第2通信方式の少なくともいずれかに変更されてもよい。
制御部160は、無線電力伝送装置100に備えられた各構成と接続できる。
制御部160は、無線電力伝送装置100に備えられた各構成と相互間で信号を送受信し、各構成の全般的な動作を制御する。
制御部160は、パルス幅変調方式(pulse width modulation:PWM)の信号を発生するPWM発生部160a及びPWM信号に基づいて駆動信号Sicを生成して無線電力駆動部170に出力するドライバ160bを備える。
無線電力駆動部170は、直流電源を交流電源に変換するための少なくとも1つのスイッチング素子(図示せず)を備える。例えば、スイッチング素子がIGBT(insulated gate bipolar transistor)である場合、ドライバ160bから出力された駆動信号Sicがスイッチング素子のゲート端子に入力される。
一方、無線電力駆動部170に備えられたスイッチング素子は、駆動信号Sicに応じて、スイッチング動作を行い、スイッチング素子のスイッチング動作により直流電源が交流電源に変換されて電力伝送部180に出力される。
無線電力駆動部170は、複数のスイッチング素子を備えるインバータ(図示せず)を備える。
電力伝送部180は、相異なる種類の送信コイルを備えてもよい。電力伝送部180は、中電力伝送のための複数の第1送信コイル181と、低電力伝送のための第2送信コイル182を含む。
複数の第1送信コイル181は、互いに隣接して配置されてもよく、同一平面上に配置されてもよい。ここで、複数の第1送信コイル181は、互いに重ならないように配置されてもよい。
第2送信コイル182は、複数の第1送信コイル181が配置される平面と異なる平面上に配置されてもよい。例えば、第2送信コイル182は、複数の第1送信コイル181の上段に配置されてもよい。
第2送信コイル182は、複数の第1送信コイル181に対応する領域の中心に配置されてもよい。
第2送信コイル182に対応する領域の面積は、複数の第1送信コイル181に対応する領域の面積よりも小さい。例えば、第2送信コイル182に対応する領域の直径は、複数の第1送信コイル181に対応する領域の直径より小さい。
複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182に対応する領域の直径は、受信コイル281の直径に対応する。
例えば、複数の第1送信コイル181に対応する領域の直径は、中電力受信のための受信コイルの直径に対応する。
例えば、第2送信コイル182に対応する領域の直径は、低電力受信のための受信コイルの直径に対応する。
複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182は、複数回巻き取られるワイヤで構成される。ここで、ワイヤは、絶縁された多数の導線が一定に撚り合わせられて構成されたリッツ線(litz wire)であり得る。
例えば、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を構成するワイヤは、直径が0.08mmであるエナメル銅線を105本含むリッツ線であり得る。
ここで、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤは、例えば、複数のレイヤで積層され、複数のレイヤのそれぞれにおいて複数回巻き取られてもよい。複数の第1送信コイル181は、それぞれ1つのワイヤで構成されてもよい。
一方、第2送信コイル182を構成するワイヤは、例えば、1つのレイヤにおいて複数回巻き取られてもよい。
複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182は、円形(round)、扇形(circular sector)の形状や、三角形(triangular)、四角形(rectangular)などの多角形状で構成されてもよいが、これに限定されるものではない。
一方、複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182は、無線電力受信装置200に備えられた受信コイル281と離隔されているため、漏れインダクタンスが高く、結合係数(coupling factor)が低いので、伝送効率が低い。
このような問題点を解決するために、本発明の様々な実施形態による無線電力伝送装置100に備えられた電力伝送部180は、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182に接続されるキャパシタ素子(図示せず)をさらに含んでもよい。
例えば、複数のキャパシタ素子が複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のそれぞれに直列接続され、実施形態によって、複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のそれぞれに複数のキャパシタ素子が並列接続されて共振回路を形成することもできる。
電力伝送部180は、電力伝送の共振周波数を決定する。
共振周波数は、以下の数式1により決定される。
f=1/2π√LC 〔数式1〕
共振周波数(f)は、複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のそれぞれのインダクタンス(L)とキャパシタンス(C)により決定される。例えば、インダクタンス(L)は複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル181のそれぞれの巻線数などに応じて決定され、キャパシタンス(C)は複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のそれぞれの面積などに応じて決定される。
電力伝送部180は、複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のそれぞれにキャパシタ素子が接続されるように構成して、電力伝送の共振周波数を決定する。
電力伝送部180は、複数の第1送信コイル181の一側に配置されて漏洩する磁場を遮蔽する遮蔽材(図示せず)をさらに含んでもよい。
遮蔽材は、コバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、ホウ素(B)、ケイ素(Si)などからなる群から選択される1種又は2種以上の元素の組み合わせからなるフェライトを含んでもよい。遮蔽材は、複数の送信コイル181の一側に配置されて漏洩する磁場を遮蔽し、磁場の方向性を極大化する。
遮蔽材は、減磁しやすく、ヒステリシス損失(hysteresis loss)が少ない軟磁性体(soft magnetic material)で構成されてもよい。
遮蔽材は、漏洩磁場が低減され、磁場の方向性が極大化できるように、複数の第1送信コイル181が配置された面積より大きい。
遮蔽材は、複数の突出面(図示せず)を含んでもよい。例えば、複数の突出面は、複数の第1送信コイル181のそれぞれの内周により囲まれるように形成されてもよい。
ここで、複数の第1送信コイル181のそれぞれの内周により囲まれるように形成される複数の突出面により、受信コイル281に向かわずに漏れる磁束(magnetic flux)は減少し、受信コイル281に向かう磁束が増加するようになり、結果として電力伝送の性能が向上する。
制御部160は、複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のそれぞれの共振周波数を算出する。
制御部160は、複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のいずれか1つに電流が流れるように制御して、電流が流れる送信コイルの共振周波数を算出する。
制御部160は、電力伝送部180に備えられた複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のうち少なくとも1つを介して信号を送受信する。
制御部160は、複数の第1送信コイル181及び第2送信コイル182のうちの少なくとも1つを介して、充電領域に位置する物体(object)の存在を判断するための物体感知信号が出力されるように無線電力伝送装置100に備えられた各構成を制御する。ここで、充電領域は、無線電力伝送装置100のハウジング外面のうち電力伝送部180に対応する一領域を意味し、無線電力受信装置200は充電領域に接するか、所定距離以内に位置することにより電力を受信することができる。
例えば、中電力充電領域は、複数の第1送信コイル181に対応する領域であり得る。
例えば、低電力充電領域は、第2送信コイル182に対応する領域であり得る。
物体感知信号は、非常に短いパルスのアナログピング(analog ping:AP)信号であり得る。
制御部160は、物体感知信号の出力によって複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182に流れる電流の変化量に基づいて、充電領域に物体が存在するか否かを判断する。
制御部160は、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を介して、無線電力受信装置200を活性化(awake)させるための受信装置感知信号が出力されるように無線電力伝送装置100に備えられた各構成を制御する。受信装置感知信号は、デジタルピング(digital ping:DP)信号であり得る。
デジタルピング(DP)信号は、無線電力受信装置200との通信設定を試みるために、アナログピング(AP)信号に比べてデューティーが大きく設定されてもよい。
一方、制御部160は、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を介して、無線電力受信装置200から出力される、受信装置感知信号に対する応答信号を受信する。例えば、無線電力受信装置200は、デジタルピング(DP)信号を変調(modulate)し、変調されたデジタルピング(DP)信号を応答信号として無線電力伝送装置100に伝送する。
制御部160は、受信装置感知信号に対する応答信号に基づいて、充電領域に位置する物体が無線電力受信装置200であるか否かを判断する。例えば、制御部160は、応答信号として受信された、変調されたデジタルピング(DP)信号を復調(demodulate)してデジタル形態のデータを取得し、取得したデータに基づいて、充電領域に位置する物体が無線電力受信装置200であるか否かを判断する。
制御部160は、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182の品質係数(quality factor:Q)を算出する。
例えば、制御部160は、センシング部130を介して、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182に印加される電圧に基づいて、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182の品質係数を算出する。
具体的には、動作周波数(又は可用周波数)帯域内において、低い周波数から高い周波数に周波数スイープ(frequency sweep)される場合、コイル及びキャパシタに印加される電圧(V1)は、周波数スイープにもかかわらず変わらないことが一般的であるが、充電領域に物体が存在する時点で多少減少する可能性がある。一方、コイル両端に印加される電圧(V2)は、周波数スイープに応じて、次第に上昇してから下降することに変更される可能性がある。
制御部160は、以下の数式2によって複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182の品質係数を算出する。
Q=V2/V1 〔数式2〕
制御部160は、第1及び第2通信部140、150のうちの少なくとも1つを介して、無線電力受信装置200と通信する。
例えば、制御部160は、第1通信部140がインバンド(in-band)通信方式で通信する場合、第2送信コイル182を介して、無線電力受信装置200と相互間でデータが含まれた信号を送受信する。
例えば、制御部160は、第2通信部150がアウトオブバンド(out-of-band)通信方式で通信する場合、別途の通信モジュールを介して、無線電力受信装置200と相互間でデータが含まれた信号を送受信する。
制御部160は、無線電力伝送装置100に備えられた各構成を制御して、電力伝送部180を介して無線電力受信装置200に電力を伝送する。
一方、本発明においては、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を介する信号伝送と、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を介する電力伝送を混用して説明する。例えば、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を介して受信装置感知信号が出力される場合、無線電力受信装置200を活性化させる電力が無線電力受信装置200に伝送されると理解できる。
制御部160は、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182のうちの少なくともいずれか1つを介して、無線電力受信装置200に信号を伝送し、無線電力受信装置200から信号に対する応答信号を受信する。
制御部160は、第1及び第2通信部140、150のうちの少なくとも1つを介して受信されるデータに基づいて、受信コイル281のタイプ(type)を確認することができる。ここで、受信コイル281のタイプは、例えば、中電力充電方式である第1タイプと、低電力充電方式である第2タイプとを含む。
例えば、制御部160は、第1通信部140を介して無線電力受信装置200から受信された無線電力受信装置200の電力クラス(pawer class)に関するデータに基づいて、受信コイル281のタイプを確認することができる。
ここで、電力クラスは、例えば、無線電力受信装置200の受信電力を示す。例えば、制御部160は、無線電力受信装置200から受信された電力クラスに関するデータに基づいて、無線電力受信装置200の充電方式を確認することができる。ここで、制御部160は、無線電力受信装置200の充電方式に対応して、受信コイル281のタイプを確認することができる。
例えば、制御部160は、無線電力受信装置200が中電力充電方式を使用する場合、受信コイル281のタイプが第1タイプであると確認し、無線電力受信装置200が低電力充電方式を使用する場合、受信コイル281のタイプが第2タイプであると確認することができる。
制御部160は、受信コイル281のタイプに応じて、複数の第1送信コイル181と第2送信コイル182の少なくともいずれか1つを、電力伝送のためのコイルと決定する。
例えば、制御部160は、受信コイル281のタイプが第1タイプである場合、複数の第1送信コイル181を電力伝送のためのコイルと決定する。一方、制御部160は、受信コイル281のタイプが第1タイプである場合、複数の第1送信コイル181と第2送信コイル182の両方ともを電力伝送のためのコイルと決定することもできる。
例えば、制御部160は、受信コイル281のタイプが第2タイプである場合、第2送信コイル182を電力伝送のためのコイルと決定する。
制御部160は、例えば、無線電力受信装置200から受信されたデータに基づいて、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を介して電力を伝送した結果を確認することができる。
例えば、制御部160は、受信コイル281のタイプが第2タイプである場合、第2送信コイル182を介して電力を伝送することができる。このとき、制御部160は、第1及び第2通信部140、150の少なくとも1つを介して無線電力受信装置200が受信した受信電力に関するデータを受信し、受信電力に関するデータに基づいて第2送信コイル182を介して電力を伝送した結果を確認することができる。
このとき、受信電力に関するデータは、例えば、無線電力受信装置200が受信した電力、受信コイル281に印加された電圧などに関するデータを含んでもよく、送信電力の増加を要求するデータを含んでもよい。
例えば、無線電力受信装置200は、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)の未満である場合、送信電力の増加を要求するデータを含む信号を無線電力伝送装置100に伝送する。
制御部160は、受信電力に関するデータに基づいて、第2送信コイル182を介して電力を伝送した結果として、受信コイル281に印加された電圧が所定目標電圧の未満であるか否かを確認することができる。
制御部160は、受信コイル281に印加された電圧が所定目標電圧(例えば、12V)の未満である場合、第2送信コイル182に印加される電圧の電圧値が増加するように無線電力駆動部170を制御する。
このとき、受信コイル281に印加された電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達する前に、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達する場合、制御部160は、第2送信コイル182を介して所定基準を満足する電力の伝送が困難であると判断する。
一方、受信コイル281に印加された電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達する前に、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達する場合、制御部160は、受信コイル281が第2送信コイル182に対応する領域の中心から所定距離以上離隔して位置すると判断する。
例えば、制御部160は、第2送信コイル182を介して所定基準を満足する電力伝送が困難であると判断される場合、第2送信コイル182と複数の第1送信コイル181の少なくとも1つを電力伝送のためのコイルとして決定する。
このとき、制御部160は、充電領域における無線電力受信装置200の位置に基づいて、複数の第1送信コイル181のうち少なくとも1つを選択する。
制御部160は、充電領域における無線電力受信装置200の位置を決定する。
制御部160は、充電領域における無線電力受信装置200の位置に対応する移動方向を決定する。
制御部160は、複数の第1送信コイル181を介して、充電領域における無線電力受信装置200の位置を決定する。
制御部160は、複数の第1送信コイル181のいずれか1つを介して無線電力受信装置200に信号を伝送する動作を複数の送信コイル181のそれぞれに対して順次行い、複数の送信コイル181のそれぞれを介して伝送された信号に対する応答信号を受信する。
例えば、制御部160は、複数の第1送信コイル181のいずれか1つを介して無線電力受信装置200に信号を伝送し、伝送された信号に対する応答信号を受信する。このとき、制御部160は、伝送された信号に対する応答信号が受信された場合、複数の送信コイル181のうちの他の1つを介して無線電力受信装置200に信号を伝送する。
例えば、制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれを介して無線電力受信装置200に信号を伝送し、複数の第1送信コイル181のそれぞれを介して伝送された信号の信号強度(signal strength)に関するデータを含む応答信号を受信する。
一方、制御部160は、無線電力受信装置200から受信された応答信号に含まれたデータに基づいて、充電領域における無線電力受信装置200の位置を決定する。
例えば、制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれを介して伝送された信号の信号強度のうち、信号強度が最も大きい第1送信コイル181に対応する領域に無線電力受信装置200が位置すると判断することができる。
例えば、制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれを介して伝送された信号の信号強度に基づいて、複数の送信コイル181のそれぞれに対するベクトルを算出する。
制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれに対応する方向をベクトルの方向と決定する。このとき、複数の第1送信コイル181のそれぞれに対するベクトル間の角度差は、電力伝送部180に備えられた第1送信コイル181の個数に応じて決定される。例えば、電力伝送部180が3つの第1送信コイル181を備える場合、互いに隣接するベクトル間の角度差は120℃であり、4つの第1送信コイル181を備える場合、互いに隣接するベクトル間の角度差は90℃であり得る。
一方、制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれを介して伝送された信号に対する応答信号に含まれたデータに基づいて、ベクトルの大きさを決定する。例えば、制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれを介して伝送された信号に応じた、無線電力受信装置200が受信した信号の信号強度を、複数の送信コイル181のそれぞれに対するベクトルの大きさと決定する。
一方、制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれに対するベクトルの和であるベクトル和に基づいて、充電領域における無線電力受信装置200の位置を決定する。
例えば、制御部160は、ベクトル和の方向を、無線電力受信装置200が充電領域の中心部から離隔された方向と判断することができる。
例えば、制御部160は、ベクトル和の大きさを、無線電力受信装置200が充電領域の中心部から離隔された程度により判断することができる。
例えば、制御部160は、ベクトル和の方向の反対方向を、無線電力受信装置200の位置に対応する移動方向と決定することができる。
一方、制御部160は、無線電力受信装置の位置に応じて、複数の第1送信コイル181のうち、無線電力受信装置の位置に対応する少なくとも1つの第1送信コイル181を決定することができる。
例えば、制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれを介して伝送された信号の信号強度のうち、信号強度が最も大きい第1送信コイル181を、無線電力受信装置の位置に対応する第1送信コイル181と決定する。このとき、上位2つの信号強度間の差が所定基準以内である場合、上位2つの信号強度に対応する2つの第1送信コイル181を、無線電力受信装置の位置に対応する第1送信コイル181と決定する。
例えば、制御部160は、複数の第1送信コイル181のそれぞれに対するベクトルのベクトル和の方向に対応する第1送信コイル181を、無線電力受信装置の位置に対応する第1送信コイル181と決定する。
一方、制御部160は、センシング部130に備えられたセンサにより検知されるセンシング値に基づいて、充電領域における無線電力受信装置200の位置を決定することもできる。
例えば、制御部160は、複数の磁気センサにより感知されるセンシング値に基づいて、無線電力受信装置200の位置を判断する。
このとき、制御部160は、複数の磁気センサにより感知されるセンシング値の最大値のうち最も大きいセンシング値が感知される磁気センサを確認し、確認された磁気センサに対応する第1送信コイル181を、無線電力受信装置の位置に対応する第1送信コイル181と決定することができる。
一方、制御部160は、複数の磁気センサにより感知されるセンシング値の最大値に基づいて無線電力受信装置200の位置を判断する。これにより、第1送信コイル181の周辺の磁場が時間に従って周期的に変化する場合でも、無線電力受信装置200の位置を正確に判断することができる。
例えば、制御部160は、複数の圧電センサにより感知されるセンシング値に基づいて、無線電力受信装置200の位置を判断する。
このとき、制御部160は、複数の圧電センサにより感知されるセンシング値のうち最も大きいセンシング値が感知される圧電センサを確認し、確認された圧電センサに対応する第1送信コイル181を、無線電力受信装置の位置に対応する第1送信コイル181と決定することができる。
一方、例えば、制御部160は、複数の近接センサ、複数の照度センサなどにより検知されるセンシング値に基づいて、無線電力受信装置200の位置を判断することもできる。
無線電力伝送装置100は、出力部(図示せず)をさらに含んでもよい。出力部は、ディスプレイ、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)などの表示装置及び/又はスピーカ、ブザーなどのオーディオ装置を備える。
制御部160は、出力部を介して、無線電力受信装置200の位置に対するメッセージを出力する。
制御部160は、出力部を介して、無線電力受信装置200の位置に対応する移動方向に関するメッセージを出力する。
例えば、制御部160は、出力部に備えられた表示装置により、無線電力受信装置200の位置に対応する移動方向に対するメッセージを出力することができる。
例えば、制御部160は、出力部に備えられたオーディオ装置により、無線電力受信装置200の位置に対応する移動方向に対するメッセージを出力することができる。
制御部160は、第1及び第2通信部140、150のうちの少なくともいずれか1つにより、無線電力受信装置200の位置に対応する移動方向に関するデータを含む信号を、無線電力受信装置200に伝送する。
一方、無線電力伝送装置100は、電力伝送部180の位置を決定する位置決定部(図示せず)をさらに含んでもよい。位置決定部は、例えば、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を移動及び/又は回転させる駆動部(図示せず)を備える。
制御部160は、充電領域における無線電力受信装置200の位置に基づいて、位置決定部の動作を制御する。
一方、制御部160は、センシング部130により感知された値に基づいて、電力伝送を中断することもできる。
図3は、本発明の一実施形態による無線電力受信装置の内部ブロック図である。
図3に示すように、無線電力受信装置200は、無線電力伝送装置100から電力を無線で受信する電力受信部280、受信された電力を整流する整流部210、整流された電力を安定化するスイッチングレギュレータ220及び/又はスイッチングレギュレータ220を制御して負荷に動作電源を出力するスイッチングレギュレータ制御部230を含む。
また、無線電力受信装置200は、無線電力伝送装置100と通信するための第1通信部240及び第2通信部250をさらに含んでもよい。このとき、第1通信部240は、無線電力伝送装置100に含まれた第1通信部140と同一又は類似の構成であり得る。また、第2通信部250は、無線電力伝送装置100に含まれた第2通信部150と同一又は類似の構成であり得る。
例えば、無線電力受信装置200は、第1通信部240により、インバンド(in-band)通信方式で無線電力伝送装置100と通信を行う。
例えば、無線電力受信装置200は、第2通信部250により、アウトオブバンド(out-of-band)通信方式で無線電力伝送装置100と通信を行う。
電力受信部280は、電力伝送部180から伝送された電力を受信することができる。このために、電力受信部280は、少なくとも1つの受信コイル281を備える。
受信コイル281には、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182で発生された磁場により、誘導起電力が発生し得る。誘導起電力による電力は、整流部210及びスイッチングレギュレータ220を介して、負荷に供給される。例えば、負荷がバッテリである場合、誘導起電力による電力は、バッテリを充電するために利用される。本発明においては、整流部210及びスイッチングレギュレータ220を介して電力が供給される負荷がバッテリであると説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
受信コイル281は、プリント回路基板(PCB)に薄膜形態の導電性パターンで形成されてもよい。受信コイル281は、閉ループ(closed loop)形状で、パッド(図示せず)に印刷される。受信コイル281の極性は、同一方向に極性を有するように巻き回される形状であり得る。
一方、受信コイル281は、複数回巻き取られるワイヤで構成される。例えば、受信コイル281を構成するワイヤは、リッツ線であり得る。
一方、受信コイル281は、互いに並んで配置される複数のワイヤが、1つのレイヤにおいて複数回巻き取られて形成されてもよい。例えば、互いに並んで配置される3つのワイヤの一端及び他端がそれぞれ電気的に接続され、3つのワイヤが並んで複数回巻き取られてもよい。言い換えれば、受信コイル281が複数のワイヤが並んで巻き取られる形状で構成される場合、複数のワイヤは互いに並列接続される。
一方、受信コイル281を構成するワイヤは、複数の第1送信コイル181及び/又は第2送信コイル182を構成するワイヤより厚みが小さくてもよい。例えば、受信コイル281を構成するワイヤは、直径が0.05mmであるエナメル銅線を65本含むリッツ線であり得る。
一方、無線電力受信装置200は、受信コイル281に印加される電圧を検出する電圧検出部(図示せず)及び/又は受信コイル281に流れる電流を検出する電流検出部(図示せず)を含む。
例えば、無線電力受信装置200は、受信コイル281を介して電力が受信される場合、受信コイル281に印加される電圧及び/又は受信コイル281に流れる電流を検出することができる。
このとき、無線電力受信装置200は、第1及び第2通信部240、250のいずれか1つにより、受信コイル281に印加される電圧、受信コイル281に流れる電流、受信コイル281を介して受信された電力などに関するデータを含む信号を出力する。
例えば、無線電力受信装置200は、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)の未満である場合、第1及び第2通信部240、250のいずれか1つにより、送信電力の増加を要求するデータを含む信号を無線電力伝送装置100に伝送する。
一方、無線電力受信装置200は、 無線電力受信装置200に備えられた電力受信部280と共振回路を形成するための少なくとも1つのキャパシタ(図示せず)をさらに含んでもよい。このとき、キャパシタは、受信コイル281に直列又は並列接続される。
一方、無線電力受信装置200は、受信コイル281の一方に配置されて漏洩する磁場を遮蔽する遮蔽材(図示せず)をさらに含んでもよい。例えば、無線電力受信装置200は、無線電力伝送装置100に備えられた遮蔽材と同一/類似の遮蔽材を含んでもよい。
整流部210は、受信コイル281を介して受信される電力を整流する。整流部210は、少なくとも1つのダイオード(図示せず)を含む。
スイッチングレギュレータ220は、スイッチングレギュレータ制御部230の制御によって、整流部210で整流された電力をバッテリに供給する。例えば、スイッチングレギュレータ220は、整流部210で整流された電力をバッテリに供給される充電電源vとして出力する。
スイッチングレギュレータ制御部230は、スイッチングレギュレータ220にレギュレータ制御信号Srcを出力して、充電電源vがバッテリに出力されるように制御する。
一方、スイッチングレギュレータ220は、スイッチングレギュレータ制御部230のレギュレータ制御信号Srcに応じて、DC-DCコンバートを行って出力電圧を調節することができる。スイッチングレギュレータ220は、レギュレータ制御信号Srcに基づいて、所定大きさの電圧を有する充電電源vを出力することができる。
一方、無線電力受信装置200には、別途のプロセッサ(processor)が含まれず、整流された充電電源vがスイッチングレギュレータ220により所定大きさの電圧で出力されるとき、スイッチングレギュレータ制御部230によりスイッチングレギュレータ220が制御される。無線電力受信装置200がプロセッサを備えない場合、ハードウェア構成が単純化され、消費電力が減少する効果がある。
図4は、本発明の一実施形態による無線電力伝送装置の無線電力伝送方法に関するフローチャートである。
図4に示すように、無線電力伝送は選択段階(selection phase、S410)、ピング段階(ping phase、S420)、識別及び構成段階(identification and configuration phase、S430)、ハンドオーバー段階(handover phase、S440)、交渉段階(negotiation phase、S450)、校正段階(calibration phase、S460)、電力伝送段階(power transfer phase、S470)及び再交渉段階(re-negotiation phase、S480)を含む。
まず、選択段階(S410)において、無線電力伝送装置100は、例えば、充電領域内に物体が存在するか否かを判断する。
無線電力伝送装置100は、例えば、充電領域内に物体が存在するか否かを判断するために、送信コイル181を介して物体感知信号(例えば、アナログピング(AP)信号)を出力し、物体感知信号の出力に基づいて、充電領域に物体が存在するか否かを判断することができる。
無線電力伝送装置100は、例えば、充電領域において物体が存在すると判断されるまで、所定周期で物体感知信号を出力することができる。
選択段階(S410)において、無線電力伝送装置100は、例えば、充電領域に異物FOが存在するか否かを判断する。異物FOは、硬貨、鍵などを含む金属性の物体であり得る。
選択段階(S410)において、無線電力伝送装置100は、例えば、充電領域内の物体(object)の配置又は除去を持続的に感知する。
一方、選択段階(S410)において充電領域内に物体が存在すると判断された場合、無線電力伝送装置100はピング段階(S420)を行う。
ピング段階(S420)において、無線電力伝送装置100は、例えば、充電領域に位置する物体が無線電力受信装置200であるか否かを識別し、無線電力受信装置200を活性化(awake)させるための受信装置感知信号(例えば、デジタルピング(DP)信号)を伝送する。
無線電力伝送装置100は、例えば、受信装置感知信号に対する応答信号を受信することができる。例えば、無線電力受信装置200は、デジタルピング(DP)信号を変調(modulate)し、変調されたデジタルピング(DP)信号を応答信号として無線電力伝送装置100に伝送する。
無線電力伝送装置100は、例えば、受信装置感知信号に対する応答信号に基づいて、充電領域に位置する物体が無線電力受信装置200であるか否かを判断する。例えば、無線電力伝送装置100は、応答信号として受信された、変調されたデジタルピング(DP)信号を復調(demodulate)してデジタル形態のデータを取得し、取得したデータに基づいて、充電領域に位置する物体が無線電力受信装置200であるか否かを判断する。
一方、ピング段階(S420)において、充電領域に位置する物体が無線電力受信装置200であると判断された場合、識別及び構成段階(S430)を行う。
一方、ピング段階(S420)において、無線電力伝送装置100は、応答信号を受信できなかった場合、選択段階(S410)に分岐して、選択段階(S410)の各動作を行う。
識別及び構成段階(S430)において、無線電力伝送装置100は、例えば、無線電力受信装置200から受信されるデータに基づいて、電力伝送が効率的に行われるように、備えられた各構成を制御する。
識別及び構成段階(S430)において、無線電力伝送装置100は、例えば、無線電力受信装置200から識別データを受信する。識別データには、例えば、無線電力伝送規約のバージョンに関するデータ、無線電力受信装置200の製造メーカーに関するデータ、装置識別子、拡張装置識別子の有無を示すデータ、認証に関するデータなどが含まれる。
識別及び構成段階(S430)において、無線電力伝送装置100は、例えば、無線電力受信装置200から電力データを受信する。電力データには、例えば、無線電力受信装置200の最大電力に関するデータ、残余電力に関するデータ、電力クラスに関するデータなどが含まれる。
無線電力伝送装置100は、例えば、識別データ及び電力データに基づいて、無線電力受信装置200を識別し、無線電力受信装置200の電力状態を確認することができる。
例えば、無線電力伝送装置100は、無線電力受信装置200から受信された認証に関するデータに基づいて、無線電力受信装置200に対する認証を行う。
一方、識別及び構成段階(S430)において、無線電力伝送装置100は、無線電力受信装置200を識別し、無線電力受信装置200の電力状態を確認した場合、ハンドオーバ段階(S430)を行う。
一方、識別及び構成段階(S430)において、無線電力伝送装置100は、識別データ及び/又は電力データを受信できなかった場合、選択段階(S410)に分岐する。
ハンドオーバ段階(S440)において、無線電力伝送装置100は、例えば、無線電力受信装置200との通信方法を変更するか否かを判断する。
例えば、無線電力伝送装置100は、無線電力受信装置200とインバンド(in-band)通信方法で通信する状態において、識別及び構成段階(S430)で取得した無線電力受信装置200の電力データに基づいて、インバンド(in-band)通信を維持するか、それともアウトオブバンド(out-of-band)通信方法に変更するかを判断する。
一方、無線電力伝送装置100は、例えば、識別及び構成段階(S430)又はハンドオーバ段階(S440)で受信された交渉フィールド(negotiation field)値に基づいて、交渉段階(S450)への進入が必要であるか否かを判断する。
無線電力伝送装置100は、例えば、交渉段階(S450)への進入が必要である場合、交渉段階(S450)で異物検出(foreign object detection:FOD)動作を行う。
無線電力伝送装置100は、例えば、選択段階(S410)及び/又は交渉段階(S450)で判断された充電領域における異物FOの有無に基づいて、校正段階(S460)を行うか否かを決定する。
一方、無線電力伝送装置100は、例えば、交渉段階(S450)への進入が不要である場合、電力伝送段階(S470)を行う。
無線電力伝送装置100は、例えば、選択段階(S410)及び/又は交渉段階(S450)で異物FOが検出されていない場合、校正段階(S460)を経て、電力伝送段階(S470)を行う。
または、無線電力伝送装置100は、例えば、選択段階(S410)及び/又は交渉段階(S450)で異物FOが検出された場合、電力伝送を行わずに、選択段階(S410)に分岐することもできる。
校正段階(S460)において、無線電力伝送装置100は、例えば、無線電力伝送装置100の送信電力と、無線電力受信装置200の受信電力の差に基づいて、電力損失を算出する。
電力伝送段階(S470)において、無線電力伝送装置100は、例えば、無線電力受信装置200に電力を伝送する。
例えば、無線電力伝送装置100は、無線電力受信装置200に対する認証が成功した場合、無線電力受信装置200に電力を伝送する。
電力伝送段階(S470)において、無線電力伝送装置100は、例えば、電力を伝送する途中で、無線電力受信装置200から電力制御に関するデータを受信する場合、受信された電力制御に関連したデータに基づいて、電力の特性を決定することができる。
電力伝送段階(S470)において、無線電力伝送装置100は、例えば、希望しないデータ(unexpected data)を受信するか、既に設定された時間の間、希望するデータ、例えば、電力制御に関連したデータを受信できないか(time out)、既に設定された電力伝送契約に対する違反(power transfer contract violation)が発生するか、充電が完了した場合、選択段階(S410)に分岐する。
また、電力伝送段階(S470)において、無線電力伝送装置100は、例えば、無線電力伝送装置100及び/又は無線電力受信装置200の状態変化などに応じて電力伝送交渉を再構成する必要がある場合、再交渉段階(S480)を行うことができる。このとき、無線電力伝送装置100は、再交渉が正常に完了すると、電力伝送段階(S470)に回帰する。
図5A及び図5Bは、本発明の様々な実施形態による複数の第1送信コイルの積層構造に関する説明に参照される図である。
図5A及び図5Bは、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤが複数のレイヤで積層される場合において、複数の第1送信コイル181に対応する領域の半径の変化に応じた、電力送受信の効率に対するグラフと、電圧利得に対するグラフをそれぞれ示した図である。
このとき、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤの総巻線回数は一定であり、ワイヤが積層されるレイヤの個数に応じて複数のレイヤのそれぞれにおいてワイヤが巻き取られる回数は異なる。
図5Aに示すように、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤが2つのレイヤで積層される場合に比べて、3つのレイヤで積層されると、電力送受信の効率が向上することが確認できる。例えば、ワイヤが2つのレイヤで積層される場合に比べて、3つのレイヤで積層されると電力送受信の効率が約0.4%増加する。
このとき、複数の第1送信コイル181に対応する領域の半径が増加するほど電力送受信の効率が増加することが確認でき、半径が一定サイズ(r)よりさらに増加する場合、電力送受信の効率が低下することが確認できる。
このとき、電力送受信の効率が最も大きい、複数の第1送信コイル181に対応する領域の半径の一定の大きさ(r)は、第1タイプの受信コイル281の半径に対応される。
より好ましくは、複数の第1送信コイル181に対応する領域の半径と第1タイプの受信コイル281の半径との間の差が、第1タイプの受信コイル281の直径の6%以内である場合、電力送受信の効率が最も大きい。
一方、図5Bに示すように、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤが2つのレイヤで積層される場合に比べて、3つのレイヤで積層されると電圧利得が向上することが確認できる。例えば、ワイヤが2つのレイヤで積層される場合に比べて、3つのレイヤで積層されると電圧利得が約25%増加する。
前記のように、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤの総巻線回数が一定であるとき、ワイヤが積層されるレイヤの個数が増加する場合、複数のレイヤのそれぞれにおいてワイヤが巻き取られる回数が減少して、複数の第1送信コイル181の巻線幅が減少する。
このとき、複数の第1送信コイル181に対応する領域の外径が一定であるとき、ワイヤが積層されるレイヤの個数が増加して複数の第1送信コイル181の巻線幅が減少する場合、複数の第1送信コイル181に対応する領域の内径が増加するようになって、電圧利得が増加すると解釈できる。
図6A及び図6Bは、本発明の様々な実施形態による、複数の第1送信コイルの半径及び巻線回数に関する説明に参照される図である。
図6Aは、複数の第1送信コイル181に対応する領域の半径の変化に応じる、電力送受信の効率に対するグラフである。このとき、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤが積層されるレイヤの個数は一定であり、総巻線回数は異なる。
図6Aを参照すると、図5Aのように、複数の第1送信コイル181に対応する領域の半径が一定サイズまで増加するほど電力送受信の効率が増加することが確認でき、半径が一定サイズよりさらに増加する場合、電力送受信の効率が減少することが確認できる。
一方、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤの総巻線回数が増加するほど電力送受信の効率が増加することが確認できる。
図6Bは、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤが複数のレイヤで積層される場合において、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤの総巻線回数に応じる、電力送受信の効率に対するグラフ(611、612)と電圧利得に対するグラフ(621、622)である。
図6Bを参照すると、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤの総巻線回数が増加するほど、電力送受信の効率が向上することが確認できる。このとき、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤが3つのレイヤで積層される場合(612)、2つのレイヤで積層される場合(611)に比べて電力送受信の効率が向上することが確認できる。
一方、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤの総巻線回数が増加するほど、電圧利得は減少することが確認できる。すなわち、ワイヤの総巻線回数が増加するほど、複数の第1送信コイル181のそれぞれのインダクタンスが増加して、電圧利得は減少する。
一方、複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤが3つのレイヤで積層される場合(622)、2つのレイヤで積層される場合(621)に比べて電圧利得が向上することが確認できる。
前記のような結果に基づいた本発明の様々な実施形態によれば、複数の第1送信コイル181は、複数のレイヤにおいて計14ないし18回巻き取られる。より好ましくは、複数の第1送信コイル181は、4つのレイヤのそれぞれにおいて4回ずつ巻き取られて、計16回巻き取られる。
このとき、複数の第1送信コイル181は、38ないし40μHのインダクタンスを有する。
図7Aないし図7Cは、本発明の様々な実施形態による複数の第1送信コイルの構造に関する説明に参照される図である。
図7A及び図7Bは、複数の第1送信コイル181の平面図である。
図7Aを参照すると、電力伝送部180は、電流を磁束に変換させるように形成される3つの第1送信コイル181a、181b、181cを含む。
複数の第1送信コイル181a、181b、181cは、互いに隣接して配置されてもよく、同一平面上に配置されてもよい。
本図面においては、複数の第1送信コイル181a、181b、181cのそれぞれの形状は同一の半径及び弧を有する扇形(circular sector)であり、複数の第1送信コイル181a、181b、181cの全体形状は複数の扇形で構成された円形であると説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
一方、中電力充電領域は、複数の第1送信コイル181a、181b、181cに対応する領域に該当する。
複数の第1送信コイル181に対応する領域の外径(D1)は、中電力受信のための、無線電力受信装置200に含まれた第1タイプの受信コイル281の直径に対応する。
複数の第1送信コイル181a、181b、181cのそれぞれは、複数回巻き取られるワイヤで構成されてもよい。ここで、ワイヤは、リッツ線であり得る。
複数の第1送信コイル181a、181b、181cのそれぞれを構成するワイヤは、複数のレイヤで積層され、複数のレイヤのそれぞれにおいて複数回巻き取られる。
一方、複数の第1送信コイル181a、181b、181cのそれぞれの巻線幅(T1)は、ワイヤの厚さ及びワイヤが複数のレイヤのそれぞれにおいて巻き取られる回数に応じて決定される。
一方、図7Bを参照すると、電力伝送部180は、4つの第1送信コイル181a、181b、181c、181dを含む。本発明では、電力伝送部180が3つの第1送信コイル181a、181b、181cを備えることを基準に説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
図7Cは、複数の第1送信コイル181のいずれか1つの断面図である。
図7Cを参照すると、複数の第1送信コイル181のうちいずれか1つを構成する1つのワイヤが、4つのレイヤ(Ly1ないしLy4)のそれぞれにおいて4回ずつ巻き取られて、計16回巻き取られることが確認できる。
複数の第1送信コイル181のそれぞれを構成するワイヤが4つのレイヤ(Ly1ないしLy4)のそれぞれにおいて4回ずつ巻き取られる場合、複数の第1送信コイル181の巻線幅(T1)はワイヤの厚さ(t1)の4倍に該当する。
一方、複数の第1送信コイル181を構成するワイヤが積層されるレイヤの個数、各レイヤにおいてワイヤが巻き取られる回数などは、本発明の様々な実施形態により多様に変更できる。
図8A及び8Bは、本発明の様々な実施形態による第2送信コイルの構造に関する説明に参照される図である。
図8Aは、第2送信コイル182の平面図であり、図8Bは、第2送信コイル182の断面図である。
図8A及び8Bを参照すると、第2送信コイル182は、複数回巻き取られるワイヤで構成される。ここで、ワイヤはリッツ線であり得る。
本図においては、第2送信コイル182の形状は円形(round)であると説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、三角形(triangular)、四角形(rectangular)などの多角形状で構成されてもよい。
一方、低電力充電領域は、第2送信コイル182に対応する領域に該当する。
第2送信コイル182に対応する領域の外径(D2)は、低電力受信のための無線電力受信装置200に含まれた第2タイプの受信コイル281の直径に対応できる。
第2送信コイル182を構成するワイヤは、1つのレイヤにおいて複数回巻き取られることができる。
第2送信コイル182の巻線幅(T2)は、ワイヤの厚さ(t2)及びワイヤが巻き取られる回数に応じて決定される。
図8Bのように、第2送信コイル182を構成するワイヤが1つのレイヤにおいて16回巻き取られる場合、第2送信コイル182の巻線幅(T2)はワイヤの厚さ(t2)の16倍に該当し得る。
このとき、第2送信コイル182は、17ないし19μHのインダクタンスを有することができる。
図9Aないし図9Cは、本発明の様々な実施形態による複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを備える電力伝送部の構造に関する説明に参照される図である。
図9Aは、本発明の一実施形態による電力伝送部の分解斜視図であり、図9Bは、本発明の一実施形態による電力伝送部の平面図であり、図9Cは、本発明の一実施形態による電力伝送部の側面図である。
図9Aないし図9Cを参照すると、電力伝送部180は、複数の第1送信コイル181、第2送信コイル182及び/又は遮蔽材190を含む。
遮蔽材190は、複数の第1送信コイル181が配置される収容面191及び複数の第1送信コイル181の内周により囲まれるように形成される複数の突出面192を含む。
複数の第1送信コイル181に対応する領域の形状が円形である場合、遮蔽材190の形状も円形に構成されてもよい。
遮蔽材190の面積は、複数の第1送信コイル181に対応する領域の面積より大きくてもよい。
複数の第1送信コイル181は、互いに隣接して配置されてもよく、遮蔽材190の上端に配置されてもよい。このとき、複数の第1送信コイル181は、互いに重ならないように配置される。
遮蔽材190の複数の突出面192は、複数の第1送信コイル181の内部領域内にそれぞれ挿入されるように配置される。
第2送信コイル182は、複数の第1送信コイル181の上端に配置されてもよく、複数の第1送信コイル181に対応する領域の中心に配置されてもよい。
第2送信コイル182に対応する領域の面積は、複数の第1送信コイル181に対応する領域の面積より小さい。
図10は、本発明の一実施形態による無線電力伝送装置の動作方法に関するフローチャートであり、図11A及び11Bは、本発明の様々な実施形態による無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプに関する説明に参照される図である。
図10を参照すると、無線電力伝送装置100は、S1010動作で、無線電力受信装置200に備えられた受信コイル281のタイプを確認できる。
例えば、無線電力伝送装置100は、図4の識別及び構成段階(S430)において無線電力受信装置200から受信された電力クラスに関するデータに基づいて、受信コイル281のタイプを確認することができる。
無線電力伝送装置100は、S1020動作で、受信コイル281のタイプが中電力充電方式である第1タイプであるか否かを確認できる。
例えば、無線電力伝送装置100は、無線電力受信装置200が中電力充電方式を使用すると確認された場合、受信コイル281のタイプを第1タイプとして確認できる。
無線電力伝送装置100は、S1030動作において、受信コイル281のタイプが第1タイプである場合、複数の第1送信コイル181と第2送信コイル182の両方ともを介して電力を伝送する。
図11Aに示すように、無線電力受信装置200が中電力充電方式である第1タイプの受信コイル281を備える場合、無線電力伝送装置100は複数の第1送信コイル181と第2送信コイル182の両方ともを介して電力を伝送する。
このとき、複数の第1送信コイル181に対応する領域の直径は、中電力充電のための第1タイプの受信コイル281の直径に対応する。
一方、無線電力伝送装置100は、S1040動作において、受信コイル281のタイプが低電力充電方式である第2タイプである場合、第2送信コイル182を介して電力を伝送する。
図11Bに示すように、無線電力受信装置200が低電力充電方式である第2タイプの受信コイル281を備える場合、無線電力伝送装置100は第2送信コイル182のみを介して電力を伝送する。
このとき、第2送信コイル182に対応する領域の直径は、低電力充電のための第2タイプの受信コイル281の直径に対応する。
前記のように、本発明の様々な実施形態によれば、無線電力受信装置200の電力クラス、すなわち、受信コイル281のタイプに応じて多様に電力を伝送することができる。
図12は、本発明の一実施形態による無線電力伝送装置の動作方法に関するフローチャートである。
図12を参照すると、無線電力伝送装置100は、S1210動作において、無線電力受信装置200に備えられた受信コイル281のタイプを確認できる。
例えば、無線電力伝送装置100は、図4の識別及び構成段階(S430)において無線電力受信装置200から受信された電力クラスに関するデータに基づいて、受信コイル281のタイプを確認することができる。
無線電力伝送装置100は、S1220動作において、受信コイル281のタイプが中電力充電方式である第1タイプであるか否かを確認できる。
例えば、無線電力伝送装置100は、無線電力受信装置200が中電力充電方式を使用すると確認された場合、受信コイル281のタイプを第1タイプとして確認できる。
無線電力伝送装置100は、S1230動作において、受信コイル281のタイプが第1タイプである場合、複数の第1送信コイル181と第2送信コイル182の両方ともを介して電力を伝送する。
例えば、無線電力伝送装置100は、受信コイル281のタイプが第1タイプであると確認された場合、図4の電力伝送段階(S470)において複数の第1送信コイル181と第2送信コイル182の両方ともを介して電力を伝送する。
一方、無線電力伝送装置100は、S1240動作において、受信コイル281のタイプが低電力充電方式である第2タイプである場合、第2送信コイル182を介して電力を伝送する。
例えば、無線電力伝送装置100は、受信コイル281のタイプが第2タイプであると確認された場合、図4の校正段階(S460)で第2送信コイル182を介して電力を伝送する。
無線電力伝送装置100は、S1250動作において、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達するか否かを確認できる。
例えば、無線電力伝送装置100は、無線電力受信装置200から送信電力の増加を要求するデータを含む信号を受信する場合、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達していないと判断できる。
無線電力伝送装置100は、S1260動作において、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達していない場合、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達するか否かを確認できる。
このとき、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達していない場合、無線電力伝送装置100は、S1240動作に分岐して、第2送信コイル182に印加される電圧の電圧値を増加させて、送信電力を増加させる。
一方、無線電力伝送装置100は、S1270動作において、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達する前に、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達する場合、第2送信コイル182を介して電力を伝送することができる。
例えば、無線電力伝送装置100は、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達する前に、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達する場合、図4の電力伝送段階(S470)で第2送信コイル182を介して電力を伝送することができる。
一方、無線電力伝送装置100は、S1280動作において、受信コイル281に印加された電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達する前に、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達する場合、第2送信コイル182と複数の第1送信コイル181の少なくとも1つを介して電力を伝送することができる。
すなわち、無線電力伝送装置100は、第2送信コイル182を介して所定基準を満足する電力伝送が困難であると判断される場合、複数の第1送信コイル181のうち少なくとも1つを選択して、第2送信コイル182とともに電力を伝送するように制御できる。
このとき、無線電力伝送装置100は、充電領域における無線電力受信装置200の位置に基づいて、複数の第1送信コイル181のうち少なくとも1つを選択でき、関連して図13Aないし図14Dを参照して具体的に説明する。
図13A及び13Bは、本発明の様々な実施形態による、低電力伝送時、無線電力伝送装置と無線電力受信装置との間の整列状態に関する説明に参照される図面である。
図13Aに示すように、受信コイル281が第2送信コイル182に対応する領域(Area2)内に位置する場合、第2送信コイル182を介して所定基準を満足する電力伝送が可能である。
言い換えれば、受信コイル281が第2送信コイル182に対応する領域(Area2)内に位置する場合、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達する前に、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達することができる。
一方、図13Bに示すように、受信コイル281が第2送信コイル182に対応する領域(Area2)の中心から所定距離以上離隔された場合、第2送信コイル182を介する所定基準を満足する電力伝送が困難である可能性がある。
言い換えれば、受信コイル281が第2送信コイル182に対応する領域(Area2)の中心から所定距離以上離隔された場合、受信コイル281に印加される電圧が所定目標電圧(例えば、12V)に到達する前に、第2送信コイル182に印加される電圧が既に設定された基準電圧(例えば、20V)に到達できる。
このとき、無線電力伝送装置100は、第2送信コイル182を介する所定基準を満足する電力伝送が困難である場合、受信コイル281の位置に応じて複数の第1送信コイル181のうち少なくとも1つを選択して、電力伝送に使用することができる。
図14Aないし図14Dは、本発明の様々な実施形態による、低電力伝送時、無線電力受信装置の位置に対応する第1送信コイルに関する説明に参照される図である。
無線電力伝送装置100は、複数の第1送信コイル181aないし181cのそれぞれを介して無線電力受信装置200に信号を伝送し、無線電力受信装置200から複数の第1送信コイル181aないし181cのそれぞれを介して伝送された信号の信号強度(signal strength)に関するデータを含む応答信号を受信することができる。
図14Aに示すように、受信コイル281が複数の第1送信コイルのうちのいずれか1つ181aの上段に位置する場合、無線電力受信装置200で感知される信号強度は、複数の第1送信コイルのいずれか1つ181aを介して伝送された信号が、他の第1送信コイル181b、181cを介して伝送された信号に比べて大きい。
このとき、無線電力伝送装置100は、複数の第1送信コイル181a~181cのそれぞれを介して伝送された信号の信号強度に基づいて、信号強度が最も大きい第1送信コイル181aの上段に受信コイル281が位置すると判断できる。
一方、無線電力伝送装置100は、第2送信コイル182と、受信コイル281の位置に対応する第1送信コイル181aを介して電力を伝送することができる。
一方、図14Bないし図14Dに示すように、受信コイル281が2つの第1送信コイル(181a&181b、181b&181c、又は181a&181c)にわたって位置する場合、受信コイル281の位置に対応する2つの第1送信コイルの信号強度が残りの第1送信コイルの信号強度に比べて大きい。
このとき、上位2つの信号強度間の差が所定基準以内である場合、無線電力伝送装置100は、上位2つの信号強度に対応する2つの第1送信コイル(181a&181b、181b&181c、又は181a&181c)の上段に受信コイル281が位置すると判断できる。
一方、無線電力伝送装置100は、第2送信コイル182と、受信コイル281の位置に対応する2つの第1送信コイル(181a&181b、181b&181c、又は181a&181c)を介して電力を伝送することができる。
前記のように、本発明の様々な実施形態によれば、複数の第1送信コイル181に関連したデータ値を使用するので、充電領域における無線電力受信装置200の位置をより正確に判断でき、第2送信コイル182と受信コイル281との間の整列状態に応じて、第2送信コイル182を介する所定基準を満足する電力伝送が困難である場合にも、受信コイル281の位置に対応する少なくとも1つの第1送信コイル181を介して電力を伝送することにより、所定基準を満足する電力を無線電力を伝送することができる。
本開示の特徴は、添付図面からより明確に理解され、添付図面により限定されるものではなく、本開示の精神及び技術的範囲から逸脱しない全ての変更、均等物、及び代替物は本開示に含まれる。
同様に、図面には特定の順番で動作が示されているが、適切な結果を得るためには、このような動作を特定の順番又は順次に行う必要があり、図面に示されている全ての動作を行う必要があると理解されるべきではない。 特定の場合、マルチタスキング及び並列プロセッシングが有利である場合がある。
本開示の例示的な実施形態は例示の目的のために開示されたが、当業者は、添付の特許請求の範囲に開示される実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な修正、追加及び置換が可能であることを理解できるであろう。

Claims (18)

  1. 無線電力伝送装置であって、
    複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを備える電力伝送部と、
    制御部とを備えてなり、
    前記複数の第1送信コイルは、同一の平面上に配置され、
    前記第2送信コイルは、前記複数の第1送信コイルが配置される平面と異なる平面上に配置され、
    前記第2送信コイルは、前記複数の第1送信コイルに対応する領域の中心に配置され、
    前記第2送信コイルに対応する領域の面積は、前記複数の第1送信コイルに対応する領域の面積より小さく、
    前記制御部は、
    無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプが中電力充電方式である第1タイプである場合、前記複数の第1送信コイル及び前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送し、
    前記受信コイルのタイプが低電力充電方式である第2タイプである場合、前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送し、
    前記受信コイルのタイプが前記第2タイプである場合、前記無線電力受信装置から受信したデータに基づいて、前記受信コイルに印加される電圧を確認し、
    前記受信コイルに印加される前記電圧が目標電圧に到達する前に、前記第2送信コイルに印加される電圧が既に設定された基準電圧に到達する場合、前記第2送信コイルと、前記複数の第1送信コイルのうち少なくとも1つと、を介して電力を伝送することを特徴とする、無線電力伝送装置。
  2. 前記複数の第1送信コイルのそれぞれは、複数のレイヤで積層され、前記複数のレイヤのそれぞれにおいて複数回巻き取られるワイヤ(wire)で構成されることを特徴とする、請求項1に記載の無線電力伝送装置。
  3. 前記ワイヤは、リッツ線であることを特徴とする、請求項2に記載の無線電力伝送装置。
  4. 前記複数の第1送信コイルに対応する領域の半径と前記第1タイプの受信コイルの半径との間の差は、前記第1タイプの受信コイルの半径の6%以内であることを特徴とする、請求項3に記載の無線電力伝送装置。
  5. 前記複数の第1送信コイルのそれぞれに備えられる前記ワイヤは、前記複数のレイヤにおいて計14ないし18回巻き取られることを特徴とする、請求項4に記載の無線電力伝送装置。
  6. 前記複数の第1送信コイルのそれぞれに備えられる前記ワイヤは、前記複数のレイヤにおいて計16回巻き取られ、4つのレイヤのそれぞれにおいて4回巻き取られることを特徴とする、請求項5に記載の無線電力伝送装置。
  7. 前記第2送信コイルは、1つのレイヤにおいて複数回巻き取られるワイヤから構成されることを特徴とする、請求項6に記載の無線電力伝送装置。
  8. 前記第2送信コイルに備えられるワイヤは、前記1つのレイヤにおいて16回巻き取られることを特徴とする、請求項7に記載の無線電力伝送装置。
  9. 前記複数の第1送信コイルの一面に配置される遮蔽材を更に備え、
    前記遮蔽材は、前記複数の第1送信コイルのそれぞれの内周により囲まれるように形成される複数の突出面を備えることを特徴とする、請求項8に記載の無線電力伝送装置。
  10. 前記無線電力受信装置と通信する通信部を更に備え、
    前記制御部は、前記通信部を介して受信されるデータに基づいて、前記無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプを確認することを特徴とする、請求項1に記載の無線電力伝送装置。
  11. 前記制御部は、
    前記複数の第1送信コイルのうち少なくとも1つを介して、前記無線電力受信装置に信号を伝送し、
    前記通信部を介して、前記無線電力受信装置から前記信号に対する応答信号を受信し、
    前記応答信号に基づいて、前記複数の第1送信コイルのうち電力伝送に使用される少なくとも1つの第1送信コイルを決定することを特徴とする、請求項10に記載の無線電力伝送装置。
  12. 前記制御部は、
    前記応答信号に含まれた、前記信号の信号強度(signal strength)に関するデータに基づいて、前記複数の第1送信コイルのうち電力伝送に使用される少なくとも1つの第1送信コイルを決定することを特徴とする、請求項11に記載の無線電力伝送装置。
  13. 磁場を感知する複数の磁気センサを備えるセンシング部を更に備え、
    前記制御部は、
    前記複数の第1送信コイルの少なくとも1つを介して、前記無線電力受信装置に信号を伝送し、
    前記複数の磁気センサにより感知されるセンシング値に基づいて、前記複数の第1送信コイルのうち電力伝送に使用される少なくとも1つの第1送信コイルを決定することを特徴とする、請求項に記載の無線電力伝送装置。
  14. 無線電力システムであって、
    無線電力伝送装置と、及び無線電力受信装置とを備えてなり、
    前記無線電力伝送装置は、
    複数の第1送信コイル及び第2送信コイルを備える電力伝送部と、
    制御部とを備え、
    前記複数の第1送信コイルは、同一の平面上に配置され、
    前記第2送信コイルは、前記複数の第1送信コイルが配置される平面と異なる平面上に配置され、
    前記第2送信コイルは、前記複数の第1送信コイルに対応する領域の中心に配置され、
    前記第2送信コイルに対応する領域の面積は、前記複数の第1送信コイルに対応する領域の面積より小さく、
    前記制御部は、
    前記無線電力受信装置に備えられた受信コイルのタイプが中電力充電方式である第1タイプである場合、前記複数の第1送信コイル及び前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送し、
    前記受信コイルのタイプが低電力充電方式である第2タイプである場合、前記第2送信コイルを介して前記無線電力受信装置に電力を伝送し、
    前記受信コイルのタイプが前記第2タイプである場合、前記無線電力受信装置から受信したデータに基づいて、前記受信コイルに印加される電圧を確認し、
    前記受信コイルに印加される前記電圧が目標電圧に到達する前に、前記第2送信コイルに印加される電圧が既に設定された基準電圧に到達する場合、前記第2送信コイルと、前記複数の第1送信コイルのうち少なくとも1つと、を介して電力を伝送することを特徴とする、無線電力システム。
  15. 前記複数の第1送信コイルのそれぞれは、複数のレイヤで積層され、前記複数のレイヤのそれぞれにおいて複数回巻き取られるワイヤ(wire)で構成されることを特徴とする、請求項14に記載の無線電力システム。
  16. 前記複数の第1送信コイルに対応する領域の半径と前記第1タイプの受信コイルの直径間の差は、前記第1タイプの受信コイルの半径の6%以内であることを特徴とする、請求項15に記載の無線電力システム。
  17. 前記複数の第1送信コイルのそれぞれに備えられる前記ワイヤは、前記複数のレイヤにおいて計16回巻き取られ、4つのレイヤのそれぞれにおいて4回巻き取られることを特徴とする、請求項16に記載の無線電力システム。
  18. 前記第2送信コイルは、1つのレイヤにおいて複数回巻き取られるワイヤで構成されることを特徴とする、請求項17に記載の無線電力システム。
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