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KR101110325B1 - 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템 - Google Patents

공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템 Download PDF

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KR101110325B1
KR101110325B1 KR1020090089657A KR20090089657A KR101110325B1 KR 101110325 B1 KR101110325 B1 KR 101110325B1 KR 1020090089657 A KR1020090089657 A KR 1020090089657A KR 20090089657 A KR20090089657 A KR 20090089657A KR 101110325 B1 KR101110325 B1 KR 101110325B1
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wireless
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wireless charging
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원윤재
임승옥
김선희
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전자부품연구원
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Abstract

본 발명은 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 충전이 필요한 다수의 단말기들의 충전환경 정보를 모니터링하고 그 정보를 기반으로 단말기들을 동시에 또는 우선 순위별로 충전할 수 있도록 하는, 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 무선 전력 공급 장치는 무선 충전 장치에 전력을 무선으로 전송하고, 상기 무선 충전 장치와 자기장 통신을 하는 공진부; 상기 공진부를 통해 상기 무선 충전 장치로부터 수신되는 데이터를 복조하여 중앙처리부로 출력하고, 상기 중앙처리부로부터 입력되는 데이터를 변조하여 상기 공진부로 출력하는 모뎀부; 전원 공급부로부터 입력되는 전류를 상기 공진부의 공진주파수 대역을 갖는 AC 전류로 변환하여, 상기 공진부로 출력하는 컨버터부; 및 상기 모뎀부와 상기 컨버터부를 제어하는 상기 중앙처리부를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 무선 충전 장치는 상기 무선 전력 공급 장치로부터 무선으로 전력을 수신하고, 상기 무선 전력 공급 장치와 자기장 통신을 하는 공진부; 상기 공진부를 통해 상기 무선 전력 공급 장치로부터 수신되는 데이터를 복조하여 컨트롤부로 출력하고, 상기 컨트롤부로부터 입력되는 데이터를 변조하여 상기 공진부로 출력하는 모뎀부; 상기 공진부로부터 입력되는 전기 에너지를 배터리에 충전하는 파워 관리부; 및 상기 모뎀부와 상기 파워 관리부를 제어하는 상기 컨트롤부를 포함하여 이루어진다.
공진, 자기장, 코일, 충전, 무선

Description

공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템{wireless charging system}
본 발명은 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 충전이 필요한 다수의 단말기들의 충전환경 정보를 모니터링하고 그 정보를 기반으로 단말기들을 동시에 또는 우선 순위별로 충전할 수 있도록 하는, 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
주지되어 있는 바와 같이, 자기유도(magnetic induction) 현상을 이용한 무선 충전 시스템은 이미, 제안되어 있다.
예컨대, 자기 유도 결합을 통하여 비접촉형 무접점형 충전방식에 관한 기술을 얇은 페라이트나 시트상에 구성해서 휴대폰, MP3 플레이어, 노트북과 같은 휴대 이동 장치에 설치하고, 축전지 상태와 충전 정보를 무선으로 전달하는 방법이 한국특허공개공보 제2002-35242호에 제안되어 있다.
또한, 충전 모체와 휴대형 장치 사이에 약간의 간극을 두고 고주파 자계를 발생시켜 유도 결합을 통한 무선 충전 방식에 관한 기술과, 전자기파를 이용하여 충전 상태를 체크하여 실시간으로 제어하는 기술이 특허등록공보 제451606호에 제안되어 있다.
또한, TC, TA, PC의 USB 포트의 출력을 전원 입력으로 하는 유도 기전력을 이용한 무접점 전력 전송 장치에 전자기파를 이용한 무선 데이터 통신도 가능하게 하고, 센서를 부착하여 배터리 팩에 다른 금속 이물질이 올려졌을 때 충전을 차단시키는 식별 기능과 과부하와 온도 프로텍션 기능을 제공하는 기술이 특허등록공보 제806562호에 제안되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템에 따르면, 크기와 효율성의 문제로 인해 수 cm이하의 근거리에서만 사용 가능하고, 충전 단말기의 위치나 개수에 따른 최적화된 충전 환경을 제공해 주지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공진 자기유도 방식을 이용하여 무선 충전 장치에 전력을 효율적으로 공급할 수 있는 무선 전력 공급 장치와, 이러한 무선 전력 공급 장치로부터 전력을 무선으로 공급받아 배터리를 충전할 수 있는 무선 충전 장치를 포함하는 무선 충전 시스템을 제공함을 목적으로 한다. 여기서, 공진 자기유도란, 파워를 전송하는 무선 전력 공급 장치측 공진부와 파워를 수신하는 무선 충전 장치측 공진부 사이에 공진을 형성하여 에너지가 전송되는 효율을 극대화시키는 방법을 말한다.
또한, 본 발명은 무선 전력 공급 장치 및 무선 충전 장치가 자기장 통신을 통해 충전에 필요한 각종 데이터(예컨대, 위치, 충전 상태, 무선 충전 장치 종류)를 송수신할 수 있도록 함으로써, 무선 충전 장치의 위치나 개수에 따른 최적화된 충전 환경을 제공하는 무선 충전 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
도 1은 전자파의 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다.
주지되어 있는 바와 같이, 안테나에 교류 전압을 인가하게 되면, 전기장이 발생되고 안테나에 교류 전류가 흐르게 되어 자기장이 발생된다. 이때, 안테나로부터 거리 d(λ(파장)/2π)에서부터 전자기장이 안테나에서 분리되면서, 전자파가 되어 공간을 전파하게 된다.
즉, 자기장 통신이란, 안테나에서부터 λ/2π까지의 근거리 영역(near field; 자기장 영역)내에서의 통신을 일컫는다.
이러한 자기장 통신 기술은 자기장을 이용함으로써 기존의 RFID 기술과 USN(ubiquitous sensor network) 기술과는 달리, 물, 흙, 금속 주변에서도 무선 통신이 가능한 기술로서, 기존 무선 통신 기술의 한계점을 극복할 수 있는 핵심 기술이다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 무선 충전 장치에 전력을 무선으로 전송하고, 상기 무선 충전 장치와 자기장 통신을 하는 공진부; 상기 공진부를 통해 상기 무선 충전 장치로부터 수신되는 데이터를 복조하여 중앙처리부로 출력하고, 상기 중앙처리부로부터 입력되는 데이터를 변조하여 상기 공진부로 출력하는 모뎀부; 전원 공급부로부터 입력되는 전류를 상기 공진부의 공진주파수 대역을 갖는 AC 전류로 변환하여, 상기 공진부로 출력하는 컨버터부; 및 상기 모뎀부와 상기 컨버터부를 제어하는 상기 중앙처리부를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 무선 전력 공급 장치는 무선 충전 장치와 공진 주파수를 맞추어 공진 채널을 형성할 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 장치들에게 전력을 효율적으로 전달할 수 있다. 또한, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 상기 공진부를 통해 전력 전송을 하는 것은 물론, 무선 충전 장치들과 자기장 통신을 수행한다. 이렇게 자기장 통신을 통해 무선 충전 장치에서 무선 전력 공급 장치로 수신된 데이터들(예컨대, 무선 충전 장치의 종류, 위치, 충전 상태, 공진 주파수)은 공진 주파수 설정 및 최적 충전 모드 선택 등에 이용되며, 충전 우선 순위 스케줄링 등에도 이용된 다.
전술한 구성에서, 상기 공진부는 전력 무선 전송 및 자기장 통신을 위한 상대적 저주파용 코일; 및 전력 무선 전송을 위한 상대적 고주파용 코일을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 듀얼 밴드를 갖는다. 듀얼 밴드란, 무선 에너지를 전달하는 밴드(주파수 대역)을 고주파 밴드 한 개와 저주파 밴드 한 개 즉, 2개를 두어서 상황에 따라 하나의 최적의 밴드를 선택하거나 두 밴드 모두를 선택하여 에너지를 전달하는 방법을 일컫는다. 일반적으로, 저주파 밴드에서 in-band 자기장 통신이 이루어진다. 여기서, in-band란 에너지를 송신하는 무선 주파수 대역에서(즉, 별도의 또 다른 무선 주파수 대역이 필요 없이), 통신을 사용할 수 있다는 것을 일컫는다.
고주파 밴드는 일반적으로 근거리(예컨대, 수 센티미터 이내)에 있는 무선 충전 장치들에게 혹은, 근거리에 여러 무선 충전 장치들이 있는 상황에서도 하나의 무선 충전 장치에게 집중도 있고 빠른 충전 서비스를 제공할 때 사용되고, 저주파 밴드는 상대적으로 원거리(예컨대, 수 미터 이내)에 있는 단일 기기 또는 여러 기기들을 동시에 충전할 때 사용된다.
상기 상대적 저주파용 코일 및 상기 상대적 고주파용 코일은, 상기 상대적 저주파용 코일 및 상기 상대적 고주파용 코일에서 생성되는 자기장이 무지향성을 갖도록 다수의 코일로 이루어진 입체 코일인 것임이 바람직하다. 이에 따라, 무선 충전 장치들이 어떠한 방향에 있든지, 그에 무관하여 자기장 통신이 가능하고 전력 전송이 가능하다.
본 발명의 무선 전력 공급 장치는 상기 컨버터부로부터 입력되는 AC 전류를, 상기 상대적 저주파용 코일 및 상기 상대적 고주파용 코일 중 상기 중앙처리부가 선택한 코일로 출력하는 스위칭부를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 근거리에 있는 무선 충전 장치들에게 전력 공급을 할 때는 상대적 고주파용 코일을 선택하여 사용하고 반면, 원거리에 있는 무선 충전 장치들에게 전력 공급을 할 때는 상대적 저주파용 코일을 선택하여 사용하겠다는 것이다.
상기 중앙처리부는 상기 상대적 저주파용 코일로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 상기 공진부의 커패시턴스를 조절하여 상기 공진부의 Q 값(Quality factor)을 조정하거나 혹은 전력을 무선 전송할 코일을 선택할 수 있다. 즉, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 상기 공진부의 공진 주파수를, 충전이 필요한 무선 충전 장치들의 공진 주파수에 일치시켜서 공진 채널을 형성한다.
상기 중앙처리부는 상기 상대적 저주파용 코일로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여 무선 충전 장치들의 충전 우선 순위를 결정하고, 상기 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 상기 모뎀부로 출력한다. 이에 따라, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 여러 대의 무선 충전 장치들을 우선 순위에 따라, 차례대로 충전할 수 있다.
본 발명의 무선 충전 장치는 상기 무선 전력 공급 장치로부터 무선으로 전력을 수신하고, 상기 무선 전력 공급 장치와 자기장 통신을 하는 공진부; 상기 공진부를 통해 상기 무선 전력 공급 장치로부터 수신되는 데이터를 복조하여 컨트롤부로 출력하고, 상기 컨트롤부로부터 입력되는 데이터를 변조하여 상기 공진부로 출력하는 모뎀부; 상기 공진부로부터 입력되는 전기 에너지를 배터리에 충전하는 파워 관리부; 및 상기 모뎀부와 상기 파워 관리부를 제어하는 상기 컨트롤부를 포함하여 이루어진다.
상기 무선 충전 장치의 공진부는 전력 무선 수신 및 자기장 통신을 위한 상대적 저주파용 코일과, 전력 무선 수신을 위한 상대적 고주파용 코일을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다. 즉, 해당 무선 충전 장치는, 근거리에 위치할 때는 상대적 고주파용 코일을 통해 전기 에너지를 공급받고, 위치가 변동되어 원거리에 위치할 때는 상대적 저주파용 코일을 통해 전기 에너지를 공급받는다.
상기 파워 관리부는 상기 상대적 저주파용 코일 및 상기 상대적 고주파용 코일 중 어느 하나 이상으로부터 입력되는 전기 에너지로 구동되는 것임이 바람직하다. 이에 따라, 해당 무선 충전 장치가 전원 오프 상태에 있다 하더라도 배터리 충전은 가능하다.
본 발명의 무선 충전 장치는 상기 배터리의 다수의 셀과 상기 파워 관리부 간의 연결을 온/오프(ON/OFF)하는 스위칭부를 더 포함하여 이루어진 것이 바람직하다. 이러한 스위칭부는 셀을 완전히 방전시킨 후 충전시키기 위함이다.
상기 컨트롤부는 상기 배터리의 충전 상태를 확인하여 상기 배터리의 다수의 셀 중 충전할 셀과 방전할 셀을 구분하고, 상기 충전할 셀을 상기 파워 관리부에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어한다. 이러한 기능은, 상기 컨트롤부가 전원 오프 상태에 있을 때는, 상기 파워 관리부에 의해 수행된다.
상기 컨트롤부는, 상기 무선 전력 공급 장치가 충전 우선 순위를 결정할 수 있도록 무선 충전 장치의 위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 상기 모뎀부로 출력한다.
상기 컨트롤부는 상기 상대적 저주파용 코일이 무선 전력 공급 장치로부터 무선 수신한 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보에 의거하여, 상기 충전할 셀과 상기 파워 관리부 간의 연결을 제어한다.
이상으로, 본 발명의 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 따르면, 무선 전력 공급 장치와 무선 충전 장치들 간에 공진 채널이 형성됨으로, 종 래보다 충전 효율이 높고 상대적으로 원거리에서도 충전 가능한 효과가 있다. 즉, 종래의 무선 충전 방식은 공진 주파수를 전혀 감안하지 않은, 비공진 자기 유도 방식이다. 따라서, 본 발명에 비해 충전 효율이 매우 낮으며, 두 장치 간의 거리가 10cm 이상이 되면, 무선 충전은 거의 불가능하였다.
또한, 본 발명의 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 따르면, 전력 송수신을 위한 공진부를 이용하여 무선 전력 송신 채널과 같은 채널(in-band) 내에서 무선 통신을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 무선 충전 장치들의 충전 상태를 모니터링하고, 이러한 모니터링 결과를 통해 공진 채널을 변경함으로써 충전이 필요한 무선 충전 장치들에게 최적화된 충전 서비스를 제공할 수 있다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 이동통신 단말기의 과다 사용 방지 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 무선 충전 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 충전 베이스스테이션와, 무선 전력 공급 장치와의 자기장 통신을 통해 무선 충전 및 무선 데이터 통신 서비스를 제공받는 전자기기들로 구성된다.
충전 베이스스테이션은 실내에서는 천장이나 테이블 등의 가구에 그리고 야 외에서는 버스정류장 등에 임플란트 형태로 설치가 되거나, 차량의 컵 홀더나 노트북 PC의 Lid(뚜껑) 형태가 될 수 있다.
또한, 충전을 받는 전자기기들이 상황에 따라 충전 베이스스테이션이 될 수도 있다. 즉, 충전을 받는 이동휴대전화, 디지털카메라 등의 디지털기기들이 일반적인 충전베이스스테이션으로부터 멀리 떨어져 있어서 충전을 직접 제공받기 힘든 경우를 포함한 다양한 상황에 따라 충전 베이스스테이션의 역할을 수행한다.
전자 기기들은 이동휴대전화, 디지털카메라, 노트북 PC등의 모든 배터리를 갖는 디지털 기기들을 포함한다. 또한, 지중, 수중, 건물속 등의 접근이 용이치 않은 센서 및 계측기 등의 전자기기들도 될 수 있다. 이러한 기기들은 이동형 충전 베이스스테이션에 의해 충전될 것이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 베이스스테이션(이하, 무선 전력 공급 장치라 한다)(100)는 전자 기기(200; 이하, 무선 충전 장치라 한다)에 전력을 무선으로 전송하고, 무선 충전 장치(200)와 자기장 통신을 하는 공진부(110)와, 공진부(110)를 통해 무선 충전 장치(200)로부터 수신되는 데이터를 복조하여 중앙처리부(120)로 출력하고, 중앙처리부(120)로부터 입력되는 데이터를 변조하여 공진부(110)로 출력하는 모뎀부(130)와, 전원 공급부(140)로부터 입력되는 전류를 공진부(110)의 공진주파수 대역을 갖는 AC 전류로 변환하여, 공진부(110)로 출력하는 컨버터부(150)와, 모뎀부(130)와 컨버터부(150)를 제어하는 중앙처리부(20)를 포함하여 이루어진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치의 공진부의 구체적 인 구성도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치(100)의 공진부(110)는 전력 무선 전송 및 자기장 통신을 위한 상대적 저주파용 코일(111)과, 전력 무선 전송을 위한 상대적 고주파용 코일(112)과, 커패시터(113)와, 커패스턴스 조절 스위치(114)와, 저항 소자(115)와, 저항값 조절 스위치(116)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상대적 저주파용 코일(111)과 상대적 고주파용 코일(112)은 상호간의 상대적 관점에서 정의된 용어로서, 상대적 저주파용 코일(111) 및 상대적 고주파용 코일(112)에서 생성되는 자기장이 무지향성을 갖도록 다수의 코일로 이루어진 입체 코일인 것임이 바람직하다. 상대적 저주파용 코일(111)과 상대적 고주파용 코일(112)은 자기장 빔포밍(Beamforming)을 지원할 수 있다. 여기서, 자기장 빔포밍이란, 입체 코일을 효율적으로 조정하여, 코일로부터 생성되는 자기장의 형태를 어느 특정 목표 지점에 집중하는 방법을 일컫는다.
이외에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치(100)는 컨버터부(150)가 출력하는 AC 전류를 입력받아, 상대적 저주파용 코일(111) 및 상대적 고주파용 코일(112) 중 중앙처리부(120)가 선택한 코일로 출력하는 스위칭부(160)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치(100)는 무선 충전 장치 각각의 공진 주파수 정보를 저장하기 위한 저장부(미도시)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
중앙처리부(120)는 구체적으로, 공진부(110)에서 공진하는 주파수를 갖는 AC 전류를 출력하도록 컨버터부(150)를 제어한다.
또한, 중앙처리부(120)는 상대적 저주파용 코일(111)로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치(200)의 위치 정보와 충전 상태 정보를 확인한 결과, 근거리(예컨대, 수 cm 이내)에 위치한 무선 충전 장치들에게 전력을 공급할 필요가 있는 경우에는 컨버터부(150)에서 예컨대, 13.56MHz를 출력하도록 하고, 상대적 고주파용 코일(112)을 컨버터부(150)에 연결시킨다. 반면, 원거리(예컨대, 수 m 이내)에 위치한 무선 충전 장치들에게 전력을 공급할 필요가 있는 경우에는 컨버터부(150)에서 예컨대, 100KHz를 출력하도록 하고, 상대적 저주파용 코일(111)을 컨버터부(150)에 연결시킨다.
중앙처리부(120)는 상대적 저주파용 코일(111)로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치(200)의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 공진부(110)의 커패시턴스를 조정한다. 즉, 중앙처리부(120)는 공진부(110)의 공진주파수를 충전이 필요한 무선 충전 장치의 공진 주파수에 일치시켜서 공진 채널을 형성하는 것이다.
커패시턴스 조정은, 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이 중앙처리부(120)가 커패스턴스 조절 스위치(114)를 제어하여 코일에 연결되는 커패시터의 수를 조절함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 가변 커패시터(미도시)의 커패시턴스를 조절함으로써 공진주파수를 변경할 수도 있다.
또한, 중앙처리부(120)는 상대적 저주파용 코일(111)로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치(200)의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 공진부(110)의 Q 값(Quality factor)를 조정한다. 즉, Q값은 충전 효율과 관계있는 값으로, 단일 기기만을 충전할 경우에는 좁은 대역폭과 높은 Q값이 요구되고 반면, 다수의 기기들을 동시에 충전할 경우에는 상대적으로 넓은 대역폭과 낮은 Q값이 요구된다.
이러한 Q 값 조정은, 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이 커패스턴스 조절 스위치(114)를 제어하여 코일에 연결되는 커패시터의 수를 조절하거나, 저항값 조절 스위치(116)를 제어하여 코일에 연결되는 저항소자의 수를 조절함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 가변 저항(미도시)의 저항값을 조절함으로써 Q 값을 변경할 수도 있다.
또한, 중앙처리부(120)는 상대적 저주파용 코일(111)로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치(200)의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여 무선 충전 장치들의 충전 우선 순위를 결정하고, 이러한 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 모뎀부(130)로 출력한다. 이에 따라, 모뎀부(130)는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 변조하여 공진부(110)로 출력하고, 공진부(110)는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 무선 충전 장치들에게 전송한다. 그러면, 무선 충전 장치들은 스케줄링 정보를 토대로, 배터리를 충전하게 된다. 즉, 중앙처리부(120)가 충전 시간을 분할하면, 무선 충전 장치는 자신에게 할당된 시간대에 배터리를 충전하는 것이다.
한편, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치(200)는 무선 전력 공급 장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하고, 무선 전력 공급 장치(100)와 자기장 통신을 하는 공진부(210)와, 공진부(210)를 통해 무선 전력 공급 장치(100)로부터 수신되는 데이터를 복조하여 컨트롤부(220)로 출력하고, 컨트롤부(220)로부터 입력되는 데이터를 변조하여 공진부(210)로 출력하는 모뎀부(230)와, 공진부(210)로부터 입력되는 전기 에너지를 배터리(240)에 충전하는 파워 관리부(250)와, 모뎀부(230)와 파워 관리부(250)를 제어하는 컨트롤부(220)를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 무선 충전 장치(200)의 공진부(210)는 전력 무선 수신 및 자기장 통신을 위한 상대적 저주파용 코일(211)과, 전력 무선 수신을 위한 상대적 고주파용 코일(212)과, 커패시터(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이외에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치(200)는 배터리(240)의 다수의 셀과 파워 관리부(250) 간의 연결을 온/오프(ON/OFF)하는 스위칭부(260)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
파워 관리부(250)는 배터리(240)가 아닌, 상대적 저주파용 코일(211) 및 상대적 고주파용 코일(212) 중 어느 하나 이상으로부터 입력되는 전기 에너지로 구동 가능하도록 콘덴서를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 해당 무선 충전 장치가 꺼져있다 하더라도 배터리(240)는 파워 관리부(250)에 의해 충전될 수 있다.
파워 관리부(250) 및 컨트롤부(220)는, 배터리(240)의 충전 상태를 확인하여 배터리(240)의 다수의 셀 중 충전할 셀과 방전할 셀을 구분하고, 충전할 셀을 파워 관리부(250)에 연결하도록 스위칭부(260)를 제어한다.
또한, 컨트롤부(220)는 위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 모뎀부(230)로 출력한다. 이에 따라, 모뎀부(230)는 위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 변조하여 상대적 저주파용 코일(211)로 출력하고, 상대적 저주파용 코일(211)은 위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 무선 전력 공급 장치(100)에게 전송한다.
또한, 컨트롤부(220)는 상대적 저주파용 코일(211)이 무선 전력 공급 장치(100)로부터 무선 수신한 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보에 의거하여, 충전할 셀과 파워 관리부(250) 간의 연결을 제어한다. 즉, 충전이 필요한 셀은, 무선 전력 공급 장치(100)가 설정한 시간대에 파워 관리부(250)에 연결되는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 전력 공급 장치와 무선 충전 장치의 모뎀부의 구성도인바, 기본적으로 양방향 통신을 지원한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 송신측 데이터 패킷은 MAC 계층부와 디지털 신호처리부를 거쳐 DAC(digital to analog converter)를 통해 아날로그 신호로 변환되고, 필터(filter)를 통해 고주파 성분이 제거된 후 AMP(증폭기)를 통해 증폭된다. 증폭된 전류가 스위치(Switch)를 거쳐 코일에 흐르게 되면, 수신측 코일에 유도된다.
수신측 코일로 전달된 신호는 스위치를 거쳐 AMP를 통해 인식할 수 있는 규모의 파형으로 증폭되고 필터를 거쳐 노이즈가 제거된 후에, ADC(analog to digital converter)에 의해 디지털화된다. 디지털화된 신호는 디지털 신호 처리부와 MAC 계층부를 거쳐 패킷 데이터로 변환되고, 변환된 데이터는 수신측이 무선 전원 공급 장치일 경우에는 중앙처리부(120)로, 수신측이 무선 충전 장치일 경우에는 컨트롤부(120)로 전달된다.
본 발명의 무선 충전 시스템은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
도 1은 전자파의 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치의 공진부의 구체적인 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 전력 공급 장치와 무선 충전 장치의 모뎀부의 구성도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 무선 전력 공급 장치
110: 공진부 120: 중앙처리부
130: 모뎀부 140: 전원 공급부
150: 컨버터부 160: 스위칭부
200: 무선 충전 장치
210: 공진부 220: 컨트롤부
230: 모뎀부 240: 배터리
250: 파워관리부 260: 스위칭부

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 무선 충전 장치에 전력을 무선으로 전송하고, 상기 무선 충전 장치와 자기장 통신을 하는 공진부;
    상기 공진부를 통해 상기 무선 충전 장치로부터 수신되는 데이터를 복조하여 중앙처리부로 출력하고, 상기 중앙처리부로부터 입력되는 데이터를 변조하여 상기 공진부로 출력하는 모뎀부;
    전원 공급부로부터 입력되는 전류를 상기 공진부의 공진주파수 대역을 갖는 AC 전류로 변환하여, 상기 공진부로 출력하는 컨버터부; 및
    상기 모뎀부와 상기 컨버터부를 제어하는 상기 중앙처리부를 포함하여 이루어지되,
    상기 공진부는 전력 무선 전송 및 자기장 통신을 위한 상대적 저주파용 코일; 및 전력 무선 전송을 위한 상대적 고주파용 코일을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 상대적 저주파용 코일 및 상기 상대적 고주파용 코일은,
    상기 상대적 저주파용 코일 및 상기 상대적 고주파용 코일에서 생성되는 자기장이 무지향성을 갖도록 다수의 코일로 이루어진 입체 코일인 것임을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨버터부로부터 입력되는 AC 전류를, 상기 상대적 저주파용 코일 및 상기 상대적 고주파용 코일 중 상기 중앙처리부가 선택한 코일로 출력하는 스위칭부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 중앙처리부는,
    상기 상대적 저주파용 코일로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 상기 공진부의 커패시턴스를 조정하는 것임을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 중앙처리부는,
    상기 상대적 저주파용 코일로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 상기 공진부의 Q 값(Quality factor)을 조정하는 것임을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 중앙처리부는,
    상기 상대적 저주파용 코일로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 전력을 무선 전송할 코일을 선택하는 것임을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 중앙처리부는,
    상기 상대적 저주파용 코일로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여 무선 충전 장치들의 충전 우선 순위를 결정하고, 상기 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 상기 모뎀부로 출력하는 것임을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
  9. 삭제
  10. 무선 전력 공급 장치로부터 무선으로 전력을 수신하고, 상기 무선 전력 공급 장치와 자기장 통신을 하는 공진부;
    상기 공진부를 통해 상기 무선 전력 공급 장치로부터 수신되는 데이터를 복조하여 컨트롤부로 출력하고, 상기 컨트롤부로부터 입력되는 데이터를 변조하여 상기 공진부로 출력하는 모뎀부;
    상기 공진부로부터 입력되는 전기 에너지를 배터리에 충전하는 파워 관리부; 및
    상기 모뎀부와 상기 파워 관리부를 제어하는 상기 컨트롤부를 포함하여 이루어지되,
    상기 공진부는 전력 무선 수신 및 자기장 통신을 위한 상대적 저주파용 코일 및 전력 무선 수신을 위한 상대적 고주파용 코일을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 파워 관리부는,
    상기 상대적 저주파용 코일 및 상기 상대적 고주파용 코일 중 어느 하나 이상으로부터 입력되는 전기 에너지로 구동되는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 배터리의 다수의 셀과 상기 파워 관리부 간의 연결을 온/오프(ON/OFF)하는 스위칭부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 파워 관리부 및 상기 컨트롤부는,
    상기 배터리의 충전 상태를 확인하여 상기 배터리의 다수의 셀 중 충전할 셀과 방전할 셀을 구분하고, 상기 충전할 셀을 상기 파워 관리부에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 컨트롤부는,
    위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 상기 모뎀부로 출력하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 컨트롤부는,
    상기 상대적 저주파용 코일이 무선 전력 공급 장치로부터 무선 수신한 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보에 의거하여, 상기 충전할 셀과 상기 파워 관리부 간의 연결을 제어하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
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