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KR20180113754A - 헬리컬 코일 어셈블리를 이용한 무선 전력 송신기 - Google Patents

헬리컬 코일 어셈블리를 이용한 무선 전력 송신기 Download PDF

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KR20180113754A
KR20180113754A KR1020170045241A KR20170045241A KR20180113754A KR 20180113754 A KR20180113754 A KR 20180113754A KR 1020170045241 A KR1020170045241 A KR 1020170045241A KR 20170045241 A KR20170045241 A KR 20170045241A KR 20180113754 A KR20180113754 A KR 20180113754A
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KR
South Korea
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power
wireless power
circuit board
control circuit
coil assembly
Prior art date
Application number
KR1020170045241A
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English (en)
Inventor
임성현
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 헬리컬 구조를 가지는 복수의 코일을 포함한 코일 어셈블리를 이용하여 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 두 개의 도전판 사이에 배치되는 복수의 헬리컬 코일을 포함하는 코일 어셈블리와 상기 코일 어셈블리에 교류 전력 신호를 제공하는 제어 회로 기판과 상기 코일 어셈블리와 상기 제어 회로 기판 사이에 배치되는 차폐제를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 무선 충전 효율 및 발열 성능이 우수한 무선 전력 송신기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

헬리컬 코일 어셈블리를 이용한 무선 전력 송신기{Wireless Power Transmitter Using Helical Coil Assembly}
본 발명은 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 상세하게 헬리컬 구조를 가지는 복수의 코일을 포함한 코일 어셈블리를 이용하여 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기에 관한 것이다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저, 고주파, 마이크로웨이브와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 챠량, IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
종래의 무선 전력 송신기는 충전 영역에 배치된 물체를 검출하기 위해 아날로그 핑(Analog Ping)이나 숏 비콘(Short Beacon) 같은 낮은 펄스 전력 신호를 송출하므로 대기 전력이 소모되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 헬리컬 구조를 가지는 코일 어셈블리를 이용한 무선 전력 송신기 및 그를 이용한 무선 충전 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 무선 충전 효율 및 발열 성능이 우수한 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대기 전력 소모가 없는 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 헬리컬 구조를 가지는 복수의 코일을 포함한 코일 어셈블리를 이용하여 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 두 개의 도전판 사이에 배치되는 복수의 헬리컬 코일을 포함하는 코일 어셈블리와 상기 코일 어셈블리에 교류 전력 신호를 제공하는 제어 회로 기판과 상기 코일 어셈블리와 상기 제어 회로 기판 사이에 배치되는 차폐제를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개의 도전판 중 어느 하나는 접지되고, 나머지 하나에는 상기 교류 전력 신호가 인가될 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신기는 외부 전원 단자를 통해 입력되는 외부 전력을 상기 제어 회로 기판에 전달하거나 차단하는 전력 스위치를 더 포함하고, 충전 영역에 물체가 배치되면, 상기 전력 스위치가 ON되어 상기 전력 스위치를 통해 상기 외부 전력이 상기 제어 회로 기판에 전달될 수 있다.
또한, 상기 충전 영역에 물체가 배치되지 않으면 상기 전력 스위치가 OFF 상태로 유지되어 상기 제어 회로 기판으로 상기 외부 전력이 공급되는 것이 차단될 수 있다.
일 예로, 상기 무선 전력 송신기는 상기 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 센서를 더 포함하고, 상기 센서는 상기 두 개의 도전판 사이의 거리 변화에 기반하여 상기 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면 상기 전력 스위치의 두 접점을 단락시켜 상기 제어 회로 기판에 상기 외부 전력이 공급되도록 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 도전판에 소정 기준치 이상의 압력이 가해지면, 상기 전력 스위치의 두 접점이 자동으로 단락되어 상기 제어 회로 기판에 상기 외부 전력이 공급될 수 있다.
또한, 상기 제어 회로 기판은 외부 전원으로부터 직류 전력 신호를 수신하는 외부 전원 단자와 상기 외부 전원 단자 및 상기 전력 스위치를 통해 수신되는 상기 직류 전력 신호를 상기 교류 전력 신호로 변환하는 전력 변환기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전판은 고리 형태일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 두 개의 도전판 사이에 복수의 헬리컬 코일이 배치된 복수의 코일 그룹을 포함하는 코일 어셈블리와 외부 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 상기 코일 어셈블리에 제공하는 제어 회로 기판과 상기 코일 어셈블리와 상기 제어 회로 기판 사이에 배치되는 차폐제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신기는 외부 전원 단자를 통해 입력되는 상기 외부 직류 전력 신호를 상기 제어 회로 기판에 전달하거나 차단하는 전력 스위치와 상기 코일 그룹에 대응되는 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 센서를 더 포함하고, 상기 센서가 상기 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 상기 전력 스위치의 두 접점을 단락시켜 상기 전력 스위치를 통해 상기 외부 직류 전력 신호가 상기 제어 회로 기판에 전달될 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 헬리컬 구조를 가지는 코일 어셈블리를 이용한 무선 전력 송신기 및 그를 이용한 무선 충전 방법을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 헬리컬 구조를 가지는 코일 어셈블리를 이용하여 무선 충전 효율 및 발열 성능이 우수한 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 대기 전력 소모가 없는 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전을 위한 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 헬리컬 코일을 포함하는 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복수의 헬리컬 코일을 포함하는 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 프로세서상에서 수행되는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 회로 소자, 마이크로 프로세서 칩과 같은 하드웨어를 통해 구현될 수도 있다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 하드웨어와 소프트웨어가 부분적으로 결합되어 구현될 수도 있음을 주의해야 한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 바닥 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 무선 전력을 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단에는 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 수신기는 운송 장치의 일측에 장착될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.
다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 무선 전력 수신기의 카테고리를 식별하기 위한 정보, 무선 전력 수신기의 현재 전력 수신 상태를 식별하기 위한 정보, 과전압 보호 기능의 탑재 여부에 관한 정보, 무선 전력 수신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보, 전력 제어 요청 정보 등을 포함할 수 있다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.
또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전을 위한 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 코일 어셈블리(200)는 무선 전력 송신기에 장착되어 무선 전력을 전송하기 위한 용도로 사용될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 수신기에 장착되어 무선 전력을 수신하기 위한 용도로 사용될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 코일 어셈블리(200)는 헬리컬(Helical) 구조를 가지는 복수의 코일-이하, 설명의 편의를 위해, 헬리컬 코일이라 명하기로 함-을 포함하여 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 헬리컬 코일(230)은 제1 도전판(210)과 제2 도전판(230) 사이에 배치되어 전기적으로 연결될 수 있다.
일 예로, 제1 도전판(210) 및 제2 도전판(220)은 원형 고리 형태일 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 도전판의 형태는 당업자의 설계 목적에 따라 다른 형태로 제작될 수도 있다.
일 예로, 제1 도전판(210) 및 제2 도전판(220)은 사각 고리 형태, 삼각 고리 형태 등을 포함할 수 있다.
제1 도전판(210) 및 제2 도전판(220)은 각각 교류 전력 신호 단자와 접지 단자에 연결될 수 있다. 물론, 여기서, 교류 전력 신호 단자는 후술할 도면의 전력 변환기의 출력단에 연결될 수 있다.
종래의 무선 전력 송신기는 대기 상태에서 낮은 세기의 전력 신호-예를 들면, 아날로그 핑(Analog Ping) 또는 숏 비콘(Short Beacon)-를 주기적으로 전송한 후 전류 변화를 감지하여 충전 영역에 물체가 배치되었는지를 식별할 수 있었다. 하지만, 종래의 무선 전력 송신기는 장시간 동안 충전 영역에 물체가 배치되지 않는 경우, 전력이 낭비되는 문제점이 있었다.
하지만, 본 발명에 헬리컬 구조를 가지는 코일 어셈블리가 장착된 무선 전력 송신기는 충전 영역에 물체가 배치되면, 헬리컬 코일에 가해지는 압력 또는 전기적인 변화에 기반하여 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있으며, 물체 감지 결과에 따라 자동으로 전원 스위치를 제어될 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 대기 전력 소비를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예에 따른 코일 어셈블리(200)는 기존 평면 형태의 리드 코일이나 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄된 패턴 코일과 달리 수직 형태로 나선형 코일이 배치되는 복수의 헬리컬 코일(230)을 포함하므로, 발열 성능을 우수한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 코일 어셈블리(200)는 복수의 헬리컬 코일(230)을 통해 집중형 자기장을 생성하므로, 종래 단일 코일을 이용한 무선 충전에 비해 무선 충전 효율이 개선될 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 코일 어셈블리(310), 차폐제(320), 제어 회로 기판(330) 및 본체(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
본체(340)의 일측에는 외부 전원 플러그 연결부(341)가 구비되어, 외부 전원이 제어 회로 기판(330)에 공급될 수 있다. 여기서, 외부 전원은 직류 전력일 수 있다. 제어 회로 기판(330)의 일측에는 외부 직류 전력을 수신하기 위한 외부 전원 단자가 구비될 수 있다.
무선 전력 송신기(300)는 구비된 별도의 센서 회로 또는 기구적 구현을 통해 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기(350)가 배치되면, 제어 회로 기판(330) 또는 무선 전력 송신기(300)의 특정 영역에 배치된 전력 스위치를 온(ON)하여 외부 전원이 제어 회로 기판(330)에 공급되도록 제어할 수 있다.
이때, 제어 회로 기판(330)에 구비되는 전력 변환기는 외부 직류 전원을 교류 전력 신호로 변환하고, 변환된 교류 전력 신호는 코일 어셈블리(310)를 통해 무선 전력 수신기(350)에 구비된 수신 코일에 유도될 수 있다. 여기서, 수신 코일도 헬리컬 구조를 가지는 코일로 구성될 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 예로, 무선 전력 수신기(350)가 충전 가능 영역에 배치되었는지 여부를 감지하는 센서 회로는 충전 베드에 가해지는 압력을 측정하는 압력 센서, 헬리컬 코일에 흐르는 전류의 세기 또는 변화량을 측정하는 전류 센서, 헬리컬 코일에 흐르는 전류의 세기 또는 변화량을 측정하는 전압 센서, 홀 센서, 정전 용량 센서 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 수신기(350)가 충전 가능 영역에 배치되었는지 여부를 감지하기 위한 기구적인 구현 방법의 일 예로, 충전 영역에 물체가 배치됨에 따라 코일 어셈블리(310)의 도전판에 가해진 압력에 의해 스프링 형태의 헬리컬 코일이 수축될 수 있다. 이때, 헬리컬 코일의 수축되면 전력 스위치의 두 접점이 기구적으로 단락되어 전력 스위치가 자동 온(ON)될 수 있다.
코일 어셈블리(310) 또는 충전 베드의 움직임에 따라 전력 스위치를 기구적으로 제어하는 방법 및 구조는 당업자의 설계에 따라 다양하게 적용될 수 있음을 주의해야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 헬리컬 코일을 포함하는 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신기(400)는 코일 어셈블리(410), 외부 전원 단자(420), 외부 전원 단자(420)를 통해 인가된 전력-예를 들면, 직류 전력-을 전력 변환기(450)로 전달하거나 차단하도록 구성된 전력 스위치(430) 및 충전 영역에 배치된 물체의 존재 여부를 감지하고, 감지 결과에 따라 전력 스위치(430)를 ON/OFF 제어하는 센서(440)를 포함하여 구성될 수 있다.
센서(440)는 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 전력 스위치(430)를 온(ON) 또는 단락(Close)시켜, 외부 전원이 전력 변환기(450)에 전달되도록 제어할 수 있다.
센서(440)는 충전 영역에 배치된 물체가 존재하지 않으면, 전력 스위치(430)를 오프(OFF) 또는 개방(Open)시켜, 외부 전원이 전력 변환기(450)에 공급되지 않도록 제어할 수 있다.
상기한, 도 4의 실시 예에서는 센서(440)가 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지하고, 감지 결과에 따라 전력 스위치(430)가 제어되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하다.
다른 실시 예는 센서(440)를 사용하지 않고 충전 영역에 물체가 배치되면, 기구적인 움직임을 통해 자동적으로 전력 스위치(430)의 두 접점이 단락되게 구현될 수도 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기(400)는 충전 영역에 물체가 배치된 경우에만, 외부 전원을 사용하여 수신기를 식별하고 충전을 개시할 수 있다.
하지만, 무선 전력 송신기(400)는 충전 영역에 물체가 배치되지 않은 상태에서 외부 전원의 사용을 완전히 차단함으로써, 대기 전력 소비를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 무선 전력 송신기(400)가 외부 전원으로 배터리를 사용하는 경우-즉, 무선 전력 송신기(400)의 내부에 무선 충전용 배터리가 장착되는 경우-, 대기 상태에서의 배터리 전력 소모를 차단할 수 있으므로, 배터리 방전에 따른 사용자 불편을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기(500)는 복수의 헬리컬 코일을 포함하는 코일 어셈블리(510), 코일 어셈블리(510)의 기구적인 변화 또는 전기적인 변화에 기반하여 충전 영역에 배치된 물체의 존재 여부를 감지하는 센서(550), 센서(550)의 제어 신호에 따라 외부 전원(520)으로부터 인가되는 전력을 전력 변환기(540)에 전달하거나 차단하도록 구성된 전력 스위치(530) 및 외부 인가된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 코일 어셈블리(510)에 전달하는 전력 변환기(540)를 포함하여 구성될 수 있다.
코일 어셈블리(510) 복수의 헬리컬 코일은 제1 도전판(511)과 제2 도전판(512) 사이에 배치되어 전기적으로 연결될 수 있다.
일 예로, 제1 도전판(511)은 접지에 연결되고, 제2 도전판(512)은 전력 변환기(540)의 출력단과 연결될 수 있다.
일 예로, 센서(550)는 제1 도전판(511)과 제2 도전판(512) 사이의 거리 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지할 수 있다.
다른 일 예로, 센서(550)는 제1 도전판(511)과 제2 도전판(512) 사이의 전압 또는 전류 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지할 수 있다.
또 다른 일 예로, 센서(550)는 제2 도전판(512) 또는 충전 베드에서의 정전 용량 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지할 수도 있다.
상기한, 도 5의 실시예에서는 센서(560)가 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지하고, 감지 결과에 따라 전력 스위치(530)가 제어되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하다.
다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 센서(550)를 사용하지 않고 충전 영역에 물체가 배치되면, 충전 베드 또는 코일 어셈블리(510)의 기구적인 움직임을 통해 자동적으로 전력 스위치(530)의 두 접점이 단락되게 기구적으로 구현될 수 있음을 주의해야 한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복수의 헬리컬 코일을 포함하는 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신기(600)는 코일 어셈블리(610), 외부 전원 단자(620), 외부 전원 단자(620)를 통해 인가된 전력-예를 들면, 직류 전력-을 전력 변환기(640)로 전달하거나 전달하지 않도록 제어하기 위한 전력 스위치(630) 및 충전 영역에 배치되는 물체의 존재 여부를 감지하고, 감지 결과에 따라 전력 스위치(630)를 ON/OFF 제어하는 센서(650) 및 제어기(660)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 코일 어셈블리(610)는 복수의 헬리컬 코일이 복수의 그룹으로 구분될 수 있다.
도 6을 참조하면, 코일 어셈블리(610)을 구성하는 복수의 헬리컬 코일은 제1 코일 그룹(611), 제2 코일 그룹(612) 및 제3 코일 그룹(613)으로 구분될 수 있다.
여기서, 3개의 코일 그룹은 하나의 실시 예일뿐 당업자의 설계에 따라 그보다 많거나 적은 코일 그룹으로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
센서(640)는 코일 그룹에 대응되는 충전 영역에 물체가 배치되었는지 감지할 수 있다.
센서(640)는 코일 그룹들 중 적어도 하나에 물체가 배치되었음을 감지하면, 전력 스위치(630)를 온(ON) 또는 단락(Close)시켜, 외부 전원 단자를 통해 입력되는 전력이 전력 변환기(640)에 전달되도록 제어할 수 있다.
센서(650)는 충전 영역에 배치된 물체가 존재하지 않으면, 전력 스위치(630)를 오프(OFF) 또는 개방(Open)시켜, 외부 전원이 전력 변환기(640)에 공급되지 않도록 제어할 수 있다.
상기한, 도 6의 실시 예에서는 센서(650)가 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지하고, 감지 결과에 따라 전력 스위치(630)가 제어되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하다.
다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 별도의 센싱 회로를 이용하지 않고 충전 영역에 물체가 배치되면, 충전 베드 또는 코일 어셈블리의 기구적인 움직임을 통해 자동적으로 전력 스위치(630)의 두 접점이 단락(접촉)되게 구현될 수도 있다.
제어기(660)는 센서(650)의 감지 결과에 기반하여 어느 코일 그룹에 물체가 배치되었는지를 식별할 수 있다.
제어부(660)는 물체가 배치된 코일 그룹에만 교류 전력 신호가 인가되도록 전력 변환기(640)를 제어할 수 있다.
제어기(660)는 전력 변화기(640)를 제어하여 코일 어셈블리(610)를 통해 송출되는 교류 전력의 세기를 제어할 수 있다.
여기서, 교류 전력의 세기는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 제어될 수 있다.
일 예로, 피드백 신호는 무선 전력 수신기에서 수신되는 전력의 세기 정보, 요구 전력의 세기 정보, 알람 정보-예를 들면, 과전류 정보, 과전압 정보, 과열 정보 등을 포함함-, 충전 완료 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제어기(660)는 무선 전력 송신기(600)의 내부 상태 정보에 기반하여 전력 변환기(640)의 동작을 제어할 수도 있다. 일 예로, 내부 상태 정보는 무선 전력 송신기(600)의 내부 온도 정보, 과전류 정보, 과전압 정보 등을 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 충전 영역에 물체가 배치된 경우에만, 외부 전원을 사용하여 충전 영역에 배치된 수신기를 식별하여 충전을 개시할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 충전 영역에 물체가 배치되지 않은 상태에서 외부 전원의 사용을 완전히 차단함으로써, 대기 전력 소비를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시 예 따른 무선 전력 송신기(600)가 외부 전원으로 배터리를 사용하는 경우-즉, 무선 전력 송신기(600)의 내부에 무선 충전용 배터리가 장착되는 경우-, 대기 상태에서의 배터리 전력 소모를 차단할 수 있으므로, 배터리 방전에 따른 사용자 불편을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 물체가 배치된 코일 그룹에만 교류 전력 신호를 송출함으로써, 보다 빠르게 무선 전력 수신기를 탐색 및 식별할 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 전력이 낭비되는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 7는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기(700)는 코일 어셈블리(710), 외부 전원 또는 외부 전원 단자(720), 전력 스위치(730), 전력 변환기(740), 제1 내지 제3 센서(751, 752, 753), 제1 내지 제3 코일 그룹 스위치(761, 762, 763) 및 제어기(770)를 포함하여 구성될 수 있다.
코일 어셈블리(710)는 적어도 하나의 헬리컬 코일을 포함하는 복수의 코일 그룹(711, 712, 713)으로 구성될 수 있다.
제1 내지 제3 센서(751, 752, 753)은 각각 해당 코일 그룹의 기구적인 변화 또는 전기적인 변화에 기반하여 해당 코일 그룹에 대응되는 충전 영역에 물체가 배치되었는지 감지할 수 있다.
전력 스위치(730)는 제1 내지 제3 센서(751, 752, 753) 중 적어도 하나의 센서에 의해 물체가 감지된 경우, 스위치 ON될 수 있다.
전력 스위치(730)가 ON되면 외부 전원 또는 외부 전원 단자(720))로부터 인가되는 전력이 전력 변환기(740)로 전달될 수 있다.
반면, 모든 센서에 의해 물체가 감지되지 않은 경우, 전력 스위치(730)는 스위치 OFF 상태가 유지되어, 전력 변화기(740) 및 제어기(770)에 전력이 공급되지 않도록 제어될 수 있다.
제1 내지 제3 센서(751, 752, 753)는 각각 물체 감지 결과에 따라 각각 대응되는 코일 그룹 스위치를 제어할 수 있다.
일 예로, 제1 센서(751)는 제1 코일 그룹(711)에 대응되는 충전 영역에 물체가 배치되었음을 감지하면, 소정 제어 신호를 생성하여 제1 코일 그룹 스위치(761)를 ON시킬 수 있다. 제1 코일 그룹 스위치(761)가 ON되면, 전력 변환기(761)에서 출력된 교류 전력 신호가 제1 코일 그룹 스위치(761)를 통해 제1 코일 그룹(711)에 인가될 수 있다.
반면, 제1 센서(751)는 제1 코일 그룹(711)에 대응되는 충전 영역에서 물체가 감지되지 않은 경우, 제1 코일 그룹 스위치(761)를 OFF 상태로 유지시킬 수 있다.
다른 일 예로, 제1 내지 제3 센서(751, 752, 753)는 각각 물체가 감지되면, 물체가 감지되었음을 지시하는 소정 제어 신호 또는 물체가 배치되었는지 여부를 판별하기 위한 소정 측정 정보를 제어기(770)에 전송할 수도 있다.
제어기(770)는 수신된 제어 신호 또는 측정 정보에 기반하여 어느 코일 그룹에서 물체가 감지되었는지 식별할 수 있다.
제어기(770)는 식별 결과에 따라 전력 변환기(740)를 제어하여 물체가 감지된 코일 그룹에만 교류 전력 신호가 공급되도록 제어할 수 있다.
전력 변환기(740)는 외부 전원 단자(720) 및 전력 스위치(730)를 통해 외부 직류 전력이 수신되면, 이를 교류 전력 신호로 변환할 수 있다.
각각의 코일 그룹은 복수의 헬리컬 코일을 포함하여 구성될 수 있다. 해당 코일 그룹에 포함된 헬리컬 코일들은 두 개의 도전판 사이에 배치되어 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 하나의 도전판은 접지에 연결되고, 나머지 하나의 도전판은 해당 코일 그룹 스위치 또는 전력 변환기(740)의 출력단과 연결될 수 있다.
일 예로, 제1 내지 제3 센서(751, 752, 753)는 각각 해당 코일 그룹의 두 도전판 사이의 거리 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지할 수 있다.
다른 일 예로, 제1 내지 제3 센서(751, 752, 753)는 각각 해당 코일 그룹의 두 도전판 사이의 전압 또는 전류 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지할 수 있다.
또 다른 일 예로, 제1 내지 제3 센서(751, 752, 753)는 각각 해당 코일 그룹의 도전판 또는 충전 베드에서의 정전 용량 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지할 수도 있다.
상기한, 도 7의 실시예에서는 센서가 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지하고, 감지 결과에 따라 전력 스위치(730)가 제어되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하다.
다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 센서를 사용하지 않고 충전 영역에 물체가 배치되면, 충전 베드 또는 코일 그룹의 기구적인 움직임에 따라 자동적으로 전력 스위치(730)의 두 접점이 단락(접촉)되게 기구적으로 구현될 수도 있음을 주의해야 한다.
일 예로, 기구적인 설계를 통해 코일 그룹의 해당 도전판에 기준치 이상의 압력이 가해지면 전력 스위치의 두 접점이 자동으로 단락(접촉)되어, 스위치 ON되도록 구현될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법들은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 두 개의 도전판 사이에 배치되는 복수의 헬리컬 코일을 포함하는 코일 어셈블리;
    상기 코일 어셈블리에 교류 전력 신호를 제공하는 제어 회로 기판; 및
    상기 코일 어셈블리와 상기 제어 회로 기판 사이에 배치되는 차폐제
    를 포함하는, 무선 전력 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두 개의 도전판 중 어느 하나는 접지되고, 나머지 하나는 상기 교류 전력 신호가 인가되는, 무선 전력 송신기.
  3. 제2항에 있어서,
    외부 전원 단자를 통해 입력되는 외부 전력을 상기 제어 회로 기판에 전달하거나 차단하는 전력 스위치를 더 포함하고, 충전 영역에 물체가 배치되면, 상기 전력 스위치가 온(ON)되어 상기 전력 스위치를 통해 상기 외부 전력이 상기 제어 회로 기판에 전달되는, 무선 전력 송신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충전 영역에 물체가 배치되지 않으면 상기 전력 스위치가 OFF 상태로 유지되어 상기 제어 회로 기판으로 상기 외부 전력이 공급되는 것이 차단되는, 무선 전력 송신기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 센서는 상기 두 개의 도전판 사이의 거리 변화에 기반하여 상기 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면 상기 전력 스위치가 스위치 온(ON)되도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 도전판에 소정 기준치 이상의 압력이 가해지면, 상기 전력 스위치의 두 접점이 자동으로 단락되는, 무선 전력 송신기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어 회로 기판은
    외부 전원으로부터 직류 전력 신호를 수신하는 외부 전원 단자; 및
    상기 외부 전원 단자 및 상기 전력 스위치를 통해 수신되는 상기 직류 전력 신호를 상기 교류 전력 신호로 변환하는 전력 변환기
    를 포함하는, 무선 전력 송신기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전판은 고리 형태인, 무선 전력 송신기.
  9. 두 개의 도전판 사이에 복수의 헬리컬 코일이 배치된 복수의 코일 그룹을 포함하는 코일 어셈블리;
    외부 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 상기 코일 어셈블리에 제공하는 제어 회로 기판; 및
    상기 코일 어셈블리와 상기 제어 회로 기판 사이에 배치되는 차폐제
    를 포함하는, 무선 전력 송신기.
  10. 제9항에 있어서,
    외부 전원 단자를 통해 입력되는 상기 외부 직류 전력 신호를 상기 제어 회로 기판에 전달하거나 차단하는 전력 스위치; 및
    상기 코일 그룹에 대응되는 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 센서
    를 더 포함하고, 상기 센서가 상기 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 상기 전력 스위치의 두 접점을 단락시켜 상기 전력 스위치를 통해 상기 외부 직류 전력 신호가 상기 제어 회로 기판에 전달되는, 무선 전력 송신기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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