KR20140077591A

KR20140077591A - 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법

Info

Publication number: KR20140077591A
Application number: KR1020120146566A
Authority: KR
Inventors: 모경구; 문성우; 연평우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-24
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: US9396870B2; CN103872789A; CN103872789B; DE102013224826A1; KR101965252B1; US20140167520A1

Abstract

무선 전력 전송 장치, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법이 제공된다. 상기 무선 전력 전송 장치는 소스 코일, 및 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 소스 코일은 외부에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 소스 코일은 상기 공진 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 공진 코일은 외부에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송한다.

Description

무선 전력 전송 장치, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법{Wireless power transmission device, wireless power reception device, wireless power transmission system and wireless power transmission method}

본 발명은 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.

무선 전력 전송 방식에는 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식이 있다. 전자기 유도 방식은 소스측 코일에서 발생된 자속에 의해 부하측 코일에 기전력이 유도되는 것을 이용하는 방식이고, 자기 공명 방식은 송신 공진 코일과 수신 공진 코일 사이 자기장의 공명을 이용하는 방식이다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식을 선택적으로 이용하여 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식을 선택적으로 이용하여 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식을 선택적으로 이용하여 전력을 송수신하는 무선 전력 전송 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식을 선택적으로 이용하여 전력을 전송하는 무선 전력 전송 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 전송 장치의 일 태양은 소스 코일, 및 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 소스 코일은 외부에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 소스 코일은 상기 공진 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 공진 코일은 외부에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 전송 장치의 다른 태양은 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 소스 코일, 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링되고, 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 공진 코일, 및 상기 공진 코일과 병렬 연결된 스위치를 포함하되, 제1 시점에서 상기 스위치는 온 상태이고, 상기 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 전력을 비전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 스위치는 오프 상태이고, 상기 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 전력을 전송받는다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 전송 장치의 또 다른 태양은 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 소스 코일, 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링되고, 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 공진 코일, 및 상기 공진 코일과 직렬 연결된 스위치를 포함하되, 제1 시점에서 상기 스위치는 오프 상태이고, 상기 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 전력을 비전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 스위치는 온 상태이고, 상기 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 전력을 전송받는다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 전송 장치의 또 다른 태양은 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 소스 코일, 및 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링되고, 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 공진 코일을 포함하되, 무선 전력 수신 장치와의 거리가 기준 거리보다 작을 경우, 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 기준 거리보다 클 경우, 자기 공명 방식으로 전력을 전송한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 수신 장치의 일 태양은 부하 코일, 및 상기 부하 코일과 인덕티브 커플링된 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 부하 코일은 외부로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 외부로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받고, 상기 부하 코일은 상기 공진 코일로부터 전자기 유도 방식으로 상기 전송받은 전력을 전송받는다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 전송 시스템의 일 태양은 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치, 및 부하 코일을 포함하여 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치를 포함하되, 상기 무선 전력 전송 장치는 소스 코일과, 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 송신 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 소스 코일은 상기 부하 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 소스 코일은 상기 송신 공진 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 송신 공진 코일은 상기 부하 코일에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 전송 시스템의 다른 태양은 소스 코일을 포함하여 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치, 및 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치를 포함하되, 상기 무선 전력 수신 장치는 부하 코일과, 상기 부하 코일과 인덕티브 커플링된 수신 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 부하 코일은 상기 소스 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 수신 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받고, 상기 부하 코일은 상기 수신 공진 코일로부터 전자기 유도 방식으로 상기 전송받은 전력을 전송받는다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 전송 시스템의 또 다른 태양은 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치, 및 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치를 포함하되, 상기 무선 전력 전송 장치는 소스 코일과, 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 송신 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 소스 코일은 상기 무선 전력 수신 장치에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 소스 코일은 상기 송신 공진 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 송신 공진 코일은 상기 무선 전력 수신 장치에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송하고, 상기 무선 전력 수신 장치는 부하 코일과, 상기 부하 코일과 인덕티브 커플링된 수신 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 부하 코일은 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 수신 공진 코일은 상기 무선 전력 전송 장치로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받고, 상기 부하 코일은 상기 수신 공진 코일로부터 전자기 유도 방식으로 상기 전송받은 전력을 전송받는다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무선 전력 전송 방법의 일 태양은 소스 코일을 이용하여 무선 전력 수신 장치에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 송신 공진 코일을 이용하여 무선 전력 수신 장치에 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 것을 포함한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 6은 도 5의 무선 전력 전송 장치에서 제어 정보를 수신하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 13은 도 12의 무선 전력 수신 장치에서 제어 정보를 전송하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 17은 도 16의 무선 전력 전송 방법에서 공진 주파수를 트래킹하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 자기 공명 방식으로 전력을 전송받는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 전력 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 포함하는 전자 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 22는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 포함하는 전자 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력이 송수신되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(1)는 소스 전압(Vs), 소스 코일부(11), 공진 코일부(12a)를 포함한다.

소스 전압(Vs)은 소스 코일부(11)에 교류 전력을 공급한다.

소스 코일부(11)는 소스 코일(L1), 제1 저항(R1), 제1 커패시턴스(C1)를 포함한다. 소스 코일(L1)은 소스 전압(Vs)으로부터 전력을 공급받고, 외부에 전자기 유도(electromagnetic induction) 방식으로 전력을 전송한다. 제1 저항(R1)은 소스 코일(L1)의 기생 저항이고, 제1 커패시턴스(C1)는 소스 코일(L1)의 기생 커패시턴스일 수 있다.

공진 코일부(12a)는 송신 공진 코일(L2), 제2 저항(R2), 제2 커패시턴스(C2)를 포함한다. 송신 공진 코일(L2)은 외부에 자기 공명(magnetic resonance) 방식으로 전력을 전송한다. 제2 저항(R2)은 송신 공진 코일(L2)의 기생 저항이고, 제2 커패시턴스(C2)는 송신 공진 코일(L2)의 기생 커패시턴스일 수 있다.

소스 코일부(11)의 소스 코일(L1)과 공진 코일부(12a)의 송신 공진 코일(L2)은 서로 인덕티브 커플링(inductive coupling)된다. 여기서 인덕티브 커플링이란, 복수의 코일이 상호 인덕턴스(mutual inductance)에 의해 결합되어, 제1 코일에서 흐르는 전류에 의해 발생된 자속의 적어도 일부가 제2 코일과 쇄교하게 되고, 이에 따라 제2 코일에 전류가 유도되는 것을 말한다. 이에 따라, 소스 코일(L1)은 송신 공진 코일(L2)에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송할 수 있다. 도 1에 도시된 k12는 소스 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)의 결합 계수(coupling coefficient)를 나타낸다.

송신 공진 코일(L2)에는 제1 스위치(S1)가 병렬 연결되어 송신 공진 코일(L2)이 단락(short) 가능하다. 제1 스위치(S1)가 온(on) 상태인 경우 송신 공진 코일(L2)은 단락되고, 제1 스위치(S1)가 오프(off) 상태인 경우 송신 공진 코일(L2)은 비단락된다.

도 1에서 송신 공진 코일(L2)이 단락되고 제2 저항(R2)이 충분히 작은 경우, 예를 들어 ω를 주파수라고 하고, ωL2 >> R2인 경우 송신 공진 코일(L2)을 흐르는 전류와 송신 공진 코일(L2) 양단 전압의 위상차는 대략 90도가 되고 실효 전력(effective power)은 0이 된다. 따라서, 이 경우 소스 코일(L1)로부터 송신 공진 코일(L2)에 전력이 전송되지 않는다.

이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(1)는, 제1 시점에서 제1 스위치(S1)가 온 상태이고 송신 공진 코일(L2)이 단락된다. 이에 따라 송신 공진 코일(L2)은 소스 코일(L1)로부터 전력을 비전송받고, 소스 코일(L1)이 외부에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송할 수 있다. 또한, 제1 시점과 다른 제2 시점에서 제1 스위치(S1)가 오프 상태이고 송신 공진 코일(L2)이 비단락된다. 이에 따라 송신 공진 코일(L2)은 소스 코일(L1)로부터 전력을 전송 받고, 송신 공진 코일(L2)이 외부에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1과 차이점을 중점으로 하여 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(2)는 교류-직류 컨버터(13; AC/DC), 드라이버(14; Driver), 매칭 회로(15; Matching Network)를 더 포함한다.

교류-직류 컨버터(13)는 소스 전압(Vs)이 공급하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.

드라이버(14)는 교류-직류 컨버터(13)에 의해 변환된 직류 전력을 무선 전력 신호로 변환하고, 주파수를 제어하여 소스 코일(L1)에 공급한다. 드라이버(14)는 인터버(inverter), 예를 들어 하프 브리지(half-bridge) 회로를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하프 브리지 회로의 스위칭 주파수에 따라 소스 코일(L1)에 공급되는 무선 전력 신호의 주파수가 제어될 수 있다.

매칭 회로(15)는 외부에서 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치와 임피던스(impedence)를 매칭(matching)하기 위한 회로이다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(3)는 소스 전압(Vs), 소스 코일부(11), 공진 코일부(12b)를 포함한다.

소스 전압(Vs)은 소스 코일부(11)에 교류 전력을 공급한다.

공진 코일부(12b)는 송신 공진 코일(L2), 제2 저항(R2), 제2 커패시턴스(C2)를 포함한다. 송신 공진 코일(L2)은 외부에 자기 공명(magnetic resonance) 방식으로 전력을 전송한다. 제2 저항(R2)은 송신 공진 코일(L2)의 기생 저항이고, 제2 커패시턴스(C2)는 송신 공진 코일(L2)의 기생 커패시턴스일 수 있다.

소스 코일부(11)의 소스 코일(L1)과 공진 코일부(12b)의 송신 공진 코일(L2)은 서로 인덕티브 커플링(inductive coupling)된다. 이에 따라, 소스 코일(L1)은 송신 공진 코일(L2)에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송할 수 있다. 도 3에 도시된 k12는 소스 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)의 결합 계수(coupling coefficient)를 나타낸다.

송신 공진 코일(L2)에는 제2 스위치(S2)가 직렬 연결되어 송신 공진 코일(L2)이 개방(open) 가능하다. 제2 스위치(S2)가 온 상태인 경우 송신 공진 코일(L2)은 비개방되고, 제2 스위치(S2)가 오프 상태인 경우 송신 공진 코일(L2)은 개방된다.

도 3에서 송신 공진 코일(L2)이 개방는 경우, 송신 공진 코일(L2)을 흐르는 전류는 0이 되고 실효 전력은 0이 된다. 따라서, 이 경우에도 소스 코일(L1)로부터 송신 공진 코일(L2)에 전력이 전송되지 않는다. 다만, 주파수가 높은 경우 송신 공진 코일(L2)의 기생 커패시턴스가 커지는 점을 고려할 필요가 있다.

이에 따라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(3)는, 제1 시점에서 제2 스위치(S2)가 오프 상태이고 송신 공진 코일(L2)이 개방된다. 이에 따라 송신 공진 코일(L2)은 소스 코일(L1)로부터 전력을 비전송 받고, 소스 코일(L1)이 외부에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송할 수 있다. 또한, 제1 시점과 다른 제2 시점에서 제2 스위치(S2)가 온 상태이고 송신 공진 코일(L2)이 비개방된다. 이에 따라 송신 공진 코일(L2)은 소스 코일(L1)로부터 전력을 전송 받고, 송신 공진 코일(L2)이 외부에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다. 설명의 편의를 위하여 도 3과 차이점을 중점으로 하여 설명하기로 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(4)는 교류-직류 컨버터(13; AC/DC), 드라이버(14; Driver), 매칭 회로(15; Matching Network)를 더 포함한다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는 소스 유닛(110; Source), 전송 유닛(120; Transmitter)을 포함한다.

소스 유닛(110)은 소스 전압(Vs), 공급 전력 측정 회로(미도시)를 포함한다. 상술한 본 발명의 도 1 내지 도 4의 무선 전력 전송 장치(1~4)에서 소스 전압(Vs)은 소스 유닛(110)에 배치될 수 있다. 공급 전력 측정 회로는 소스 전압(Vs)이 소스 코일(L1)에 공급하는 공급 전력 값을 측정할 수 있다. 공급 전력 측정 회로는 측정된 공급 전력 값을 후술하는 전송 유닛(120)의 제어부(121)에 전송할 수 있다.

무선 전력 전송 장치(100)는 다수 개의 전송 유닛(120)을 포함할 수 있다. 도 5에는 전송 유닛(120)이 3 개인 것으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

전송 유닛(120)은 제어부(121; Controller), 통신부(123; Comm), 파워 변환부(122; Power Conversion)를 포함한다.

파워 변환부(122)는 소스 유닛(110)으로부터 공급되는 전력을 무선 전력 신호로 변환하고, 무선 전력 수신 장치에 전자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식으로 전력을 전송한다. 상술한 도 1 내지 도 4의 무선 전력 전송 장치(1~4)에서 소스 코일부(11), 공진 코일부(12a, 12b)는 파워 변환부(122)에 배치될 수 있다.

제어부(121)는 후술하는 통신부(123)로부터 제어 정보를 수신하고, 파워 변환부(122)의 동작점(operation point)을 제어한다. 여기서, 동작점은 예를 들어 송신 공진 코일(L2)에 흐르는 전류, 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일의 공진 주파수 등을 포함할 수 있다. 제어부(121)는 소스 유닛(110)이 공급하는 전력을 제어할 수도 있다.

통신부(123)는 무선 전력 수신 장치로부터 제어 정보를 수신한다. 통신부(123)는 반사 부하(reflected load)의 복조(demodulation)에 의해 제어 정보를 수신할 수 있다. 통신부(123)는 수신된 제어 정보를 제어부(121)에 전송한다. 제어 정보는 예를 들어 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 목표 전력 값, 무선 전력 수신 장치의 부하가 전달받는 수신 전력 값 등을 포함할 수 있다. 무선 전력 수신 장치로부터 제어 정보를 수신하는 방법에 관하여는 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 도 5의 무선 전력 전송 장치에서 제어 정보를 수신하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 파워 변환 유닛(122)의 송신 공진 코일(L2)에는 측정 센서(D1)가 설치될 수 있다. 측정 센서(D1)는 송신 공진 코일(L2)에 흐르는 전류(I2) 및/또는 송신 공진 코일(L2)의 전압(V2)을 측정할 수 있다.

통신부(123)는 측정 센서(D1)가 측정한 전류 값 및/또는 전압 값을 기초로 반사 부하를 복조하여 제어 정보를 수신할 수 있다. 무선 전력 수신 장치에서는 후술하는 바와 같이 부하를 변조함으로써 반사 부하를 변조할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다. 설명의 편의를 위하여 도 5와 차이점을 중점으로 하여 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(200)에서 통신부(223)는 무선 전력 수신 장치의 통신부와 별도의 통신망을 형성하고 각종 메시지를 송수신할 수 있다. 각종 메시지는 예를 들어 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 목표 전력 값, 무선 전력 수신 장치의 부하가 전달받는 수신 전력 값, 무선 전력 전송 장치의 전송 방식 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(200)는 도 5와 다르게 반사 부하의 복조를 이용하지 않는다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(5)는 공진 코일부(21a), 부하 코일부(22), 부하(Rl)를 포함한다.

공진 코일부(21a)는 수신 공진 코일(L3), 제3 저항(R3), 제3 커패시턴스(C3)를 포함한다. 수신 공진 코일(L3)은 외부로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받는다. 제3 저항(R3)은 수신 공진 코일(L3)의 기생 저항이고, 제3 커패시턴스(C3)는 수신 공진 코일(L3)의 기생 커패시턴스일 수 있다.

부하 코일부(22)는 부하 코일(L4), 제4 저항(R4), 제4 커패시턴스(C4)를 포함한다. 부하 코일(L4)은 외부로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받고, 부하(Rl)에 전송받은 전력을 공급한다. 제4 저항(R4)은 부하 코일(L4)의 기생 저항이고, 제4 커패시턴스(C4)는 부하 코일(L4)의 기생 커패시턴스일 수 있다.

부하(Rl)는 부하 코일(L4)로부터 전력을 공급받는다.

공진 코일부(21a)의 수신 공진 코일(L3)과 부하 코일부(22)의 부하 코일(L4)은 서로 인덕티브 커플링(inductive coupling)된다. 이에 따라, 수신 공진 코일(L3)은 부하 코일(L4)에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송할 수 있다. 도 8에 도시된 k34는 수신 공진 코일(L3)과 부하 코일(L4)의 결합 계수(coupling coefficient)를 나타낸다.

수신 공진 코일(L3)에는 제3 스위치(S3)가 병렬 연결되어 수신 공진 코일(L3)이 단락(short) 가능하다. 제3 스위치(S3)가 온 상태인 경우 수신 공진 코일(L3)은 단락되고, 제3 스위치(S3)가 오프 상태인 경우 수신 공진 코일(L3)은 비단락된다.

도 8에서 수신 공진 코일(L3)이 단락되는 경우 수신 공진 코일(L3)의 실효 전력은 0에 가깝고, 이 경우 수신 공진 코일(L3)이 외부로부터 전력을 전송받지 않는다는 것은 도 1에서 상술한 바와 실질적으로 동일하다.

이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(5)는, 제1 시점에서 제3 스위치(S3)가 온 상태이고 수신 공진 코일(L3)이 단락된다. 이에 따라 수신 공진 코일(L3)이 외부로부터 전력을 비전송받고, 부하 코일(L4)이 외부로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받을 수 있다. 또한, 제1 시점과 다른 제2 시점에서 제3 스위치(S3)가 오프 상태이고 수신 공진 코일(L3)이 비단락된다. 이에 따라 수신 공진 코일(L3)이 외부로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받고, 부하 코일(L4)이 수신 공진 코일(L3)로부터 전자기 유도 방식으로 전송받은 전력을 전송받을 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 8과 차이점을 중점으로 하여 설명하기로 한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(6)는 매칭 회로(23; Matching Network), 정류기(24; Rectifier), 직류-직류 컨버터(25; DC/DC)를 더 포함한다.

매칭 회로(23)는 외부에서 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치와 임피던스(impedence)를 매칭하기 위한 회로이다.

정류기(24)는 부하 코일(L4)로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 정류기(24)는 예를 들어 풀 브리지(full-bridge) 회로를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

직류-직류 컨버터(25)는 정류기(24)에 의해 변환된 직류 전력의 레벨을 제어하여 부하(Rl)에 공급한다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(7)는 공진 코일부(21b), 부하 코일부(22), 부하(Rl)를 포함한다.

공진 코일부(21b)는 수신 공진 코일(L3), 제3 저항(R3), 제3 커패시턴스(C3)를 포함한다. 수신 공진 코일(L3)은 외부로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받는다. 제3 저항(R3)은 수신 공진 코일(L3)의 기생 저항이고, 제3 커패시턴스(C3)는 수신 공진 코일(L3)의 기생 커패시턴스일 수 있다.

부하(Rl)는 부하 코일(L4)로부터 전력을 공급받는다.

공진 코일부(21b)의 수신 공진 코일(L3)과 부하 코일부(22)의 부하 코일(L4)은 서로 인덕티브 커플링(inductive coupling)된다. 이에 따라, 수신 공진 코일(L3)은 부하 코일(L4)에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송할 수 있다. 도 8에 도시된 k34는 수신 공진 코일(L3)과 부하 코일(L4)의 결합 계수(coupling coefficient)를 나타낸다.

수신 공진 코일(L3)에는 제4 스위치(S4)가 직렬 연결되어 수신 공진 코일(L3)이 개방(open) 가능하다. 제4 스위치(S4)가 온 상태인 경우 수신 공진 코일(L3)은 비개방되고, 제4 스위치(S4)가 오프 상태인 경우 수신 공진 코일(L3)은 개방된다.

도 10에서 수신 공진 코일(L3)이 개방되는 경우, 수신 공진 코일(L3)의 실효 전력은 0에 가깝고, 이 경우 수신 공진 코일(L3)이 외부로부터 전력을 전송받지 않는다는 것은 도 3에서 상술한 바와 실질적으로 동일하다.

이에 따라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(7)는, 제1 시점에서 제4 스위치(S4)가 오프 상태이고 수신 공진 코일(L3)이 개방된다. 이에 따라 수신 공진 코일(L3)이 외부로부터 전력을 비전송받고, 부하 코일(L4)이 외부로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받을 수 있다. 또한, 제1 시점과 다른 제2 시점에서 제4 스위치(S4)가 온 상태이고 수신 공진 코일(L3)이 비개방된다. 이에 따라 수신 공진 코일(L3)이 외부로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받고, 부하 코일(L4)이 수신 공진 코일(L3)로부터 전자기 유도 방식으로 전송받은 전력을 전송받을 수 있다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다. 설명의 편의를 위하여 도 10과 차이점을 중점으로 하여 설명하기로 한다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(8)는 매칭 회로(23; Matching Network), 정류기(24; Rectifier), 직류-직류 컨버터(25; DC/DC)를 더 포함한다.

도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(300)는 수신 유닛(310; Receiver), 부하 유닛(320; Load)을 포함한다.

수신 유닛(310)은 제어부(311; Controller), 통신부(313; Comm), 파워 픽업부(312; Power Pick-up)를 포함한다.

파워 픽업부(312)는 무선 전력 전송 장치로부터 전자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식으로 무선 전력 신호를 수신하고, 무선 전력 신호를 전력으로 변환하여 부하 유닛(320)에 공급한다. 상술한 도 8 내지 도 11의 무선 전력 수신 장치(5~8)에서 공진 코일부(21a, 21b), 부하 코일부(22)는 파워 픽업부(312)에 배치될 수 있다.

제어부(311)는 후술하는 통신부(313)에 제어 정보를 전송하고, 파워 픽업부(312)의 동작점을 제어한다. 여기서, 동작점은 예를 들어 부하(Rl)에 출력되는 전류 또는 전압, 송신 공진 코일과 수신 공진 코일(L3)의 공진 주파수 등을 포함할 수 있다. 제어부(311)는 부하 유닛(320)에 공급하는 전력을 제어할 수도 있다.

통신부(313)는 무선 전력 전송 장치에 제어 정보를 전송한다. 통신부(313)는 반사 부하(reflected load)의 변조(modulation)에 의해 제어 정보를 전송할 수 있다. 제어 정보는 예를 들어 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 목표 전력 값, 무선 전력 수신 장치의 부하가 전달받는 수신 전력 값 등을 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 장치에 제어 정보를 전송하는 방법에 관하여는 도 13을 참조하여 설명하기로 한다.

도 13은 도 12의 무선 전력 수신 장치에서 제어 정보를 전송하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 파워 변환 유닛(312)의 부하 코일부(22)와 부하 사(Rl)이에는 변조부(26)가 설치될 수 있다. 변조부(26)는 변조 커패시턴스(Cm), 스위치(Sm)를 포함할 수 있다.

변조부(26)는 스위치(Sm)를 온오프하여 변조 커패시턴스(Cm)를 부하(Rl)에 연결함으로써, 부하(Rl)를 변조하여 반사 부하를 변조할 수 있다. 통신부(313)는 제어부(311)로부터 수신한 제어 정보에 따라 반사 부하를 변조할 수 있다.

부하 유닛(420)은 부하(Rl), 수신 전력 측정 회로(미도시)를 포함한다. 상술한 도 8 내지 도 11의 무선 전력 수신 장치(5~8)에서 부하(Rl)는 부하 유닛(420)에 배치될 수 있다. 수신 전력 측정 회로는 부하(Rl)가 부하 코일(L4)로부터 공급받는 수신 전력 값을 측정할 수 있다. 수신 전력 측정 회로는 측정된 수신 전력 값을 수신 유닛(410)의 제어부(411)에 전송할 수 있다.

도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제어 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다. 설명의 편의를 위하여 도 12와 차이점을 중점으로 하여 설명하기로 한다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(400)에서 통신부(413)는 무선 전력 전송 장치의 통신부와 별도의 통신망을 형성하고 각종 메시지를 송수신할 수 있다. 각종 메시지는 예를 들어 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 목표 전력 값, 무선 전력 수신 장치의 부하가 전달받는 수신 전력 값, 무선 전력 전송 장치의 전송 방식 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(400)는 도 12와 다르게 반사 부하의 변조를 이용하지 않는다.

이하에서는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식을 선택적으로 이용하여 전력을 전송하는 방법을 설명하기로 한다.

도 15는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 15를 참조하면, 먼저, 파워 변환부(122, 222)는 무선 전력 수신 장치에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송한다(S510). 이 때, 무선 전력 전송 장치의 송신 공진 코일(L2)은 상술한 몇몇 실시예와 같이 단락되거나 개방된다.

이어서, 통신부(123, 223)는 무선 전력 수신 장치로부터 부하(Rl)가 전달받는 수신 전력 값을 전송받는다(S520). 이 때, 무선 전력 수신 장치에 전송되는 전송 전력 값을 측정할 수 있다. 예를 들어 공급 전력 측정 회로는 소스 전압(Vs)이 소스 코일(L1)에 공급하는 공급 전력 값을 무선 전력 수신 장치에 전송되는 전송 전력 값에 대응하여 측정할 수 있다.

이어서, 제어부(121, 221)는 전력 전송 효율(power transfer effiency)이 기준 효율보다 작은지 판단한다(S530). 여기서, 전력 전송 효율은 전송 전력 값과 수신 전력 값에 따른 비율을 나타낸다.

이어서, 제어부(121, 221)는 전력 전송 효율이 기준 효율보다 작은 경우 전송 방식을 전자기 유도 방식에서 자기 공명 방식으로 전환한다(S540). 이 때, 무선 전력 전송 장치의 송신 공진 코일(L2)은 상술한 몇몇 실시예와 같이 비단락되거나 비개방된다. 통신부(123, 223)는 무선 전력 수신 장치에 전송 방식의 전환 정보를 전송할 수 있다.

한편, 제어부(121, 221)는 전력 전송 효율이 기준 효율보다 큰 경우 전송 방식을 전자기 유도 방식으로 유지하고, S510의 단계를 반복한다.

도 16은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 16을 참조하면, 먼저 초기 조건에서 제어부(121, 221)는 k12를 기준 결합 계수로 고정시킨다(S610). 여기서, k12는 소스 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)의 결합 계수(coupling coefficient)를 나타낸다. 이 때, 소스 코일(L1)과 송신 공진 코일 간(L2)의 결합 계수는 예를 들어 소스 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2) 간의 거리를 통해 제어될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이어서, 파워 변환부(122, 222)는 무선 전력 수신 장치에 자기 공명 방식으로 전력을 전송한다(S620). 이 때, 무선 전력 전송 장치의 송신 공진 코일(L2)은 상술한 몇몇 실시예와 같이 비단락되거나 비개방된다.

이어서, 통신부(123, 223)는 무선 전력 수신 장치로부터 기준 부하가 전달받는 수신 전력 값을 전송받는다(S630). 이 때, 무선 전력 수신 장치에서 부하(Rl)는 기준 부하로 고정될 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치에 전송되는 전송 전력 값을 측정할 수 있다. 예를 들어 공급 전력 측정 회로는 소스 전압(Vs)이 소스 코일(L1)에 공급하는 공급 전력 값을 무선 전력 수신 장치에 전송되는 전송 전력 값에 대응하여 측정할 수 있다.

이어서, 제어부(121, 221)는 수신 전력값에 따라 k23을 추정한다(S640). 여기서, k23은 무선 전력 전송 장치의 송신 공진 코일(L2)과 무선 전력 수신 장치의 수신 공진 코일(L3)의 결합 계수를 나타낸다. 이 때, 제어부(121, 221)는 전력 전송 효율을 산출하고, 전력 전송 효율에 대응되는 k23을 추정할 수 있다. 이를 위해, 전력 전송 효율에 따라 k23이 매핑된 테이블 또는 k23을 인수로 하는 함수가 제어부(121, 221)에 저장될 수 있다.

이어서, 제어부(121, 221)는 추정된 k23에 따라 전송 파라미터를 설정한다(S650). 여기서, 전송 파라미터는 예를 들어, 소스 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)의 결합 계수, 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일의 공진 주파수, 소스 전압(Vs)의 공급 전력 등을 포함할 수 있다. 이 때, 통신부(123, 223)는 설정된 전송 파라미터를 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.

이어서, 파워 변환부(122, 222)는 설정된 전송 파라미터에 따라 무선 전력 수신 장치에 자기 공명 방식으로 전력을 전송한다(S660). 이 때, 송신 공진 코일(L2)과 무선 전력 수신 장치의 수신 공진 코일(L3)의 거리에 따라 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)의 공진 주파수가 변화할 수 있다.

이어서, 제어부(121, 221)는 k23에 따라 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)의 공진 주파수를 변화시키고, 공진 주파수의 변화를 트래킹(tracking)한다(S670). 도 17을 참조하면, 송신 공진 코일(L2)과 무선 전력 수신 장치의 수신 공진 코일(L3)의 거리가 변화함에 따라, 최대 전력 전송 효율을 발휘하는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)의 공진 주파수는, 제1 시점에서 f0일 수 있으나, 제2 시점에서 f1 또는 f2의 복수 개로 변화할 수 있다. 이 때, 제어부(121, 221)는 공진 주파수의 변화량으로서, c1(f0-f1) 또는 c2(f2-f0)를 트래킹한다.

이어서, 제어부(121, 221)는 공진 주파수의 변화량이 기준 변화량보다 큰지 판단한다(S680). 이 때, 기준 변화량은 소스 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)의 결합 계수를 인수로 하는 함수에 의해 결정될 수 있다.

이어서, 제어부(121, 221)는 공진 주파수의 변화량이 기준 변화량보다 큰 경우, 전송 방식을 자기 공명 방식에서 전자기 유도 방식으로 전환한다(S690). 이 때, 무선 전력 전송 장치의 송신 공진 코일(L2)은 상술한 몇몇 실시예와 같이 단락되거나 개방된다. 한편, 제어부(121, 221)는 공진 주파수의 변화량이 기준 변화량보다 작은 경우, 전송 방식을 자기 공명 방식으로 유지하고, S660의 단계를 반복한다.

이하에서는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식을 선택적으로 이용하여 전력을 전송받는 방법을 설명하기로 한다.

도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 18을 참조하면, 먼저, 파워 픽업부(312, 412)는 무선 전력 전송 장치로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받는다(S710). 이 때, 무선 전력 수신 장치의 수신 공진 코일(L3)은 상술한 몇몇 실시예와 같이 단락되거나 개방된다.

이어서, 통신부(313, 413)는 무선 전력 수신 장치에 부하(Rl)가 전달받은 수신 전력 값을 전송한다(S720). 예를 들어 수신 전력 측정 회로는 부하(Rl)가 부하 코일(L4)로부터 공급 받는 수신 전력 값을 측정할 수 있다.

이어서, 통신부(313, 413)는 무선 전력 전송 장치로부터 전송 방식의 전환 정보가 수신되는지 판단한다(S730).

이어서, 제어부(311, 411)는 전송 방식의 전환 정보가 수신되는 경우, 전송 방식을 전자기 유도 방식에서 자기 공명 방식으로 전환한다(S740). 이 때, 무선 전력 수신 장치의 수신 공진 코일(L3)은 상술한 몇몇 실시예와 같이 비단락되거나 비개방된다.

한편, 제어부(311, 411)는 전송 방식의 전환 정보가 수신되지 않는 경우, S710의 단계를 반복한다.

도 19는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 자기 공명 방식으로 전력을 전송받는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 19를 참조하면, 먼저, 부하 유닛(320)은 부하(Rl)를 기준 부하로 고정한다(S810). 무선 전력 수신 장치의 부하(Rl)는, 무선 전력 수신 장치를 포함하는 전자 시스템의 각종 구성의 동작에 따라 변화될 수 있는데, 이 때에는 기준 부하의 미리 정해진 값으로 고정된다.

이어서, 파워 픽업부(312, 412) 무선 전력 전송 장치로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받는다(S820). 이 때, 무선 전력 수신 장치의 수신 공진 코일(L3)은 상술한 몇몇 실시예와 같이 비단락되거나 비개방된다.

이어서, 통신부(313, 413)는 무선 전력 수신 장치에 기준 부하가 전달받은 수신 전력 값을 전송한다(S830). 예를 들어 수신 전력 측정 회로는 기준 부하가 부하 코일(L4)로부터 공급 받는 수신 전력 값을 측정할 수 있다.

이어서, 파워 픽업부(312, 412)는 무선 전력 전송 장치로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받는다(S840). 이 때, 무선 전력 전송 장치의 제어부(111, 211)는 k23을 추정하고, 추정된 k23에 따라 전송 파라미터를 설정하여 전력을 전송할 수 있다. 필요에 따라 통신부(313, 413)는 무선 전력 전송 장치로부터 설정된 전송 파라미터 정보를 전송받고, 제어부(311, 411)는 전송받은 정보에 따라 무선 전력 수신 장치의 전송 파라미터를 설정할 수도 있다.

이어서, 통신부(313, 413)는 무선 전력 전송 장치로부터 전송 방식의 전환 정보가 수신되는지 판단한다(S850).

이어서, 제어부(311, 411)는 전송 방식의 전환 정보가 수신되는 경우, 전송 방식을 자기 공명 방식에서 전자기 유도 방식으로 전환한다(S860). 이 때, 무선 전력 수신 장치의 수신 공진 코일(L3)은 상술한 몇몇 실시예와 같이 단락되거나 개방된다.

한편, 제어부(311, 411)는 전송 방식의 전환 정보가 수신되지 않는 경우, S840의 단계를 반복한다.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 전력 효율을 설명하기 위한 도면이다.

도 20을 참조하면, 무선 전력 전송 방식 중 전자기 유도 방식의 경우, 무선 전력 전송 장치의 소스 코일과 무선 전력 수신 장치의 부하 코일의 얼라인(align)이 좋은 경우 높은 전력 전송 효율을 나타낸다. 그러나, 소스 코일과 부하 코일의 얼라인이 좋지 않은 경우, 또는 소스 코일과 부하 코일이 분리되는 경우 전력 전송 효율이 급격하게 감소된다. 도 20에서 P1은 전자기 유도 방식의 전력 전송 효율을 나타낸다.

자기 공명 방식의 경우, 송신 공진 코일과 수신 공진 코일 간 거리가 멀더라도 전자기 유도 방식보다 상대적으로 높은 전력 전송 효율을 나타낸다. 그러나, 송신 공진 코일과 수신 공진 코일 간 거리가 가까운 경우 전자기 유도 방식보다 상대적으로 낮은 전력 전송 효율을 나타낸다. 도 20에서 P2는 자기 공명 방식의 전력 전송 효율을 나타낸다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(1~4) 및/또는 무선 전력 수신 장치(5~8)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에 의하면, 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치 사이 거리가 기준 거리(dref)보다 작고 코일의 얼라인이 좋은 경우(I)에는 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치 사이 거리가 기준 거리(dref)보다 크거나 코일의 얼라인이 좋지 않은 경우(II)에는 자기 공명 방식으로 전력을 전송함으로써, 항상 높은 전력 전송 효율(PTE)을 발휘할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 수신 장치를 포함하는 전자 시스템을 설명하기로 한다.

도 21은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 포함하는 전자 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.

도 21을 참조하면, 전자 시스템(9)은 컨트롤러(930), 입출력 장치(910, I/O), 기억 장치(920, memory), 전력 전송 장치(940), 및 버스(950, bus)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(930), 입출력 장치(910), 전력 전송 장치(940), 및/또는 기억 장치(920)는 버스(950)를 통하여 서로 결합 될 수 있다. 버스(950)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다.

컨트롤러(930)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입출력 장치(910)는 키패드(keypad) 및 디스플레이 장치 등을 포함할 수 있다. 기억 장치(920)는 데이터 및/또는 명령어 등을 저장할 수 있다. 전력 전송 장치(940)는 외부에 전력을 전송할 수 있다. 도시하지 않았지만, 전자 시스템(9)은 컨트롤러(930)의 동작을 향상시키기 위한 동작 메모리로서, 고속의 DRAM 및/또는 SRAM 등을 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(1~4)는 전력 전송 장치(940)의 일부로 제공될 수 있다.

도 22는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 포함하는 전자 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다

도 22를 참조하면, 전자 시스템(10)은 컨트롤러(1040), 입출력 장치(1010, I/O), 기억 장치(1020, memory), 인터페이스(1030), 전력 공급 장치(1050), 전력 수신 장치(1060), 및 버스(1070, bus)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(1040), 입출력 장치(1010), 기억 장치(1020), 인터페이스(1030), 및/또는 전력 공급 장치(1050)는 버스(1070)를 통하여 서로 결합 될 수 있다. 버스(1070)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다.

컨트롤러(1040)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입출력 장치(1010)는 키패드(keypad), 키보드 및 디스플레이 장치 등을 포함할 수 있다. 기억 장치(1020)는 데이터 및/또는 명령어 등을 저장할 수 있다. 인터페이스(1030)는 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 인터페이스(1030)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 예컨대, 인터페이스(1030)는 안테나 또는 유무선 트랜시버 등을 포함할 수 있다. 전력 공급 장치(1050)는 컨트롤러(1040), 입출력 장치(1010), 기억 장치(1020), 인터페이스(1030)에 전력을 공급할 수 있다. 전력 공급 장치(1050)는 예를 들어 배터리를 포함할 수 있다. 전력 수신 장치(1060)는 외부로부터 무선 전력을 전송받아 전력 공급 장치(1050)에 전송할 수 있다. 도시하지 않았지만, 전자 시스템(10)은 컨트롤러(1040)의 동작을 향상시키기 위한 동작 메모리로서, 고속의 DRAM 및/또는 SRAM 등을 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(5~8)는 전력 수신 장치(1060)의 일부로 제공될 수 있다.

전자 시스템(10)은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA, personal digital assistant), 포터블 컴퓨터(portable computer), 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player), 또는 정보를 무선환경에서 송신 및/또는 수신할 수 있는 모든 전자 제품에 적용될 수 있다.

도 23은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 23을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(11)은 무선 전력 전송 장치(1110)와 무선 전력 수신 장치(1120)를 포함한다.

무선 전력 전송 장치(1110)는 도 1 내지 도 4의 무선 전력 전송 장치의 구성 요소를 구비할 수 있다. 또는, 무선 전력 전송 장치(1110)는 소스 전압, 소스 코일, 그리고, 소스 코일의 기생 저항과 기생 커패시턴스 등을 구비할 수도 있다.

무선 전력 수신 장치(1120)는 도 8 내지 도 11의 무선 전력 수신 장치(1120)의 구성 요소를 구비할 수 있다. 또는, 무선 전력 수신 장치는 부하, 부하 코일, 그리고, 부하 코일의 기생 저항과 기생 커패시턴스 등을 구비할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(11)은 3-코일 시스템 또는 4-코일 시스템으로 구성될 수 있다. 예시적으로, 3-코일 시스템은 송신 공진 코일 또는 수신 공진 코일 중 어느 하나만이 존재하여, 무선 전력 전송 장치(1110) 또는 무선 전력 수신 장치(1120) 중 어느 하나만이 동작 방식을 전환할 수 있는 시스템을 나타낸다. 예시적으로, 4-코일 시스템은 송신 공진 코일 또는 수신 공진 코일이 모두 존재하여, 무선 전력 전송 장치(1110)와 무선 전력 수신 장치(1120) 모두 동작 방식을 전환할 수 있는 시스템을 나타낸다.

도 24는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력이 송수신되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 전송 장치(1210)는 무선 전력 수신 장치(1220)에 비접촉식으로 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 수신 장치로서, 참조 부호 1220은 모바일 폰을 도시한 것이나, 이에 한정되는 것은 아니고, 태블릿 PC, 노트북 등에도 적용될 수 있다., 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 수신 장치가 예시하지 않은 다른 집적 회로 장치에도 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

11: 소스 코일부 12a, 12b: 공진 코일부
L1: 소스 코일 L2: 송신 공진 코일
S1: 제1 스위치 S2: 제2 스위치
21a, 22b: 공진 코일부 22: 부하 코일부
L3: 수신 공진 코일 L4: 부하 코일
S3: 제3 스위치 S4: 제4 스위치

Claims

소스 코일; 및
상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 공진 코일을 포함하되,
제1 시점에서 상기 소스 코일은 외부에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 소스 코일은 상기 공진 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 공진 코일은 외부에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 공진 코일은 단락되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 비단락되는 무선 전력 전송 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 공진 코일은 개방되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 비개방되는 무선 전력 전송 장치.
전자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 소스 코일;
상기 소스 코일과 인덕티브 커플링되고, 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 공진 코일; 및
상기 공진 코일과 병렬 연결된 스위치를 포함하되,
제1 시점에서 상기 스위치는 온 상태이고, 상기 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 전력을 비전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 스위치는 오프 상태이고, 상기 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 전력을 전송받는 무선 전력 전송 장치.
제4항에 있어서,
제1 시점에서 상기 소스 코일은 외부에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 외부에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 공진 코일은 단락되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 비단락되는 무선 전력 전송 장치.
전자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 소스 코일;
상기 소스 코일과 인덕티브 커플링되고, 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 공진 코일; 및
상기 공진 코일과 직렬 연결된 스위치를 포함하되,
제1 시점에서 상기 스위치는 오프 상태이고, 상기 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 전력을 비전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 스위치는 온 상태이고, 상기 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 전력을 전송받는 무선 전력 전송 장치.
제7항에 있어서,
제1 시점에서 상기 소스 코일은 외부에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 외부에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 공진 코일은 개방되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 비개방되는 무선 전력 전송 장치.
전자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 소스 코일; 및
상기 소스 코일과 인덕티브 커플링되고, 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 공진 코일을 포함하되,
무선 전력 수신 장치와의 거리가 기준 거리보다 작을 경우, 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 기준 거리보다 클 경우, 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치.
부하 코일; 및
상기 부하 코일과 인덕티브 커플링된 공진 코일을 포함하되,
제1 시점에서 상기 부하 코일은 외부로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 외부로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받고, 상기 부하 코일은 상기 공진 코일로부터 전자기 유도 방식으로 상기 전송받은 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 공진 코일은 단락되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 비단락되는 무선 전력 수신 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 공진 코일은 개방되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 공진 코일은 비개방되는 무선 전력 수신 장치.
전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치; 및
부하 코일을 포함하여 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치를 포함하되,
상기 무선 전력 전송 장치는 소스 코일과, 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 송신 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 소스 코일은 상기 부하 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 소스 코일은 상기 송신 공진 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 송신 공진 코일은 상기 부하 코일에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템.
제14항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 송신 공진 코일은 단락 또는 개방되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 송신 공진 코일은 비단락 또는 비개방되는 무선 전력 전송 시스템.
소스 코일을 포함하여 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치; 및
상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치를 포함하되,
상기 무선 전력 수신 장치는 부하 코일과, 상기 부하 코일과 인덕티브 커플링된 수신 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 부하 코일은 상기 소스 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 수신 공진 코일은 상기 소스 코일로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받고, 상기 부하 코일은 상기 수신 공진 코일로부터 전자기 유도 방식으로 상기 전송받은 전력을 전송받는 무선 전력 전송 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 수신 공진 코일은 단락 또는 개방되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 수신 공진 코일은 비단락 또는 비개방되는 무선 전력 전송 시스템.
전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치; 및
상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치를 포함하되,
상기 무선 전력 전송 장치는 소스 코일과, 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 송신 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 소스 코일은 상기 무선 전력 수신 장치에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 소스 코일은 상기 송신 공진 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 송신 공진 코일은 상기 무선 전력 수신 장치에 자기 공명 방식으로 전송받은 전력을 전송하고,
상기 무선 전력 수신 장치는 부하 코일과, 상기 부하 코일과 인덕티브 커플링된 수신 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 부하 코일은 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전송받고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 수신 공진 코일은 상기 무선 전력 전송 장치로부터 자기 공명 방식으로 전력을 전송받고, 상기 부하 코일은 상기 수신 공진 코일로부터 전자기 유도 방식으로 상기 전송받은 전력을 전송받는 무선 전력 전송 시스템.
제18항에 있어서,
상기 제1 시점에서 상기 송신 공진 코일과 상기 수신 공진 코일은 단락 또는 개방되고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 송신 공진 코일과 상기 수신 공진 코일은 비단락 또는 비개방되는 무선 전력 전송 시스템.
소스 코일을 이용하여 무선 전력 수신 장치에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고,
상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 송신 공진 코일을 이용하여 무선 전력 수신 장치에 자기 공명 방식으로 전력을 전송하는 것을 포함하는 무선 전력 전송 방법.