KR20130099699A

KR20130099699A - 무접점 충전 장치, 피충전 단말기 및 무접점 충전 방법

Info

Publication number: KR20130099699A
Application number: KR1020120021399A
Authority: KR
Inventors: 김재기
Original assignee: 주식회사 팬택
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-06
Also published as: US20130221913A1

Abstract

본 발명은 피충전 단말기에 무선으로 전력을 공급하는 무접점 충전 장치로, 상기 피충전 단말기에 설치된 2차 코일과 자기적으로 결합하되, 소정 크기를 가지는 다수의 블록 코일들로 구성되는 1차 코일과, 상기 1차 코일에 유도 전류를 공급하는 전원부, 및 상기 전원부를 통하여 상기 1차 코일에 공급되는 교류 전류를 제어함으로써, 상기 2차 코일에 유도 전압을 발생시키되, 상기 2차 코일에 정합되도록 상기 1차 코일의 블록 코일들의 스위칭을 제어하는 제 1 제어부를 포함한다.

Description

무접점 충전 장치, 피충전 단말기 및 무접점 충전 방법{NON-CONTACT CHARGING DEVICE, CHARGED TERMINAL AND NON-CONTACT CHARGING METHOD}

본 발명은 무접점 충전 장치, 피충전 단말기 및 무접점 충전 방법에 관한 것이다.

최근 스마트폰과 같은 이동통신단말, PDA, 노트북 등의 IT 디바이스가 널리 대중화되고 있다. 이러한 디바이스들은 휴대하여 사용되므로 배터리가 장착된다. 종래에는 디바이스에서 배터리를 분리하여 배터리를 충전기에 장착시켜 충전을 수행하거나, 배터리가 장착된 채로 디바이스를 충전기에 장착시켜 충전을 사용하는 방식이 사용되었다. 하지만, 최근에는 전자기 유도 현상을 이용한 무선 전력 송수신 기술을 응용하여, 이러한 모바일 기기의 배터리를 무선으로 충전시키는 무접점 충전 장치(Non-Contact Charging Device)가 개발되고 있다.

일반적으로 무접점 충전 장치에는 1차 코일(primary coil)이 설치되고, 피충전 디바이스에는 2차 코일(secondary coil)이 설치된다. 이때, 1차 코일과 2차 코일간의 위치의 정합에 따라 무접점 충전 장치의 효율이 결정되게 된다.

도 1은 1차 코일과 2차 코일의 정합 상태를 도시한 도면이다.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 1차 코일과 2차 코일이 위치가 서로 어긋나면, 1차 코일에서 1B의 자속변화량을 보내더라도 2차 코일에서는 1차 코일에서 보내는 자속변화량 1B 중 일부만 받게 된다. 따라서, 1차 코일에서 보내는 일부 전력이 대기 중에서 열로 소비되므로 충전 효율이 감소된다. 여기서 1B는 1차 코일에서 하나의 블록 코일이 2차 코일에 전송하는 자속량을 의미한다.

도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 1차 코일의 면적이 2차 코일의 면적보다 크면, 1차 코일에서 1B의 자속변화량를 보내더라도 2차 코일의 면적이 작으므로 1B의 자속변화량 모두를 받지는 못한다. 따라서, 1차 코일에서 보내는 일부 전력이 대기 중에서 열로 소비되므로 충전 효율이 감소된다.

도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 1차 코일의 면적이 2차 코일의 면적보다 작은 경우 1차 코일에서 1B의 자속변화량를 보내면 1B의 자속변화량을 모두 받기는 하나 수신 측면에서 충전 효율을 더 높일 수 있음에도 불구하고 1차 코일의 면적이 작음으로 인해 충분한 자속변화량을 수신할 수 없게 된다. 따라서, 2차 코일의 충전 효율이 저하되어 충전 시간이 길어지게 된다.

도 1의 (d)에 도시된 바와 같이 1차 코일과 2차 코일이 위치가 서로 정합되고 그 면적이 서로 동일할 경우 1차 코일의 자속변화량을 2차 코일에서 모두 받으므로, 최적의 충전 효율을 얻을 수 있으며 전력이 대기 중에서 열로 소비되지 않아 매우 효율적이다.

즉, 도 1에서 살펴본 바와 같이, 1차 코일과 2차 코일의 위치가 정합될 때(예를 들어 코일의 중심이 일치할 때) 면적이 서로 동일할 때 충전 효율이 최대가 될 수 있다. 이러한 조건을 만족시키기 위해서는 특정 피충전 단말기에 적합한 무접점 충전 장치를 별도로 만들어야 한다.

도 2는 무접점 충전 장치와 피충전 단말기의 일 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 무접점 충전 장치(10)의 크래들에 형성된 홈을 이용하여 피충전 단말기(11)가 정합되는 구조를 가진다. 즉, 특정 피충전 단말기에 내장된 2차 코일에 최대의 전력을 공급할 수 있도록 하는 용량을 가진 1차 코일을 포함하며, 특정 피충전 단말기가 1차 코일과 정합될 수 있도록 피충전 단말기의 위치를 고정시킬 수 있는 고정 구조가 설치되어야 한다. 그런데, 이러한 경우 크기가 다른 여러 단말기를 충전할 수 없으며 크래들에 홈에 맞는 단말기에만 사용해야 되며 홈과 벗어날 경우 충전이 제대로 이루어지지 않는 단점을 가지고 있다.

하지만, 최근 많은 사람들이 다양한 IT 디바이스를 사용하게 되면서 다양한 IT 디바이스를 모두 충전시킬 수 있는 범용 무접점 충전 단말기가 요구되고 있다. 이러한 범용 무접점 충전 단말기의 경우에는 피충전 단말기의 크기 및 2차 코일의 용량이 가변되는 조건이므로 특정 사양에 맞추어 충전 단말기를 설계할 수가 없다.

따라서, 피충전 단말기의 크기, 피충전 단말기에 내장된 2차 코일의 용량 등이 변화하여도 최대의 충전 효율을 제공할 수 있도록 하는 무접점 충전 장치가 요구되었다.

이러한 요구을 만족시키기 위하여 구동 모터를 이용하여 무접점 충전 장치와 피충전 단말기의 정합을 조절하는 기술이 제안되었다. 그런데, 구동모터를 이용하여 코일의 위치를 이동시키는 방법은 구동모터의 위치 제어기 및 구동모터 등에 의해 무접점 충전 장치의 크래들의 두께가 증가할 수 있으며, 조도, 근접 센서 등을 이용하여 2차 코일과 일치하는 1차 코일의 위치를 찾을 경우 잘못된 위치에 1차 코일을 위치시켜 충전이 안될 수도 있고 충전 효율이 저하될 뿐만 아니라 센서 및 구동 모터에 의해 비용이 증가될 수 있다.

본 발명은 각기 다른 사양의 배터리를 포함하는 피충전 단말기에 최대의 충전 효율을 제공하도록 1차 코일과 2차 코일의 정합을 조절하는 무접점 충전 장치, 피충전 단말기 및 무접점 충전 방법을 제시한다.

본 발명은 고가의 센서 및 구동 모터의 사용없이 정합을 조절할 수 있는 무접점 충전 장치, 피충전 단말기, 무접점 충전 방법을 제시한다.

본 발명은 피충전 단말기에 무선으로 전력을 공급하는 무접점 충전 장치에 있어서, 상기 피충전 단말기에 설치된 2차 코일과 자기적으로 결합하되, 소정 크기를 가지는 다수의 블록 코일들로 구성되는 1차 코일과, 상기 1차 코일에 유도 전류를 공급하는 전원부, 및 상기 전원부를 통하여 상기 1차 코일에 공급되는 교류 전류를 제어함으로써, 상기 2차 코일에 유도 전압을 발생시키되, 상기 2차 코일에 정합되도록 상기 1차 코일의 블록 코일들의 스위칭을 제어하는 제 1 제어부를 포함한다.

본 발명은 선택적으로 스위칭되며 소정의 크기를 가지는 다수의 블록 코일들로 구성되는 1차 코일과, 상기 1차 코일에 유도 전류를 공급하는 전원부를 포함하는 무접점 충전기로부터 무선으로 전력을 공급받는 피충전 단말기에 있어서, 상기 1차 코일과 자기적으로 결합하여 유도 전압을 발생시키는 2차 코일; 상기 2차 코일에서 발생된 유도 전압을 공급받아 충전되는 배터리; 상기 2차 코일에서 발생된 유도 전압 변이에 따라 상기 1차 코일의 유효 블록 코일을 검출하고, 상기 유효 블록 코일에 의해 유도되는 전압으로 상기 배터리를 충전 전압으로 출력하는 유도 전압 검출부; 및 상기 유도 전압 검출부에 의해 검출된 유효 블록 코일 정보를 상기 무접점 충전 장치에 전송하는 통신부를 포함한다.

본 발명은 다수의 블록 코일들로 구성된 1차 코일을 포함하는 무접점 충전 장치에서의 무접점 충전 방법에 있어서, 피충전 단말기가 위치하였음을 감지하는 단계; 상기 다수의 블록 코일들을 순차적으로 스위칭 온하는 단계; 상기 피충전 단말기로부터 유효 블록 코일 정보를 수신하는 단계; 및 상기 1차 코일의 유효 블록 코일을 스위칭온하고 전원을 인가하는 단계를 포함한다.

본 발명은 무접점 충전 장치의 다수의 블록 코일들로 구성된 1차 코일에 의해 유도되는 전압에 의한 피충전 단말기에서의 무접점 충전 방법으로, 유효 블록 코일 검출 요청을 수신하는 단계; 2차 코일에 유도되는 전압을 순차적으로 저장하는 단계; 저장된 유도 전압값의 변이에 따라 유효 블록 코일들을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 유효 블록 코일들의 정보를 상기 무접점 충전 장치에 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명은 무접점 충전 장치의 1차 코일을 다수의 블록 코일로 생성하여 각기 다른 사양의 배터리를 포함하는 피충전 단말기의 2차 코일과 정합되도록 조절하므로 최대의 충전 효율을 제공할 수 있다. 또한, 위치 정합을 위해 고가의 센서 및 구동 모터를 쓰지 않고 블록 코일 사이에 스위치를 추가하여 연결 또는 연결 해제함으로써 비용을 절감을 할 수 있다.

또한, 유도 전압 변화를 이용하여 2차 코일의 위치에 정확히 정합되는 1차 블록 코일들을 검출할 수 있어 최대의 충전 효율을 제공할 수 있다.

그리고, 단말의 크기나 위치에 정합되는 1차 블록 코일이 아닌, 단말의 2차 코일의 위치와 정합되는 1차 블록 코일을 검출할 수 있는 이점이 있다. 즉, 단말과 2차 코일의 크기 및 위치는 상이할 수 있는데, 단순히 단말의 크기에 맞추어 1차 코일을 구동시킬 경우, 2차 코일이 위치하지 않는 위치에서 1차 코일을 구동시키게 되는 문제점을 극복할 수 있게 된다.

도 1은 무접점 충전 시스템에 있어서 1차 코일과 2차 코일의 정합 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 무접점 충전 장치와 피충전 단말기의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 충전 시스템의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 충전 장치의 내부 블록 코일의 배치도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 충전 장치의 내부 블록 코일 스위칭 구조이다.
도 6a는 무접점 충전 장치의 상부에 피충전 단말기가 위치한 일 예를 도시한 도면이다.
도 6b는 6a에 도시된 피충전 단말기에서 유도되는 전압의 변이 그래프의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 피충전 단말기의 유도 전압 검출부의 세부 블록도이다.
도 8은 무접점 충전 장치의 상부에 피충전 단말기가 위치한 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 충전 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9b는 1차 코일의 유효 블록 코일을 검색하는 세부 순서도이다.
도 10a는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 무접점 충전 장치의 상부에 둘 이상의 피충전 단말기가 위치한 일 예를 도시한 도면이다.
도 10b는 10a에 도시된 두 개의 피충전 단말기들에서 유도되는 전압의 변이 그래프의 일 예이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 블록 코일을 이용한 무접점 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무접점 충전 장치의 내부 블록 코일 스위칭 구조이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무접점 충전 장치의 내부 블록 코일의 구조이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 본 발명에서 사용된 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 사용된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 충전 시스템의 세부 구성도이다.

무접점 충전 장치(100)는 전자기 유도 방식을 이용하여 피충전 단말기(200)에 전력을 공급하여 충전하는 것으로, 상세하게는 AC-DC 변환부(102)와, DC-AC 변환부(104)와, 안전 회로부(106)와, 저장부(108)와, 제 1 제어부(110)와, 블록 코일 스위칭부(112)와, 제 1 통신부(114)와, 제 1 표시부(118)와, 1차 코일(120)을 포함한다.

또한, 피충전 단말기(200)는 AC-DC 변환부(202)와, 유도 전압 검출부(204)와, DC-DC 변환부(206)와, 안전 회로부(208)와, 제 2 제어부(210)와, 제 2 통신부(212)와, 충전 회로부(214)와, 배터리(216)와, 제 2 표시부(218)와, 2차 코일(220)을 포함하여 구성된다.

무접점 충전 장치(100)의 AC-DC 변환부(102)는 외부의 AC 전원을 입력받아 직류 전압을 출력하여 DC-AC 변환부(104)로 전송하고, 제 1 제어부(110) 등에 공급하여 각종 회로의 동작이 가능하도록 한다.

DC-AC 변환부(104)는 AC-DC 변환부(102)에서 직류 전압을 입력받아 교류 전류를 1차 코일(120)에 출력시킨다. 즉, 1차 코일에 교류 전류를 공급하게 되면 1차 코일에 자속의 변화량이 생기게 되고, 이러한 자속의 변화량은 2차 코일에 유도 기전력(전압)을 발생시키게 된다. 이러한 전자기 유도 원리를 이용하여 무선으로 전력을 공급하는 것은 해당 기술 분야에서 널리 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

안전 회로부(106)는 무접점 충전 장치(100) 내에 이상 고온, 이상 전압, 이상 전류 등의 정보를 모니터링하고, 이상 상태라고 판단되면 제 1 제어부(110)로 이 정보를 전송하는 역할을 한다. 즉, 무접점 충전 장치(100) 내에 온도가 너무 높거나 과전류, 과전압이 발생하는 경우 화재 등의 위험이 있기 때문에 충전 동작을 중단하도록 하기 위함이다.

저장부(108)는 무접점 충전 장치(100)의 각종 제어 동작에 필요한 데이터 베이스가 저장되어 있다. 특히, 단말기 정보가 저장될 수 있는데, 이 단말기 정보는 충전대 위에 놓여지는 피충전 단말기(200)가 충전할 단말기인지 검증하는데 이용된다. 이는 일반적인 금속 물체가 놓여지는 경우에 충전대가 과열되는 경우를 방지하고, 배터리가 포함된 피충전 단말기일지라도 검증된 단말기에게만 전력을 공급함으로써 회로의 안전성 및 효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다. 상기 단말기 정보는 피충전 단말기의 인증정보를 포함할 수 있다.

블록 코일 스위칭부(112)는 제 1 제어부(110)의 제어에 의해 1차 코일(120)에 포함되는 다수의 블록 코일들에 연결된 하나 이상의 스위치를 ON/OFF시키는 역할을 한다. 이는 충전 효율을 최대화하기 위하여 마련된 것으로 자세한 내용은 후술하기로 한다.

제 1 통신부(114)는 후술할 제 2 통신부(212)와 정보를 송수신하는 역할을 한다. 일 실시 예에 따라 제 1 통신부(114)와 제 2 통신부(212)는 전자기 유도 통신 방식 또는 비접촉식 근거리 무선통신(Near Field Communication) 방식을 통해 정보를 송수신 할 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며 다양한 무선통신 방식이 사용될 수 있다. 특히, 제 1 통신부(114)는 제 2 통신부(212)를 통하여 피충전 단말기(200)의 충전 상태, 안전 상태, 피충전 단말기 감지 정보, 피충전 단말기 인증 정보 등의 각종 동작 정보를 수신할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라 제 1 통신부(114)는 제 2 통신부(212)를 통해 유효 블록 코일 정보를 수신할 수 있다. 자세한 내용은 후술하기로 한다.

제 1 표시부(118)는 무접점 충전 장치(100)의 충전 상태, 이상 여부 등 각종 동작 상태를 나타내는 역할을 한다. 제 1 표시부(118)는 LED 등으로 구성될 수 있으며, AC 전원 연결 상태, 전력 공급 상태 등에 따라 각기 다른 색깔의 빛이나 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 제 1 표시부(118)로는 LED 이외에 LCD, 유기 EL 등 다양한 디스플레이 방식이 사용될 수도 있음은 물론이다.

제 1 제어부(110)는 전술한 각 구성 요소들의 정보를 수신하여 충전 동작에 관한 전체적인 제어를 수행하는 역할을 한다. 자세한 동작은 후술한다.

1차 코일(120)은 DC-AC 변환부(104)에 의해 출력되는 유도 전류에 의해 자속 변화량을 발생시킨다. 본 발명의 일실시예에 따라 1차 코일(120)은 다양한 사양의 피충전 단말기의 충전 효율을 높이기 위해 다수의 블록 코일들(121)과 다수의 블록 코일들(121)에 연결되는 스위치(122)를 포함한다. 자세한 구성은 후술하기로 한다.

피충전 단말기(200)의 AC-DC 변환부(202)는 전자기 유도에 의해서 2차 코일(220)에 발생된 교류 유도 전압을 직류 전압으로 변환하는 역할을 한다. 이 직류 전압은 후술할 제 2 제어부(210) 등의 각종 회로와 DC-DC 변환부(206)로 전송된다.

유도 전압 검출부(204)는 AC-DC 변환부(202)의 출력 전압을 검출하는 역할을 한다. 즉, 2차 코일(220)에 의한 직류 유도 전압을 검출하는 역할을 한다. 본 발명의 일실시예에 따라, 유도 전압 검출부(204)는 검출되는 직류 유도 전압의 변화에 따라 1차 코일의 다수의 블록 코일 중 유효 블록 코일 정보를 검출한다. 유효 블록 코일이란, 1차 코일(120)의 다수의 블록 코일 중 피충전 단말기의 2차 코일(220)의 위치 및 크기와 정합되는 블록 코일들을 의미한다. 유도 전압 검출부(204)의 자세한 구성 및 동작은 후술한다.

DC-DC 변환부(206)는 AC-DC 변환부(202)로부터 출력 직류 전압을 입력받아 배터리 충전에 적합한 직류 전압으로 변환하는 역할을 한다.

충전 회로부(214)는 제 2 제어부(210)의 명령에 의해 배터리(216)의 충전 동작을 제어하는 역할을 한다.

안전 회로부(208)는 무접점 충전 장치(100)의 안전 회로부(106)의 동작과 유사한 동작을 수행한다. 즉, 피충전 단말기(200) 내의 이상 고온, 과전압, 과전류 등이 검출되는 경우 이를 제 2 제어부(210)로 전송한다.

제 2 통신부(212)는 전술한 바와 같이 제 1 통신부(118)와 각종 정보를 송수신하는 역할을 한다.

제 2 표시부(218)는 피충전 단말기(200)의 충전 상태 등 각종 동작 상태를 표시한다. 제 2 표시부(218)는 피충전 단말기의 디스플레이부일 수 있으며, 피충전 단말기의 충전 관련 정보를 표시하기 위하여 디스플레이부와 별도로 제 2 표시부가 구성될 수도 있다. 제 2 표시부(218) 또한 LED, LCD, 유기EL 등 다양한 디스플레이 방식이 적용될 수 있다.

제 2 제어부(210)는 앞의 회로들의 정보를 수신하여 충전 동작에 관한 전체적인 제어를 수행하는 역할을 한다. 본 발명의 일실시예에 따라 제 2 제어부(210)는 유도 전압 검출부(204)로부터 (1차 코일(120)의 다수의 블록 코일 중) 유효 블록 코일 정보를 획득하여 제 2 통신부(212)를 통해 무접점 충전 장치(100)에 전송하는 역할을 수행한다. 따라서, 무접점 충전 장치(100)는 2차 코일(220)의 위치 및 면적에 정합되는 유효 블록 코일만 전원을 공급함으로써 최적의 충전 효율을 확보할 수 있게 된다. 자세한 동작은 후술한다.

전술한 바와 같이 충전 효율을 높이기 위해서는 1차 코일과 2차 코일의 위치 및 면적을 정합시켜야 한다. 이를 가능하게 하기 위하여 본 발명에 따른 무접점 충전 장치(100)는 전원이 인가되는 1차 코일(120)의 위치 및 면적을 피충전 단말기(200)의 2차 코일(220)의 위치 및 면적에 따라 가변시킬 수 있도록 하기 위하여 1차 코일을 다수의 블록 코일들로 구성하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 충전 장치의 내부 블록 코일의 배치도이다.

1차 코일(120)은 피충전 단말기(200)가 놓여질 수 있는 충전 공간을 소정 면적으로 분할한 다수의 블록들에 각기 블록 코일(121)이 배치된 형태로 구성된다. 도 4에는 20개의 블록 코일들이 배치되어 있는 예를 도시하나, 이는 일 실시 예일 뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 1차 코일과 2차 코일의 정합도를 향상시키기 위하여 각 블록 코일의 크기를 줄이고 개수를 증가시킬 수도 있다. 그러나, 블록 코일의 개수가 너무 많아질 경우 유효 블록 코일을 찾아내는 프로세싱 시간이 증가될 수 있다. 상기 정합도와 프로세싱 시간을 고려하여 블록 코일의 개수가 정해지는 것이 바람직할 것이다.

또한, 블록 코일들(121) 각각은 차수가 부여될 수 있다. 여기서, 차수는 유효 블록 코일을 찾아내기 위한 동작에서 블록 코일들이 구동되는 순서를 의미한다. 도 4에 도시된 바와 같이 좌우, 상하 방향으로 차수가 부여될 수도 있고, 그 반대로 차수가 부여될 수도 있다. 이는 다양한 실시 예가 가능하다.

또한, 블록 코일들(121)은 부여된 차수에 따라 순차적으로 유도 전류가 흐르도록 하거나, 유효 블록 코일들(121)에만 유도 전류가 흐르도록 해야 한다. 이를 위해 블록 코일들(121)에 전원을 연결하거나 연결을 해제할 수 있는 하나 이상의 스위치가 설치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 충전 장치의 내부 블록 코일 스위칭 구조이다.

하나의 AC 전원에서 발생된 교류 전류가 블록 코일들(121)에 공급되도록 블록 코일들(121)이 직렬로 연결된다. 따라서, 직렬로 연결되는 각각의 블록 코일들(121)에 흐르는 전류 방향이 모두 일치된다. 또한, 블록 코일들(121)에 흐르는 교류 전류가 동기화될 수 있다. 즉, 블록 코일들(121)이 병렬로 연결되면, 블록 코일들(121) 각각에 별도의 AC 전원에서 교류 전류가 공급된다. 그러면, 블록 코일들(121)에 흐르는 교류 전류들은 각각 연결된 AC 전원의 구동 시간차에 따라 위상차가 발생될 수 있다. 이로 인해 인접한 블록 코일들 간에 자속이 상쇄 또는 감쇄될 수 있다. 따라서, 스위치는 블록 코일들의 직렬 연결이 유지되는 형태로 설치되어야 한다.

스위치(122)가 연결(ON)되면 블록 코일(121)에 유도 전류가 흐르고, 스위치(122)가 연결 해제(OFF)되면 전류가 다음 블록 코일에 연결된 라인을 따라 흐르게 된다. 즉, 블록 코일들(121) 각각에 전류를 ON/OFF시키기 위한 스위치(122)가 OFF되어 연결되는 라인이 다음 블록 코일의 스위치로 연결된다. 또한, 블록 코일(121)이 다음 블록 코일과 스위치에 의해 연결되므로, 블록 코일(121)의 스위치(122)가 ON되면 블록 코일에 흐르는 전류는 다음 블록 코일을 연결하는 스위치에 의해 다음 블록 코일 또는 그 다음 블록 코일로 흐르게 된다. 이로써, 블록 코일들(121)이 전류 흐름의 끊김없이 직렬 구조로 연결되며, 원하는 블록 코일들에 전류를 공급할 수 있다.

다음으로 유효 블록 코일 및 이를 검출하는 방법에 대해 살펴보기로 한다. 유효 블록 코일은 피충전 단말기의 2차 코일과 정합되는 블록 코일을 의미한다. 이에 대해 도 6a 및 도 6b를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 6a는 무접점 충전 장치의 상부에 피충전 단말기가 위치한 일 예를 도시한 도면이다. 도 6b는 6a에 도시된 피충전 단말기에서 유도되는 전압의 변이 그래프의 일 예이다.

도 6a를 참조하면, 피충전 단말기(610)의 2차 코일(620)이 1차 코일(120)의 6차, 7차, 10차, 11차, 14차 및 15차의 블록 코일과 정합되어 있다. 즉, 6차, 7차, 10차, 11차, 14차 및 15차의 블록 코일들이 유효 블록 코일이다. 이러한 유효 블록 코일들을 찾아내기 위해 제 1 제어부(110)는 블록 코일 스위칭부(112)가 각 스위치(122)를 순차적으로 ON시켜 각 블록 코일들(121)에 순차적으로 전류를 공급한다. 즉, 1차 블록 코일에 대한 스위치(SW1)를 ON시키고, SW1이 ON된 상태에서 2차 블록 코일에 대한 스위치(SW2)를 ON시킨다. 그리고, SW1과 SW2가 ON된 상태에서 3차 블록 코일에 대한 스위치(SW3)를 ON시킨다. 이러한 과정은 1차 코일(120)의 N차 블록 코일까지 반복된다. 이와 같은 방식으로 각 블록 코일에 대한 스위치를 순차적으로 ON시키면서 피충전 단말기(610)의 2차 코일(620)에 도 6b에 도시된 바와 같은 유도 전압이 발생된다. 도 6b를 살펴보면, 2차 코일(620)과 정합되는 각 블록 코일에 전류가 공급될 때(해당 블록 코일에 대한 스위치가 ON되었을 때), 이전 차수의 블록 코일에 대한 유도전압과 대비하여 유도전압 변화가 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서, 유효한 수준의 유도전압 변화(기준값(Ref. Volt) 이상의 유도전압 변화)가 발생한 차수의 블록 코일(도 6b의 경우 6, 7, 10, 11, 14, 15차 블록 코일)을 확인할 수 있다. 이는 도 6a에 도시된 유효 블록 코일에 해당한다.

그러나, 다른 실시 예로 제 1 제어부(110)는 각 블록 코일들을 누적하여 순차적으로 모두 ON시키지 않고, 각각의 블록 코일들을 개별적으로 하나씩만 ON시킬 수도 있다. 즉, 1차 블록 코일에 대한 스위치(SW1)를 일정 시간 ON시킨 후 OFF시키고, 2차 블록 코일에 대한 스위치(SW2)를 일정 시간 ON시킨 후 OFF시킨다. 그리고, 3차 블록 코일에 대한 스위치(SW3)를 일정 시간 ON시킨 후 OFF시킨다. 이러한 과정은 1차 코일(120)의 N차 블록 코일까지 반복된다. 이럴 경우, 2차 코일(620)과 정합되지 않은 각 블록 코일에 대하여는 모든 블록 코일들이 OFF되었을 때의 유도 전압의 기본값(예를 들어 '0')이 인가되고, 2차 코일과 정합되는 각 블록 코일에 대하여는 유효한 수준의 유도전압 변화(기준값(Ref. Volt) 이상의 유도전압 변화)가 발생하게 된다. 따라서, 유효한 유도전압 변화가 발생한 블록 코일을 유효 블록 코일로 검출할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 피충전 단말기의 유도 전압 검출부의 세부 블록도이다.

유도 전압 검출부(204)는 제 1 레지스터(702)와, 비교 레지스터들(704, 706), 카운터(708), 가감기(710)와, DC-AC 변환부(712)와, 비교부(714) 및 제 2 레지스터(716)을 포함한다.

제 1 레지스터(702)는 AC-DC 변환부(202)로부터 출력되는 유도 전압의 값을 순차적으로 저장한다. 제 1 레지스터(702)는 다수의 내부 레지스터들을 포함하는데, 그 개수는 1차 코일을 구성하는 블록 코일들의 개수에 따라 달라질 수 있다. 블록 코일들의 개수가 N개일 경우, 내부 레지스터들의 개수는 N+1 개가 될 수 있다. 내부 레지스터들 각각에 저장되는 값은 각각의 블록 코일에 순차적으로 교류 전류가 흘렀을 때 2차 코일에서 발생되는 순차적인 유도전압의 값을 저장한다.

Sum(0)에는 1차 코일의 블록 코일에 전류가 흐르지 않은 상태에서 2차 코일에 유도 전압이 발생되지 않았을 때의 기본값(예를 들어 '0')이 저장된다. Sum(1)에는 1차 블록 코일에 의한 유도 전압의 값, 즉 1차 코일의 1차 블록 코일에 전류가 공급되었을 때 2차 코일에 발생하는 유도 전압이 저장된다. Sum(2)에는 1차 코일의 1차 블록 코일 및 2차 블록 코일에 의해 2차 코일에 발생하는 유도 전압의 값이 저장되고, Sum(3)에는 1차 코일의 1차 블록 코일 내지 3차 블록 코일에 의해 2차 코일에 발생하는 유도 전압 값이 저장된다. 이와 같은 방식으로 각 내부 레지스터에 유도 전압 값들이 저장되어 Sum(N)에는 1차 코일의 1차 블록 코일 내지 N차 블록 코일에 의해 2차 코일에 발생하는 유도 전압의 값이 저장된다.

비교 레지스터들(704, 706)에는 제 1 레지스터(702)의 내부 레지스터들에 저장된 유도 전압값들이 순차적으로 출력된다.

카운터(708)는 비교 레지스터들(704, 706)에 출력되어 있는 유도 전압값들의 순서를 카운팅한다. 예컨대, Sum(k)(704)에 Sum(1)의 유도 전압값이 입력되면, 카운터(708)는 1로 카운팅한다. Sum(k)(704)에 Sum(2)의 유도 전압값이 입력되면, 카운터(708)는 2로 카운팅한다.

좀 더 상세히 설명하면, 제 1 레지스터(702)의 각 내부 레지스터의 값을 가감기(710)의 레지스터인 비교 레지스터(704, 706)로 로드한다. 즉, Sum(1)와 Sum(0)을 각각 Sum(k)(704)와 Sum(k-1)(706)에 로드하여 가감기(710)에 입력되면, 이때 카운터(708)의 값이 1 증가된다. 다음으로 Sum(1)과 Sum(2)를 각각 비교 레지스터(704, 706)에 로드하여 가감기(710)에 입력하면, 카운터(708) 값이 다시 증가된다.

다른 실시 예에 따라, 카운터(708)의 값을 이용하여 각 내부 레지스터의 값 중 가감기(710)의 레지스터인 비교 레지스터(704, 706)에 로드할 값을 결정할 수도 있다. 즉, 카운터(708)의 값을 비교 레지스터의 k 값으로 입력하여, 제 1 레지스터의 내부 레지스터 중 로드할 내부 레지스터 값을 결정할 수 있다. 구체적으로, 카운터의 초기 값을 1로 설정하면, 비교 레지스터(704)에는 내부 레지스터의 Sum(1)가, 비교 레지스터(706)에는 내부 레지스터의 Sum(0)가 로드된다. 다음으로 카운터 값을 1 증가시키고(k=2), 이에 따라 비교 레지스터(704)에는 내부 레지스터의 Sum(2)가, 비교 레지스터(706)에는 내부 레지스터의 Sum(1)이 로드된다. 이 과정은 카운터 값이 N이 될 때까지 반복된다.

다른 실시 예에 따라, 별도의 비교 레지스터(704, 706)가 구비되지 않고, 제 1 레지스터(702)에서 바로 가감기(710)로 내부 레지스터 값들이 로드될 수도 있다.

가감기(710)는 비교 레지스터들(704, 706)에 저장되어 있는 유도 전압 값들의 차를 산출하여 출력한다. 즉, Sum(k)-Sum(k-1)을 비교하여 두 레지스터의 값의 차이값을 출력한다.

DC-AC 변환부(712)는 가감기(710)에 의해 출력된 유도 전압의 차이값을 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.

비교부(714)는 DC-AC 변환부(712)에서 출력되는 유도 전압의 차이값과 소정 기준 전압(Ref. Volt)를 비교하여 유도 전압에 변화가 있었는지는 비교한다. 여기서, 소정 기준 전압(Ref. Volt)을 세팅하는 이유는 다음의 도 8에서와 같이 피충전 단말기의 2차 코일의 경계가 도 6a와는 달리 블록 코일을 분할하는 경계에 일치되지 않을 수 있기 때문이다. 즉, 특정 블록 코일의 전체 면적이 아닌 일부 면적이 2차 코일과 정합되는 경우 기준 전압(Ref. Volt)을 적정 수준으로 설정함으로써 해당 블록 코일을 유효 블록 코일로 감지할 수 있다. 따라서, 기준 전압(Ref. Volt)은 유효 블록 코일로 검출하고자 하는 블록 코일의 면적(예를 들어 전체 면적의 1/n)이 2차 코일과 정합될 경우 발생하는 유도전압 차이로 설정할 수 있다. 예를 들어, 블록 코일 전체가 2차 코일에 정합되었을 때의 유도 전압 변화량의 절반 수준으로 기준 전압(Ref. Volt)을 설정할 경우, 특정 블록 코일에 대하여 1/2 이상 면적이 2차 코일에 정합되는 경우 해당 블록 코일을 유효 블록 코일로 감지할 수 있게 된다. 이에 대하여는 도 8을 참조하여 설명하도록 한다.

도 8은 무접점 충전 장치의 상부에 피충전 단말기가 위치한 다른 예를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 소정 기준 전압(Ref. Volt)이 하나의 블록 코일의 면적의 반에 의해 유도되는 전압의 차이값으로 세팅된다면, 도 8에 있는 블록 코일 중 6, 9, 11, 13, 15, 18차 블록이 유효 블록 코일이 될 수가 있다.

다시 도 7을 참조하면, 비교부(714)의 비교 결과 유도 전압에 변화가 있는 것으로 판단되면, 이때의 유도 전압값을 발생시킨 k차 블록 코일이 2차 코일과 일치하는 부분에 있는 유효 블록 코일이라는 신호를 출력한다.

제 2 레지스터(716)는 비교부(714)로부터 유효 블록 코일이라는 신호가 출력되는 시점의 카운터(708)에 의해 카운팅된 k차 차수 값들을 저장한다. 이때 저장되는 차수가 유효 블록 코일 차수가 된다.

한편, 유도 전압 변화를 비교함에 있어 기준 전압(Ref. Volt)을 이용함으로써 주변 환경으로 인한 미세한 전압 차이로 인해 유도전압의 차이가 발생한 경우 블필요하게 유효 블록 코일을 잘못 감지하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 특정 블록 코일이 2차 코일에 정합하지 않는 경우에도 주변 환경으로 인해 작은 유도 전압 변화가 발생할 수 있는데, 이 경우 감지된 유도 전압 차이를 기준 전압(Ref. Volt)과 비교함으로써 유효하지 않은 블록 코일을 유효 블록 코일로 감지하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 다른 실시 예로 제 1 제어부(110)는 각 블록 코일들을 누적하여 순차적으로 모두 ON시키지 않고, 각각의 블록 코일들을 개별적으로 하나씩 ON시킬 수도 있다. 이때 가감기(710)는 제 1 레지스터(702)에 포함된 순차적인 두 개의 레지스터 값을 연산하지 않고, 모든 블록 코일이 OFF된 상태에서 유도되는 전압인 기본 값(Sum(0)의 값, 예를 들어 '0')과 제 1 레지스터(702)에 포함되는 값들을 가감하여 기준 전압 이상의 유도전압 변화가 있으면 유효 블록 코일로 판단한다.

도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 무접점 충전 방법을 설명하는 순서도이며, 도 9b는 1차 코일의 유효 블록 코일을 검색하는 세부 순서도이다.

무접점 충전 장치(100)에 AC 전원이 인가되면 무접점 충전 장치(100)는 충전 대기 모드 상태로 진입한다(900 단계). 충전 대기 모드 상태에서는 충전대 위에 피충전 단말기(200)가 위치하는 경우 피충전 단말기(200)에 전력을 공급할 수 있는 준비가 되어 있는 상태를 의미한다.

이때, 사용자가 충전대에 피충전 단말기(200)를 놓아두면, 제 1 제어부(110)는 피충전 단말기(200)가 충전대 위에 위치하였음을 감지한다(902 단계). 전술한 바와 같이 충전대에는 압력 센서 등과 같은 센서가 설치되어 피충전 단말기(200)과 충전대와의 접촉 정보를 검출할 수 있다.

이렇게 피충전 단말기(200)가 감지되면 제 1 제어부(110)는 제 1 통신부(116)를 통하여 제 2 통신부(212)에 피충전 단말기(200)의 단말기 정보를 요청한다(904 단계).

피충전 단말기(200)의 제 2 제어부(210)는 제 2 통신부(212)를 통하여 수신한 단말기 정보 요청에 대응한 자신의 단말기 정보를 다시 제 1 통신부(116)에게 전송한다.

제 1 제어부(110)는 이 단말기 정보를 제 1 통신부(116)를 통하여 수신받고(906 단계), 저장부(108)에 저장된 데이터 베이스에 수신된 단말기 정보가 있는지를 판단한다(908 단계). 즉, 저장부(108)의 데이터 베이스에 단말기 정보가 있는 경우에는 그 피충전 단말기(200)는 충전 대상이 되는 단말기로 판단하며, 단말기 정보가 없는 경우에는 충전 대상이 아닌 단말기로 판단하는 것이다.

만약, 데이터베이스에 수신된 단말기 정보가 존재하여 피충전 단말기(200)가 충전 대상이 되는 단말기라고 판단되면, 1차 코일의 유효 블록 코일을 검색한다(910 단계).

도 9b를 참조하면, 피충전 단말기(200)가 감지되면 제 1 제어부(110)는 블록 코일 스위칭부(112)를 제어하여 피충전 단말기(200)에 블록 코일들에 설치된 스위치를 하나씩 순차적으로 ON시키면서 블록 코일에 유도전류를 발생시킨다(911 단계). 이때, 제 1 제어부(110)는 제 1 통신부(116)를 통해 피충전 단말기(220)에 유효 블록 코일 검출을 요청한다.

그러면, 피충전 단말기(200)의 제 2 제어부(210)는 제 2 통신부(212)를 통해 유효 블록 코일 검출이 요청됨에 따라, 유도 전압 검출부(204)에 2차 코일의 유도 전압을 감지하도록 요청한다. 유도 전압 검출부(204)는 2차 코일에 유도되는 전압을 제 1 레지스터(702)에 순차적으로 저장한다(912 단계). 그리고, 유도 전압 검출부(204)는 제 1 레지스터(702)에 저장된 유도 전압값의 변이에 따라 유효 블록 코일들을 검출한다(913 단계).

피충전 단말기(220)의 제 2 제어부(210)는 유도 전압 검출부(204)에서 검출된 유효 블록 코일 정보를 수신하여 제 2 통신부(221)를 통해 제 1 통신부(116)로 전송한다(914 단계).

한편, 911 단계에서 무접점 충전 장치(100)와 피충전 단말기(200) 사이에 각 블록 코일들의 스위치를 ON시키는 시점을 동기화할 수 있다. 구체적으로, 유효 블록 코일인 블록 코일의 경우 해당 블록 코일에 대한 스위치가 ON되었을 때 2차 코일에 대한 유도전압 변화가 감지되므로 피충전 단말기(200)에서 해당 블록 코일의 스위치가 ON되었음을 감지할 수 있다. 그러나, 유효 블록 코일이 아닌 블록 코일의 경우에는 해당 스위치가 ON되어도 2차 코일에 유도전압 변화가 없으므로 해당 블록 코일의 스위치가 ON되었는지 여부를 피충전 단말기(200)가 감지할 수 없게 된다. 따라서, 제 1 제어부(110)는 제 1 통신부(116)를 통해 피충전 단말기(200)에 ON시킨 스위치 정보, 즉 해당 블록 코일의 차수 정보를 전송하고, 피충전 단말기의 제 2 제어부(210)는 제 2 통신부(212)를 통해 스위치 ON된 블록 코일의 차수를 인식한 후, 유도 전압 검출부(204)를 통해 유효 블록 코일을 검출하게 된다. 다른 실시 예로, 각 블록 코일 스위치를 ON시키는 시간 간격을 일정하게 하여 시간 간격 정보를 무접점 충전 장치(100)와 피충전 단말기(200) 사이에 사전에 공유할 수도 있다.

다시 도 9a를 참조하면, 제 1 제어부(110)는 제 1 통신부(116)를 통하여 수신된 유효 블록 코일 정보에 따라, 해당 유효 블록 코일을 스위칭 ON시킨다(920 단계). 이와 같은 방법으로 2차 코일의 면적이 작은 경우는 물론 큰 경우에 있어서 최대의 전력 전송 효율을 낼 수 있다.

이렇게 1차 코일의 유효 블록 코일이 결정되면, 제어부(110)는 1차 코일(120)에 공급되는 교류 전류의 크기를 제어한다(930 단계). 피충전 단말기(200)의 배터리(216)에 충전 전류를 전달하기 위해서 2차 코일(220)에 유기되는 기전력이 DC-DC 전압 공급부의 입력 전압 범위 내에 포함되어야 한다. 이렇게 하기 위해서는 1차 코일(212)에서 발생되는 자속을 증가시켜야 하는데 1차 코일(120)의 최적 위치와 면적이 결정된 상태이므로, 2차 코일에 유도되는 기전력을 높이기 위해서는 1차 코일에 흐르는 교류 전류를 높여야 한다. 그러나 전류를 너무 많이 높이면 1차 코일(120)에서 열이 발생하여 화상 또는 화재의 위험이 있다.

이것을 방지하기 위해 기본적으로 무접점 충전 장치(100) 및 피충전 단말기(200)의 이상 고온, 과전류, 과전압 등을 감지하여 이상 상태라고 판단되는 경우 1차 코일(120)에 공급되는 교류 전류를 차단하여 충전을 중단시키는 것이 바람직하다.

또한, 더 나아가 2차 코일(220)의 직류 유도 전압이 DC-DC 변환부(206)의 동작 입력 전압의 최소 및 최대의 사이가 되도록 할 필요가 있다. 유도 전압을 1차 코일(120)에 흐르는 자속의 변화량으로 발생되며 자속의 변화량을 1차 코일(120)에 흐르는 전류이므로 그 때의 교류 입력 전류를 기억하여 그 범위 내에서 전류를 제어함으로써 무접점 충전 시스템의 동작을 더 안정적으로 수행할 수 있다.

이러한 방식으로 충전 모드를 수행하다가(940 단계), 제 1 제어부(110)는 배터리(216)가 만충전 상태인지를 판단한다(950 단계). 만약, 만충전 상태인 경우에는 1차 코일(120)에 공급하는 교류 전류를 차단하여 충전 동작을 종료한다. 만약, 만충전 상태가 아니라고 판단되는 경우에는 계속하여 충전을 수행한다(940 단계). 또한, 순서도에 도시하지는 않았지만, 무접점 충전 시스템에 이상 고온, 과전류, 과전압 등의 불완전 상태에 있다고 판단되는 경우에는 충전 동작을 종료하여 무접점 충전 시스템을 보호할 수 있다.

또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 다른 실시 예로 902 단계 내지 908 단계가 생략되고, 사용자의 충전 요청 입력에 따라, 910 단계부터 진행될 수도 있다. 이때에, 무접점 충전 장치(100)의 제 1 제어부(110)가 제 1 통신부(114)를 통해 피충전 단말기(200)의 제 2 통신부에 유효 블록 코일 정보 요청 신호를 별도로 전송할 필요가 없다. 즉, 유효 블록 코일 요청 신호가 사용자로부터 입력됨에 따라 무접점 충전 장치(100) 및 피충전 단말기(200)가 910 단계부터 수행하게 되는 것이다.

도 10a는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 무접점 충전 장치의 상부에 둘 이상의 피충전 단말기가 위치한 일 예를 도시한 도면이다. 도 10b는 10a에 도시된 두 개의 피충전 단말기들에서 유도되는 전압의 변이 그래프의 일 예이다.

도 10a를 참조하면, 같이 무접점 충전 장치의 상부에 둘 이상의 피충전 단말기가 위치할 수 있다. 피충전 단말기 A의 2차 코일이 1차 코일의 9차, 10차, 11차, 16차, 17차 및 18차의 블록 코일과 정합되어 있다. 즉, 9차, 10차, 11차, 16차, 17차 및 18차의 블록 코일들이 유효 블록 코일이다. 피충전 단말기 B의 2차 코일이 1차 코일의 46차, 47차, 48차, 53차, 54차 및 55차의 블록 코일과 정합되어 있다. 즉, 46차, 47차, 48차, 53차, 54차 및 55차의 블록 코일들이 유효 블록 코일이다.

이러한 유효 블록 코일들을 찾아내기 위해 제 1 제어부(110)는 블록 코일 스위칭부(112)를 통해 블록 코일들(120)을 순차적으로 스위칭 ON시킨다. 즉, 1차 블록 코일을 스위칭 ON시키고, 1차 블록 코일이 스위칭 ON인 상태에서 2차 블록 코일을 스위칭 ON시킨다. 그리고, 1 블록 코일 및 2차 블록 코일이 스위칭 ON 상태에서 3차 블록 코일을 스위칭 ON시킨다. 이와 같은 방식으로 블록 코일을 스위칭 ON시키면 피충전 단말기 A 및 피충전 단말기 B의 2차 코일에 도 10b에 도시된 바와 같은 유도 전압이 발생된다.

도 10b를 살펴보면, 피충전 단말기 A에서 유효한 유도전압 변화가 생긴 블록 코일의 차수가 9차, 10차, 11차, 16차, 17차 및 18차 블록 코일이고, 피충전 단말기 B에서 유효한 유도 전압 변화가 생기 블록 코일의 차수가 46차, 47차, 48차, 53차, 54차 및 55차임을 알 수 있다. 이는 도 10a에 도시된 피충전 단말기 A 및 피충전 단말기 B 각각의 유효 블록 코일에 해당한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 블록 코일을 이용한 무접점 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 11의 1100 단계 내지 1108 단계는 도 9a에서의 900 단계 내지 908 단계와 동일하므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다. 다만, 감지되는 피충전 단말기가 둘 이상일 수 있으며, 각각의 피충전 단말기와의 연동을 통해 1100 단계 내지 1108 단계를 수행한다.

그런 후, 무접점 충전 장치(100)의 제 1 제어부(110)는 충전 대상이 되는 피충전 단말기가 둘 이상인지를 판단한다(1109). 판단 결과 피충전 단말기가 둘 이상이 아닐 경우, 1개의 단말기의 충전 동작을 수행한다. 즉, 도 9a의 910 단계 내지 950 단계를 수행한다.

그러나, 충전 대상이 되는 피충전 단말기가 둘 이상일 경우, 피충전 단말기들 각각에 대한 1차 코일의 유효 블록 코일을 검색한다(1110). 즉, 무접점 충전 장치(100)의 제 1 제어부(110)는 제 1 통신부(114)를 통해 각각의 피충전 단말기에 유효 블록 코일 검출 요청을 하여, 각각의 피충전 단말기로부터 유효 블록 코일 정보를 수신한다. 상세 동작은 도 9b에서 설명한 내용과 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다.

제 1 제어부(110)는 제 1 통신부(116)를 통하여 둘 이상의 피충전 단말기들 각각으로부터 수신된 유효 블록 코일 정보에 따라, 각각의 유효 블록 코일을 스위칭 ON시킨다(1120). 도 10a에 도시된 바와 같이 연속되지 않은 둘 이상의 유효 블록 코일이 스위칭 ON될 수 있다.

이렇게 1차 코일의 유효 블록 코일이 결정되면, 제어부(110)는 1차 코일(120)에 공급되는 교류 전류의 크기를 제어한다(1130). 그런데, 여기서 둘 이상의 피충전 단말기들 각각은 사양이 다른 수 있으므로, 그 충전 용량 및 충전 전류가 상이할 수 있다. 따라서, 이러한 점을 고려하여 교류 전류의 크기를 제어해야 하는데, 본 발명에서는 두 가지 실시 예가 가능하다.

일 실시 예는 두 개의 피충전 단말기들 각각에 동일한 교류 전류를 흐르도록 하는 것이다. 이때, 상대적으로 작은 충전 전류를 가지는 피충전 단말기의 충전 전류가 되도록 교류 전류를 제어하는 것은 당연하다.

다른 실시 예로 두 개의 피충전 단말기 각각에 상응하는 충전 전류를 각각에 대응하는 유효 블록 코일에 흐르도록 제어하는 방법이 있을 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.

전술한 바와 같이 1차 블록 코일의 전류가 제어되면, 두 개 이상의 피충전 단말기 각각에 대해 1140 단계 및 1150 단계가 수행된다. 이에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무접점 충전 장치의 내부 블록 코일 스위칭 구조이다.

전술한 도 5에 도시된 내부 블록 코일의 스위칭 구조와 비교해 볼 때, 도 12에 도시된 내부 블록 코일 스위칭 구조는 두 개의 AC 전원이 구비되고, 각각의 AC 전원으로부터 출력되는 교류 전류를 블록 코일들 각각에 흐르도록 하는 직렬 연결 구조를 가지도록 하는 스위칭 구조가 도시되어 있다. 즉, AC 전원 A로부터의 전류를 블록 코일 각각에 ON/OFF시키는 스위치(1201)와, AC 전원 B로부터의 전류를 블록 코일 각각에 ON/OFF시키는 스위치(1202)가 구비된다. 그런데, 블록 코일들 각각에는 두 개의 AC 전원 중 하나의 AC 전원으로부터 흐르는 교류 전류가 흐르도록 하기 위한 스위치(1203)가 추가된다. 충전 전류가 서로 다른 2개 이상의 피충전 단말기들은 각각 상이한 AC 전원으로부터 흐르는 충전 전류에 의해 충전될 수 있다. 예컨대, AC 전원 A로부터 공급되는 전류를 제 1 피충전 단말기의 유효 블록 코일에 흐르도록 하고, AC 전원 B로부터의 공급되는 전류를 제 2 피충전 단말기의 유효 블록 코일에 흐르도록 할 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무접점 충전 장치의 내부 블록 코일의 구조이다.

도 13을 참조하면, 무접점 충전 장치의 크래들에는 위치 고정자(1301)가 더 포함된다. 제 1 제어부(110)는 위치 고정자(1301)의 위치에 해당하는 블록 코일들을 정보를 저장부(108)에 저장해 놓고, 저장된 블록 코일들만 스위칭 ON시킴으로써 유효 블록 코일 검출에 따른 시간 지연을 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 무접점 충전 장치, 무접점 충전 시스템 및 무접점 충전 방법은 이와 같은 구성 및 동작으로 다양한 사양의 배터리를 사용하는 여러 피충전 단말기에 대해서 최대의 전력 전송 효율로 충전을 수행할 수 있다.

한편, 상기에서는 유도 전압 검출부(204)가 피충전 단말기(200)에 구비되는 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이와는 달리 유도 전압 검출부가 무접점 충전 장치(100)에 구비될 수도 있다. 이 경우 무접점 충전 장치(100)가 유효 블록 코일을 곧바로 검출할 수 있으므로 피충전 단말기(200)에서 무접점 충전 장치(100)로 유효 블록 코일 정보를 전송할 필요가 없게 된다. 한편, 본 실시예의 경우 피충전 단말기(200)는 각 블록 코일의 스위칭 ON에 따른 2차 코일의 유도전압 변화 여부 및 유도전압 크기 값 등을 무접점 충전 장치(100)에 전송하도록 하며, 무접점 충전 장치는 이를 이용하여 유효 블록 코일을 검출할 수 있다.

Claims

피충전 단말기에 무선으로 전력을 공급하는 무접점 충전 장치에 있어서,
상기 피충전 단말기에 설치된 2차 코일과 자기적으로 결합하되, 소정 크기를 가지는 다수의 블록 코일들로 구성되는 1차 코일과,
상기 1차 코일에 유도 전류를 공급하는 전원부, 및
상기 전원부를 통하여 상기 1차 코일에 공급되는 교류 전류를 제어함으로써, 상기 2차 코일에 유도 전압을 발생시키되, 상기 2차 코일에 정합되도록 상기 1차 코일의 블록 코일들의 스위칭을 제어하는 제 1 제어부를 포함하는 무접점 충전 장치.
제 1항에 있어서,
상기 1차 코일은 상기 블록 코일들을 각각을 연결 또는 연결 해제할 수 있도록 하는 하나 이상의 스위치를 포함하고,
상기 하나 이상의 스위치의 온-오프를 제어하는 블록 코일 스위칭부를 더 포함하고,
상기 제 1 제어부는 상기 블록 코일 스위칭부를 통하여 상기 하나 이상의 스위치의 온-오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
제 2항에 있어서,
상기 1차 코일의 하나 이상의 스위치들은 각각의 블록 코일들이 직렬 연결되도록 구성되고,
하나의 전원부에서 상기 블록 코일들에 유도 전류를 공급함을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
제 2항에 있어서,
상기 피충전 단말기와 정보를 송수신할 수 있는 제 1 통신부를 더 포함하고,
상기 제 1 제어부는 상기 피충전 단말기가 감지됨에 따라, 상기 블록 코일 스위칭부를 통해 블록 코일들을 순차적으로 스위치 온 시키고, 상기 제 1 통신부를 통하여 상기 2차 코일의 유도 전압 변이에 따른 유효 블록 코일 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
제 4항에 있어서,
상기 유효 블록 코일 정보는, 상기 블록 코일들 중 상기 2차 코일에 정합되는 블록 코일들에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
제 4항에 있어서,
상기 제 1 제어부는 상기 제 1 통신부를 통해 유효 블록 코일 정보 요청 신호를 상기 피충전 단말기에 전송함을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
제 2항에 있어서,
상기 피충전 단말기와 정보를 송수신할 수 있는 제 1 통신부를 더 포함하고,
상기 제 1 제어부는 사용자로부터 상기 피충전 단말기의 충전 요청 신호가 입력됨에 따라, 상기 블록 코일 스위칭부를 통해 블록 코일들을 순차적으로 스위치 온 시키고, 상기 제 1 통신부를 통하여 상기 2차 코일의 유도 전압 변이에 따른 유효 블록 코일 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
제 4항 또는 제 7항에 있어서,
상기 제 1 제어부는 상기 유효 블록 코일을 스위치 온시켜 피충전 단말기의 충전을 수행함을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
제 4항 또는 제 7항에 있어서,
상기 제 1 제어부는 피충전 단말기가 둘 이상일 경우, 제 1 통신부를 통해 둘 이상의 피충전 단말기들 각각으로부터 유효 블록 코일 정보를 수신함을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
제 9항에 있어서,
상기 블록 코일들은 각각 상이한 교류 전류를 공급하는 둘 이상의 전원을 포함하고,
상기 제 1 제어부는 둘 이상의 피충전 단말기에 상응하는 유효 블록 코일들 각각에 상이한 교류 전류가 흐르도록 제어함을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
선택적으로 스위칭되며 소정의 크기를 가지는 다수의 블록 코일들로 구성되는 1차 코일과, 상기 1차 코일에 유도 전류를 공급하는 전원부를 포함하는 무접점 충전기로부터 무선으로 전력을 공급받는 피충전 단말기에 있어서,
상기 1차 코일과 자기적으로 결합하여 유도 전압을 발생시키는 2차 코일;
상기 2차 코일에서 발생된 유도 전압을 공급받아 충전되는 배터리;
상기 2차 코일에서 발생된 유도 전압 변이에 따라 상기 1차 코일의 유효 블록 코일을 검출하고, 상기 유효 블록 코일에 의해 유도되는 전압으로 상기 배터리를 충전 전압으로 출력하는 유도 전압 검출부; 및
상기 유도 전압 검출부에 의해 검출된 유효 블록 코일 정보를 상기 무접점 충전 장치에 전송하는 통신부를 포함함을 특징으로 하는 피충전 단말기.
제 11항에 있어서, 상기 유도 전압 검출부는
상기 2차 코일에 의해 유도되는 유도 전압값을 순차적으로 저장하는 제 1 레지스터;
상기 제 1 레지스터에 저장된 유도 전압값들을 순차적으로 두 개씩 비교하여 그 차이값을 산출하는 가감기;
상기 가감기에 의해 산출된 차이값이 소정 기준 전압 이상일 경우, 그 때의 블록 코일을 유효 블록 코일로 판단하는 비교기; 및
상기 비교기에 의해 출력된 유효 블록 코일로 판단된 시점의 블록 코일의 차수를 저장하는 제 2 레지스터를 포함함을 특징으로 하는 피충전 단말기.
제 12항에 있어서, 상기 기준 전압은
상기 각 블록 코일의 전체 영역이 상기 2차 코일에 정합되었을 때의 유도 전압 변화량의 1/n인 것을 특징으로 피충전 단말기.
다수의 블록 코일들로 구성된 1차 코일을 포함하는 무접점 충전 장치에서의 무접점 충전 방법에 있어서,
피충전 단말기가 위치하였음을 감지하는 단계;
상기 다수의 블록 코일들을 순차적으로 스위칭 온하는 단계;
상기 피충전 단말기로부터 유효 블록 코일 정보를 수신하는 단계; 및
상기 1차 코일의 유효 블록 코일을 스위칭온하고 전원을 인가하는 단계를 포함하는 무접점 충전 방법.
제 14항에 있어서
상기 무접점 충전 장치에 피충전 단말기가 위치하였음이 감지되는 경우,
상기 피충전 단말기에 단말기 정보를 요청하는 단계;
상기 피충전 단말기로부터 단말기 정보를 수신하는 단계; 및
상기 수신된 단말기 정보를 기초로 상기 피충전 단말기가 충전 대상이 되는 단말기인지를 판단하는 단계를 더 포함하고,
상기 피충전 단말기가 충전 대상이 되는 단말기라고 판단되면 상기 1차 코일에 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 방법.
제 14항에 있어서,
상기 감지되는 피충전 단말기가 둘 이상일 경우,
상기 유효 블록 코일 정보를 수신하는 단계는, 둘 이상의 피충전 단말기들 각각으로부터 유효 블록 코일 정보를 수신함을 특징으로 하는 무접점 충전 방법.
제 16항에 있어서,
상기 전원을 인가하는 단계는
상기 둘 이상의 피충전 단말기에 상응하는 유효 블록 코일들 각각에 상이한 교류 전류가 흐르도록 제어함을 특징으로 하는 무접점 충전 방법.
무접점 충전 장치의 다수의 블록 코일들로 구성된 1차 코일에 의해 유도되는 전압에 의한 피충전 단말기에서의 무접점 충전 방법에 있어서,
유효 블록 코일 검출 요청을 수신하는 단계;
2차 코일에 유도되는 전압을 순차적으로 저장하는 단계;
저장된 유도 전압값의 변이에 따라 유효 블록 코일들을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 유효 블록 코일들의 정보를 상기 무접점 충전 장치에 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무접점 충전 방법.
제 18항에 있어서,
상기 유효 블록 코일 검출 요청을 수신하는 단계는
상기 무접점 충전 장치로부터 유효 블록 코일 검출 요청을 수신하거나, 사용자로부터 입력받는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 방법.
제 18항에 있어서,
상기 유효 블록 코일들을 검출하는 단계는
순차적으로 저장된 유도 전압값들의 차이값이 발생될 때의 블록 코일을 유효 블록 코일로 검출함을 특징으로 하는 무접점 충전 방법.