JP2014183731A - 無線電力送信システムにおける異物検知装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線電力送信システムにおける異物検知装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明は、最初充電前に異物検知動作を実行し、充電が開始される時まで異物が検知されない場合、充電中に異物検知動作を実行し、電力信号の受信中に異物が検知されない場合、温度センサに基づいて電力を制限することを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線電力送信に関し、より詳しくは、無線電力送信システムにおける異物検知装置及び方法に関する。

一般的に、携帯電話、ノートブック、ＰＤＡのような携帯用端末機(Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ)を充電するためには、携帯用端末機に外部の充電器から電気エネルギー(又は、電力)が供給されなければならない。このような携帯用端末機は、供給される電気エネルギーを格納するバッテリセルとバッテリセルの充電及び放電(携帯用端末機に電気エネルギーを供給)のための回路とを含む。

バッテリセルに電気エネルギーを充電させるための充電器とバッテリセルとの間の電気的連結方式は、常用電源の供給を受けてバッテリセルに対応する電圧及び電流に変換することで、該当バッテリセルの端子を介してバッテリセルに電気エネルギーを供給する端子供給方式を含む。

このような端子供給方式は、物理的なケーブル(ｃａｂｌｅ)又は電線の使用を伴う。したがって、端子供給方式の装備を多く取扱う場合、多くのケーブルが相当な作業空間を占め、整理が至難であり、外観上よくない。また、端子供給方式は、端子間の互いに異なる電位差による瞬間放電現象、異物による焼損及び火災発生、自然放電、バッテリパックの寿命及び性能低下などの問題点が発生するおそれがある。

最近、前記のような問題点を解決するために、無線電力送信方式を利用した充電システム(以下、無線電力送信システム)と制御方法が提示されている。無線電力送信方式を非接触(ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ)電力送信方式又は無接点(ｎｏ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｃｏｎｔａｃｔ)電力送信方式ともいう。無線電力送信システムは、無線電力送信方式により電気エネルギーを供給する無線電力送信装置と、前記無線電力送信装置から無線で供給される電気エネルギーを受信してバッテリセルを充電する無線電力受信装置と、で構成される。

端子供給方式は、充電器と端末機との間に端子連結が正常に行われると、異物のように充電を妨害する障害要因が存在する可能性が大きくない。一方、無線電力送信システムは、無接点充電という特性によって、充電時に無線電力受信装置と無線電力送信装置との間に異物が挿入されることができる。無線電力送信装置と無線電力受信装置との間に金属のような異物が挿入される場合、異物のため電力送信が円滑に行われないだけでなく、過負荷及び異物発熱による製品の焼損及び爆発などの問題点が発生することができる。したがって、無線電力送信システムにおける異物を検知することができる装置及び方法が要求される。

本発明の技術的課題は、無線電力送信システムにおける異物検知装置及び方法を提供することである。

本発明の他の技術的課題は、初期認識段階で異物を検知する装置及び方法を提供することである。

本発明の他の技術的課題は、無線電力送信システムにおける一次コイルに誘起される電流に基づいて異物を検知する装置及び方法を提供することである。

本発明の他の技術的課題は、無線電力送信システムにおける異物検知に対応してパワーを制限する動作を実行する装置及び方法を提供することである。
異物感知に対応してパワーを制限する動作を行う装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の技術的課題は、無線電力送信システムにおける異物検知機能を備えた無線電力送信装置及び方法を提供することである。

本発明の一態様によると、無線電力受信装置における異物を検出する方法は、最初充電前に異物検知動作を実行するステップ、充電が開始される時まで異物が検知されない場合、単方向通信又は双方向通信を利用して充電中に異物検知動作を実行するステップ、及び前記充電中の異物検知動作で異物が検知されない場合、検知されない微細な異物を温度センサで検知して電力を制限するステップを含む。

本発明の他の態様によると、異物を検出する無線電力受信装置は、無線電力送信装置に具備された一次コアブロックと磁気誘導又は磁気共振により結合することによって無線電力を前記無線電力送信装置から受信する二次コアブロック、前記二次コアブロックに連結され、前記二次コアブロックで生成されるＡＣ波形(ｗａｖｅｆｏｒｍ)に対する全波整流(ｆｕｌｌ−ｗａｖｅ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ)を実行して制御ユニットと外部負荷に電力を提供する整流ユニット、及び前記外部負荷に連結される出力端子の初期電圧を測定し、前記初期電圧が基準電圧範囲に存在する場合、前記無線電力受信装置を異物検出フェーズ(ｐｈａｓｅ)に進入するように制御する制御ユニットを含み、前記制御ユニットは、最初充電前に異物検知動作を実行し、又は充電が開始される時まで異物が検知されない場合、単方向通信又は双方向通信を利用して充電中に異物検知動作を実行し、又は前記充電中の異物検知動作で異物が検知されない場合、検知されない微細な異物を温度センサで検知して電力を制限する。

本発明による無線電力送信装置は、充電開始前から充電中の任意の時点で異物を検出することができるため、異物が検出される確率が高まることができる。また、各ステップ別に異物を検出する方法が明確に定義されることで、異物検出の具現が容易になる。さらに、無線電力送信装置は、無線電力受信装置と送受信する情報に基づいて異物を検出することもでき、前記情報なしで自体的に異物を検出することもできるため、多様な製品に互換される異物検出が可能になる。このように、異物が検知される場合、無線電力送信を中断し、又はユーザに異物を除去するようにすることによって、異物による機器の損傷を防止することができる。

本発明の一例に係る無線電力送信システムの構成要素を示す。 本発明の一例に係る無線電力送信システムにおける異物検出を実行する方法を説明する流れ図である。 本発明の他の例に係る無線電力送信システムにおける異物検出を実行する方法を説明する流れ図である。 本発明の他の例に係る無線電力送信システムにおける異物検出を実行する方法を説明する流れ図である。 本発明の一例に係る無線電力送信システムの動作を説明する流れ図である。 本発明の他の例に係る無線電力送信システムの動作を説明する流れ図である。 本発明の他の例に係る無線電力送信システムの動作を説明する流れ図である。 本発明の一例に係る無線電力送信装置を示すブロック図である。 本発明の他の例に係る無線電力送信装置を示すブロック図である。 本発明の一例に係る無線電力受信装置を示すブロック図である。

以下、“無線電力”という用語は、物理的な電磁気伝導体を使用せずに送信機から受信機に送信される電場、磁場、電磁場などと関連した任意の形態のエネルギーを意味するように使われる。無線電力は、電力信号(ｐｏｗｅｒ ｓｉｇｎａｌ)とも呼ばれ、一次コイルと二次コイルにより囲まれる(ｅｎｃｌｏｓｅｄ)振動する磁束(ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ)を意味する。例えば、携帯電話、コードレス(ｃｏｄｅｌｅｓｓ)電話、ｉＰｏｄ、ＭＰ３プレーヤー、ヘッドセットなどを含むデバイスを無線で充電するためにシステムでの電力変換がここに説明される。一般的に、無線エネルギー伝達の基本的な原理は、例えば、磁気誘導カップリング方式と、３０ＭＨｚ未満の周波数を使用する磁気共振カップリング(即ち、共振誘導)方式の両方ともを含む。しかし、比較的高い放射レベルにおける、例えば、１３５ｋＨｚ(ＬＦ)未満又は１３.５６ＭＨｚ(ＨＦ)におけるライセンス−免除動作が許容される周波数を含む多様な周波数が利用されることもできる。

図１は、本発明の一例に係る無線電力送信システムの構成要素を示す。

図１を参照すると、無線電力送信システム１００は、無線電力送信装置１１０と一つの無線電力受信装置１５０−１またはｎ個の無線電力受信装置１５０−１,...,１５０−ｎとを含む。

無線電力送信装置１１０は、一次コアブロック(ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｒｅ ｂｌｏｃｋ)を含む。一次コアブロックは、コア(ｃｏｒｅ)及び一つ又はそれ以上の一次コイル(ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｉｌ)１１１を含むことができる。無線電力送信装置１１０は、任意の適切な形態を有することができ、好ましい形態は、電力送信表面を有する平坦なプラットホームであり、このプラットホーム上に又はその近くにそれぞれの無線電力受信装置１５０−１,...,１５０−ｎが位置することができる。

無線電力受信装置１５０−１,...,１５０−ｎは、無線電力送信装置１１０から分離可能であり、それぞれの無線電力受信装置１５０−１,...,１５０−ｎは、無線電力送信装置１１０の近くにある時、無線電力送信装置１１０の一次コアブロックにより発生される電磁場と結合される二次コアブロック(ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｏｒｅ ｂｌｏｃｋ)を備える。二次コアブロックは、コア及び一つ又はそれ以上の二次コイル(ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｏｉｌ)１５１を含むことができる。

無線電力送信装置１１０は、直接的な電気接触なく無線電力受信装置１５０−１,...,１５０−ｎに電力を送信する。このとき、一次コアブロックと二次コアブロックは、互いに磁気誘導カップリング又は共振誘導カップリングされたという。一次コイル又は二次コイルは、任意の適切な形態を有することができ、例えば、フェライト又は非晶質金属のような高透磁率の形成物の周囲に巻かれている銅線である。

無線電力受信装置１５０−１,...,１５０−ｎは、一般的に外部負荷(図示されていない。ここでは無線電力受信装置の実際負荷ともいう)に連結され、無線電力送信装置１１０から無線で受信した電力を外部負荷に供給する。例えば、無線電力受信装置１５０−１,...,１５０−ｎは、各々、携帯型電気又は電子デバイス又は再充電可能なバッテリセル又は電池のように電力を消費したり格納したりする物体で運搬することができる。

図２は、本発明の一例に係る無線電力送信システムにおける異物検出を実行する方法を説明する流れ図である。

図２を参照すると、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、最初充電前に異物検知動作を実行する(Ｓ２００)。一例として、最初充電前の異物検知動作は、例えば、図５に示す実施例に基づいて実行されることができる。

無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、最初充電前に異物が検知されるかどうかを判断する(Ｓ２０５)。もし、異物が検知される場合、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、異物検知に対応する電力制限動作を実行する(Ｓ２２５)。

もし、最初充電前に異物が検知されない場合、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電が開始した後、充電中に異物検知動作を実行する(Ｓ２１０)。

一例として、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電中に単方向通信を実行して異物を検知することができる。一例として、充電中の単方向通信を利用した異物検知動作は、図６に示す実施例に基づいて実行されることができる。

他の例として、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電中に双方向通信を実行して異物を検知することができる。一例として、充電中の双方向通信を利用した異物検知動作は、図７に示す実施例に基づいて実行されることができる。

他の例として、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電中に前記単方向通信及び前記双方向通信を同時に実行し、又は独立的に実行して異物を検知することができる。

無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電中に異物が検知されるかどうかを判断する(Ｓ２１５)。もし、充電中に異物が検知される場合、前記ステップＳ２２５のように、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、異物検知対応電力制限動作を実行する。

もし、充電中に異物が検知されない場合、検知されない微細な異物により電力送信に問題が発生するおそれがあるため、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、温度センサ(又は、サーミスタ)に基づいてパワーを制限する(例、電力をオフにする)(Ｓ２２０)。前記温度センサは、無線電力受信装置に付着にされ、又は無線電力送信装置に付着されることができる。

または、前記ステップＳ２２５で異物検知対応電力制限動作が実行された以後にも、検知されない微細な異物により電力送信に問題が発生するおそれがあるため、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、温度センサ(又は、サーミスタ)に基づいてパワーを制限する。

図３は、本発明の他の例に係る無線電力送信システムにおける異物検出を実行する方法を説明する流れ図である。

図３を参照すると、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、最初充電前に異物検知動作を実行する(Ｓ３００)。一例として、最初充電前の異物検知動作は、図５に示す実施例に基づいて実行されることができる。

無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、最初充電前に異物が検知されるかどうかを判断する(Ｓ３０５)。もし、最初充電前に異物が検知される場合、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、異物検知に対応する電力制限動作を実行する(Ｓ３１５)。

もし、最初充電前に異物が検知されない場合、検知されない微細な異物により電力送信に問題が発生するおそれがあるため、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、温度センサ(又は、サーミスタ)に基づいてパワーを制限する(例、電力をオフにする)(Ｓ３１０)。前記温度センサは、受信装置に付着され、又は送信装置に付着されることができる。

または、前記ステップＳ３１５で異物検知対応電力制限動作が実行された以後にも、検知されない微細な異物により電力送信に問題が発生するおそれがあるため、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、温度センサ(又は、サーミスタ)に基づいてパワーを制限する。

図４は、本発明の他の例に係る無線電力送信システムにおける異物検出を実行する方法を説明する流れ図である。

図４を参照すると、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電が開始されると、充電中に異物検知動作を実行する(Ｓ４００)。

一例として、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電中に単方向通信を実行して異物を検知することができる。一例として、充電中の単方向通信を利用した異物検知動作は、図６に示す実施例に基づいて実行されることができる。

他の例として、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電中に双方向通信を実行して異物を検知することができる。一例として、充電中の双方向通信を利用した異物検知動作は、図７に示す実施例に基づいて実行されることができる。
他の例として、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電中に前記単方向通信及び前記双方向通信を同時に実行し、又は独立的に実行して異物を検知することができる。

無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、充電中に異物が検知されるかどうかを判断する(Ｓ４０５)。もし、充電中に異物が検知される場合、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、異物検知に対応する電力制限動作を実行する(Ｓ４１５)。

もし、充電中に異物が検知されない場合、検知されない微細な異物により電力送信に問題が発生するおそれがあるため、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、温度センサ(又は、サーミスタ)に基づいてパワーを制限する(例、電力をオフにする)(Ｓ４１０)。前記温度センサは、受信装置に付着され、又は送信装置に付着されることができる。

または、前記ステップＳ４１５で異物検知対応電力制限動作が実行された以後にも、検知されない微細な異物により電力送信に問題が発生するおそれがあるため、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、温度センサ(又は、サーミスタ)に基づいてパワーを制限する。

以下、本発明によって異物を検知する動作を最初充電前と充電以後(例、単方向通信利用又は双方向通信利用)を区分して説明する。

<１．最初充電前の異物検知動作>

図５は、本発明の一例に係る無線電力送信システムにおける異物検出を実行する方法を説明する流れ図である。前記図２のステップＳ２００または前記図３のステップＳ３００に該当する。

図５を参照すると、ピングフェーズにおいて、無線電力送信装置は、デジタルピングを実行し、このとき、無線電力送信装置は、動作点の電力信号を無線電力受信装置に送信する(Ｓ５００)。

ピングフェーズの電力信号を受信すると、無線電力受信装置は、前記電力信号を受信した強度を指示する信号強度パケットを生成して無線電力送信装置に送信する(Ｓ５０５)。そして、無線電力受信装置は、無線電力受信装置の固有ＩＤを指示する識別パケットと無線電力受信装置の構成情報とを生成し、識別パケット及び構成情報を無線電力送信装置に送信する(Ｓ５１０)。

無線電力受信装置は、受信電力を測定する(Ｓ５１５)。このとき、初期電圧Ｖ_ｉを設定するステップに進入する。

無線電力受信装置は、過電圧電力(ｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ：ＯＶＰ)、過電流電力(ｏｖｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｏｗｅｒ：ＯＣＰ)、満充電(ｆｕｌｌ ｃｈａｒｇｅ)等、終了事由が発生するかどうかを判断する(Ｓ５２０)。もし、ＯＶＰ、ＯＣＰ、満充電、その他の充電終了事由が発生する場合、無線電力受信装置は、充電を終了する(Ｓ５２５)。もし、終了事由が発生しない場合、無線電力受信装置は、無線電力送信装置から無線電力を受信する状態であるかどうか、即ち、充電中であるかどうかを判断する(Ｓ５３０)。

ステップＳ５３０において、もし、充電中である場合、無線電力受信装置は、要求電力と受信電力を比較し、その結果に基づいて電力制御パケットを生成して無線電力送信装置に送信する(Ｓ５３５)。ステップＳ５３０において、もし、充電中でない場合、無線電力受信装置は、初期電圧Ｖ_ｉがホールド状態であるかどうかを判断する(Ｓ５４０)。初期電圧Ｖ_ｉの定常状態の値が基準電圧範囲(例えば、７.０Ｖ〜１０.５Ｖ)内に存在する場合、無線電力受信装置は、初期設定が完了する。これによって、初期電圧Ｖ_ｉは、ホールド状態になり、無線電力受信装置は、異物検出フェーズに進入することができる。

もし、Ｖ_ｉがホールド状態でない場合、無線電力受信装置は、充電中である場合と同様に、電力制御パケットを生成して無線電力送信装置に送信する(Ｓ５３５)。もし、Ｖｉがホールド状態である場合、無線電力受信装置は、異物検出フェーズに進入する。ここで、無線電力受信装置は、異物状態パケットを生成して無線電力送信装置に送信する(Ｓ５４５)。

本発明による異物状態パケットは、プリアンブル(ｐｒｅａｍｂｌｅ)、ヘッダ(ｈｅａｄｅｒ)、メッセージ、及びチェックサム(ｃｈｅｃｋｓｕｍ)を含む。プリアンブルは、最小１１ビットから最大２５ビットで構成されることができ、全てのビットの値が０に設定されることができる。プリアンブルは、無線電力送信装置が異物状態パケットのヘッダの開始ビットを正確に検知し、入るデータに同期を合わせるために使われる。

ヘッダは、パケットのタイプを指示し、８ビットで構成されることができる。一例として、異物状態パケットのヘッダの値は、０×００である。この場合、メッセージは、その値が０、即ち、０×００に設定されることができる。他の例として、異物状態パケットのヘッダの値は、充電状態パケット(ｃｈａｒｇｅ ｓｔａｔｕｓ ｐａｃｋｅｔ)のヘッダと同一な０×０５である。ただし、充電状態パケットの１バイトメッセージの値が０×００に設定されることによって、異物状態パケットであると指示されることができる。即ち、異物状態パケットは、充電状態パケットに含まれる。

無線電力送信装置は、受信されたパケットのヘッダ又はメッセージの値に基づいて、受信されたパケットが異物状態パケットであるかどうかを確認する。そして、異物状態パケットが受信されたと確認されると、無線電力送信装置は、異物検出を実行する(Ｓ５５０)。異物状態パケットを確認する動作及び異物検出は、無線電力送信装置の制御ユニットにより実行される。

<２．充電中の異物検知>

<２−１．充電中に単方向通信を利用した異物検知>

図６は、本発明の他の例に係る無線電力送信システムの動作を説明する流れ図である。前記図２のステップＳ２１０または前記図４のステップＳ４００に該当する。

図６を参照すると、無線電力送信装置は、無線電力受信装置を探索する(Ｓ６００)。このとき、無線電力送信装置は、無線電力受信装置が検索される時まで充電待機状態におかれる。

もし、検知された物体が無線電力受信装置の場合、無線電力送信装置は、充電モードに進入し、無線電力を無線電力受信装置に送信する(Ｓ６０５)。充電モードでは無線電力送信装置が一次コイルに電力を印加して誘導磁場又は共振を発生させる。

無線電力送信装置は、一次コイルに流れる電流を測定し、一次コイルで流れる電流から電流測定値を取得する(Ｓ６１０)。無線電力送信装置が測定する電流は、交流電流である。前記電流測定値は、無線電力送信装置内の制御ユニットが認識するのに適したＤＣ数値に変換されたものである。即ち、無線電力送信装置は、一次コイルに流れる相対的に高い交流電流を測定し、前記測定された高電流を制御ユニットが解析するのに適した数値である電流測定値に表１のようにマッピングする。

無線電力送信装置は、基準電流Ｉ_ｒｅｆ、基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)、基準ＡＣ信号、異物検知時期ｔのようなパラメータのうちいずれか一つ又は二つ以上の組合せを使用し、異物検知を実行する(Ｓ６１５)。そして、基準電流Ｉ_ｒｅｆ、基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)、基準ＡＣ信号、異物検知時期ｔのようなパラメータは、初期設定値であって、無線電力送信装置に予め格納されている。

無線電力送信装置は、異物が検知されない場合、持続的に無線電力受信装置に電力を送信する(Ｓ６２０)。そして、無線電力送信装置は、システム又は標準により予め定められた時点ｔに再び一次コイルの電流測定値を取得し(Ｓ６１０)、これに基づいて異物検知を試みることができる(Ｓ６１５)。

それに対して、無線電力送信装置は、異物が検知された場合、無線電力受信装置に送信される無線電力を遮断する(Ｓ６２５)。

<２−２．充電中に双方向通信を利用した異物検知動作>

図７は、本発明の他の例に係る無線電力送信システムの動作を説明する流れ図である。前記図２のステップＳ２１０または前記図４のステップＳ４００に該当する。

一例として、双方向通信を実行するとは、無線電力送信装置から無線電力受信装置に電力を送信すると、無線電力受信装置から受信電力(ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｐｏｗｅｒ)値を無線電力送信装置に知らせ、電力損失(ｐｏｗｅｒ ｌｏｓｓ)が所定基準値以上の場合、ＦＯＤと判断することを意味する。例えば、双方向通信を実行するとは、無線電力送信装置から無線電力受信装置に７〜１０Ｗの電力を送信し、無線電力受信装置で５Ｗの電力を受信した場合、受信電力値‘５Ｗ’を無線電力送信装置に知らせ、電力損失が２Ｗ以上であり、所定基準値である１Ｗより大きいため、無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、ＦＯＤと判断する。これによって、電力送信ステップにおいてＦＯＤを検出することができる。

図７を参照して双方向通信を具体的に説明すると、無線電力送信装置は、無線電力受信装置を探索する(Ｓ７００)。このとき、無線電力送信装置は、無線電力受信装置が検索される時まで充電待機状態にある。

もし、検知された物体が無線電力受信装置の場合、無線電力送信装置は、充電モードに進入し、無線電力を無線電力受信装置に送信する(Ｓ７０５)。充電モードでは無線電力送信装置が一次コイルに電力を印加して誘導磁場又は共振を発生させる。

無線電力送信装置は、測定された送信電力を指示する送信電力測定報告を無線電力受信装置に送信する(Ｓ７１０)。一例として、無線電力送信装置は、送信電力測定報告をＦＳＫ信号で無線電力受信装置に送信する。ここで、ＦＳＫ信号とは、ＦＳＫ方式を利用して送信される信号を意味する。

前記ＦＳＫ信号は、単純な電力量(例、送信電力量)を含むことができる。このとき、無線電力送信装置は、前記ＦＳＫ信号を一定周期に送信することができる。その理由は、無線電力受信装置が前記ＦＳＫ信号の送信時点に対して知らない場合があるためである。前記一定周期は、一定個数のデータ信号が送信される区間(例、ＡＳＫ信号が一定)である。

一例として、前記送信電力量は、無線電力送信装置がＡＣ電流信号によって主コイルで生成される電力を測定した値である。

前記ＦＳＫ信号とは、受信装置で要求される１個の固定された電力周波数(ｆ０、例えば、１４５ｋＨｚ)を変換させる一定範囲の可変周波数(例、１４０又は１４０.３Ｋｈｚ)をスイッチング(ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ)し、又はセレクト(ｓｅｌｅｃｔ)することで、０値と１値を送信する信号を意味する。他の例として、位相を利用して０値と１値を含むデータ信号を送信する信号を意味する。

一例として、無線電力送信装置は、ＡＣ電流信号によって主コイルで生成される電力を測定し、測定された生成電力を指示する送信電力測定報告を構成し、無線電力受信装置に送信することができる。このように、無線電力送信装置から無線電力受信装置への経路に制御情報が送信され(例えば、ＦＳＫ信号で制御情報が送信されることができ)、又は無線電力受信装置から無線電力送信装置への経路に制御情報が送信される双方向通信が可能である。

無線電力送信装置は、インバータを利用してＰＷＭを実行し、無線電力受信装置の必要電力(又は、要求電力)に許容された周波数を発生する。

無線電力受信装置の必要電力がデューティサイクル(ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ)又は電圧を発生させ、デューティサイクル又は電圧値が無線電力送信装置の電力値である。即ち、無線電力送信装置の電力は、インバータに印加された電圧、デューティ設定及び周波数で示されることができる。

無線電力送信装置が電力を送信するステップにおいて、設定された値(例、電圧、デューティ周波数)をＦＳＫ方式により無線電力受信装置に“送信電力値”を送信する。

このとき、無線電力受信装置は、既存のデータ信号(例、ＡＳＫ信号)の送信を止め、ＦＳＫの信号を受信する。一例として、ＦＳＫ信号の受信動作は、ＦＳＫ信号の復調(ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)動作を含む。

前記ＦＳＫ信号は、一定周期７５０に送信されることができる。例えば、前記一定周期７５０は、所定時間(例、３秒、５秒)又は所定個数のデータ信号(例、ＡＳＫ信号)の送信区間である。

前記ＦＳＫ信号は、無線電力と同時に送信されることもできる。即ち、Ｓ７０５及びＳ７１０は、同時に実行されることもできる。

次に、無線電力受信装置は、送信電力測定報告に基づいて異物を検知する(Ｓ７１５)。例えば、無線電力受信装置で測定した受信電力値と生成電力測定報告を含むＦＳＫ信号を演算し、その差が所定基準値以上の場合、ＦＯＤと判断する。他の例として、無線電力受信装置は、‘受信電力−送信電力’が所定基準値以上の場合、ＦＯＤと判断する。

一例として、前記測定した受信電力値は、送信電力測定報告により指示される電力と要求電力との間の差が閾値より大きいか、又は同じか、又は小さいかを指示する情報である。例えば、送信電力測定報告により指示される電力と要求電力との間の差が閾値より大きい場合、‘受信電力測定結果＝１’に設定され、送信電力測定報告により指示される電力と要求電力との間の差が閾値より小さい、又は同じ場合、‘受信電力測定結果＝０’に設定されることができる。その反対に、送信電力測定報告により指示される電力と要求電力との間の差が閾値より大きい、又は同じ場合、‘受信電力測定結果＝１’に設定され、送信電力測定報告により指示される電力と要求電力との間の差が閾値より小さい場合、‘受信電力測定結果＝０’に設定されることもできる。例えば、閾値が１Ｗと仮定する。前記の例のように、送信電力測定報告により指示される電力が１２Ｗであり、要求電力は１０Ｗである状況で、その差は２Ｗであり、これは閾値である１Ｗより大きい。この場合、受信電力測定結果は１を指示する。送信電力測定報告により指示される電力と要求電力との間の差が閾値より大きい場合、これは異物が検知されたことを意味する。したがって、無線電力送信装置は、これを異物検知と認識することができる。

無線電力受信装置は、無線電力送信装置に異物検知結果を含むＡＳＫ信号を送信する(Ｓ７２０)。

前記ＡＳＫ信号は、電力制御用信号、ＦＯＤ検出信号、緊急(ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ)信号又は緩衝信号などを含むことができる。

また、前記ＡＳＫ信号は、無線電力受信装置の要求電力情報を含むことができる。要求電力情報とは、無線電力送信装置が磁気誘導方式に基づいて無線電力を生成するように要求する情報を意味し、無線電力送信装置が要求電力情報を確認し、要求電力情報で指示した電力が誘導されるように制御信号を発生させる情報である。例えば、要求電力情報が１０Ｗを指示する時、無線電力送信装置は、１０Ｗが送信されるように制御信号を発生させる。

前記ＡＳＫ信号は、制御エラーパケット(ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｒｒｏｒ ｐａｃｋｅｔ)、整流パケット(ｒｅｃｔｉｆｉｅｄ ｐａｃｋｅｔ)又はチャージャステート(ｃｈａｒｇｅｒ ｓｔａｔｅ)形態で送信されることができる。

次に、無線電力送信装置は、受信したＡＳＫ信号に基づいて無線電力を送信することができる(Ｓ７２５)。

データ信号(例、ＡＳＫ信号又はＦＳＫ信号)は、送信と受信を同時にすることが不能であるため、送信又は受信が順次に実行される。一方、誘導周波数を介して電力が発生し続けるため、電力信号とデータ信号が同時に送信されることは可能である。したがって、ＡＳＫ信号及びＦＳＫ信号が送受信される時点と関係なしで、無線電力は、同時又は随時に送信されることができる。

前記ステップＳ７２０及びステップＳ７２５によって、ＡＳＫ信号と無線電力が複数回送受信されることができる。

ステップＳ７１０に対して一定周期７５０が経過されると、無線電力送信装置は、測定された送信電力を指示する送信電力測定報告を無線電力受信装置に送信する(Ｓ７３０)。一例として、無線電力送信装置は、送信電力測定報告をＦＳＫ信号で無線電力受信装置に送信する。前記一定周期７５０は、所定時間(例、３秒、５秒)又は所定個数のデータ信号(例、ＡＳＫ信号)の送信区間である。

一方、無線電力受信装置で異物が検出されたと判断されると、無線電力送信装置は、異物検出に対する措置を実行することができる(図示せず)。例えば、無線電力送信装置は、主コイルの駆動が減少又は中断される遮断モードに進入することができる。これによって、寄生負荷の発熱が防止され、非効率的な誘導電力の供給が制限又は中断されることができる。

図８は、本発明の一例に係る無線電力送信装置を示すブロック図である。

図８を参照すると、無線電力送信装置８００は、一次コイル８１０、電気駆動ユニット８２０、制御ユニット８３０、及び電流測定ユニット８４０を含む。

電気駆動ユニット８２０は、一次コイル８１０に連結され、電磁場を発生するために一次コイル８１０に電気駆動信号、例えば、ＡＣ信号を印加する。

制御ユニット８３０は、電気駆動ユニット８２０に連結され、一次コイル８１０が誘導磁場を発生させる時又は磁気共振を起こす時に必要なＡＣ信号を制御する制御信号８３１を生成し、前記制御信号８３１を電気駆動ユニット８２０に入力する。

制御ユニット８３０は、無線電力送信装置８００のピング(ｐｉｎｇ)フェーズ(ｐｈａｓｅ)、ＩＤ識別及び構成フェーズ、異物検出フェーズ及び電力送信フェーズでの動作を制御する。そして、制御ユニット８３０は、各フェーズで必要なパケットを生成して無線電力受信装置に送信し、又は無線電力受信装置からパケットを受信することができる。

ここで、ピングフェーズは、無線電力を受信可能な物体を発見(ｄｉｓｃｏｖｅｒ)する試みであると定義されることができる。ピングフェーズにおいて、制御ユニット８３０は、デジタルピング(ｄｉｇｉｔａｌ ｐｉｎｇ)を実行し、制御ユニット８３０は、一次コイル８１０が動作点の電力信号(ｐｏｗｅｒ ｓｉｇｎａｌ ａｔ ａｎ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ)を送信するように制御信号８３１を電気駆動ユニット８２０に印加する。そして、無線電力受信装置から特定時間区間(ｔｉｍｅ ｗｉｎｄｏｗ)内で正常な(ｃｏｒｒｅｃｔ)信号強度パケット(ｓｉｇｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐａｃｋｅｔ)が受信されると、制御ユニット８３０は、無線電力送信装置８００の状態をＩＤ識別及び構成フェーズに遷移させる。

また、ＩＤ識別及び構成フェーズにおいて、制御ユニット８３０は、無線電力受信装置を識別し、無線電力受信装置の構成情報(ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ)を収集する。このとき、制御ユニット８３０は、識別パケット(ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐａｃｋｅｔ)又は識別パケットと構成情報を無線電力受信装置から受信する。

また、異物検出フェーズにおいて、制御ユニット８３０は、異物検出(ｆｏｒｅｉｇｎ ｏｂｊｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：ＦＯＤ)を実行し、異物が検出されない場合、無線電力送信装置８００を電力送信フェーズに遷移させ、無線電力が送信されるように制御信号８３１を電気駆動ユニット８２０に印加する。一方、異物が検出される場合、制御ユニット８３０は、制御信号８３１の印加を中断し、緊急モード(ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｍｏｄｅ)に進入する。これによると、無線電力送信装置８００が本格的に無線電力を無線電力受信装置に送信する電力送信フェーズ以前に、異物検出が実行される。即ち、無線電力送信装置８００と無線電力受信装置が相互間の識別(又は、認識)を完了した直後に異物検出が実行されるため、無線電力の送信中に異物検出を実行することによる危険を事前に防止することができる。

本実施例は、異物検出フェーズと電力送信フェーズを区分したが、前記二つのフェーズは、一つのフェーズとして統合されて制御されることができる。または、異物検出フェーズは、電力送信フェーズに属して一つの手順で制御されることもできる。以下、異物検出フェーズを独立的な地位を有すると仮定して説明する。

電流測定ユニット８４０は、一次コイル８１０で流れる電流から電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}を取得して制御ユニット８３０に入力する。前記電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}は、制御ユニット８３０が認識するのに適したＤＣ数値に変換されたものである。即ち、電流測定ユニット８４０は、一次コイル８１０に流れる相対的に高い交流電流を測定し、前記測定された高電流を制御ユニット８３０が解析するのに適した数値である電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}にマッピング(ｍａｐｐｉｎｇ)し、前記電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}を制御ユニット８３０に入力する。

以下、異物(ｆｏｒｅｉｇｎ ｏｂｊｅｃｔ)検出のために無線電力送信装置８００の各構成要素がどのような動作を実行するかに対して具体的に開示する。

制御ユニット８３０が基準ＡＣ信号に該当する制御信号８３１を電気駆動ユニット８２０に送ると、電気駆動ユニット８２０は、前記基準ＡＣ信号を一次コイル８１０に印加する。ここで、基準ＡＣ信号は、異物がない環境、即ち、無線電力の送信に障害要素がない環境で、無線電力の送信効率が正常範囲に留まるようにする(又は、受信装置の要求電力水準を満たすことができる)ＡＣ信号であって、実験的に得られる値である。一次コイル８１０に基準ＡＣ信号が印加されると、一次コイル２１０には基準電流Ｉ_ｒｅｆが流れるようになり、このとき、無線電力Ｗ_ｒｅｆが送信される。

しかし、もし、無線電力送信装置８００と無線電力受信装置との間に異物が挿入されると、無線電力受信装置は、異物により消費される電力Ｗ_ＦＯを除いた残りの電力であるＷ_ｒｅｆ−Ｗ_ＦＯのみを受信する。無線電力受信装置の立場で、Ｗ_ＦＯほど受信することができない場合、より多くの電力を要求するために電力上昇要求メッセージを無線電力送信装置８００に送信する。電力上昇要求メッセージは、制御エラー(ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｒｒｏｒ)パケットとも呼ばれる。これに対し、無線電力受信装置が要求電力以上の電力を受信すると、電力下降要求メッセージを無線電力送信装置８００に送信することができる。

無線電力受信装置は、要求電力が満たされる時まで電力上昇要求メッセージ又は電力下降要求メッセージを持続的に無線電力送信装置８００に送信することができる。例えば、電力上昇要求メッセージを受信した無線電力送信装置８００は、それによる応答として一層高い電力が送信されるように一次コイル８１０に流れる電流の強度を上昇させる。より具体的に、一次コイル８１０に一層大きい電流が流れるようにするために、制御ユニット８３０は、基準ＡＣ信号より大きいＡＣ信号が一次コイル８１０に印加されることができるように制御信号８３１を調整することができる。このような一連の過程を通称して電力制御(ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ)という。

電力制御の結果、一次コイル８１０での電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}が一定区間より大きくなる状態が発生することができる。要求電力の送信のために、一次コイル８１０に基準電流Ｉ_ｒｅｆより大きい電流であるＩ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}が流れているということは、無線電力の送信効率が落ちることを意味し、それと同時に無線電力受信装置以外に異物により一定の電力が持続的に消費されていることを意味する。このように一次コイル８１０に電流が相対的に過度に流れる場合、制御ユニット８３０は、異物が存在すると決定する。即ち、制御ユニット８３０は、電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}に基づいて無線電力の送信に障害を起こす要素、例えば、金属のような異物を検知することができる。

制御ユニット８３０は、異物検知のために基準電流Ｉ_ｒｅｆ、基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)、基準ＡＣ信号、異物検知時期ｔのようなパラメータのうちいずれか一つ又は二つ以上の組合せを使用することができる。そして、基準電流Ｉ_ｒｅｆ、基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)、基準ＡＣ信号、異物検知時期ｔのようなパラメータは、初期設定値であって、制御ユニット２３０に格納されている。基準電流Ｉ_ｒｅｆ、基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)は、基準値(ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ)とも呼ばれる。

一例として、制御ユニット８３０は、電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}と基準電流Ｉ_ｒｅｆを比較する。そして、電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}が基準電流Ｉ_ｒｅｆを超過する場合(即ち、Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}＞Ｉ_ｒｅｆ)、異物が検知されたと判断する。それに対して、前記電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}が基準電流Ｉ_ｒｅｆ以下の場合(即ち、Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}≦Ｉ_ｒｅｆ)、異物がないと判断する。ここで、基準電流Ｉ_ｒｅｆは、無線電力受信装置の正格電力(Ｗ)によって、例えば、以下のように定義されることができる。

表１を参照すると、無線電力受信装置(Ｒｘ)の正格電力(Ｗ)が２.５Ｗ、３Ｗ、４Ｗ、５Ｗの時、無線電力送信装置(Ｔｘ)の一次コアブロックに流れるＡＣ電流は、実験的に、各々、０.９９８Ａ、１.３２８Ａ、１.６６４Ａ、１.９２５Ａである。そして、一次コアブロックで許容される基準電流、即ち、Ｉ_ｒｅｆの大きさは、各々、１.０５Ａ、１.５Ａ、１.８５Ａ、２.０５Ａである。

他の例として、制御ユニット８３０は、前記電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}が基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)に属するかどうかを検査する。そして、電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}が基準範囲に属する場合(即ち、Ｉ_ｌｏｗ≦Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}≦Ｉ_ｈｉｇｈ)、異物がないと判断する。それに対して、電流測定値Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}が基準範囲に属しない場合(即ち、Ｉ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}＞Ｉ_ｈｉｇｈ又はＩ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}＜Ｉ_ｌｏｗ)、異物が検知されたと判断する。

制御ユニット８３０は、システム又は標準により予め定められた時点ｔに異物検知を試みることができる。

一例として、制御ユニット８３０が異物検知を試みる時点ｔは、毎電力制御時点以後になることができる。例えば、無線電力送信装置８００が無線電力受信装置から電力上昇要求メッセージ又は電力下降要求メッセージを受信してＡＣ信号を上昇又は下降させた以後、一次コイル８１０に流れる電流測定値を利用して異物検知を試みることができる。

他の例として、制御ユニット８３０が異物検知を試みる時点ｔは、予め定められた一定の検知周期(ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ)になることもできる。例えば、検知周期は、少なくとも異物が一定温度以上に発熱するまでかかる時間よりは短くなければならない。その理由は、異物の発熱が激しくなると、火災及び身体の火傷などで安全性に深刻な問題を引き起こすことができるためである。したがって、検知周期は、実験により安全性が検証された値に設定されることが好ましく、これによって、無線充電中に異物による発熱など、充電中に引起こされることができる様々な危険性を防げる。

異物が検知された場合、制御ユニット８３０は、一次コイル８１０にＡＣ信号を印加しないように電気駆動ユニット８２０を制御して無線電力の送信を遮断する。

図９は、本発明の他の例に係る無線電力送信装置を示すブロック図である。

図９を参照すると、無線電力送信装置９００は、ｍ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｍを含む一次コアブロック９１０、スイッチングユニット９２０、電気駆動ユニット９３０、制御ユニット９４０、及び電流測定ユニット９５０を含む。

スイッチングユニット９２０は、スイッチング方式によりｍ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｍの全て又は少なくとも一つを選択的に電気駆動ユニット９３０と連結する。

電気駆動ユニット９３０は、スイッチングユニット９２０を介してｍ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｍと連結されることができ、電磁場を発生するためにｎ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｎに同時に又はｎ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｎの中から選択された少なくとも一つの一次コイルに電気駆動信号を印加する。

制御ユニット９４０は、電気駆動ユニット９３０に連結され、ｎ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｎが誘導磁場を発生させる時又は共振を起こす時に必要なＡＣ信号を制御する制御信号９４１を生成する。

電流測定ユニット９５０は、ｍ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｍに流れる電流を個別的に又は合算して測定する。特に、電流測定ユニット９５０が測定する電流は、交流電流である。電流測定ユニット９５０は、電流センサ(ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ)である。または、電流測定ユニット９５０は、一次コイルに流れる高電流を低電流に下げて使用する変圧器(ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ)である。

一例として、電流測定ユニット９５０は、ｍ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｍで電流が流れる一次コイルのみを選択し、選択された一次コイルの各々に流れる電流を個別的に測定し、複数の個別的な電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍを取得して制御ユニット９４０に入力する。電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍは、制御ユニット９４０が認識するのに適したＤＣ数値に変換されたものである。即ち、電流測定ユニット９５０は、一次コイル９１０−１,...,９１０−ｍに流れる相対的に高い交流電流を測定し、前記測定された高電流を制御ユニット９４０が解析するのに適した数値である電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍに表１のようにマッピング(ｍａｐｐｉｎｇ)し、前記電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍを制御ユニット９４０に入力する。

他の例として、電流測定ユニット９５０は、ｍ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｍで電流が流れる一次コイルのみを選択し、選択された一次コイルの全体に流れる電流を測定し、一つの全体電流測定値Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}を制御ユニット９４０に入力する。

また、他の例として、電流測定ユニット９５０は、ｍ個の一次コイル９１０−１,...,９１０−ｍの全体で流れる総電流を測定し、一つの全体電流測定値Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}を制御ユニット９４０に入力する。

制御ユニット９４０は、異物検知のために基準電流Ｉ_ｒｅｆ、基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)、基準ＡＣ信号、異物検知時期ｔのようなパラメータのうちいずれか一つ又は二つ以上の組合せを使用することができる。そして、基準電流Ｉ_ｒｅｆ、基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)、基準ＡＣ信号、異物検知時期ｔのようなパラメータは、初期設定値であって、制御ユニット９４０に格納されている。

一例として、制御ユニット９４０は、電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍと基準電流Ｉ_ｒｅｆを各々比較する。そして、電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍのうち少なくとも一つが基準電流Ｉ_ｒｅｆを超過する場合(即ち、Ｉ_１ ｏｒ Ｉ_２ ｏｒ...Ｉ_ｍ＞Ｉ_ｒｅｆ)、異物が検知されたと判断する。それに対して、前記電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍの全てが基準電流Ｉ_ｒｅｆ以下の場合(即ち、Ｉ_１ ａｎｄ Ｉ_２ ａｎｄ...Ｉ_ｍ≦Ｉ_ｒｅｆ)、異物がないと判断する。

他の例として、制御ユニット９４０は、前記電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍが各々基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)に属するかどうかを検査する。そして、電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍのうち少なくとも一つが基準範囲に属する場合(即ち、Ｉ_ｌｏｗ≦Ｉ_１ ｏｒ Ｉ_２ｏｒ...Ｉ_ｍ≦Ｉ_ｈｉｇｈ)、異物がないと判断する。それに対して、電流測定値Ｉ_１,Ｉ_２,...,Ｉ_ｍの全てが基準範囲に属しない場合(即ち、Ｉ_１ａｎｄ Ｉ_２ ａｎｄ...Ｉ_ｍ＞Ｉ_ｈｉｇｈ又はＩ_１ａｎｄ Ｉ_２ ａｎｄ...Ｉ_ｍ＜Ｉ_ｌｏｗ)、異物が検知されたと判断する。

また、他の例として、制御ユニット９４０は、電流測定値Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}と基準電流Ｉ_ｒｅｆを比較する。そして、電流測定値Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}が基準電流Ｉ_ｒｅｆを超過する場合(即ち、Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}＞Ｉ_ｒｅｆ)、異物が検知されたと判断する。それに対して、前記電流測定値Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}が基準電流Ｉ_ｒｅｆ以下の場合(即ち、Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}≦Ｉ_ｒｅｆ)、異物がないと判断する。

また、他の例として、制御ユニット９４０は、前記電流測定値Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}が基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)に属するかどうかを検査する。そして、電流測定値Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}が基準範囲に属する場合(即ち、Ｉ_ｌｏｗ≦Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}≦Ｉ_ｈｉｇｈ)、異物がないと判断する。それに対して、電流測定値Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}が基準範囲に属しない場合(即ち、Ｉ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}＞Ｉ_ｈｉｇｈ又はＩ_{ＳＥＬＥＣＴＥＤ}＜Ｉ_ｌｏｗ)、異物が検知されたと判断する。

また、他の例として、制御ユニット９４０は、電流測定値Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}と基準電流Ｉ_ｒｅｆを比較する。そして、電流測定値Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}が基準電流Ｉ_ｒｅｆを超過する場合(即ち、Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}＞Ｉ_ｒｅｆ)、異物が検知されたと判断する。それに対して、前記電流測定値Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}が基準電流Ｉ_ｒｅｆ以下の場合(即ち、Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}≦Ｉ_ｒｅｆ)、異物がないと判断する。

また、他の例として、制御ユニット９４０は、前記電流測定値Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}が基準範囲(Ｉ_ｌｏｗ〜Ｉ_ｈｉｇｈ)に属するかどうかを検査する。そして、電流測定値Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}が基準範囲に属する場合(即ち、Ｉ_ｌｏｗ≦Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}≦Ｉ_ｈｉｇｈ)、異物がないと判断する。それに対して、電流測定値Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}が基準範囲に属しない場合(即ち、Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}＞Ｉ_ｈｉｇｈ又はＩ_{ＴＯＴＡＬ}＜Ｉ_ｌｏｗ)、異物が検知されたと判断する。

制御ユニット９４０は、システム又は標準により予め定められた時点ｔに異物検知を試みることができる。

一例として、制御ユニット９４０が異物検知を試みる時点ｔは、毎電力制御時点以後になることができる。例えば、無線電力送信装置９００が無線電力受信装置から電力上昇要求メッセージ又は電力下降要求メッセージを受信してＡＣ信号を上昇又は下降させた以後、一次コアブロック３１０に流れる電流測定値を利用して異物検知を試みることができる。

他の例として、制御ユニット９４０が異物検知を試みる時点ｔは、予め定められた一定の検知周期(ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ)になることもできる。例えば、検知周期は、少なくとも異物が一定温度以上に発熱するまでかかる時間よりは短くなければならない。その理由は、異物の発熱が激しくなると、火災及び身体の火傷などで安全性に深刻な問題を引き起こすことができるためである。したがって、検知周期は、実験により安全性が検証された値に設定されることが好ましく、これによって、無線充電中に異物による発熱など、充電中に引起こされることができる様々な危険性を防げる。

異物が検知された場合、制御ユニット９４０は、一次コアブロック９１０にＡＣ信号を印加しないように電気駆動ユニット９３０を制御して無線電力の送信を遮断する。

図１の無線電力送信装置１１０は、図８の無線電力送信装置８００であってもよく、図９の無線電力送信装置９００であってもよい。

本発明によると、異物検知のために無線電力受信装置が約束された情報伝達規格に基づいて特定の情報を無線電力送信装置２００に送信する必要がないため、シグナリングオーバーヘッド(ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ｏｖｅｒｈｅａｄ)が減ることができる。

異物の発熱前に異物を最小限の遅延で検知することは、相当重要な技術的問題である。その理由は、異物の性質上容易に発熱されるものである場合、異物検知まで遅延が長くなることは、深刻な問題を引き起こすことができるためである。しかし、本発明によると、無線電力送信装置が自体的に異物を検知することができるため、異物検知のための遅延(ｄｅｌａｙ)、例えば、無線電力受信装置が特定の情報を生成する時間、前記特定の情報が無線電力送信装置に送信される時間、無線電力送信装置が前記特定の情報をデコーディングして解析する時間が不要になるという効果がある。

さらに、無線電力受信装置が前記特定の情報を送信することができない低いバージョンのモデルである場合であるとしても、本発明による無線電力送信システムは、前記モデルに対しても互換性を提供することができる。

図１０は、本発明の一例に係る無線電力受信装置を示すブロック図である。

図１０を参照すると、無線電力受信装置１０００は、二次コイル１０１０、整流ユニット１０２０、及び制御ユニット１０３０を含む。

整流ユニット１０２０は、二次コイル１０１０で生成されるＡＣ波形(ｗａｖｅｆｏｒｍ)に対する全波整流(ｆｕｌｌ−ｗａｖｅ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ)を提供する。例えば、整流ユニット１０２０は、フルブリッジ構成での４個のダイオードを使用することができる。また、整流ユニット１０２０は、制御ユニット１０３０と外部負荷１０４０に電力を提供することができる。

制御ユニット１０３０は、整流ユニット１０２０から電力の供給を受けて各フェーズでのパケット生成と送信、無線電力送信制御などの動作を実行する。一例として、パケットの送信のために負荷変調(ｌｏａｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)技法が使われることができる。この場合、二次コイル１０１０を介してパケットが送信され、無線電力送信のための周波数帯域と同一な周波数帯域が使われる。他の例として、パケットの送信のために無線電力送信のための周波数帯域と異なる周波数帯域が使われ、ＲＦＩＤ(ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ)又はブルートゥース(ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ)又はＮＦＣ(ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ)などの技法を介してパケットが送信されることができる。

ＩＤ識別及び構成フェーズにおいて、制御ユニット１０３０は、無線電力受信装置１０００の固有ＩＤを指示する識別パケットと無線電力受信装置１０００の構成情報とを生成し、識別パケット及び構成情報を無線電力送信装置に送信する。

そして、制御ユニット１０３０は、外部負荷に連結される出力端子の初期電圧Ｖ_ｉを測定することができる。初期電圧Ｖ_ｉは、ＩＤ識別及び構成フェーズを完了した以後、無線電力を受信する電力送信フェーズ以前に制御ユニット１０３０で測定される電圧である。または、初期電圧Ｖ_ｉは、無線充電が開始される前の待機状態で出力端子の電圧であると定義されることもできる。

初期電圧Ｖ_ｉの定常状態の値が基準電圧範囲(例えば、７.０Ｖ〜１０.５Ｖ)内に存在する場合、制御ユニット１０３０は、異物検出フェーズに進入し、異物検出のための異物状態パケット(ｆｏｒｅｉｇｎ ｏｂｊｅｃｔ ｓｔａｔｕｓ ｐａｃｋｅｔ)を生成して無線電力送信装置に送信する。異物状態パケットは、無線電力送信装置で異物検出を開始(ｉｎｉｔｉａｔｅ)又はトリガ(ｔｒｉｇｇｅｒ)に使われる。

電力送信フェーズにおいて、制御ユニット１０３０は、二次コイル１０１０を介して受信される電力を測定し、電力制御パケットを生成して無線電力送信装置に送信することができる。即ち、制御ユニット１０３０は、無線電力送信制御に必要なパケットを利用して要求電力を受信することができる。

前述した全ての機能は、前記機能を遂行するようにコーディングされたソフトウェアやプログラムコードなどによるマイクロプロセッサ、制御器、マイクロ制御器、ＡＳＩＣ(Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)などのようなプロセッサにより遂行されることができる。前記コードの設計、開発、及び具現は、本発明の説明に基づいて当業者に自明である。

以上、本発明に対して実施例を参照して説明したが、該当技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させて実施可能であることを理解することができる。したがって、本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の全ての実施例を含む。

Claims (14)

1. 無線電力受信装置における異物を検出する方法において、
   最初充電前に異物検知動作を実行するステップ；
   充電が開始される時まで異物が検知されない場合、単方向通信又は双方向通信を利用して充電中に異物検知動作を実行するステップ；及び、
   前記充電中の異物検知動作で異物が検知されない場合、検知されない微細な異物を温度センサで検知して電力を制限するステップ；を含む方法。
2. 前記最初充電前の異物検知動作は、
   ピングフェーズでデジタルピングを実行する無線電力送信装置から動作点の電力信号を受信するステップ；
   前記動作点の電力信号を受信した強度を指示する信号強度パケットを生成して前記無線電力送信装置に送信するステップ；
   前記無線電力受信装置の固有ＩＤを指示する識別パケット及び前記無線電力受信装置の構成情報を生成して前記無線電力送信装置に送信するステップ；
   受信電力を測定し、初期電圧を設定するステップ；及び、
   前記初期電圧がホールド状態であり、前記初期電圧の定常状態の値が所定基準電圧範囲内に存在する場合、異物検出フェーズに進入して異物状態パケットを生成して無線電力送信装置に送信するステップ；を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記単方向通信を利用する充電中の異物検知動作は、
   無線電力送信装置で異物が検知されない場合、充電モードでは一次コイルに電力を印加して誘導磁場又は共振を発生させる無線電力送信装置から無線電力を受信するステップを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記双方向通信を利用する充電中の異物検知動作は、
   充電モードで一次コイルに電力を印加して誘導磁場又は共振を発生させた前記無線電力送信装置から、測定された送信電力を指示する送信電力測定報告を受信するステップ；
   前記受信された送信電力値と測定した受信電力値との差に基づいて異物を検知するステップ；及び、
   前記異物の検知結果を含むＡＳＫ信号を前記無線電力送信装置に送信するステップ；を含む請求項２に記載の方法。
5. 前記送信電力測定報告は、ＦＳＫ方式を利用して送信されるＦＳＫ信号で送信され、
   前記ＦＳＫ信号は、ＡＣ電流信号によって前記一次コイルで生成される電力を測定した送信電力量を含む請求項４に記載の方法。
6. 前記ＦＳＫ信号は、所定周期ごとに繰り返し送信され、
   前記所定周期は、所定個数のデータ信号が送信される区間であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記ＦＳＫ信号は、要求される固定された電力周波数を変換させる一定範囲の可変周波数をスイッチングし、又はセレクトすることで、０又は１を送信する信号であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記ＡＳＫ信号は、前記無線電力送信装置が磁気誘導方式に基づいて無線電力を生成するように要求する情報である要求電力情報を含む請求項４に記載の方法。
9. 異物を検出する無線電力受信装置であって、
   無線電力送信装置に具備された一次コアブロックと磁気誘導又は磁気共振により結合することによって無線電力を前記無線電力送信装置から受信する二次コアブロック；
   前記二次コアブロックに連結され、前記二次コアブロックで生成されるＡＣ波形に対する全波整流を実行して制御ユニットと外部負荷に電力を提供する整流ユニット；及び、
   前記外部負荷に連結される出力端子の初期電圧を測定し、前記初期電圧が基準電圧範囲に存在する場合、前記無線電力受信装置を異物検出フェーズ(ｐｈａｓｅ)に進入するように制御する制御ユニット；を含み、
   前記制御ユニットは、
   最初充電前に異物検知動作を実行し、又は充電が開始される時まで異物が検知されない場合、単方向通信又は双方向通信を利用して充電中に異物検知動作を実行し、又は前記充電中の異物検知動作で異物が検知されない場合、検知されない微細な異物を温度センサで検知して電力を制限することを特徴とする無線電力受信装置。
10. 前記制御ユニットは、
    充電モードで一次コイルに電力を印加して誘導磁場又は共振を発生させた前記無線電力送信装置から、測定された送信電力を指示する送信電力測定報告を受信し、前記受信された送信電力値と測定した受信電力値との差に基づいて異物を検知し、前記異物の検知結果を含むＡＳＫ信号を前記無線電力送信装置に送信するように制御して前記双方向通信を利用する充電中の異物検知動作を実行する請求項９に記載の無線電力受信装置。
11. 前記送信電力測定報告は、ＦＳＫ方式を利用して送信されるＦＳＫ信号で送信され、
    前記ＦＳＫ信号は、ＡＣ電流信号によって前記一次コイルで生成される電力を測定した送信電力量を含む請求項１０に記載の無線電力受信装置。
12. 前記ＦＳＫ信号は、所定周期ごとに繰り返し送信され、
    前記所定周期は、所定個数のデータ信号が送信される区間であることを特徴とする請求項１１に記載の無線電力受信装置。
13. 前記ＦＳＫ信号は、要求される固定された電力周波数を変換させる一定範囲の可変周波数をスイッチングし、又はセレクト(ｓｅｌｅｃｔ)することで、０又は１を送信する信号であることを特徴とする請求項１１に記載の無線電力受信装置。
14. 前記ＡＳＫ信号は、前記無線電力送信装置が磁気誘導方式に基づいて無線電力を生成するように要求する情報である要求電力情報を含む請求項１０に記載の無線電力受信装置。

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