JP2015503323A - 無線電力送信装置及び無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、無線電力信号を無線電力受信装置に送信する送信コイルと、無線電力信号に対する駆動信号である無線電力駆動信号を発生する駆動ドライバと、無線電力受信装置からの無線電力受信情報を含む無線電力受信信号により発生する送信コイルの交流電流信号を検出するための交流電流センサと、無線電力受信装置の無線電力受信信号により発生する送信コイルの交流電圧信号を検出するための交流電圧センサと、交流電流センサからの交流電流信号及び交流電圧センサからの交流電圧信号を処理する信号処理部と、送信コイルの交流電流信号及び交流電圧信号を検出し、交流電流信号及び交流電圧信号の少なくとも一方が正常に信号処理されるとその信号処理された信号により無線電力受信情報を取得し、無線電力受信情報に基づいて駆動ドライバを制御する無線電力送信制御部とを含む、無線電力送信装置及び無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法に関する。

Description

本発明は、無線電力送信において、無線電力受信装置からの信号をより高い信頼性で検出して無線電力伝送効率を向上させる、無線電力送信装置及び無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法に関する。

一般に、バッテリパックは、外部の充電器から電力（電気エネルギー）が供給されて充電された状態で携帯用端末機（携帯電話やＰＤＡなど）の作動のための電源を供給するためのものであって、電気エネルギーが充電されるバッテリセル、前記バッテリセルの充電及び放電（携帯用端末機への電気エネルギーの供給）のための回路などから構成されている。

このように携帯用端末機に用いられるバッテリパックと当該バッテリパックに電気エネルギーを充電するための充電器との電気的接続方式には、供給される商用電源をバッテリパックに対応する電圧及び電流に変換して電気エネルギーを当該バッテリパックの端子を介してバッテリパックに供給する端子供給方式がある。

しかし、このような端子供給方式で電源を供給する場合は、バッテリパックの端子と充電器の端子間に電位差があり、バッテリパックと充電器を接触又は分離する際に瞬間放電現象が発生するという問題があった。

特に、瞬間放電現象などにより、両端子（バッテリパックの端子及び充電器の端子）に異物が溜まっている場合は火災などが発生する恐れがあった。

また、湿気などによりバッテリパックに充電された電気エネルギーが当該バッテリパックの端子を介して外部に自然放電されるなどの問題があることは言うまでもなく、それによりバッテリパックの寿命や性能の低下を招くという欠点もあった。

近年、上記問題を解決するために、無線電力送信方式を用いた無接点方式の充電システム及び制御方法が提示されている。

このような無線電力送信システムにおいては、無線電力受信装置が充電位置に正しく位置しなければ無線電力送信が正常に行われない。無線電力受信装置が充電位置から離脱すると、無線電力のための通信が正常に行われず、充電が中止される恐れがあった。

本発明は、無線電力送信システムにおいてデータ送受信の信頼性を向上させるための無線電力送信装置及び無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法を提供するためのものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の一実施形態による無線電力送信装置は、無線電力信号を無線電力受信装置に送信する送信コイルと、前記無線電力信号に対する駆動信号である無線電力駆動信号を発生する駆動ドライバと、無線電力受信装置からの無線電力受信情報を含む無線電力受信信号により発生する前記送信コイルの交流電流信号を検出するための交流電流センサと、前記無線電力受信装置の無線電力受信信号により発生する前記送信コイルの交流電圧信号を検出するための交流電圧センサと、前記交流電流センサからの交流電流信号及び前記交流電圧センサからの交流電圧信号を処理する信号処理部と、前記送信コイルの交流電流信号及び交流電圧信号を検出し、前記交流電流信号及び前記交流電圧信号の少なくとも一方が正常に信号処理されると、その信号処理された信号により前記無線電力受信情報を取得し、前記無線電力受信情報に基づいて前記駆動ドライバを制御する無線電力送信制御部とを含んでもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信装置は、前記駆動ドライバに接続され、前記無線電力受信信号により共に変動する前記駆動ドライバの直流電流信号を検出するために設けられる直流電流センサをさらに含んでもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信制御部は、前記交流電流信号、前記直流電流信号及び前記交流電圧信号の少なくとも１つが正常に信号処理されると、その信号処理された信号により前記無線電力受信情報を取得し、前記無線電力受信情報に基づいて前記駆動ドライバを制御するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信制御部は、前記交流信号、前記直流電流信号及び前記交流電圧信号が全て正常に信号処理されないと、前記無線電力受信信号の受信状態をエラーと判断するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信制御部は、前記受信状態のエラーが所定回数を超えて検出されると、前記駆動ドライバを制御して無線電力送信信号の発生を停止させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信装置は、前記受信状態のエラーを表示するためのインジケータをさらに含んでもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信制御部は、前記交流電流センサ、前記交流電圧センサ及び前記直流電流センサを順次動作させて前記無線電力受信信号を取得するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信制御部は、前記交流電流信号、前記交流電圧信号及び前記直流電圧信号から信号状態に優れた最良の信号を選択し、前記最良の信号により前記無線電力受信信号を取得するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信制御部は、前記交流電流信号、前記交流電圧信号及び前記直流電圧信号から電力レベルが最も高い信号を前記最良の信号として選択するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の一態様によれば、前記無線電力受信信号は、ＩＤ信号、昇圧信号、減圧信号、満充電信号を含んでもよい。

本発明の他の実施形態による無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法は、無線電力受信装置からの無線電力受信信号を送信コイルを介して受信する段階と、前記無線電力受信信号による前記送信コイルの交流電流信号、交流電圧信号及び駆動ドライバの直流電流信号の少なくとも２つを受信することにより前記無線電力受信信号を受信する段階と、前記受信した信号の中に正常信号があると、その正常信号を信号処理して前記無線電力受信信号に含まれる無線電力受信情報を取得する段階と、前記無線電力受信情報に基づいて無線電力信号を制御する段階とを含んでもよい。

本発明の他の実施形態による一態様によれば、前記無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法は、前記交流信号、前記直流電流信号及び前記交流電圧信号が全て正常に信号処理されないと、前記無線電力受信信号の受信状態をエラーと判断する段階をさらに含んでもよい。

本発明の他の実施形態による一態様によれば、前記無線電力受信信号による前記送信コイルの交流電流信号、交流電圧信号及び駆動ドライバの直流電流信号の少なくとも２つを受信することにより前記無線電力受信信号を受信する段階は、前記送信コイルに接続された交流電流センサ及び交流電圧センサ、並びに前記駆動ドライバに接続された直流電流センサを順次動作させて前記無線電力受信信号を取得する段階を含んでもよい。

本発明の他の実施形態による一態様によれば、前記受信した信号の中に正常信号があると、その正常信号を信号処理して無線電力受信情報を取得する段階は、前記交流電流信号、前記交流電圧信号及び前記直流電圧信号から電力レベルが最も高い信号を前記最良の信号として選択してそれを信号処理する段階を含んでもよい。

本発明の他の実施形態による一態様によれば、前記無線電力受信信号は、ＩＤ信号、昇圧信号、減圧信号、満充電信号を含んでもよい。

前述した構成を有する本発明の一実施形態によれば、少なくとも２つのセンサを介して取得される無線電力受信信号を受信してそれを処理して無線電力受信情報を取得するので、無線電力送信における電力制御の信頼性を向上させることができる。

また、少なくとも２つのセンサを介して取得される全ての信号がエラー状態の場合にのみ受信エラーとなるので、無線電力受信信号の受信エラー率を低減して電力制御の連続性を保証することができる。

本発明の一実施形態による無線電力送信システムのブロック構成図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置における無線電力送信制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態による無線電力受信信号の信号受信様態を説明するためのグラフである。

以下、本発明による無線電力送信装置及び無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法について図面を参照してより詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態による無線電力送信システムのブロック構成図である。同図に示すように、本発明の一実施形態による無線電力送信システムは、無線電力送信装置１００、無線電力受信装置２００及びアダプタ３００を含む。外部の１１０Ｖ又は２２０Ｖの交流電源がアダプタにより直流電源に変換されて無線電力送信装置１００に供給される。次に、無線電力送信装置１００が無線電力信号を電磁誘導方式で無線電力受信装置２００に送信すると、その無線電力信号を受信した無線電力受信装置２００は、当該無線電力信号の電力によりバッテリを充電したり、無線電力受信装置２００に接続された電子機器に電源を供給する。

以下、無線電力送信装置１００及び無線電力受信装置２００の構成についてそれぞれ説明する。

本発明の一実施形態による無線電力送信装置１００は、送信コイル１１０、信号処理部１２１、各種感知センサ１２３−１、１２３−２、１２３−３、駆動ドライバ１２４、共振型コンバータ１２５及び１３０を含む。

ここで、送信コイル１１０は、電力信号を電磁誘導方式で無線電力受信装置２００の受信コイル（２次側コイル）２１０に送信するための装置であり、無線電力受信装置２００の移動性を保証するために２つのコイルを適用してもよい。この場合、２つのコイルのいずれかを選択するためのスイッチング制御部をさらに含んでもよい。

信号処理部１２１は、無線電力受信装置２００からＰＷＭ方式（パルス幅変調方式）などで送信される無線電力受信信号（ＩＤ信号、充電状態信号）により変動するコイルの電流、電圧又は駆動ドライバ１２４の電流を感知する各種センサからの信号を処理する機能を有する。すなわち、送信コイル１１０を介して送信されるＩＤ呼出信号の応答信号であるＩＤ信号、又は充電状態信号が受信されると、それをフィルタリングして処理することにより、充電を開始したり、充電中に電力信号を変更（周波数の変更又は電圧の変更）する機能を有する。

一方、本発明の一実施形態の一態様によれば、３つの電流及び電圧感知センサが設けられる。すなわち、駆動ドライバ１２４の直流電流を測定するための直流電流センサ１２３−１と、送信コイル１１０の交流電流及び交流電圧を測定するための交流電流センサ１２３−２及び交流電圧センサ１２３−３が設けられる。つまり、送信コイル１１０を介して無線電力受信装置２００から無線電力受信信号（すなわち、ＩＤ信号及び充電状態信号を含む）が受信されると、それにより、コイルでの電流及び電圧と駆動ドライバでの電流が変動し、それを感知して無線電力受信信号を受信する。本発明においては、３つのセンサを用いてより正確な無線電力受信信号の受信を可能にする。これについては図３を参照してより詳細に説明する。

無線電力送信制御部１２２は、信号処理部１２１で処理された信号を受け取って確認し、送信コイル１１０に受信されるＩＤ信号を分析し、送信コイル１１０を介して無線電力信号を送出するための電力信号を駆動ドライバ１２４に送信する役割を果たす。また、送信コイル１１０から充電状態信号が送られると、それに基づいて駆動ドライバ１２４を制御して無線電力信号を変更する機能を有する。

駆動ドライバ１２４は、送信制御部１２２の制御により共振型コンバータ１２５の動作を制御する。

共振型コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、送出しようとする電力信号を発生するための送出電源を生成して送信コイル１１０に供給する。つまり、送信制御部１２２が要求される電力値を有する電力信号の送出のための電力制御信号を駆動ドライバ１２４に送信すると、駆動ドライバ１２４は、送信された電力制御信号に対応して共振型コンバータ１２５の動作を制御し、共振型コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、要求される電力値に対応する送出電源を送信コイル１１０に供給することにより、要求される強度の無線電力信号が送出されるようにする。

また、共振型コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、送信コイル１１０からＩＤ要求信号を発生させる機能を有する。

一方、本発明の一実施形態の一態様によれば、無線電力送信装置１００は、インジケータ（符号なし）をさらに含んでもよい。前記インジケータは、無線電力送信が正常に行われるかを確認するために構成されたものであり、ＬＥＤなどの発光装置からなるようにしてもよい。送信コイル１１０が２つであるので２つの無線電力受信装置２００の同時充電が可能な場合、インジケータを２つ設置し、それぞれの送信コイル１１０から無線電力送信信号が正常に発信されるか否かを示す。

一方、無線電力送信装置１００は、温度回路部（温度測定部）（図示せず）をさらに含んでもよい。前記温度測定部は、無線電力送信装置の過熱を防止するためのものであり、無線電力送信装置１００の温度を測定し、過熱が発生すると無線電力信号の送信を中止する。

送信制御部１２２の具体的な動作は図２を参照してより詳細に説明する。

一方、無線電力送信装置１００からの前記無線電力信号を受信してバッテリを充電したり外部装置に電源を供給する無線電力受信装置２００は、前記送出された電力信号により誘導電力を生成する受信コイル２１０と、誘導された電力を整流する整流部２２０と、整流された電力で充電されるバッテリセルモジュール２４０と、ＩＤ信号及び充電状態信号を無線電力送信装置１００に送信するための信号送信部２５０と、受信コイル２１０、整流部２２０、バッテリセルモジュール２４０及び信号送信部２５０を制御する受信制御部２３０とを含む。本発明による無線電力受信装置２００は、バッテリセルモジュールを含むバッテリパックであってもよく、当該バッテリパックを含む移動通信端末機であってもよい。

受信コイル２１０は、無線電力送信装置１００の送信コイル１１０から送信される無線電力信号を受信するための構成要素である。

整流部２２０は、受信コイル２１０を介して受信される無線電力信号による交流電圧を直流電圧に整流し、充電を開始するまでは充電電圧で充電状態を維持する。

バッテリセルモジュール２４０は、受信制御部２３０の制御下で、整流部２２０からの直流電源により充電される充電対象となる。バッテリセルモジュール２４０の代わりにＰＭＰ、ＭＰ３、携帯電話などの電子機器であってもよい。一方、バッテリセルモジュール２４０には、過電圧及び過電流防止回路、温度感知回路などの保護回路が含まれて構成され、また、バッテリセルの充電状態などの情報を収集及び処理する充電管理モジュールが含まれる。

受信制御部２３０は、整流部２２０で充電された電源の電流を制御してバッテリセルモジュール２４０に適切な電流が流れるようにする構成要素であり、信号送信部２５０の制御により、無線電力送信装置１００からのＩＤ要求信号によるＩＤ信号及び充電状態信号を受信コイル２１０を介してＰＷＭ方式などで無線電力送信装置１００に送信する機能を有する。

信号送信部２５０は、受信制御部２３０の制御下で、ＩＤ信号又は充電状態信号（昇圧信号、減圧信号及び満充電信号を含む）を含む無線電力受信信号を受信コイル２１０を介して無線電力送信装置１００に送信する機能を有する。このとき、無線電力受信信号をＰＷＭ方式で無線電力送信装置１００に送信する。

以下、前述した構成を有する無線電力送信装置における無線電力送信制御方法について図２を参照して詳細に説明する。

図２は本発明の一実施形態による無線電力送信装置における無線電力送信制御方法を説明するためのフローチャートである。同図に示すように、まず、無線電力送信装置は、無線電力受信装置から発生した無線電力受信信号を送信コイルを介して受信する。すなわち、無線電力受信装置の受信コイルから送信される無線電力受信信号により変動するコイルの電流、電圧又は駆動ドライバの電流の変動を測定して信号を受信する（Ｓ１１、Ｓ１３）。つまり、送信コイルに接続された交流電流センサ及び交流電圧センサ、並びに駆動ドライバに接続された直流電流センサにより無線電力信号を受信する。

次に、送信制御部は、交流電流センサからの交流電流信号、交流電圧センサからの交流電圧信号、及び直流電流センサからの直流電流信号を分析して正常信号があるか否かを確認する（Ｓ１５）。もし、３つ全てがエラーの場合は、エラー信号を発生し、それにより再びステップＳ１３に戻る（Ｓ１５１）。もし、３つ全てがエラーの場合が所定回数（本実施形態においては３回）発生すると（Ｓ１５３）、インジケータによりエラー信号を出力する（Ｓ１５５）。エラー信号が発生すると、送信制御部は、インジケータを制御して使用者に現在充電不可能であることを通知することができる。

一方、交流電流信号、交流電圧信号及び直流電流信号の少なくとも１つが正常信号の場合は、各信号の電力レベルを測定する（Ｓ１７）。ここで、正常信号が１つの場合は、直ちに当該信号から無線電力受信信号（無線電力受信情報）を取得し、それにより無線電力送信を制御する。一方、正常信号が２つ以上の場合は、これらの電力レベルを測定して最良の信号（すなわち、電力レベルが最も高い信号）を選択する（Ｓ１９）。次いで、その最良の信号を信号処理（分析）して無線電力受信信号（無線電力伝送情報）を取得し、それにより無線電力送信を制御する（Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２５）。例えば、無線電力情報が昇圧信号の場合、周波数を制御したり、無線電力信号の電力レベルを高めてより高い電圧の無線電力信号が送信されるように制御することができる。

以下、前述した方式による無線電力受信信号処理の実例について図３を参照して説明することにより、本発明をより詳細に説明する。

図３は本発明の一実施形態による無線電力受信信号の信号受信様態を説明するためのグラフである。１番目のグラフは無線電力受信装置から発生する無線電力受信信号を示す。このように無線電力受信信号が無線電力受信装置から発信されると、２番目、３番目及び４番目のグラフのように、交流電流信号、交流電圧信号及び直流電流信号が発生する。２番目のグラフの交流電流信号において、２番目の信号は電力レベルが不安定に受信され、４番目の信号は受信されていない。つまり、交流電流センサには無線電力受信信号が正常に受信されていないことが分かる。

３番目のグラフから分かるように、交流電圧センサには無線電力受信信号が正常に受信されている。

４番目のグラフから分かるように、直流電流センサにおいては、３番目の信号に信号遅延が発生し、３番目及び４番目の信号の電力レベルが正常レベルよりはるかに低いが、無線電力受信信号の解析は可能である。

この場合、図２において説明したように、直流電流センサの信号レベルが低いので、交流電圧センサでの無線電力受信信号を解析して処理することにより、無線電力受信信号の受信率及び信頼性を向上させることができる。

前述した構成を有する本発明の一実施形態によれば、少なくとも２つのセンサを介して取得される無線電力受信信号を受信してそれを処理して無線電力受信情報を取得するので、無線電力送信における電力制御の信頼性を向上させることができる。

また、少なくとも２つのセンサを介して取得される全ての信号がエラー状態の場合にのみ受信エラーとなるので、無線電力受信信号の受信エラー率を低減して電力制御の連続性を保証することができる。

本発明による無線電力送信装置及び無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法は、上記実施形態の構成と方法に限定されるものではなく、各実施形態の全部又は一部を選択的に組み合わせて構成することで様々に変形することができる。

Claims (15)

1. 無線電力信号を無線電力受信装置に送信する送信コイルと、
   前記無線電力信号に対する駆動信号である無線電力駆動信号を発生する駆動ドライバと、
   無線電力受信装置からの無線電力受信情報を含む無線電力受信信号により発生する前記送信コイルの交流電流信号を検出するための交流電流センサと、
   前記無線電力受信装置の無線電力受信信号により発生する前記送信コイルの交流電圧信号を検出するための交流電圧センサと、
   前記交流電流センサからの交流電流信号及び前記交流電圧センサからの交流電圧信号を処理する信号処理部と、
   前記送信コイルの交流電流信号及び交流電圧信号を検出し、前記交流電流信号及び前記交流電圧信号の少なくとも一方が正常に信号処理されると、その信号処理された信号により前記無線電力受信情報を取得し、前記無線電力受信情報に基づいて前記駆動ドライバを制御する無線電力送信制御部とを含む、無線電力送信装置。
2. 前記駆動ドライバに接続され、前記無線電力受信信号により共に変動する前記駆動ドライバの直流電流信号を検出するために設けられる直流電流センサをさらに含む、請求項１に記載の無線電力送信装置。
3. 前記無線電力送信制御部は、
   前記交流電流信号、前記直流電流信号及び前記交流電圧信号の少なくとも１つが正常に信号処理されると、その信号処理された信号により前記無線電力受信情報を取得し、前記無線電力受信情報に基づいて前記駆動ドライバを制御する、請求項２に記載の無線電力送信装置。
4. 前記無線電力送信制御部は、
   前記交流信号、前記直流電流信号及び前記交流電圧信号が全て正常に信号処理されないと、前記無線電力受信信号の受信状態をエラーと判断する、請求項３に記載の無線電力送信装置。
5. 前記無線電力送信制御部は、
   前記受信状態のエラーが所定回数を超えて検出されると、前記駆動ドライバを制御して無線電力送信信号の発生を停止させる、請求項４に記載の無線電力送信装置。
6. 前記受信状態のエラーを表示するためのインジケータをさらに含む、請求項５に記載の無線電力送信装置。
7. 前記無線電力送信制御部は、
   前記交流電流センサ、前記交流電圧センサ及び前記直流電流センサを順次動作させて前記無線電力受信信号を取得する、請求項３に記載の無線電力送信装置。
8. 前記無線電力送信制御部は、
   前記交流電流信号、前記交流電圧信号及び前記直流電圧信号から信号状態に優れた最良の信号を選択し、前記最良の信号により前記無線電力受信信号を取得する、請求項３に記載の無線電力送信装置。
9. 前記無線電力送信制御部は、
   前記交流電流信号、前記交流電圧信号及び前記直流電圧信号から電力レベルが最も高い信号を前記最良の信号として選択する、請求項８に記載の無線電力送信装置。
10. 前記無線電力受信信号は、
    ＩＤ信号、昇圧信号、減圧信号、満充電信号を含む、請求項１に記載の無線電力送信装置。
11. 無線電力受信装置からの無線電力受信信号を送信コイルを介して受信する段階と、
    前記無線電力受信信号による前記送信コイルの交流電流信号、交流電圧信号及び駆動ドライバの直流電流信号の少なくとも２つを受信することにより前記無線電力受信信号を受信する段階と、
    前記受信した信号の中に正常信号があると、その正常信号を信号処理して前記無線電力受信信号に含まれる無線電力受信情報を取得する段階と、
    前記無線電力受信情報に基づいて無線電力信号を制御する段階とを含む、無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法。
12. 前記交流信号、前記直流電流信号及び前記交流電圧信号が全て正常に信号処理されないと、前記無線電力受信信号の受信状態をエラーと判断する段階をさらに含む、請求項１１に記載の無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法。
13. 前記無線電力受信信号による前記送信コイルの交流電流信号、交流電圧信号及び駆動ドライバの直流電流信号の少なくとも２つを受信することにより前記無線電力受信信号を受信する段階は、
    前記送信コイルに接続された交流電流センサ及び交流電圧センサ、並びに前記駆動ドライバに接続された直流電流センサを順次動作させて前記無線電力受信信号を取得する段階を含む、請求項１１に記載の無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法。
14. 前記受信した信号の中に正常信号があると、その正常信号を信号処理して無線電力受信情報を取得する段階は、
    前記交流電流信号、前記交流電圧信号及び前記直流電圧信号から電力レベルが最も高い信号を前記最良の信号として選択してそれを信号処理する段階を含む、請求項１１に記載の無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法。
15. 前記無線電力受信信号は、
    ＩＤ信号、昇圧信号、減圧信号、満充電信号を含む、請求項１１に記載の無線電力送信装置における無線電力信号送信制御方法。

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