JP2016136835A - 無線電力送信装置における電力送信制御方法及び無線電力送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物を感知し、それに応じて電力送信制御を行うことにより、無線電力送信効率を向上させるための、無線電力送信装置における電力送信制御方法、及びそれを適用した無線電力送信装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による無線電力送信装置における電力送信制御方法は、物体感知センサにより無線充電中に無線電力送信装置の充電位置に異物が置かれるかを感知する段階と、前記物体感知センサにより前記異物が感知されると、前記無線電力送信装置の制御部により無線充電の電力損失を計算する段階と、前記電力損失が基準値以上であると、電力送信を中止する段階とを含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、無線電力送信効率を向上させるための、無線電力送信装置における電力送信制御方法及び無線電力送信装置に関する。

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、ＰＤＡなど）の動作のための電源を供給するためのものであって、電気エネルギーを充電するバッテリセル、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、供給された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当該バッテリパックの端子を介してバッテリパックに電気エネルギーを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、充電器からバッテリパックを接離する際に、充電器の端子とバッテリパックの端子との電位差により瞬間放電現象が起こ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（充電器の端子及びバッテリパックの端子）に異物が付着すると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もちろん、こ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があった。

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、安定した電力受信に加えて、無線電力送信効率の向上のための努力がなされている。

本発明は、無線電力送信システムにおいて、異物を感知し、それに応じて電力送信制御を行うことにより、無線電力送信効率を向上させるための、無線電力送信装置における電力送信制御方法、及びそれを適用した無線電力送信装置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、本発明の一実施形態による無線電力送信装置における電力送信制御方法は、物体感知センサにより無線充電中に無線電力送信装置の充電位置に異物が置かれるかを感知する段階と、前記物体感知センサにより前記異物が感知されると、前記無線電力送信装置の制御部により無線充電の電力損失を計算する段階と、前記電力損失が基準値以上であると、電力送信を中止する段階とを含んでもよい。

ここで、前記物体感知センサは、赤外線感知センサでもよく、前記赤外線感知センサは、感知角が１２０度以上であり、感知距離が２０ｃｍ以上でもよい。

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における電力送信制御方法は、前記無線電力送信装置の１次側コアから発信されるパルス信号の位相の変化又は電流値の変化を測定して、前記１次側コアの充電位置に無線電力受信装置が置かれるかを感知する段階と、前記充電位置に前記無線電力受信装置が置かれると、無線電力信号を送信して前記無線充電を開始する段階と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、前記無線電力送信装置の１次側コアから発信されるパルス信号の位相の変化又は電流値の変化を測定して、前記１次側コアの充電位置に無線電力受信装置が置かれるかを感知する段階は、前記１次側コアの第１送信コイル及び第２送信コイルにパルス信号を順次送信する段階と、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルの一方に発生する前記パルス信号の位相の変化又は電流値の変化を測定する段階と、前記位相の変化又は電流値の変化に基づいて、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルの一方に前記無線電力受信装置が置かれるかを感知する段階とを含んでもよい。

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における電力送信制御方法は、前記無線電力送信装置における発熱温度を測定する段階と、前記発熱温度が基準温度以上であると、前記無線充電を中止する段階と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、前記物体感知センサにより前記異物が感知されると、前記無線電力送信装置の制御部により無線充電の電力損失を計算する段階は、無線電力受信装置から送信される充電状態情報を用いて電力損失を計算する段階を含んでもよい。

本発明の他の実施形態による無線電力送信装置は、無線電力信号及びパルス信号を無線電力受信装置に送信するために構成された１次側コアと、無線充電中に異物を感知するための物体感知センサと、前記物体感知センサにより無線充電中に無線電力送信装置の充電位置に異物が置かれることが感知されると、前記無線充電の電力損失を計算し、前記電力損失が基準値以上であると、電力送信を中止するように、前記１次側コアを制御する送信制御部とを含んでもよい。

本発明の他の実施形態の一態様によれば、前記物体感知センサは、赤外線感知センサでもよく、前記赤外線感知センサは、感知角が１２０度以上であり、感知距離が２０ｃｍ以上でもよい。

本発明の他の実施形態の一態様によれば、前記赤外線感知センサは、前記無線電力送信装置の一側に形成された突出部に設けられてもよい。

本発明の他の実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信装置は、前記無線充電が正常に行われるかを表示するために、前記突出部に設けられたインジケータをさらに含んでもよい。

本発明の他の実施形態の一態様によれば、前記送信制御部は、前記１次側コアから発信されるパルス信号の位相の変化又は電流値の変化を測定して、前記１次側コアの充電位置に前記無線電力受信装置が置かれるかを感知し、前記充電位置に前記無線電力受信装置が置かれると、無線電力信号を送信して前記無線充電を開始するようにしてもよい。

本発明の他の実施形態の一態様によれば、前記１次側コアは、第１送信コイル及び第２送信コイルを含み、前記送信制御部は、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルにパルス信号を順次送信し、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルの一方に発生する前記パルス信号の位相の変化又は電流値の変化を測定し、前記位相の変化又は電流値の変化に基づいて、前記第１送信コイル及び前記第２送信コイルの一方に前記無線電力受信装置が置かれるかを感知するようにしてもよい。

本発明の他の実施形態の一態様によれば、前記無線電力送信装置は、前記無線電力送信装置における発熱温度を測定するための温度測定部をさらに含み、前記送信制御部は、前記温度測定部で測定された発熱温度が基準温度以上であると、前記無線充電を中止するように制御してもよい。

前述の構成を有する本発明による無線電力送信装置における電力送信制御方法及び無線電力送信装置においては、無線充電中又は無線充電開始前に無線電力送信装置と無線電力受信装置との間に存在する異物を感知し、それに応じて無線電力送信制御を行うことにより、無線電力送信効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る無線電力送信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置における異物感知を説明するための概念図である。 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。

以下、本発明の一実施形態による無線電力送信装置における電力送信制御方法及び無線電力送信装置について添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明で用いられる構成要素の接尾辞である「モジュール」及び「部」は、明細書の作成を容易にするために付与又は混用されるものであり、それ自体が有意性や有用性を有するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線電力送信システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明の一実施形態に係る無線電力送信システムは、無線電力送信装置１００及び無線電力受信装置２００を含む。すなわち、電磁誘導方式により、無線電力送信装置１００が無線電力信号を無線電力受信装置２００に送信すると、前記無線電力信号を受信した無線電力受信装置２００は、前記無線電力信号の電力で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、１次側コア（１次側コイル）１１０と、送信制御部１２０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３０とを含む。ここで、１次側コア１１０は、電磁誘導方式で電力信号を無線電力受信装置２００の２次側コア２１０に送信するための装置であって、本実施形態においては、２つのコイル（すなわち、第１送信コイル１１１及び第２送信コイル１１２）が適用される。

さらに図１を参照すると、１次側コア１１０を制御する送信制御部１２０は、オブジェクト感知部１２１、中央制御部１２２、スイッチング制御部１２３、駆動ドライバ１２４、及び直列共振形コンバータ１２５を含んでもよい。

オブジェクト感知部１２１は、１次側コア１１０の位相の変化又は電流値の変化を感知し、その変化が無線電力受信装置２００による変化であるか否かを判断する（すなわち、ＩＤ確認部としての機能を有する）だけでなく、無線電力受信装置２００から受信した充電状態信号をフィルタリングして処理する機能を果たす。つまり、オブジェクト感知部１２１は、１次側コア１１０から送られるＩＤ呼出信号の応答信号であるＩＤ信号を受信すると、それをフィルタリングして処理し、充電中に、バッテリセルや充電電圧に関する情報を含む充電状態信号を受信すると、それをフィルタリングして処理する機能を果たす。

中央制御部１２２は、オブジェクト感知部１２１の判断結果を受けて確認し、１次側コア１１０で受信されるＩＤ信号を分析し、１次側コア１１０から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に送る役割を果たす。また、中央制御部１２２は、１次側コア１１０から充電状態信号を受信すると、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果たす。

スイッチング制御部１２３は、直列共振形コンバータ１２５と第１送信コイル１１１及び第２送信コイル１１２との間に位置するスイッチのスイッチング動作を制御する。本実施形態においては、２つのコイルが用いられるが、本発明は、これに限定されるものではなく、１つのコイルを用いてもよい。１つのコイルが用いられる場合、スイッチング制御部１２３は不要である。

駆動ドライバ１２４は、中央制御部１２２の制御により、直列共振形コンバータ１２５の動作を制御する。

直列共振形コンバータ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、１次側コア１１０に供給する。つまり、中央制御部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に送ると、駆動ドライバ１２４は、その送られた電力制御信号に基づいて直列共振形コンバータ１２５の動作を制御し、直列共振形コンバータ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１次側コア１１０に印加して、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、直列共振形コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、第１送信コイル１１１及び第２送信コイル１１２からそれぞれ第１オブジェクト感知信号及び第２オブジェクト感知信号を発生するための電源を供給する役割を果たす。

物体感知センサ１２６は、無線電力送信装置１００の突出部１５０（図２参照）に設けられ、無線充電中に無線電力送信装置１００の充電位置近傍に異物が置かれるかを感知する構成要素である。物体感知センサ１２６としては赤外線感知センサを使用してもよい。赤外線感知センサは、赤外線により温度、圧力、放射線の強度などの物理量又は化学量を検出して信号処理可能な電気量に変換して物体を感知する。赤外線感知センサには、自ら赤外線を放射して光が遮断されることによって変化を感知する能動型と、自体に発光器が備えられておらず外界からの赤外線の変化のみを感知する受動型がある。赤外線とは、電磁波スペクトルのうち可視光線の赤色光よりは長くマイクロ波よりは短い波長、すなわち、波長０．７５μｍ〜１ｍｍの放射線をいう。赤外線感知センサを使用することによって、従来の温度センサ・紫外線センサよりも感度・精度が高くなる。前記赤外線感知センサは、感知角が１２０度以上であり、感知距離が２０ｃｍ以上であればよい。

インジケータ１２７は、突出部１５０に設けられ、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って、ＬＥＤなどの発光装置からなるようにしてもよい。本実施形態においては、２つのインジケータが設けられ、それぞれ第１送信コイル１１１と第２送信コイル１１２から無線電力送信信号が正常に発信されるかを示す。

そして、無線電力送信装置１００は、温度測定部（温度回路部）（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１００の過熱を防止するためのものであって、発熱する第１送信コイル１１１又は第２送信コイル１１２により発熱が生じる無線電力送信装置１００の主面の温度を測定する。

送信制御部１２０の具体的な動作については図２及び図３を参照して後述する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１３０は、２２０Ｖ又は１１０Ｖの交流電源を所定電圧の直流電源に変換する装置であり、前述のように、中央制御部１２２の制御により、出力電圧値が変更される。

一方、電力信号を受信して電力の供給を受ける無線電力受信装置２００は、受信した電力信号により誘導電力を生成する２次側コア２１０と、生成された誘導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２３０と、２次側コア２１０、整流部２２０、及びバッテリセルモジュール２３０を制御する受信制御部２４０とを含む。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もよく、当該バッテリパックを含む移動通信端末機でもよい。

２次側コア２１０は、無線電力送信装置１００の１次側コア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、２次側コア２１０から受信される無線電力を直流電圧に整流し、充電開始前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２３０は、受信制御部２４０の制御下に整流部２２０からの直流電源で充電される充電対象となる。バッテリセルモジュール２３０の代わりに、ＰＭＰ、ＭＰ３、携帯電話などの電子機器にしてもよい。また、バッテリセルモジュール２３０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、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２４０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２３０に適切な電流が流れるようにする構成要素である。

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異物感知を説明するための概念図である。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装置１００の主面には、第１送信コイル１１１と第２送信コイル１１２とが離隔して設けられている。そして、無線電力送信装置１００の主面は、無線電力受信装置２００を載置できるようになっている。無線電力受信装置２００が載置される位置によって、第１送信コイル１１１又は第２送信コイル１１２の一方から無線電力信号が送信され、前記無線電力信号を受信した無線電力受信装置２００の受信制御部２４０は、バッテリセルモジュール２３０を充電する。このとき、前記無線電力信号を出力するコイルに対応するインジケータ１２７が発光する。

ところが、無線充電中に、小銭やクリップなどの異物が無線電力送信装置１００の主面に位置すると、突出部１５０に設けられた物体感知センサ１２６が前記異物を感知し、それによる電力損失を計算する。その電力損失が基準値より大きいと、前記無線電力信号の送信を中止する。同図に示すように、物体感知センサ１２６は２つ設けてもよい。すなわち、一方は第１送信コイル１１１側を感知するように設け、他方は第２送信コイル１１２側を感知するように設けてもよい。

また、１次側コア１１０が重なる２つのコイルからなる場合、２つのコイルは、縦方向に重なるように設けられ、１つの無線電力受信装置２００に対して無線電力信号を送信するようにしてもよい。この場合は、１つの物体感知センサ１２６が突出部１５０に設けられるようにしてもよい。

以下、前述の構成を有する無線電力送信装置における電力送信制御方法について図１〜図３を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置における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１００の１次側コア１１０から発信されるパルス信号の位相の変化又は電流値の変化を測定して、１次側コア１１０の充電位置に無線電力受信装置２００が置かれるかを感知する（Ｓ１１）。ここで、図１及び図２のように１次側コア１１０として２つのコイルが用いられる場合は、１次側コア１１０の第１送信コイル１１１及び第２送信コイル１１２にパルス信号を順次送信し、第１送信コイル１１１及び第２送信コイル１１２の一方に発生する前記パルス信号の位相の変化又は電流値の変化を測定し、その後、前記位相の変化又は電流値の変化に基づいて、第１送信コイル１１１及び第２送信コイル１１２の一方に無線電力受信装置２００が置かれるかを感知する。

一方、このように前記充電位置に無線電力受信装置２００が置かれると、無線電力送信装置１００の送信制御部１２０は、１次側コア１１０から受信される無線電力受信装置２００のＩＤ信号を確認し、これにより１次側コア１１０から無線電力信号を送信して無線充電を開始する（Ｓ１３）。次に、物体感知センサ１２６により、無線充電中に無線電力送信装置１００の充電位置に異物が置かれるかを感知する。あるいは、物体感知センサ１２６により、無線電力送信装置１００の充電位置から無線電力受信装置２００が離脱又は移動したかを感知する（Ｓ１５）。

このように、物体感知センサ１２６により異物が感知されると、無線電力送信装置１００の送信制御部１２０は、電力損失を測定する（Ｓ１７）。電力損失は、無線電力送信信号を発信するための電力から、実際に充電に用いられる電力を引いた値の絶対値で計算することもでき、送信効率で計算することもできる。すなわち、無線電力受信装置２００から受信した充電状態信号（すなわち、充電速度、充電電力、バッテリ充電量情報などを含む）に基づいて電力損失を測定することができる。

前記測定された電力損失が基準値より大きいと、無線電力送信装置１００の送信制御部１２０は、電源をオフして無線電力送信信号を発信しないようにし、電力の浪費を防止する（Ｓ１９）。

次に、前記測定された電力損失が基準値より小さいと、無線電力送信装置１００の送信制御部１２０は、無線電力送信装置１００における発熱温度（主面の発熱温度）を温度測定部により測定する（Ｓ２１）。次に、前記発熱温度が基準温度以上であると、前記無線充電を中止するために、無線電力送信装置１００の電源をオフする（Ｓ２３）。もし、前記測定された発熱温度が基準温度より低いと、前記無線電力送信信号を正常に送信する（Ｓ２５）。

前述の構成を有す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電力送信制御方法及び無線電力送信装置においては、無線充電中又は無線充電開始前に無線電力送信装置と無線電力受信装置との間に存在する異物を感知し、それに応じて無線電力送信制御を行うことにより、無線電力送信効率を向上させることができる。

本発明による無線電力送信装置における電力送信制御方法及び無線電力送信装置は、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。

１００ 無線電力送信装置
１１１ 第１送信コイル
１１２ 第２送信コイル
１２０ 送信制御部
１２１ オブジェクト感知部
１２２ 中央制御部
１２３ スイッチング制御部
１２４ 駆動ドライバ
１２５ 直列共振形コンバータ
１２６ 物体感知センサ
１２７ インジケータ
１３０ ＡＣ／ＤＣコンバータ
２００ 無線電力受信装置
２１０ ２次側コア
２２０ 整流部
２３０ バッテリセルモジュール
２４０ 受信制御部

Claims (12)

1. 送信コイルを含む１次側コアにパルス信号を送信する段階と、
   前記パルス信号の位相の変化又は前記送信コイルの電流値の変化を測定する段階と、
   前記位相の変化又は電流値の変化に基づいて、前記送信コイルに無線電力受信装置が置かれるかを感知する段階と、
   異物感知センサを用いて前記送信コイルに異物が置かれるかを確認し、無線電力送信装置の制御部により無線充電の電力損失を計算する段階と、
   前記異物感知センサにより前記異物が感知されたり、前記電力損失が基準値以上であると、無線電力信号の送信を中止する段階と、
   を含み、
   前記電力損失は、前記制御部によって前記無線電力送信装置の送信電力で前記無線電力受信装置の受信電力を引いた値で計算される、無線電力送信装置における電力送信制御方法。
2. 前記異物感知センサは、赤外線感知センサである、請求項１に記載の無線電力送信装置における電力送信制御方法。
3. 前記赤外線感知センサは、感知角が１２０度以上であり、感知距離が２０ｃｍ以上である、請求項２に記載の無線電力送信装置における電力送信制御方法。
4. 前記送信コイルに前記無線電力受信装置が置かれると、前記無線電力信号を送信して前記無線充電を開始する段階と、
   をさらに含む、請求項１から請求項３の何か１項に記載の無線電力送信装置における電力送信制御方法。
5. 前記無線電力送信装置における発熱温度を測定する段階と、
   前記発熱温度が基準温度以上であると、前記無線充電を中止する段階と、
   をさらに含む、請求項１から請求項４の何か１項に記載の無線電力送信装置における電力送信制御方法。
6. 前記無線電力送信装置の制御部により無線充電の電力損失を計算する段階は、
   前記無線電力受信装置から送信される充電状態情報を用いて電力損失を計算する段階を含む、請求項１から請求項５の何か１項に記載の無線電力送信装置における電力送信制御方法。
7. 無線電力信号及びパルス信号を無線電力受信装置に送信するために構成された送信コイルを含む１次側コアと、
   無線充電中に異物を感知するための異物感知センサと、
   前記無線電力信号及び前記パルス信号が前記送信コイルにより送信されるように制御し、前記パルス信号の位相の変化又は電流値の変化に基づいて、前記１次側コアに前記無線電力受信装置が置かれるかを確認し、前記１次側コアに前記無線電力受信装置が置かれると、前記無線電力信号を送信により無線充電が開始されるように制御し、前記異物感知センサを用いて前記１次側コアに異物が置かれるかを確認し、前記無線充電中に前記無線充電の電力損失を計算し、前記異物感知センサにより前記 異物が感知されたり、前記電力損失が基準値以上であると前記無線電力信号の送信が中止させるように制御する送信制御部と、
   を含み、
   前記電力損失は、前記送信制御部によって無線電力送信装置の送信電力で前記無線電力受信装置の受信電力を引いた値で計算される、無線電力送信装置。
8. 前記異物感知センサは、赤外線感知センサである、請求項７に記載の無線電力送信装置。
9. 前記赤外線感知センサは、感知角が１２０度以上であり、感知距離が２０ｃｍ以上である、請求項８に記載の無線電力送信装置。
10. 前記赤外線感知センサは、前記無線電力送信装置の一側に形成された突出部に設けられる、請求項８又は請求項９に記載の無線電力送信装置。
11. 前記無線充電が正常に行われるかを表示するために、前記突出部に設けられたインジケータをさらに含む、請求項１０に記載の無線電力送信装置。
12. 前記無線電力送信装置における発熱温度を測定するための温度測定部をさらに含み、
    前記送信制御部は、前記無線電力送信装置で発熱温度が基準温度以上であると、前記無線充電を中止するように制御する、請求項７から請求項１１の何か１項に記載の無線電力送信装置。