JP2018528743A - 無線電力伝送システム及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】【解決手段】送信コイル、前記送信コイルに送信電力を提供する電力変換器、受信装置から受信許容電力情報及び制御誤差値を受信して前記電力変換器を制御する制御器、前記制御器は前記制御誤差値に基づく新規送信電力と前記受信許容電力情報に基づいて前記新規送信電力の出力可否を決定する送信装置。【選択図】 図7
Description
本発明は無線電力伝送システム及びその駆動方法に関するものである。
一般に、各種の電子器機がバッテリーを備え、バッテリーに充電された電力を用いて駆動する。この際、電子器機において、バッテリーは交替可能であり、再充電も可能である。このために、電子器機は外部の充電装置と接触するための接触端子を備える。すなわち、電子器機は接触端子を介して充電装置と電気的に連結される。ところが、電子器機において接触端子が外部に露出されることによって、異物によって汚染されるとか湿気によって短絡(short)することがあり得る。このような場合、接触端子と充電装置の間に接触不良が発生し、電子器機のバッテリーが充電されない問題点がある。
前述した問題点を解決するために、無線で電子器機を充電するための無線電力伝送(Wireless Power Transfer;WPT)が提案されている。無線電力伝送システムは空間を通じて無線で電力を伝達する技術で、モバイル(Mobile)器機及びデジタル家電器機に対する電力供給の便宜性を極大化した技術である。
無線電力伝送システムは実時間電力使用制御によるエネルギー節減、電力供給の空間制約克服及びバッテリー再充電による廃乾電池排出量節減などの強点を有する。
無線電力伝送システムの具現方法としては代表的に磁気誘導方式と磁気共振方式がある。磁気誘導方式は二つのコイルを近接させ、一方のコイルに電流を流すことによって発生した磁束を媒介として他方のコイルにも起電力を引き起こす非接触エネルギー伝送技術であり、数百kHzの周波数を使うことができる。磁気共振方式は電磁波や電流を用いず電場又は磁場のみを用いる磁気共鳴技術で、電力伝送が可能な距離が数メートル以上であり、数MHzの帯域を用いることができる。
無線電力伝送システムは、無線で電力を送信する送信装置と電力を受信してバッテリーなどの負荷を充電する受信装置とを含む。この際、受信装置の充電方式、すなわち磁気誘導方式と磁気共振方式のうちいずれか一つの充電方式を選択することができ、受信装置の充電方式に対応して無線で電力を伝達することができる送信装置が開発されている。
一方、送信装置の充電領域に配置された受信装置を意図的に振るとか自動車のように受信装置の揺れ現象が頻繁に発生する場合、前記送受信装置間のミスアラインメントによる結合係数の急変によって前記送信装置からの送信電力が急変することによって前記受信装置に損傷を加える問題があった。
実施例は、無線充電中の受信装置の揺れなどの原因で送信装置と受信装置の結合係数が急変することによる電力伝送の不安定を解決することができる無線電力伝送システム及びその駆動方法を提供することができる。
実施例による電力伝送方法は、送信機から受信機に無線で電力を送信する方法であって、前記受信機の検出のための信号を送信する段階;前記受信機から識別信号を受信する段階;前記受信機に第1電力を送信する段階;前記受信機から電力増加要求信号を受信する段階;前記送信機の第1送信コイル電流及び前記電力増加要求信号に応じて第2送信コイル電流を決定する段階;前記第2送信コイル電流に基づいて前記第2電力を決定する段階;及び前記第2電力と前記受信機の受信許容電力量と電力閾値を比較して前記第2電力の送信可否を決定する段階;を含む電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記第2電力の送信可否を決定する段階は、前記受信許容電力量と前記第2電力の電力量差によって前記第2電力の送信可否を決定する電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記第2電力の送信可否を決定する段階は、前記受信許容電力量と前記第2電力オーバーシュートピーク値の電力量差によって前記第2電力の送信可否を決定する電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記電力量差が前記電力閾値を超える場合、前記無線電力伝送を中断する電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記無線電力伝送が中断された場合、前記受信機の検出のための信号を送信する段階;をさらに含む電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記受信機が検出された場合、既設定の無線電力を送信する段階;をさらに含む電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記電力量差が前記電力閾値以下の場合、線形積分微分型制御(proportional integral differential control;以下、PID制御)によって電力変換部を制御する段階;をさらに含む電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記PID制御によって電力変換部を制御する段階は、前記PID制御によって制御量を決定する段階;前記制御量及び前回制御変数に基づいて今回制御変数を決定する段階;及び前記今回制御変数に基づいて電力変換部を制御して前記第2電力を送信する段階;をさらに含む電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記オーバーシュートピーク値は現在第1電力から前記第2電力への増加量及び前記第2電力値のうち少なくとも一つに基づいて決定される電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力伝送方法において、前記制御変数に基づいて前記電力変換部の入力電圧、駆動周波数及びデューティーサイクルのうち少なくとも一つを調節する電力伝送方法を提供することができる。
また、実施例による電力受信方法は、受信機が送信機から無線で電力を受信する方法であって、前記送信機からの第1検出信号に対する応答信号を送信する段階;前記送信機に識別信号を送信する段階;前記送信機から第1電力を受信する段階;前記送信機に電力増加要求信号を送信する段階;前記送信機からの電力受信可否を判断する段階;及び前記無線電力受信の中断時、前記送信機からの第2検出信号に対する応答信号を送信する段階;を含む電力受信方法を提供することができる。
また、実施例による電力受信方法において、前記応答信号を受信した前記送信機から既設定の電力を受信する段階;をさらに含む電力受信方法を提供することができる。
また、実施例による電力受信方法において、前記識別信号は前記受信機の受信許容電力量を含む電力受信方法を提供することができる。
また、実施例による電力受信方法において、前記電力増加要求信号に対応する第2電力を受信するとき、前記第2電力と要求電力を比較する段階;及び前記比較結果によって前記送信機に制御誤差値を送信する段階;を含み、前記制御誤差値は正数、零又は負数のうち一つであり、前記電力増加要求信号は正数の制御誤差値に対応し、電力維持要求信号は零の制御誤差値に対応し、電力減少要求信号は負数の制御誤差値に対応する電力受信方法を提供することができる。
また、実施例による送信機は、無線電力送信のための送信コイル;前記送信コイルに電力を出力する電力変換器;及び前記送信コイルに出力される電力の量を制御するために前記電力変換器を制御する制御器;を含み、前記制御器は、受信装置からの電力増加要求信号に応じて新規電力を決定し、前記新規電力と前記受信装置からの受信許容電力量及び電力閾値に基づいて前記新規電力の生成可否を決定する送信機を提供することができる。
また、実施例による送信機は、前記受信許容電力量と前記新規電力の電力量差によって前記新規電力の生成可否を決定する送信機を提供することができる。
また、実施例による送信機は、前記受信許容電力量と前記新規電力のオーバーシュートピーク値の電力量差によって前記新規電力の生成可否を決定する送信機を提供することができる。
また、実施例による送信機において、前記オーバーシュートピーク値は前記電力変換器の現在出力電力から前記新規電力への増加量及び前記新規電力値のうち少なくとも一つに基づいて設定される送信機を提供することができる。
また、実施例による送信機は、前記電力値差が電力閾値を超える場合、前記新規電力の生成は中断される送信機を提供することができる。
また、実施例による送信機において、前記制御器は、前記電力変換器の駆動周波数、入力電圧及びデューティーサイクル(duty cycle)のうちいずれか一つを調節して前記電力量を制御する送信機を提供することができる。
また、実施例による送信機において、前記制御器は、前記受信機からの電力増加要求信号と前記送信コイルの第1電流に基づいて第2電流を決定する第1演算部;線形積分微分型制御(proportional integral differential control;以下、PID制御)によって制御量を決定するPID制御部;及び前記制御量及び前回制御変数に基づいて今回制御変数を決定する第2演算部;を含み、前記今回制御変数に基づいて前記電力変換器を制御する送信機を提供することができる。
また、実施例による受信機は、送信機から第1電力を受信する受信コイル;及び前記送信機と通信する制御器;を含み、前記制御器は、前記第1電力と要求電力間の誤差に基づいて電力増加要求信号を送信し、前記電力増加要求信号に応じて第2電力又は受信機検出(Ping)信号を受信する受信機を提供することができる。
また、実施例による受信機は、前記制御器は、前記受信コイルが前記第2電力を受信すれば、前記第2電力と前記要求電力間の誤差を判断する受信機を提供することができる。
また、実施例による受信機において、前記制御器は、前記検出信号に対する応答信号を送信する受信機を提供することができる。
また、実施例による受信機は、前記応答信号を受信した前記送信機から既設定の電力を受信する受信機を提供することができる。
実施例は、無線充電中の受信装置の揺れなどの原因で送信装置と受信装置の結合係数が急変することによる電力伝送の不安定、発熱、受信装置のシステム損傷の問題点を事前に防止することができる。
本発明の一実施例による送信機から受信機に無線で電力を送信する方法は、前記受信機の検出のための信号を送信する段階;前記受信機から識別信号を受信する段階;前記受信機に第1電力を送信する段階;前記受信機から電力増加要求信号を受信する段階;前記送信機の第1送信コイル電流及び前記電力増加要求信号に応じて第2送信コイル電流を決定する段階;前記第2送信コイル電流に基づいて前記第2電力を決定する段階;及び前記第2電力と前記受信機の受信許容電力量及び電力閾値を比較して前記第2電力の送信可否を決定する段階;を含むことができる。
発明の実施のための形態
発明の実施のための形態
以下、本発明の実施例による無線で電力を送信する機能を備えた送信装置と無線で電力を受信する受信装置を含む無線電力伝送システムを図面に基づいて詳細に説明する。次に紹介する実施例は当業者に本発明の思想を充分に伝達するために例として提供するものである。よって、本発明は以下に説明する実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。そして、図面において、装置のサイズ及び厚さなどは便宜のために誇張して表現することもできる。明細書全般にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
実施例は無線電力伝送のために、低周波(50kHz)から高周波(15MHz)までの多様な種類の周波数帯域を選択的に使い、システム制御のためにデータ及び制御信号を交換することができる通信システムを含むこともできる。
実施例はバッテリーを使うとか必要とする電子機器を使う携帯端末産業、スマート時計産業、コンピュータ及びノートブック型PC産業、家電器機産業、電気自動車産業、医療機器産業、ロボット産業などの多様な産業分野に適用可能である。
実施例は一つ又は複数の伝送コイルを使って一つ以上の多数器機に電力を送信することができるシステムを考慮することができる。
実施例によると、スマートフォン、ノートブック型PCなどのモバイル器機のバッテリー不足問題を解決することができる。一例として、テーブルに無線充電パッドを置き、その上でスマートフォン、ノートブック型PCを使えば、自動でバッテリーが充電されて長期間使えることになる。また、カフェ、空港、タクシー、事務室、食堂などの公共場所に無線充電パッドを設置すれば、モバイル器機製造社別に違っている充電端子に構わず多様なモバイル器機を充電することができる。また、無線電力伝送技術が清掃機、扇風機などの生活家電製品に適用されれば、電源ケーブルを捜し回る必要がなくなり、家庭内の複雑な電線がなくなり、建物内の配線が減少するとともに空間活用の幅も広くなることができる。また、現在の家庭用電源で電気自動車を充電する場合、長時間がかかるが、無線電力伝送技術で高電力を伝送すれば、充電時間を減らすことができ、駐車場の底面に無線充電施設を設置すれば、電気子動車の周辺に電源ケーブルを準備しなければならない不便さを解消することができる。
実施例で使われる用語と略語は次のようである。
無線電力伝送システム(Wireless Power Transfer System):磁場領域内で無線電力伝送を提供するシステム送信装置(Wireless Power Transfer System−Charger;Power Transfer Unit:PTU):磁場領域内で電力受信機に無線電力を送信し、システム全体を管理する装置であって、送信装置又は送信機と指称することができる。
受信装置(Wireless Power Receiver System−Device;Power Receiver Unit:PRU):磁場領域内で電力送信機から無線電力伝送を受ける装置であって、受信装置又は受信機と指称することができる。
充電領域(Charging Area):磁場領域内で実在の無線電力が送信される地域であり、応用製品のサイズ、要求電力、動作周波数によって変わり得る。
Sパラメーター(Scattering parameter):Sパラメーターは周波数分布上で入力電圧対出力電圧の比で、入力ポート対出力ポートの比(Transmission;S21)又はそれぞれの入力/出力ポートの自己反射値、つまり自分の入力によって反射されて帰る出力の値(Reflection;S11、S22)。
品質指数Q(Quality factor):共振においてQの値は周波数選択の品質を意味し、Q値が高いほど共振特性が良く、Q値は共振器で保存されるエネルギーと損失されるエネルギーの比で表現される。
無線で電力を送信する原理を説明すれば、無線電力伝送原理として大別して磁気誘導方式と磁気共振方式がある。
磁気誘導方式は、ソースインダクターLsと負荷インダクターLlを互いに近接させ、一方のソースインダクターLsに電流を流せば発生する磁束を媒介として負荷インダクターLlにも起電力が発生する非接触エネルギー伝送技術である。そして、磁気共振方式は2個の共振器を結合することによって2個の共振器間の固有周波数による磁気共振が発生して同一周波数で振動しながら同一波長範囲内で電場及び磁場を形成させる共鳴技法を活用してエネルギーを無線で送信する技術である。
図1は磁気誘導方式等価回路である。
図1を参照すると、磁気誘導方式等価回路において送信部は電源を供給する装置によるソース電圧Vs、ソース抵抗Rs、インピーダンスマッチングのためのソースキャパシタCs及び受信部との磁気的結合のためのソースコイルLsで具現することができ、受信部は受信部の等価抵抗である負荷抵抗Rl、インピーダンスマッチングのための負荷キャパシタCl及び送信部との磁気的結合のための負荷コイルLlで具現することができ、ソースコイルLsと負荷コイルLlの磁気的結合程度は相互インダクタンスMslで示すことができる。
図1で、インピーダンスマッチングのためのソースキャパシタCsと負荷キャパシタClがなく専らコイルのみでなった磁気誘導等価回路から入力電圧対出力電圧の比S21を求め、これから最大電力伝送条件を捜せば最大電力伝送条件は以下の式1を満たす。
前記数学式1によって送信コイルLsのインダクタンスとソース抵抗Rsの比と負荷コイルLlのインダクタンスと負荷抵抗Rlの比が同一であるとき、最大電力伝送が可能である。
インダクタンスのみ存在するシステムではリアクタンスを補償することができるキャパシタが存在しないから最大電力が伝達される地点で入力/出力ポートの自己反射値S11の値は0となれなく、相互インダクタンスMsl値によって電力伝達効率が大きく変化することができる。そして、インピーダンスマッチングのための補償キャパシタとして送信部にソースキャパシタCsが付加されることができ、受信部に負荷キャパシタClが付加されることができる。前記補償キャパシタCs、Clは例として受信コイルLs及び負荷コイルLlのそれぞれに直列又は並列で連結されることができる。また、インピーダンスマッチングのために送信部及び受信部のそれぞれには補償キャパシタだけでなく追加的なキャパシタ及びインダクターのような受動素子がさらに付加されることができる。
図2は磁気共振方式等価回路である。
図2を参照すると、磁気共振方式等価回路において、送信部はソース電圧Vs、ソース抵抗Rs及びソースインダクターLsの直列連結で閉回路を構成するソースコイル(Source coil)と送信側共振インダクターL1と送信側共振キャパシタC1の直列連結で閉回路を構成する送信側共振コイル(Resonant coil)で具現され、受信部は負荷抵抗Rlと負荷インダクターLlの直列連結で閉回路を構成する負荷コイル(Load coil)と受信側共振インダクターL2と受信側共振キャパシタC2の直列連結で閉回路を構成する受信側共振コイルで具現され、ソースインダクターLsと送信側インダクターL1はK01の結合係数で磁気的に結合され、負荷インダクターLlと負荷側共振インダクターL2はK23の結合係数で磁気的に結合され、送信側共振インダクターL1と受信側共振インダクターL2はK12の結合係数で磁気的に結合される。さらに他の実施例の等価回路ではソースコイル及び/又は負荷コイルを省略し、送信側共振コイルと受信側共振コイルのみでなることもできる。
磁気共振方式は二つの共振器の共振周波数が同一である時には送信部の共振器のエネルギーの大部分が受信部の共振器に伝達されて電力伝達効率が向上することができ、磁気共振方式での効率は以下の式2を満たすときに良くなる。
磁気共振方式において効率を向上させるためにインピーダンスマッチングのための素子を付け加えることができ、インピーダンスマッチング素子はインダクター及びキャパシタのような受動素子であり得る。
このような無線電力伝送原理を基にして磁気誘導方式又は磁気共振方式で電力を伝達するための無線電力伝送システムを説明する。
<送信部>
図3a及び図3bは無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして送信部を示したブロック図である。
図3aを参照すると、実施例による無線電力伝送システムは、送信部1000と前記送信部1000から無線で電力を受ける受信部2000を含むことができる。前記送信部1000は、入力される交流信号を電力変換して交流信号として出力する送信側電力変換部101、前記送信側電力変換部101から出力される交流信号に応じて磁場を生成して充電領域内の受信部2000に電力を提供する送信側共振回路部102、及び前記送信側電力変換部101の電力変換を制御し、前記送信側電力変換部101の出力信号の振幅及び周波数を調節し、前記送信側共振回路部102のインピーダンスマッチングを行い、前記送信側電力変換部101及び前記送信側共振回路部102からインピーダンス、電圧、電流情報をセンシングし、前記受信部2000と無線で通信することができる送信側制御部103を含むことができる。前記送信側電力変換部101は、交流信号を直流に変換する電力変換部、直流レベルを可変して直流を出力する電力変換部、及び直流を交流に変換する電力変換部のうち少なくとも一つを含むことができる。そして、前記送信側共振回路部102はコイルと前記コイルと共振することができるインピーダンスマッチング部を含むことができる。また、前記送信側制御部103は、インピーダンス、電圧、及び電流情報をセンシングするためのセンシング部と無線通信部を含むことができる。
また、図3bを参照すると、前記送信部1000は、送信側交流/直流変換部1100、送信側直流/交流変換部1200、送信側インピーダンスマッチング部1300、送信コイル部1400及び送信側通信及び制御部1500を含むことができる。
送信側交流/直流変換部1100は送信側通信及び制御部1500の制御の下で外部から提供される交流信号を直流信号に変換する電力変換部である。前記送信側交流/直流変換部1100はサブシステムとして整流器1110と送信側直流/直流変換部1120を含むことができる。前記整流器1110は提供される交流信号を直流信号に変換するシステムであり、これを具現する実施例として高周波数動作時に相対的に高い効率を有するダイオード整流器、ワンチップ(one−chip)化が可能な同期整流器又はコスト及び空間の節減が可能であるとともにデッドタイム(Dead time)の自由度が高いハイブリッド整流器となることができる。ただ、これに限定されるものではなく、交流を直流に変換するシステムであれば適用可能である。また、前記送信側直流/直流変換部1120は送信側通信及び制御部1500の制御の下で前記整流器1110から提供される直流信号のレベルを調節するもので、これを具現する例として入力信号のレベルを低めるバックコンバータ(Buck converter)、入力信号のレベルを高めるブーストコンバータ(Boost converter)、入力信号のレベルを低めるとか高めることができるバックブーストコンバータ(Buck Boost converter)又はクックコンバータ(Cuk converter)となることができる。また、前記送信側直流/直流変換部1120は、電力変換制御機能をするスイッチ素子、電力変換媒介の役目又は出力電圧平滑の機能をするインダクター及びキャパシタ、電圧利得の調節又は電気的な分離機能(絶縁機能)をするトランスなどを含むことができ、入力される直流信号に含まれたリップル成分又は脈動成分(直流信号に含まれた交流成分)を除去する機能をすることができる。そして、前記送信側直流/直流変換部1120の出力信号の指令値と実際の出力値の誤差はフィードバック方式で調節することができ、これは前記送信側通信及び制御部1500によって行われることができる。
送信側直流/交流変換部1200は送信側通信及び制御部1500の制御の下で送信側交流/直流変換部1100から出力される直流信号を交流信号に変換し、変換された交流信号の周波数を調節することができるシステムであって、これを具現する例としてハーフブリッジインバーター(Half bridge inverter)又はフルブリッジインバーター(Full bridge inverter)がある。そして、無線電力伝送システムは直流を交流に変換する多様な増幅器が適用でき、例としてA級、B級、AB級、C級、E級、F級増幅器がある。また、前記送信側直流/交流変換部1200は、出力信号の周波数を生成するオシレーター(Oscillator)と出力信号を増幅するパワー増幅部を含むことができる。
前記交流/直流変換部1100及び送信側直流/交流変換部1200の構成は交流電力供給機に取り替えることができ、省略するとか又はさらに他の構成に取り替えることもできる。
送信側インピーダンスマッチング部1300は互いに異なるインピーダンスを有する地点で反射波を最小化して信号の流れをよくする。送信部1000と受信部2000の二つのコイルは空間的に分離されていて磁場の漏洩が多いため、前記送信部1000と受信部2000の二つの連結端間のインピーダンス差を補正して電力伝達効率を向上させることができる。前記送信側インピーダンスマッチング部1300はインダクター、キャパシタ及び抵抗素子のうち少なくとも一つで構成されることができ、通信及び制御部1500の制御の下で前記インダクターのインダクタンス、キャパシタのキャパシタンス及び抵抗の抵抗値を可変してインピーダンスマッチングのためのインピーダンス値を調整することができる。そして、無線電力伝送システムが磁気誘導方式で電力を送信する場合、送信側インピーダンスマッチング部1300は直列共振構造又は並列共振構造を有することができ、送信部1000と受信部2000間の誘導結合係数を増加させてエネルギー損失を最小化することができる。そして、無線電力伝送システムが磁気共振方式で電力を送信する場合、送信側インピーダンスマッチング部1300は、送信部1000と受信部2000間の離隔距離が変化するとか金属性異物(FO;Foreign Object)、多数のデバイスの相互影響などによるコイルの特性の変化によるエネルギー伝送線路上のマッチングインピーダンス変化によってインピーダンスマッチングを実時間で補正することができるようにし、その補正方式として、キャパシタを用いたマルチマッチング方式、マルチアンテナを用いたマッチング方式、マルチループを用いた方式などが可能である。
送信側コイル1400は複数のコイル又は単数のコイルで具現でき、送信側コイル1400が複数で具現される場合、これらは互いに離隔して配置されるとか互いに重畳して配置されることができる。これらが重畳して配置される場合、重畳する面積は磁束密度の偏差を考慮して決定することができる。また、送信側コイル1400を製作するときに内部抵抗及び放射抵抗を考慮して製作することができる。この際、抵抗成分が小さければ品質指数(Quality factor)が高くなり、伝送効率が上昇することができる。
通信及び制御部1500は、送信側制御部1510と送信側通信部1520を含むことができる。前記送信側制御部1510は受信部2000の電力要求量、現在充電量、受信部の整流器出力端の電圧(Vrect)、複数の受信部の各充電効率及び無線電力方式のうち少なくとも一つ以上を考慮して前記送信側交流/直流変換部1100の出力電圧(又は送信コイルに流れる電流(Itx_coil)を調節する役目をすることができる。そして、最大電力伝送効率を考慮して前記送信側直流/交流変換部1200を駆動するための周波数及びスイッチング波形を生成して、送信される電力を制御することができる。また、受信部2000の保存部(図示せず)から読み出した制御に要求されるアルゴリズム、プログラム又はアプリケーションを用いて受信部2000の動作全般を制御することができる。一方、前記送信側制御部1510はマイクロプロセッサ、マイクロコントロールユニット(Micro Controller Unit)又はマイコン(Micom)と指称することができる。前記送信側通信部1520は受信側通信部2620と通信することができ、通信方式の一例としてブルートゥース、NFC、Zigbeeなどの近距離通信方式を用いることができる。前記送信側通信部1520と受信側通信部2620は相互間に充電状況情報及び充電制御命令などの送受信を進行することができる。そして、前記充電状況情報としては、受信部2000の個数、バッテリー残量、充電回数、使用量、バッテリー容量、バッテリーの割合、送信部1000の伝送電力量などを含むことができる。また、送信側通信部1520は受信部2000の充電機能を制御する充電機能制御信号を送信することができ、前記充電機能制御信号は受信部2000を制御して充電機能をイネーブル(enabled)又はディスエーブル(disabled)させる制御信号であり得る。
このように、送信側通信部1520は別途のモジュールで構成される帯域外(out−of−band)形式で通信することもできるが、これに限定されるものではなく、送信部が送信する電力信号を用いて受信部が送信部に伝達するフィードバック信号を用い、送信部が送信する電力信号の周波数シフト(Frequency shift)を用いて送信部が受信部に信号を送信する帯域内(in−band)形式で通信を行うこともできる。例えば、受信部は、フィードバック信号を変調し、充電開始、充電終了、バッテリー状態などの情報をフィードバック信号を介して送信機に伝達することもできる。また、前記送信側通信部1520は前記送信側制御部1510と別に構成されることができ、前記受信部2000も受信側通信部2620が受信装置の制御部2610に含まれるとか別に構成できる。
また、実施例による無線電力伝送システムの送信部1000は、検出部1600をさらに備えることができる。前記検出部1600は、送信側交流/直流変換部1100の入力信号、送信側交流/直流変換部1100の出力信号、送信側直流/交流変換部1200の入力信号、送信側直流/交流変換部1200の出力信号、送信側インピーダンスマッチング部1300の入力信号、送信側インピーダンスマッチング部1300の出力信号、送信側コイル1400の入力信号又は送信側コイル1400上の信号のうち少なくとも一つを検出することができる。一例として、前記信号は、電流についての情報、電圧についての情報及びインピーダンスについての情報のうち少なくともいずれか一つを含むことができる。検出された信号は通信及び制御部1500にフィードバックされ、これに基づいて前記通信及び制御部1500は、送信側交流/直流変換部1100、送信側直流/交流変換部1200及び送信側インピーダンスマッチング部1300を制御することができる。また、前記検出部1600の検出結果に基づいて前記通信及び制御部1500はFOD(Foreign object detection)を行うことができる。そして、前記検出される信号は電圧及び電流のうち少なくとも一つであり得る。一方、前記検出部1600は通信及び制御部1500と違うハードウェアで構成されるか、あるいは一つのハードウェアで具現できる。
<受信部>
図4a及び図4bは無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして受信部(又は、受信装置)を示したブロック図である。図4aを参照すると、実施例による無線電力伝送システムは、送信部1000と前記送信部1000から無線で電力を受ける受信部2000を含むことができる。前記受信装置2000は、前記送信装置1000から送信される交流信号を受信する受信側共振回路部201、前記受信側共振回路部201からの交流電力を電力変換して直流信号として出力する受信側電力変換部202、及び前記受信側電力変換部202から出力される直流信号を受信して充電される負荷2500及び前記受信側共振回路部201の電流電圧をセンシングするとか、前記受信側共振回路部201のインピーダンスマッチングを行うとか、前記受信側電力変換部202の電力変換を制御して前記受信側電力変換部202の出力信号のレベルを調節するとか、前記受信側電力変換部202の入力又は出力電圧又は電流をセンシングするとか、前記受信側電力変換部202の出力信号の前記負荷2500への供給可否を制御するとか、前記送信装置1000と通信することができる受信側制御部203を含むことができる。そして、前記受信側電力変換部202は、交流信号を直流に変換する電力変換部、直流レベルを可変して直流を出力する電力変換部、及び直流交流に変換する電力変換部を含むことができる。また、図4bを参照すると、実施例による無線電力伝送システムは、送信部(又は、送信装置)1000と前記送信部1000から無線で電力を受ける受信部(又は、受信装置)2000を含むことができ、前記受信部2000は、受信側コイル部2100及び受信側インピーダンスマッチング部2200で構成された受信側共振回路部2120、受信側交流/直流変換部2300、直流/直流変換部2400、負荷2500及び受信側通信及び制御部2600を含むことができる。そして、前記受信側交流/直流変換部2300は交流信号を直流信号に整流する整流部と指称することができる。
受信側コイル部2100は磁気誘導方式又は磁気共振方式で電力を受信することができる。このように電力受信方式によって誘導コイル又は共振コイルのうち少なくとも一つ以上を含むことができる。
一実施例として、受信側コイル部2100は近距離通信用アンテナ(NFC:Near Field Communication)と一緒に携帯端末に配置できる。そして、前記受信側コイル部2100は送信側コイル部1400と同一であってもよく、受信アンテナの寸法は受信部2000の電気的特性によって変わることもできる。
受信側インピーダンスマッチング部2200は送信機1000と受信機2000の間のインピーダンスマッチングを行う。
前記受信側交流/直流変換部2300は受信側コイル部2100から出力される交流信号を整流して直流信号を生成する。そして、前記受信側交流/直流変換部2300の出力電圧は整流電圧(Vrect)と指称することができ、受信側通信及び制御部2600は前記受信側交流/直流変換部2300の出力電圧を検出するとか変更することができ、前記受信側交流/直流変換部2300の出力電圧の最小値である最小整流電圧(Vrect_min)(又は最小出力電圧(Vrect_min)と指称)、最大値である最大整流電圧(Vrect_max)(又は最大出力電圧(Vrect_max)と指称)、前記最小値と最大値のうちいずれか一つの電圧値を有する最適整流電圧(Vrect_set)(又は最適出力電圧(Vrect_set)と指称)についての情報のような状態パラメーター情報を送信部1000に送信することができる。
受信側直流/直流変換部2400は受信側交流/直流変換部2300から出力される直流信号のレベルを負荷2500の容量に合わせて調整することができる。
前記負荷2500は、バッテリー、ディスプレイ、音声出力回路、メインプロセッサ、バッテリー管理部及び各種のセンサーを含むことができる。そして、前記負荷2500は、図4aのように、少なくともバッテリー2510及びバッテリー管理部2520を含むことができる。前記バッテリー管理部2520は前記バッテリー2510の充電状態を感知して、前記バッテリー2510に印加される電圧及び電流を調節することができる。
受信側通信及び制御部2600は送信側通信及び制御部1500からのウェイクアップ電力によって活性化でき、前記送信側通信及び制御部1500と通信を行い、受信部2000のサブシステムの動作を制御することができる。
前記受信部2000は単数又は複数で構成され、送信部1000から同時にエネルギーを無線で受けることができる。すなわち、磁気共振方式の無線電力伝送システムでは一つの送信部1000から複数のターゲット受信部2000が電力を受けることができる。この際、前記送信部1000の送信側マッチング部1300は複数の受信部2000間のインピーダンスマッチングを適応的に行うことができる。これは、磁気誘導方式において互いに独立的な受信側コイル部を複数備える場合にも同様に適用可能である。
また、前記受信部2000が複数で構成された場合、電力受信方式が同一であるシステムあるか、あるいは相異なる種類のシステムとなることができる。この場合、送信部1000は磁気誘導方式又は磁気共振方式で電力を送信するシステムであるか又は両方式を混用したシステムであり得る。
一方、無線電力伝送システムの信号の大きさと周波数関係を説明すれば、磁気誘導方式の無線電力伝送の場合、送信部1000において送信側交流/直流変換部1100は数十又は数百V帯(例えば110V〜220V)の数十又は数百Hz帯(例えば60Hz)の交流信号を受けて数V〜数十V、数百V(例えば10V〜20V)の直流信号に変換して出力することができ、送信側直流/交流変換部1200は直流信号を受けてKHz帯(例えば125KHz)の交流信号を出力することができる。そして、受信部2000の受信側交流/直流変換部2300はKHz帯(例えば125KHz)の交流信号を受けて数V〜数十V、数百V帯(例えば10V〜20V)の直流信号に変換して出力することができ、受信側直流/直流変換部2400は負荷2500に適した、例えば5Vの直流信号を出力して前記負荷2500に伝達することができる。そして、磁気共振方式の無線電力伝送の場合、送信部1000において送信側交流/直流変換部1100は数十又は数百V帯(例えば110V〜220V)の数十又は数百Hz帯(例えば60Hz)の交流信号を受けて数V〜数十V、数百V(例えば10V〜20V)の直流信号に変換して出力することができ、送信側直流/交流変換部1200は直流信号を受けてMHz帯(例えば6.78MHz)の交流信号を出力することができる。そして、受信部2000の受信側交流/直流変換部2300はMHz(例えば6.78MHz)の交流信号を受けて数V〜数十V、数百V(例えば10V〜20V)の受信側直流信号に変換して出力することができ、直流/直流変換部2400は負荷2500に適した、例えば5Vの直流信号を出力して前記負荷2500に伝達することができる。
<送信装置の動作状態>
図5は無線電力伝送システムの動作流れ図であって、実施例による送信装置の動作状態を中心とする動作流れ図である。
図5を参照すると、実施例による送信装置は、少なくとも1)選択状態、2)検出状態、3)識別及び設定状態、4)電力伝達状態及び5)充電終了状態を有することができる。
[選択状態(Selection Phase)]
(1)選択状態で送信装置1000は感知領域又は充電領域に存在する受信装置2000を選択するために検出過程を行うことができる。
(2)前記感知領域又は充電領域は、前述したように、該当領域内の物体が前記送信側電力変換部101の電力の特性に影響を及ぼすことができる領域を指称することができる。検出状態と比較し、前記選択状態で受信装置2000の選択のための検出過程は、電力制御メッセージを用いて前記受信装置2000から応答を受信する方式の代わりに、前記送信装置1000側の電力変換部で無線電力信号を形成するための電力量が変化することを感知して一定範囲内に物体が存在するかを確認する過程である。前記選択状態での検出過程は後述する検出状態でデジタル形式のパケットを用いず、無線電力信号を用いて物体を検出する点でアナログ検出過程(analog ping)と指称することができる。
(3)選択状態で送信装置1000は前記感知領域又は充電領域内に客体(object)が入るか出ることを感知することができる。また、前記送信装置1000は前記感知領域又は充電領域内にある物体のうち無線で電力を伝達することができる受信装置2000とその外の物体(例えば、鍵、小銭など)を区分することができる。
前述したように、誘導結合方式及び共振結合方式によって無線で電力を送信することができる距離が違うので、前記選択状態で物体が検出される感知領域は互いに異なり得る。
(4)まず、誘導結合方式によって電力が送信される場合に前記選択状態の送信装置1000は物体の配置及び除去を感知するためにインターフェースの表面(図示せず)をモニターすることができる。
また、前記送信装置1000は前記インターフェース表面の上部に置かれた無線電力受信装置2000の位置を感知することもできる。
(5)前記送信装置1000が一つ以上の伝送コイルを含む場合、前記選択状態で前記検出状態に進入し、前記検出状態でそれぞれのコイルを用いて前記客体から検出信号に対する応答が送信されるかを確認するとか又はその後に前記識別状態に進入して前記客体から識別情報が送信されるかを確認する方法を行うことができる。
前記送信装置1000は、このような過程で獲得した前記感知された受信装置2000の位置に基づいて無線電力伝送に使われるコイルを決定することができる。
(6)また、共振結合方式で電力が送信される場合、前記選択状態の送信装置1000は前記感知領域又は充電領域内の物体による前記電力変換部の周波数、電流及び電圧のうち一つ以上が変更されることを感知することによって前記客体を検出することができる。
(7)一方、前記選択状態の送信装置1000は前記誘導結合方式及び共振結合方式による検出方法のうち少なくとも一方法によって物体を検出することができる。
(8)前記送信装置1000は各電力伝送方式による物体検出過程を行い、その後、他の状態に進行するために無線電力伝達のための結合方式のうち前記物体を検出した方式を選択することができる。
(9)一方、前記選択状態の送信装置1000は物体を検出するために形成する無線電力信号とその後の状態でのデジタル検出、識別、設定及び電力伝送のために形成する無線電力信号はその周波数、強度などの特性が違い得る。これは、前記送信装置1000の選択状態は物体を検出するための待機状態(idle phase)に当たり、前記送信装置1000が待機中の消費電力を減らすとかあるいは効率的な物体検出のために特化した信号を生成させることができるようにするためである。
[検出状態(Ping Phase)]
(1)検出状態で送信装置1000が電力制御メッセージを介して感知領域又は充電領域内に存在する受信装置2000を検出する過程を行うことができる。前記選択状態で無線電力信号の特性などを用いた受信装置2000の検出過程と比較し、前記検出状態での検出過程はデジタル検出過程(digital ping)と指称することができる。
(2)送信装置1000は受信装置2000を検出するための無線電力信号を形成し、前記受信装置2000によって変調された無線電力信号を復調し、前記復調された無線電力信号から前記検出信号に対する応答にあたるデジタルデータ形態の電力制御メッセージを獲得することができる。
(3)前記送信装置1000は前記検出信号に対する応答にあたる電力制御メッセージを受信することによって電力伝送の対象となる前記受信装置2000を認知することができる。
(4)検出状態にある送信装置1000がデジタル検出過程を行うために形成する検出信号は特定の動作ポイント(operating point)の電力信号を一定時間の間に印加することによって形成される無線電力信号であり得る。
ここで、動作ポイントは送信コイル部1400に印加される電圧の周波数、デューティーサイクル(duty cycle)及び振幅を意味し得る。
前記送信装置1000は前記特定動作ポイントの電力信号を印加することによって生成された前記検出信号を一定時間の間に生成し、前記受信装置2000から電力制御メッセージを受信することを試みることができる。
(5)一方、前記検出信号に対する応答にあたる電力制御メッセージは前記受信装置2000が受信した無線電力信号の強度(strength)を示すメッセージであり得る。例えば、前記受信装置2000は前記検出信号に対する応答として受信された無線電力信号の強度を示すメッセージが含まれた信号強度パケット(Signal Strength Packet)を送信することができる。前記パケットは信号強度を示すパケットであることを知らせるヘッダー及び前記受信装置2000が受信した電力信号の強度を示すメッセージを含むように構成できる。前記メッセージ内の電力信号の強度は前記送信装置1000と前記受信装置2000間の電力伝送のための誘導結合又は共振結合の程度(degree of coupling)を示す値であり得る。
(6)前記送信装置1000は前記検出信号に対する応答メッセージを受信して前記受信装置2000を見つけた後、前記デジタル検出過程を延ばして識別及び検出状態に進入することができる。すなわち、前記送信装置1000は前記受信装置2000を見つけた後、前記特定動作ポイントの電力信号を維持して、前記識別及び検出状態で必要な電力制御メッセージを受信することができる。
ただ、前記送信装置1000が電力を伝達することができる受信装置2000を見つけなかった場合、前記送信装置1000の動作状態は前記選択状態に戻ることができる。
[識別及び設定状態(Identification and Configuration Phase)]
(1)前記識別及び設定状態で送信装置1000は受信装置2000が送信する識別情報及び/又は設定情報を受信して電力伝達が効率的になるように制御することができる。
(2)前記識別及び設定状態で前記受信装置2000は自分の識別情報を含む電力制御メッセージを送信することができる。このために、前記受信装置2000は、例えば、前記受信装置2000の識別情報を示すメッセージが含まれた識別パケット(Identification Packet)を送信することができる。前記パケットは識別情報を示すパケットであることを知らせるヘッダー及び前記受信装置2000の識別情報を含むメッセージを含むように構成できる。前記メッセージは無線電力伝送のための規約のバージョンを示す情報、前記受信装置2000の製造業者を識別する情報、拡張装置識別子の有無を示す情報及び基本装置識別子を含むように構成できる。また、前記拡張装置識別子の有無を示す情報に拡張装置識別子が存在すると表示される場合、拡張装置識別子を含む拡張識別パケット(Extended Identification Packet)が別に伝送できる。前記パケットは拡張装置識別子を示すパケットであることを知らせるヘッダー及び拡張装置識別子を含むメッセージを含むように構成できる。このように拡張装置識別子が使われる場合、前記受信装置2000を識別するために前記製造業者の識別情報、前記基本装置識別子及び前記拡張装置識別子に基づく情報が使われることができる。
(3)前記識別及び設定状態で前記受信装置2000は予想最大電力についての情報を含む電力制御メッセージを送信することができる。このために、前記受信装置2000は、例えば設定パケット(Configuration Packet)を送信することができる。前記パケットは設定パケットであることを知らせるヘッダー及び前記予想最大電力についての情報を含むメッセージを含むように構成できる。
また、前記受信装置2000は自分の許容可能な受信許容電力量についての情報を含む電力制御メッセージを送信することができる。ただ、前記受信装置2000の許容可能な受信許容電力量についての情報は識別及び設定状態ではない電力伝達状態でも送信装置1000に提供できる。
前記メッセージは、電力クラス、予想最大電力についての情報、無線電力送信装置1000側の主要セルの電流を決定する方法を示す指示子、選択的な設定パケットの数を含むように構成できる。前記指示子は無線電力伝送のための規約に明示されたとおりに前記送信装置1000側の主要セルの電流が決定されるか否かを示すものであり得る。
(4)一方、前記送信装置1000は、前記識別情報及び/又は設定情報に基づいて前記受信装置2000と電力充電に使われる電力伝達規約(power transfer contract)を生成することができる。前記電力伝達規約は前記電力伝達状態での電力伝達特性を決定するパラメーターの限定事項(limits)を含むことができる。
(5)前記送信装置1000は前記電力伝達状態に進入する前に前記識別及び設定状態を終了し、前記選択状態に戻ることができる。例えば、前記送信装置1000は無線で電力を受信することができる他の受信装置2000を捜すために前記識別及び設定状態を終了することができる。
[電力伝達状態(Power Transfer Phase)]
(1)前記電力伝送状態での前記送信装置1000は前記受信装置2000に電力を送信する。
(2)前記送信装置1000は電力を送信する途中に前記受信装置2000から電力制御メッセージを受信し、前記受信した電力制御メッセージに応じて前記送信コイル部1400に印加される電力の特性を調節することができる。例えば、前記送信コイルの電力特性を調節するために使われる電力制御メッセージは制御誤差パケット(Control Error Packet)に含まれることができる。前記パケットは制御誤差パケットであることを知らせるヘッダーと制御誤差値を含むメッセージを含むように構成できる。前記送信装置1000は前記制御誤差値(control error value)によって前記送信コイルに印加される電力を調節することができる。すなわち、前記制御誤差値が0の場合、受信装置2000の所望の制御ポイント(desired control point)と受信装置2000の実際制御ポイント(actual control point)が実質的に同一であるので、前記伝送コイルに印加される電流は維持され、負数(negative value)の場合に減少し、正数(positive value)の場合に増加するように調節できる。
(3)前記電力伝送状態で前記送信装置1000は前記識別情報及び/又は設定情報に基づいて生成された電力伝達規約(power transfer contract)内のパラメーターをモニターすることができる。前記パラメーターをモニターした結果、前記受信装置2000との電力伝送が前記電力伝達規約内に含まれている限定事項を違反することになる場合、前記送信装置1000は前記電力伝送を取り消して選択状態に戻ることができる。
(4)一方、前記電力伝達規約は受信装置2000が受信可能な最大電力量(受信許容電力)と送信装置1000から受信装置2000に送信される電力の特性に関する境界条件(boundary conditions)を含むことができる。また、前記電力伝達規約(power transfer contract)は、伝送電力が増加して目標とする電力信号の正常状態に到達する前の過渡状態で発生するオーバーシュート(over shoot)と前記受信許容電力又は目標とする新規電力信号と前記受信許容電力に基づいて設定された電力閾値についての情報を含むことができる。
(5)前記送信装置1000は前記受信装置2000から伝達された電力制御メッセージに基づいて前記電力伝送状態を終了することができる。
例えば、前記受信装置2000が伝達された電力を用いてバッテリーを充電する途中に前記バッテリーの充電が完了した場合、前記送信装置1000に無線電力伝送を中止することを要求する電力制御メッセージを伝達することができる。この場合、前記送信装置1000は前記電力伝送の中止を要求するメッセージを受信した後、無線電力伝送を終了して前記選択状態に戻ることができる。
さらに他の例として、前記受信装置2000は既に生成された電力伝達規約を更新するために再協商(renegotiation)又は再設定(reconfigure)を要求する電力制御メッセージを伝達することができる。前記受信装置2000は、現在送信される電力量より多いとか少ない量の電力が必要な場合、前記電力伝達規約の再協商を要求するメッセージを伝達することができる。この場合、前記送信装置1000は前記電力伝達規約の再協商を要求するメッセージを受信した後、無線電力伝送を終了して前記識別及び設定状態に戻ることができる。
このために、前記受信装置2000が送信するメッセージは、例えば、図18に示したような電力伝送中断パケット(End Power Transfer Packet)であり得る。前記パケットは電力伝送中断パケットであることを知らせるヘッダー及び中断の理由を示す電力伝送中断コードを含むメッセージを含むように構成できる。前記電力伝送中断コードは、充電完了(Charge Complete)、内部誤差(Internal Fault)、過熱(Over Temperature)、過電圧(Over Voltage)、過電流(Over Current)、バッテリー誤差(Battery Failure)、再設定(Reconfigure)、無応答(No Response)、知られていない誤差(Unknown)のうち一つを示すことができる。
一方、前記送信装置1000は伝送中の現在送信電力と伝送目標電力である新規送信電力そして受信許容電力から算出された電力量が電力閾値以上と場合に電力伝送を中断することができる。
図6は受信装置の要求電力決定方法に関する流れ図、図7は送信装置の伝送電力決定方法に関する流れ図である。
<電力伝送制御>
−受信装置の要求電力決定方法。
図6を参照すると、受信装置2000は、1)所望の制御ポイント(desired control point)を決定する段階(S210)、2)実際制御ポイント(actual control point)を検出する段階(S230)、3)制御誤差値(control error value)生成段階(S250)を行って、受信しようとする電力、つまり要求電力を決定することができる。
具体的に、所望の制御ポイント(desired control point)を決定する段階(S210)で、受信装置2000は電圧、電流、温度などに関する所望の制御ポイントを決定することができる。そして、実際制御ポイント(actual control point)を検出する段階(S230)で、受信装置2000は実際電圧、電流、温度などに関する実際制御ポイントを決定することができる。前記受信装置2000が前記実際制御ポイントを決定するときに電圧又は電流の検出、温度センシングなどの多様な方法を適用することができ、電力伝送状態中のどの時間にもこのような過程を行うことができる。そして、制御誤差値(control error value)生成段階(S250)で、受信装置2000は、例えば所望の制御電圧値と実際制御電圧値の差などに基づいて制御誤差値を生成することができる。そして、前記制御誤差値は正の値と負の値を指称するパラメーターであってもよく、所望の電力量より実際電力量が小さな場合、前記制御誤差値は正の値を指称することができ、所望の電力量より実際電力量が多い場合、前記制御誤差値は負の値を指称することができ、所望の電力量と実際電力量が同一である場合、0(zero)の値を有することができる。
一方、前記制御誤差値は制御誤差パケット(control error packet)の形態で送信装置1000に伝送できる。
前記制御誤差値を受信した送信装置から新規送信電力が受信されれば、前述した段階によって前記新規送信電力が所望の電力を満たすかを判断することができる。
一方、前記制御誤差値を受信した送信装置から新規送信電力が受信されない場合、電力伝送中断であることを判断することができる。そして、前記送信装置から検出信号(検出状態(Ping Phase))が受信されれば、これに対する応答として電力制御メッセージを送信することができる。そして、前記電力制御メッセージを受信した送信装置1000は、前記電力制御メッセージに対する応答として無線電力を送信することができ、前記受信装置2000は前記無線電力を受信することができる。すなわち、検出状態(Ping Phase)後に識別及び設定状態(Identification and Configuration Phase)に進入せずに直ぐ電力伝達状態(Power Transfer Phase)に進入することができる。
−送信装置の伝送電力決定方法。
図7を参照すると、送信装置1000は、1)制御誤差パケット受信段階(S110)、2)新規送信コイル電流決定段階(S120)、3)新規送信電力決定段階(S130)、4)電力閾値との比較段階(S140)、5)新規電力生成段階(S150)、6)電力伝送中断段階(S160)を含むことができる。
送信装置1000は、前記制御誤差パケット受信段階(S110)で受信装置2000からの制御誤差パケットを受信し、前記制御誤差パケットに含まれた制御誤差値を読み込むことができる。そして、新規送信コイル電流決定段階(S120)で前記制御誤差値と現在送信コイル部1400の電流に基づいて新規送信コイル電流を決定することができる。そして、新規送信電力決定段階(S130)で前記新規送信コイル電流に対応する新規送信電力を決定することができる。前記新規送信コイル電流に対応する新規送信電力についての情報は制御部103に備えられたか又は前記制御部103とは別に備えられたメモリにルックアップテーブルとして保存でき、前記制御部103は前記メモリから前記新規送信コイル電流に対応する新規送信電力についての情報を読み込むことができる。そして、電力閾値との比較段階(S140)で受信装置2000の受信許容電力量、現在送信電力量及び前記新規送信電力を電力閾値と比較し、後続段階として新規電力生成段階(S150)及び電力伝送中断段階(S160)のいずれか一つに進入することができる。
送信装置1000が新規電力生成段階(S150)に進入した場合、線形積分微分型制御(Proportional Integral Differential Control;以下PID制御)、すなわちPID制御段階(S151)を行い、前記PID制御によって制御変数を決定することができ(S152)、前記制御変数に基づいて電力変換部101を制御することによって(S153)新規電力を送信することができる(S154)。そして、受信装置1000は、前記新規電力を受信した後、次の制御誤差パケットを送信することができる。
一方、受信装置2000が今度の制御誤差パケットを送信した時点から次回の制御誤差パケットを送信した時点までの時区間内に、前記受信装置2000からの電力増加要求信号に応じて、現在送信電力量を新規電力量に増加させることができる。そして、前記時区間の間に前記フィードバック方式の前記PID制御は繰り返し行われることができる。すなわち、前記PID制御を繰り返し行うことによって、送信コイル部1400で実際に生成された新規電力と所望の新規電力の誤差は減ることができる。
送信装置1000が電力伝送中断段階(S160)に進入した場合、電力送信を中断し(S161)、検出(Ping)信号を送信することができる(S162)。そして、受信装置2000から前記検出信号に対する応答信号を受信すれば、既設定の電力を送信することができる(S163)。前記既設定の電力はS110段階を受信した当時に送信した電力であるか、あるいはS130段階で決定された新規送信電力より小さな電力となり得る。そして、前記既設定の電力を受信した受信装置2000から次の制御誤差パケットを受信することができる。
このように、送信装置1000は、新規送信電力を決定した後、前記新規送信電力の生成及び送信可否を決定することにより、過電力が受信装置2000に送信されることを前もって防止することができる。
このように決定された新規送信電力の出力可否は後述する過程に基づいて決定できる。
<送信装置からの電力伝送可否決定方法>
図8は送信装置の電力伝送可否決定の流れ図である。そして、図9〜図11は時間による電力信号の過渡状態及び定常状態を示した図である。
(1)一般に、電力効率が100%ではないので、送信装置1000から出力される電力の一部のみを受信装置2000が受信することができる。したがって、受信装置2000が要求する電力を送信するために前記送信装置1000は前記要求電力より高い新規送信電力を出力する必要がある。
ただ、電力効率によって、送信装置1000は受信装置2000の要求電力を大きく上回る新規送信電力を生成することができる。この場合、前記受信装置2000が受信する電力を除いた電力量によって前記受信装置2000に損傷を加えることがあり得る。したがって、これを防止するために、前記送信装置1000は、必要な場合、新規送信電力を生成せずに電力伝送を中断する必要がある。これを具体的に説明する。(第3電力オーバーシュートを考慮しない場合、図9)
(2)識別及び設定状態又は電力伝送段階で、送信装置1000は受信装置2000から前記受信装置2000の受信許容電力量についての情報を含むメッセージを受信することができる。そして、電力伝送段階で送信装置1000は第1電力を出力することができ、受信装置2000は電力効率によって前記第1電力の一部電力である第2電力を受信することができる。そして、前記受信装置2000が要求する要求電力量が前記第2電力より高い場合、受信装置2000は送信電力増加要求信号(制御誤差値(control error value)が正数(positive value))を含む制御誤差パケットを送信装置1000に送信することができる。
前記制御誤差パケットを受信した送信装置1000は前記制御誤差パケットの電力増加要求信号に応じて第1電力より高い第3電力を決定することができる。
その後、送信装置1000は前記第3電力量と前記受信許容電力量に基づいて前記第3電力の生成及び送信可否を決定することができる。
前記第3電力の生成及び送信可否を決定する方法としては、前記第3電力量と前記受信許容電力量の電力差値が電力閾値を超えるかどうかを判断することができる。
−電力差値が電力閾値を超えた場合(電力伝送中断)
前記電力差値が電力閾値を超える場合、送信装置1000は新規送信電力である前記第3電力を最終に生成せず、電力伝送を中断することができる。
このように、電力差値が電力閾値を超える場合に電力伝送を中断する理由は、新規送信電力である前記第3電力が出力されれば、たとえ受信装置2000が自分の要求電力量又は受信許容電力量だけの電力を受信しても、これを除いた残りの電力量が受信装置2000の受信コイル部2100に影響を与えて前記受信装置2000が損傷され、前記受信装置2000のシステムがダウンし得るからである。
−電力差値が電力閾値以下の場合(電力伝送維持)
仮に、電力差値が電力閾値を超えない場合、前記送信装置1000は前記第3電力を生成して送信することができる。そして、受信装置2000は伝送効率によって前記第3電力の一部電力である第4電力を受信することができる。この時、前記第4電力は受信装置2000が要求した電力であり得る。ただ、受信した第4電力が要求電力と差がある場合、次の制御誤差パケットにこのような誤差情報を含ませて送信電力の量を調節するように送信装置1000に要求することができる。
一方、前記電力閾値は前記受信装置2000の受信コイル又はシステムに損傷を与えることができるほどの電力閾値で、受信装置2000の特性によって実験的に予め決定できる。
また、一方、前記送信装置1000は受信許容電力量についての情報などを含む受信装置2000の特性情報を受信し、前記受信装置2000の特性情報から電力閾値を決定し、前記受信許容電力量と第3電力についての情報に基づいて前記第3電力生成及び送信可否を決定することができる。
(第3電力のオーバーシュートを考慮する場合、図10、図11)
(3)また、送信装置1000は識別及び設定状態又は電力伝送段階で受信装置2000から前記受信装置2000の受信可能な許容電力についての情報を含むメッセージを受信することができる。そして、電力伝送段階で、送信装置1000は第1電力を出力することができ、受信装置2000は電力効率によって前記第1電力の一部電力である第2電力を受信することができる。そして、前記受信装置2000が要求する電力量が前記第2電力より高い場合、受信装置2000は送信電力増加要求信号を含む制御誤差パケットを送信装置1000に送信することができる。
前記制御誤差パケットを受信した送信装置1000は前記送信電力増加要求信号に応じて前記要求電力量を満たすための第3電力を決定することができる。
その後、送信装置1000は前記第1電力量、前記第3電力量及び前記受信許容電力量に基づいて前記第3電力の生成及び送信可否を決定することができる。
前記第3電力の生成及び送信可否を決定する方法では、前記第3電力の過渡状態でのオーバーシュートピーク値(Over shoot peak value)を決定することができ、前記オーバーシュートピーク値と前記受信許容電力量の電力差値が電力閾値を超えるかを判断することができる。
前記電力差値が電力閾値を超える場合、送信装置1000は前記第3電力を最終に生成せずに電力伝送を中断することができる。
前記オーバーシュートは、目標とする第3電力サイズに至る前、電力信号の過渡状態で前記第3電力サイズを超える信号のサイズである。そして、第1オーバーシュートを最大オーバーシュート(Max Over shoot)と指称することができる。
前記オーバーシュートピーク値は第3電力信号の大きさによって変わることができ、前記第1電力から前記第3電力への電力増加量によって変わることができる。そして、生成すべき新規送信電力の情報と現在出力する送信電力の情報、そして現在出力される送信電力から新規送信電力の増加量とオーバーシュートピーク値を実験的に決定したデータを予め保存し、送信装置1000が新規送信電力を生成するとき、これを参照してオーバーシュートピーク値を決定することができる。
このように、実施例は、受信装置2000からフィードバックされる電力制御情報に基づいて送信装置1000の出力電力を制御する場合、前記送信装置1000が出力する電力が瞬間的に高くなって、前記受信装置2000から現在過度な電力が受信されるというメッセージをフィードバックされる前に前記受信装置2000のシステムがダウンされることを防止することができる。
一方、前記受信装置2000の許容受信電力量は前記受信装置2000の種類又は受信側コイル部2100、受信側電力変換部202の許容容量を考慮して決定された値で、これは電力伝達規約(power transfer contract)に含まれた情報であり得る。
(4−1)第3電力が受信許容電力より高い場合、図9、図10。
送信装置1000で生成しようとする第3電力受信装置2000の受信許容電力より高い場合、1)図9のように受信装置2000の受信許容電力と第3電力の差値が電力閾値を超えるか、あるいは2)図10のように受信装置2000の受信許容電力と第3電力の電力信号のオーバーシュートピーク値の電力差値が電力閾値を超えるかのうち少なくとも一つを判断することができる。オーバーシュートピーク値を決定するとき、図面に示したように、電力上昇量を一緒に考慮することができる。
(4−2)第3電力が受信許容電力より低い場合、図10。
図11のように受信装置2000の受信許容電力と第3電力信号のオーバーシュートピーク値の電力差値が電力閾値以上であるかを判断することができ、この場合、電力上昇量を一緒に考慮することができる。
このように電力差値を算出して電力閾値を超えるかを判断し、前記第3電力を生成せず、電力伝送を中断することができる。
一方、電力伝送が中断された場合、送信装置1000は検出状態に進入して受信装置2000の検出を行い、前記受信装置2000が検出された場合、識別及び設定状態に進入せず、すぐ電力伝送段階に進入することができる。この場合、第3電力より小さな電力、例えば第1電力を伝送ことができる。
以下、新規電力を生成及び送信する方法について詳述する。
<電力伝送制御方法>
図12は電力伝送制御方法のための送信装置の制御部を詳細に示した図である。そして、図13は電力伝送状態で送信装置のタイミング図である。
図12を参照すると、電力伝送制御方法によって、送信装置1000の制御部103は送信コイル部1400の電流を制御して新しい送信コイル電流となるようにすることができる。このような電力伝送制御は線形積分微分型アルゴリズム(proportional integral differential(PID) algorithmに基づいて実行できる。
PDIアルゴリズムを行うために、送信装置1000は、第1演算器11及び第2演算器15、比例制御器12a、積分制御器12b、及び微分制御器12cを含むことができ、さらに第1〜第5増幅器13a、13b、13c、13d、13e及び第1及び第2加算器14a、14bを含むことができ、次のような過程を行って電力変換部101を制御することができる。
以下のj=1、2、3、…は送信装置1000が受信した制御誤差パケット(Control error packet)の順番を指称することができる。そして、前記第1〜第5増幅器13a、13b、13c、13d、13eのそれぞれは増幅器、バッファー、遅延器のうち少なくとも一つの機能を有することができる。
(1)新しい送信コイル電流計算段階。
1)送信装置1000の第1演算器11が第j制御誤差パケット(Control error packet)を受信すれば、式3によって新しい送信コイル電流(td(j))を計算することができる。
2)ここで、ta(j−1)は以前の制御誤差パケットc(j−1)によって決定された、実際(現在)送信コイル電流(actual Primary Cell current)を指称し、c(j)はj(th)制御誤差パケット(Control error packet)に含まれた制御誤差値(Control error value)を指称することができる。また、ta(0)は電力伝送状態の開始時点の送信コイル部1400の電流を意味することができる。
前記送信コイル電流によって送信コイル部1400で磁場が発生して出力電力が生成されることができる。
3)前記第1演算器11は第j制御誤差パケット(Control error packet)及び第1増幅器13aを介して実際送信コイル電流ta(j−1)を受け、前記式3の演算過程を経った後、新しい送信コイル電流td(j)を計算して出力することができる。
4)仮に、制御誤差値(Control error value)であるc(j)が0ではない場合(nonzero)、送信装置1000は既設定の時間(図13のt_active)の間に送信コイル電流を調節することができる。このために、送信装置1000は後述するステップを含むループ(loop)を実行することができる。
ここで、i=1、2、3、… maxはループの繰り返し回数を指称することができる。
(2)電力伝送中断可否決定段階。
計算された新しい送信コイル電流(ta(j))に基づいて新規送信電力を決定することができる。前記新規送信電力と現在送信コイル電流(ta(j−1))による現在送信電力量と、受信装置2000の受信許容電力量、そして電力閾値の比較結果によって前記新規送信電力を生成せずに電力伝送を中断するか、後述するステップによって前記新規送信電力を生成及び送信することができる。
(3)誤差(error)計算段階。
1)送信装置1000は式4によって新しい送信コイル電流(td(j))と第i−1ループによる実際送信コイル電流(ta(j、i−1))の差によって第iループでの誤差(error)を計算することができる。
ここで、ta(j、i−1)は第i−1ループによって決定された送信コイル電流を指称することができる。ここで、ta(j、0)はループの開始時点での実際送信コイル電流を指称することができる。
2)前記第1加算部14aは新しい送信コイル電流td(j)と第2増幅器13aからの第i−1ループによって決定された実際送信コイル電流ta(j、i−1)を加算して誤差(error)を計算し、計算された誤差をPID制御器12に出力することができる。
(4)制御量計算段階。
1)送信装置1000のPID制御器12は誤差に比例して制御量を変化させるための比例制御(P)、誤差を積分して制御する積分制御(I)及び誤差の変化量によって制御量を決定する微分制御(D)を行うことができる。
PID制御器12は式5で表現したように比例要素(proportional term)、積分要素(integral term)及び微分要素(derivative term)を計算することができる。具体的に、比例制御器12aは誤差に基づいて比例要素P(j、i)を計算し、積分制御器12bは誤差の累積値に基づいて積分要素I(j、i)を計算し、微分制御器12cは誤差の変化量に基づいて微分要素D(j、i)を計算することができる。
2)ここで、Kpは比例ゲイン(Gain)、Kiは積分ゲイン、Kdは微分ゲインである。そして、t_innerは一つのループが繰り返されるのにかかる時間である。そして、積分項I(j、0)=0、誤差e(j、0)=0である。そして、送信装置1000は積分項I(j、i)を?M_I..+M_Iの範囲内に制限することができ、必要によって計算された積分要素I(j、i)を適切な境界値に変更することができる。ここで、M_Iは積分要素制限パラメーター(Integral term limit Parameter)である。
3)前記積分制御器12bの出力信号は第4増幅器13dを介して自分の入力としてフィードバックされることができる。ここで、フィードバックされた出力信号は前回(第i−1)ループの積分項(I(j、i−1))である。また、微分制御器12cの入力信号は第3増幅器13cを介して前記微分制御器12cに入力できる。この際、入力信号は前回(第i−1)ループの誤差(e(j、i−1))である。
4)送信装置1000の第2加算器14bは、式6のように、比例制御器12aから出力される比例要素P(j、i)、積分制御器12bから出力される積分要素I(j、i)及び微分制御器12cから出力される微分要素D(j、i)を加算(sum)して今回(第i)制御量PID(j、i)を計算することができる。
5)このような計算によって送信装置1000は今回(第i)制御量PID(j、i)を出力することができ、前記今回(第i)制御量PID(j、i)は?M_PID..+M_PIDの範囲内に制限することができる。ここで、M_PIDは制御量制限パラメーター(PID output limit Parameter)である。
(5)新しい制御変数値計算段階。
1)送信装置1000は式7に基づく新しい制御変数(controlled variable)値を計算することができる。
2)ここで、Svは制御変数に基づくスケーリングファクター(scaling factor)を指称することができる。また、制御変数v(i、0)=v(j−1、i_max)であり、v(0、0)は電力伝送状態の開始時点での制御変数の実際値(actual value of the controlled variable)を指称することができる。そして、前記制御変数は、動作周波数(Operating Frequency)、直流/交流変換部1200のデューティーサイクル(duty cycle)及び直流/交流変換部1200の入力電圧のうちいずれか一つとなることができる。仮に、計算されたv(j、i)が既設定の範囲を超える場合、送信装置1000は前記計算されたv(j、i)を適切な限界値に変更することができる。
3)第2演算器15は入力される今回(第i)制御量PID(j、i)と自分の出力が第5増幅器13eを介してフィードバックされる、前回(第i−1番目)ループの制御変数値に基づいて前記式7によって新しい制御変数値v(j、i)を計算することができる。
(6)新しい制御変数に基づいて電力変換部を制御する段階。
1)送信装置1000は新しい値の制御変数v(j、i)を直流/交流変換部1200に適用することができる。また、前記制御変数は交流/直流変換部1100の出力電圧となることができる。この場合、前記送信装置1000は、前記新しい値の制御変数v(j、i)を前記交流/直流変換部1100の出力電圧に適用することで、前記直流/交流変換部1200に入力される入力電圧を調節することができる。
2)送信装置1000は新しい値の制御変数v(j、i)に基づいて第1演算部11によって決定された送信コイル電流(ta(j、i))による新規電力を生成することができる。
(7)一方、図10を参照すると、送信装置1000は、送信コイル電流(ta(j))を第j制御誤差パケットの受信終了時点後、t_delay+t_active+t_settleの時間の間に決定することができる。
ここで、t_delayは、以前の制御誤差パケットを受信した後、前記以前の制御誤差パケットによる電力制御を行うのに遅延される時間を意味することができ、t_activeは前記以前の制御誤差パケットによって電力制御を行う(図面による例で伝送電力増加)のにかかった時間を意味することができ、t_settleは目標とする電力値の定着時間を意味することができる。
一方、PID制御器12のゲインKi、Ki、Kdと、積分項制限パラメーター(M_I)、PID出力制限パラメーター(M_PID)、v(j、i)が既設定の範囲を超える場合を判断する時の前記既設定範囲と前記スケーリングファクター(Sv)は電力伝達規約(power transfer contract)の伝送電力特性、送信装置1000のスペック、送信コイル部1400の規格と容量などを考慮して決定することができる。
また、前記電力伝達規約(power transfer contract)は電力閾値についての情報を含むことができる。
このように、前記制御誤差パケットを受信する送信装置1000は、新しい送信コイル電流を決定し、前記新しい送信コイル電流に基づいて新規送信電力を決定することができる。そして、前記新規送信電力量によって、前記新規送信電力を生成せずに無線電力送信を中断するかあるいは前記新規送信電力を生成して無線電力送信を持続することができる。
実施例によると、送信装置1000と受信装置2000のミスアラインメントによって結合係数が低い場合、前記送信装置1000から出力される電力に比べて前記受信装置2000の受信電力が低く、前記受信装置2000はもっと多い電力を要求することができるので、前記送信装置1000の送信電力量は増加することができる。この際、増加した送信電力を生成する前、送信電力を電力臨界値と比較して、送信するのに適切であるかを予め判断し、それによって電力生成及び送信可否を決定することにより、過度な送信電力及び過度な送信電力による発熱に起因して受信装置2000が損傷される問題を解決することができる。
特に、車両無線充電システムのように、送信装置1000と受信装置2000が車両の揺れなどの原因でミスアラインメントが瞬間的で繰り返して発生する場合、送信装置1000の送信電力が瞬間的に急変することができるが、受信装置2000の安全性を考慮して送信電力の生成自体を決定することができるので、前記受信装置2000に損傷を加えることを予め防止することができる。
以上で説明した本発明の詳細な説明では本発明の好適な実施例に基づいて説明したが、当該技術分野の熟練した当業者又は該当技術分野で通常の知識を有する者であれば後述する請求範囲に記載した本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができることを理解することが可能であろう。よって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載した内容に限定されるものではなく、請求範囲によって決定されなければならないであろう。
本発明は無線電力伝送技術に関するもので、無線電力送受信機間の電力量を制御する無線電力伝送システムに利用可能である。
Claims (25)
- 送信機から受信機に無線で電力を送信する方法であって、
前記受信機の検出のための信号を送信する段階と、
前記受信機から識別信号を受信する段階と、
前記受信機に第1電力を送信する段階と、
前記受信機から電力増加要求信号を受信する段階と、
前記送信機の第1送信コイル電流及び前記電力増加要求信号に応じて第2送信コイル電流を決定する段階と、
前記第2送信コイル電流に基づいて前記第2電力を決定する段階と、
前記第2電力と前記受信機の受信許容電力量と電力閾値を比較して前記第2電力の送信可否を決定する段階と、を含む、電力伝送方法。 - 前記第2電力の送信可否を決定する段階は、
前記受信許容電力量と前記第2電力の電力量差によって前記第2電力の送信可否を決定する、請求項1に記載の電力伝送方法。 - 前記第2電力の送信可否を決定する段階は、
前記受信許容電力量と前記第2電力オーバーシュートピーク値の電力量差によって前記第2電力の送信可否を決定する、請求項1に記載の電力伝送方法。 - 前記電力量差が前記電力閾値を超える場合、前記無線電力伝送を中断する、請求項2又は3に記載の電力伝送方法。
- 前記無線電力伝送が中断された場合、前記受信機の検出のための信号を送信する段階;をさらに含む、請求項4に記載の電力伝送方法。
- 前記受信機が検出された場合、既設定の無線電力を送信する段階;をさらに含む、請求項5に記載の電力伝送方法。
- 前記電力量差が前記電力閾値以下の場合、線形積分微分型制御(proportional integral differential control;以下、PID制御)によって電力変換部を制御する段階をさらに含む、請求項2又は3に記載の電力伝送方法。
- 前記PID制御によって電力変換部を制御する段階は、
前記PID制御によって制御量を決定する段階と、
前記制御量及び前回制御変数に基づいて今回制御変数を決定する段階と、
前記今回制御変数に基づいて電力変換部を制御して前記第2電力を送信する段階と、をさらに含む、請求項7に記載の電力伝送方法。 - 前記オーバーシュートピーク値は現在第1電力から前記第2電力への増加量及び前記第2電力値のうち少なくとも一つに基づいて決定される、請求項3に記載の電力伝送方法。
- 前記制御変数に基づいて前記電力変換部の入力電圧、駆動周波数及びデューティーサイクルのうち少なくとも一つを調節する、請求項8に記載の電力伝送方法。
- 受信機が送信機から無線で電力を受信する方法であって、
前記送信機からの第1検出信号に対する応答信号を送信する段階と、
前記送信機に識別信号を送信する段階と、
前記送信機から第1電力を受信する段階と、
前記送信機に電力増加要求信号を送信する段階と、
前記送信機からの電力受信可否を判断する段階と、
前記無線電力受信の中断時、前記送信機からの第2検出信号に対する応答信号を送信する段階と、を含む、電力受信方法。 - 前記応答信号を受信した前記送信機から既設定の電力を受信する段階をさらに含む、請求項11に記載の電力受信方法。
- 前記識別信号は前記受信機の受信許容電力量を含む、請求項11に記載の電力受信方法。
- 前記電力増加要求信号に対応する第2電力を受信するとき、前記第2電力と要求電力を比較する段階と、
前記比較結果によって前記送信機に制御誤差値を送信する段階と、を含み、
前記制御誤差値は正数、零又は負数のうち一つであり、
前記電力増加要求信号は正数の制御誤差値に対応し、
電力維持要求信号は零の制御誤差値に対応し、
電力減少要求信号は負数の制御誤差値に対応する、請求項11に記載の電力受信方法。 - 無線電力送信のための送信コイルと、
前記送信コイルに電力を出力する電力変換器と、
前記送信コイルに出力される電力の量を制御するために前記電力変換器を制御する制御器と、を含み、
前記制御器は、受信装置からの電力増加要求信号に応じて新規電力を決定し、前記新規電力と前記受信装置からの受信許容電力量及び電力閾値に基づいて前記新規電力の生成可否を決定する、送信機。 - 前記受信許容電力量と前記新規電力の電力量差によって前記新規電力の生成可否を決定する、請求項15に記載の送信機。
- 前記受信許容電力量と前記新規電力のオーバーシュートピーク値の電力量差によって前記新規電力の生成可否を決定する、請求項15に記載の送信機。
- 前記オーバーシュートピーク値は前記電力変換器の現在出力電力から前記新規電力への増加量及び前記新規電力値のうち少なくとも一つに基づいて設定される、請求項17に記載の送信機。
- 前記電力値差が電力閾値を超える場合、前記新規電力の生成は中断される、請求項16又は17に記載の送信機。
- 前記制御器は、
前記電力変換器の駆動周波数、入力電圧及びデューティーサイクル(duty cycle)のうちいずれか一つを調節して前記電力量を制御する、請求項15に記載の送信機。 - 前記制御器は、
前記受信機からの電力増加要求信号と前記送信コイルの第1電流に基づいて第2電流を決定する第1演算部と、
線形積分微分型制御(proportional integral differential control;以下、PID制御)によって制御量を決定するPID制御部と、
前記制御量及び前回制御変数に基づいて今回制御変数を決定する第2演算部と、を含み、
前記今回制御変数に基づいて前記電力変換器を制御する、請求項15に記載の送信機。 - 送信機から第1電力を受信する受信コイルと、
前記送信機と通信する制御器と、を含み、
前記制御器は、前記第1電力と要求電力間の誤差に基づいて電力増加要求信号を送信し、
前記電力増加要求信号に応じて第2電力又は受信機検出(Ping)信号を受信する、受信機。 - 前記制御器は、前記受信コイルが前記第2電力を受信すれば、前記第2電力と前記要求電力間の誤差を判断する、請求項22に記載の受信機。
- 前記制御器は、
前記検出信号に対する応答信号を送信する、請求項22に記載の受信機。 - 前記応答信号を受信した前記送信機から既設定の電力を受信する、請求項24に記載の受信機。
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KR101775234B1 (ko) * | 2015-10-16 | 2017-09-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법. |
EP3346581B1 (en) * | 2017-01-04 | 2023-06-14 | LG Electronics Inc. | Wireless charger for mobile terminal in vehicle |
EP3493361B1 (en) | 2017-04-07 | 2023-04-26 | Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. | Wireless charging system, method, and device to be charged |
EP3462564A4 (en) * | 2017-04-07 | 2019-05-08 | Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. | WIRELESS LOADING SYSTEM, DEVICE AND METHOD AND DEVICE TO BE LOADED |
KR102391649B1 (ko) * | 2017-09-04 | 2022-04-27 | 현대자동차주식회사 | 이물질 검출 방법, 이를 이용하는 무선 전력전송 제어 장치 및 무선 전력전송 장치 |
US11437849B2 (en) | 2017-11-02 | 2022-09-06 | Lg Innotek Co., Ltd. | Wireless charging method and apparatus therefor |
US11456536B2 (en) * | 2019-03-29 | 2022-09-27 | Honeywell International Inc. | Resonant loop or antenna for wireless power transfer and secure communication |
CN110994813B (zh) * | 2019-11-14 | 2021-08-10 | 北京宇航系统工程研究所 | 一种传输距离动态变化下的无线供电功率控制系统及方法 |
CN112910112A (zh) * | 2019-11-19 | 2021-06-04 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 用于无线供电的方法及装置、无线供电系统 |
KR20220043707A (ko) * | 2020-09-29 | 2022-04-05 | 삼성전자주식회사 | 무선 충전 시스템을 위한 새로운 pwm 방식 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005143181A (ja) * | 2003-11-05 | 2005-06-02 | Seiko Epson Corp | 非接触電力伝送装置 |
WO2013094174A1 (ja) * | 2011-12-20 | 2013-06-27 | パナソニック株式会社 | 非接触給電装置および非接触電力伝送システム |
US20140306547A1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-10-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Power transmission device, power transmission method, and storage medium |
WO2015044943A1 (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-02 | Powermat Technologies Ltd. | System and method for increasing operational range of inductive power transmission |
WO2015072778A1 (ko) * | 2013-11-15 | 2015-05-21 | 주식회사 한림포스텍 | 동시 멀티 충전이 가능한 무선 전력 전송 장치 |
JP2015122954A (ja) * | 2011-02-21 | 2015-07-02 | ソニー株式会社 | 送電装置、および受電装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011223739A (ja) * | 2010-04-09 | 2011-11-04 | Sony Corp | 給電装置、受電装置、およびワイヤレス給電システム |
JP5508637B2 (ja) | 2010-09-02 | 2014-06-04 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 非接触電力転送装置の異常検出装置、およびそれを備える非接触送電装置、非接触受電装置および車両 |
JP5713714B2 (ja) | 2011-02-10 | 2015-05-07 | キヤノン株式会社 | 給電装置及び制御方法 |
KR101859191B1 (ko) | 2011-03-23 | 2018-05-18 | 삼성전자주식회사 | 무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 전송 및 수신 제어 방법 |
US9184802B2 (en) * | 2011-07-21 | 2015-11-10 | Lg Electronics Inc. | Communication of wireless power receiver through wireless power signal |
US9087638B2 (en) | 2011-12-13 | 2015-07-21 | Texas Instruments Incorporated | Wireless power system and method |
PL2867997T3 (pl) * | 2012-06-29 | 2017-08-31 | Koninklijke Philips N.V. | Bezprzewodowy indukcyjny przesył energii |
KR102099819B1 (ko) | 2012-07-09 | 2020-04-10 | 엘지전자 주식회사 | 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템 |
US9859755B2 (en) * | 2012-07-16 | 2018-01-02 | Qualcomm Incorporated | Device alignment and identification in inductive power transfer systems |
US9666357B2 (en) * | 2012-09-11 | 2017-05-30 | Qualcomm Incorporated | Apparatus system, and method for wirelessly receiving power using conductive structures |
KR101947980B1 (ko) * | 2012-09-12 | 2019-02-14 | 삼성전자주식회사 | 무선 전력 전송 장치 및 방법, 무선 전력 수신 장치 |
KR101601352B1 (ko) * | 2012-09-26 | 2016-03-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 무선전력 송신장치 및 그의 전력 제어 방법 |
US9667322B2 (en) * | 2012-12-28 | 2017-05-30 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Method and system for wireless power transfer calibration |
JP2014217081A (ja) | 2013-04-22 | 2014-11-17 | パナソニック株式会社 | 電子機器および非接触給電装置 |
JP2014220893A (ja) | 2013-05-07 | 2014-11-20 | 株式会社東芝 | 制御装置、無線電力伝送システムおよび無線電力伝送装置 |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005143181A (ja) * | 2003-11-05 | 2005-06-02 | Seiko Epson Corp | 非接触電力伝送装置 |
JP2015122954A (ja) * | 2011-02-21 | 2015-07-02 | ソニー株式会社 | 送電装置、および受電装置 |
WO2013094174A1 (ja) * | 2011-12-20 | 2013-06-27 | パナソニック株式会社 | 非接触給電装置および非接触電力伝送システム |
US20140306547A1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-10-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Power transmission device, power transmission method, and storage medium |
JP2014207791A (ja) * | 2013-04-12 | 2014-10-30 | キヤノン株式会社 | 送電装置、送電方法及びプログラム |
WO2015044943A1 (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-02 | Powermat Technologies Ltd. | System and method for increasing operational range of inductive power transmission |
WO2015072778A1 (ko) * | 2013-11-15 | 2015-05-21 | 주식회사 한림포스텍 | 동시 멀티 충전이 가능한 무선 전력 전송 장치 |
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