JP5611383B2 - 近距離の無線電力受信装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は無線充電システムに関し、より詳しくは一つの無線電力伝送装置に近接されるように位置する多数の無線電力受信装置が充電されるように構成されることで、多数の無線電力受信装置の全体の充電時間が節約されるようにする近距離の無線電力伝送システムに関するものである。

一般的に携帯電話、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ＤＭＢ端末機、ＭＰ３またはノート・パソコンのようなポータブル装置は一般家庭の電源を利用することができず、使い捨てバッテリーを装着したり、充放電の可能なバッテリーが装着される。

しかし、このようなポータブル装置のバッテリーに電気を充電させるための充電器は、一般電源から電気の供給を受けてバッテリーに電源供給端子を通じてバッテリーパックに電源を供給する端子供給方式が利用されている。しかし、このような端子供給方式で電源を供給すると、充電器とバッテリーがお互いに結合されるとか分離する場合、両側の端子がお互いに違う電位差を持っていて瞬間放電現象が発生する。こういうわけで両側の端子には、ますます異物が積もるようになって、これにより火災が発生するおそれがある。また、湿気がついて自然放電するなど、充電器及びバッテリーの寿命及び性能を低下させる問題点がある。

このような端子供給方式の問題点を解決するために、無接点充電器が開発された。すなわち、このような従来技術による無接点充電器は、無接点充電器の１次コイルの上部へ、充電しようとするバッテリーが内在した端末機を位置させれば、バッテリーの２次コイルによって充電される。すなわち、１次コイルで発生される磁場によって２次コイルでは誘導起電力から誘導される電気を充電するのである。

しかし、このような従来の無接点充電器は、ただポータブル端末機に電力を供給するだけで、他の有用な用途で利用することができなくて実用性に制限がある。

さらに、１次コイルで発生する磁場に対して金属が置かれると、１次コイルでは電力の損失が相当大きく、無接点充電器が破損されるなどの問題点が発生するおそれがある。

大韓民国登録特許第０７５１６３５号公報 大韓民国登録特許第０８１９６０４号公報 大韓民国登録特許第０６４３９４１号公報 大韓民国登録特許第０５６６２２０号公報

前述のような問題点を解消するための本発明は、一つの無線電力伝送装置に近接されるように位置する多数の無線電力受信装置が充電されるように構成されることで、多数の無線電力受信装置の全体の充電時間が節約されるようにする目的がある。

また、多数の無線電力受信装置が、皆、満充電の状態になれば、無線電力伝送装置は初期のパルス信号を発信するスタンバイモード段階に転換されて、電力の損失を最小化しながら充電効率が高くなるようにする目的がある。

前述のような目的を果たすための本発明による近距離の無線電力伝送システムは、一つまたは複数個の無線電力受信装置に電源が充電されるように電力信号を無線で発信する無線電力伝送装置が含まれたマルチ無線充電システムＡにおいて、前記無線電力伝送装置は前記無線電力受信装置で１次側充電コアで発信される共鳴信号を通じて電力信号を送るようにするための共振型コンバータ部及びメイン制御部を内在する電力伝送装置ケースが外体を成して、前記メイン制御部の制御信号によって共振型コンバータ部に変換された電力信号が伝送されるようにする出力信号変換モジュールが具備されて、前記１次側充電コアを通じて前記無線電力受信装置から伝送される信号を処理して、前記メイン制御部に送る受信信号処理モジュールが具備されることを特徴とする。

ここに、前記共振型コンバータ部は、Ｒ−Ｌ−Ｃ直並列の共振型コンバータを備えることができる。

また、電力伝送装置のケースに、前面に電源のオン／オフのスイッチ、信号入力のための入力パネルが具備されて、前記無線電力受信装置の充電状態を表示して無線電力伝送装置の異常の有無に対する状態を表示するディスプレーパネルが具備されて、電源供給部が内在して具備されることができる。

そして、前記メイン制御部は、電源供給部と繋がれてマルチ無線電力伝送装置の電源を供給する電源供給ブロックと、ディスプレーパネルに状態を表示するための表示信号を出力する信号出力ブロックと、前記出力信号変換モジュールと繋がれて前記１次側充電コアで発信される電力信号を送る出力信号処理ブロックと、前記無線電力受信装置の伝送信号を処理する受信信号処理モジュールから伝送される信号を処理する受信信号処理ブロックと、前記電源供給ブロック、前記信号出力ブロック、前記ゲート出力信号処理ブロック、前記受信信号処理ブロックを制御する主コントローラーと、を備えることができる。

さらに、前記無線電力受信装置は前記無線電力伝送装置の１次側充電コアと対応して磁場の共鳴で電力信号が受信されるようにする２次側充電コアと、前記２次側充電コアと繋がれて受信された電力信号を変換する受信電力信号変換モジュールと、前記受信電力信号変換モジュールと繋がれてバッテリーセルに電源が充電されるようにする充電回路ブロックと、前記充電回路ブロックと前記バッテリーセルの間に備えられて前記バッテリーセルに充電される電流を検出して前記バッテリーセルの充電状態の情報を無線器機制御モジュールに送る保護回路ブロックと、前記無線器機制御モジュールに電源を供給するように備えられる定電圧レギュレーターブロックと、前記受信電力信号変換モジュール、前記充電回路ブロック、前記保護回路ブロック、前記定電圧レギュレーターブロックを制御する無線器機制御モジュールと、を備えることができる。

前述のように具備される本発明は一つの無線電力伝送装置に近接するように位置する多数の無線電力受信装置が充電されるように構成されることで、多数の無線電力受信装置の全体の充電時間が節約されるようにする効果がある。

また、多数の無線電力受信装置が、皆、満充電の状態になれば、無線電力伝送装置は初期のパルス信号を発信するスタンバイモード段階に転換されて、電力損失を最小化しながら充電効率が高くなるようにする効果がある。

本発明による無線充電システムに対する実施例を示す図である。 本発明による無線電力伝送装置に対するブロック図である。 本発明による無線電力受信装置に対するブロック図である。 本発明による無線充電システムの制御方法に対する制御ブロック図である。

以下、添付図面を参照して詳しく説明すれば、次のようである。

図１は本発明による無線充電システムに対する実施例を示す図、図２は本発明による無線電力伝送装置に対するブロック図、図３は本発明による無線電力受信装置に対するブロック図、そして図４は本発明による無線充電システムの制御方法に対する制御ブロック図である。

すなわち、本発明による無線充電システムＡは、図１〜図４に示されるように、無線で近距離に位置する一つまたは複数個の無線電力受信装置３０に電源が充電されるように電力信号を発信する無線電力伝送装置１０が具備されるのである。

ここに、前記無線電力伝送装置１０は、前記無線電力受信装置３０に１次側充電コア１３を通じて電力信号を送るための共振型コンバータ部２３及びメイン制御部２１を内在する電力伝送装置ケース１１が外体を成して、前記メイン制御部２１の制御信号によって共振型コンバータ部２３に変換された電力信号を伝送するようにする出力信号変換モジュール２２が具備されて、前記1次側充電コア１３を通じて前記無線電力受信装置３０から伝送される信号を処理して、前記メイン制御部２１に送る受信信号処理モジュール２４が具備されるのである。

特に、前記共振型コンバータ部２３は、Ｒ−Ｌ−Ｃ直並列の共振型コンバータを具備することで、このように具備される共振型コンバータ部２３及び１次側充電コア１３によって、図１のように電磁気の共鳴による磁場が発生される。そして、無線電力伝送装置１０の近傍にある無線電力受信装置３０に電力信号が伝送されるように具備されるのである。

また、無線電力伝送装置１０の前記電力伝送装置ケース１１は、前面に電源のオン／オフのスイッチ、信号入力のための入力パネルが具備されて、前記無線電力受信装置３０の充電状態を表示して無線電力伝送装置１０の異常の有無に対する状態を表示するディスプレーパネル１４が具備されて、電源供給部２５が内在されている。したがって、使用者は無線電力伝送装置１０を利用するとき、ディスプレーパネル１４に表示される内容によって無線充電システムＡを利用することができるのである。

このような無線電力伝送装置１０の前記メイン制御部２１は、電源供給部２５と繋がれてマルチ無線電力伝送装置１０の電源を供給する電源供給ブロック２１１、ディスプレーパネル１４に状態を表示するための表示信号を出力する信号出力ブロック２１２と、前記出力信号変換モジュール２２と繋がれて前記１次側充電コア１３で発信される電力信号を送る出力信号処理ブロック２１３と、前記無線電力受信装置３０の伝送信号を処理する受信信号処理モジュール２４から伝送される信号を処理する受信信号処理ブロック２１４と、前記電源供給ブロック２１１、前記信号出力ブロック２１２、前記ゲート出力信号処理ブロック２１３、前記受信信号処理ブロック２１４を制御する主コントローラー２１０と、を備えるのである。

また、前記無線電力受信装置３０は、前記無線電力伝送装置１０の１次側充電コア１３と対応して磁場の共鳴で電力信号が受信されるようにする２次側充電コア３２と、前記２次側充電コア３２と繋がれて受信された電力信号を変換する受信電力信号変換モジュール３３と、前記受信電力信号変換モジュール３３と繋がれてバッテリーセル３５で電源が充電されるようにする充電回路ブロック３６と、前記充電回路ブロック３６と前記バッテリーセル３５の間に具備されて前記バッテリーセル３５に充電される電流を検出して前記バッテリーセル３５の充電状態情報を無線器機制御モジュール３９に送る保護回路ブロック３７と、前記無線器機制御モジュール３９に電源を供給するように具備される定電圧レギュレーターブロック３８と、前記受信電力信号変換モジュール３３、前記充電回路ブロック３６、前記保護回路ブロック３７、前記定電圧レギュレーターブロック３８を制御する無線器機制御モジュール３９と、を備えるのである。

このような無線電力受信装置３０では、携帯電話、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ＤＭＢ端末機、ＭＰ３またはノート・パソコンのようなポータブル無線器機が具備されることができる。

このように具備される無線充電システムＡを利用すれば、無線電力受信装置３０が無線電力伝送装置１０から数メートルの距離に離れていても、１次側充電コア１３から発信される電場、磁場による共鳴信号で電力信号が無線電力受信装置３０の２次側充電コア３２に伝送されるのである。

ここに、電場、磁場による共鳴信号である電力信号を受信するための無線電力受信装置３０の２次側充電コア３２は二酸化チタンＴｉＯ₂（誘電率９６）、テトラチタン酸バリウムＢａＴｉ₄Ｏ₉（誘電率３７）、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ₃（誘電率４０）などの素材を構成することができる。

これは、共鳴信号に対する電力受信のアンテナにあたる２次側充電コア３２が誘電率による損失が少ないことを利用することが好ましいのである。

このように具備される本発明による無線充電システムＡは、電場、磁場による共鳴信号で電力信号を一つまたは複数個の無線電力受信装置３０側へ送ることで、電力信号を発信する無線電力伝送装置１０で一定の共鳴信号を発信しても電力信号を受信する無線電力受信装置３０の数が増加したり、減少しても充電作用が可能だという長所がある。

しかし、無線で充電作用をする無線電力受信装置３０が一つもない、あるいは無線電力受信装置３０が初めて近接して充電作用を始めるとか、または一つまたは複数個の無線電力受信装置３０での充電作用が満充電で終わるなどの変動状況が発生すれば、これに対する情報データが無線電力伝送装置１０側に伝送されるようにして、またこのような変動状況に対するデータの情報を無線電力伝送装置１０で受信するようになれば、それによる作動をするように構成されなければならない。

すなわち、このような充電制御方法は、図４のように、無線電力伝送装置１０と近接されている無線電力受信装置３０がない場合、充電作動をしない状態になることで、このような待期状態であるスタンバイモード段階Ｓ０１では一定周期のパルス信号を発信して、数メートル位の位置に無線電力受信装置３０が近接されたのかを探索するようになる。ここに、数メートル以内に無線電力受信装置３０が近接されることを感知するようになれば、以後に充電電力を送るようになる。

これに先立ち、近接してくる物体が、正常に充電作動をする無線電力受信装置３０であるか否かを判別する物体感知段階Ｓ０２を遂行する。

すなわち、スタンバイモード段階Ｓ０１ではパルス信号とともに無線電力受信装置３０の固有ＩＤデータ信号を回答信号で要請する信号を発信するようになる。したがって、このような要請信号に対して無線電力受信装置３０から正常な固有ＩＤデータ信号が受信されるか否かで、異物なのかそれとも正常充電作動をする無線電力受信装置３０なのかを判別する固有ＩＤ判別段階Ｓ０３を遂行するようになる。

また、正常な無線電力受信装置３０と判別される場合には、該当の無線電力受信装置３０にあたる固有ＩＤが正しいか否かを判別して、正常固有ＩＤの場合には充電作動をするようになる（電力伝送段階Ｓ０４）。

このような電力伝送段階Ｓ０４中には初期の信号で、該当の無線電力受信装置３０側に固有のコードをともに送ることもできる。これは多くの無線電力受信装置３０が同時に無線で電力信号を受信して充電作動するようになる場合、各無線電力受信装置３０別に充電量の情報及び器機状態の位などを個別的に受信するためである。また、このような該当の無線電力受信装置３０の固有のコードに代えて、該当の無線電力受信装置３０の固有ＩＤに対するデータ値をコード値にして送受信することもできる。

したがって、複数個の無線電力受信装置３０が同時に充電作動をするようになる場合には、個別の無線電力受信装置３０別に充電量の情報及び器機状態の情報などを送るようになって、充電の段階別で充電量を調節するように具備されることができる（充電調節段階Ｓ０５）。

このような充電量の情報によって、該当の無線電力受信装置３０が満充電される場合には該当の無線電力受信装置３０でばかり受信される電力信号を受信しても充電作動が止められるように制御するようになる。

以後のすべての無線電力受信装置３０での充電量が満充電になる場合には、無線電力伝送装置１０での電力伝送作動を止めるようにする満充電状態段階Ｓ０６を遂行するようになる。

そして、無線充電システムＡでの充電作動を停止するようになることで、無線電力伝送装置１０ではまた充電するようになる他の無線電力受信装置３０の近接を感知するためにスタンバイモードに転換されてパルス信号をずっと発信するようになるのである。

上述のとおりに、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって、特許請求範囲に記載した本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正または変形して実施することができる。

Ａ…無線充電システム、
１０…マルチ無線電力伝送装置、１１…電力伝送装置ケース、１３…１次側充電コア、１４…ディスプレーパネル、
２１…メイン制御部、２１０…主コントローラー、２１１…電源供給ブロック、２１２…信号出力ブロック、２１３…出力信号処理ブロック、２１４…受信信号処理ブロック、２１５…、２２…出力信号変換モジュール、２３…共振型コンバータ部、２４…受信信号処理モジュール、２５…電源供給部、
３０…無線電力受信装置、３２…２次側充電コア、３３…受信電力信号変換モジュール、３４…、３５…バッテリーセル、３６…充電回路ブロック、３７…保護回路ブロック、３８…定電圧レギュレーターブロック、３９…無線器機制御モジュール

Claims (8)

1. 無線電力伝送装置が一つまたは複数の無線電力受信装置を充電可能である無線充電システムにおける無線電力受信装置であって、
   前記無線電力伝送装置の１次側充電コアと対応して磁場の共鳴によりパルス信号と要請信号と電力信号とを受信する２次側充電コアと、
   前記２次側充電コアと接続され、受信した電力信号を変換する受信電力信号変換モジュールと、
   前記受信電力信号変換モジュールと接続され、バッテリーセルを充電する充電回路ブロックと、
   前記バッテリーセルに充電される電流を検出し、前記バッテリーセルの充電状態の情報を無線器機制御モジュールに送る保護回路ブロックと、
   前記受信電力信号変換モジュール、前記充電回路ブロック、及び前記保護回路ブロックを制御する無線器機制御モジュールと、
   を備え、前記パルス信号は、前記無線電力伝送装置にいずれかの無線電力受信装置が近接したかどうかを検出するための信号であり、前記要請信号は、前記無線電力受信装置が、正常充電動作を行う無線電力受信装置であるか異物であるかを識別するための信号であり、前記２次側充電コアは、前記要請信号の受信に応じて前記無線電力受信装置の固有ＩＤを送信し、前記固有ＩＤに従って送信される共鳴信号である前記電力信号を受信することを特徴とする、無線電力受信装置。
2. 前記無線電力伝送装置に近接する、初めて充電を開始する、及び充電を完了する、の少なくともいずれかの条件に基づき、充電に関する情報を送信することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
3. 複数の充電される無線電力受信装置が同時に存在する場合、各無線電力受信装置は個別に自装置の充電量の情報及び状態情報を送信する、請求項１又は２に記載の無線電力受信装置。
4. 前記２次側充電コアは、前記充電量の情報及び状態情報に基づき調節された電力信号を受信する、請求項３に記載の無線電力受信装置。
5. 無線電力伝送装置が一つまたは複数の無線電力受信装置を充電可能である無線充電システムにおける無線電力受信装置の無線電力受信方法であって、
   前記無線電力伝送装置の１次側充電コアに対応する２次側充電コアにより、前記無線電力伝送装置から磁場の共鳴によりパルス信号を受信し、
   前記無線電力受信装置が、正常充電動作を行う無線電力受信装置であるか異物であるかを識別するための前記無線電力受信装置の固有ＩＤを要請する要請信号を受信し、
   前記要請信号の受信に応じて前記固有ＩＤを送信し、
   前記固有ＩＤに従って送信される共鳴信号である電力信号を受信し、
   前記電力信号を変換し、
   変換した前記電力信号によりバッテリーセルを充電し、
   前記バッテリーセルに充電される電流を検出し、
   前記バッテリーセルの充電状態を送信すること
   を含み、前記パルス信号は、 前記無線電力伝送装置にいずれかの無線電力受信装置が近接したかどうかを検出するための信号である、方法。
6. 前記無線電力伝送装置に近接する、初めて充電を開始する、及び充電を完了する、の少なくともいずれかの条件に基づき、前記無線電力受信装置が前記無線電力伝送装置に充電に関する情報を送信することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 複数の充電される無線電力受信装置が同時に存在する場合、各無線電力受信装置が自装置の充電量の情報及び状態情報を個別に送信する、請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記充電量の情報及び状態情報に基づき調節された電力信号を受信することをさらに含む、請求項７に記載の方法。