JP5745119B2 - 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

無線電力送信システムにおける異物検知装置及び方法 Download PDF

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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、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。
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、異物を検出する無線電力送信装置を提供する。前記装置は、無線電力受信装置に備えられた二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受信装置に送信する一次コアブロック、前記一次コアブロックに連結され、前記一次コアブロックが前記無線電力の送信に必要なＡＣ(ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ)信号を印加する電気駆動ユニット、及び前記電気駆動ユニットに連結され、前記ＡＣ信号を制御する制御信号を生成する制御ユニットを含む。
前記無線電力受信装置で外部負荷に連結される出力端子の初期電圧が基準電圧の範囲に属すると確認された場合、前記制御ユニットは、前記一次コアブロックで送信される初期送信電力を測定し、前記初期送信電力に基づいて異物検出を実行する。
本発明の他の態様によると、一次コアブロックを備えた無線電力送信装置による異物検出方法を提供する。前記方法は、無線電力の送信に必要なＡＣ信号を前記一次コアブロックに印加するステップ、無線電力受信装置に備えられた二次コアブロックと前記一次コアブロックを磁気誘導又は磁気共振により結合することによって電力信号(ｐｏｗｅｒ ｓｉｇｎａｌ)を前記無線電力受信装置に送信するステップ、前記無線電力受信装置で外部負荷に連結される出力端子の初期電圧が基準電圧の範囲に属するかどうかを確認するステップ、前記一次コアブロックで送信される初期送信電力を測定するステップ、及び前記初期送信電力に基づいて異物検出を実行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を提供する。前記装置は、無線電力送信装置に備えら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む。
本発明の他の態様によると、二次コアブロックを備えた無線電力受信装置による異物検出方法を提供する。前記方法は、無線電力送信装置に備えら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電力信号を前記無線電力送信装置から受信するステップ、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)を実行するステップ、前記無線電力受信装置の外部負荷に連結される出力端子の初期電圧を測定するステップ、及び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ステップを含む。
無線電力受信装置の初期設定完了状態、即ち、無線電力受信装置の出力がオフ(ｏｆｆ)状態で異物検知を実行することによって、異物検知に対する遅延時間を減らし、異物の発熱に対する危険を未然に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。 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。 本発明の一例に係る異物検出を実行する方法を説明するフローチャートである。 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。
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装置を示すブロック図である。
図２を参照すると、無線電力送信装置２００は、一次コイル２１０、電気駆動ユニット２２０、制御ユニット２３０、及び電流測定ユニット２４０を含む。
電気駆動ユニット２２０は、一次コイル２１０に連結され、電磁場を発生するために一次コイル２１０に電気駆動信号、例えば、ＡＣ信号を印加する。
制御ユニット２３０は、電気駆動ユニット２２０に連結され、一次コイル２１０が誘導磁場を発生させる時又は磁気共振を起こす時、必要な前記ＡＣ信号を制御する制御信号２３１を生成して電気駆動ユニット２２０に入力する。
制御ユニット２３０は、無線電力送信装置２００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２３０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たり、無線電力受信装置からパケットを受信したりすることができる。
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２３０は、デジタルピング(ｄｉｇｉｔａｌ ｐｉｎｇ)を実行し、制御ユニット２３０は、一次コイル２１０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２３１を電気駆動ユニット２２０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２３０は、無線電力送信装置２００の状態をＩＤ識別及び構成フェーズに遷移させる。
ＩＤ識別及び構成フェーズにおいて、制御ユニット２３０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２３０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。
異物検出フェーズにおいて、制御ユニット２３０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２００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２３１を電気駆動ユニット２２０に印加する。それに対して、異物が検出される場合、制御ユニット２３０は、制御信号２３１の印加を中断し、応急モード(ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｍｏｄｅ)に進入する。これによると、無線電力送信装置２００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前に、異物検出が実行される。即ち、無線電力送信装置２００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別に区分したが、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。
図３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３を参照すると、無線電力受信装置３００は、二次コイル３１０、整流ユニット３２０、及び制御ユニット３３０を含む。
整流ユニット３２０は、二次コイル３１０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３２０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３２０は、制御ユニット３３０と外部負荷３４０に電力を提供することができる。
制御ユニット３３０は、整流ユニット３２０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３１０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３３０は、無線電力受信装置３００の固有ＩＤを指示する識別パケットと無線電力受信装置３００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３３０は、外部負荷に連結される出力端子の初期電圧Ｖｉを測定することができる。初期電圧Ｖｉ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３３０で測定される電圧である。または、初期電圧Ｖｉ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Ｖｉ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３３０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３３０は、二次コイル３１０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３３０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。
図４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４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(Ｓ４００)。
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(Ｓ４０５)。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(Ｓ４１０)。
無線電力受信装置は、受信電力を測定する(Ｓ４１５)。このとき、初期電圧Ｖｉ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(Ｓ４２０)。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(Ｓ４２５)。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(Ｓ４３０)。
ステップＳ４３０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(Ｓ４３５)。ステップＳ４３０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Ｖｉがホールド状態であるかどうかを判断する(Ｓ４４０)。初期電圧Ｖｉ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Ｖｉ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、Ｖｉ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(Ｓ４３５)。もし、Ｖｉ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(Ｓ４４５)。
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(Ｓ４５０)。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２３０により実行される。
以下、無線電力送信装置が異物検出を実行する動作をさらに具体的に説明する。無線電力送信装置が異物検出を実行することは、無線電力送信装置の制御ユニット２３０が異物を検出することと同様であると解釈されることができる。
図５は、本発明の一例に係る異物検出を実行する方法を説明するフローチャートである。
図５を参照すると、無線電力送信装置は、無線電力受信装置から受信された異物状態パケットを確認する(Ｓ５００)。もし、受信されたパケットが異物状態パケットでない場合、無線電力送信装置は、正常充電を開始する。即ち、電力送信フェーズに進入する。
異物状態パケットを確認するために、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が異物状態パケットを指示するかどうかを確認する。例えば、ヘッダの値が０×００の場合、又はヘッダの値が０×０５であり、メッセージの値が０×００の場合、無線電力送信装置は、無線電力受信装置から受信されたパケットが異物状態パケットであることを確認することができる。
異物状態パケットは、初期電圧Ｖｉがホールド状態である時(又は、初期設定が完了した時)に無線電力受信装置から無線電力送信装置に送信されるため、初期設定完了(ｉｎｉｔｉａｌ ｓｅｔｔｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｔｅ)パケットとも呼ばれる。即ち、無線電力送信装置は、異物状態パケットを受信することで、無線電力受信装置が初期設定完了したことを知ることができる。または、無線電力送信装置は、異物状態パケットを受信することによって異物検出を開始するため、異物状態パケットは、異物確認要求パケットとも呼ばれる。
無線電力受信装置の初期設定が完了した状態で、無線電力送信装置は、異物検出フェーズに進入し、一次コイルで発生する初期送信電力Ｐｉを測定する(Ｓ５０５)。そして、無線電力送信装置は、初期送信電力Ｐｉと基準電力ＰＲと比較する(Ｓ５１０)。基準電力ＰＲ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に予め格納されている場合もあり、無線電力受信装置から受信する構成情報を介して後発的に取得する場合もある。
もし、初期送信電力Ｐｉが基準電力ＰＲより小さい又は同じ場合、無線電力送信装置は、異物が存在しないと決定する。即ち、無線電力送信装置は、異物を検出することができない(Ｓ５１５)。異物が検出されない場合、無線電力送信装置は、電力送信フェーズに進入する(Ｓ５３０)。
それに対して、初期送信電力Ｐｉが基準電力ＰＲより大きい場合、無線電力送信装置は、異物が存在すると決定する。即ち、無線電力送信装置は、異物を検出することができる(Ｓ５２０)。異物が検出される場合、無線電力送信装置は、応急モードに動作することができる(Ｓ５２５)。
ここで、基準電力ＰＲ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)及び無線電力の送信が開始される前の定常状態で、一次コイルを介して送信される電力であって、実験的に得られる値である。即ち、基準電力ＰＲは、異物がない環境及び無線電力受信装置の初期設定が完了した状態で、一次コイルを介して送信される電力を意味する。基準電力ＰＲは、無線電力送信装置内で自体的に消費される電力である。
無線電力送信装置と無線電力受信装置との間に金属などの異物が挿入されるようになると、たとえ、一次コイル２１０に基準ＡＣ信号が印加される前であるとしても、一次コイル２１０には一定の漏洩電流Ｉｌｅａｋａｇｅが流れるようになり、このとき、初期送信電力Ｐｉが送信される。これは本格的な電力送信フェーズに進入しない初期設定状態にも拘わらず、異物により一定の電力(Ｐｉ−ＰＲ)が持続的に消費されていることを意味する。したがって、無線電力送信装置は、初期送信電力Ｐｉと基準電力ＰＲ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。
もし、電力送信フェーズにおいて、無線電力送信装置が無線電力受信装置の受信電力対比送信電力の値に基づいて電力の損失を確認した後、異物を検知すると、このとき、無線電力送信装置と受信装置の試料別損失の偏差と充電位置による偏差によって異物検出の誤差が大きくなり、異物検出の遅延によって異物の発熱に対する危険が大きくなる。一それに対して、本実施例によると、無線電力受信装置の出力がオン(ｏｎ)する前である初期設定完了状態(即ち、無線電力受信装置の出力がオフ(ｏｆｆ)状態)で異物検知を実行することによって、異物検知に対する遅延時間を減らし、異物の発熱に対する危険を未然に防止することができる。
図６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６を参照すると、ステップＳ６００〜ステップＳ６３５は、ステップＳ４００〜ステップＳ４３５と同様である。
ただし、図４では無線電力送信装置が異物状態パケットを明示的に(ｅｘｐｌｉｃｉｔｌｙ)受信して(ステップＳ４４５)異物検出フェーズに進入するが、図６では無線電力送信装置が異物状態パケットを受信しなくても黙示的に(ｉｍｐｌｉｃｉｔｌｙ)異物検出フェーズに進入することができる。このような点で、図６の異物検出方法は、図４の異物検出方法と異なる。したがって、無線電力送信装置は、自体的に異物検出フェーズに進入した後、異物検出を実行することができる(Ｓ６４５)。これはＩＤ識別及び構成フェーズにおいて、無線電力送信装置が無線電力受信装置から識別パケット及び構成情報を受信することによって、異物検出フェーズへの進入が予測可能であるためである。
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 (20)

  1. 異物を検出する無線電力送信装置であって、
    無線電力受信装置に備えられた二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受信装置に送信する一次コアブロック、
    前記一次コアブロックに連結され、前記一次コアブロックが前記無線電力の送信に必要なＡＣ(ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ)信号を印加する電気駆動ユニット、及び、
    前記電気駆動ユニットに連結され、前記ＡＣ信号を制御する制御信号を生成する制御ユニット、を含み、
    前記無線電力受信装置で外部負荷に連結される出力端子の初期電圧が基準電圧の範囲に属すると確認された場合、前記制御ユニットは、前記一次コアブロックで送信される初期送信電力を測定し、前記初期送信電力に基づいて異物検出を実行し、
    前記初期電圧は、無線充電が開始される前の待機状態での前記出力端子の電圧であることを特徴とする、無線電力送信装置。
  2. 前記制御ユニットは、前記初期送信電力と、異物が存在しない環境で得られる基準電力と、を比較し、前記初期送信電力が前記基準電力より大きい場合、前記異物が検出されると決定することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力送信装置。
  3. 前記制御ユニットは、前記異物検出の開始を指示する異物状態パケットを前記無線電力受信装置から受信することによって、前記初期電圧が前記基準電圧の範囲に属するかどうかを確認することを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線電力送信装置。
  4. 前記初期電圧が前記基準電圧の範囲に属すると確認された場合、前記制御ユニットは、前記無線電力送信装置を異物検出フェーズに進入するように制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線電力送信装置。
  5. 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)を含み、前記ヘッダと前記メッセージは、各々、１バイト(ｂｙｔｅ)で構成され、前記ヘッダの値は、０×０５であり、前記メッセージの値は、０×００に設定され、異物状態パケットであることを指示することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線電力送信装置。
  6. 前記無線電力送信装置は、前記初期電圧が基準電圧範囲に存在する場合、前記初期電圧をホールド状態に設定し、異物状態パケットを前記無線電力送信装置に送信し、前記初期電圧が前記ホールド状態でない場合、電力制御パケットを前記無線電力送信装置に送信することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線電力送信装置。
  7. 一次コアブロックを備えた無線電力送信装置による異物検出方法であって、
    無線電力の送信に必要なＡＣ信号を前記一次コアブロックに印加するステップ、
    無線電力受信装置に備えられた二次コアブロックと前記一次コアブロックを磁気誘導又は磁気共振により結合することによって電力信号(ｐｏｗｅｒ ｓｉｇｎａｌ)を前記無線電力受信装置に送信するステップ、
    前記無線電力受信装置で外部負荷に連結される出力端子の初期電圧が基準電圧の範囲に属するかどうかを確認するステップ、
    前記一次コアブロックで送信される初期送信電力を測定するステップ、及び、
    前記初期送信電力に基づいて異物検出を実行するステップ、を含み、
    前記初期電圧は、無線充電が開始される前の待機状態での前記出力端子の電圧であることを特徴とする、異物検出方法。
  8. 前記異物検出を実行するステップは、前記初期送信電力と、異物が存在しない環境で得られる基準電力と、を比較するステップ、及び、前記初期送信電力が前記基準電力より大きい場合、前記異物が検出されると決定するステップ、を含むことを特徴とする、請求項７に記載の異物検出方法。
  9. 前記異物検出の開始を指示する異物状態パケットを前記無線電力受信装置から受信するステップをさらに含み、前記異物状態パケットに基づいて前記初期電圧が前記基準電圧の範囲に属するかどうかを確認することを特徴とする、請求項７又は８に記載の異物検出方法。
  10. 前記初期電圧が前記基準電圧の範囲に属すると確認された場合、前記無線電力送信装置は、異物検出フェーズに進入することを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の異物検出方法。
  11. 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)を含み、前記ヘッダと前記メッセージは、各々、１バイト(ｂｙｔｅ)で構成され、前記ヘッダの値は、０×０５であり、前記メッセージの値は、０×００に設定され、異物状態パケットであることを指示することを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の異物検出方法。
  12. 前記無線電力送信装置は、前記初期電圧が基準電圧範囲に存在する場合、前記初期電圧をホールド状態に設定し、異物状態パケットを前記無線電力送信装置に送信し、前記初期電圧が前記ホールド状態でない場合、電力制御パケットを前記無線電力送信装置に送信することを特徴とする、 請求項７〜１１のいずれか１項に記載の異物検出方法。
  13. 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備えら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、
    前記初期電圧は、無線充電が開始される前の待機状態での前記出力端子の電圧であることを特徴とする、無線電力受信装置。
  14. 前記制御ユニットは、前記異物検出フェーズで異物検出の開始を指示する異物状態パケットを生成し、前記異物状態パケットを前記無線電力送信装置に送信することを特徴とする、請求項１３に記載の無線電力受信装置。
  15. 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)を含み、前記ヘッダと前記メッセージは、各々、１バイト(ｂｙｔｅ)で構成され、前記ヘッダの値は、０×０５であり、前記メッセージの値は、０×００に設定され、異物状態パケットであることを指示することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の無線電力受信装置。
  16. 前記無線電力送信装置は、前記初期電圧が基準電圧範囲に存在する場合、前記初期電圧をホールド状態に設定し、異物状態パケットを前記無線電力送信装置に送信し、前記初期電圧が前記ホールド状態でない場合、電力制御パケットを前記無線電力送信装置に送信することを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の無線電力受信装置。
  17. 二次コアブロックを備えた無線電力受信装置による異物検出方法であって、
    無線電力送信装置に備えら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電力信号を前記無線電力送信装置から受信するステップ、
    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)を実行するステップ、
    前記無線電力受信装置の外部負荷に連結される出力端子の初期電圧を測定するステップ、及び、
    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ステップ、を含み、
    前記初期電圧は、無線充電が開始される前の待機状態での前記出力端子の電圧であることを特徴とする、異物検出方法。
  18. 前記異物検出フェーズで異物検出の開始を指示する異物状態パケットを生成するステップ、及び、前記異物状態パケットを前記無線電力送信装置に送信するステップ、をさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の異物検出方法。
  19. 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)を含み、前記ヘッダと前記メッセージは、各々、１バイト(ｂｙｔｅ)で構成され、前記ヘッダの値は、０×０５であり、前記メッセージの値は、０×００に設定され、異物状態パケットであることを指示することを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の異物検出方法。
  20. 前記無線電力送信装置は、前記初期電圧が基準電圧範囲に存在する場合、前記初期電圧をホールド状態に設定し、異物状態パケットを前記無線電力送信装置に送信し、前記初期電圧が前記ホールド状態でない場合、電力制御パケットを前記無線電力送信装置に送信することを特徴とする、 請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の異物検出方法。
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