JP5771517B2 - 無線電力及びデータ送受信装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線電力及びデータを同時に送受信する装置及び方法に関する。

無線電力送信に対する研究は、携帯機器を含む様々な電気機器の爆発的な増加に伴う有線電力供給の不便及び既存のバッテリ容量の限界などを克服するために始まった。その中でも近距離無線電力送信に対する研究が主に行われている。

近距離無線電力送信とは、動作周波数で波長の長さに比べて送受信コイル間の距離が十分小さい場合を意味する。近距離無線電力送信の動作原理は、与えられた動作周波数で送信コイルによって磁場を生成し、生成された磁場に貯蔵されたエネルギーを受信コイルに誘導電流を生成して送信する。無線電力送信技術のいずれか１つはＲＦ素子の共振特性を用いる。共振特性を用いる無線電力送信システムは、電力を供給するソース及び電力の供給を受けるターゲットを含んでもよい。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電力入出力部と分離された送信部及び受信部を用いることによって、動作環境の変化に関係なく送信効率を維持する無線電力及びデータの送受信装置及び方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、１つ以上のキャパシタに充電される電力量の制御を通した変復調方式を用いることによって、無線電力と同時にデータを送受信する装置及び方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、無線電力及びデータ送信装置と無線電力及びデータ受信装置との間で無線電力及びデータを同時に送受信する装置及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力及びデータ送信装置は、１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第１データを変調する変調部と、前記１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミングと、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び前記変調された第１データをソース共振器に送信する送信タイミングとに応じて前記１つ以上のキャパシタに対応する１つ以上のスイッチを制御するスイッチ制御部と、前記充電された電力及び前記変調された第１データを前記ソース共振器によって送信する送信部と、を備える。

また、無線電力及びデータ送信装置は、電源供給装置から電力が入力されて前記１つ以上のキャパシタを充電する電力入力部を更に備えてもよい。

前記電力入力部は、ＤＣ電源供給装置又はＡＣ電源供給装置から電力が入力されて前記１つ以上のキャパシタを充電してもよい。

また、無線電力及びデータ送信装置は、前記ソース共振器によって前記送信タイミングの間にターゲット共振器から変調された第２データを受信する受信部を更に備えてもよい。

また、無線電力及びデータ送信装置は、前記送信タイミングが前記充電タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて前記変調された第２データを復調する復調部を更に備えてもよい。

前記変調部は、前記電力量をＮ個のレベルに量子化して前記第１データを変調してもよい。

前記スイッチ制御部は、１つのキャパシタを基準にして前記充電タイミングと前記送信タイミングとが重複しないように前記１つ以上のスイッチを制御してもよい。

前記スイッチ制御部は、充電された１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応する前記１つ以上のスイッチを前記送信タイミングに応じて一定時間の間隔で制御し、前記充電された電力及び前記変調された第１データを前記ソース共振器に送信してもよい。

前記送信タイミングは、充電された１つ以上のキャパシタに１つ以上のスイッチが接続されるために必要な第１マージン時間と、前記１つ以上のキャパシタに充電された前記無線電力及び前記変調された第１データを送信するために必要な送信時間と、前記送信時間の経過後、前記１つ以上のキャパシタに接続された前記１つ以上のスイッチを開放するために必要な第２マージン時間と、を含んでもよい。

前記復調部は、前記電力量をＭ個のレベルに量子化して、前記変調された第２データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調してもよい。

また、無線電力及びデータ送信装置は、前記送信タイミングが前記充電タイミングに転換される時点で、前記並列キャパシタの電圧を検出する検出部を更に備え、前記復調部は、前記検出された電圧に基づいて前記変調された第２データを復調してもよい。

前記１つ以上のキャパシタは並列に配置されてもよい。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力及びデータ受信装置は、ターゲット共振器によって無線電力及び変調された第１データを受信して１つ以上のキャパシタを充電する受信部と、前記１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミングと、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信する送信タイミングとに応じて前記１つ以上のキャパシタに対応する１つ以上のスイッチを制御するスイッチ制御部と、前記充電タイミングが前記送信タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて前記変調された第１データを復調する復調部と、を備える。

また、無線電力及びデータ受信装置は、前記１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第２データを変調する変調部を更に備えてもよい。

また、無線電力及びデータ受信装置は、前記ターゲット共振器によって前記充電タイミングの間にソース共振器に前記変調された第２データを送信する送信部を更に備えてもよい。

また、無線電力及びデータ受信装置は、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び前記復調された第１データをターゲットデバイスに送信する電力出力部を更に備えてもよい。

前記変調部は、前記電力量をＭ個のレベルに量子化して前記第２データを変調してもよい。

前記スイッチ制御部は、１つのキャパシタを基準にして前記充電タイミングと前記送信タイミングとが重複しないように前記１つ以上のスイッチを制御してもよい。

前記スイッチ制御部は、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力を検出して前記充電タイミング及び前記送信タイミングを制御してもよい。

前記スイッチ制御部は、前記１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応する前記１つ以上のスイッチを前記充電タイミングに応じて一定時間の間隔で制御し、前記変調された第２データを前記ターゲット共振器に送信してもよい。

前記充電タイミングは、前記１つ以上のキャパシタに前記１つ以上のスイッチが接続されるために必要な第１マージン時間と、前記１つ以上のキャパシタに前記無線電力及び前記変調された第１データを受信するために必要な受信時間と、前記受信時間の経過後、前記１つ以上のキャパシタに接続された前記１つ以上のスイッチを開放するために必要な第２マージン時間と、を含んでもよい。

前記復調部は、前記電力量をＮ個のレベルに量子化して、前記変調された第１データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調してもよい。

また、無線電力及びデータ受信装置は、前記充電タイミングが前記送信タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタの電圧を検出する検出部を更に備え、前記復調部は、前記検出された電圧に基づいて前記変調された第１データを復調してもよい。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力及びデータ送信方法は、１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第１データを変調するステップと、前記１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミングと、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び前記変調された第１データをソース共振器に送信する送信タイミングとに応じて前記１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応する１つ以上のスイッチを制御するステップと、前記充電された電力及び前記変調された第１データを前記ソース共振器によって送信するステップと、を有する。

また、無線電力及びデータ送信方法は、電源供給装置から電力が入力されて前記１つ以上のキャパシタを充電するステップを更に含んでもよい。

また、無線電力及びデータ送信方法は、前記ソース共振器によって前記送信タイミングの間にターゲット共振器から変調された第２データを受信するステップを更に含んでもよい。

また、無線電力及びデータ送信方法は、前記送信タイミングが前記充電タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて前記変調された第２データを復調するステップを更に含んでもよい。

前記第１データを変調するステップは、前記電力量をＮ個のレベルに量子化して前記第１データを変調してもよい。

前記変調された第２データを復調するステップは、前記電力量をＭ個のレベルに量子化して、前記変調された第２データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調してもよい。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力及びデータ受信方法は、ターゲット共振器によって無線電力及び変調された第１データを受信して１つ以上のキャパシタを充電するステップと、前記１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミングと、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信する送信タイミングとに応じて前記１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応する１つ以上のスイッチを制御するステップと、前記充電タイミングが前記送信タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて前記変調された第１データを復調するステップと、を有する。

また、無線電力及びデータ受信方法は、前記１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第２データを変調するステップを更に含んでもよい。

また、無線電力及びデータ受信方法は、前記ターゲット共振器によって前記充電タイミングの間にソース共振器に前記変調された第２データを送信するステップを更に含んでもよい。

また、無線電力及びデータ受信方法は、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び前記復調された第１データをターゲットデバイスに送信するステップを更に含んでもよい。

前記第２データを変調するステップは、前記電力量をＭ個のレベルに量子化して前記第２データを変調してもよい。

前記変調された第１データを復調するステップは、前記電力量をＮ個のレベルに量子化して、前記変調された第１データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調してもよい。

本発明の無線電力及びデータの送受信装置及び方法によれば、電力入出力部と分離された送信部及び受信部を用いることによって、動作環境の変化に応じて送信効率を向上させるために求められる共振周波数の整合過程が省略できる。

また、並列キャパシタに充電される電力量の制御を通した変復調方式を用いることによって、無線電力送信と同時にデータを送信することができる。従って、電力送信区間とデータ送信区間とを区別する必要がないため時間的に効率を向上させることができる。

また、データ送信のために別の追加的な構成が求められないため電力の消費量を減らすことができる。

また、無線電力及びデータ送信装置と無線電力及びデータ受信装置との間にデータの送受信を同時に行うことができる。即ち、両方向通信が可能である。従って、両方向通信を介してデータの送受信効率を高めることができ、媒体接続の制御を行う必要がない。

また、並列キャパシタに充電される電力量の量子化レベル数を増加させることによってデータ送信率の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送受信システムの等価回路を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送信装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による無線電力及びデータ受信装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送信装置の変調過程を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力及びデータ受信装置の変調過程を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送受信システムにおける双方向通信過程を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送受信システムにおけるデータの送信及び受信過程を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送信方法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及びデータ受信方法のフローチャートである。

以下、本発明の無線電力及びデータの送受信装置及び方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

無線電力送信システムは、ソース及びターゲットから構成されるソース・ターゲット構造である。即ち、無線電力送信システムは、ソースに該当する無線電力送信装置及びターゲットに該当する無線電力受信装置を備える。

無線電力送信システムにおいて、一般的に情報を送受信する方法として次の２種類がある。

第１の方法として、負荷を用いる変調方法である。この方法は無線電力を送信する過程において、無線電力送信装置及び無線電力受信装置のインピーダンスを調整し、調整されたインピーダンスによる電圧変化量を検出して情報を送受信する。例えば、無線電力受信装置から無線電力送信装置に情報を送信したい場合、無線電力受信装置は負荷インピーダンスを調整し、無線電力送信装置は送信コイルに印加される電圧を検出する。負荷インピーダンスの変化に応じて送信コイルに印加される電圧の量が変化するため、無線電力送信装置は電圧変化量を検出して情報を受信することができる。

第２の方法として、伝統的な無線情報送信方法である。即ち、無線通信に用いられる情報送信方式を用いる方法である。無線電力送信システムも一種の無線通信チャネルを用いて電力を送信すると見てもよい。従って、無線電力送信システムは、無線電力送信とは別に無線通信チャネルを用いて情報を送信することができる。無線電力送信システムは、既に広く用いられている周波数変調（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、振幅変調（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、位相変調（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの変調方式を様々に用いることができる。しかし、無線電力を送信する周波数と情報を送信する周波数とが同一であるため、無線電力送信区間と情報送信区間とを時間的に区別しなければならない。また、情報の送信のために無線電力送信装置及び無線電力受信装置には別の電力が必要である。

上記の２種類の方法は、無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に接続された回路に適用される送受信方法である。

無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に接続された回路は、無線電力の送信効率を向上するためには考慮しなければならない事項がある。

無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に接続された回路は、送信効率を向上するために動作環境の変化（例えば、共振器間の距離、ターゲットの変化）に応じて周波数整合、インピーダンスマッチング、及び高い効率の電力増幅器と整流器が必要である。

従って、本実施形態による無線電力及びデータ送受信システムは、インピーダンスマッチングなどの制約から自由な、無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に分離された回路を考慮する。

無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に分離された回路において、従来の情報を送受信する方法はその使用が制限される。負荷インピーダンスを調整する方法を用いる場合には電力送信の効率が急激に減少する。その理由は、送信コイルと受信コイルとの間には高いＱ（Ｑ ｆａｃｔｏｒ）値で整合が形成されるため、負荷インピーダンスの変更に伴う若干のインピーダンスミスマッチングでも電力送信の効率が急激に減少する。伝統的な無線情報送信方法は、無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に接続された場合を仮定して開発された方法であるためこれを実現できない。

従って、本実施形態による無線電力及びデータ送受信システムは、無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に分離された場合に情報を送受信する方法を提供する。

本実施形態による無線電力及びデータ送受信システムは、無線電力送信、或いは無線電力と無線データの同時送信を必要とする様々なシステムに応用することができる。携帯電話の無線充電又は無線ＴＶなどが代表的な例として挙げられる。また、バイオヘルスケア（ｂｉｏ ｈｅａｌｔｈ ｃａｒｅ）分野に応用可能であり、人体に挿入されたデバイスに遠隔で電力送信を行ったり、心拍数の測定のための包帯タイプのデバイスに無線で電力を送信したりするために応用してもよい。無線電力及びデータ送受信システムは、無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の制御情報の交換のために用いることもできる。

また、本実施形態による無線電力及びデータ送受信システムは、電源ソースのない情報格納装置の情報入出力に応用することもできる。本実施形態による無線電力送信システムは、情報格納装置に遠隔で装置の駆動を可能にする電力供給を行うと同時に、無線で格納装置に格納された情報を呼び出すシステムに応用することもできる。

図１は、本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送受信システムの等価回路を示す図である。

図１に示すように、無線電力及びデータ送受信システムの等価回路は、電力入出力部と送受信端とが分離された回路（Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＲＩＳ）で表すことができる。

図１の例として、電力入出力部と送受信端とが分離された回路は、電力入力部１１０、第１スイッチ制御部１２０、送信部１３０、受信部１４０、第２スイッチ制御部１５０、及び電力出力部１６０を備える。

電力入力部１１０は、電源ソースＶ_ｉｎから電力が入力されて１つ以上のキャパシタ（図１には並列キャパシタが図示されている）を充電する。電力入力部１１０は、電源ソースＶ_ｉｎ、内部抵抗Ｒ_ｉｎ、及び１つ以上のキャパシタＣ_１、１、…、Ｃ_１、ｎを含む。複数のキャパシタが含まれる場合に並列に配置される。キャパシタは直列に配置されてもよく、並列及び直列の組合せで配置されてもよい。

このとき、１つ以上のキャパシタＣ_１、１、…、Ｃ_１、ｎのそれぞれは第１スイッチ制御部１２０のスイッチ制御に応じて電力入力部１１０に接続される。

第１スイッチ制御部１２０は、１つ以上のキャパシタに対応する１つ以上のスイッチ（又は、スイッチング要素）を制御する。また、各キャパシタに接続されるスイッチを個別に制御するように構成してもよい。スイッチ又はスイッチ要素は、様々な電気機械式スイッチ又は電気式スイッチを含んでもよい。例えば、電気機械式スイッチには、コンタクトスイッチ、トグルスイッチ、ナイフスイッチ、チルトスイッチなどがある。電気式スイッチには、ソレノイド、リレー、又はトランジスタスイッチのようなソリッド状態要素、シリコン制御整流器、又はトライアック（ｔｒｉａｃ）などがある。勿論、他の種類のスイッチも使用可能である。他の実施例として、スイッチは電流の流れを許したり防いだりするためにそれぞれオン又はオフの状態を選択するよう構成してもよい。従って、スイッチは、１つ以上のキャパシタが充電又は放電されるように電気的な接続を制御する。例えば、スイッチコントローラは、選択的に（ｉ）１つ以上のキャパシタを充電し、（ｉｉ）充電された１つ以上のキャパシタから電力を放電させるように構成する。

例えば、第１スイッチ制御部１２０でスイッチ１２１、１２５がオンされると、１つ以上のキャパシタＣ_１、１、…、Ｃ_１、ｎは電力入力部１１０に接続される。スイッチ１２１及びスイッチ１２５は同時にオンされてもよく、独立的にオンされてもよい。

送信部１３０は、基礎回路素子Ｌ_１、Ｒ_１でモデリングされたソース共振器及び１つ以上のキャパシタＣ_１、１、…、Ｃ_１、ｎを含む。電力入力部１１０で充電された１つ以上のキャパシタＣ_１、１、…、Ｃ_１、ｎは、第１スイッチ制御部１２０のスイッチ制御に応じて送信部１３０に接続される。即ち、第１スイッチ制御部１２０でスイッチ１２３、１２７がオンされると、充電された１つ以上のキャパシタＣ_１、１、…、Ｃ_１、ｎは送信部１３０に接続される。ここで、キャパシタＣ_１、１が電力入力部１１０に接続されるときには、キャパシタＣ_１、１は同時に送信部１３０に接続することはできない。キャパシタＣ_１、ｎの場合も同様である。即ち、電力入力部１１０及び送信部１３０は常に物理的に分離しなければならないため、同一のキャパシタは電力入力部１１０及び送信部１３０に同時に接続することはできない。

受信部１４０は基礎回路素子Ｌ_２、Ｒ_２でモデリングされたターゲット共振器及び少なくとも１つのキャパシタＣ_２、１、…、Ｃ_２、ｍを含む。受信部１４０は、ターゲット共振器によって受信した無線電力によってターゲット共振器に接続された１つ以上のキャパシタＣ_２、１、…、Ｃ_２、ｍを充電する。例えば、１つ以上のキャパシタＣ_２、１、…、Ｃ_２、ｍは、第２スイッチ制御部１５０のスイッチ制御に応じて受信部１４０に接続される。第２スイッチ制御部１５０でスイッチ１５３、１５７がオンされると、１つ以上のキャパシタＣ_２、１、…、Ｃ_２、ｍは受信部１４０に接続される。スイッチ１５３及びスイッチ１５７は同時にオンされてもよく、独立的にオンされてもよい。

第２スイッチ制御部１５０は、１つ以上のキャパシタに対応する１つ以上のスイッチ（又はスイッチング要素）を制御する。また、各キャパシタに接続されるスイッチを個別に制御するよう構成してもよい。スイッチ又はスイッチ要素は、様々な電気機械式スイッチ又は電気式スイッチを含んでもよい。例えば、電気機械式スイッチには、コンタクトスイッチ、トグルスイッチ、ナイフスイッチ、チルトスイッチなどがある。電気式スイッチには、ソレノイド、リレー、又はトランジスタスイッチのようなソリッド状態要素、シリコン制御整流器、又はトライアックなどがある。勿論、他の種類のスイッチも使用可能である。他の実施例として、スイッチは電流の流れを許したり防いだりするためにそれぞれオン又はオフの状態を選択するよう構成してもよい。従って、スイッチは、１つ以上のキャパシタが充電又は放電されるように電気的な接続を制御する。例えば、スイッチコントローラは、選択的に（ｉ）１つ以上のキャパシタを充電し、（ｉｉ）充電された１つ以上のキャパシタから電力を放電させるように構成する。

電力出力部１６０は、ターゲットデバイス（ＬＯＡＤ）及び１つ以上のキャパシタＣ_２、１、…、Ｃ_２、ｍを含む。受信部１４０で充電された１つ以上のキャパシタＣ_２、１、…、Ｃ_２、ｍは、第２スイッチ制御部１５０のスイッチ制御に応じて電力出力部１６０に接続される。第２スイッチ制御部１５０でスイッチ１５１、１５５がオンされると、充電された１つ以上のキャパシタＣ_２、１、…、Ｃ_２、ｍは電力出力部１６０に接続される。ここで、キャパシタＣ_２、１が受信部１４０に接続されるときには、同時に電力出力部１６０に接続することはできない。キャパシタＣ_２、ｍの場合も同様である。即ち、受信部１４０及び電力出力部１６０は常に物理的に分離しなければならないため、同一キャパシタは受信部１４０と電力出力部１６０に同時に接続することはできない。

即ち、無線電力送信装置で電力入力部１１０及び送信部１３０は第１スイッチ制御部１２０によって分離され、無線電力受信装置で受信部１４０及び電力出力部１６０は第２スイッチ制御部１５０によって分離される。例えば、キャパシタに充電された電力は、ソース共振器とターゲット共振器との間でマグネチックカップリングによって無線で送信される。受信部１４０及び電力出力部１６０は物理的に分離された構造であるため、電力出力部１６０の負荷インピーダンスが変わってもインピーダンスマッチングに影響を及ぼさない。即ち、無線電力送信装置及び無線電力受信装置は独立的に作動するため、負荷インピーダンスが変わる場合であっても送信効率が維持され得る。

更に、無線電力及びデータ送受信システムは、１つ以上のキャパシタに充電される電力量を用いて情報を送受信することができる。電力量を用いる情報の送受信は図２及び図３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及びデータ送信装置のブロック図である。

図２を参照すると、本実施形態による無線電力及びデータ送信装置は、電力入力部２１０、変調部２２０、復調部２３０、スイッチ制御部２４０、送信部２５０、受信部２６０、及び検出部２７０を備える。

電力入力部２１０は、電源供給装置（図示せず）から電力が入力されて１つ以上のキャパシタを充電する。例えば、電力入力部２１０は、ＤＣ電源供給装置又はＡＣ電源供給装置から電力が入力されて１つ以上のキャパシタを充電することができる。電力入力部２１０は、ＤＣ電源供給装置を用いてキャパシタを充電することが容易である。電力入力部２１０は、ＡＣ電源供給装置を用いる場合にもＡＣ−ＤＣコンバータを用いてＤＣに電源を変換するか、スイッチを追加してスイッチの適切なタイミング調整によってキャパシタを充電することができる。

変調部２２０は、１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第１データを変調する。変調部２２０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力量に応じて第１データを変調することができる。例えば、１つ以上のキャパシタに充電された電力量に応じてマッピングされる情報が異なってもよい。

変調部２２０は、量子化部（図示せず）及びマッピング部（図示せず）を含むことができる。量子化部（図示せず）は、１つ以上のキャパシタに充電できる電力量を複数のレベルに量子化する。マッピング部（図示せず）は、複数のレベルに量子化された電力量に応じてレベルごとに所定の情報をマッピングする。

即ち、変調部２２０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力量をＮ（Ｎは整数）個のレベルに量子化して第１データを変調する。第１データは、無線電力及びデータ送信装置が無線電力及びデータ受信装置に送信しようとする情報を意味する。第１データは、無線電力及びデータ送受信システムの制御に必要な情報を含んでもよい。

復調部２３０は、送信タイミングから充電タイミングに転換される時点で、１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて、変調された第２データを復調する。送信タイミングは、１つ以上のキャパシタに充電された電力及び変調された第１データを送信部２５０に送信するために要する時間を意味する。また、送信タイミングは、ターゲット共振器からソース共振器によって変調された第２データを受信するために要する時間を含む。充電タイミングは、電力入力部２１０によって１つ以上のキャパシタが充電されるために要する時間を意味する。

送信タイミングの間にターゲット共振器から送信された無線電力はソース共振器によって受信され、受信した無線電力は１つ以上のキャパシタに充電される。復調部２３０は、１つのキャパシタを基準にして送信タイミングから充電タイミングに転換される時点で、１つのキャパシタに充電された電力量に応じて、変調された第２データを復調する。復調部２３０は、１つ以上のキャパシタのそれぞれに充電された電力量に応じて、変調された第２データを復調してもよい。

また、復調部２３０は、１つのキャパシタに対する送信タイミングの終了後、他のキャパシタに対する送信タイミングに転換される時点で、１つのキャパシタに充電された電力量に応じて、変調された第２データを復調してもよい。

第２データは、電力量に応じてＭ個のレベルに量子化して変調する。復調部２３０は、変調された第２データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調する。予め設定されたマッピング情報には量子化されたＭ個のレベルのそれぞれに対応する情報が格納される。第２データは、無線電力及びデータ受信装置が無線電力及びデータ送信装置に送信しようとする情報を意味する。第２データは、無線電力及びデータ送受信システムの制御に必要な情報を含んでもよい。

スイッチ制御部２４０は、「１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミング」及び「１つ以上のキャパシタに充電された電力及び変調された第１データをソース共振器に送信する送信タイミング」に応じて１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応するスイッチを制御する。

また、スイッチ制御部２４０は、１つのキャパシタを基準にして充電タイミングと送信タイミングとが重複（ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ）しないようにスイッチを制御する。即ち、スイッチ制御部２４０は電力入力部２１０と送信部２５０を物理的に分離させる。

また、スイッチ制御部２４０は、充電された１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応するスイッチを送信タイミングに応じて一定時間の間隔で制御し、充電された電力及び変調された第１データをソース共振器に送信する。即ち、スイッチ制御部２４０は、１つのキャパシタに充電された電力及び変調された第１データが送信タイミングに応じてソース共振器に送信された後、他のキャパシタにスイッチが接続されるように制御する。

また、スイッチ制御部２４０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力を検出して充電タイミング及び送信タイミングを制御する。スイッチ制御部２４０は、電力入力部２１０に接続された１つ以上のキャパシタに充電された電力を検出し、予め設定された値以上が充電されると、１つ以上のキャパシタが送信部２５０に接続されるように送信タイミングを制御する。ここで、予め設定された値は、変調部２２０でＮ個のレベルに量子化された電力量を意味する。

また、スイッチ制御部２４０は、送信部２５０に接続された１つ以上のキャパシタに充電された電力を検出して一定の値以下に放電されると、１つ以上のキャパシタが電力入力部２１０に接続されるように充電タイミングを制御する。ここで、一定の値は完全に放電されて電力がゼロ（ｚｅｒｏ）である場合を意味する。

送信タイミングは、充電された１つ以上のキャパシタにスイッチが接続されるために必要な第１マージン（ｍａｒｇｉｎａｌ）時間を含む。また、送信タイミングは、１つ以上のキャパシタに充電された無線電力及び変調された第１データを送信するために必要な送信時間、及び送信時間の終了後に１つ以上のキャパシタに接続されたスイッチを開放するために必要な第２マージン時間を含む。

送信部２５０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力及び変調された第１データをマグネチックカップリングによって送信する。送信部２５０は、スイッチ制御部２４０によって充電された１つ以上のキャパシタがソース共振器に接続されると、１つ以上のキャパシタに充電された電力及び変調された第１データをマグネチックカップリングによって送信する。

受信部２６０は、ソース共振器によって送信タイミングの間に、変調された第２データを受信する。変調された第２データは、無線電力及びデータ受信装置のターゲット共振器から送信される。

検出部２７０は、送信タイミングから充電タイミングに転換される時点で、１つ以上のキャパシタの電圧を検出する。このとき、復調部２３０は、検出された電圧に基づいて、変調された第２データを復調する。

図３は、本発明の一実施形態による無線電力及びデータ受信装置のブロック図である。

図３を参照すると、本実施形態による無線電力及びデータ受信装置は、受信部３１０、送信部３２０、スイッチ制御部３３０、復調部３４０、変調部３５０、電力出力部３６０、及び検出部３７０を備える。

受信部３１０は、無線電力及び変調された第１データを受信して１つ以上のキャパシタを充電する。受信部３１０は、ターゲット共振器によって無線電力及び変調された第１データを受信する。第１データは無線電力及びデータ送信装置で変調される。第１データは、無線電力及びデータ送信装置が無線電力及びデータ受信装置に送信しようとする情報を意味する。第１データは、無線電力及びデータ送受信システムの制御に必要な情報を含んでもよい。

送信部３２０は、ターゲット共振器によって、充電タイミングの間にソース共振器で変調された第２データを送信する。充電タイミングは、受信部３１０によって１つ以上のキャパシタが充電されるために要する時間を意味する。無線電力及びデータ受信装置の受信部３１０は、１つ以上のキャパシタが充電される間に、変調された第１データを受信し、送信部３２０は変調された第２データを送信する。送信部３２０は、ターゲット共振器によって、変調された第２データを無線電力及びデータ送信装置のソース共振器に送信する。

スイッチ制御部３３０は、「１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミング」及び「１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信する送信タイミング」に応じて１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応するスイッチを制御する。送信タイミングは、電力出力部３６０によって１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信するために要する時間を意味する。

また、スイッチ制御部３３０は、１つのキャパシタを基準にして充電タイミングと送信タイミングとが重複しないようにスイッチを制御する。即ち、スイッチ制御部３３０は、受信部３１０及び電力出力部３６０を物理的に分離させる。

また、スイッチ制御部３３０は、１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応するスイッチを充電タイミングに応じて一定時間の間隔で制御し、変調された第２データをターゲット共振器に送信する。スイッチ制御部３３０は、１つのキャパシタから、変調された第２データが充電タイミングに応じてターゲット共振器に送信された後、他のキャパシタにスイッチが接続されるように制御する。

また、スイッチ制御部３３０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力を検出して充電タイミング及び送信タイミングを制御する。

充電タイミングは、１つ以上のキャパシタにスイッチが接続されるために必要な第１マージン時間を含む。このとき、第１マージン時間は、無線電力及びデータ送信装置の第１マージン時間よりも短いこともある。無線電力及びデータ受信装置を駆動するためには駆動電力が必要である。無線電力及びデータ送信装置から変調された第１データを受信する前に駆動電力を先に受信する必要がある。無線電力及びデータ受信装置は、駆動電力の受信後に変調された第１データを受信する。但し、無線電力及びデータ受信装置に別の駆動電力が備えられる場合には、無線電力及びデータ送信装置の第１マージン時間と無線電力及びデータ受信装置の第１マージン時間とが同一であってもよい。

また、充電タイミングは、１つ以上のキャパシタに無線電力及び変調された第１データを受信するために必要な受信時間、及び受信時間の終了後に１つ以上のキャパシタに接続されたスイッチを開放するために必要な第２マージン時間を含む。受信時間の変調された第２データの送信も行われる。

スイッチ制御部３３０は、１つ以上のキャパシタを充電しなければならない充電タイミングで充電するキャパシタを受信部３１０に接続する。充電しなければならないキャパシタと受信部３１０の接続又は開放はスイッチのオン／オフ動作に応じて行われる。充電しなければならないキャパシタと受信部３１０とが接続される間に充電しなければならないキャパシタは電力出力部３６０と分離されている。従って、受信部３１０及び電力出力部３６０はスイッチ制御部３３０のスイッチ動作に応じて分離される。

１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信することは、充電されたキャパシタをターゲットデバイスに接続することによって行なわれる。スイッチ制御部３３０は、１つ以上のキャパシタのうち、充電されたキャパシタをターゲットデバイスに接続する送信タイミングで、充電されたキャパシタを電力出力部３６０に接続する。

復調部３４０は、充電タイミングから送信タイミングに転換される時点で、１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて、変調された第１データを復調する。充電タイミングは受信部３１０によって１つ以上のキャパシタが充電されるために要する時間を意味する。また、充電タイミングは、ソース共振器から、ターゲット共振器によって変調された第１データを受信するために要する時間を含む。送信タイミングは、電力出力部３６０によって、１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信するために要する時間を意味する。

復調部３４０は、１つのキャパシタを基準にして充電タイミングが送信タイミングに転換される時点で、１つのキャパシタに充電された電力量に応じて、変調された第１データを復調する。キャパシタが複数である場合に、復調部３４０は、キャパシタのそれぞれに充電された電力量に基づいて、変調された第１データを復調する。

また、復調部３４０は、１つのキャパシタに対する充電タイミングが終了した後、他のキャパシタに対する充電タイミングに転換される時点で、１つのキャパシタに充電された電力量に応じて、変調された第１データを復調する。

第１データは電力量に応じてＮ個のレベルに量子化して変調することができる。復調部３４０は、変調された第１データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調する。予め設定されたマッピング情報には量子化されたＮ個のレベルのそれぞれに対応する情報が格納される。

変調部３５０は、１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第２データを変調する。変調部３５０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力量に応じて第２データを変調する。即ち、１つ以上のキャパシタに充電された電力量に応じてマッピングされた情報は異なってもよい。

変調部３５０は、量子化部（図示せず）及びマッピング部（図示せず）を備えることができる。量子化部（図示せず）は、１つ以上のキャパシタに充電され得る電力量を複数のレベルに量子化する。マッピング部（図示せず）は、複数のレベルに量子化された電力量に応じてレベルごとに所定の情報をマッピングする。第２データは、無線電力及びデータ受信装置が無線電力及びデータ送信装置に送信しようとする情報を意味する。第２データは無線電力及びデータ送受信システムの制御に必要な情報を含んでもよい。

即ち、変調部３５０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力量をＭ個のレベルに量子化し、第２データを変調する。

電力出力部３６０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信する。受信部３１０で充電された１つ以上のキャパシタはスイッチ制御部３３０によって電力出力部３６０に接続される。このとき、電力出力部３６０は、１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信する。

検出部３７０は、充電タイミングから送信タイミングに転換される時点で、１つ以上のキャパシタの電圧を検出する。このとき、復調部３４０は、検出された電圧に基づいて、変調された第１データを復調する。

図４は、本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送信装置の変調過程を示す図である。

より具体的に、図４は、無線電力及びデータ送信装置の観点から、エネルギー送信によって情報を送信する誘導エネルギー変調を示す。エネルギーは所定の時間の間の電力の和として表し得るため、エネルギー送信と電力送信とは同じ意味を有する。

一般的に、図４に示す誘導エネルギー変調方式は、エネルギー送信端からエネルギー受信端に情報を送信する方法である。しかし、誘導エネルギー変調方式は、エネルギー送信端からエネルギー受信端に情報を送信する方法に限定されることはない。図４に示すように、エネルギー送信端は無線電力及びデータ送信装置を備え、エネルギー受信端は無線電力及びデータ受信装置を備える。

エネルギー送信を考慮していないシステムも情報の送信のために誘導エネルギーを用いてもよい。従って、図４に示す例は一般的な無線情報通信方式にも適用され得る。

シンボル周期（ｓｙｍｂｏｌ ｄｕｒａｔｉｏｎ）Ｔｐｔは、エネルギー送信端に接続されているキャパシタのエネルギーを、エネルギー受信端に接続されているキャパシタに送信するためにかかる時間である。シンボル周期は無線電力及びデータ送信装置の送信タイミングを意味する。シンボル周期Ｔｐｔは、第１マージン時間、送信時間、及び第２マージン時間を含む。

第１マージン時間（ｍａｒｇｉｎａｌ ｔｉｍｅ、Ｔｓｔ）は、エネルギー送信端の充電されたキャパシタを接続するために要する時間を意味する。

第２マージン時間（ｍａｒｇｉｎａｌ ｔｉｍｅ、Ｔｆｔ）は、送信時間が経過した後、エネルギー送信端のキャパシタに接続されたスイッチを開放するために要する時間を意味する。

送信時間（Ｔｐｔ−Ｔｓｔ−Ｔｆｔ）は、実際に充電されたエネルギーがエネルギー送信端からエネルギー受信端に送信されるためにかかる時間を意味する。言い換えると、エネルギー受信端のキャパシタが充電を終了して、キャパシタに接続されたスイッチを開放するために要する時間を意味する。

図４（Ａ）は、エネルギー送信端に接続されたキャパシタの充電エネルギーを表す。エネルギー送信端は、第１マージン時間の経過後に、充電されたキャパシタを接続する。このとき、変調部２２０はキャパシタに充電するエネルギーの量を調整して第１データを変調する。

図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、変調部２２０はＮ個のレベルに量子化されたエネルギーを用いて第１データを変調する。Ｎ個のレベルのそれぞれには情報がマッピングされている。例えば、エネルギーを全く充電していないレベル０のキャパシタ４０７は「０」を、レベル１のエネルギーを充電したキャパシタ４０５は「１」を、レベル２のエネルギーを充電したキャパシタ４０３は「２」を、同じ方法に基づいてレベルＮ−１のエネルギーを充電したキャパシタ４０１は「Ｎ−１」のように表す。エネルギー送信端は、エネルギーレベルの調整によってＬｏｇＮビットの情報を１つのシンボルで送信することが分かる。

図４（Ｂ）は、エネルギー送信端でマグネチックカップリングによって送信されたエネルギーがエネルギー受信端のキャパシタに充電された結果を表す。送信されたエネルギーを受信したエネルギー受信端は、キャパシタに充電されたエネルギーのレベルを検出することによって第１データを復調することができる。復調部２３０は、キャパシタに充電されたエネルギーのレベルに基づいて第１データを復調する。

例えば、キャパシタに充電されたエネルギーのレベルが「Ｎ−１」４１１であれば、マッピングされた情報は「Ｎ−１」を表す。同じ方法に基づいてキャパシタに充電されたエネルギーのレベルが「２」４１３であれば、マッピングされた情報は２を、キャパシタに充電されたエネルギーのレベルが「１」４１５であれば、マッピングされた情報は１を、キャパシタに充電されたエネルギーのレベルが「０」４１７であれば、マッピングされた情報は０を表す。

図５は、本発明の一実施形態による無線電力及びデータ受信装置の変調過程を示す図である。

図５（Ａ）は、エネルギー受信端に接続されたキャパシタの充電エネルギーを表す。図５（Ｂ）は、エネルギー受信端でマグネチックカップリングによって送信されたエネルギーがエネルギー送信端のキャパシタに充電された結果を表す。図５において、エネルギー送信端は無線電力及びデータ送信装置を備え、エネルギー受信端は無線電力及びデータ受信装置を備える。シンボル周期Ｔｐｒは、エネルギー受信端に接続されているキャパシタのエネルギーを、エネルギー送信端に接続されているキャパシタに送信するためにかかる時間である。シンボル周期は無線電力及びデータ受信装置の充電タイミングを意味する。シンボル周期Ｔｐｒは、第１マージン時間、受信時間、及び第２マージン時間を含む。

第１マージン時間（ｍａｒｇｉｎａｌ ｔｉｍｅ、Ｔｓｒ）は、エネルギー受信端の量子化されたレベルだけ充電されたキャパシタを接続するために要する時間を意味する。

第２マージン時間（ｍａｒｇｉｎａｌ ｔｉｍｅ、Ｔｆｒ）は、受信時間が経過した後、エネルギー受信端のキャパシタに接続されたスイッチを開放するために要する時間を意味する。

受信時間（Ｔｐｒ−Ｔｓｒ−Ｔｆｒ）は、エネルギー送信端から、充電されたエネルギーを受信するために要する時間を意味する。受信時間の間に、エネルギー受信端は、量子化されたレベルだけ充電されたエネルギーをエネルギー送信端に送信する。

エネルギー送信端及びエネルギー受信端のシンボル周期は同一であってもよい。但し、エネルギー受信端の駆動のために、エネルギー受信端の第１マージン時間がエネルギー送信端の第１マージン時間よりも短くてもよい。

エネルギー受信端の変調部３５０は、キャパシタに充電されるエネルギーの調整によって第２データを変調する。変調部３５０は、Ｍ個のレベルに量子化されたエネルギーを用いて第２データを変調する。Ｍ個のレベルのそれぞれには情報がマッピングされる。

エネルギー受信端のキャパシタに最初に充電されたエネルギー５０１、５０３、５０５は、シンボル周期内で受信時間の間にエネルギー送信端へ送信される。受信時間の経過後、エネルギー受信端のキャパシタに接続されたスイッチが開放されると、送信されたエネルギーはエネルギー送信端のキャパシタに充電される。

エネルギー送信端は、キャパシタに充電されたエネルギー５０７、５０９、５１１を検出して変調された第２データを復調する。復調部３４０は、キャパシタに充電されたエネルギーのレベルに基づいて第２データを復調する。

このように送受信回路に印加されるエネルギー量の調整による情報送信方式を誘導エネルギー変調と称する。誘導エネルギー変調方式は双方向通信が可能である。言い換えると、送受信端は互いに同時に情報を送信することができる。送受信端に注入されるエネルギーがシンボル周期の後に反対側の回路に送信される。このとき、注入されるエネルギーは、反対側の回路に初期に充電されたエネルギー量とは関係ない。その理由として、エネルギー送信の線形重複性を用いるためである。

図６は、本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送受信システムにおける双方向通信過程を示す図である。

図６に示すように、エネルギー送信端は無線電力及びデータ送信装置を備え、エネルギー受信端は無線電力及びデータ受信装置を備える。

図６を参照すると、エネルギー送信端及びエネルギー受信端はそれぞれ２つのエネルギーレベルＬ１、Ｌ０を有する。各レベルには情報がマッピングされ、レベル０は「０」をレベル１は「１」を示す。

エネルギー送信端及びエネルギー受信端は、それぞれ２つのエネルギーレベルを有するため、合わせて４種類のエネルギーの変化を発生する。

図６において、実線はエネルギー送信端のキャパシタに充電されたエネルギーの量を表し、点線はエネルギー受信端のキャパシタに充電されたエネルギーの量を表す。以下、エネルギー送信端のキャパシタを第１キャパシタ、エネルギー受信端のキャパシタを第２キャパシタとして説明する。

図６（Ａ）は、エネルギー送信端で「１」をエネルギー受信端で「０」を送信するとき、第１キャパシタ及び第２キャパシタに充電されるエネルギーの量を表す。第１キャパシタに初期に充電されたエネルギー６０１はレベル１に対応し、第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー６０３はレベル０に対応する。第１キャパシタに初期に充電されたエネルギー６０１は、送信時間の経過後にエネルギー６０７の状態を有する。第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー６０３は受信時間の経過後にエネルギー６０５の状態を有する。このとき、送信時間と受信時間は同一である。

エネルギー送信端は、送信時間が経過した後の第１キャパシタのエネルギーレベル６０７に応じて情報を復調する。第１キャパシタのエネルギーレベル６０７はレベル０に対応するため、エネルギー受信端から送信された情報が「０」であることが分かる。エネルギー受信端は、受信時間が経過した後の第２キャパシタのエネルギーレベル６０５に応じて情報を復調する。第２キャパシタのエネルギーレベル６０５はレベル１に対応するため、エネルギー送信端から送信された情報が「１」であることが分かる。

図６（Ｂ）は、エネルギー送信端で「１」をエネルギー受信端で「１」を送信するとき、第１キャパシタ及び第２キャパシタに充電されるエネルギーの量を表す。第１キャパシタに初期に充電されたエネルギー６１１はレベル１に対応し、第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー６１３はレベル１に対応する。第１キャパシタに初期に充電されたエネルギー６１１は送信時間の経過後にエネルギー６１７の状態を有する。第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー６１３は、受信時間の経過後にエネルギー６１５の状態を有する。

エネルギー送信端は、送信時間が経過した後の第１キャパシタのエネルギーレベル６１７に応じて情報を復調する。第１キャパシタのエネルギーレベル６１７はレベル１に対応するため、エネルギー受信端から送信された情報が「１」であることが分かる。エネルギー受信端は、受信時間が経過した後の第２キャパシタのエネルギーレベル６１５に応じて情報を復調する。第２キャパシタのエネルギーレベル６１５はレベル１に対応するため、エネルギー送信端から送信された情報が「１」であることが分かる。

図６（Ｃ）は、エネルギー送信端で「０」をエネルギー受信端で「０」を送信するとき、第１キャパシタ及び第２キャパシタに充電されるエネルギーの量を表す。第１キャパシタに初期に充電されたエネルギー６２１はレベル０に対応し、第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー６２３はレベル０に対応する。第１キャパシタに初期に充電されたエネルギー６２１は、送信時間の経過後にエネルギー６２７の状態を有する。第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー６２３は、受信時間の経過後にエネルギー６２５の状態を有する。

エネルギー送信端は、送信時間が経過した後の第１キャパシタのエネルギーレベル６２７に応じて情報を復調する。第１キャパシタのエネルギーレベル６２７はレベル０に対応するため、エネルギー受信端から送信された情報が「０」であることが分かる。エネルギー受信端は、受信時間が経過した後の第２キャパシタのエネルギーレベル６２５に応じて情報を復調する。第２キャパシタのエネルギーレベル６２５はレベル０に対応するため、エネルギー送信端から送信された情報が「０」であることが分かる。

図６（Ｄ）は、エネルギー送信端で「０」をエネルギー受信端で「１」を送信するとき、第１キャパシタ及び第２キャパシタに充電されるエネルギーの量を表す。第１キャパシタに初期に充電されたエネルギー６３１はレベル０に対応し、第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー６３３はレベル１に対応する。第１キャパシタに初期に充電されたエネルギー６３１は送信時間の経過後にエネルギー６３７の状態を有する。第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー６３３は、受信時間の経過後にエネルギー６３５の状態を有する。

エネルギー送信端は、送信時間が経過した後の第１キャパシタのエネルギーレベル６３７に応じて情報を復調する。第１キャパシタのエネルギーレベル６３７はレベル１に対応するため、エネルギー受信端から送信された情報が「１」であることが分かる。エネルギー受信端は、受信時間が経過した後の第２キャパシタのエネルギーレベル６３５に応じて情報を復調する。第２キャパシタのエネルギーレベル６３５はレベル０に対応するため、エネルギー送信端から送信された情報が「０」であることが分かる。

上記のように、キャパシタに充電されるエネルギーを任意のエネルギーレベルに変調する方式を用いて双方向通信が可能である。キャパシタに充電されるエネルギーレベルの量子化は、エネルギー送信端及びエネルギー受信端で独立的に行なってもよい。例えば、エネルギー送信端は合わせてＮステップであり、エネルギー受信端は合わせてＭステップでエネルギーレベルを量子化する。

図７は、本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送受信システムにおけるデータの送信及び受信過程を示す図である。

図７は、エネルギー送信端及びエネルギー受信端でデータを送受信する過程を時間の流れに応じて示す図である。同図において、エネルギー送信端は無線電力及びデータ送信装置を備え、エネルギー受信端は無線電力及びデータ受信装置を備える。以下、エネルギー送信端のキャパシタを第１キャパシタ、エネルギー受信端のキャパシタを第２キャパシタとして表現する。

Ａはエネルギー送信端で、充電された並列キャパシタが送信部２５０に接続されるスイッチのタイミング及び接続された並列キャパシタに充電されたエネルギーを表す。Ｂはエネルギー受信端で、並列キャパシタが受信部３１０に接続されるスイッチタイミング及び接続された並列キャパシタに充電されたエネルギーを表す。

エネルギー送信端の第１キャパシタは第１マージン時間Ｔｓｔ７０１の経過後に送信部２５０に接続される。シンボル周期Ｔｐｔ７０３が終了すると、第１キャパシタ及び送信部２５０を接続するスイッチは開放される。第２マージン時間Ｔｆｔ７０５は、エネルギー送信端からエネルギー受信端にエネルギーを送信した後、送信部２５０に接続されたスイッチを開放するために要する時間である。

第１キャパシタには様々なレベルに量子化されたエネルギー７１１、７１３、７１５、７１７が充電され、各量子化レベルに情報がマッピングされる。送信時間の間にエネルギー送信端は、量子化されたエネルギーを用いて変調された第１データをエネルギー受信端に送信する。従って、第１キャパシタに充電されたエネルギーは減少する。また、エネルギー送信端は、送信時間の間にエネルギー受信端から、量子化されたエネルギー７１６、７１８を用いて、変調された第２データを受信する。第１キャパシタに充電されたエネルギーはシンボル周期７０３が終了する時点で検出される。

エネルギー受信端の第２キャパシタに初期に注入されるエネルギー量７３６、７３８に応じてエネルギー送信端の第１キャパシタにシンボル周期び終了後に残っているエネルギー量７１６、７１８が異なっていることが分かる。復調部２３０はエネルギーレベルに基づいて、変調された第２データを復調する。エネルギー送信端は復調によってエネルギー受信端から情報が送信される。

エネルギー受信端の第２キャパシタは、第１マージン時間Ｔ_ｓｒ７２１の経過後に受信部３１０に接続される。エネルギー受信端で情報を受信するためにはエネルギー受信端が先に駆動されなければならない。エネルギー受信端が駆動されるために必要な駆動電力を先に受信するため、エネルギー第１マージン時間Ｔ_ｓｒ７２１はエネルギー送信端の第１マージン時間Ｔ_ｓｔ７０１よりも短い。しかし、別途の駆動電力が備えられる場合には、第１マージン時間Ｔ_ｓｒ７２１はエネルギー送信端の第１マージン時間Ｔ_ｓｔ７０１と同一であってもよい。

第２キャパシタの充電が完了すると、第２キャパシタ及び受信部３１０を接続するスイッチは開放される。エネルギー受信端は、エネルギー送信端のシンボル周期Ｔ_ｐｔ７０３と同一のシンボル周期Ｔ_ｐｒ７２３の間のエネルギーを受信する。また、エネルギー受信端は、シンボル周期Ｔ^ｐｒ７２３間の第２キャパシタに初期に充電されたエネルギー７３６、７３８をエネルギー送信端に送信する。第２キャパシタ及び受信部３１０を接続するスイッチが開放されることによって第１キャパシタと送信部２５０を接続するスイッチも開放される。

第２マージン時間Ｔ_ｆｒ７２５は、エネルギー送信端からエネルギーを受信した後に受信部３１０に接続されたスイッチを開放するために要する時間である。第２マージン時間Ｔ_ｆｒ７２５はエネルギー送信端の第２マージン時間Ｔ_ｆｔ７０５よりも短い。

第２キャパシタには、エネルギー送信端からエネルギーを受信して様々なレベルに量子化されたエネルギー７３１、７３３、７３５、７３７が充電される。復調部３４０は、各レベルにマッピングされた情報を用いて第１データを復調する。受信時間の間にエネルギー受信端は、量子化されたエネルギーを用いて変調された第１データを受信する。従って、第２キャパシタに充電されたエネルギーは増加する。また、エネルギー受信端は、受信時間の間にエネルギー送信端に、量子化されたエネルギー７３６、７３８を用いて、変調された第２データを送信する。第２キャパシタに充電されたエネルギーはシンボル周期７２３が終了する時点で検出される。

図８は、本発明の一実施形態による無線電力及びデータ送信方法のフローチャートである。

ステップＳ８１０において、無線電力及びデータ送信装置は、１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第１データを変調する。無線電力及びデータ送信装置は、１つ以上のキャパシタに充電された電力量をＮ個のレベルに量子化して第１データを変調する。第１データは、無線電力及びデータ送信装置が無線電力及びデータ受信装置に送信しようとする情報を意味する。第１データは、無線電力及びデータ送受信システムの制御に必要な情報を含んでもよい。

ステップＳ８２０において、無線電力及びデータ送信装置は「１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミング」及び「１つ以上のキャパシタに充電された電力及び変調された第１データをソース共振器に送信する送信タイミング」に応じて１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応するスイッチを制御する。

ステップＳ８３０において、無線電力及びデータ送信装置は、ソース共振器に送信された、充電された電力及び変調された第１データを、マグネチックカップリングによって無線電力及びデータ受信装置に送信し、変調された第２データを受信する。変調された第２データは、無線電力及びデータ受信装置のターゲット共振器から送信される。

ステップＳ８４０において、無線電力及びデータ送信装置は、送信タイミングから充電タイミングに転換される時点で、１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて変調された第２データを復調する。無線電力及びデータ送信装置は、電力量に応じてＭ個のレベルに量子化し、変調された第２データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調する。予め設定されたマッピング情報には、量子化されたＭ個のレベルのそれぞれに対応する情報が格納される。第２データは、無線電力及びデータ受信装置が無線電力及びデータ送信装置に送信しようとする情報を意味する。第２データは、無線電力及びデータ送受信システムの制御に必要な情報を含んでもよい。

本実施形態による無線電力及びデータ送信装置は、電源供給装置から電力が入力されて１つ以上のキャパシタを充電し、ソース共振器によって送信タイミングの間にターゲット共振器から変調された第２データを受信することもできる。

図９は、本発明の一実施形態による無線電力及びデータ受信方法のフローチャートである。

ステップＳ９１０において、無線電力及びデータ受信装置は、１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第２データを変調し、変調された第２データを送信する。無線電力及びデータ受信装置は、電力量をＭ個のレベルに量子化して第２データを変調する。また、無線電力及びデータ受信装置は、無線電力及び第１データの受信と同時に、変調された第２データを送信する。

ステップＳ９２０において、無線電力及びデータ受信装置は、ターゲット共振器によって無線電力及び変調された第１データを受信する。第１データは無線電力及びデータ送信装置で変調される。第１データは、無線電力及びデータ送信装置が無線電力及びデータ受信装置に送信しようとする情報を意味する。第１データは、無線電力及びデータ送受信システムの制御に必要な情報を含んでもよい。

ステップＳ９３０において、無線電力及びデータ受信装置は１つ以上のキャパシタを充電する。無線電力及びデータ受信装置は受信した無線電力及び変調された第１データによって１つ以上のキャパシタを充電する。

ステップＳ９４０において、無線電力及びデータ受信装置は「１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミング」及び「１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信する送信タイミング」に応じて１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応するスイッチを制御する。

ステップＳ９５０において、無線電力及びデータ受信装置は、充電タイミングから送信タイミングに転換される時点で、１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて変調された第１データを復調する。第１データは、電力量に応じてＮ個のレベルに量子化して変調する。無線電力及びデータ受信装置は、変調された第１データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調する。予め設定されたマッピング情報には、量子化されたＮ個のレベルのそれぞれに対応する情報が格納される。

本実施形態による無線電力及びデータ受信装置は、ターゲット共振器によって、充電タイミングの間に、ソース共振器で変調された第２データを送信して１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信する。

本実施形態による方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理が実行可能なプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうちの１つ又はその組み合わせを含んでもよい。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれてもよい。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コード（ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｄｅ）だけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コード（ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ）を含む。上述したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアのレイヤで作動するように構成されてもよい。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１１０、２１０ 電力入力部
１２０ 第１スイッチ制御部
１２１、１２３、１２５、１２７、１５１、１５３、１５５、１５７ スイッチ
１３０、２５０、３２０ 送信部
１４０、２６０、３１０ 受信部
１５０ 第２スイッチ制御部
１６０、３６０ 電力出力部
２２０、３５０ 変調部
２３０、３４０ 復調部
２４０、３３０ スイッチ制御部
２７０、３７０ 検出部

Claims (36)

1. １つ以上のキャパシタと、
   前記１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第１データを変調する変調部と、
   前記１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミングと、前記１つ以上のキャパシタに充電された前記変調部によって調整された電力量及び該電力量に伴って変調された第１データをソース共振器に送信する送信タイミングとに応じて前記１つ以上のキャパシタに対応する１つ以上のスイッチを制御するスイッチ制御部と、
   前記ソース共振器を含み、前記充電された電力量及び前記変調された第１データを前記ソース共振器によってターゲット共振器へ送信する送信部と、を備えることを特徴とする無線電力及びデータ送信装置。
   
2. 電源供給装置から電力が入力されて前記１つ以上のキャパシタを充電する電力入力部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力及びデータ送信装置。
3. 前記電力入力部は、ＤＣ電源供給装置又はＡＣ電源供給装置から電力が入力されて前記１つ以上のキャパシタを充電することを特徴とする請求項２に記載の無線電力及びデータ送信装置。
4. 前記ソース共振器によって前記送信タイミングの間に前記ターゲット共振器から変調された第２データを受信する受信部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力及びデータ送信装置。
   
5. 前記送信タイミングが前記充電タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて前記変調された第２データを復調する復調部を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の無線電力及びデータ送信装置。
6. 前記変調部は、前記電力量をＮ個のレベルに量子化して前記第１データを変調することを特徴とする請求項１に記載の無線電力及びデータ送信装置。
7. 前記スイッチ制御部は、１つのキャパシタを基準にして前記充電タイミングと前記送信タイミングとが重複しないように前記１つ以上のスイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の無線電力及びデータ送信装置。
8. 前記スイッチ制御部は、充電された１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応する前記１つ以上のスイッチを前記送信タイミングに応じて一定時間の間隔で制御し、前記充電された電力及び前記変調された第１データを前記ソース共振器に送信することを特徴とする請求項１に記載の無線電力及びデータ送信装置。
9. 前記送信タイミングは、
   充電された１つ以上のキャパシタに１つ以上のスイッチが接続されるために必要な第１マージン時間と、
   前記１つ以上のキャパシタに充電された前記無線電力及び前記変調された第１データを送信するために必要な送信時間と、
   前記送信時間の経過後、前記１つ以上のキャパシタに接続された前記１つ以上のスイッチを開放するために必要な第２マージン時間と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線電力及びデータ送信装置。
10. 前記復調部は、前記電力量をＭ個のレベルに量子化して、前記変調された第２データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調することを特徴とする請求項５に記載の無線電力及びデータ送信装置。
11. 前記送信タイミングが前記充電タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタの電圧を検出する検出部を更に備え、
    前記復調部は、前記検出された電圧に基づいて前記変調された第２データを復調することを特徴とする請求項１０に記載の無線電力及びデータ送信装置。
    
12. 前記１つ以上のキャパシタは並列に配置されることを特徴とする請求項１に記載の無線電力及びデータ送信装置。
13. ターゲット共振器及び少なくとも１つのキャパシタを含み、
    前記ターゲット共振器によって無線電力及び電力量に伴って変調された第１データを受信して１つ以上のキャパシタを充電する受信部と、
    前記１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミングと、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データを電力出力部のターゲットデバイスに送信する送信タイミングとに応じて前記１つ以上のキャパシタに対応する１つ以上のスイッチを制御するスイッチ制御部と、
    前記充電タイミングが前記送信タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて前記変調された第１データを復調する復調部と、を備えることを特徴とする無線電力及びデータ受信装置。
    
14. 前記１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第２データを変調する変調部を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の無線電力及びデータ受信装置。
15. 前記ターゲット共振器によって前記充電タイミングの間にソース共振器に前記変調された第２データを送信する送信部を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載の無線電力及びデータ受信装置。
16. 前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び前記復調された第１データをターゲットデバイスに送信する電力出力部を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の無線電力及びデータ受信装置。
17. 前記変調部は、前記電力量をＭ個のレベルに量子化して前記第２データを変調することを特徴とする請求項１５に記載の無線電力及びデータ受信装置。
18. 前記スイッチ制御部は、１つのキャパシタを基準にして前記充電タイミングと前記送信タイミングとが重複しないように前記１つ以上のスイッチを制御することを特徴とする請求項１３に記載の無線電力及びデータ受信装置。
19. 前記スイッチ制御部は、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力を検出して前記充電タイミング及び前記送信タイミングを制御することを特徴とする請求項１３に記載の無線電力及びデータ受信装置。
20. 前記スイッチ制御部は、前記１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応する前記１つ以上のスイッチを前記充電タイミングに応じて一定時間の間隔で制御し、前記変調された第２データを前記ターゲット共振器に送信することを特徴とする請求項１５に記載の無線電力及びデータ受信装置。
21. 前記充電タイミングは
    前記１つ以上のキャパシタに前記１つ以上のスイッチが接続されるために必要な第１マージン時間と、
    前記１つ以上のキャパシタに前記無線電力及び前記変調された第１データを受信するために必要な受信時間と、
    前記受信時間の経過後、前記１つ以上のキャパシタに接続された前記１つ以上のスイッチを開放するために必要な第２マージン時間と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の無線電力及びデータ受信装置。
22. 前記復調部は、前記電力量をＮ個のレベルに量子化して、前記変調された第１データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調することを特徴とする請求項１３に記載の無線電力及びデータ受信装置。
23. 前記充電タイミングが前記送信タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタの電圧を検出する検出部を更に備え、
    前記復調部は、前記検出された電圧に基づいて前記変調された第１データを復調することを特徴とする請求項１３に記載の無線電力及びデータ受信装置。
24. 前記１つ以上のキャパシタは並列に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の無線電力及びデータ受信装置。
25. 変調部が、１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第１データを変調するステップと、
    スイッチ制御部が、前記１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミングと、前記１つ以上のキャパシタに充電された前記変調部によって調整された電力量及び該電力量に伴って変調された第１データをソース共振器に送信する送信タイミングとに応じて前記１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応する１つ以上のスイッチを制御するステップと、
    送信部が、前記充電された電力及び前記変調された第１データを前記ソース共振器によってターゲット共振器へ送信するステップと、を有することを特徴とする無線電力及びデータ送信方法。
    
26. 電源供給装置から電力が入力されて前記１つ以上のキャパシタを充電するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の無線電力及びデータ送信方法。
27. 前記ソース共振器によって前記送信タイミングの間に前記ターゲット共振器から変調された第２データを受信するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の無線電力及びデータ送信方法。
    
28. 前記送信タイミングが前記充電タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて前記変調された第２データを復調するステップを更に含むことを特徴とする請求項２７に記載の無線電力及びデータ送信方法。
29. 前記第１データを変調するステップは、前記電力量をＮ個のレベルに量子化して前記第１データを変調することを特徴とする請求項２５に記載の無線電力及びデータ送信方法。
30. 前記変調された第２データを復調するステップは、前記電力量をＭ個のレベルに量子化して、前記変調された第２データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調することを特徴とする請求項２８に記載の無線電力及びデータ送信方法。
31. 受信部が、ターゲット共振器によって無線電力及び電力量に伴って変調された第１データを受信して１つ以上のキャパシタを充電するステップと、
    スイッチ制御部が、前記１つ以上のキャパシタを充電する充電タイミングと、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び復調された第１データをターゲットデバイスに送信する送信タイミングとに応じて前記１つ以上のキャパシタのそれぞれに対応する１つ以上のスイッチを制御するステップと、
    復調部が、前記充電タイミングが前記送信タイミングに転換される時点で、前記１つ以上のキャパシタに充電された電力量に基づいて前記変調された第１データを復調するステップと、を有することを特徴とする無線電力及びデータ受信方法。
    
32. 前記１つ以上のキャパシタに充電される電力量を調整して第２データを変調するステップを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の無線電力及びデータ受信方法。
33. 前記ターゲット共振器によって前記充電タイミングの間にソース共振器に前記変調された第２データを送信するステップを更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の無線電力及びデータ受信方法。
34. 前記１つ以上のキャパシタに充電された電力及び前記復調された第１データをターゲットデバイスに送信するステップを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の無線電力及びデータ受信方法。
35. 前記第２データを変調するステップは、前記電力量をＭ個のレベルに量子化して前記第２データを変調することを特徴とする請求項３２に記載の無線電力及びデータ受信方法。
36. 前記変調された第１データを復調するステップは、前記電力量をＮ個のレベルに量子化して、前記変調された第１データを予め設定されたマッピング情報に基づいて復調することを特徴とする請求項３１に記載の無線電力及びデータ受信方法。

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