JP6319702B2 - 金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機 - Google Patents

Description

本発明は、金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機に関するもので、金属物質が存在することによって無線電力送信機で共振周波数が変わる場合、最大出力値を持つ駆動周波数及びデューティ比を再探索して無線電力送信機に適用することによって、安定的に無線電力伝送システム用送信機から受信機へ電力を伝送することができる金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機に関するものである。

一般に磁界共振を利用した無線電力伝送システムは、お互いに離れている共振期間に非放射型電磁波エネルギーを共振現象によって伝達するもので、送信機と受信機の共振周波数が一致する時に無線で電力伝送が形成される。

このような共振を利用して無線でエネルギーを伝送する技術においては、送信アンテナと受信アンテナとの間の周波数がマッチングされないと、電力送信効率が急激に低下する。ところが、エネルギーの送信側と受信側との間に金属性異物が存在する場合、この影響で共振周波数が変化してマッチングが行われなくなるので、電力送信の効率が低下するようになり、従来の技術による共振周波数固定型の場合には正常な無線電力伝送ができない実情がある。

また、金属性の異物が存在する環境下では、無線電力送信機のインダクタンスが変化するようになり、共振周波数を一定に維持するために無線電力送信機のキャパシタスを調節する方案を考慮することができるが、これは無線電力送信機の使用環境を考慮すれば、インダクタンスは随時変化するので、これに合わせて毎回キャパシタス値を調整するのには限界がある。

これを改善するために、特許文献１では、図１に示すように、磁界共振誘導方式を利用する無線電力伝送システム内の無線電力伝送装置が異物を検出する方法として、電流、電圧、位相の中で少なくとも一つの変化を検出することによって異物を検出し、磁場通信プロトコルによって合流要請信号を伝送して、合流要請信号に対する応答信号である合流応答信号を検出し、合流応答信号を受信しなかった場合、異物の存在を使用者に知らせることを提案している。

しかし、従来の技術では、無線電力伝送装置が単純に異物を検出して使用者に知らせることによって使用者が直接異物を除去するようにするが、異物を除去しない場合には無線電力伝送の効率が急激に低下する短所をまだ内包している。

韓国登録特許第１０-１３８６６５０号公報

上記のような従来技術の問題点を解決するために案出された本発明は、金属物質が存在する環境でも磁界共振現象を利用した無線電力伝送を効率的に遂行するために、最大共振点を形成する駆動周波数及びデューティ比を設定することができるようにするという目的がある。

本発明の前記目的は、金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機において、電源供給部と、前記電源供給部から駆動電圧が供給されて、無線電力電送に使われる駆動周波数信号を生成する可変駆動周波数信号生成器と、前記電源供給部から駆動電圧が供給され、前記可変駆動周波数信号生成器より生成された可変駆動周波数信号をスイッチング及び増幅するスイッチング部と、前記スイッチング部から供給される前記可変駆動周波数信号によって、無線電力受信部へ無線で電力を送信する無線電力送信部と、前記無線電力送信部から送信する前記可変駆動周波数信号の振幅を検出する検波部と、前記検波部より検出された前記可変駆動周波数信号によって、前記無線電力送信部より発生される振幅があらかじめ設定された基準値以上であるかを比べる比較器からなり、前記比較器によって比べた結果、前記可変駆動周波数信号によって、前記無線電力送信部から発生される振幅が前記あらかじめ設定された基準値以上である場合、該当の周波数を前記無線電力送信部の送信駆動周波数として決定し、前記可変駆動周波数信号生成器にフィードバックして前記可変駆動周波数信号生成器より送信駆動周波数信号を生成して、前記スイッチング部へ供給することを特徴とする金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機によって達成される。

したがって、本発明の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機は、金属物質が存在する環境でも磁界共振現象を利用した無線電力伝送を効率的に遂行することができるようにする効果がある。

従来の技術に係る無線電力伝送システムの異物感知方法のフローチャートである。 本発明に係る金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機のブロック図である。

本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は、通常的あるいは辞書的な意味に限定して解釈されてはならなくて、発明者は、その自分の発明を一番最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができる原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。

したがって、本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は、本発明の一番望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではなく、本出願時点において、これらを取り替えることができる多様な均等物と変形例があることを理解しなければならない。

以下添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。

図２は、本発明に係る金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機構成図である。

図２に図示されたように、本発明の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機の電源供給部１００は、直流電源であることが望ましいが、交流電源を使わなければならない場合、交流電源を変換して直流電源で供給することも可能である。

可変駆動周波数信号生成器２００は、電源供給部１００から駆動電圧が供給されて、無線電力伝送に使われる駆動周波数信号を生成する。可変駆動周波数信号生成器２００は、磁界共振無線電力伝送システムの送信部を構成するインダクターと、キャパシターのインダクタンス(Ｌ)及びキャパシタス(Ｃ)値によって決定される共振周波数の±５０％の範囲内で、第１スウィップ周波数間隔で駆動周波数を可変して、駆動周波数信号を生成する。

例えば、磁界共振無線電力伝送システムの送信部のインダクタンス及びキャパシタス値によって決定される共振周波数が１００ｋＨｚであれば、５０ないし１５０ｋＨｚの範囲において１ｋＨｚの間隔で駆動周波数を変化させて、駆動周波数信号を生成してスイッチング部３００へ供給する。

このように、可変駆動周波数信号生成器２００より生成される駆動周波数信号を直接スイッチング部３００へ供給することが可能であるが、一般的にスイッチング部３００を構成する部品自体の誤差範囲が存在することが一般的であり、このようなスイッチング部３００を構成する部品自体の誤差を最小化するために、駆動周波数信号のデューティ比を可変するデューティー変換部２１０を追加で具備して、駆動周波数信号のデューティ比を調節して、スイッチング部３００に入力することがより望ましい。

デューティー変換部２１０を追加で具備する場合、デューティー基準値を５０％に設定し、デューティー基準値の±１０％の範囲においてデューティ比を決定して可変することがより望ましい。

スイッチング部３００は、電源供給部１０から駆動電圧が供給され、可変駆動周波数信号生成器２００より生成された可変駆動周波数信号をスイッチング及び増幅する機能を持ち、ハーフブリッジまたはフルブリッジを用いて構成される。

無線電力送信部４００は、スイッチング部３００から供給される可変駆動周波数信号によって、無線電力受信部(未図示)へ無線で電力を送信し、無線電力送信部４００は、インダクターとキャパシターを並列に接続したＬＣ並列共振によって、無線で電力を無線電力受信部(未図示)へ伝送する。

検波部５００は、無線電力送信部４００より送信する電圧を包絡線検波と、ＬＣ比率検波と、フォスター・シーリー(Ｆｏｓｔｅｒ-ｓｅｅｌｅｙ)検波または電圧比較検波のいずれか一つで検波してセンシングすることによって、無線電力送信部４００より送信する可変駆動周波数信号の振幅を検出する。

このように検出された可変駆動周波数信号の振幅は、使用者があらかじめ決定した振幅の大きさである基準値以上であるか比較器６００により比べて、基準値以上である場合、該当周波数またはデューティ比を無線電力送信部４００の送信駆動周波数及び送信デューティ比として決定し、これを可変駆動周波数信号生成器２００及びデューティー変換部２１０にフィードバックすることによって、可変駆動周波数信号生成器２００及びデューティー変換部２１０より送信駆動周波数及び送信デューティ比で駆動周波数信号を生成して、これを、スイッチング部３００を通じて無線電力送信部４００に入力して、最大共振によって無線で電力を無線電力受信部へ伝送することができるようにする。

ここで、使用者があらかじめ決めた振幅の大きさである基準値は、無線電力送信部４００と無線電力受信部との間に金属が存在しない場合の振幅を最大振幅にし、最大振幅の一定比率以上にある値を基準値に設定し、通常の場合には最大振幅の５０％以上振幅を持つことがより望ましい。

この時、可変駆動周波数信号の振幅は、使用者があらかじめ決めた振幅の大きさである基準値以上である場合が複数存在する場合には、送信駆動周波数及び送信デューティ比は、無線電力送信部から発生される振幅があらかじめ設定された基準値以上の値の中で最大の振幅値である場合の駆動周波数及びデューティ比を選択する。

また、可変駆動周波数信号の振幅は、使用者があらかじめ決めた振幅の大きさである基準値以上である場合にも無線電力送信機の使用環境の変化に対応するために、周期的に送信駆動周波数及び送信デューティ比を最適化する作業を繰り返すことがより望ましい。

しかし、比較器６００によって比べた結果、可変駆動周波数信号によって無線電力送信部４００から発生される振幅があらかじめ設定された基準値より小さい場合には、無線電力伝送を達成することが難しいので、可変駆動周波数信号生成器をリセットして、すでに施行した第１スウィップ周波数間隔より狭いスウィップ周波数間隔を持つ第２スウィップ周波数間隔で、可変駆動周波数信号生成器２００が駆動周波数信号を生成するようにすることによって、可変駆動周波数信号によって、無線電力送信部４００から発生される振幅があらかじめ設定された基準値以上にあるまで、第２スウィップ周波数間隔をより狭い間隔で可変駆動周波数を生成するように繰り返す。

本発明は、以上で説明したように望ましい実施例をあげて図示し説明したが、上記の実施例に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲内で当該発明が属する技術分野で通常の知識を持った者によって多様な変更と修正が可能である。

Claims (8)

1. 金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機において、
   電源供給部と、
   前記電源供給部から駆動電圧が供給されて、無線電力伝送に使われる駆動周波数信号を生成する可変駆動周波数信号生成器と、
   前記電源供給部から駆動電圧が供給され、前記可変駆動周波数信号生成器により生成された可変駆動周波数信号をスイッチング及び増幅するスイッチング部と、
   前記スイッチング部から供給される前記可変駆動周波数信号によって、無線電力受信部へ無線で電力を送信する無線電力送信部と、
   前記無線電力送信部から送信する前記可変駆動周波数信号の振幅を検出する検波部と、
   前記無線電力送信部により発生され、前記検波部により検出された前記可変駆動周波数信号の振幅が、あらかじめ設定された基準値以上であるかを比べる比較器と、からなり、
   前記比較器によって比べた結果、前記無線電力送信部から発生される前記可変駆動周波数信号の振幅が前記あらかじめ設定された基準値以上の場合、該当の周波数を前記無線電力送信部の送信駆動周波数として決定し、前記可変駆動周波数信号生成器にフィードバックして、前記可変駆動周波数信号生成器により送信駆動周波数信号を生成して、前記スイッチング部へ供給する金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機であって、
   前記駆動周波数信号のデューティ比を変更するデューティ変換部を追加で具備して、前記駆動周波数信号のデューティ比が変更された信号が前記スイッチング部に入力されて前記無線電力送信部を経由して送信された後、前記比較器によって比べた結果、前記デューティ比が変更された前記可変駆動周波数信号の振幅が前記あらかじめ設定された基準値以上である場合、該当のデューティ比を前記無線電力送信部の送信デューティ比として決定して、前記デューティ変換部にフィードバックして、前記可変駆動周波数信号生成器により生成された前記送信駆動周波数信号に前記送信デューティ比を適用した信号が前記スイッチング部に入力されることを特徴とする金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機。
2. 前記可変駆動周波数信号生成器は、前記無線電力送信部のインダクタンス及びキャパシタによって決定される駆動周波数の±５０％の範囲内で、第１スウィープ周波数間隔で駆動周波数を変更して生成することを特徴とする請求項１に記載の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機。
3. 前記比較器によって比べた結果、前記可変駆動周波数信号によって前記無線電力送信部から発生される振幅が前記あらかじめ設定された基準値より小さな場合、前記第１スウィープ周波数間隔より狭いスウィープ周波数間隔を持つ第２スウィープ周波数間隔で、前記可変駆動周波数信号生成器が前記駆動周波数信号を生成するようにすることを特徴とする請求項２に記載の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機。
4. 前記デューティ変換部は、デューティ基準値を５０％に設定し、±１０％の範囲においてデューティ比を決定して変更することを特徴とする請求項１に記載の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機。
5. 前記スイッチング部は、ハーフブリッジまたはフルブリッジを使って前記可変駆動周波数信号生成器より生成された可変駆動周波数信号をスイッチング及び増幅することを特徴とする請求項１に記載の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機。
6. 前記無線電力送信部は、ＬＣ並列共振によって無線で電力を無線電力受信部へ伝送することを特徴とする請求項１に記載の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機。
7. 前記検波部は、前記無線電力送信部より送信する電圧をセンシングする包絡線検波と、ＬＣ比率検波と、フォスター・シーリー検波または電圧比較検波の中のいずれか一つで検波することを特徴とする請求項１に記載の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機。
8. 前記送信駆動周波数及び前記送信デューティ比は、無線電力送信部から発生される振幅が前記あらかじめ設定された基準値以上の値の中で最大振幅値である場合の駆動周波数及びデューティ比を選択することを特徴とする請求項１に記載の金属環境磁界共振無線電力伝送システム用送信機。