JP6916607B2 - 無線電力送信装置及びその方法並びにコンピュータ読取可能記録媒体 - Google Patents

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Description

本発明は、無線電力送信装置及びその方法に関し、特に、複数のソース共振器の配列を用いて平面上に任意の位置に置かれているデバイスに無線電力を供給する無線電力送信装置及びその方法に関する。
無線電力は、電磁結合によって無線電力送信装置から無線電力受信装置に伝達されるエネルギーを意味する。
したがって、無線電力充電システムは、電力を無線に送信するソースデバイスと電力を無線に受信するターゲット装置とを含む。
ここで、ソースデバイスは無線電力送信装置と称する。また、ターゲット装置は無線電力受信装置と称する。
ソースデバイスは、ソース共振器を備え、ターゲット装置はターゲット共振器を備える。
ソース共振器とターゲット共振器との間に電磁結合又は共振カップリングが形成され、無線電力送信が行われる。
今日の無線電力送信装置においては、ターゲット共振器を備えるターゲット装置、例えば、携帯通信端末、スマートフォンなどの複数のデバイスに対し一度に無線電力送信する技術の開発が課題となっている。
本発明は、上記従来の無線電力送信装置における課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、複数のソース共振器の配列を用いて平面上に任意の位置に置かれているデバイスに無線電力を供給する無線電力送信装置及びその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による無線電力送信方法は、複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップと、前記少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出するステップと、前記検出された波形に基づいて、無線電力送信を行うソース共振器を決定するステップと、前記決定されたソース共振器を介してターゲット共振器に電力を無線で送信するステップと、を有し、前記無線電力送信を行うソース共振器を決定するステップは、前記検出された波形の減衰程度に基づいて前記無線電力送信を行うソース共振器を決定するステップを含むことを特徴とする。
前記少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップは、第1充電時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器に電力を供給するステップと、前記第1充電時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の一端を開放するステップとを含むことが好ましい。
前記電力を供給するステップは、前記第1充電時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器と直流電源とを電気的に接続するステップを含み、前記少なくとも1つのソース共振器の一端を開放するステップは、前記第1充電時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器と前記直流電源との間の電気的接続を解除するステップを含むことが好ましい。
前記波形を検出するステップは、検出時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器で発生する共振による電気信号の包絡線を検出するステップと、前記検出時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の両端を接地に接続するステップとを含むことが好ましい。
前記ターゲット共振器に電力を無線で送信するステップは、第2充電時間の間に前記決定されたソース共振器に電力を供給するステップと、前記第2充電時間が経過すれば、前記決定されたソース共振器の一端を開放するステップと、前記決定されたソース共振器の一端が開放された時点から送信時間が経過すれば、前記決定されたソース共振器の両端を接地に接続するステップとを含むことが好ましい。
前記少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップは、前記複数のソース共振器から前記少なくとも1つのソース共振器を予め決められた順序に応じて選択するステップと、前記選択された少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップとを含み、前記波形を検出するステップは、前記予め決められた順序に応じて前記複数のソース共振器の全てに対して前記波形を検出するステップを含むことが好ましい。
前記複数のソース共振器は格子状に配列され、前記予め決められた順序に応じて選択するステップは、前記格子状の1つの列又は行に対応するソース共振器を選択するステップを含むことが好ましい。
前記複数のソース共振器は複数のグループに分類され、前記予め決められた順序に応じて選択するステップは、前記複数のグループの内の1つのグループに対応するソース共振器を選択するステップを含むことが好ましい。
上記目的を達成するためになされた本発明による無線電力送信装置は、複数のソース共振器と、前記複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器と電源とを接続することによって、前記少なくとも1つのソース共振器を共振させるスイッチと、前記少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出する検出器と、前記検出された波形に基づいて、無線電力送信を行うソース共振器を決定し、前記決定されたソース共振器を介してターゲット共振器に電力を無線に送信するよう前記スイッチを制御するスイッチ制御部と、を有し、スイッチ制御部は、前記検出された波形の減衰程度に基づいて前記無線電力送信を行うソース共振器を決定することを特徴とする。
前記スイッチは、前記複数のソース共振器の内、一端を共有するソース共振器の前記一端と直流電源(DC source)とを前記スイッチ制御部の制御に応じて選択的に接続する第1スイッチと、前記複数のソース共振器の内、他の一端を共有するソース共振器の前記他の一端と接地とを前記スイッチ制御部の制御に応じて選択的に接続する第2スイッチとを含むことが好ましい。
前記複数のソース共振器のそれぞれは、キャパシタと、インダクタと、充電された電力が他のソース共振器に流れることを防止するダイオードとを含むことが好ましい。
前記複数のソース共振器は、平行に配列された複数の第1軸と平行に配列された複数の第2軸とが交差する地点に配置され、前記複数の第1軸の内の1つの第1軸に沿って配置されるソース共振器の一端は、同一の第1スイッチを介して電源と接続し、前記複数の第2軸の内の1つの第2軸に沿って配置されるソース共振器の他の一端は、同一の第2スイッチを介して接地と接続することが好ましい。
前記複数のソース共振器の内の一端を共有するソース共振器はジグザグ状に配置され、前記複数のソース共振器の内の他の一端を共有するソース共振器は、一列に配置されることが好ましい。
前記スイッチ制御部は、第1充電時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器の一端を前記電源と接続し、前記第1充電時間が経過すれば、前記一端が開放されるように前記スイッチを制御することが好ましい。
前記検出器は、検出時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器の一端で発生する共振による電気信号の包絡線を検出し、前記スイッチ制御部は、前記検出時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の両端が接地に接続されるように前記スイッチを制御することが好ましい。
記スイッチ制御部は、第2充電時間の間に前記決定されたソース共振器の一端を前記電源に接続し、前記第2充電時間が経過すれば前記一端を開放し、前記一端が開放された時点から送信時間が経過すれば、前記ソース共振器の両端が接地に接続されるよう前記スイッチを制御することが好ましい。
前記複数のソース共振器は複数のグループに分類され、前記スイッチ制御部は、前記複数のグループからそれぞれのグループを順次選択し、前記選択されたグループに対応するソース共振器を共振させるように前記スイッチを制御し、前記検出器から前記複数のソース共振器の全てに対する波形を順次取得することが好ましい。
また、上記目的を達成するためになされた本発明による無線電力送信方法は、複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップと、前記少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出するステップと、前記検出された波形に基づいて、無線電力送信を行うソース共振器を決定するステップと、前記決定されたソース共振器を介してターゲット共振器に電力を無線で送信するステップと、を有し、前記波形を検出するステップは、検出時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器で発生する共振による電気信号の包絡線を検出するステップと、前記検出時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の両端を接地に接続するステップと、を含むことを特徴とする。
また、上記目的を達成するためになされた本発明による無線電力送信装置は、複数のソース共振器と、前記複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器と電源とを接続することによって、前記少なくとも1つのソース共振器を共振させるスイッチと、前記少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出する検出器と、前記検出された波形に基づいて、無線電力送信を行うソース共振器を決定し、前記決定されたソース共振器を介してターゲット共振器に電力を無線に送信するよう前記スイッチを制御するスイッチ制御部と、を有し、前記検出器は、検出時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器の一端で発生する共振による電気信号の包絡線を検出し、前記スイッチ制御部は、前記検出時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の両端が接地に接続されるように前記スイッチを制御することを特徴とする。

他の一実施形態によると、無線電力送信装置は、複数のソース共振器と、前記ソース共振器に接続されたスイッチと、前記ソース共振器が共振する間に前記ソース共振器の波形を検出するよう構成される検出器と、前記ソース共振器が共振するようスイッチを制御し、前記検出された波形に基づいて前記ソース共振器からターゲット共振器に最も近いソース共振器を決定し、前記決定されたソース共振器から前記ターゲット共振器に電力を無線で送信するよう前記スイッチを制御するように構成されるスイッチ制御部とを含む。
前記ソース共振器は、行及び列に配列されてもよい。前記スイッチは、行にそれぞれ対応する複数の第1スイッチを含んでもよく、第1スイッチのそれぞれは前記行のうち対応する行で前記ソース共振器の全ての第1端と接続される。前記列のそれぞれ対応する複数の第2スイッチは、第2スイッチのそれぞれが前記列の内、対応する列で前記ソース共振器のそれぞれの第2端と接続される。前記スイッチ制御部は、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチが前記ソース共振器を共振するように制御し、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチが前記決定されたソース共振器から前記ターゲット共振器に電力を無線で送信するように制御してもよい。
前記行は、直線の行であってもよく、前記列は直線の列であってもよく、前記行は前記列と90度以下の角度で交差してもよい。
前記行は、ジグザグ行であってもよく、前記列は直線の列であってもよい。
前記スイッチ制御部は、前記第1スイッチをDCソースに前記行の全てで前記ソース共振器のそれぞれの前記第1端に接続するように制御し、前記列のうちの1つで前記ソース共振器のそれぞれの前記第2端を接地に接続するように制御し、DC電力で前記1つの列で前記ソース共振器の全てを充電するために前記接地から前記列のうち全ての残りの列で前記ソース共振器のそれぞれの前記第2端を接続中止するように制御してもよい。さらに、スイッチ制御部は、DC電力で前記ソース共振器の全ての残りを充電し、前記ソース共振器の残りを共振させるために前記残りの列のそれぞれに対して前記第2スイッチ及び前記第1スイッチの制御を繰り返してもよい。
前記行は、非隣接する行のグループに分類されてもよい。前記スイッチ制御部は、前記第1スイッチを行のグループのうちの1つで前記ソース共振器のそれぞれの前記第1端をDCソースに接続し、前記列のうち1つで前記ソース共振器のそれぞれの前記第2端を前記接地に接続し、前記列のうち全ての残りで前記ソース共振器のそれぞれの前記第2端を前記接地から接続中止して前記行のうち1つのグループ及び前記1つの列で前記ソース共振器の全てをDC電力で充電するように制御してもよい。また、前記スイッチ制御部は、前記1つのグループで前記ソース共振器のそれぞれの前記第1端を前記DCソースから接続中止し、行のうち前記1つのグループ及び前記1つの列にある前記ソース共振器の全てが共振するように制御してもよい。さらに、スイッチ制御部は、前記ソース共振器の全ての残りをDC電力で充電し、前記ソース共振器の全ての残りが共振するように前記残りのグループのうちの1つに対して、及び前記残りの列のうちそれぞれに対して前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの制御を繰り返してもよい。
本発明に係る無線電力送信装置及びその方法並びにコンピュータ読取可能記録媒体によれば、2次元にソース共振器の配列したものを用いて2次元の平面上に任意の位置に置かれているデバイスに無線電力を供給することができるという効果がある。
本発明の一実施形態による無線電力送信システムの概要を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置の概略的な構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置の例示的な構成を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置の動作を例示的に説明するための図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置における共振波形を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置における共振波形を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置における共振波形を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信装置における共振波形を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信を行うソース共振器が決定される工程を説明するための図である。 一実施形態による無線電力送信を行うソース共振器が決定される工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態による決定されたソース共振器に電力を無線送信する工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態による決定されたソース共振器に電力を無線送信する工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるジグザグ状に配置されたソース共振器を示す図である。 本発明の一実施形態によるジグザグ状に配置されたソース共振器に対して無線電力送信を行うソース共振器が決定される工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるジグザグ状に配置されたソース共振器に対して無線電力送信を行うソース共振器が決定される工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるジグザグ状に配置されたソース共振器に対して無線電力送信を行うソース共振器が決定される工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるジグザグ状に配置されたソース共振器に対して無線電力送信を行うソース共振器が決定される工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるソース共振器の例示的な配置を示す図である。 本発明の一実施形態によるソース共振器の例示的な配置を示す図である。 本発明の一実施形態による無線電力送信方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態による電気車両充電システムを示す図である。
次に、本発明に係る無線電力送信装置及びその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説明する。
しかし、このような実施形態によって権利範囲が制限されたり限定されることはない。
各図面に示す同一の参照符号は同一の部材を示す。
以下の説明で用いる用語は、関連する技術分野において一般的かつ普遍的なものを選択したが、技術の発達及び/又は変化、慣例、技術者の選好などに応じて他の用語が存在し得る。したがって、下記の説明で用いられる用語は、技術的な思想を限定するものと理解されることなく、実施形態を説明するための例示的な用語として理解されなければならない。
単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。
本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、1つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。
異なる定義がなされない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。
一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。
また、図面を参照して説明する際に、図面符号に関係なく同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、それに対する重複説明を省略する。
本実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態による無線電力送信システムの概要を示す図である。
無線電力送信システム100は、無線電力送信装置110及び無線電力受信装置120を含む。
無線電力送信装置110は、無線電力受信装置120に無線で電力を送信する。
例えば、無線電力送信装置110は、無線電力送信装置110に含まれたソース共振器111及び無線電力受信装置120に含まれたターゲット共振器の間の共振カップリングによって電力を無線に送信する。
本発明の一実施形態による無線電力送信装置110は複数のソース共振器111を含み、無線電力受信装置120が存在する位置のソース共振器111を選択して無線電力送信を行うことができる。
また、無線電力送信装置110は、複数の無線電力受信装置120に対しても無線電力送信を行ってもよい。
無線電力送信装置120は、2次元ソース共振器の配列を用いて2次元の平面上に任意の位置に置かれているデバイスに無線電力を供給する。
無線電力送信装置110の具体的な動作については、図2〜図20を参照して下記にて詳細に説明する。
無線電力受信装置120は、無線電力送信装置110から無線で電力を受信することができる。
無線電力受信装置120は、ターゲット共振器を含む電子装置として、例えば、モバイルフォン、スマートフォン、ノート型パソコン、タブレットPCなどのような携帯型機器又は無線ディスプレイなどのようなコードのない据置型の機器などを含む。
図2は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置の概略的な構成を示すブロック図である。
無線電力送信装置110は、ソース共振器210、スイッチ220、検出器230、スイッチ制御部240を含む。
本発明の一実施形態において、無線電力送信装置110は、「複数のソース共振器」219を含む。
ソース共振器210は、ターゲット共振器に電力を送信する。
ソース共振器210は、スイッチ制御部240の制御に応じてスイッチ220により供給される電力を共振結合によりターゲット共振器に送信する。
さらに、ソース共振器210の細部的な構成については以下で、図3を参照して詳細に説明し、本明細書では、複数のソース共振器219が格子状に配置されているものを中心に説明するが、それに限定することなく、設計に応じて変更され得る。
スイッチ220は、「複数のソース共振器」219の内の少なくとも1つのソース共振器210と電源とを接続することによって、少なくとも1つのソース共振器210を共振させる。
例えば、スイッチ220は、スイッチ制御部240の制御に応じて当該ソース共振器210を一定時間(例えば、第1充電時間又は第2充電時間など)の間、電源(例えば、直流電源)と接続させた後、開放することで共振させることができる。
スイッチ220は、ソース共振器210の一端と電源との間の接続及びソース共振器210の他の一端と接地との間の接続の形成、及び開放を行う。
スイッチ220の具体的な構成及び動作について下記で詳細に説明する。
さらに、本明細書において、一端は第1端と表現し、他方の一端は第2端と表現するものとする。
検出器230は、少なくとも1つのソース共振器210が共振する波形を検出する。
例えば、検出器230は、検出時間の間に少なくとも1つのソース共振器210の一端で発生する共振による電気信号の包絡線を検出することができる。
電気信号は、ソース共振器210で発生した共振による電気的な信号として、例えば、電流信号、電圧信号、及び電力信号などを含む。
一実施形態において、グループ当たり1つの検出器が構成されることから、体積及び電力消費が減少し得る。
スイッチ制御部240は、検出された波形に基づいて無線電力送信を行うソース共振器210を決定し、決定されたソース共振器210を介してターゲット共振器に電力を無線送信するようスイッチ220を制御する。
スイッチ制御部240の具体的な動作は下記で詳細に説明する。
図3は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置の例示的な構成を示す図である。
無線電力送信装置110のソース共振器210は、キャパシタ312、インダクタ311、及び注入された電力が他のソース共振器に流れることを防止するダイオード313を含む。キャパシタ312及びインダクタ311は、ターゲット共振器と共振結合を形成するために用いられる。
本発明の一実施形態において、複数のソース共振器は、行及び列に配列される。
例えば、図3において、行は列と90度の角度で交差してもよい。
ただし、これは単なる例示であって、図18で例示的に示すように、行は90度以上の角度で列と交差してもよい。
上述した複数のソース共振器は、複数の第1グループ(例えば、第1グループは行に対応するグループ)及び複数の第2グループ(例えば、第2グループは列に対応するグループ)に分類される。
第1グループ間では重複するソース共振器210がなく、第2グループ間では重複するソース共振器210がない。
具体的には、複数のソース共振器は、特定のソース共振器が第1グループの内の1つではただ1つのみが示されるようにし、2個の第1グループが同一のソース共振器を含まないようにし、特定のソース共振器が第2グループのうちただ1つのみに示されるようにし、2個の第2グループが同一のソース共振器を含まないよう分類するのが好ましい。
例えば、第1グループに含まれた各ソース共振器は、第2グループに含まれた他の単一ソース共振器と重なってもよい。
第1グループに含まれた2個のソース共振器は、第2グループに含まれた同一のソース共振器と重ならなくてもよい。
一実施形態によれば、各第1グループのそれぞれにソース共振器が互いに接続した一端を有し、各第2グループのそれぞれに含まれたソース共振器は互いに接続された第2端を有してもよい。
無線電力送信装置110のスイッチ220は第1スイッチ321及び第2スイッチ322を含む。
第1スイッチ321は、複数のソース共振器の内、互いに接続した第1端を有するソース共振器の第1端と直流電源(DC source;DC)をスイッチ制御部240の制御に応じて選択的に接続することができる。
一実施形態において、第1スイッチ321のそれぞれは、第1グループ(例えば、行に対応するグループ)に対応するソース共振器の第1端を直流電源(DC)と選択的に接続する。
例えば、第1スイッチ321は、複数構成されてもよく、それぞれの第1スイッチ321は、格子状に配置された複数のソース共振器の内、一行に対応するソース共振器を一括的にスイッチ制御部240の制御に応じて直流電源(DC)に接続したり、接地(GND)に接続したり、直流電源(DC)及び接地(GND)からソース共振器の第1端を接続中止(例えば、開放(open))したりする。
第2スイッチ322は、複数のソース共振器の内、他の一端を共有するソース共振器の他の一端、及び接地(GND)をスイッチ制御部240の制御に応じて選択的に接続する。
一実施形態において、第2スイッチ322のそれぞれは、第2グループ(例えば、列に対応するグループ)に対応するソース共振器が共有する他の一端を接地(GND)に選択的に接続する。
例えば、第2スイッチ322は、複数構成されてもよく、それぞれの第2スイッチ322は、格子状に配置された複数のソース共振器の内、一列に対応するソース共振器を一括的にスイッチ制御部240の制御に応じて接地(GND)に接続したり開放(open)したりする。
検出器230は、ソース共振器210の一端で発生する共振による波形を検出する。
例えば、検出器230は、複数構成されてもよく、それぞれの検出器(331、332、333)は、第1スイッチ321によって接続され、ソース共振器210の開放された一端の波形を検出する。
図3では、複数のソース共振器が格子状に配置された場合であって、第1検出器331は最初の行に対応するソース共振器の開放された一端と接続し、第2検出器332は2行目に対応するソース共振器の開放された一端と接続し、第3検出器333は3行目に対応するソース共振器の開放された一端と接続される。
ソース共振器の開放された一端は、直流電源(DC)及び接地(GND)の両方から接続中止(開放)(open)されたソース共振器の一端である。
図3に示す例として、ソース共振器の一端は、第1スイッチ321によって直流電源(DC)及び接地(GND)の両方から接続中止(開放)(open)されたソース共振器の第1端である。
ただし、これに限定されることなく、複数のソース共振器が複数の第1グループに分類され、各第1グループに対応するソース共振器の第1端が互いに接続される場合、検出器230は第1グループの個数だけ構成され、各第1グループに対応する検出器(331、332、333)は、当該第1グループのソース共振器の第1端が直流電源(DC)及び接地(GND)の両方から接続中止(解放)された場合に波形を検出することができる。
さらに、図3に示す直流電源は、説明の便宜のために第1スイッチ321のそれぞれに個別に示しているが、第1スイッチ321のそれぞれは、単一直流電源と各グループ(例えば、行に対応するグループ)のソース共振器の一端を選択的に接続してもよい。
ただし、これに限定されることなく、直流電源は、第1スイッチ321の個数だけ個別に構成することもできる。
本発明の一実施形態において、無線電力送信装置110は、無線電力受信装置に近接する位置のソース共振器210を探索する工程、及び探索されたソース共振器210に一定時間の間に電力を送信する工程を繰り返す。
無線電力送信装置110は、探索工程で無線電力受信装置の位置移動を追跡したり、存在の有無を判断する。
無線電力受信装置に近接する位置のソース共振器210を探索する原理は、下記の図5〜図8を参照して説明する。
探索する工程について、下記の図9及び図10を参照して説明し、送信する工程は下記の図11及び図12を参照して説明する。
本発明の一実施形態において、無線電力送信装置110は、探索する工程及び送信する工程は短い時間間隔で繰り返すことができ、探索工程に対する時間を送信工程に対する時間よりも短く設定することができる。
図4は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置の動作を例示的に説明するための図である。
図4は、希望する地点のソース共振器を共振させる工程を説明する。
例えば、図4は、格子構造に配置された複数のソース共振器において、2行目の2列のソース共振器410が共振する場合を例示する。
スイッチ制御部240は、一定時間の間、第1スイッチ321が1つの第1グループ(例えば、2行)のソース共振器の一端が直流電源(DC)に接続するように制御し、同じ時間の間に第2スイッチ322が1つの第2グループ(例えば、2列)のソース共振器の他の一端が接地(GND)に接続するように制御する。
ここで、残りの第1グループのソース共振器の一端が開放し(open)、残りの第2グループのソース共振器の他の一端も開放(open)してもよい。
スイッチ制御部240は、上述したように、第1スイッチ321及び第2スイッチ322を制御することにより1つ以上のソース共振器を共振させることで、ターゲット共振器の位置を探索したり、ターゲット共振器に電力を無線に送信することができる。
例えば、スイッチ制御部240は、希望する地点のソース共振器410に接続された第1スイッチ321を直流電源と接続し、第2スイッチ322を接地に接続し、残りのソース共振器は開放(open)する。
直流電源と接地に接続したソース共振器410は、接続時間に比例してソース共振器410のインダクタとキャパシタに直流電力を充電することができる。
一定時間の充電後にソース共振器410の両端を開放すれば、ソース共振器410は共振周波数のRF信号を発生して共振することができ、近くにある同じ共振周波数の共振器(例えば、他のソース共振器又はターゲット共振器)に電力を送信できる。
無線電力受信装置のターゲット共振器がなければ、当該ソース共振器410に隣接する周辺の、電力が供給されていない他のソース共振器にエネルギーを送信し得る。
ただし、無線電力受信装置のターゲット共振器が当該ソース共振器410の真上の側に位置すれば、同じ平面に位置する周辺のソース共振器に比べて当該ソース共振器410とターゲット共振器との間にもっと大きいカップリング係数が形成されるため、多くの電力が上方向にあるターゲット共振器に送信される。
例えば、図13に示す構造は、ソース共振器をジグザグパターンに配列することによって、隣接する周辺のソース共振器間の結合係数を最小化できる。
ここで、2行目の3列に配置するソース共振器420は、共振中であるソース共振器410と電力が供給される一端を共有し、1行目の3列のソース共振器430及び1行目の2列のソース共振器によって接地(GND)に接続する経路が形成される可能性が発生する。
ただし、本発明の一実施形態によるソース共振器は、ダイオード431を含んでいるため、2行目の3列に配置したソース共振器420から1行目の3列のソース共振器430への電流の逆流を防止することができる。
したがって、スイッチ制御部240が共振させようとするソース共振器以外のソース共振器の共振を防止することができる。
図4に示すように、第2検出器332は、2行目の2列のソース共振器410で発生する共振による波形を検出することができる。
下記では、図5〜図8を参照して、ターゲット共振器が存在する場合と存在しない場合のソース共振器の共振による波形について説明する。
図5〜図8は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置における共振波形を示す図である。
図5に示すように、無線電力送信装置は、複数のソース共振器を含み、共振するソース共振器511、当該ソース共振器511と共振結合を形成して共振するターゲット共振器520、及び当該ソース共振器511周辺のソース共振器512(以下、周辺共振器)を考慮する。
図6は、ソース共振器511及びターゲット共振器520のみが存在する場合のソース共振器511及びターゲット共振器520の共振波形を示す。
図7は、ソース共振器511及び周辺共振器512のみが存在する場合のソース共振器511及び周辺共振器512の共振波形を示す。
図8は、ソース共振器511、周辺共振器512、及びターゲット共振器520が全て存在する場合のそれぞれの共振波形を示す。
ここで、検出器は、ソース共振器511が共振する波形の包絡線を検出する。
本発明の一実施形態において、無線電力送信装置は、ソース共振器511に直流電源による電力を充電した後、充電された電力が放電されながら発生する共振波形の包絡線の差に基づいて、無線電力受信装置の位置に近接するソース共振器511を決定する。
例えば、充電されたソース共振器511の近くにターゲット共振器520が近く存在するほど、放電時に発生する共振波形の包絡線が急激に減少するため、放電時の周辺の他のソース共振器511よりも早く共振波形の包絡線が減衰するソース共振器511は、無線電力受信装置のターゲット共振器520が近くにあるソース共振器511として判断する。
図6及び図8に示すように、当該ソース共振器と共振結合されたターゲット共振器が存在する場合は、ターゲット共振器が存在しない場合の図7に比べて共振波形の包絡線の減衰程度が比較的に急激に示されている。
例えば、図6に示すソース共振器の波形611及び図8に示すソース共振器811の波形は、図7に示すソース共振器の波形711に比べて急激に減衰されている。
これは図6に示すターゲット共振器の波形620及び図8に示すターゲット共振器の波形820のように、ターゲット共振器に電力が送信されることでソース共振器の波形が急激に減衰するためである。
これに比べて、図7及び図8に示す周辺共振器の波形(712、812)のように、周辺共振器に小さい電力が供給されるため、図7ではソース共振器の波形711が緩やかに減衰することで、図8ではソース共振器の波形811に大きい影響を与えない。
したがって、スイッチ制御部は、検出された波形の減衰程度に基づいて無線電力送信を行うソース共振器を決定することができる。
本発明の一実施形態において、ソース共振器の共振による電気信号の包絡線の減衰程度は、包絡線の減衰比率、閾値以下への減衰などを含む。
例えば、包絡線の減衰比率は、検出時間の初期時点における包絡線の大きさに対する検出時間の初期時点から特定時点まで包絡線が減少した大きさの比率を示す。
この場合、スイッチ制御部は、減衰比率が閾値比率よりも大きい場合、スイッチ制御部は、当該ソース共振器と共振結合を形成するターゲット共振器が存在するものと判断する。
したがって、当該ソース共振器上にターゲット共振器を含む無線電力受信装置が存在し得る。
例えば、閾値は、検出時間の間の特定時点に対して所定の包絡線の大きさであって、スイッチ制御部は、検出時間の間の特定時点で検出された包絡線の大きさが閾値よりも小さい場合、当該ソース共振器と共振結合を形成するターゲット共振器が存在するものと判断する。
ただし、減衰程度に基づいたターゲット共振器の有無の判断を上述の内容によって限定することはない。
スイッチ制御部は、図7に示す波形の減衰程度と図6及び図8に示す波形の減衰程度とを区分する様々な基準を用いてターゲット共振器の有無を判断することができる。
さらに、スイッチ制御部は、共振波形の形態を分析して図7のものと類似の波形を示す場合、ターゲット共振器が存在しないものと判断する。
図9及び図10は、本発明の一実施形態による無線電力送信を行うソース共振器が決定される工程を説明するための図である。
図9は、無線電力送信装置910の複数のソース共振器の格子状の配置において、2行目の2列上の位置にターゲット共振器929が存在する場合を示すものである。
本発明の一実施形態において、無線電力送信装置910は、全ての第1グループ(例えば、行に対応するグループ)のソース共振器の一端を電源と接続し、複数の第2グループ(例えば、列に対応するグループ)の内の1つの第2グループを順次に選択し、選択された第2グループのソース共振器の他の一端を接地に接続することによって、選択された第2グループのソース共振器を共振させ得る。
ここで、検出器が第2グループの各ソース共振器における包絡線を検出し、スイッチ制御部は、検出された包絡線に基づいてターゲット共振器の位置及び無線電力送信するソース共振器を決定することができる。
例えば、探索工程において、まず、無線電力送信装置910は、「j」番目の列(ここで、「j」は1以上の整数として列の個数以下)の第2スイッチを接地(GND)させ、全ての行の第1スイッチを直流電源(DC)に接続した後、開放(open)する。
その後、無線電力送信装置910は、一定時間のディレイによって共振波形を取得し、共振波形に基づいて無線電力送信を行うソース共振器の位置を決定する。
その後、無線電力送信装置910は、全ての行の第1スイッチを接地(GND)した後、開放(open)し、j番目の列の第2スイッチを開放(open)する。
無線電力送信装置910は、上述した工程を「j」は1から最後の列まで繰り返す。
以下、図10を参照して具体的に説明する。
検出部は、図10に示す第1探索時間1010の間に第1列に対応するソース共振器の共振波形、第2探索時間1020の間に第2列に対応するソース共振器の共振波形、及び第3探索時間1030の間に第3列に対応するソース共振器の共振波形を検出する。
さらに、各探索時間は、1つのグループに対して共振波形を検出するために所要する時間単位を示す。
ただし、図3には、第1列〜第3列のソース共振器の共振波形まで示しているが、これに限定されることなく、検出部は全ての列に対する共振波形を順次に検出することができる。
以下、図10において、「SW_C1」は第1列の第2スイッチの接続状態、「SW_C2」は第2列の第2スイッチの接続状態、「SW_C3」は第3列の第2スイッチの接続状態を示す。
「SW_Rn」は全ての第1スイッチの接続状態を示す。
「Venv_R1」は1行目で検出される電圧信号の包絡線、「Venv_R2」は2行目で検出される電圧信号の包絡線、「Venv_R3」は3行目で検出される電圧信号の包絡線を示す。
まず、スイッチ制御部は、第1スイッチ及び第2スイッチを制御して少なくとも1つのソース共振器を共振させる。
例えば、スイッチ制御部は、第1充電時間1011の間に少なくとも1つのソース共振器に電力を供給(例えば、ソース共振器及び直流電源を電気的に接続)する。
具体的には、スイッチ制御部は、第1充電時間1011の間に少なくとも1つのソース共振器の一端が直流電源(DC)に接続し、第1充電時間1011が経過すれば、一端が開放(open)(例えば、ソース共振器と直流電源との間の電気的接続を解除)されるように第1スイッチを制御する。
さらに、第1充電時間1011の間にスイッチ制御部は、当該ソース共振器の他の一端を接地(GND)させ、残りのソース共振器の他の一端は開放(open)するように第2スイッチを制御する。
例えば、第1探索時間1010の第1充電時間1011の間に、スイッチ制御部は、第1列の第2スイッチ「SW_C1」を接地(GND)させ、第2列及び第3列を含む残りの列の第2スイッチ「SW_C2」、「SW_C3」などは開放(open)し、全ての第1スイッチ「SW_Rn」は直流電源(DC)と接続する。
第1充電時間1011が経過すれば、スイッチ制御部は、全ての第1スイッチを開放(open)するよう制御する。
ここで、第1列のソース共振器は、共振によって充電された電力を放電する。
その後、検出部は、検出時間1012の間に少なくとも1つのソース共振器で発生する共振による電気信号の包絡線を検出する。
例えば、第1探索時間1010の検出時間1012の間に、スイッチ制御部は、第1列の第2スイッチの接地(GND)を保持し、第2列及び第3列の第2スイッチの開放(open)を保持し、全ての第1スイッチを開放(open)状態に変更する。
次に、スイッチ制御部は、検出時間1012が経過すれば、少なくとも1つのソース共振器の両端を接地(GND)に接続するようスイッチを制御する。
例えば、スイッチ制御部は、リセット時間1013の間にソース共振器の両端を接地(GND)させる。
スイッチ制御部は、ソース共振器の両端を接地(GND)させてリセットすることで、次の列のソース共振器の包絡線からの影響を除去することができる。
その後、マージン時間1014の間にスイッチ制御部はソース共振器両端の接地(GND)を保持する。
本発明の一実施形態において、スイッチ制御部は、検出部によって検出された波形の減衰程度に基づいて無線電力送信を行うソース共振器を決定する。
図10において、第1探索時間1010及び第3探索時間1030の共振波形は全て緩やかに減衰し、図7に示した波形に対応する。
したがって、スイッチ制御部は、第1探索時間1010及び第3探索時間1030の間に探索した第1列及び第3列のソース共振器上にはターゲット共振器が存在しないと判断する。
これとは異なって、第2探索時間1020の間の共振波形のうち、2行目の第2列のソース共振器で検出された電圧信号の包絡線1029は他の共振波形に比べて急激に減衰し、図8に対応する波形である。
したがって、スイッチ制御部は、2行目の第2列のソース共振器上にターゲット共振器が存在すると判断し、当該ソース共振器を無線電力送信を行うソース共振器として決定する。
図9及び図10を参照して第1探索時間1010を基準にして説明したが、第1探索時間1010内の細部区間に対する説明は、第2探索時間1020及び第3探索時間1030を含んだ残りの探索時間について適用され得る。
ただし、図9及び図10では説明の便宜のために第3列までに対して検出部が共振波形を検出したが、これに限定されることはない。
本発明の一実施形態において、複数のソース共振器は、複数のグループに分類される場合にスイッチ制御部が複数のグループのうち1つのグループに対応するソース共振器を選択してもよい。
例えば、スイッチ制御部は、複数のソース共振器から少なくとも1つのソース共振器を予め決められた順序(例えば、格子状に列又は行の順)に応じて選択(例えば、格子状に1つの列又は行に対応するソース共振器を選択)することができ、選択された少なくとも1つのソース共振器を共振させる。
検出部は、予め決められた順序に応じて複数のソース共振器の全てに対して波形を検出することができる。
したがって、スイッチ制御部は、複数のグループからそれぞれのグループを順次に選択し、選択されたグループに対応するソース共振器を共振させるようスイッチを制御し、検出器から複数のソース共振器の全てに対する波形を順次に取得できる。
例えば、スイッチ制御部は、第1列から最後の列まで変更しながら全ての列に対して共振波形を取得し、複数のソース共振器の全てに対して共振波形を取得した後、電力を供給しなければならないソース共振器を決定することができる。
図11及び図12は、本発明の一実施形態による決定されたソース共振器に電力を無線送信する工程を説明するための図である。
無線電力送信装置1110は、無線電力送信を行うと決定したソース共振器を順次に共振させることができる。
本発明の一実施形態によれば、無線電力送信装置1110は、電力が供給されなければならないソース共振器が位置する列の第2スイッチを接地(GND)と接続し、残りの列の第2スイッチは開放(open)し、接地された列で電力供給すべきソース共振器が位置する行の第1スイッチを直流電源(DC)と接続して、一定の時間充電した後、開放(open)することにより当該ソース共振器を共振させることができる。
無線電力送信装置1110は、決定されたソース共振器の共振によってターゲット共振器に電力を送信した後、全ての第1スイッチを接地(GND)に接続することにより、残余電力が除去されることで次の列の電力送信への影響を最小化できる。
図11は、2行目の第2列の位置1111、4行目の第5列の位置1112、5行目の第5列の位置1113、4行目の第6列の位置1114、5行目の第6列の位置1115にターゲット共振器が存在する場合を示している。
スイッチ制御部は、上述した位置(1111〜1115)にターゲット共振器が存在すると判断し、該当位置のソース共振器に電力を送信することを決定する。
例えば、送信工程において、まず、無線電力送信装置1110は、「j」番目の列の第2スイッチを接地(GND)に接続し、その後、電力供給が決定された行の第1スイッチを直流電源(DC)と接続して開放(open)する。
無線電力送信装置1110は、一定時間の間、開放状態を保持しながらディレイすることにより電力を送信する。
その後、無線電力送信装置1110は、決定された行の第1スイッチを接地(GND)した後、開放(open)し、「j」番目の列の第2スイッチを開放(open)する。
ここで、無線電力送信装置は、「j」を電力供給すると決定した列の順に決定し、決定された列に対して順次に上述した工程を繰り返す。
さらに、無線電力送信装置1110は、上述した送信工程を一定時間又は一定回数だけ繰り返すことができる。
以下、図12において、「SW_C2」は第2列の第2スイッチの接続状態、「SW_C5」は第5列の第2スイッチの接続状態、「SW_C6」は第6列の第2スイッチの接続状態を示す。
「SW_R2」は第2行の第1スイッチの接続状態、「SW_R4」は第4行の第1スイッチの接続状態、「SW_R5」は第5行の第1スイッチの接続状態を示す。
図12において、スイッチ制御部は、第2充電時間1211の間に決定されたソース共振器(例えば、電力供給されなければならないソース共振器)の一端を直流電源(DC)に接続し、第2充電時間1211が経過すれば一端を開放(open)し、一端が開放された時点から送信時間1212が経過すれば、ソース共振器の両端が接地(GND)に接続されるようスイッチを制御する。
例えば、スイッチ制御部は、第1電力区間1210の第2充電時間1211の間に2行目の第1スイッチがソース共振器の一端を直流電源(DC)に接続(第2充電時間1211の間、第2列の第2スイッチは接地(GND)され、残りのスイッチは開放(open)される)される。
スイッチ制御部は、送信時間1212の間に2行目の第1スイッチを開放(open)し、送信時間1212が経過すれば、2行目の第1スイッチを、例えば、リセット時間1213の間に接地(GND)させてもよい。
その後、マージン時間1214の間にスイッチ制御部は各スイッチを開放状態に保持することができる。
また、図12に示すように、無線電力送信装置1110は列単位に時間区間を分類し、第1電力区間1210では2行目の第2列のソース共振器によって電力を送信し、第2電力区間1220では4行目の第5列及び5行目の第5列のソース共振器によって電力を送信し、第3電力区間1230では4行目の第6列及び5行目の第6列のソース共振器によって電力を送信する。
図11及び図12に関して、第1電力区間1210を基準にして説明したが、第1電力区間1210内の細部区間に対する説明は、第2電力区間1220及び第3電力区間1230を含んだ残りの電力区間についても適用される。
電力区間の時間的長さ及び個数は設計に応じて変更され得る。
本発明の一実施形態によれば、無線電力送信装置は、電力送信が決定されたソース共振器を除いた残り行のソース共振器の両端を接地させることで、残り行のソース共振器の共振を妨害する。
したがって、無線電力送信装置は、決定されたソース共振器周辺(例えば、上下の位置)のソース共振器に不要な電力送信を防止することができる。
図13は、本発明の一実施形態によるジグザグ状に配置されたソース共振器を示す図である。
無線電力送信装置の複数のソース共振器は、格子状ではない別の形態でも配置され得る。
例えば、図13は、ジグザグ状に配置された複数のソース共振器を示す。
複数のソース共振器の内、一端を共有するソース共振器(例えば、第1グループに対応)はジグザグ状に配置され、複数のソース共振器の内の他の一端を共有するソース共振器(例えば、第2グループに対応)は一列に配置される。
図13は、3行目の第1スイッチが直流電源(DC)を供給して開放(open)された場合の例示として、3列目の第2スイッチは接地(GND)を保持し、残りの列の第2スイッチは開放(open)した状態であった後、接地(GND)された場合を示す。
3行目の第1スイッチと接続したソース共振器(1311〜1315)のうち、2行目の第3列のソース共振器1311を除いた残りのソース共振器(1312〜1315)は開放された状態であるため、電力が充電されずに共振が発生しない。
2行目の第3列のソース共振器1311のみが共振する。
ここで、2行目の第3列のソース共振器1311の周辺共振器1390は、両端が接地(GND)された状態であるため共振が全く発生しない。
したがって、図4に示した構造(電力送信が決定されたソース共振器の左右の他のソース共振器に電力送信の発生可能)に比べて不要な電力消費がより低減される。
図13に示す構造によると、無線電力送信装置は、電力送信が決定されたソース共振器の左右に位置するソース共振器の両端も接地(GND)させる。
そのため、同一の第1スイッチに接続されたソース共振器が左右に位置しないため、左右の隣接ソース共振器間の相互共振が防止されることで、無線電力送信装置は不要な共振による電力損失を防止することができる。
図14〜図17は、本発明の一実施形態によるジグザグ状に配置されたソース共振器に対して無線電力送信を行うソース共振器が決定される工程を説明するための図である。
図14及び図15は、ジグザグ状の探索工程において、共振を発生させる順序の例示を説明する。
例えば、図14では、2行目の第1スイッチ1410及び6行目の第1スイッチ1420を制御し、該当のスイッチと接続した一連のソース共振器を列の順(例えば、第1列、第2列、及び第3列の順)に応じて共振させることができる。
本発明の一実施形態において、スイッチ制御部は、複数の第1グループ(例えば、行)の内、互いに一定の間隔以上に離隔した第1グループを選択して共振させることができる。
例えば、図14に示す形態において、3つの行の間隔を設定(例えば、図14に示すように、2、6、10、…行目のグループ、3、7、11、…行目のグループ、4、8、12、…行目のグループ、及び1、5、9、…行目のグループなどのように4個の行グループに分類)することによって、第2行の第1スイッチ1410により共振されるソース共振器と、第6行の第1スイッチ1420により共振されるソース共振器との間の干渉を防止できる。
図14において、スイッチ制御部によって決定された第1グループに対する探索が完了すると、スイッチ制御部は、図15に示すように次の第1グループ(例えば、第3行の第1スイッチ1510と接続したソース共振器及び第7行の第1スイッチ1520と接続したソース共振器)に対する探索を向上させることができる。
図16及び図17は、無線電力送信装置1610の3行目の第2列の位置にターゲット共振器1611が位置する場合の共振波形検出の例示を説明するための図である。
図16において、スイッチ制御部は、1行目のスイッチ1621及び5行目のスイッチ1622を制御して該当スイッチ(1621、1622)に接続したソース共振器を共振させる。
例えば、図13に示す構造の探索工程において、無線電力送信装置1610は、「4n+r」行目(ここで、nは0以上であり、「4n+r」が行の個数よりも小さい値にする整数であり、rは1以上4以下の整数である)の第1スイッチを開放(open)し、残りの行の第1スイッチは接地(GND)に接続してもよい。
その後、無線電力送信装置1610は、j番目の列の第2スイッチを接地(GND)に接続し、残りの列の第2スイッチを開放(open)してもよい。
そして、無線電力送信装置1610は、「4n+r」行目の第1スイッチのみを直流電源(DC)に接続して開放(open)し、j番目の列の第2スイッチのみが開放(open)して残りの列の第2スイッチは接地(GND)に接続し、ここで、各包絡線に基づいて電力を供給するソース共振器を決定する。
無線電力送信装置1610は、「4n+r」行目の第1スイッチを接地(GND)に接続して開放(open)し、j番目の列の第2スイッチを接地(GND)に接続してもよい。
無線電力送信装置1610は、「j」は1から列の個数まで上述した工程を繰り返し、全ての列に対する工程が終了すれば、「r」を変更(例えば、1から4まで順に変更)して行を変更する。
以下、図17を参照して具体的な例示を説明する。
以下、図17において、「SW_C1」は1列目の第2スイッチの接続状態、「SW_C2」は2列目の第2スイッチの接続状態、「SW_C3」は3列目の第2スイッチの接続状態を示す。
「SW_Rn」は、n行目の第1スイッチの接続状態を示す。
「Venv_R1」は1行目の電圧信号の包絡線、「Venv_R5」は5行目の電圧信号の包絡線、「Venv_R9」は9行目の電圧信号の包絡線を示す。
上述したように、スイッチ制御部は、第1充電時間1711の間に1行目、5行目、及び9行目のソース共振器に対して電力を供給する。
第1充電時間の間に1行目、5行目、及び9行目で第1スイッチと直流電源(DC)とが接続し、他の行にある第1スイッチは接地(GND)に接続し、1列目の第2スイッチが接地(GND)に接続し、残りの列にある第2スイッチは開放(open)した状態を保持することで、スイッチ制御部は1行と1列、5行と1列、及び9行と1列にあるソース共振器を探索する間に電力を充電させることができる。
その後、送信時間1712の間にスイッチ制御部は、1行、5行、及び9行にある第1スイッチを開放(open)して充電されたソース共振器を共振させる。
リセット時間1713の間にスイッチ制御部は、ソース共振器の全ての両端を接地(GND)に接続するため、全ての行及び全ての列にある第1スイッチ及び第2スイッチを接地(GND)に接続することができる。
各区間の間にはマージン時間(1791、1792)が設定されている。
マージン時間1791は、第1充電時間1711及び送信時間1712の間に設定され、マージン時間1792は、リセット時間1713及び第2探索時間1720の間に設定されてもよい。
図17に示すように、5行目の2列で減衰程度が大きい共振波形1729が検出され、スイッチ制御部は、該当の波形が検出されたソース共振器を無線電力送信を行うソース共振器として決定する。
図17は、第1探索時間1710についてのみを説明したが、第2探索時間1720、第3探索時間1730を含む残りの探索時間に対しても同様に行われる。
図17において、第2探索時間1720は、2列、第3探索時間1730は3列に関して指定される時間であり得る。
また、図13に示す配置構造の送信工程は、図4に示した構造と同様に行われてもよい。
例えば、無線電力送信装置1610は「4n+r」行目のうち、電力が供給されるよう決定された行の第1スイッチのみを開放(open)し、残りの行の第1スイッチは接地(GND)に接続する。
無線電力送信装置1610は、「j」番目の列の第2スイッチのみを接地(GND)に接続し、残りの列の第2スイッチを開放(open)する。
そして、無線電力送信装置1610は、「4n+r」行目のうち電力を供給するよう決定された行の第2スイッチを直流電源(DC)と接続した後、開放(open)する。
無線電力送信装置1610は、「j」番目の列の第2スイッチのみを開放(open)し、残りの列の第2スイッチを接地(GND)に接続する。
その後、無線電力送信装置1610は、「4n+r」行目の第1スイッチを接地(GND)に接続した後、開放(open)し、「j」番目の列の第2スイッチを接地(GND)に接続する。
無線電力送信装置1610は、特定の「r」(rは、電力供給が指定されたソース共振器が位置する行)に対して電力が供給されるよう決定されたソース共振器が位置する列に対して「j」を選択して上述した工程を繰り返し、該当の「r」に対応する行で電力が供給されるよう指定された全ての列に対する工程が終了すれば、「r」を変更(例えば、電力が供給されなければならないソース共振器が位置する他の行に対応する「r」)して行を変更する。
上述したプロセスが、電力が供給されなければならないソース共振器の位置が特定されるまで全ての行に対して繰り返し行われ得る。
図18及び図19は、本発明の一実施形態によるソース共振器の例示的な配置を示す図である。
図18は、複数のソース共振器1801が平行に配列された複数の第1軸1810及び平行に配列された複数の第2軸1820が交差する地点1830に配置する場合を示す。
ここで、複数の第1軸1810の内の1つの第1軸に沿って配置されるソース共振器の一端は同一の第1スイッチを介して電源に接続し、複数の第2軸1820の内の1つの第2軸に沿って配置されるソース共振器の他の一端は同一の第2スイッチを介して接地に接続される。
例えば、複数の第1グループ(1881〜1886)に属するソース共振器は、各第1グループに属するソース共振器と一端を共有する。
複数の第2グループ(1891〜1897)に属するソース共振器は、各第2グループに属するソース共振器と他の一端を共有する。
ここで、第1軸1810及び第2軸1820は互いに平行していないため、必ず一点が交差する。
図18に示すように、複数のソース共振器1801は、反復するパターン(例えば、ヘキサタイル(hexa tile)、5角形タイル(pentagonal tiel)、格子状など)に配置されてもよい。
図19は、複数のソース共振器がランダムに配置された例示を示す図である。
本発明の一実施形態において、平行に配列された仮想の複数の第1軸1910、及び平行に配列された仮想の複数の第2軸1920を仮定する。
各ソース共振器は、仮想の2軸が交差する地点のうち、最も近い地点に接続されるよう構成される。
さらに、複数のソース共振器は第1グループ(1981〜1985)に分類され、第2グループ(1991〜1995)に分類され得る。
第1グループ(1981〜1985)の間でソース共振器が重なって含まれることはなく、第2グループ(1991〜1995)の間でもソース共振器が重なって含まれない。
具体的には、複数のソース共振器は、特定のソース共振器が第1グループ(1981〜1985)の内の1つにのみ示されるよう、第1グループ(1981〜1985)の内、2個の第1グループが同一のソース共振器を含まないよう、特定のソース共振器が第2グループ(1991〜1995)の内の1つにのみ示されるよう、第2グループ(1991〜1995)の内、2個の第2グループが同一のソース共振器を含まないよう分類する。
例えば、第1グループ(1981〜1985)に含まれた各ソース共振器は、第2グループ(1991〜1995)に含まれた他の単一のソース共振器にのみ重なってもよい。
第1グループ(1981〜1995)に含まれた2個のソース共振器は、第2グループ(1991〜1995)に含まれた同一のソース共振器と重ならない。
第1グループのそれぞれと第2グループとの間には最大1つのソース共振器が重なって含まれるよう、複数のソース共振器が分類され得る。
図20は、本発明の一実施形態による無線電力送信方法を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS2010において、スイッチ制御部は、複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器を共振させる。
次に、ステップS2020において、検出器は少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出する。
次に、ステップS2030において、スイッチ制御部は、検出された波形に基づいて無線電力送信を行うソース共振器を決定する。
次に、ステップS2040において、スイッチ制御部は、決定されたソース共振器によってターゲット共振器に電力を無線送信する。
上述したステップS2010〜ステップS2040の詳細な動作は、図1〜図19を参照して上述したため省略する。
図21は、本発明の一実施形態による電気車両充電システムを示す図である。
図1では、複数の無線電力受信装置120が無線で複数のソース共振器111を含む無線電力送信装置110から電力を無線で受信する例示を示した。
図1に示すように、無線電力受信装置120は、ターゲット共振器を含む電子装置として、例えば、携帯型装置又はコードない静的な装置(cordless stationary device)であってもよい。
例えば、携帯型装置は、モバイルフォン、スマートフォン、ノート型パソコン、又は、タブレットPCなどであってもよく、コードない静的な装置は、例えば、無線ディスプレイであってもよい。
ただし、これは単なる例示であって、無線電力受信装置120は、無線電力充電システムを有する電気自動車(車両)であってもよく、ソース共振器111が、車庫又は駐車場に配置されてもよい。
図21を参照すると、無線電気車両充電システム2100は、ソースシステム2110、ソース共振器2120、ターゲット共振器2130、ターゲットシステム2140、電気車両バッテリ2150を含む。
ターゲット共振器2130、ターゲットシステム2140、及び電気車両バッテリ2150は電気自動車(車両)に搭載される。
ただし、これは単なる例示であって、ターゲット共振器2130、ターゲットシステム2140、及び電気車両バッテリ2150は、ハイブリッド自動車、電動バイク、又は当業者が考えられ得るバッテリから電力を受信する全ての装置(車両)を含む。
ソース共振器2120及びターゲット共振器2130は、同一の共振周波数を有し、例えば、数キロヘルツ(kHz)〜数十メガヘルツ(MHz)帯域であり得る。
ソースシステム2110及びソース共振器2120は、無線電力をソース共振器2120及びターゲット共振器2130の共振周波数に送信するソースとして動作し得る。
ターゲット共振器2130及びターゲットシステム2140は、ソース共振器2120によって送信される無線電力を受信するターゲットとして動作し得る。
ソースシステム2110は、例えば、50又は60Hzの周波数を有する交流ソース(AC電源)からソース共振器2120及びターゲット共振器2130の共振周波数を有する電力に変換し、変換された電力を共振周波数を有する無線電力としてソース共振器2120とターゲット共振器2130との間の磁気共鳴によってターゲット共振器2130に供給する。
送信された無線電力は、数十ワット以上であってもよい。
ターゲット共振器2130は、ソース共振器2120から受信された電力をターゲットシステム2140に供給する。
ターゲットシステム2140は、受信された電力を直流電力に変換して電気車両バッテリ2150を充電するために適切な形態に変換する。
電気車両バッテリ2150は、DC充電電力によって充電される。
ソースシステム2110は、図1〜図20に示した無線電力送信システムの内の少なくとも1つを含んでもよい。
ソース共振器2120は、図1〜図20に示したソース共振器の内の少なくとも1つを含んでもよく、図1〜図20に示したパターンの内の少なくとも1つに配置されてもよい。
ターゲット共振器2130は、図1〜図20に示したターゲット共振器の内の少なくとも1つを含んでもよい。
最も効率的な電力を送信するために、ソース共振器2120及びターゲット共振器2130は互いに対して整列する必要がある。
ソース共振器2120及びターゲット共振器2130は、ターゲット共振器2130がソース共振器2120とターゲット共振器2130との間に最大磁気共鳴を可能にする位置にターゲット共振器2130が存在する場合に、互いに対して整列し得る。
電気自動車(車両)がソース共振器2120及びターゲット共振器2130が互いに対して整列する位置に停車しない場合、ソースシステム2110はターゲットシステム2140にメッセージを送信し、ソース共振器2120及びターゲット共振器2130が互いに対して整列するよう制御する。
又は、電気自動車(車両)のオペレーターに電気自動車(車両)の位置を調整してソース共振器2120及びターゲット共振器が互いに整列するように案内する。
図1〜図4、図9、図11及び図16に示した無線電力送信装置(110、910、1110、1610)、図2〜図4に示した検出器230及びスイッチ制御部240、図3〜図4に示した第1検出器331、第2検出器332、第3検出器333、図21に示したソースシステム2110及びターゲットシステム2140は、ハードウェア要素によって上述した動作を行うように構成し得る。
上述した装置は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、及び/又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組み合わせで実現され得る。
例えば、プロセッサ、コントローラ、ALU(arithmetic logic unit)、デジタル信号プロセッサ(digital signal processor)、マイクロコンピュータ、FPA(field programmable array)、PLU(programmable logic unit)、マイクロプロセッサー、または、命令を実行して応答できる異なる装置のように、1つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的のコンピュータを用いて実現され得る。
処理装置は、オペレーティングシステム(OS)及びオペレーティングシステム上で行われる1つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行し得る。
また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータにアクセス、格納、操作、処理、及び生成してもよい。
理解の便宜のために、処理装置は1つのものを用いるように説明した場合もあるが、当該の技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素及び/又は複数類型の処理要素を含んでいることが分かる。
例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は1つのプロセッサ及び1つのコントローラを含んでもよい。
また、並列プロセッサのような、他の処理構成も可能である。
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はこのうちの1つ以上の組み合わせを含んでもよく、所望の通りに動作するよう処理装置を構成したり、独立的または結合的に処理装置に命令してもよい。
ソフトウェア及び/又はデータは、処理装置によって解釈されたり、処理装置に命令またはデータを提供するため、どのような類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、送信される信号波によって永久的又は一時的に具体化され得る。
ソフトウェアは、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散し、分散された方法で格納されたり、実行されてもよい。
ソフトウェア及びデータは1つ以上のコンピュータで読取可能な記録媒体に格納されてもよい。
本発明の実施形態に係る無線電力送信方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で実現され、コンピュータで読取可能な記録媒体に記録されてもよい。
コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などの内の1つ又はその組み合わせを含んでもよい。
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。
コンピュータ読取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には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行できる高級言語コードが含まれる。上記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モジュールとして動作するように構成されてもよく、その逆も同様である。
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。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。
100 無線電力送信システム
110 無線電力送信装置
111、210、410、420、430 ソース共振器
120 無線電力受信装置
219 複数のソース共振器
220 スイッチ
230 検出器
240 スイッチ制御部
311 インダクタ
312 キャパシタ
313、431 ダイオード
321、322 (第1、第2)スイッチ
331、332、333 (第1〜第3)検出器

Claims (20)

  1. 複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップと、
    前記少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出するステップと、
    前記検出された波形に基づいて、無線電力送信を行うソース共振器を決定するステップと、
    前記決定されたソース共振器を介してターゲット共振器に電力を無線で送信するステップと、を有し、
    前記無線電力送信を行うソース共振器を決定するステップは、前記検出された波形の減衰程度に基づいて前記無線電力送信を行うソース共振器を決定するステップを含むことを特徴とする無線電力送信方法。
  2. 前記少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップは、第1充電時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器に電力を供給するステップと、
    前記第1充電時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の一端を開放するステップと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の無線電力送信方法。
  3. 前記電力を供給するステップは、前記第1充電時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器と直流電源とを電気的に接続するステップを含み、
    前記少なくとも1つのソース共振器の一端を開放するステップは、前記第1充電時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器と前記直流電源との間の電気的接続を解除するステップを含むことを特徴とする請求項2に記載の無線電力送信方法。
  4. 前記波形を検出するステップは、検出時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器で発生する共振による電気信号の包絡線を検出するステップと、
    前記検出時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の両端を接地に接続するステップと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の無線電力送信方法。
  5. 前記ターゲット共振器に電力を無線で送信するステップは、第2充電時間の間に前記決定されたソース共振器に電力を供給するステップと、
    前記第2充電時間が経過すれば、前記決定されたソース共振器の一端を開放するステップと、
    前記決定されたソース共振器の一端が開放された時点から送信時間が経過すれば、前記決定されたソース共振器の両端を接地に接続するステップと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の無線電力送信方法。
  6. 前記少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップは、前記複数のソース共振器から前記少なくとも1つのソース共振器を予め決められた順序に応じて選択するステップと、
    前記選択された少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップと、を含み、
    前記波形を検出するステップは、前記予め決められた順序に応じて前記複数のソース共振器の全てに対して前記波形を検出するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の無線電力送信方法。
  7. 前記複数のソース共振器は、格子状に配列され、
    前記予め決められた順序に応じて選択するステップは、前記格子状の1つの列又は行に対応するソース共振器を選択するステップを含むことを特徴とする請求項6に記載の無線電力送信方法。
  8. 前記複数のソース共振器は、複数のグループに分類され、
    前記予め決められた順序に応じて選択するステップは、前記複数のグループの内の1つのグループに対応するソース共振器を選択するステップを含むことを特徴とする請求項6に記載の無線電力送信方法。
  9. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の無線電力送信方法をハードウェアと結合して実行させるためのプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータ読取可能記録媒体。
  10. 複数のソース共振器と、
    前記複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器と電源とを接続することによって、前記少なくとも1つのソース共振器を共振させるスイッチと、
    前記少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出する検出器と、
    前記検出された波形に基づいて、無線電力送信を行うソース共振器を決定し、前記決定されたソース共振器を介してターゲット共振器に電力を無線に送信するよう前記スイッチを制御するスイッチ制御部と、を有し、
    スイッチ制御部は、前記検出された波形の減衰程度に基づいて前記無線電力送信を行うソース共振器を決定することを特徴とする無線電力送信装置。
  11. 前記スイッチは、前記複数のソース共振器の内、一端を共有するソース共振器の前記一端と直流電源(DC source)とを前記スイッチ制御部の制御に応じて選択的に接続する第1スイッチと、
    前記複数のソース共振器の内、他の一端を共有するソース共振器の前記他の一端と接地とを前記スイッチ制御部の制御に応じて選択的に接続する第2スイッチと、を含むことを特徴とする請求項10に記載の無線電力送信装置。
  12. 前記複数のソース共振器のそれぞれは、キャパシタと、
    インダクタと、
    充電された電力が他のソース共振器に流れることを防止するダイオードと、を含むことを特徴とする請求項10に記載の無線電力送信装置。
  13. 前記複数のソース共振器は、平行に配列された複数の第1軸と平行に配列された複数の第2軸とが交差する地点に配置され、
    前記複数の第1軸の内の1つの第1軸に沿って配置されるソース共振器の一端は、同一の第1スイッチを介して電源と接続し、
    前記複数の第2軸の内の1つの第2軸に沿って配置されるソース共振器の他の一端は、同一の第2スイッチを介して接地と接続することを特徴とする請求項10に記載の無線電力送信装置。
  14. 前記複数のソース共振器の内の一端を共有するソース共振器はジグザグ状に配置され、
    前記複数のソース共振器の内の他の一端を共有するソース共振器は、一列に配置されることを特徴とする請求項10に記載の無線電力送信装置。
  15. 前記スイッチ制御部は、第1充電時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器の一端を前記電源と接続し、前記第1充電時間が経過すれば、前記一端が開放されるように前記スイッチを制御することを特徴とする請求項10に記載の無線電力送信装置。
  16. 前記検出器は、検出時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器の一端で発生する共振による電気信号の包絡線を検出し、
    前記スイッチ制御部は、前記検出時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の両端が接地に接続されるように前記スイッチを制御することを特徴とする請求項10に記載の無線電力送信装置。
  17. 前記スイッチ制御部は、第2充電時間の間に前記決定されたソース共振器の一端を前記電源に接続し、前記第2充電時間が経過すれば前記一端を開放し、前記一端が開放された時点から送信時間が経過すれば、前記ソース共振器の両端が接地に接続されるよう前記スイッチを制御することを特徴とする請求項10に記載の無線電力送信装置。
  18. 前記複数のソース共振器は複数のグループに分類され、
    前記スイッチ制御部は、前記複数のグループからそれぞれのグループを順次選択し、前記選択されたグループに対応するソース共振器を共振させるように前記スイッチを制御し、前記検出器から前記複数のソース共振器の全てに対する波形を順次取得することを特徴とする請求項10に記載の無線電力送信装置。
  19. 複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器を共振させるステップと、
    前記少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出するステップと、
    前記検出された波形に基づいて、無線電力送信を行うソース共振器を決定するステップと、
    前記決定されたソース共振器を介してターゲット共振器に電力を無線で送信するステップと、を有し、
    前記波形を検出するステップは、検出時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器で発生する共振による電気信号の包絡線を検出するステップと、
    前記検出時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の両端を接地に接続するステップと、を含むことを特徴とする無線電力送信方法。
  20. 複数のソース共振器と、
    前記複数のソース共振器の内の少なくとも1つのソース共振器と電源とを接続することによって、前記少なくとも1つのソース共振器を共振させるスイッチと、
    前記少なくとも1つのソース共振器が共振する波形を検出する検出器と、
    前記検出された波形に基づいて、無線電力送信を行うソース共振器を決定し、前記決定されたソース共振器を介してターゲット共振器に電力を無線に送信するよう前記スイッチを制御するスイッチ制御部と、を有し、
    前記検出器は、検出時間の間に前記少なくとも1つのソース共振器の一端で発生する共振による電気信号の包絡線を検出し、
    前記スイッチ制御部は、前記検出時間が経過すれば、前記少なくとも1つのソース共振器の両端が接地に接続されるように前記スイッチを制御することを特徴とする無線電力送信装置。
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