JP7026646B2 - 共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法、それを用いる無線電力送信装置、及びそれを用いる無線電力受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法、それを用いる無線電力送信装置、及びそれを用いる無線電力受信装置に関する。

一般に、バッテリパック（Battery pack）は、外部の充電器から電力（電気エネルギー）が供給されて充電された状態で携帯用端末機（携帯電話やＰＤＡなど）の作動のための電源を供給するためのものであって、電気エネルギーが充電されるバッテリセル、前記バッテリセルの充電及び放電（携帯用端末機への電気エネルギーの供給）のための回路などから構成されている。

このように携帯用端末機に用いられるバッテリパックと当該バッテリパックに電気エネルギーを充電するための充電器との電気的接続方式には、供給される商用電源をバッテリパックに対応する電圧及び電流に変換して電気エネルギーを当該バッテリパックの端子を介してバッテリパックに供給する端子供給方式がある。

しかし、このような端子供給方式で電源を供給する場合は、両端子（バッテリパックの端子と充電器の端子）間に電位差があり、バッテリパックと充電器を接触又は分離する際に瞬間放電現象が発生するという問題があった。

特に、瞬間放電現象などにより、両端子に異物が溜まっている場合は火災などが発生する恐れがあった。

また、湿気などによりバッテリパックに充電された電気エネルギーが当該バッテリパックの端子を介して外部に自然放電されるなどの問題があることは言うまでもなく、それによりバッテリパックの寿命や性能の低下を招くという欠点もあった。

近年、上記問題を解決するために、無線電力伝送方式を用いた無接点方式の充電システム及び制御方法が提示されている。

本発明は、共振型無線電力伝送システムにおいて無線電力送信信号を送信する前に無線電力受信装置を検知するための時間である待機時間に消費される待機電流を低減してエネルギー効率を向上させた、共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法、それを用いる無線電力送信装置、及びそれを用いる無線電力受信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態による共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法は、無線電力受信装置からの開始信号を受信する段階と、前記開始信号が受信されると、非アクティブになっていた電源ブロックをアクティブにすると共に無線電力送信信号を無線電力送信装置の送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信する段階とを含んでもよい。

ここで、前記無線電力受信装置からの開始信号を受信する段階は、前記開始信号を近距離通信モジュールにより受信する段階を含んでもよい。

ここで、前記開始信号が受信されると、非アクティブになっていた電源ブロックをアクティブにすると共に無線電力送信信号を送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信する段階は、前記近距離通信モジュールにより受信される前記無線電力受信装置のＩＤ信号に基づいて、無線電力信号を前記無線電力受信装置に送信する段階を含んでもよい。

ここで、前記共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法は、前記無線電力送信装置のオブジェクト検知部により外部物体が検知されるか否かを判断する段階と、前記外部物体が検知され、前記開始信号が受信されないと、前記無線電力送信装置のアラームモジュールを動作させる段階とをさらに含んでもよい。

ここで、前記共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法は、前記開始信号が受信されるのではなく、前記無線電力送信装置のユーザ入力部の開始信号が入力されると、前記無線電力信号を前記無線電力送信装置の送信コイルを介して送信する段階をさらに含んでもよい。

ここで、前記開始信号が受信されると、非アクティブになっていた電源ブロックをアクティブにすると共に無線電力送信信号を無線電力送信装置の送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信する段階は、前記無線電力受信装置からの電力送信要求信号を受信する段階と、前記電力送信要求信号が受信されると、前記無線電力受信装置のインピーダンスマッチング部の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力信号を前記送信コイルを介して送信する段階とを含んでもよい。

ここで、前記無線電力受信装置からの電力送信要求信号を受信する段階は、前記電力送信要求信号を近距離通信モジュールにより受信する段階を含んでもよい。

本発明の他の実施形態による無線電力送信装置は、無線電力受信装置に無線電力信号を送信するための送信コイルと、前記無線電力受信装置からの開始信号を受信するために構成される通信部と、電源を供給するための電源ブロックと、前記通信部により前記開始信号が受信されると、非アクティブになっていた前記電源ブロックをアクティブにすると共に前記無線電力送信信号を前記送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信する送信制御部とを含んでもよい。

ここで、前記通信部は、近距離通信モジュールを含んでもよい。

ここで、前記送信制御部は、前記近距離通信モジュールにより受信される前記無線電力受信装置のＩＤ信号に基づいて、無線電力信号を前記無線電力受信装置に送信するようにしてもよい。

ここで、前記無線電力送信装置は、外部物体を検知するために構成されるオブジェクト検知部と、アラームモジュールとをさらに含み、前記送信制御部は、前記オブジェクト検知部により前記外部物体が検知され、前記開始信号が受信されないと、前記無線電力送信装置のアラームモジュールを動作させるようにしてもよい。

ここで、前記無線電力送信装置は、開始信号を入力するためのユーザ入力部をさらに含み、前記送信制御部は、前記通信部により前記開始信号が受信されるのではなく、前記ユーザ入力部の開始信号が入力されると、前記電源ブロックをアクティブにして前記送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信するように制御してもよい。

ここで、前記送信制御部は、前記通信部により電力送信要求信号を受信し、前記電力送信要求信号が受信されると、前記無線電力受信装置のインピーダンスマッチング部の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力信号を前記送信コイルを介して送信するように制御してもよい。

ここで、前記無線電力送信装置は、近距離通信モジュールをさらに含み、前記送信制御部は、前記近距離通信モジュールにより前記電力送信要求信号を受信するようにしてもよい。

本発明のさらに他の実施形態による無線電力受信装置は、無線電力送信信号を受信する受信コイルと、前記受信コイルと無線電力送信装置の送信コイルとの共振のために構成されるインピーダンスマッチング部と、前記無線電力送信装置に開始信号を送信するために構成される通信モジュールと、前記受信コイルからの電力信号を受信して直流電力を出力する電源ブロックと、前記電源ブロックを制御する電源制御ブロックと、前記電源ブロックからの直流電力により充電されるバッテリと、前記通信モジュールを制御して前記無線電力送信装置に前記開始信号を送信し、前記無線電力送信装置からの無線電力信号が受信されると、前記電源制御ブロックを制御して前記バッテリを充電する受信制御部とを含んでもよい。

前述した構成を有する本発明の一実施形態によれば、無線充電を開始する前に電源ブロックを非アクティブにし、無線電力受信装置からの開始信号により無線電力送信装置の電源ブロックをアクティブにするので、無線電力充電前の待機電力の消費を防止することができる。共鳴方式の無線電力送信装置の場合、常時放射により電力消費が多い構造的環境下に置かれているので、このような待機電力の低減はシステム全体の電力効率を向上させることができる有用性を有する。

また、無線電力受信装置のバッテリが放電されて開始信号を送信できない場合も、ユーザの選択により無線充電を開始することができる。

本発明の一実施形態による共振型無線電力伝送システムの電子的構成を示すブロック構成図である。 本発明の一実施形態による共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法の第１例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共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法の第２例を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明による共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法、それを用いる無線電力送信装置、及びそれを用いる無線電力受信装置について図面を参照してより詳細に説明する。

本発明による共振型無線電力伝送システムは、電磁誘導を利用する非接触無線電力システム及び近距離無線電力方式である磁気共鳴方式の無線電力伝送システムを含む概念である。

図１は本発明の一実施形態による共振型無線電力伝送システムの電子的構成を示すブロック構成図である。図示のように、本発明の一実施形態による共振型無線電力伝送システムは、大きく無線電力送信装置１００と無線電力受信装置２００とから構成されてもよい。

無線電力送信装置１００は、無線電力信号を無線電力受信装置２００に送信する装置であり、無線電力受信装置２００は、無線電力送信装置１００からの無線電力信号を受信し、それを整流して動作電源として用いたりバッテリ２４０を充電する装置である。

図１に示すように、無線電力送信装置１００は、送信コイル１１０、インピーダンスマッチングブロック１２０、インバータブロック１３０、電源ブロック１３１、電源制御ブロック１４０、ユーザ入力部１５０、アラームモジュール１６０、オブジェクト検知部１７０、通信モジュール１８０及び送信制御部１９０を含んでもよい。

送信コイル１１０は、磁気共鳴方式又は電磁誘導方式で電力信号を無線電力受信装置２００の受信コイル２１０に送信するための装置である。このような送信コイル１１０としては、その送信特性に応じてトラック形、楕円形、四角形、円形コイルを用いることができる。

インピーダンスマッチングブロック１２０は、送信コイル１１０と無線電力受信装置２００の受信コイル２１０との共振のために送信コイル１１０のインピーダンスを制御するための構成要素である。本発明においては、図示のように無線電力受信装置２００もインピーダンスマッチングブロック２２０を含むようにし、送信コイル１１０と受信コイル２１０との共振をより効率的に制御できるようにする。

インバータブロック１３０は、インピーダンスマッチングブロック１２０を介して送信コイル１１０に電力信号を伝達するための構成要素である。すなわち、インバータブロック１３０は、電源ブロック１３１から供給される直流電源をスイッチングして交流電力を生成し、それを送信コイル１１０に伝達する。

電源ブロック１３１は、アダプタ（図示せず）などの外部電源からの電源をインバータブロック１３０に供給する機能を有する。電源ブロック１３１は、図示のように、電源制御ブロック１４０又は送信制御部１９０により制御される。

ユーザ入力部１５０は、本発明において、電源ブロック１３１及びインバータブロック１３０をアクティブにする命令である開始信号を発生させるための構成要素である。前記開始信号による動作については図３でより詳細に説明する。

アラームモジュール１６０は、後述するオブジェクト検知部１７０により外部物体が検知されたが無線電力受信装置２００からの開始信号が受信されないので無線充電が開始されない場合、それをユーザに通知する装置である。ユーザは、アラームモジュール１６０の動作により、無線充電が行われていないことを確認すると、ユーザ入力部１５０により開始信号を発生させて無線充電が行われるようにすることができる。

オブジェクト検知部１７０としては、赤外線検知センサ、超音波検知センサなどを用いることができる。

通信モジュール１８０は、無線電力受信装置２００の通信モジュール２６０からの開始信号（ウェイクアップ信号）を受信するための構成要素である。通信モジュール１８０としては、近距離通信モジュールであるブルートゥース、ジグビー、ＲＦＩＤ、赤外線通信
、ＷＬＡＮなどを用いることができる。

送信制御部１９０は、通信モジュール１８０により受信される開始信号に基づいて、非アクティブになっていた電源ブロック１３１及びインバータブロック１３０をアクティブにし、それにより無線電力信号を送信コイル１１０を介して送信するように制御する機能を有する。送信制御部１９０は、近距離通信モジュール１８０により受信される無線電力受信装置２００のＩＤ信号を受信し、それに基づいて無線電力信号を送信させる。送信制御部１９０の動作については図２及び図３でより詳細に説明する。

一方、無線電力受信装置２００は、受信コイル２１０、インピーダンスマッチングブロック２２０、電源ブロック２３０、バッテリ２４０、電源制御ブロック２５０、通信モジュール２６０及び受信制御部２７０を含んでもよい。

受信コイル２１０は、無線電力送信装置１００からの無線電力信号を受信するための装置であり、その受信特性に応じてトラック形、楕円形、四角形、円形コイルを用いることができる。

インピーダンスマッチングブロック２２０は、送信コイル１１０と受信コイル２１０との共振のための構成要素である。前述したように、本発明においては、無線電力送信装置１００にもインピーダンスマッチングブロック１２０が設けられており、より効率的に共振が起こることになる。

電源ブロック２３０は、インピーダンスマッチングブロック２２０を介して受信される交流電力をバッテリ２４０の充電のための直流電力に変換する、整流部としての機能を有する。すなわち、電源ブロック２３０により、受信コイル２１０を介して受信された無線電力信号によって発生する交流電源が定電圧又は定電流に変換され、その定電圧又は定電流でバッテリ２４０を充電する。電源ブロック２３０は、電源制御ブロック２５０又は受信制御部２７０により制御される。

通信モジュール２６０は、無線電力送信装置１００に開始信号を送信するための構成要素であり、無線電力送信装置１００の通信モジュール１８０に開始信号を送信し、無線電力送信装置１００の非アクティブになっていた電源ブロック１３１及びインバータブロック１３０をアクティブにする。

受信制御部２８０は、無線電力受信装置２００の通信モジュール２６０を制御して無線電力送信装置１００に開始信号を送信すると共に、インピーダンスマッチングブロック２２０、電源制御ブロック２５０及び電源ブロック２３０を制御して定電圧又は定電流でバッテリ２４０を充電する機能を有する。

前述した構成を有する本発明の一実施形態によれば、無線充電を開始する前に電源ブロック１３１を非アクティブにし、無線電力受信装置２００からの開始信号により無線電力送信装置１００の電源ブロック１３１をアクティブにするので、無線電力充電前の待機電力の消費を防止することができる。

以下、前述した構成を有する本発明の一実施形態による共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法について図２及び図３に基づいてより詳細に説明する。

図２は本発明の一実施形態による共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法の第１例を説明するためのフローチャートである。

図２に示すように、まず、無線電力受信装置２００が無線電力送信装置１００にアクセスし、無線電力送信装置１００に開始信号を送信する（Ｓ２１）。前記開始信号の受信は、近距離通信モジュール１８０により行われてもよい。前記開始信号が受信されると、非アクティブになっていた電源ブロック１３１及びインバータブロック１３０をアクティブにする（Ｓ１１）。次に、無線電力送信信号を無線電力送信装置１００の送信コイル１１０を介して無線電力受信装置２００に送信する。より具体的には、無線電力送信装置１００は、通信モジュール１８０によりＩＤ要求信号を無線電力受信装置２００に送信し、その信号を受信した無線電力受信装置２００は、ＩＤ信号を無線電力送信装置１００に送信する（Ｓ１３、Ｓ２３）。すると、前記ＩＤ信号に基づいて受信コイル２１０と送信コイル１１０が共振するように制御し、その後無線電力信号を送信コイル１１０を介して送信する（Ｓ１５、Ｓ１７）。前記無線電力信号を受信コイル２１０を介して受信した無線電力受信装置２００は、前記無線電力信号を電源ブロック２３０により整流し、定電圧又は定電流の直流電源を出力してバッテリ２４０を充電する（Ｓ２５、Ｓ２７、Ｓ２９）。充電中には充電状態情報を近距離通信モジュール２６０により無線電力送信装置１００に送信し、前記充電状態情報に基づいて、無線電力送信装置１００がインピーダンスマッチングブロック１２０やインバータブロック１３０を制御して適切な周波数及び位相を有する無線電力送信信号を送信するようにすることにより、充電中の充電効率を向上させることができる。

バッテリ２４０の充電が完了すると、無線電力受信装置２００は、満充電信号を近距離通信モジュール２６０により送信し、それを受信した無線電力送信装置１００は、充電準備状態の電源ブロック１３１及びインバータブロック１３０を非アクティブにし、通信モジュール１８０及び送信制御部１９０のみをアクティブにした状態に戻る（Ｓ３１、Ｓ１９）。

上記例は、無線電力受信装置２００のバッテリ２４０が放電されていなくて開始信号を送信できる場合の電力伝送制御方法である。無線電力受信装置２００のバッテリ２４０が放電された場合、すなわち開始信号を送信できない場合の例については図３に基づいて詳細に説明する。

図３は本発明の一実施形態による共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法の第２例を説明するためのフローチャートである。

図３に示すように、無線電力受信装置２００は、オブジェクト検知部１７０を動作させて外部物体が充電位置にあるか否かを確認する（Ｓ４１）。もし、外部物体であるオブジェクトが検知されたが、無線電力受信装置２００から開始信号が受信されないと、送信制御部１９０は、アラームモジュール１６０を動作させる（Ｓ４２、Ｓ４３）。ユーザはアラームモジュール１６０の動作により無線充電が行われていないことが分かる。このとき、ユーザはユーザ入力部１５０により無線充電の手動開始のための開始信号を発生させる（Ｓ４４）。送信制御部１９０は、前記開始信号が受信されると、非アクティブになって
いた電源ブロック１３１及びインバータブロック１３０をアクティブにすると共に（Ｓ４５）無線電力送信信号を送信し（Ｓ４６）、それにより、無線電力送信装置１００において図２のように無線充電が行われる（Ｓ５１）。バッテリ２４０が満充電されると、無線電力受信装置２００は、満充電信号を無線電力送信装置１００に送信し（Ｓ５２）、それにより、無線電力送信装置１００は、充電準備状態の電源ブロック１３１及びインバータブロック１３０を非アクティブにし、通信モジュール１８０及び送信制御部１９０のみをアクティブにした状態に戻る（Ｓ４７）。

前述した構成を有する本発明の一実施形態によれば、無線充電を開始する前に電源ブロックを非アクティブにし、無線電力受信装置からの開始信号により無線電力送信装置の電源ブロックをアクティブにするので、無線電力充電前の待機電力の消費を防止することができる。

また、無線電力受信装置のバッテリが放電されて開始信号を送信できない場合も、ユーザの選択により無線充電を開始することができる。

本発明による共振型無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法、それを用いる無線電力送信装置、及びそれを用いる無線電力受信装置は、上記実施形態の構成と方法に限定されるものではなく、各実施形態の全部又は一部を選択的に組み合わせて構成することで様々に変形することができる。

Claims (12)

1. 無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法であって、
   待機電力の消費を防ぐために、無線電力送信装置の電源ブロック及びインバータブロックの両方を非アクティブにする段階と、
   前記無線電力送信装置の電源ブロック及びインバータブロックの両方が非アクティブにされた状態において無線電力受信装置から開始信号を受信する段階と、
   前記開始信号が受信されると、前記非アクティブになっていた電源ブロックおよびインバータブロックをアクティブにすると共に無線電力送信信号を無線電力送信装置の送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信する段階であって、無線電力送信信号を無線電力送信装置の送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信することは前記無線電力受信装置からの電力送信要求信号を受信する段階と、前記電力送信要求信号が受信されると、前記無線電力受信装置のインピーダンスマッチング部の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力送信信号を前記送信コイルを介して送信する段階を含む、段階と、
   前記無線電力送信装置の電源ブロック及びインバータブロックの両方が非アクティブにされた状態において外部物体が前記無線電力送信装置のオブジェクト検知部を使用して検知されるか否かを判定する段階と、前記外部物体が検知され、前記開始信号が受信されないと、前記無線電力送信装置のアラームモジュールを動作させる段階と、
   前記アラームモジュールの動作の結果前記無線電力送信装置のユーザ入力部に開始信号が入力されると、無線電力送信信号を前記無線電力送信装置の送信コイルを介して送信する段階と、
   を含む、
   無線電力伝送制御方法。
2. 前記開始信号が、近距離通信モジュールを介して受信される、請求項１記載の無線電力伝送制御方法。
3. 前記無線電力受信装置の電力送信要求信号を受信する段階をさらに含み、前記開始信号が受信されると無線電力送信装置の送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信される無線電力送信信号の前記送信は、前記電力送信要求信号に応答するものである、請求項１記載の無線電力伝送制御方法。
4. 前記電力送信要求信号が、近距離通信モジュールを介して受信される、請求項３記載の無線電力伝送制御方法。
5. 前記無線電力送信装置のユーザ入力部によって入力された開始信号に応答して、非アクティブになっていた電源ブロックをアクティブにする段階をさらに含む、請求項１記載の無線電力伝送制御方法。
6. 前記無線電力受信装置から満充電信号を受信する段階と、前記満充電信号に応答して、無線電力送信信号の送信を中止し、アクティブになっていた電源ブロックを非アクティブにする段階と、をさらに含む、請求項１記載の無線電力伝送制御方法。
7. 前記開始信号に応答して、非アクティブになっていたインバータブロックをアクティブにする段階をさらに含む、請求項１記載の無線電力伝送制御方法。
8. 前記満充電信号に応答して、アクティブになっていたインバータブロックを非アクティブにする段階をさらに含む、請求項６記載の無線電力伝送制御方法。
9. 無線電力送信装置であって、
   無線電力信号を無線電力受信装置に送信するように構成された送信コイルと、
   前記無線電力送信装置の電源ブロック及びインバータブロックの両方が非アクティブにされたモードにおいて前記無線電力受信装置から開始信号を受信するように構成された通信部と、
   電力を供給するように構成された電源ブロックと、
   インピーダンスマッチング部と、
   前記開始信号が前記通信部を介して受信されると、待機電力の消費を防ぐために非アクティブになっていた前記電源ブロックをアクティブにすると共に前記無線電力信号を前記送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信するように構成され、ここで無線電力信号を前記送信コイルを介して前記無線電力受信装置に送信することは、前記無線電力受信装置からの電力送信要求信号を受信する段階と、前記電力送信要求信号が受信されると、前記無線電力受信装置のインピーダンスマッチング部の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力信号を前記送信コイルを介して送信する段階を含む、送信制御部と、
   外部物体を検知するように構成されたオブジェクト検知部と、
   アラームモジュールと、
   開始信号を入力するように構成されたユーザ入力部と、
   を含み、前記送信制御部が、前記外部物体が前記検知部によって検知されて前記開始信号が受信されないと前記無線電力送信装置の前記アラームモジュールを動作させるように構成され、
   アラームモジュールの動作の結果、前記ユーザ入力部に前記開始信号が入力されると前記電源ブロックをアクティブにし、無線電力信号を前記無線電力送信装置の送信コイルを介して送信するように構成された、
   無線電力送信装置。
10. 前記通信部が、近距離通信モジュールを含む、請求項９記載の無線電力送信装置。
11. 前記電源ブロックによって供給される直流電力を交流電力に切り替えるように構成されたインバータブロックをさらに含み、前記送信制御部が、前記開始信号が前記通信部を介して受信されると前記インバータブロックをアクティブにするようにさらに構成された、請求項９記載の無線電力送信装置。
12. 前記通信部が、前記無線電力受信装置から満充電信号を受信するようにさらに構成されており、前記送信制御部が、満充電信号が前記通信部を介して受信されると前記電源ブロックを非アクティブにするようにさらに構成された、請求項９記載の無線電力送信装置。
    

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