KR101821948B1 - 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법 - Google Patents

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미사코 사토
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 장치를 복잡화하거나 대형화하지 않고 수전(受電)측인 급전 이용자가 더 편리하게 이용할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 급전하는 측(송전(送電)측)인 급전 제공자(사업자)도 전력을 낭비하지 않고 공급할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
무선에 의해 수전체에 전력을 공급하는 급전 장치는 수전체로부터 주파수가 상이한 복수의 서브 캐리어를 사용한 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 수신하여 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하여, 상기 정보에 의거하여 수전체에 송신하는 전력 신호의 주파수를 제어한다. 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신함으로써 효율적인 급전 서비스를 이용할 수 있게 된다.

Description

무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법{WIRELESS POWER FEEDING SYSTEM AND WIRELESS POWER FEEDING METHOD}
본 발명은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법에 관한 것이다.
근년에 들어, 전기를 원동력으로 하는 전자 디바이스는 휴대 전화, 노트북 퍼스널 컴퓨터 등 모바일 기기로 대표되는 바와 같이 휴대하여 이용하는 경우가 많다.
또한, 환경면에서도 청정하고 안정성이 높다는 관점에서 전기를 원동력으로 한 자전거나 자동차 등의 이동 수단이 개발되고 있다.
이와 같이 휴대하거나 이동하면서 사용하는 전자 디바이스나 이동 수단에서는 주택마다 배전(配電)되는 상용 전원으로부터 항상 유선으로 전력을 공급하기 어렵다. 그래서, 휴대용 전자 디바이스나 이동 수단은 미리 상용 전원으로부터 전력을 충전한 배터리가 탑재되고, 상기 배터리로부터 전력이 공급됨으로써 동작한다.
따라서, 전자 디바이스의 동작 시간은 배터리의 축전량에 따라 제한되고, 이용자가 연속적으로 오랜 시간 이용하는 경우에는 예비 배터리를 준비하거나 행선지에서 배터리를 다시 충전할 수 있는 상용 전원을 찾아야 되었다.
그러므로, 상용 전원이 없는 경우에도 배터리에 급전할 수 있도록 비접촉 방식을 이용한 급전 시스템이 제안되어, 장해물의 과제 등까지 고려한 효율이 더 높은 급전 시스템이 연구되고 있다(예를 들어 특허 문헌 1 참조).
일본국 특개2010-119246호 공보
그러나, 비접촉 방식을 이용한 급전 시스템은 비접촉이기 때문에 전력을 받는 측(수전(受電)측)인 급전 이용자를 특정 또는 관리하기가 어렵거나 수전체에 공급하는 전력량을 제어하기 어렵다는 과제가 있다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위해서 다양한 기능을 갖는 회로를 추가하면, 급전 시스템에서 장치가 복잡화되거나 대형화되어 제조 비용도 증가될 우려가 있다.
따라서, 장치가 복잡화되거나 대형화되지 않고, 수전측인 급전 이용자가 더 편리하게 이용할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
급전하는 측(송전(送電)측)인 급전 제공자(사업자)도 전력을 낭비하지 않고 공급할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
수전측인 급전 이용자의 특정이나 관리, 수전체에 공급하는 전력량을 적절히 제어함으로써, 이용자 및 제공자 양쪽 모두가 효율적인 급전 서비스를 이용할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
급전 장치와 수전체에 의해 실시되는 무선 급전에서는, 수전체가 급전 장치에 주파수가 상이한 복수의 신호를 이용한 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 송신하고, 급전 장치는 수신한 위치 및 공명 주파수 검출용 신호에 따라 수전체가 고유하는 공명 주파수를 검출하고, 상기 정보를 바탕으로 수전체에 송신하는 전력 신호(송전하는 전력 신호라고도 함)의 주파수를 제어한다.
또한, 급전 장치는 수전체의 식별 정보를 수신함으로써 수전체를 식별하여 관리할 수도 있다.
이하에서는, 본 명세서에 개시하는 무선 급전 수단을 간단하게 설명하기로 한다. 무선 급전의 일례로서 안테나를 사용한 급전 방법이 있다. 어느 임의의 안테나 형상에 대해서는 급전 장치로부터 수전체로 급전되는 전력의 전송 효율은 송신하는 전력 신호의 주파수, 급전 장치와 수전체 사이의 거리, 및 수전체가 고유하게 갖는 공명 주파수 등에 의존한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 급전 장치와 수전체 사이의 거리란 급전 장치에 형성되는 안테나와 수전체의 안테나와의 최단 거리이다.
송신하는 전력 신호의 주파수를 임의의 고정값 f0으로 한 경우, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율은 급전 장치와 수전체 사이의 임의의 거리 dMAX (0)에서 최대값을 나타낸다.
또한, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율이 최대값을 나타내는 거리 dMAX는 송신하는 전력 신호의 주파수 f의 값에 따라 다르고, 각각의 전력 신호의 주파수 f에서 고유의 거리 dMAX를 갖는다.
따라서, 급전 장치와 수전체 사이의 거리를 임의의 고정값 d0으로 한 경우, 급전 장치로부터 수전체로 급전되는 전력의 전송 효율이 최대값을 나타내는 전력 신호의 주파수 fMAX(0)를 결정할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 급전 장치와 수전체 사이의 거리 da에 대해서 전력의 전송 효율이 최대가 되는 fMAX (a)를 공명 주파수로서 정의한다.
본 명세서에 개시하는 무선 급전 방법에 있어서, 수전체는 급전 장치에 주파수가 상이한 복수의 신호를 송신한다.
본 명세서에 있어서, 기준이 되는 주파수의 신호를 베이스 캐리어(base carrier) fb로 하고, 베이스 캐리어 fb를 기초로 하여 분주 회로와 스위치에 의해 생성되는, 베이스 캐리어보다 강도가 약한 주파수의 신호 fs(예를 들어 fb-(fb/16), fb-(fb/32) 등)를 서브 캐리어 fs로 정의한다.
베이스 캐리어 자체를 상이한 주파수의 베이스 케리어로 조정하여 주파수가 상이한 복수의 신호를 생성하기 위해서는 전원 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로가 필요하다. 이와 같은 회로를 추가하면, 급전 시스템에서 장치가 복잡화되거나 대형화되어 제조 비용도 증가될 우려가 있다.
본 명세서에 개시하는 무선 급전 방법에 있어서, 수전체가 송신하는, 주파수가 상이한 복수의 신호는 베이스 캐리어 fb를 기초로 하여 생성되는 복수의 서브 캐리어 fs를 사용한다. 서브 캐리어 fs는 믹서와 분주 회로 사이에 형성하는 스위치에 의해 베이스 캐리어 fb로부터 조정할 수 있다.
믹서와 분주 회로 사이에 스위치를 형성하고, 복수의 상이한 서브 캐리어를 효과적으로 사용함으로써, 전원 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로를 증설하지 않아도 좋기 때문에, 장치의 복잡화나 대형화, 그것에 따른 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.
급전 장치는 수전체로부터 송신된 주파수가 상이한 복수의 신호를 수신한다. 그리고, 급전 장치는 수신한 주파수가 상이한 복수의 신호 각각의 강도를 검지하여 강도가 큰 신호의 주파수를 판별한다.
여기서, 강도가 큰 신호의 주파수란 전압 진폭이 큰 신호의 주파수라고 바꿔 말할 수 있다. 즉, 강도가 가장 큰 신호의 주파수는 전압 진폭이 가장 큰 신호의 주파수이고, 상기 주파수가 공명 주파수라고 할 수 있다.
또한, 급전 장치는 수신한 주파수가 상이한 복수의 신호로부터 각 신호의 강도를 판별함과 아울러 주파수와 강도로부터 수전체의 위치도 파악할 수 있다. 바꿔 말하면, 수전체의 위치란 급전 장치와 수전체 사이의 거리라고 할 수 있다.
급전 장치가 공명 주파수를 파악하면, 급전 장치는 그 공명 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신한다.
따라서, 급전 장치는 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신함으로써, 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있다.
이하에서는, 본 명세서에 개시하는 무선 급전의 구성을 간단하게 설명하기로 한다. 수전체 및 급전 장치는 서로 발신되는 전자파를 송수신하는 송수신 회로부와 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부를 갖고, 수전체의 신호 처리 회로부는 급전 장치로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 구비하고, 급전 장치의 신호 처리 회로부는 급전 장치와 수전체의 거리 및 공명 주파수를 파악하기 위한 기능인 위치 및 공명 주파수 검출 기능과 수전체에 송신하는 전력을 제어하기 위한 기능인 송전 제어 기능을 구비한다.
수전체는 수전 장치부와 전원 부하부를 구비하고, 수전 장치부의 축전부에 축적된 전력을 사용하여 전원 부하부를 동작시킬 수 있다. 본 명세서에서 수전체란 수전한 전력을 원동력으로 하여 동작하는 물체를 가리키며, 휴대 전화 등 휴대용 전자 디바이스나, 전력을 사용하여 전동기에 의해 움직이는 이동 수단(자동차, 원동기가 달린 자전거, 항공기, 선박, 철도 차량) 등을 포함한다.
본 명세서에 개시하는 급전 시스템의 일 형태는 급전 장치와 수전 장치부를 포함한 수전체를 갖고, 급전 장치에는 전자파를 송수신하는 급전 장치용 송수신 회로부와, 급전 장치용 송수신 회로부가 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 급전 장치용 신호 처리 회로부와, 수전체에 송신하는 전력을 공급하는 전원부가 형성되고, 급전 장치용 신호 처리 회로부는 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 수전체에 송신하는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 갖고, 수전 장치부는 전자파를 송수신하는 수전 장치부용 송수신 회로부와, 수전 장치부용 송수신 회로부가 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 수전 장치부용 신호 처리 회로부와, 급전 장치로부터 송신된 전력을 축적하고 전원 부하부가 소비하는 전력을 공급하는 2차 전지를 포함한 축전부가 형성되고, 수전 장치부용 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 믹서, 복조 회로, 발진 회로, 분주 회로, 및 스위치를 포함하고, 스위치는 믹서와 분주 회로 사이에 형성되고, 수전 장치부용 신호 처리 회로부는 급전 장치로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 갖는다.
본 명세서에 개시하는 급전 시스템의 다른 일 형태는 급전 장치와 수전 장치부를 포함한 수전체를 갖고, 급전 장치에는 전자파를 송수신하는 급전 장치용 송수신 회로부와, 급전 장치용 송수신 회로부가 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 급전 장치용 신호 처리 회로부와, 수전체에 송신하는 전력을 공급하는 전원부가 형성되고, 급전 장치용 신호 처리 회로부는 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 수전체에 송신하는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 갖고, 수전 장치부는 전자파를 송수신하는 수전 장치부용 송수신 회로부와 수전 장치부용 송수신 회로부가 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 수전 장치부용 신호 처리 회로부와, 급전 장치로부터 송신된 전력을 축적하고 전원 부하부가 소비하는 전력을 공급하는 2차 전지를 포함한 축전부와, 2차 전지의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하는 검출부가 형성되고, 수전 장치부용 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 믹서, 복조 회로, 발진 회로, 분주 회로, 및 스위치를 포함하고, 스위치는 믹서와 분주 회로 사이에 형성되고, 수전 장치부용 신호 처리 회로부는 급전 장치로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 갖는다.
상기 구성에 있어서, 급전 장치용 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 변조 회로, 복조 회로, 발진 회로, 및 전원 회로를 포함한 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 수전체는 수전 장치부용 신호 처리 회로부에 의해 판독되는 식별 정보를 기억하는 메모리부를 갖고, 급전 장치용 신호 처리 회로부는 식별 정보를 식별하는 식별 기능을 갖는 구성으로 할 수 있다.
본 명세서에 개시하는 급전 방법의 일 형태는 수전체가 주파수가 상이한 복수의 서브 캐리어를 사용하여 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 급전 장치에 송신하고, 급전 장치가 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 수신하여, 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 제 1 단계와, 급전 장치가 수전체의 위치 및 공명 주파수에 따라 송신하는 전력 신호의 주파수를 조정하여 수전체에 전력을 송신하는 제 2 단계와, 수전체가 급전 장치로부터 송신된 전력을 수전하여 축전부의 2차 전지에 축적하는 제 3 단계를 갖는다.
수전체는 위치 및 공명 주파수 검출용 신호로서 주파수가 상이한 복수의 신호를 송신하고, 급전 장치는 상기 주파수가 상이한 복수의 신호를 수신하여 주파수가 상이한 복수의 신호 각각의 강도를 검지하여 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출할 수 있다.
또한, 수전체는 2차 전지의 전압 또는 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하고, 상기 검출 정보에 따라 급전 장치에 급전 요구 신호 또는 수전 종료 신호를 송신하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 구성에 있어서, 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 제 1 단계 전에 수전체의 식별 정보를 급전 장치가 인식하는 단계를 실행하여도 좋다.
급전 장치와 수전체에 의한 급전에 있어서, 급전 장치는 수전체의 위치 및 공명 주파수 정보에 따라 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하기 때문에, 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있다.
또한, 장치가 복잡화되거나 대형화되지 않고 급전 이용자가 더 편리하게 이용할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
급전하는 측(송전측)인 급전 제공자(사업자)에 있어서 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
수전측인 급전 이용자의 특정이나 관리, 수전체에 공급하는 전력량을 적절히 제어함으로써, 이용자 및 제공자 쌍방이 효율적인 급전 서비스를 이용할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 2는 전기 신호의 주파수와 강도의 관계를 설명하는 도면.
도 3은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 4는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 5는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 6은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 7은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 9는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 10은 수전체의 일 형태를 설명하는 도면.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 또한, 본 발명은 이하에 제시하는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
또한, ‘제 1’,‘제 2’또는‘제 3’이라는 서수사는 편의상 사용하는 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서를 나타내는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 발명을 특정하기 위한 사항으로서 고유 명칭을 나타내는 것이 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 도 1 내지 도 4를 사용하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 무선 급전 시스템을 구성하는 급전 장치 및 수전체의 구성 요소를 기능별로 블록으로서 도시한다. 그러나, 구성 요소와 기능은 반드시 1 대 1의 관계에 한정되지 않고, 복수의 구성 요소와 복수의 기능이 관계하여 급전 시스템으로서 동작할 수도 있다.
도 1에 도시한 무선 급전 시스템에 있어서는 급전 장치(20)와 수전체(10)는 무선(전자파)으로 신호를 송수신하고, 급전 장치(20)로부터 수전체(10)에 비접촉으로 전력을 공급한다.
급전 장치(20)는 전자파를 송수신하는 송수신 회로부(210), 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부(220), 및 수전체(10)에 송신하는 전력을 공급하는 전원부(230)를 구비한다.
송수신 회로부(210)는 안테나 회로(211), 정류 회로(212), 변조 회로(213), 복조 회로(214), 발진 회로(215), 및 전원 회로(216)를 포함한다.
안테나 회로(211)에 의해 수신된 전자파(신호)는 안테나 회로(211)에 의해 전기 신호로 변환되어 정류 회로(212)에서 정류된다. 정류된 신호는 복조 회로(214)에서 복조된 후, 신호 처리 회로부(220)에 송신된다. 한편, 신호 처리 회로부(220)에서 생성된 송신용 신호는 전원 회로(216) 및 발진 회로(215)에서 생성된 일정한 주파수의 신호에 따라 변조 회로(213)가 안테나 회로(211)에 전압을 인가함으로써 안테나 회로(211)로부터 전자파(신호)가 수전체(10)에 송신된다. 또한, 발진 회로(215)가 발신하는 신호의 주파수는 전원 회로(216)에 의해 조정된다.
송신할 신호가 송전용 전력 신호인 경우에는, 신호 처리 회로부(220)는 전원부(230)로부터 전력을 얻는다. 전원부(230)는 수전체(10)에 전력을 공급하기 때문에, 전력 공급망이나 발전 시스템과 접속된다.
수전체(10)는 수전 장치부(100)와 전원 부하부(150)를 가지며, 수전 장치부(100)는 전자파를 송수신하는 송수신 회로부(110), 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부(120), 메모리부(140), 급전 장치(20)로부터 송신된 전력을 축적하는 2차 전지(131)를 포함한 축전부(130)를 구비한다.
송수신 회로부(110)는 안테나 회로(111), 정류 회로(112), 믹서(113), 복조 회로(114), 발진 회로(115), 분주 회로(118), 및 스위치(119)를 포함한다.
안테나 회로(111)로 수신된 전자파(신호)는 안테나 회로(111)에 의해 전기 신호로 변환되어, 정류 회로(112)에서 정류된다. 정류된 신호는 복조 회로(114)에서 복조된 후, 신호 처리 회로부(120)에 송신된다. 한편, 신호 처리 회로부(120)에서 생성된 송신용 신호에 의해 발진 회로(115)는 동작한다. 그리고, 발진 회로(115)에서 생성된 신호(베이스 캐리어)는 분주 회로(118) 및 믹서(113)에 입력된다. 분주 회로(118)는 발진 회로(115)에서 생성된 신호의 주파수를 분주하여, 발진 회로(115)에서 생성된 신호의 주파수보다 느린 복수의 주파수의 신호를 생성한다. 스위치(119)는 신호 처리 회로부(120)에서 생성된 신호로 제어된다. 그리고, 스위치(119)에 의해 분주 회로(118)가 생성한 복수의 주파수의 신호 중 하나의 신호가 선택되어 믹서(113)에 송신된다. 믹서(113)는 발진 회로(115)가 생성한 신호와, 스위치(119)에 의해 선택된 분주 회로(118)가 생성한 복수의 신호 중 하나의 신호를 조합한다. 그 조합된 신호(서브 캐리어)는 안테나 회로(111)에서 발신되어 급전 장치(20)에 송신된다.
신호 처리 회로부(120)에서 생성된 신호에 의해 스위치(119)가 복수회 선택되고, 선택된 횟수에 상당한 복수의 주파수의 신호가 믹서(113)에 송신되어 발진 회로(115)에서 생성된 신호와 조합됨으로써, 복수의 서브 캐리어가 안테나 회로(111)로부터 발신되어 급전 장치(20)에 송신된다.
또한, 분주 회로(118)는 일반적으로 플립플롭 회로나 래치 회로 등을 복수단 연결하여 구성된다. 그리고, 분주 회로(118)에 의해 생성되는 복수의 주파수의 신호는 플립플롭 회로나 래치 회로 등의 단수(段數)에 따라 결정된다. 예를 들어 분주 회로(118)가 3단 플립플롭 회로나 래치 회로 등으로 구성된 경우, 분주 회로(118)에 의해 생성되는 복수의 주파수의 신호는 3종류로 할 수 있다.
수신된 전자파가 수전용 전자파인 경우, 안테나 회로(111)에 의해 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(112)에 의해 정류된 후, 신호 처리 회로부(120)를 걸쳐 축전부(130)의 2차 전지(131)에 전력(전기 에너지)으로서 축적된다.
2차 전지(131)는 축전 수단이며 예를 들어 납축전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 리튬이온 전지 등을 사용할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 블록도에 있어서, DC-DC 컨버터를 적절히 형성할 수 있다. 또한, 축전부(130)에 전원 회로, 2차 전지(131)가 과잉 충전되는 것을 방지하도록 상기 전원 회로의 동작을 제어하는 과잉 충전 제어 회로를 적절히 형성하여도 좋고, 전원 회로에 의해 2차 전지(131)에 축적된 전력(전기 에너지)을 정전압으로 하여 전원 부하부(150)에 공급할 수 있다.
축전부(130)는 방전 제어 회로를 가져도 좋다. 방전 제어 회로는 전원 부하부(150)에 전력을 공급하거나 공급하는 전력량을 제어하는 기능을 갖는다. 방전 제어 회로를 형성함으로써, 필요할 때 전력을 공급하거나 공급하는 전력량을 조정할 수 있다.
도 1 (및 도 6)에서는 도시하지 않지만, 수전 장치부(100)는 수전 장치부(100)에 공급하는 전원을 생성하기 위한 전원 회로 및 용량을 갖는다. 송수신 회로부(110)에서 안테나 회로(111)가 수신한 신호로부터 전원이 생성된다. 전원의 생성에는 정류 회로가 사용된다. 생성된 전원은 송수신 회로부(110), 신호 처리 회로부(120) 및 메모리부(140)에 공급된다. 또한, 축전부(130)가 갖는 2차 전지(131)에 전력이 축전된 경우에는 2차 전지(131)의 전력이 송수신 회로부(110), 신호 처리 회로부(120) 및 메모리부(140) 등에 공급되도록 형성하여도 좋다. 2차 전지(131)로부터 전력을 공급하는 구성으로 하는 경우에는 상기 수전 장치부(100)에 공급하는 전원을 생성하기 위한 전원 회로 및 용량은 형성하지 않아도 좋다.
급전 장치(20)의 신호 처리 회로부(220)는 수전체(10)와의 거리 및 수전체(10)의 공명 주파수를 검출하기 위한 위치 및 공명 주파수 검출 기능(223)과 수전체(10)에 송신하는 전력을 제어하는 송전 제어 기능(222)을 구비한다.
한편, 수전체(10)의 신호 처리 회로부(120)는 급전 장치(20)로부터 수전되는 전력을 제어하는 수전 제어 기능(122)을 구비한다.
수전체(10)에 무선으로 전력을 공급하는 급전 장치(20)는 전력을 공급하는 수전체(10)의 위치 및 공명 주파수를 검출하여, 상기 정보에 따라 수전체(10)에 송신하는 전력 신호의 주파수를 제어한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 급전 장치(20)와 수전체(10) 사이의 거리란 급전 장치(20)에 형성되는 안테나와 수전체(10)의 안테나와의 최단 거리이다. 도 4에 수전체(10)가 갖는 수전체용 안테나(117)와 급전 장치(20)가 갖는 급전 장치용 안테나(217)가 거리 d에서 급전하는 예를 도시한다. 도 4에 있어서, 수전체용 안테나(117)와 급전 장치용 안테나(217)는 거리 d를 가지도록 배치되고, 자계(300)를 형성함으로써 급전한다. 도 4는 안테나로서 코일 안테나를 사용하여 전자 유도 방식으로 급전하는 예이며, 본 명세서에 개시되는 발명에서 적용할 수 있는 안테나 형상 및 전자파의 전송 방식의 일 형태이다.
본 명세서에 있어서, 급전용 전자파의 주파수에 특별한 한정은 없고, 전력이 전송할 수 있는 주파수라면 어느 대역(帶域)이라도 상관없다. 급전용 전자파의 주파수는, 예를 들어 135kHz의 LF 대역(장파), 13.56MHz의 HF대역, 900MHz 내지 1GHz 의 UHF 대역, 또는 2.45GHz의 마이크로파 대역이라도 좋다.
본 명세서에 있어서, 각 신호(식별 정보 등을 송신하는 전기 신호, 위치 및 공명 주파수 검출용 신호 등)로서 이용되는 전자파의 주파수는 급전용 전자파와 같은 대역의 주파수라도 상이한 대역의 주파수라도 좋다. 또한, 상이한 대역의 주파수를 이용하는 경우에는 각 주파수에 대응한 안테나를 구비하는 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 전자파의 전송 방식은 전계 결합 방식, 전자 유도 방식, 공명 방식, 마이크로파 방식 등 다양한 종류가 있는데, 적절히 선택하면 된다. 다만, 비나 진흙과 같은 수분을 포함한 이물질에 의한 에너지 손실을 억제하기 위해서는 주파수가 낮은 대역, 구체적으로는 단파인 3MHz 내지 30MHz, 중파인 300kHz 내지 3MHz, 장파인 30kHz 내지 300kHz, 및 초장파인 3kHz 내지 30kHz의 주파수를 이용한 전자 유도 방식, 공명 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
무선 급전의 일례로서 안테나를 사용한 급전 방법이 있다. 어느 임의의 안테나 형상에 대해서 급전 장치(20)로부터 수전체(10)에 급전되는 전력의 전송 효율은 송신하는 전력 신호의 주파수, 급전 장치(20)와 수전체(10) 사이의 거리, 및 수전체(10)가 고유하게 갖는 공명 주파수 등에 의존한다.
송신하는 전력 신호의 주파수를 임의의 고정값 f0으로 한 경우, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율은 급전 장치와 수전체 사이의 임의의 거리 dMAX (0)에서 최대값을 나타낸다.
또한, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율이 최대값을 나타내는 거리 dMAX는 송신하는 전력 신호의 주파수 f의 값에 따라 다르고, 각각의 전력 신호의 주파수 f에서 고유의 거리 dMAX를 갖는다.
따라서, 급전 장치(20)와 수전체(10) 사이의 거리를 임의의 고정값 d0으로 한 경우, 급전 장치(20)로부터 수전체(10)로 급전되는 전력의 전송 효율이 최대값을 나타내는 전력 신호의 주파수 fMAX (0)을 결정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 급전 장치(20)와 수전체(10) 사이의 거리를 임의의 고정값 d0으로 한 경우, 전력 전송 효율이 최대가 되는 주파수(공명 주파수)는 임의로 결정할 수 있다. 본 명세서가 개시하는 무선 급전 시스템에서는 전력 전송 효율이 최대가 되는 공명 주파수를 얻기 위해서는 수전체는 급전 장치에 주파수가 상이한 복수의 신호를 송신한다. 수전체로부터 급전 장치에 송신되는 주파수가 상이한 신호(서브 캐리어)는 무선 급전에 사용하는 베이스 캐리어를 기초로 생성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 급전 장치(20)는 수전체(10)로부터 송신된 주파수가 상이한 복수의 신호(서브 캐리어)를 수신한다. 다음에, 급전 장치(20)는 수신한 주파수가 상이한 복수의 신호(서브 캐리어)로부터 강도가 가장 큰 주파수의 신호(서브 캐리어)를 선별한다. 또한, 급전 장치(20)는 그 공명 주파수로 전력을 전송하는 신호를 수전체(10)에 송신한다.
상술한 바와 같이, 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수(공명 주파수)로 수전체에 전력 신호를 송신함으로써, 급전 장치는 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있다.
따라서, 수전체는 급전 장치와의 위치 및 공명 주파수를 검출하기 위한 신호로서 급전 장치에 주파수가 상이한 복수의 신호를 송신한다.
본 명세서에서 정의하는 서브 캐리어에 대해서 도 2를 사용하여 설명한다. 믹서(113)에 의해 발진 회로(115)가 생성하는 기준이 되는 주파수의 신호 베이스 캐리어 fb와 분주 회로(118)가 생성하는 복수의 주파수의 신호를 조합함으로써, 복수의 서브 캐리어 fs -2, fs -1, fs +1, fs +2, …를 생성한다. 서브 캐리어의 주파수는 베이스 캐리어 fb의 주파수에 대해서 일정 간격을 갖는 주파수가 된다. 또한, 서브 캐리어의 강도는 베이스 캐리어의 강도보다 작다.
베이스 캐리어 자체를 상이한 주파수의 베이스 캐리어로 조정하여, 상이한 주파수의 복수의 신호를 생성하기 위해서는 전원 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로가 필요하다. 이러한 회로를 추가함으로써, 급전 시스템에서 장치가 복잡화되거나 대형화되어 제조 비용도 증가할 우려가 있다.
본 실시형태에 있어서, 수전체가 송신하는 주파수가 상이한 복수의 신호는 베이스 캐리어 fb에 의거하여 생성되는 복수의 서브 캐리어 fs를 사용한다. 서브 캐리어 fs는 믹서(113)와 분주 회로(118) 사이에 형성되는 스위치(119)에 의해 베이스 캐리어 fb로부터 조정할 수 있다.
믹서(113)와 분주 회로(118) 사이에 스위치(119)를 형성하고, 복수의 상이한 서브 캐리어를 효과적으로 사용함으로써, 전원 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로를 증설하지 않아도 좋기 때문에, 장치의 복잡화나 대형화, 그것에 따른 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.
도 3에 무선 급전 방법의 일 형태를 플로우 차트로서 도시한다. 또한, 급전 장치 K는 도 1에 도시한 급전 장치(20), 수전체 J는 도 1에 도시한 수전체(10)에 상당한다.
우선, 수전체 J로부터 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 급전 장치 K에 송신한다(JB1 위치 및 공명 주파수 검출용 신호 송신). 위치 및 공명 주파수 검출용 신호로서는 주파수가 상이한 복수의 신호를 사용하여 위치 및 공명 주파수 검출용 신호로 할 수 있다. 급전 장치 K가 수전체 J의 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 수신하여(KB1 위치 및 공명 주파수 검출용 신호 수신), 상기 수신한 주파수가 상이한 복수의 전기 신호의 강도나 시간에 따라 수전체 J와의 위치 및 공명 주파수를 검출한다(KB2 위치 및 공명 주파수 검출)(B 위치 및 공명 주파수 검출 단계).
급전 장치 K는 상기 검출하기 위한 정보(공명 주파수에서의 전송 효율과 전송 거리의 관계 등)를 미리 급전 장치 K 내의 메모리부에 기억하여도 좋고, 검출할 때, 다른 관리 서버 등에 통신하여 상기 서버로부터의 정보를 기초로 검출하여도 좋다.
급전 장치 K는 검출한 수전체 J의 위치 및 공명 주파수에 따라 송전하는 전력 신호의 주파수를 전력 전송 효율이 최대가 되도록 조정한다(KC1 송전 주파수 조정). 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신함으로써, 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있다. 따라서, 급전 장치 K와 수전체 J 양쪽 모두가 효율적이고 편리하게 이용할 수 있는 급전을 실행할 수 있다.
급전 장치 K는 수전체 J에 송전 개시 신호를 송신하고(KC2 송전 개시 신호 송신), 수전체 J는 송전 개시 신호를 수신하고(JD1 송전 개시 신호 수신), 수전 준비가 완료되면 수전 개시 신호를 송신한다(JD2 수전 개시 신호 송신). 급전 장치 K는 수전체 J로부터의 수전 개시 신호를 수신하여(KC3 수전 개시 신호 수신), 송전을 개시한다(KC4 송전 개시). 급전 장치 K가 송전함으로써, 수전체 J는 수전을 개시한다(JD3 수전 개시).
급전 장치 K는 송전 제어 기능(222)에 의해 적절한 송전량을 송전하면, 수전체 J에 송전 종료 신호를 송신한다(KC5 송전 종료 신호 송신). 수전체 J는 급전 장치 K로부터 송전 종료 신호를 수신하면(JD4 송전 종료 신호 수신), 급전 장치 K에 수전 종료 신호를 송신하여(JD5 수전 종료 신호 송신) 수전을 종료한다(JD6 수전 종료)(D 수전 제어 단계). 급전 장치 K도 수전체 J로부터 수전 종료 신호를 수신하여(KC6 수전 종료 신호 수신), 송전을 종료한다(KC7 송전 종료)(C 송전 제어 단계).
또한, 급전 장치 K에서, 송전 개시 신호 송신 또는 송전 종료 신호 송신과 동시에 송전을 개시 또는 종료하여도 좋다. 또한, 수전 개시 신호 송신 또는 수전 종료 신호 송신과 동시에 수전을 개시 또는 종료하여도 좋다. 또한, 송전과 수전은 연동하기 때문에, 급전 장치 K가 송전을 개시함과 동시에 수전체 J의 수전을 개시하고, 급전 장치 K가 송전을 종료함과 동시에 수전체 J의 수전을 종료할 수도 있다. 도 3은 급전 장치 K가 급전의 종료를 수전체 J에 송신하여 송전을 종료하는 예이지만, 수전체 J가 급전 장치 K에 급전의 종료를 요구하여 급전 장치 K의 송전을 종료할 수도 있다.
따라서, 수전 장치부(100)의 축전부(130) 내의 2차 전지(131)에 축적된 전력을 사용하여 전원 부하부(150)를 동작시킬 수 있다. 본 명세서에 있어서, 수전체란 수전한 전력을 원동력으로서 움직이는 물체를 가리키고, 휴대 전화, 노트북 퍼스널 컴퓨터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 전자 서적 등의 휴대용 전자 디바이스나, 전력을 사용하여 전동기에 의해 움직이는 이동 수단(자동차 (자동 2륜차, 3륜 이상의 자동차), 전동 어시스트 자전거를 포함한 원동기가 달린 자전거, 항공기, 선박, 철도 차량) 등을 포함한다.
도 10에 수전체의 예로서 휴대 정보 단말(PDA)을 도시한다. 도 10에 도시한 수전체(10)는 케이스(50)에 표시 패널(51)을 구비한 휴대 정보 단말이다. 케이스(50)에 있어서, 표시 패널(51) 아래에는 수전 장치부(100)와 전원 부하부(150)가 형성되고, 수전 장치부(100)는 안테나 회로(111), 정류 회로(112), 믹서(113), 복조 회로(114), 발진 회로(115) 등을 포함한 송수신 회로부(110), 신호 처리 회로부(120), 메모리부(140), 2차 전지(131)를 포함한 축전부(130)를 갖는다. 송수신 회로부(110)에서 수신된 전자파는 신호 처리 회로부(120)를 걸쳐 축전부(130) 내의 2차 전지(131)에 축적된다. 2차 전지(131) 내에 축적된 전력을 전원 부하부(150)에 공급함으로써, 전원 부하부(150) 내에 형성된 반도체 집적 회로 등을 구동하여 표시 패널(51)에 표시를 실시하여, 수전체(10)를 휴대 정보 단말로서 동작시킬 수 있다.
본 실시형태에 따른 급전 시스템, 급전 방법에 의해, 장치를 복잡화하거나 대형화하지 않고 수전체의 이용자가 한층 더 편리하게 이용하고 높은 부가 가치를 얻을 수 있다.
또한, 급전하는 측인 사업자가 효율적인 다양한 서비스를 공급할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 다른 일 형태를 도 5 및 도 6을 사용하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 실시형태에 따른 무선 급전 시스템을 구성하는 급전 장치 및 수전체의 구성 요소를 기능별로 블록으로서 도시한다. 도 6은 실시형태 1에 제시한 도 1의 무선 급전 시스템에서 축전부(130)의 2차 전지(131)의 전력 축적량을 검출하는 검출부(전압/전류 검출부(160))를 형성한 예이며, 실시형태 1과 동일한 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분은 실시형태 1과 마찬가지며, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 부분의 자세한 설명도 생략한다.
전압/전류 검출부(160)는 축전부(130)의 2차 전지(131)의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출함으로써 2차 전지(131)의 축전량을 파악하고, 그 정보를 신호 처리 회로부(120)에 송신함으로써 신호 처리 회로부(120)가 수전을 제어한다.
도 5에 무선 급전 방법의 일 형태를 플로우 차트로서 도시한다. 또한, 급전 장치 K는 도 6의 급전 장치(20), 수전체 J는 도 6의 수전체(10)에 상당한다.
위치 및 공명 주파수 검출 단계는 실시형태 1의 도 3과 마찬가지기 때문에 생략한다.
송전 제어 단계 및 수전 제어 단계에 대해서 설명한다.
급전 장치 K는 검출한 수전체 J의 위치 및 공명 주파수에 의거하여 송전하는 전력 신호의 주파수를 전력 전송 효율이 최대가 되도록 조정한다(KC1 송전 주파수 조정). 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체 J에 전력 신호를 송신함으로써, 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있다. 따라서, 급전 장치 K와 수전체 J 양쪽 모두가 효율적으로 편리한 급전을 이용할 수 있다.
급전 장치 K는 수전체 J에 송전 개시 신호를 송신하고(KC2 송전 개시 신호 송신), 수전체 J는 송전 개시 신호를 수신하고(JD1 송전 개시 신호 수신), 수전 준비가 완료하면 수전 개시 신호를 송신한다(JD2 수전 개시 신호 송신). 급전 장치 K는 수전체 J로부터 수전 개시 신호를 수신하여(KC3 수전 개시 신호 수신) 송전을 개시한다(KC4 송전 개시). 급전 장치 K가 송전함으로써, 수전체 J는 수전을 개시한다(JD3 수전 개시).
본 실시형태에서는 전압/전류 검출부(160)에 의한 2차 전지(131)의 축전량의 검출 정보도 사용하여 급전을 제어하는 예이다. 수전체 J가 수전을 개시함과 동시에 전압/전류 검출부(160)에 의해 2차 전지(131)의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출한다(JD7 전압/전류 검출).
전압/전류 검출부(160)는 2차 전지(131)의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출함으로써, 2차 전지(131)의 축전량을 파악하고, 2차 전지가 축전 가능한 축전량을 초과했다고 판단하면 급전 장치 K에 수전 종료 신호를 송신한다(JD5 수전 종료 신호 송신).
급전 장치 K는 수전체 J로부터 수전 종료 신호를 수신함으로써(KC6 수전 종료 신호 수신), 수전체 J에 송전 종료 신호를 송신하여(KC5 송전 종료 신호 송신) 송전을 종료한다(KC7 송전 종료). 수전체 J도 급전 장치 K로부터 송전 종료 신호를 수신하여(JD4 송전 종료 신호 수신) 송전을 종료한다(JD6 수전 종료).
이와 같이, 수전체 J가 급전 장치 K에 급전 종료를 요구하여 급전 장치 K의 송전을 종료할 수도 있다.
수전체가 급전 장치와의 위치 및 공명 주파수를 검출하기 위해서 송신하는, 주파수가 상이한 복수의 신호는 베이스 캐리어 fb에 의거하여 생성되는 복수의 서브 캐리어 fs를 사용한다. 서브 캐리어 fs는 믹서와 분주 회로 사이에 형성되는 스위치에 의해 베이스 캐리어 fb로부터 조정할 수 있다.
믹서와 분주 회로 사이에 스위치를 형성하고, 복수의 상이한 서브 캐리어를 효과적으로 사용함으로써, 전원 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로를 증설하지 않아도 좋기 때문에, 장치의 복잡화나 대형화, 그것에 따른 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.
급전 장치와 수전체에 의한 급전에 있어서, 수전체의 위치 및 공명 주파수 정보에 의거하여 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하기 때문에, 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있다.
또한, 2차 전지의 축전량을 파악함으로써, 이용자의 요구에 한층 더 맞는 적절한 송전을 실행할 수 있다. 따라서, 과잉 송전으로 인한 전력의 낭비, 축전량 이상의 전력의 공급으로 인한 2차 전지(131)의 열화를 저감할 수 있다. 따라서, 급전 장치와 수전체 양쪽 모두가 효율적으로 편리하게 이용할 수 있는 급전을 실행할 수 있다.
따라서, 이용자 및 제공자 양쪽 모두가 효율적인 급전 서비스를 이용할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 다른 일 형태를 도 7 및 도 8a, 도 8b를 사용하여 설명하기로 한다.
본 실시형태는 실시형태 1 또는 실시형태 2에 있어서, 위치 및 공명 주파수 검출 단계 전에 수전체의 식별 정보를 인식하는 단계를 추가한 예이다. 실시형태 1 또는 실시형태 2와 동일한 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분은 실시형태 1 또는 실시형태 2와 마찬가지며, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 부분의 자세한 설명도 생략한다.
식별 정보는 수전체에서의 메모리부에 기억할 수 있다. 또한, 급전 장치에서의 신호 처리 회로부에 상기 식별 정보를 식별하는 식별 기능을 구비한다.
도 7에 본 실시형태의 무선 급전 방법을 플로우 차트로서 도시한다. 또한, 급전 장치 K는 도 1의 급전 장치(20), 수전체 J는 도 1의 수전체(10)에 상당한다.
우선, 수전체 J로부터 식별 정보가 급전 장치 K에 송신되고(JA1 식별 정보 송신), 급전 장치 K가 수전체 J의 식별 정보를 수신한다(KA1 식별 정보 수신). 급전 장치 K는 수신한 식별 정보를 조회하거나 조합하여(KA2 식별 정보 조회/조합), 수전체 J를 식별한다(A 식별 정보 인식 단계). 이하에서는, 도 3 또는 도 5의 급전 방법과 마찬가지로 다음 단계로 진행하여 급전한다.
급전 장치 K는 상기 식별하기 위한 정보를 급전 장치 K 내의 메모리부에 미리 기억하여도 좋고, 식별할 때, 다른 관리 서버 등에 통신하여 상기 서버로부터의 정보를 기초로 식별하여도 좋다. 또한, 급전 장치 K와 수전체 J의 통신은 급전 장치 K로부터 개시하여도 좋다. 예를 들어 급전 장치 K가 수전체 J의 식별 정보를 이미 취득해 놓고, 상기 식별 정보의 수전체 J를 특정(수색(搜索))하기 위해서 수전체 J에 식별 정보를 질문하는 신호를 송신하여 통신을 개시하여도 좋다.
급전 장치 K는 수전체 J의 식별 정보에 의해 송전하는 전력 신호의 강도를 조정할 수 있다. 예를 들어 식별 정보로부터 수전체 J의 2차 전지(131)가 축적할 수 있는 전력량을 판독하고 고려함으로써, 송전하는 전자파의 강도나 주파수, 송전 시간 등을 제어할 수 있다.
또한, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 수전체 J가 급전 장치 K에 급전의 개시를 요구하여 급전 장치 K의 송전을 개시할 수도 있다. 도 8a는 식별 정보 인식 단계를 도시하고, 우선 수전체 J가 급전을 요구하는 신호를 급전 장치 K에 송신한다(JA2 급전 요구 신호 송신). 수전체 J의 급전 요구 신호를 수신할 수 있는 위치에 배치된 급전 장치 K가 수신하고(KA3 급전 요구 신호 수신), 상기 급전 요구 신호를 받아서 수전체 J의 식별 정보를 질문하는 신호를 수전체 J에 송신한다(KA4 식별 정보 질문 신호 송신). 수전체J는 급전 장치 K로부터의 식별 정보 질문 신호를 수신하여(JA3 식별 정보 질문 신호 수신), 수전체 J의 식별 정보를 급전 장치 K에 송신한다(JA1 식별 정보 송신). 급전 장치 K는 수전체 J로부터의 식별 정보를 수신하여(KA1 식별 정보 수신), 수신한 식별 정보를 조회, 조합하여(KA2 식별 정보 조회/조합), 수전체 J를 식별한다. 이하에서는, 도 3 또는 도 5에 도시한 급전 방법과 마찬가지로 다음 단계로 진행하여 급전한다.
수전체 J로부터의 급전 요구 신호의 발신은 이용자가 수전체의 2차 전지의 축전량을 고려하여 조작하여도 좋고, 2차 전지(131)의 축전량에 따라 자동적으로 발신하도록 설정하여도 좋다.
예를 들어 도 8b에 도시하는 바와 같이, 전압/전류 검출부(160)에 있어서, 2차 전지(131)의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하여(JA4 전압/전류 검출), 2차 전지(131)의 축전량이 일정한 축전량을 하회했다고 판단하면, 급전 장치 K에 급전 요구 신호를 송신한다(JA2 급전 요구 신호 송신). 이하에서는 도 8a, 및 도 3 또는 도 5에 도시한 급전 방법과 마찬가지로 다음 단계로 진행하여 급전한다.
본 실시형태에서도 수전체가 송신하는 주파수가 상이한 복수의 신호는 베이스 캐리어 fb에 의거하여 생성되는 복수의 서브 캐리어 fs를 사용한다. 서브 캐리어 fs는 믹서와 분주 회로 사이에 형성되는 스위치에 의해 베이스 캐리어 fb로부터 조정할 수 있다.
믹서와 분주 회로 사이에 스위치를 형성하고, 복수의 상이한 서브 캐리어를 효과적으로 사용함으로써, 전원 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로를 증설하지 않아도 좋기 때문에, 장치의 복잡화나 대형화, 그것에 따른 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.
급전 장치와 수전체의 급전에 있어서, 수전체의 위치 및 공명 주파수 정보에 의거하여 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하기 때문에, 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있다.
또한, 수전체 J의 고유 정보나 2차 전지의 축전량을 파악함으로써, 이용자의 요구에 한층 더 맞는 적절한 송전을 실행할 수 있다. 따라서, 과잉 송전으로 인한 전력의 낭비나 축전량 이상의 전력 공급에 의한 2차 전지(131)의 열화를 저감할 수 있다. 따라서, 급전 장치 K와 수전체 J 양쪽 모두가 효율적으로 편리하게 이용할 수 있는 급전을 실행할 수 있다.
또한, 개인 정보 등 고유 정보를 포함한 식별 정보는 급전할 때마다 수시로 갱신하거나, 급전하기 위한 인식 단계가 종료하면 필요없는 식별 정보는 급전 장치 내로부터 삭제하거나, 식별 정보를 송신할 때는 통신을 암호화하는 등 보안 면에서 고려한 대책을 실행하는 것이 바람직하다.
장치를 복잡화하거나 대형화하지 않고 이용자 및 제공자 양쪽 모두가 효율적인 급전 서비스를 이용할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 다른 일 형태를 도 9를 사용하여 설명하기로 한다.
본 명세서에 따른 급전 시스템 및 급전 방법은 복수의 급전 장치 및 수전체에도 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 실시형태 1 내지 실시형태 3 중 어느 것에 제시한 급전 시스템 및 급전 방법을 복수의 급전 장치 및 수전체에 적용하는 예이며, 실시형태 1 내지 실시형태 3 중 어느 것과 동일한 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분은 실시형태 1 내지 실시형태 3 중의 어느 것과 마찬가지이며, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 부분의 자세한 설명도 생략한다.
예를 들어 같은 급전 장치로부터 복수의 수전체에 급전하는 경우, 각각의 수전체의 위치 및 공명 주파수를 파악하고 전력의 전송 효율이 최적이 되도록 송신하는 전력 신호의 주파수를 제어할 수 있다. 도 9는 복수의 수전체 Ja(10a), 수전체 Jb(10b), 수전체 Jc(10c) 각각에 급전하는 예이다.
수전체 Ja(10a), 수전체 Jb(10b), 수전체 Jc(10c)는 각각 급전 장치 K(20)로부터 상이한 거리를 갖는 위치에 배치되고, 각각 고유의 공명 주파수를 갖는다.
급전 장치 K(20)는 우선 수전체 Ja(10a), 수전체 Jb(10b), 수전체 Jc(10c)의 위치 및 공명 주파수 정보를 취득하여, 그 정보에 따라 각각 전력 전송 효율이 최적이 되도록 송신하는 전력 신호의 주파수 f(d(Ja)), f(d(Jb)), f(d(Jc))를 결정하여 급전한다.
본 실시형태에서도 수전체가 송신하는 주파수가 상이한 복수의 신호는 베이스 캐리어 fb에 의거하여 생성되는 복수의 서브 캐리어 fs를 사용한다. 서브 캐리어 fs는 믹서와 분주 회로 사이에 형성되는 스위치에 의해 베이스 캐리어 fb로부터 조정할 수 있다.
믹서와 분주 회로 사이에 스위치를 형성하고, 복수의 상이한 서브 캐리어를 효과적으로 사용함으로써, 전원 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로를 증설하지 않아도 좋기 때문에, 장치의 복잡화나 대형화, 그것에 따른 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.
수전체의 위치 및 공명 주파수 정보에 의거하여 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하기 때문에, 전력을 낭비하지 않고 수전체에 공급할 수 있다.
도 9에서는 급전 장치를 하나만 사용하는 예를 도시하지만, 급전 장치를 복수 사용하여도 좋다. 급전 장치가 복수 사용되는 경우라도 급전하는 급전 장치와 수전체에서 거리 및 공명 주파수의 정보를 파악하고 상기 정보에 의거하여 전송 효율이 높게 되도록 송신하는 전기 신호의 주파수를 최적화하여 급전할 수 있다.
또한, 이와 같이 급전 장치의 통신 가능 범위 내에 복수의 수전체가 존재하는 경우, 실시형태 3에 제시한 바와 같이 수전체의 식별 정보를 사용하여 특정의 수전체에만 송전할 수도 있다.
식별 정보를 파악하여 급전하기 때문에 대상이 되는 수전체를 정확하게 관리할 수 있어 경품 등의 당첨자나 계약자에 대한 서비스 등을 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 실시형태 3에서도 제시한 바와 같이, 개인 정보 등 고유 정보를 포함한 식별 정보는 급전할 때마다 수시로 갱신하거나, 급전하기 위한 인식 단계가 종료하면 필요없는 식별 정보는 급전 장치 내로부터 삭제하거나, 식별 정보를 송신할 때는 통신을 암호화(encryption)하는 등 보안 면에서 고려한 대책을 실행하는 것이 바람직하다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
10: 수전체 20: 급전 장치
50: 케이스 51: 표시 패널
100: 수전 장치부 110: 송수신 회로부
111: 안테나 회로 112: 정류 회로
113: 믹서 114: 복조 회로
115: 발진 회로 117: 수전체용 안테나
118: 분주 회로 119: 스위치
120: 신호 처리 회로부 122: 수전 제어 기능
130: 축전부 131: 2차 전지
140: 메모리부 150: 전원 부하부
160: 전압/전류 검출부 210: 송수신 회로부
211: 안테나 회로 212: 정류 회로
213: 변조 회로 214: 복조 회로
215: 발진 회로 216: 전원 회로
217: 급전 장치용 안테나 220: 신호 처리 회로부
222: 송전 제어 기능 223: 위치 및 공명 주파수 검출 기능
230: 전원부 300: 자계

Claims (17)

  1. 안테나 회로와;
    정류 회로와;
    복조 회로와;
    신호 처리 회로부와;
    발진 회로와;
    분주 회로와;
    스위치와;
    믹서와;
    2차 전지를 포함하고,
    상기 안테나 회로는 급전 장치로부터 전자파를 수신하고 전기 신호를 출력하고,
    상기 정류 회로는 상기 전기 신호를 정류하고 정류 신호를 생성하고,
    상기 복조 회로는 상기 정류 신호를 복조하고 상기 신호 처리 회로부에 복조 신호를 송신하고,
    상기 신호 처리 회로부는 상기 복조 신호를 수신하고 송신용 신호를 생성하고,
    상기 발진 회로는 상기 송신용 신호에 따라 동작하고 상기 스위치를 통하여 상기 분주 회로와 상기 믹서에 베이스 캐리어(base carrier)를 입력하고,
    상기 분주 회로는 상기 베이스 캐리어의 주파수를 분주함으로써, 상기 발진 회로에서 생성된 상기 베이스 캐리어의 주파수보다 낮은 복수의 주파수들을 갖는 신호들을 생성하고,
    상기 스위치는 상기 복수의 주파수들을 갖는 신호들 중 하나를 선택하고 선택된 신호를 상기 믹서에 송신하고,
    상기 믹서는 상기 선택된 신호와 상기 베이스 캐리어를 조합하고, 상기 안테나 회로에 조합된 신호를 송신하고,
    상기 2차 전지는 상기 급전 장치로부터 송신된 제 1 전력을 축적하고 전원 부하부에 제 2 전력을 공급하고,
    상기 스위치는 상기 믹서와 상기 분주 회로 사이에 제공되는, 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 급전 장치는:
    전자파를 송수신하는 송수신 회로부와;
    상기 급전 장치의 상기 송수신 회로부에 의해 송수신되는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부와;
    수전체에 송신되는 전력을 공급하는 전원부를 포함하고,
    상기 급전 장치의 상기 신호 처리 회로부는 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는, 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 상기 수전체에 송신되는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 갖는, 반도체 장치.
  3. 급전 장치와;
    수전 장치부를 포함하는 수전체를 포함하고,
    상기 급전 장치는:
    전자파를 송수신하는 송수신 회로부와;
    상기 급전 장치의 상기 송수신 회로부에 의해 송수신되는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부와;
    상기 수전체에 송신되는 전력을 공급하는 전원부를 포함하고,
    상기 신호 처리 회로부는 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는, 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 상기 수전체에 송신되는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 갖고,
    상기 수전 장치부는:
    전자파를 송수신하는 송수신 회로부와;
    상기 수전 장치부의 상기 송수신 회로부에 의해 송수신되는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부와;
    상기 급전 장치로부터 송신된 전력을 축적하고, 전원 부하부가 소비하는 전력을 공급하는 2차 전지를 포함하는 축전부를 포함하고,
    상기 수전 장치부의 상기 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 믹서, 복조 회로, 발진 회로, 분주 회로, 및 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는 상기 믹서와 상기 분주 회로 사이에 제공되고,
    상기 수전 장치부의 상기 신호 처리 회로부는 상기 급전 장치로부터 수신되는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 갖는, 무선 급전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 급전 장치의 상기 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 변조 회로, 복조 회로, 발진 회로, 및 전원 회로를 포함하는, 무선 급전 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수전체는 상기 수전 장치부의 상기 신호 처리 회로부에 의해 판독되는 식별 정보를 기억하는 메모리부를 포함하고,
    상기 급전 장치의 상기 신호 처리 회로부는 상기 식별 정보를 식별하는 식별 기능을 갖는, 무선 급전 시스템.
  6. 급전 장치와;
    수전 장치부를 포함하는 수전체를 포함하고,
    상기 급전 장치는:
    전자파를 송수신하는 송수신 회로부와;
    상기 급전 장치의 상기 송수신 회로부에 의해 송수신되는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부와;
    상기 수전체에 송신되는 전력을 공급하는 전원부를 포함하고,
    상기 급전 장치의 상기 신호 처리 회로부는 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는, 위치 및 공명 주파수 검출 기능과 상기 수전체에 송신되는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 갖고,
    상기 수전 장치부는:
    전자파를 송수신하는 송수신 회로부와;
    상기 수전 장치부의 상기 송수신 회로부에 의해 송수신되는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부와;
    상기 급전 장치로부터 송신된 전력을 축적하고, 전원 부하부가 소비하는 전력을 공급하는 2차 전지를 포함하는 축전부와;
    상기 2차 전지의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하는 검출부를 포함하고,
    상기 수전 장치부의 상기 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 믹서, 복조 회로, 발진 회로, 분주 회로, 및 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는 상기 믹서와 상기 분주 회로 사이에 제공되고,
    상기 수전 장치부의 상기 신호 처리 회로부는 상기 급전 장치로부터 수신되는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 갖는, 무선 급전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 급전 장치의 상기 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 변조 회로, 복조 회로, 발진 회로, 및 전원 회로를 포함하는, 무선 급전 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 수전체는 상기 수전 장치부의 상기 신호 처리 회로부에 의해 판독되는 식별 정보를 기억하는 메모리부를 포함하고,
    상기 급전 장치의 상기 신호 처리 회로부는 상기 식별 정보를 식별하는 식별 기능을 갖는, 무선 급전 시스템.
  9. 상이한 주파수들을 갖는 복수의 서브 캐리어들을 사용하여 위치 및 공명 주파수 검출 신호를 수전체로부터 급전 장치에 송신하고, 상기 급전 장치로 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 제 1 단계와;
    상기 수전체의 위치 및 공명 주파수에 기초하여 상기 급전 장치로부터 송신되는 전력 신호의 주파수를 조정하고, 상기 급전 장치로부터 상기 수전체에 전력을 송신하는 제 2 단계와;
    상기 수전체의 축전부의 2차 전지에 상기 급전 장치로부터 송신된 상기 전력을 축적하는 제 3 단계를 포함하고,
    상기 상이한 주파수들을 갖는 복수의 서브 캐리어들은 분주 회로와 믹서 사이에 제공된 스위치에 의해 조정되는, 무선 급전 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 수전체는 상기 2차 전지의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하고, 검출 정보에 기초하여 상기 급전 장치에 급전 요구 신호 또는 수전 종료 신호를 송신하는, 무선 급전 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 전에, 상기 급전 장치로 상기 수전체의 식별 정보를 인식하는 단계를 더 포함하는, 무선 급전 방법.
  13. 안테나 회로와;
    정류 회로와;
    복조 회로와;
    신호 처리 회로부와;
    발진 회로와;
    분주 회로와;
    스위치와;
    믹서와;
    2차 전지를 포함하고,
    상기 안테나 회로는 급전 장치로부터 전자파를 수신하고 전기 신호를 출력하고,
    상기 정류 회로는 상기 전기 신호를 정류하고 정류 신호를 생성하고,
    상기 복조 회로는 상기 정류 신호를 복조하고 상기 신호 처리 회로부에 복조 신호를 송신하고,
    상기 신호 처리 회로부는 상기 복조 신호를 수신하고 송신용 신호를 생성하고,
    상기 발진 회로는 상기 송신용 신호에 따라 동작하고 상기 스위치를 통하여 상기 분주 회로와 상기 믹서에 베이스 캐리어(base carrier)를 입력하고,
    상기 분주 회로는 상기 베이스 캐리어의 주파수를 분주함으로써, 상기 발진 회로에서 생성된 상기 베이스 캐리어의 주파수보다 낮은 복수의 주파수들을 갖는 신호들을 생성하고,
    상기 스위치는 상기 복수의 주파수들을 갖는 신호들 중 하나를 선택하고 선택된 신호를 상기 믹서에 송신하고,
    상기 믹서는 상기 선택된 신호와 상기 베이스 캐리어를 조합하고, 상기 안테나 회로에 조합된 신호를 송신하고,
    상기 2차 전지는 상기 급전 장치로부터 송신된 제 1 전력을 축적하고 전원 부하부에 제 2 전력을 공급하고,
    상기 제 1 전력을 송신하기 위한 상기 급전 장치의 전자파의 주파수는 LF 대역, HF 대역, UHF 대역 및 마이크로파 대역의 그룹(group)으로부터 선택된 주파수 대역내에 있는, 반도체 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 급전 장치는:
    전자파를 송수신하는 송수신 회로부와;
    상기 급전 장치의 상기 송수신 회로부에 의해 송수신되는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부와;
    수전체에 송신되는 전력을 공급하는 전원부를 포함하고,
    상기 급전 장치의 상기 신호 처리 회로부는 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는, 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 상기 수전체에 송신되는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 갖는, 반도체 장치.
  15. 상이한 주파수들을 갖는 복수의 서브 캐리어들을 사용하여 위치 및 공명 주파수 검출 신호를 수전체로부터 급전 장치에 송신하고, 상기 급전 장치로 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 제 1 단계와;
    상기 급전 장치로부터 송신되는 전력 신호의 주파수를 LF 대역, HF 대역, UHF 대역, 및 마이크로파 대역의 그룹으로부터 선택된 주파수 대역내에 있도록 조정하고, 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수에 기초하여 상기 급전 장치로부터 상기 수전체에 전력을 송신하는 제 2 단계와;
    상기 수전체의 축전부의 2차 전지에 상기 급전 장치로부터 송신된 상기 전력을 축적하는 제 3 단계를 포함하는, 무선 급전 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 수전체는 상기 2차 전지의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하고, 상기 검출 정보에 기초하여 상기 급전 장치에 급전 요구 신호 또는 수전 종료 신호를 송신하는, 무선 급전 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 전에, 상기 급전 장치로 상기 수전체의 식별 정보를 인식하는 단계를 더 포함하는, 무선 급전 방법.
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