KR20110137747A - 송전 장치, 수전 장치, 및 이들을 사용한 전력 공급 방법 - Google Patents

송전 장치, 수전 장치, 및 이들을 사용한 전력 공급 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 신호에 의한 전력 공급에 있어서, 송전 장치와 수전 장치 사이의 거리가 변동하여도 전력을 효율적으로 공급한다.
무선 신호를 사용하여 전력을 공급하는 송전 장치와, 송전 장치로부터 공급된 전력을 수신하는 수전 장치 사이의 거리가 변화하여도 송전 장치의 Q값을 조정함으로써 전송 효율을 최적의 상태로 한다. 수전 장치의 공진 회로의 임피던스를 일정 주파수로 변동시켜, 그것으로 생기는 반사파를 응답 신호로서 송전 장치에서 검출하여 송전 장치의 Q값을 조정함으로써 전송 효율을 최적의 상태로 한다.

Description

송전 장치, 수전 장치, 및 이들을 사용한 전력 공급 방법{ELECTRIC POWER TRANSMITTING DEVICE, ELECTRIC POWER RECEIVING DEVICE, AND POWER SUPPLY METHOD USING ELECTRIC POWER TRANSMITTING AND RECEIVING DEVICES}
본 발명은 무선 신호에 의해 전력을 공급하는 송전 장치, 수전 장치, 및 이들을 사용한 전력 공급 방법에 관한 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 반도체 장치란 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리키며, 촬상 장치, 표시 장치, 전기 광학 장치, 송전 장치, 수전 장치, 반도체 회로 및 전자 기기 등은 모두 반도체 장치이다.
근년에 들어, 정보 통신 기술이 진보함에 따라 다양한 전자 기기를 컴퓨터 네트워크에 접속하여 정보를 자유롭게 주고받을 수 있으며, 다양한 서비스를 누릴 수 있는 유비쿼터스(ubiquitous) 사회의 실현이 제창(提昌)되고 있다. 「유비쿼터스」의 어원은 「널리 존재한다」는 뜻의 라틴어로, 언제 어디서나 컴퓨터를 의식하지 않으면서 컴퓨터를 이용한 정보 처리가 전자 기기를 통하여 생활 환경과 자연스럽게 융합되어 있다는 뜻으로 사용된다.
전자 기기를 기능시키기 위해서는 전자 기기에 전력을 공급(이하에서는 송전이라고도 함)할 필요가 있다. 휴대 전화기 등으로 대표되는 휴대형 전자 기기는 내장된 축전지로 전력이 공급되지만, 축전지는 전자 기기를 충전기에 꽂아서 각 주택에 배전되는 상용 전원으로부터 수전함으로써 충전된다. 또한, 전자 기기와 충전기를 접속하기 위해서는 접점을 형성할 필요가 있지만, 접점 불량으로 인한 고장의 염려가 없고 방수 기능을 부여한 디자인을 만들기 쉽다는 점에서, 접점이 필요 없는 무접점 전력 공급 수단(무선 송전 기술이라고도 함)이 주목을 받고 있다.
무접점 전력 공급 수단으로서는 전자(電磁) 유도 방식, 자계(磁界) 공명 방식, 전계 공명 방식, 전자파(마이크로파) 방식 등이 검토되고 있다. 특히 자계 공명 방식은 장치 구성이 단순하고, 송전측과 수전측의 위치를 정확하게 맞출 필요가 없고, 수 미터의 거리로 고효율 송전을 할 수 있다는 특징을 갖는다.
「무선 송전 제 2 막」 EETIMES Japan, No.51, 2009.10, p.20-33
자계 공명 방식에 의한 송전은 송전 장치와 수전 장치에 공진 주파수가 같은 안테나를 각각 준비하고, 송전측의 안테나에 고주파 전력을 공급하여 자계를 발생시킴으로써, 같은 공진 주파수를 갖는 수전측의 안테나에 공명 현상을 이용하여 전력을 공급한다.
자계 공명 방식에 의한 송전은 수 미터의 거리로 고효율 송전을 할 수 있지만, 송전측의 안테나와 수전측의 안테나의 거리(송전 거리)가 변동되면, 상호 리액턴스(mutual reactance)의 변동에 의해 전송 효율(송전 장치가 공급하는 전력에 대한 수전 장치가 받는 전력의 비율)이 크게 저하된다는 문제가 있다.
수전측에 상시적으로 일정량의 전력을 공급하기 위해서는 저하된 전송 효율에 따라 송전측의 전력 공급량을 증가시킬 필요가 있어서, 송전측의 소비 전력이 증대되어 버린다.
전송 효율을 개선하기 위해서는 상호 리액턴스의 변동에 따라 송전 주파수를 변화시키는 방법이나 송전측의 안테나의 인덕턴스 L을 조정하는 방법 등이 있지만, 수전 강도를 검출하기 위한 기구나 검출된 수전 강도를 송전 장치로 돌려보내기 위한 통신 수단을 별도 설치할 필요가 있어, 회로 구성이 복잡하게 된다는 문제가 있다. 그래서, 구성 부품이 증가하여 생산성을 향상시키거나 비용을 삭감하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 일 형태에서는 소비 전력이 저감된 전력 공급 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
본 발명의 일 형태에서는 생산성이 좋은 전력 공급 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
본 명세서에서 개시하는 발명의 일 형태는 상술한 과제 중 적어도 하나를 해결한다.
제 1 주파수를 갖는 무선 신호를 사용하여 전력을 공급하는 송전 장치와 송전 장치로부터 공급된 전력을 수신하는 수전 장치 사이의 전송 효율을 송전 장치의 Q값을 조정함으로써 최적의 상태로 한다.
수전 장치의 공진 회로에 변조 회로를 접속하여 변조 회로에 의해 공진 회로의 임피던스를 제 2 주파수로 변동시킨다. 임피던스가 변동함으로써 제 1 주파수와 제 2 주파수가 중첩된 반사파가 송신 장치로 돌려보내진다. 반사파의 진폭의 크기는 송전 장치와 수전 장치의 거리에 반비례하기 때문에, 송전 장치가 갖는 변조 신호 검출 회로에 의해 제 2 주파수의 진폭 성분을 검출하여, 제 2 주파수의 진폭에 따라 송전 장치의 Q값을 조정한다.
제 2 주파수는 송전 장치가 전력 공급에 사용하는 제 1 주파수와 상이한 주파수를 사용한다. 제 2 주파수는 제 1 주파수보다 작은 주파수인 것이 바람직하다. 송전 장치에서 검출되는 제 2 주파수의 진폭이 클수록 전송 효율이 좋고, 작을수록 전송 효율이 좋지 않다고 할 수 있다.
송전 장치의 Q값은 Q값을 변화시키기 전후에서의 제 2 주파수의 진폭 변화를 보면서 적절히 조정한다. Q값을 크게 한 후에 송전 장치에서 검출되는 제 2 주파수의 진폭이 작아진 경우에는 Q값을 작게 한다. 또한, Q값을 작게 한 후에 송전 장치에서 검출되는 제 2 주파수의 진폭이 작아진 경우에는 Q값을 크게 한다.
Q값은 최대 및 최소의 2단계로 변화시켜도 좋지만, 5단계 이상, 바람직하게는 10단계 이상으로 나누어 변화시키면, 전송 효율을 높은 정밀도로 조정할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 룩업 테이블(look up table) 등을 이용하여 송전 장치에서 검출되는 제 2 주파수의 진폭의 크기에 따라, Q값을 결정하는 구성으로 하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 의해, 소비 전력이 저감되고, 효율적으로 전력을 전송하는 전력 공급 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의해, 구성 부품이 적고, 생산성이 좋은 전력 공급 장치를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 송전 장치와 수전 장치의 구성 예를 설명하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 송전 장치의 구성 예를 설명하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 회로 시뮬레이션에서 사용한 송전 장치와 수전 장치의 구성을 설명하는 도면.
도 4는 회로 시뮬레이션의 계산 결과를 설명하는 도면.
도 5는 송전 장치에서 검출되는 전위 변화를 설명하는 도면.
도 6은 송전 장치의 Q값을 조정하는 방법의 일례를 설명하는 플로우 차트.
도 7a 및 도 7b는 송전 장치와 수전 장치의 이용 형태의 일례를 설명하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 송전 장치와 수전 장치의 이용 형태의 일례를 설명하는 도면.
이하에서는 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 또한, 본 발명은 이하에 제시하는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
도면 등에서 나타내는 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해를 용이하게 하기 위해서 실제 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 따라서, 개시하는 발명은 반드시 도면 등에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되지는 않는다. 또한, 실시형태를 설명하기 위한 모든 도면에서, 동일한 참조 번호들은 유사한 기능 또는 동일한 기능을 갖는 부분들을 가리키며, 그 설명은 반복되지 않을 것이다.
본 명세서 등에 있어서, 「전극」이나 「배선」이라는 용어는 이들 구성 요소를 기능적으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들어, 「전극」은 「배선」의 일부분으로서 사용될 수 있고, 그 반대도 마찬가지다. 또한, 「전극」이나 「배선」이라는 용어는 복수의 「전극」이나 「배선」이 일체로 되어 형성되는 경우 등도 포함한다.
트랜지스터는 반도체 소자의 한가지이며, 전류나 전압의 증폭이나 도통 또는 비도통을 제어하는 스위칭 동작 등을 실현할 수 있다. 본 명세서에 제시하는 트랜지스터는 IGFET(Insulated Gate Field Effect Transistor)나 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 포함한다.
본 명세서 등에 있어서 트랜지스터의 소스와 드레인은 트랜지스터의 구조나 동작 조건 등에 따라 서로 바뀌기 때문에, 어느 쪽이 소스 또는 드레인인지를 한정하기 어렵다. 따라서, 본 명세서 등에 있어서는, 소스나 드레인이라는 용어는 바꿔서 사용할 수 있다.
본 명세서 등에서 기재되는 「재 1」,「제 2」,「제 3」등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙이는 것이고, 수적으로 한정하는 것은 아닌 것을 부기한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 도 1a 내지 도 5를 사용하여 본 발명의 일 형태에 대해서 설명한다.
도 1a에 도시하는 송전 장치(100)는 전원(101), 정합 회로(102), 전력 방사 회로(103), 변조 신호 검출 회로(104), 및 저항 소자(109)를 갖는다. 정합 회로(102)는 전원(101)에 직렬로 접속되는 용량 소자(107)와 전원(101)에 병렬로 접속되는 용량 소자(108)를 갖는다.
전원(101)은 교류 전력을 발생하여 정합 회로(102)를 통하여 전력 방사 회로(103)에 교류 전력을 공급한다. 전원(101)이 공급하는 교류 전력의 주파수 fG는 특정 주파수에 한정되지 않고, 예를 들어 서브밀리파인 300GHz 내지 3THz, 밀리파인 30GHz 내지 300GHz, 마이크로파인 3GHz 내지 30GHz, 극초단파인 300MHz 내지 3GHz, 초단파인 30MHz 내지 300MHz, 단파인 3MHz 내지 30MHz, 중파인 300kHz 내지 3MHz, 장파인 30kHz 내지 300kHz, 및 초장파인 3kHz 내지 30kHz 중 어느 주파수를 사용할 수 있다.
또한, 전원(101)의 임피던스와 전력 방사 회로(103)의 임피던스가 상이하면, 전원(101)으로부터 공급된 교류 전력의 일부가 임피던스 차이에 따라 반사되기 때문에, 교류 전력을 효율적으로 전력 방사 회로(103)에 공급할 수 없다. 정합 회로(102)는 전원(101)의 임피던스와 전력 방사 회로(103)의 임피던스를 거의 일치시켜 전원(101)으로부터 공급되는 교류 전력을 효율적으로 전력 방사 회로(103)에 전달하는 기능을 갖는다.
전력 방사 회로(103)는 송전 안테나(106)와 가변 저항 소자(105)를 가지며, 전원(101)으로부터 공급된 주파수 fG의 교류 전력을 송전 안테나(106)를 통하여 외부 공간에 방사하는 기능을 갖는다.
저항 소자(109)는 송전 안테나(106)와 전원(101) 사이에 직렬로 접속된다. 변조 신호 검출 회로(104)는 저항 소자(109)에 병렬로 접속되고, 저항 소자(109)의 전위 변동을 검출하는 기능을 갖는다.
도 1b에 도시하는 수전 장치(200)는 공진 회로(205), 변조 회로(204), 정류 회로(203), 레귤레이터(202), 및 논리 회로(201)를 갖는다. 공진 회로(205)는 수전 안테나(206)와 용량 소자(209)를 갖는다. 또한, 공진 회로(205)는 수전 안테나(206)의 인덕턴스 L과 용량 소자(209)의 컨덕턴스 C의 조합에 따라 결정되는 공진 주파수 fR을 갖는다.
전력 방사 회로(103)로부터 방사되는 교류 전력의 주파수 fG와 공진 회로(205)가 갖는 공진 주파수 fR을 일치시킴으로써, 패러데이의 전자 유도의 법칙(Faraday's law of electromagnetic induction)에 따라 공진 회로(205)에 유도 기전력을 발생시켜 송전 장치(100)로부터 수전 장치(200)에 전력을 공급할 수 있게 된다.
변조 회로(204)는 트랜지스터(207)와 저항 소자(208)를 가지며, 공진 회로(205)에 병렬로 접속된다. 트랜지스터(207)에 사용하는 반도체에는 비정질 반도체, 미결정 반도체, 다결정 반도체 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 비정질 실리콘이나 미결정 게르마늄 등을 사용할 수 있다. 또한, 산화물 반도체나 SiC 등의 화합물 반도체를 사용할 수도 있다.
정류 회로(203)는 다이오드(214)와 용량 소자(210)를 가지며, 배선(211)과 배선(212)에 접속된다. 정류 회로(203)는 공진 회로(205)에 유기된 교류 전력을 직류로 변환하여 배선(211)과 배선(212)에 공급하는 기능을 갖는다. 레귤레이터(202)는 배선(211)과 배선(212)에 병렬로 접속되어, 배선(211)과 배선(212) 사이의 전위차가 일정 이상이 되지 않도록 조절하는 기능을 갖는다. 레귤레이터(202)에 의해 배선(211)과 배선(212)에 접속되는 논리 회로(201)나 다른 회로(도시하지 않음)에 과대 전압이 인가되는 것을 방지한다.
논리 회로(201)는 배선(211)과 배선(212)에 병렬로 접속되고, 변조 회로(204)가 갖는 트랜지스터(207)의 게이트에 배선(213)을 통하여 접속된다.
본 실시형태에서는 송전 안테나(106) 및 수전 안테나(206)의 형상으로서 코일형을 도시하지만, 안테나의 형상은 이것에 한정되지 않고, 전력의 공급에 사용하는 고주파 주파수를 고려하여 적절히 설정하면 좋다. 코일형 안테나 외, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 패치 안테나 등을 사용할 수 있다.
전력의 전송 효율은 k값 및 Q값의 곱셈으로 결정된다. k값은 결합 계수 k라고도 불리고, 송전 안테나(106)와 수전 안테나(206)의 결합의 강도를 나타내는 지표이며, 수학식 1로 나타낸다.
Figure pat00001
LG는 송전 안테나(106)의 인덕턴스이며, LR은 수전 안테나(206)의 인덕턴스이다. M은 상호 인덕턴스이다. 결합 계수 k는 송전 안테나(106)와 수전 안테나(206) 사이의 거리(안테나간 거리)가 멀어질수록 작은 값이 된다.
Q값은 송전 안테나(106)가 유지하는 에너지를 나타내는 지표이며, 수학식 2로 나타낸다.
Figure pat00002
fG는 전력 방사 회로(103)로부터 방사되는 교류 전력의 주파수이고, LG는 송전 안테나(106)의 인덕턴스이고, Rohm은 전력 방사 회로(103)의 저항 성분이고, Rrad는 방사에 기여하는 저항 성분(방사 저항)이다.
송전 안테나(106)와 수전 안테나(206) 사이의 거리가 멀어지면 결합 계수 k(k값)가 현저히 작아지기 때문에, Q값을 크게 하여, 전송 효율을 높일 필요가 있다. 여기서, 도 3a 내지 도 4를 사용하여 회로 시뮬레이션으로 계산한 Q값을 변화시켰을 때의 결합 계수 k(안테나간 거리)와 생성 전압의 관계를 설명한다. 회로 시뮬레이션은 SILVACO사 제조의 소프트웨어「Smart Spice」를 사용하여 실시하였다.
도 3a는 계산할 때 가정한 송전 장치(1100)의 회로 구성을 도시한다. 송전 장치(1100)는 전원(1101), 정합 회로(1102), 및 송전 안테나(1106)를 갖는다. 도 3b는 계산할 때 가정한 수전 장치(1200)의 회로 구성을 도시한다. 수전 장치(1200)는 수전 안테나(1206)를 갖는 공진 회로(1205) 및 정류 회로(1203)를 갖는다. 수전 장치(1200)는 공진 회로(1205)에 생긴 유도 기전력을 정류 회로(1203)에서 직류로 변환하여 배선(1211)과 배선(1212) 사이에 형성된 부하 저항 소자(1220)에 생성 전압 VR로서 출력하는 구성이 된다.
전원(1101)의 임피던스를 50Ω로 하고, 전원(1101)으로부터 출력하는 교류 전력을 주파수 13.56MHz, 진폭 3V로 하였다. 배선(1211)과 배선(1212) 사이의 부하 저항 소자(1220)를 820Ω로 하고 수전으로 배선(1211)과 배선(1212) 사이에 생성되는 생성 전압 VR을 계산하였다.
도 4에 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 4의 가로축은 결합 계수 k이며 안테나간 거리에 상당한다. 결합 계수는 안테나간 거리가 멀어질수록 작은 값이 된다. 세로축은 생성 전압 VR이며, 생성 전압 VR의 값이 클수록 전송 효율이 좋은 것을 나타낸다. 곡선(1301)은 가변 저항 소자(1105)의 값을 100Ω로 한 경우의 결합 계수 k와 생성 전압 VR의 관계를 나타내고, 곡선(1302)은 가변 저항 소자(1105)의 값을 1Ω로 한 경우의 결합 계수 k와 생성 전압 VR의 관계를 나타낸다. 바꿔 말하면, 곡선(1301)은 Q값이 작은 경우의 안테나간 거리와 전송 효율의 관계를 나타내고, 곡선(1302)은 Q값이 큰 경우의 안테나간 거리와 전송 효율의 관계를 나타낸다.
도 4를 보면, 안테나간 거리에 따라 최적의 Q값이 있는 것을 알 수 있다. 즉, 송전 장치(100)가 갖는 전력 방사 회로(103)의 Q값을 안테나간 거리에 따라 적절한 값으로 함으로써, 전송 효율을 개선하여 소비 전력이 적은 송전을 실현할 수 있다.
일반적으로는, 송전 장치와 수전 장치의 거리를 검출하여 검출된 거리에 따라 출력 전력이나 Q값을 조정하기 위해서는 전력 송전에 사용하는 주파수와 상이한 주파수의 신호나 상이한 통신 수단을 사용할 필요가 있다. 따라서, 전력 송전과 별도로 통신부를 형성할 필요가 있어, 장치 구성이 복잡해져서 생산성을 향상시키거나 비용을 삭감하기 어렵다.
본 명세서에 개시하는 구성을 사용함으로써, 간단한 회로 구성에 의해 전력 방사 회로(103)의 Q값을 고정밀도로 조정할 수 있기 때문에, 소비 전력이 적고 전송 효율이 좋은 송전 장치를 생산성 좋게 제작할 수 있다. 즉, 소비 전력이 적고 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
이어서, 본 명세서에 개시하는 송전 장치(100) 및 수전 장치(200)의 동작에 대해서 설명한다. 본 명세서에서 개시한 송전 장치(100) 및 수전 장치(200)는 수전 장치(200)가 갖는 변조 회로(204)로부터 수전 장치(200)의 임피던스를 공진 주파수 fR보다 낮은 주파수 fans로 변동시켜, 주파수 fans를 갖는 반사파를 응답 신호로서 송전 장치(100)에 생성시키는 구성을 갖는다.
변조 회로(204)에 의한 임피던스의 변조는 논리 회로(201)로 제어된다. 논리 회로(201)는 배선(213)을 통하여 트랜지스터(207)를 온(on) 상태 또는 오프(off) 상태로 한다. 트랜지스터(207)가 온 상태가 되면, 트랜지스터(207)의 소스 및 드레인 사이가 도통 상태가 되어, 변조 회로(204)의 내부 저항이 작아진다. 트랜지스터(207)가 오프 상태가 되면, 트랜지스터(207)의 소스 및 드레인 사이가 절연 상태가 되어, 변조 회로(204)의 내부 저항이 커진다. 논리 회로(201)에 의해 트랜지스터(207)의 온 상태 또는 오프 상태를 전환시킴으로써, 수전 장치(200)의 임피던스를 변동시킬 수 있다.
도 5에 송전 장치(100)가 갖는 저항 소자(109)에서 검출되는 전위 변화를 도시한다. 도 5에서 가로축은 시간이고, 세로축은 전위를 나타낸다. 저항 소자(109)에서는 전원(101)으로부터 공급되는 교류 전력(111)에 응답 신호(221)가 중첩된 전위가 검출된다. 응답 신호 진폭 Vans는 응답 신호(221)의 전위 진폭이며, k값 즉 안태나간 거리에 따라 변동된다. 응답 신호 진폭 Vans는 k값이 커지면(안테나간 거리가 가까워지면) 커지고, k값이 작아지면(안테나간 거리가 멀어지면) 작아진다.
응답 신호 진폭 Vans를 저항 소자(109)에 병렬로 접속된 변조 신호 검출 회로(104)에서 검출하여 응답 신호 진폭 Vans에 따라 가변 저항 소자(105)의 저항값을 조정한다. 가변 저항 소자(105)는 수학식 2에서의 Rohm에 상당하며, 가변 저항 소자(105)의 저항값을 조정함으로써, 전력 방사 회로(103)의 Q값을 최적의 값으로 할 수 있다. 또한, 응답 신호 진폭 Vans의 최대값은 변조 회로(204)가 갖는 저항 소자(208)의 저항값에 따라 결정할 수 있다.
이렇게 하여 안테나간 거리에 따라 최적의 Q값을 송전 장치(100)에 설정할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 송전 장치(100)와 상이한 구성을 갖는, 송전 장치(120) 및 송전 장치(140)의 구성을 나타낸다. 도 2a에 도시하는 송전 장치(120)는 전력 방사 회로(133)가 송전 안테나(106)에 병렬로 접속되는 Q값 조정 회로(121)를 갖는다. Q값 조정 회로(121)는 트랜지스터(122)와 저항 소자(123)를 갖고, 트랜지스터(122)의 게이트는 변조 신호 검출 회로(104)에 접속된다. 변조 신호 검출 회로(104)에 의해 트랜지스터(122)의 게이트 전압을 조정함으로써, Q값 조정 회로(121)의 내부 저항을 조정할 수 있다. 즉, 수학식 2에서의 Rohm을 조절하여 송전 장치(120)의 Q값을 변동시킬 수 있다.
도 2b에 도시하는 송전 장치(140)는 전력 방사 회로(153)가 갖는 송전 안테나(146)에 인덕턴스를 변화할 수 있는 안테나를 사용하는 예이다. 변조 신호 검출 회로(104)에 의해 송전 안테나(146)의 인덕턴스를 변화시킴으로써, Q값을 조정할 수 있다. 다만, 송전 안테나의 인덕턴스를 변화시키면, 정합 회로(102)를 조정할 필요가 생기는 경우가 있다. 또한, 안테나의 권선(卷線) 수나 크기 등을 변화시키면, 수학식 2에서의 Rohm이나 Rrad에도 영향을 미치기 때문에, 도 1a나 도 2a에서 예시한 바와 같이, Rohm의 값을 변화시켜 Q값을 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 복수의 수전 장치(200)에 송전하는 경우에 논리 회로(201) 및 변조 회로(204)에서 생성되는 응답 신호의 주파수를 수전 장치(200)마다 각각 설정함으로써, 어느 수전 장치(200)에 송전하는지를 식별할 수도 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 실시형태 1에서 설명한 송전 장치(100)에 의한 전력 공급과, 송전 장치(100)의 Q값을 조정하는 방법의 일례에 대해서 도 6의 플로우 차트를 사용하여 설명한다.
우선, 송전 장치(100)가 갖는 가변 저항 소자(105)의 저항값을 최소값으로 하여, Q값이 최대가 되도록 설정한다(처리(301)). 다음에, 전원(101)으로부터 전력 방사 회로(103)에 전력을 공급하여 송전을 시작한다(처리(302)). 다음에, 수전 장치(200)로부터의 응답 신호의 유무를 변조 신호 검출 회로(104)로 검출한다(판단(303)). 응답 신호가 검출되지 않는 경우에는 수전 장치(200)가 존재하지 않거나 또는 수전하지 않은 가능성이 높기 때문에, 송전을 정지한다(처리(304)). 다만, 사용자가 판단하여 계속 송전하여도 좋다. 응답 신호가 검출된 경우에는 응답 신호 진폭 Vans를 검출한다(처리(305)).
가변 저항 소자(105)의 저항값은 변조 신호 검출 회로(104)의 출력에 따라 상이한 복수의 저항값을 나타내도록 기능시킨다. 예를 들어, 가변 저항 소자(105)의 저항값을 변조 신호 검출 회로(104)의 출력에 따라 10분할하여 11단계의 저항값을 나타내도록 기능시켜도 좋고, 분할하지 않고 최소값과 최대값의 2단계 저항값을 나타내도록 기능시켜도 좋다. 가변 저항 소자(105)의 저항값의 분할 수에 특별한 한정은 없고, 분할 수가 많을수록 더 고정밀도로 Q값을 설정할 수 있다. 가변 저항 소자(105)의 저항값의 분할 수는 5분할 이상이 바람직하고, 10분할 이상으로 하면 더 바람직하다.
응답 신호 진폭 Vans를 검출한 후, 송전 장치(100)가 갖는 가변 저항 소자(105)의 저항값을 한 단계 증가시켜 Q값을 작게 한다(처리(306)). 다음에, 응답 신호 진폭 Vans1을 검출한다(처리(307)).
다음에, 응답 신호 진폭 Vans와 응답 신호 진폭 Vans1의 크기를 비교한다(판단(308)). 응답 신호 진폭 Vans보다 응답 신호 진폭 Vans1이 크면, 다시 처리(305)로부터 순차적으로 처리한다. 응답 신호 진폭 Vans과 응답 신호 진폭 Vans1이 같은 경우에는 판단(303)으로 돌아가서 계속 처리된다. 응답 신호 진폭 Vans보다 응답 신호 진폭 Vans1이 작은 경우에는 송전 장치(100)가 갖는 가변 저항 소자(105)의 저항값을 한 단계 감소시켜 Q값을 크게 한다(처리(309)).
다음에, 응답 신호의 유무를 검출하여(판단(310)), 응답 신호가 검출되지 않는 경우에는 송전을 정지한다(처리(304)). 다만, 사용자가 판단하여 계속 송전하여도 좋다. 응답 신호가 검출된 경우에는 응답 신호 진폭 Vans를 검출한다(처리(311)). 다음에, 송전 장치(100)가 갖는 가변 저항 소자(105)의 저항값을 한 단계 감소시켜 Q값을 크게 한다(처리(312)). 다음에, 응답 신호 진폭 Vans1를 검출한다(처리(313)).
다음에, 응답 신호 진폭 Vans과 응답 신호 진폭 Vans1의 크기를 비교한다(판단(314)). 응답 신호 진폭 Vans보다 응답 신호 진폭 Vans1이 크면, 다시 처리(311)로부터 순차적으로 Q값을 크게 하는 처리가 실시된다. 응답 신호 진폭 Vans과 응답 신호 진폭 Vans1이 같은 경우에는 판단(303)으로 돌아가서 계속 처리된다. 응답 신호 진폭 Vans보다 응답 신호 진폭 Vans1이 작은 경우에는 송전 장치(100)가 갖는 가변 저항 소자(105)의 저항값을 한 단계 증가시켜 Q값을 작게 한다(처리(315)). 그 다음에 판단(303)으로 돌아가서 계속 처리된다.
이렇게 하여 응답 신호 진폭 Vans의 크기를 검출함으로써, 송전 장치(100)의 Q값을 조정하여 효율적으로 전력을 공급할 수 있다. 본 실시형태에서는 가변 저항 소자(105)의 저항값을 한 단계씩 증감시키는 방법을 설명하였지만, 복수 단계씩 증감시켜도 좋다. 또한, 룩업 테이블 등을 사용하여 응답 신호 진폭 Vans과 응답 신호 진폭 Vans1의 전위차에 따라 Q값의 변화량을 결정하여도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 발명의 일 형태에 따른 이동체는 자동차(자동 이륜차, 삼륜 이상의 자동차), 전동 어시스트 자전거를 포함하는 원동기가 달린 자전거, 항공기, 선박, 철도 차량 등 2차 전지에 축적된 전력을 사용하여 전동기에 의해 추진하는 이동수단이 그 범주에 포함된다.
도 8a에 본 발명의 이동체의 한가지인 모터 보트(8301)의 구성을 도시한다. 도 8a에서는 모터 보트(8301)가 수전 장치(8302)를 그 선체(船體)에 구비한 경우를 예시한다. 모터 보트(8301)를 충전하기 위한 송전 장치(8303)는, 예를 들어 항구에서 선박을 계류시키기 위한 계류 시설에 설치할 수 있다. 그리고, 모터 보트(8301)가 계류되는 동안에 충전할 수 있다.
상술한 실시형태에서 개시한 구성을 사용함으로써, 송전 장치(8303)와 수전 장치(8302)가 떨어진 곳에 있어도 전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 파도 등의 영향으로 모터 보트(8301)가 흔들려서 송전 장치(8303)와 수전 장치(8302) 사이의 거리가 변화하여도 전력을 효율적으로 공급할 수 있다.
도 8b에 본 발명의 이동체의 한가지인 전동 휠체어(8311)의 구성을 도시한다. 도 8b에서는 전동 휠체어(8311)가 수전 장치(8312)를 그 배부에 구비한 경우를 예시한다. 그리고, 도 8b에서는 전동 휠체어(8311)를 충전하기 위한 송전 장치(8313)가 전동 휠체어(8311)가 사용되거나 보관되는 시설 내에 설치되는 경우를 예시한다.
상술한 실시형태에서 개시한 구성을 사용함으로써, 송전 장치(8313)와 수전 장치(8312)가 떨어진 곳에 있어도 전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 송전 장치(8313)와 수전 장치(8312)의 거리가 변화하여도 전력을 효율적으로 공급할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 상술한 실시형태에서 제시한 송전 장치의 이용 형태의 일례에 대해서 도 7a 및 도 7b를 사용하여 설명한다.
도 7a는 테이블(8100)에 송전 장치(8110)를 설치하는 예를 도시한다. 송전 장치는 천판 최상부에 설치할 필요는 없고, 천판 내부나 하부에 설치할 수 있다. 즉, 테이블(8100)의 외관 디자인을 유지한 채 송전 장치를 설치할 수 있다.
테이블(8100) 위에 있는 램프(8120)는 수전 장치를 가지며, 송전 장치(8110)로부터 전송되는 전력을 수전 장치에 의해 받음으로써, 램프를 점등시킬 수 있다. 상술한 실시형태에서 개시한 구성을 사용함으로써, 송전 장치(8110)로부터 떨어진 곳에서도 전력을 효율적으로 공급할 수 있기 때문에, 전원 코드를 의식하지 않고 램프(8120)를 점등시킬 수 있다. 또한, 송전 장치(8110)와 램프(8120)의 거리가 변화하여도 전력을 효율적으로 공급할 수 있기 때문에, 임의 위치에서 램프(8120)를 점등시킬 수 있다.
또한, 송전 장치(8110)는 수전 장치를 갖는 휴대 전화(8210)가 송전 장치(8110)로부터 떨어진 곳에 있어도 휴대 전화(8210)에 내장된 축전지에 충전할 수 있다. 휴대 전화(8210)에 전기적인 접점을 형성할 필요가 없기 때문에, 휴대 전화(8210)에 방수 기능 등을 부여하기 쉬워진다. 또한, 송전 장치(8110)와 휴대 전화(8210)의 거리가 변화하여도 전력을 효율적으로 공급할 수 있기 때문에, 임의 위치에서 휴대 전화(8210)를 충전할 수 있다.
도 7b는 벽(8300)에 송전 장치(8310)를 배치하는 예를 도시한다. 송전 장치는 벽에 한정되지 않고, 바닥이나 천장의 내부에 설치할 수 있기 때문에, 실내의 외관 디자인을 유지한 채 송전 장치(8310)를 형성할 수 있다.
벽(8360)에 배치된 텔레비전(8320)은 수전 장치를 가지며, 벽(8300)에 설치된 송전 장치(8310)로부터 전송되는 전력을 수전 장치에 의해 받음으로써, 영상을 표시시킬 수 있다. 상술한 실시형태에서 개시한 구성을 사용함으로써, 송전 장치(8310)로부터 떨어진 곳에서도 전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 송전 장치(8310)와 텔레비전(8320)의 거리가 변화하여도 전력을 효율적으로 공급할 수 있기 때문에, 임의 위치에 텔레비전(8320)을 배치하여 영상을 표시시킬 수 있다.
바닥(8350)에 배치된 노트형 컴퓨터(8370)는 수전 장치를 가지며, 송전 장치(8310)로부터 전송되는 전력을 수전 장치에 의해 받음으로써, 노트형 컴퓨터(8370)를 동작시킬 수 있고, 내장된 축전지에 충전할 수 있다. 상술한 실시형태에서 개시한 구성을 사용함으로써, 송전 장치(8310)로부터 떨어진 곳에 있어도 전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 송전 장치(8310)와 노트형 컴퓨터(8370)의 거리가 변화하여도 전력을 효율적으로 공급할 수 있기 때문에, 임의 위치에서 노트형 컴퓨터(8370)를 동작시킬 수 있다.
본 실시형태는 상술한 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
100: 송전 장치 101: 전원
102: 정합 회로 103: 전력 방사 회로
104: 변조 신호 검출 회로 105: 가변 저항 소자
106: 송전 안테나 107: 용량 소자
108: 용량 소자 109: 저항 소자
200: 수전 장치 201: 논리 회로
202: 레귤레이터 203: 정류 회로
204: 변조 회로 205: 공진 회로
206: 수전 안테나 207: 트랜지스터
208: 저항 소자 209: 용량 소자
210: 용량 소자 211: 배선
212: 배선 213: 배선
214: 다이오드

Claims (7)

  1. 안테나 및 가변 저항 소자를 포함하는 전력 방사 회로와;
    상기 전력 방사 회로의 Q값을 변화시키기 위해서 상기 가변 저항 소자의 저항값을 변화시키는 변조 신호 검출 회로를 포함하는, 송전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 방사 회로에 고주파 전력을 공급하는 전원을 더 포함하는, 송전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는 코일형 안테나를 포함하는, 송전 장치.
  4. 공진 회로와;
    트랜지스터를 포함하는 변조 회로와;
    논리 회로를 포함하고,
    상기 논리 회로는 상기 변조 회로에 포함되는 상기 트랜지스터의 게이트에 접속되고,
    상기 트랜지스터의 스위칭 동작이 상기 공진 회로의 임피던스를 변화시키는, 수전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공진 회로는 코일형 안테나를 포함하는, 수전 장치.
  6. 제 1 주파수로 교류 전력을 공급하는 전원, 변조 신호 검출 회로, 및 안테나와 가변 저항 소자를 갖는 전력 방사 회로를 포함하는 송전 장치, 및 공진 회로와 변조 회로를 포함하는 수전 장치를 사용하는, 전력 공급 방법으로서,
    상기 변조 회로에 의해 제 2 주파수로 상기 공진 회로의 임피던스를 변동시켜, 상기 송전 장치에 상기 제 2 주파수의 반사파를 생성시키는 단계와;
    상기 변조 신호 검출 회로에 의해 상기 제 2 주파수의 진폭을 검출하는 단계와;
    상기 진폭의 크기에 따라 상기 가변 저항 소자의 저항값을 변화시키는 단계를 포함하는, 전력 공급 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수는 서로 상이한, 전력 공급 방법.
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