説明

無線電力中継装置

【課題】無線電力中継装置による電力転送効率を上げ、かつ、人体に有害な磁場の発生を最小化する。
【解決手段】無線電力送信装置で提供される電力を無線電力受信装置に伝達する無線電力中継装置は、上記無線電力送信装置と共振結合されて受信した電力を上記無線電力受信装置に伝達する中継共振部及び第1遮蔽部を含み、上記第1遮蔽部は上記無線電力中継装置に加えられる圧力によって形状が変形されて上記中継共振部から上記無線電力受信装置に伝達される磁場の量を調節する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線電力中継装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
無線で電気エネルギーを所望の機器に伝達する無線電力転送技術(wireless power transmissionまたはwireless energy transfer)は既に1800年代に電磁気誘導原理を用いた電気モータや変圧器が使われ始めて、その後にはラジオ波やレーザーのような電磁波を放射して電気エネルギーを転送する方法も試みられた。私達がしばしば使用する電動歯ブラシや一部無線カミソリも実際は電磁気誘導原理により充電される。現在まで無線方式によるエネルギー伝達方式は、磁気誘導、共振、及び短波長無線周波数を用いた遠距離送信技術などがある。
【0003】
最近にはこのような無線電力転送技術のうち、共振を用いたエネルギー伝達方式がたくさん使われている。
【0004】
共振を用いた無線電力転送システムは、無線電力送信装置(または、無線電力中継装置)と無線電力受信装置に形成された電気信号がコイルを通じて無線で伝えられるため、使用者は携帯用機器のような電子機器を難無く充電することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、無線電力送信装置(または、無線電力中継装置)は、無線電力受信装置が置かれない所でも磁場を発生させて電力転送の効率が落ちる問題がある。
【0006】
また、共振を用いたエネルギー伝達方式は、送信側(または、中継側)で発生する磁場によって人体に有害な影響を及ぼすことがある。
【0007】
本発明は、無線電力中継装置及び無線電力受信装置の間の電力転送効率を上げて、人体に有害な磁場の発生を最小化する無線電力中継装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置で提供される電力を無線電力受信装置に伝達する無線電力中継装置は、上記無線電力送信装置と共振結合されて受信した電力を上記無線電力受信装置に伝達する中継共振部及び第1遮蔽部を含み、上記第1遮蔽部は上記無線電力中継装置の上面に加えられる圧力によって形状が変形されて上記中継共振部から上記無線電力受信装置に伝達される磁場の量を調節することを特徴とする。
【0009】
本発明の更に他の実施形態に従う無線電力送信装置で提供される電力を無線電力受信装置に伝達する無線電力中継装置は、互いに隣接するように配置された複数の中継部を含み、上記複数の中継部のうち、少なくともいずれか1つは上記無線電力送信装置と共振結合されて受信した電力を上記無線電力受信装置に伝達する中継共振部及び第1遮蔽部を含み、上記第1遮蔽部は上記無線電力中継装置に加えられる圧力によって形状が変形されて上記中継共振部から上記無線電力受信装置に伝達される磁場の量を調節することを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明の実施形態によれば、次のような効果がある。
【0011】
第1に、無線電力中継装置の構造が変形されることによって電力転送効率を向上させることができる。
【0012】
第2に、送信部または中継部で発生する磁場を一定部分遮断して人体の有害な影響を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に従う無線電力転送システムを示す。
【図2】本発明の一実施形態に従う送信コイルの等価回路図である。
【図3】本発明の一実施形態に従う電力ソースと送信部の等価回路である。
【図4】本発明の一実施形態に従う受信用共振コイル、受信コイル、平滑回路、及び負荷の等価回路を示す。
【図5】本発明の一実施形態に従う無線電力転送システムのブロック図である。
【図6】本発明の無線電力転送システムを示す構成例である。
【図7】本発明の一実施形態に従う無線電力中継装置のブロック図である。
【図8】本発明の第1実施形態に従う無線電力中継装置の構成図である。
【図9】本発明の第2実施形態に従う無線電力中継装置の構成図である。
【図10】本発明の第3実施形態に従う無線電力中継装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的または辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最も最善の方法により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という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として解釈されなければならない。
【0015】
したがって、本明細書に記載された実施形態と図面に図示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎないものであり、本実施形態の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点で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りえることを理解すべきである。
【0016】
図1は、本発明の一実施形態に従う無線電力転送システムを示す。
【0017】
電力ソース10で生成された電力は送信部20に伝えられて、共振現象により送信部20と共振をなす、即ち、共振周波数値が同一な受信部30に伝えられる。受信部30に伝えられた電力は整流回路40を経て負荷50に伝えられる。負荷50は充電池またはその他の電力を必要とする任意の装置でありうる。
【0018】
より具体的に説明すると、電力ソース10は所定周波数の交流電力を提供する交流電力ソースである。
【0019】
送信部20は送信コイル21と送信用共振コイル22とで構成される。送信コイル21は電力ソース10と連結され、交流電流が流れるようになる。送信コイル21に交流電流が流れれば、電磁気誘導により物理的に離隔している送信用共振コイル22にも交流電流が誘導される。送信用共振コイル22に伝えられた電力は共振により送信部20と共振回路をなす受信部30に伝えられる。
【0020】
インピーダンスがマッチングされた2つのLC回路の間は共振により電力が転送できる。このような共振による電力転送は、電磁気誘導による電力転送より遠い距離までより高い効率で電力伝達が可能にする。
【0021】
受信部30は受信用共振コイル31と受信コイル32とで構成される。送信用共振コイル22により送信された電力は、受信用共振コイル31により受信されて受信用共振コイル31に交流電流が流れるようになる。受信用共振コイル31に伝えられた電力は電磁気誘導により受信コイル32に伝えられる。受信コイル32に伝えられた電力は整流回路40を通じて整流されて負荷50に伝えられる。
【0022】
図2は、本発明の一実施形態に従う送信コイル21の等価回路図である。図2に示すように、送信コイル21はインダクタL1とキャパシタC1とで構成され、これらにより適切なインダクタンスとキャパシタンス値を有する回路を構成するようになる。キャパシタC1は可変キャパシタであり、可変キャパシタを調節してインピーダンスマッチングを遂行することができる。送信用共振コイル22、受信用共振コイル31、受信コイル32の等価回路も図2に図示されたものと同一である。
【0023】
図3は、本発明の一実施形態に従う電力ソース10と送信部20の等価回路である。図3に示すように、送信コイル21と送信用共振コイル22は各々所定インダクタンス値とキャパシタンス値を有するインダクタL1、L2とキャパシタC1、C2とで構成される。
【0024】
図4は、本発明の一実施形態に従う、受信用共振コイル31、受信コイル32、平滑回路40、及び負荷50の等価回路を示す。
【0025】
図4に示すように、受信用共振コイル31と受信コイル32は、各々所定のインダクタンス値とキャパシタンス値を有するインダクタL3、L4とキャパシタC3、C4とで構成される。平滑回路40は、ダイオードD1と平滑キャパシタC5とで構成され、交流電力を直流電力に変換して出力する。負荷50は1.3Vの直流電源で表示されているが、直流電力を必要とする任意の充電池または装置でありうる。
【0026】
図5は本発明の一実施形態に従う無線電力転送システムのブロック図であり、図6は無線電力転送システムの第1及び第2の構成例である。
【0027】
図5を参照すると、無線電力転送システムは、無線電力送信装置100、及び無線電力中継装置200を含み、無線電力中継装置200を通じて無線電力受信装置300に電力を伝達する。
【0028】
無線電力送信装置100は、送信コイルと送信用共振コイルとを含むことができる。送信コイルは外部に連結されたAC電源と連結され、AC電源により交流電流が流れる。送信コイルに交流電流が流れれば、電磁気誘導により物理的に離隔している送信用共振コイルにも交流電流が誘導される。送信用共振コイルに伝えられた電力は共振により無線電力送信装置100と共振回路をなす無線電力中継装置200に伝えられる。即ち、無線電力送信装置100は外部に連結されたAC電源から電力の供給を受けて、送信用共振コイルとカップリングされて伝えられる電力を非放射方式により無線電力中継装置200に伝達する。
【0029】
無線電力中継装置200は、無線電力送信装置100から受信した電力を無線電力受信装置300に転送することができる。転送過程は、無線電力送信装置100と無線電力中継装置200との間の電力伝達過程と同一である。
【0030】
無線電力中継装置200は、無線電力送信装置100から電力を受信すると共に、無線電力受信装置300に電力を伝達する中継役割をすることができる。
【0031】
図6は、本発明の無線電力転送システムを示す構成例である。
【0032】
図6の(a)を参照すると、複数の無線電力中継装置200は基板に順次に配置される。複数の無線電力中継装置200のうちの少なくとも1つは、中継部210及び第1遮蔽部230を含むことができる。
【0033】
中継部210は無線電力中継装置200の上面に加えられる圧力によって形状が変形されて中継部210から無線電力受信装置300に伝達される磁場の量及び外部に漏出される磁場の量を調節することができる。
【0034】
無線電力受信装置300が無線電力中継装置200の上面に位置すれば、無線電力受信装置300により圧力が加えられた無線電力中継装置200の形状が圧縮変形される。圧縮変形された無線電力中継装置200は中継部210で発生した磁場を効率的に遮断する構造に変形できる。
【0035】
無線電力受信装置300は、無線電力中継器の上に位置するマウス、携帯電話、リモコンなどの電子機器に取り付けられる。無線電力受信装置300は、無線電力中継装置200から受信した電力を整流して使用することができるように整流回路を含む。
【0036】
図6の(b)は、無線電力中継装置200が無線電力送信装置100の役割を取り替えた実施形態を示す無線電力転送システムの構成例である。
【0037】
無線電力中継装置200は、別途の無線電力送信装置100と共振による電力転送を受信せず、電力ソース10を通じて電力を受信する。
【0038】
無線電力中継装置200は、受信した電力を無線電力受信装置300に転送する。その他の無線電力中継装置200の他の動作は前述した通りである。
【0039】
図7は、本発明の一実施形態に従う無線電力中継装置のブロック図である。無線電力中継装置200は、中継部210、及び第1遮蔽部230を含む。
【0040】
中継部210は、中継コイル211、及び中継キャパシタ212を含む。
【0041】
中継部210は、無線電力送信装置100から受信した電力を無線電力受信装置300に転送することができる。中継コイル211は、無線電力送信装置100の送信用共振コイルと共振を通じて電力を受信する。
【0042】
第1遮蔽部230は、無線電力中継装置200の上面に加えられる圧力によって形状が変形されて、受信装置300に伝達される磁場の量及び外部に漏出される磁場の量を調節することができる。
【0043】
第1遮蔽部230は、無線電力中継装置200の上面に加えられる圧力によって形状が変形されて、中継部210で発生した磁場の方向を変更させることができる。即ち、第1遮蔽部230は無線電力中継装置200の上面に加えられる圧力によって形状が変形されることができ、第1遮蔽部230の形状が変形されれば、第1遮蔽部230は中継部210で発生した磁場の方向を変更させて無線電力受信装置300の以外の所に漏出される磁場の量を減らすことができる。詳細な内容は図8乃至図10で後述する。
【0044】
第1遮蔽部230は、円筒形または円錐形のスプリング構造でありうる。
【0045】
第1遮蔽部230は、無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられた場合、第1遮蔽部230が圧縮変形されるにつれて、無線電力受信装置300に伝達される磁場の量は圧力が加えられていない場合に比べてより多いことがある。詳細な内容は図8乃至図10で後述する。
【0046】
無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられた場合は、無線電力中継装置200の上面に無線電力受信装置300が位置した場合でありうる。
【0047】
第1遮蔽部230は、無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられていない場合、弛緩変形されて中継部210で発生した磁場を遮断することができる。
【0048】
無線電力中継装置200は、第2遮蔽部220をさらに含むことができる。
【0049】
第2遮蔽部220は第1遮蔽部230と連結され、中継部210を収容する形状であり、円筒形または六面体形のうちのいずれか1つの形状でありえるが、これに限定される必要はなく、中継部210を収容することができる何の形状でも関係ない。
【0050】
第1遮蔽部230及び第2遮蔽部220は、中継部210で発生した磁場を遮断するためのフェライトを含むことができる。
【0051】
図8は、本発明の第1実施形態に従う無線電力中継装置の構成図である。
【0052】
無線電力中継装置200は、中継部210、第1遮蔽部230、及び第2遮蔽部220を含む。
【0053】
図8の(a)及び(b)を参照すると、第1遮蔽部230は弛緩された状態で円錐形のスプリング構造を有し、第2遮蔽部220は第1遮蔽部230と連結され、中継部210を収容する円筒の形状を有する。図8で矢印の方向は磁場が形成される方向を示し、矢印の厚さは磁場の強さを示す。
【0054】
図8の(a)は無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられていない状態を図示したものであって、無線電力受信装置300が置かれない状態の無線電力中継装置200の構造を示す。この際、第1遮蔽部230は弛緩変形された状態であり、弛緩変形された構造を有することによって、図8の(a)に図示された磁束線の方向のように、中継部210で発生した磁場のうち、上側及び左・右側に向ける一部磁場を遮断することができる。即ち、無線電力中継装置200の上面に無線電力受信装置300が位置しない場合、第1遮蔽部230は弛緩変形された構造を有することによって、中継部210で発生した磁場の方向を変更させて外部に漏出される磁場の量を減らすことができる。外部に漏出される磁場の量が少なくなれば、人体に露出される磁場が減少する。
【0055】
第2遮蔽部230は、中継部210で発生した磁場のうち、左・右側面に向ける磁場を遮断することができる。
【0056】
このように、無線電力中継装置200は上面に無線電力受信装置300が置かれない場合、中継部210で発生した磁場を効果的に遮断して人体の有害性を防止することができる。
【0057】
図8の(b)は、無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられた状態を図示したものであって、無線電力受信装置300が置かれている状態の無線電力中継装置200の構造を示す。この際、第1遮蔽部230は圧力により圧縮変形され、圧縮変形された構造を有することによって、スプリング構造を有する第1遮蔽部230の巻かれた間隔が密集した形状を有する。図8の(b)に図示された磁束線を参照すると、図8の(a)の磁束線と比較して、中継部210で発生した磁場は強さが大きくなった状態で上方に向ける。
【0058】
それによって、中継部210は無線電力受信装置300に磁場を集中的に伝達して効率的な電力転送が可能になる。同時に、無線電力中継装置200は圧縮変形された第1遮蔽部230及び円筒形の第2遮蔽部220を通じて無線電力中継装置200の左・右に漏出される磁場を遮断することができる。
【0059】
図9は、本発明の第2実施形態に従う無線電力中継装置の構成図である。
【0060】
無線電力中継装置200は、中継部210、第1遮蔽部230、及び第2遮蔽部220を含む。
【0061】
図9の(a)及び(b)を参照すると、第1遮蔽部230は円筒形のスプリング構造を有し、第2遮蔽部220は第1遮蔽部230と連結され、中継部210を収容する円筒の形状を有する。矢印の方向は磁場の方向を示し、矢印の厚さは磁場の強さを示す。
【0062】
図9の(a)は無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられていない状態を図示したものであって、無線電力受信装置300が置かれていない状態の無線電力中継装置200の構造を示す。この際、第1遮蔽部230は弛緩変形された状態であり、弛緩変形された構造を有することによって、図9の(a)に図示された磁束線の方向のように、中継部210で発生した磁場のうち、上側及び左・右側に向ける磁場を遮断することができる。即ち、無線電力中継装置200の上面に無線電力受信装置300が位置しない場合、第1遮蔽部230は弛緩変形された構造を有することによって、中継部210で発生した磁場の方向を変更させて外部に漏出される磁場の量を減らすことができる。
【0063】
第2遮蔽部230は、中継部210で発生した磁場のうち、左・右側面に向ける磁場を遮断することができる。
【0064】
このように、無線電力中継装置200は無線電力中継装置200の上面に無線電力受信装置300が置かれていない場合、中継部210で発生した磁場を効果的に遮断して人体の有害性を防止することができる。
【0065】
図9の(b)は無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられた状態を図示したものであって、無線電力受信装置300が置かれている状態の無線電力中継装置200の構造を示す。この際、第1遮蔽部230は圧力により圧縮変形され、圧縮変形された構造を有することによって、間隔が密集した形状を有するようになる。図9の(b)に図示された磁束線を参照すると、図9の(a)の磁束線と比較して、中継部210で発生した磁場は強さが大きくなった状態で上側に向ける。
【0066】
それによって、中継部210は無線電力受信装置300に集中的に磁場を伝達して効率的な電力転送が可能になる。同時に、無線電力中継装置200は圧縮変形された第1遮蔽部230及び円筒形の第2遮蔽部220を通じて中継部210の左・右に漏出される磁場を遮断することができる。
【0067】
図10は、本発明の第3実施形態に従う無線電力中継装置の構成図である。
【0068】
無線電力中継装置200は、中継部210、及び第1遮蔽部230を含む。
【0069】
図10の(a)及び(b)を参照すると、第1遮蔽部230は円錐形のスプリング構造を有し、中継部210を収容する形状を有する。矢印の方向は磁場の方向を示し、矢印の厚さは磁場の強さを示す。図8の無線電力中継装置とは異なり、本発明の第3実施形態に従う無線電力中継装置200は第2遮蔽部220を含まず、第1遮蔽部230のみを含み、第1遮蔽部230は中継部210を収容する形状を有する。
【0070】
図10の(a)は無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられていない状態を図示したものであって、無線電力受信装置300が置かれていない状態の無線電力中継装置200の構造を示す。この際、第1遮蔽部230は弛緩変形された状態であり、弛緩変形された構造を有することによって、図10の(a)に図示された磁束線の方向のように、中継部210で発生した磁場のうち、上側及び左・右側に向ける磁場を遮断することができる。
【0071】
このように無線電力中継装置200は上面に無線電力受信装置300が置かれていない場合、中継部210で発生した磁場を効果的に遮断して人体の有害性を防止することができる。
【0072】
図10の(b)は無線電力中継装置200の上面に圧力が加えられた状態を図示したものであって、無線電力受信装置300が置かれている状態の無線電力中継装置200の構造を示す。この際、第1遮蔽部230は圧力により圧縮変形され、圧縮変形された構造を有することによって、第1遮蔽部230を構成する各間隔が密集した形状を有するようになる。図9の(b)に図示された磁束線を参照すると、図10の(a)の磁束線と比較して、中継部210で発生した磁場は強さが大きくなった状態で上側に向ける。
【0073】
それによって、中継部210は無線電力受信装置300に集中的に磁場を伝達して効率的な電力転送が可能になる。同時に、無線電力中継装置200は圧縮変形された第1遮蔽部230を通じて外部に漏出される磁場を遮断することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線電力送信装置で提供される電力を無線電力受信装置に伝達する無線電力中継装置であって、
前記無線電力送信装置と共振結合されて受信した電力を前記無線電力受信装置に伝達する中継共振部と、
第1遮蔽部とを含み、
前記第1遮蔽部は前記無線電力中継装置に加えられる圧力によって形状が変形されて前記中継共振部から前記無線電力受信装置に伝達される磁場の量を調節することを特徴とする、無線電力中継装置。
【請求項2】
前記第1遮蔽部は前記無線電力中継装置の上面に加えられる圧力によって形状が変形されて前記中継共振部から前記無線電力受信装置に伝達される磁場の量を調節することを特徴とする、無線電力中継装置、請求項1に記載の無線電力中継装置 。
【請求項3】
前記無線電力中継装置の上面に圧力が加えられる場合、前記第1遮蔽部が圧縮変形されることによって、前記無線電力受信装置に伝達される磁場の量は圧力が加えられていない場合に比べてより多いことを特徴とする、請求項2に記載の無線電力中継装置。
【請求項4】
前記無線電力中継装置の上面に圧力が加えられていない場合、前記第1遮蔽部は弛緩変形されて外部に漏出される磁場の量を調節することを特徴とする、請求項2に記載の無線電力中継装置。
【請求項5】
前記第1遮蔽部は前記第1遮蔽部が弛緩変形されることによって、前記中継共振部で発生する磁場の方向を変更させて外部に漏出される磁場の量を調節することを特徴とする、請求項4に記載の無線電力中継装置。
【請求項6】
前記第1遮蔽部は、円筒形または円錐形のスプリング構造を有することを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の無線電力中継装置。
【請求項7】
前記第1遮蔽部と連結され、前記中継共振部を収容する形状を有する第2遮蔽部をさらに含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の無線電力中継装置。
【請求項8】
前記第2遮蔽部は、円筒形、六面体形のうちのいずれか1つの形状を有することを特徴とする、請求項7に記載の無線電力中継装置。
【請求項9】
前記第1及び第2遮蔽部はフェライトを含むことを特徴とする、請求項7に記載の無線電力中継装置。
【請求項10】
無線電力送信装置で提供される電力を無線電力受信装置に伝達する無線電力中継装置であって、
前記無線電力中継装置は、互いに隣接するように配置された複数の中継部を含み、
前記複数の中継部のうち、少なくともいずれか1つは、前記無線電力送信装置と共振結合されて受信した電力を前記無線電力受信装置に伝達する中継共振部と、
第1遮蔽部とを含み、
前記第1遮蔽部は前記無線電力中継装置に加えられる圧力によって形状が変形されて前記中継共振部から前記無線電力受信装置に伝達される磁場の量を調節することを特徴とする、無線電力中継装置。
【請求項11】
前記第1遮蔽部は前記無線電力中継装置の上面に加えられる圧力によって形状が変形されて前記中継共振部から前記無線電力受信装置に伝達される磁場の量を調節することを特徴とする、無線電力中継装置, 請求項10に記載の無線電力中継装置。
【請求項12】
前記無線電力中継装置の上面に圧力が加えられる場合、
前記第1遮蔽部が圧縮変形されることによって、前記無線電力受信装置に伝達される磁場の量は圧力が加えられていない場合に比べてより多いことを特徴とする、請求項11に記載の無線電力中継装置。
【請求項13】
前記無線電力中継装置の上面に圧力が加えられていない場合、
前記第1遮蔽部は弛緩変形されて外部に漏出される磁場の量を調節することを特徴とする、請求項11に記載の無線電力中継装置。
【請求項14】
前記第1遮蔽部は前記第1遮蔽部が弛緩変形されることによって、前記中継共振部で発生する磁場の方向を変更させて外部に漏出される磁場の量を調節することを特徴とする、請求項11に記載の無線電力中継装置。
【請求項15】
前記第1遮蔽部は、円筒形または円錐形のスプリング構造を有することを特徴とする、請求項10から14のいずれか1項に記載の無線電力中継装置。
【請求項16】
前記各中継部は、前記第1遮蔽部と連結され、前記中継共振部を収容する形状を有する第2遮蔽部をさらに含むことを特徴とする、請求項10に記載の無線電力中継装置。
【請求項17】
前記第2遮蔽部は、円筒形、六面体形のうち、いずれか1つの形状を含むことを特徴とする、請求項10に記載の無線電力中継装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2013−85463(P2013−85463A)
【公開日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−224750(P2012−224750)
【出願日】平成24年10月10日(2012.10.10)
【出願人】(510039426)エルジー イノテック カンパニー リミテッド (279)