無線電力送信装置及びその電力転送方法
【課題】共振現象を用いてエネルギーを効率的に転送する無線電力送信装置及びその方法の提供。
【解決手段】複数の送信共振部２０と無線電力受信装置６０の位置を検出するために上記複数の送信共振部２０に検出電力を印加する検出電力印加部１２、及び上記印加された検出電力により無線電力送信装置１００の内部で発生する電流を測定する電流測定部１３を含み、上記無線電力送信装置１００は上記測定された電流に基づいて上記無線電力受信装置６０の位置に対応する１つ以上の送信共振部２０を通じて電力を転送する。
【解決手段】複数の送信共振部２０と無線電力受信装置６０の位置を検出するために上記複数の送信共振部２０に検出電力を印加する検出電力印加部１２、及び上記印加された検出電力により無線電力送信装置１００の内部で発生する電流を測定する電流測定部１３を含み、上記無線電力送信装置１００は上記測定された電流に基づいて上記無線電力受信装置６０の位置に対応する１つ以上の送信共振部２０を通じて電力を転送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線電力転送技術に関し、特に共振現象を用いてエネルギーを効率的に転送する無線電力送信装置及びその方法に関する。
【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（radio wave）やレーザー（laser）のような電磁気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、問題になっている短距離無線電力転送技術の応用分野を見ると、建物内に無線電力送信装置を設置し、建物内部で使用者が携帯電話やノートブックなどのモバイル機器の内に無線電力受信装置を使用すれば、別途の電源ケーブルを連結しなくても引続き充電が遂行される場合が代表的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の無線電力転送技術では電力を受信する無線電力受信装置の存否に関わらず常に一定の電力を送信しなければならないので、電力が浪費されて人体に有害な問題点がある。
【０００５】
本発明は、共振現象を用いてエネルギーを転送する無線電力送信装置及びその方法を提供する。
【０００６】
また、本発明は無線電力受信装置の位置を検出する無線電力送信装置及びその方法を提供する。
【０００７】
また、本発明は無線電力受信装置の位置に対応する特定送信共振部を通じてエネルギーを転送する無線電力送信装置及びその方法を提供する。
【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共振を用いて無線電力受信装置に無線で電力を転送する無線電力送信装置は、複数の送信共振部と上記無線電力受信装置の位置を検出するために上記複数の送信共振部に検出電力を印加する検出電力印加部、及び上記印加された検出電力により上記無線電力送信装置の内部で発生する電流を測定する電流測定部を含み、上記無線電力送信装置は上記測定された電流に基づいて上記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送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共振を用いて無線電力受信装置に無線で電力を転送する無線電力送信装置の電力転送方法は、複数の送信共振部に検出電力を印加するステップ、上記印加された検出電力により上記無線電力送信装置の内部で発生する電流を測定するステップ、上記測定された電流に基づいて上記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を決めるステップ、及び上記決まった１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送するステップを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、無線電力送信装置は無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部を通じてエネルギーを転送することによって、電力転送効率を向上させることができる。
【００１１】
また、無線電力送信装置は特定送信共振部を通じてエネルギー転送を集中することによって、エネルギー浪費を減少させ、人体に有害な磁場の発生を減少させることができる。
【００１２】
一方、その他の多様な効果は後述する本発明の実施形態に従う詳細な説明で直接的または暗示的に開示される。
【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説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に従う送信コイル部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図である。
【図４】本発明の一実施形態に従う受信共振コイル部、受信コイル部、平滑回路、及び負荷の等価回路図である。
【図５】本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置の構成図である。
【図６】本発明の一実施形態に従う電力転送方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を説明するに当たって、関連した公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは使用者、運用者の意図または慣例などによって変わることができる。したがって、本発明は本明細書の全般に亘る内容に基づいて定義されるべきである。
【００１５】
以下、本発明の実施形態に対して添付した図面を参照して説明する。
【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】
図１を参照すると、無線電力転送システムは、電力ソース１０、電力送信部２０、電力受信部３０、整流回路４０、及び負荷５０を含む。
【００１８】
電力ソース１０で生成された電力は電力送信部２０に伝えられ、共振現象により電力送信部２０と共振をなす、即ち共振周波数値が同一な電力受信部３０に伝えられる。電力受信部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。この際、上記負荷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。
【００１９】
より具体的に、電力ソース１０は所定の周波数を有する交流電力を提供する交流電力ソースである。
【００２０】
電力送信部２０は送信コイル部２１と送信共振コイル部２２とで構成される。送信コイル部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。送信コイル部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共振コイル部２２にも交流電流が誘導される。送信共振コイル部２２に伝えられた電力は共振により電力送信部２０と共振回路をなす電力受信部３０に伝えられる。
【００２１】
共振による電力転送はインピーダンスがマッチングされた２つのＬＣ回路の間に電力が転送される現象であって、電磁気誘導による電力転送より遠い距離まで高い効率で電力を伝達することができる。
【００２２】
電力受信部３０は受信共振コイル部３１と受信コイル部３２とで構成される。送信共振コイル部２２により送信された電力は、受信共振コイル部３１により受信されて受信共振コイル部３１に交流電流が流れるようになる。受信共振コイル部３１に伝えられた電力は電磁気誘導により受信コイル部３２に伝えられる。受信コイル部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。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に従う送信コイル部２１の等価回路である。図２に示すように、送信コイル部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。
【００２４】
上記キャパシタＣ１はキャパシタンス値が固定された固定キャパシタまたはキャパシタンス値が可変できる可変キャパシタでありうる。上記キャパシタＣ１が可変キャパシタの場合、電力送信部２０は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。一方、送信共振コイル部２２、受信共振コイル部３１、受信コイル部３２の等価回路も図２に図示したものと同一である。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態に従う電力ソース１０と電力送信部２０の等価回路である。図３に示すように、送信コイル部２１と送信共振コイル部２２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Ｌ１、Ｌ２とキャパシタＣ１、Ｃ２とで構成される。
【００２６】
特に、送信共振コイル部２２のキャパシタＣ２は可変キャパシタであることがあり、電力送信部２０は上記可変キャパシタを調節して共振のための共振周波数値を調節することができる。
【００２７】
図４は、本発明の一実施形態に従う受信共振コイル部３１、受信コイル部３２、整流回路４０、及び負荷５０の等価回路である。図４に示すように、受信共振コイル部３１と受信コイル部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。
【００２８】
整流回路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。
【００２９】
一方、以下、本発明の実施形態では、無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部を通じてエネルギーを転送する無線電力送信装置１００及びその方法について説明する。
【００３０】
図５は、本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置１００の構成を示す。
【００３１】
図５を参照すると、無線電力送信装置１００は、電力供給部１１、検出電力印加部１２、電流測定部１３、スイッチ部１４、制御部１５、及び複数の送信共振部２０、パッド２５を含むことができる。一実施形態における複数の送信共振部２０は、パッド２５の上に２次元的に配列できる。一実施形態における複数の送信共振部２０は、パッド２５の上に２次元的に配列されて行列形態を有することができる。
【００３２】
一方、図５で各送信共振部２０は、図１の電力送信部２０に対応することができ、上記送信共振部２０を除外した残りの構成要素は図１の電力ソース１０に含まれることができる。
【００３３】
複数の送信共振部２０は複数の共振周波数に対応する。複数の送信共振部２０は同一な共振周波数を有することもでき、各々が互いに異なる共振周波数を有することもできる。
【００３４】
また、複数の送信共振部２０のうちの一部送信共振部２０は、第１共振周波数を有することができ、残りの送信共振部２０は第２共振周波数を有することができる。ここで、第１共振周波数と第２共振周波数とは異なることがある。
【００３５】
パッド２５は四角形態に形成できるが、これに限定される必要はない。
【００３６】
パッド２５の上に無線電力受信装置６０が位置するようになれば、無線電力送信装置１００はパッド２５の内の複数の送信共振部２０のうち、特定送信共振部を通じて無線電力受信装置６０にエネルギーを転送することができる。ここで、無線電力受信装置６０は図１で説明した電力受信部３０、整流回路４０、及び負荷５０を含むことができ、携帯用端末機などの電子機器に取り付けられることができる。
【００３７】
電力供給部１１は、エネルギー転送のための特定周波数の交流電力を発生し、上記発生した交流電力をスイッチ部１４を通じて複数の送信共振部２０に伝達することができる。
【００３８】
検出電力印加部１２は、無線電力受信装置６０の位置を検出するための検出電力を生成し、生成された検出電力をスイッチ部１４に提供することができる。一実施形態における検出電力はパッド２５の上に位置した無線電力受信装置６０を検出するための微小電力でありうる。ここで、検出電力は複数の送信共振部２０が同一な共振周波数を有する場合、上記共振周波数と同一な周波数を有する交流電力でありうる。
【００３９】
電流測定部１３は印加された検出電力により無線電力送信装置１００の内部に発生する電流を測定し、測定された電流を制御部１５に提供することができる。すると、制御部１５は測定された電流に基づいて無線電力受信装置６０の位置を検出することができる。
【００４０】
この際、制御部１５が測定された電流に基づいて無線電力受信装置６０の位置を検出する原理は、次の通りである。
【００４１】
この際、各送信共振部２０に含まれた送信共振コイル部２２は並列に連結されたインダクタ及びキャパシタ成分により自体共振周波数ｆ１を有し、各送信共振部は互いに同一な自体共振周波数ｆ１を有することを仮定して説明する。
【００４２】
上記共振周波数ｆ１を有する検出電力を各送信共振部２０に印加するようになれば、無線電力送信装置１００の内で測定される電流は最小となる。なぜならば、各送信共振部２０のインダクタ及びキャパシタは自体共振周波数ｆ１で開放（open）状態に見えてインピーダンスが最大となるためである。
【００４３】
仮に、複数の送信共振部２０に無線電力受信装置６０が近接するようになれば、送信共振部のインダクタＬ１成分と受信装置のインダクタＬ２成分とが互いにカップリングされて相互間に相互インダクタンス成分が発生するようになる。この際、上記相互インダクタンス成分は以下の＜数式１＞のように定義される。
【００４４】
【数１】
ここで、ｋは結合係数（coupling coefficient）、Ｌ１は無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０の磁気インダクタンス、Ｌ２は無線電力受信装置６０の磁気インダクタンスである。
【００４５】
無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０と無線電力受信装置６０との間に発生した相互インダクタンス成分Ｍは送信共振部２０及び無線電力受信装置６０の自体共振周波数ｆ１を変化させ、上記変化された共振周波数を相互変更共振周波数ｆ２と指称する。
【００４６】
即ち、相互変更共振周波数ｆ２は複数の送信共振部２０のうち、特定の送信共振部の上に無線電力受信装置６０が位置する場合、相互間の相互インダクタンス成分により変換された共振周波数を意味する。
【００４７】
このような相互変更共振周波数ｆ２で、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０のインダクタ及びキャパシタは最大インピーダンス値を有しない。したがって、無線電力受信装置６０が近接した送信共振部２０に自体共振周波数ｆ１を有する検出電力を印加するようになれば、無線電力送信装置１００の内で測定される電流は増加する。
【００４８】
そして、無線電力受信装置６０が特定送信共振部２０に徐々に近く近接するほど、相互変更共振周波数ｆ２または上記無線電力送信装置１００の内で測定される電流は徐々に増加する。このような相互変更共振周波数ｆ２または電流の変化を通じて、制御部１５は特定送信共振部２０に無線電力受信装置６０が近接するか否かを判断できるようになる。
【００４９】
スイッチ部１４は、検出電力印加部１２から提供された検出電力を複数の送信共振部２０に順次に提供するためにスイッチングする役割を遂行する。即ち、スイッチ部１４は制御部１５の制御によって複数の送信共振部２０に順次に検出電力を提供して、無線電力受信装置６０の位置を検出することができる。
【００５０】
また、スイッチ部１４は電力供給部１１で発生した電力を複数の送信共振部２０のうち、特定の送信共振部２０に提供するためにスイッチングする役割を遂行する。即ち、スイッチ部１４は無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０に電力が提供されるようにスイッチングし、残りの送信共振部２０には電力が提供されないようにスイッチングする。
【００５１】
複数の送信共振部２０はパッド２５の内部に格子形態またはマトリックス形態に配列できる。即ち、上記複数の送信共振部２０はパッド２５の領域を複数個の均等な領域に区分するように形成される。
【００５２】
また、複数の送信共振部２０は同一なサイズと形態を有するように構成できるが、これに限定される必要はない。一方、本実施形態において、複数の送信共振部２０は総１２個の送信共振部２０が格子形態に配列されたことを例示しているが、これに限定される必要はない。
【００５３】
また、複数の送信共振部２０は各々送信コイル部２１及び送信共振コイル部２２を含む。
【００５４】
送信コイル部２１は上記スイッチ部１４と連結され、その内部に交流電流が流れて磁場を発生する。そして、上記送信コイル部２１は電磁気誘導現象を通じて物理的に離隔している送信共振コイル部２２に磁場を転送する。
【００５５】
送信共振コイル部２２が送信コイル部２１から磁場を受信すれば、その内部に交流電流が誘導される。そして、送信共振コイル部２２は共振現象を用いて内部に格納されたエネルギーを無線電力受信装置６０に提供する。この際、共振による無線電力転送のために、送信共振コイル部２２の自体共振周波数と無線電力受信装置６０に備えられた受信共振コイル部（図示せず）の自体共振周波数は互いに一致しなければならない。
【００５６】
送信共振コイル部２２はキャパシタ２２ａを含み、上記キャパシタ２２ａはキャパシタンス値が固定された固定キャパシタまたはキャパシタンス値が可変できる可変キャパシタでありうる。
【００５７】
送信共振コイル部２２のキャパシタ２２ａが可変キャパシタの場合、制御部１５は送信共振コイル部２２のキャパシタ２２ａのキャパシタンス値を変更させて共振周波数を調節することができる。
【００５８】
仮に、無線電力受信装置６０が固定された自体共振周波数を有すると仮定すれば、無線電力送信装置１００は無線電力受信装置６０の共振周波数と同一な共振周波数を有するように送信共振コイル部２２の可変キャパシタ２２ａのキャパシタンスを調節することができる。この際、制御部１５は無線電力受信装置６０の共振周波数に対する情報を予め格納していることができる。
【００５９】
一方、送信共振コイル部２２のキャパシタ２２ａが固定キャパシタの場合、キャパシタ２２ａは送信共振コイル部２２の共振周波数が無線電力受信装置６０の共振周波数と同一であるように予め設定される。
【００６０】
制御部１５は、無線電力送信装置１００の全般的な動作を制御することができる。
【００６１】
制御部１５は、パッド２５の上に存在する無線電力受信装置６０の位置に対応する特定送信共振部２０を通じて無線電力受信装置６０に電力を転送するように制御することができる。
【００６２】
仮に、図５に示すように、複数の送信共振部２０が３行４列の行列形態に配置され、無線電力受信装置６０が２行１列、２行２列、３行１列、及び３行２列の送信共振部２０の上に位置すると仮定する。
【００６３】
この際、制御部１５はスイッチ部１４を制御して２行１列、２行２列、３行１列、及び３行２列の送信共振部２０を通じてのみ無線電力受信装置６０に電力を転送するように制御することができる。
【００６４】
また、上記制御部１５は無線電力受信装置６０と最も多く重畳される２行２列の送信共振部２０のみを通じて電力を転送するように制御することができる。
【００６５】
このような過程を通じて、無線電力送信装置１００は無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を通じて上記無線電力受信装置６０にエネルギー転送を集中できるようになって、不要な電力浪費が防止できる。
【００６６】
一方、制御部１５は測定された電流に従う相互変更共振周波数値をルックアップテーブル形態に予め格納することができる。このようなルックアップテーブルを通じて、制御部１５は電流測定部１３で検出された電流に基づいて相互変更共振周波数ｆ２を把握することができ、相互変更共振周波数ｆ２を有する交流電力を生成するように電力供給部１１を制御することができる。
【００６７】
また、制御部１５は複数の送信共振部２０を順次に制御しながら、上記電流測定部１３で提供された電流に対する情報をモニターリングする。そして、上記制御部１５は上記電流に対する情報に基づいてパッド２５の上のどの領域に無線電力受信装置が位置するかを検出することができる。
【００６８】
仮に、制御部１５はスイッチ部１４の制御を通じて１列１行の送信共振部２０に自体共振周波数ｆ１を有する検出電力を印加する。次に、上記電流測定部１３から電流に対する情報を受信するようになれば、制御部１５は１列１行の送信共振部２０の上に無線電力受信装置６０の存否を認知するようになる。
【００６９】
制御部１５はこのような過程を各送信共振部２０に対して順次に実施して該当送信共振部２０が位置するパッド２５の領域上に無線電力受信装置６０の存否を認知するようになる。
【００７０】
また、上記制御部１５は複数の送信共振部２０に対応する複数の領域のうち、どの領域に無線電力受信装置が位置するかを判断するためのしきい値を予め設定する必要がある。なぜならば、無線電力受信装置６０が複数の領域の上に重畳して位置する場合、該当領域に亘っている複数の送信共振部２０の全てで電流量変化が検出されるためである。
【００７１】
このようなしきい値設定を通じて、上記制御部１５は無線電力受信装置と最も多く重畳される領域に位置する送信コイル部を決めることができる。したがって、制御部１５は電流測定部１３から受信した電流が予め設定されたしきい値を超過する場合のみに該当送信共振部２０の上に無線電力受信装置６０が位置していることを判断することができる。
【００７２】
無線電力受信装置６０の位置に対する検出が完了すれば、上記制御部１５は無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を通じてエネルギーを転送するようになる。即ち、制御部１５はスイッチ部１４の制御を通じて該当送信共振部２０に上記電力供給部１１で発生した交流電力を提供する。
【００７３】
無線電力送信装置１００は電力供給部１１を通じて相互変更共振周波数ｆ２を有する交流電力を発生して、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を通じてエネルギーを転送するようになる。即ち、実際エネルギー転送は自体共振周波数ｆ１でない相互変更共振周波数ｆ２からなる。この際、上記制御部１５は相互変更共振周波数ｆ２を有する交流電力を発生するように上記電力供給部１１を制御することができる。
【００７４】
一方、本実施形態において、無線電力送信装置１００は電流量変化を通じて無線電力受信装置６０の位置を検出する方法を例示しているが、これに限定される必要はない。即ち、上記無線電力送信装置１００は電流量変化を用いた検出方法でない、パッド２５の上に位置した圧力センサーを用いた検出方法などを使用することもできる。
【００７５】
前述した通り、本発明の実施形態に従う無線電力送信装置１００はパッド２５の上に存在する無線電力受信装置６０の位置に対応する特定送信共振部２０を通じてエネルギーを転送することによって、上記無線電力受信装置へのエネルギー転送効率を向上させることができる。
【００７６】
図６は、本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置１００の電力転送方法のフローチャートを説明するための図である。
【００７７】
以下、本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置１００の電力転送方法を図５の内容と結付させて説明する。
【００７８】
図６を参照すると、まず、無線電力送信装置１００は複数の送信共振部２０に検出電力を順次に印加する（Ｓ１０１）。一実施形態において、無線電力送信装置１００はスイッチ部１４を制御して複数の送信共振部２０に順次に検出電力を印加する。一実施形態において、検出電力は送信共振部２０の自体共振周波数ｆ１に該当する周波数を有する交流電力を意味する。
【００７９】
その後、無線電力送信装置１００は検出電力を用いて内部に流れる電流を測定する（Ｓ１０３）。一実施形態において、無線電力送信装置１００の内部に流れる電流は電力供給部１１から出力される電流であるが、これに限定される必要はない。
【００８０】
測定された電流は送信共振部２０のインピーダンス特性によって可変できる。具体的に、上記共振周波数ｆ１に該当する周波数の検出電力が送信共振部２０に印加されれば、無線電力送信装置１００のインピーダンスが最も大きくなって、測定された電流は最小となり、上記共振周波数ｆ１と相異する周波数の検出電力が送信共振部２０に印加されれば、無線電力送信装置１００のインピーダンスが低くなって、測定された電流が大きくなる。
【００８１】
その後、無線電力送信装置１００は測定された電流がしきい値以上か否かを確認する（Ｓ１０５）。一実施形態において、しきい値は複数の送信共振部２０の上に位置した無線電力受信装置が検出されるために必要な最小限の電流を意味する。即ち、測定された電流がしきい値以上の場合、無線電力受信装置６０が特定送信共振部２０の上に位置したことと把握できる。
【００８２】
仮に、測定された電流がしきい値以上の場合、無線電力送信装置１００は無線電力受信装置６０が特定送信共振部２０の上に位置したことと確認する（Ｓ１０７）。即ち、無線電力受信装置６０が特定送信共振部２０に位置するようになれば、無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部２０の共振周波数は相互インダクタンス成分により図５で説明した相互変更共振周波数ｆ２に変更され、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０には上記共振周波数ｆ１と相異する周波数の検出電力が印加されているので、測定された電流がしきい値以上の電流になることができる。
【００８３】
その後、無線電力送信装置１００は検出された無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を電力転送のための送信共振部として決める（Ｓ１０９）。一実施形態において、無線電力送信装置１００は複数の送信共振部２０のうち、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を決めることができる。仮に、図５に示すように、無線電力受信装置６０が２行１列、２行２列、３行１列、及び３行２列の送信共振部２０の上に位置する場合、無線電力送信装置１００は無線電力受信装置６０が２行１列、２行２列、３行１列、及び３行２列の送信共振部２０のみを電力転送のための送信共振部２０として決めることができる。
【００８４】
他の実施形態において、無線電力送信装置１００は上記無線電力受信装置６０と最も多く重畳する２行２列の送信共振部２０のみを電力転送のための送信共振部２０として決めることができる。
【００８５】
その後、無線電力送信装置１００は複数の送信共振部２０のうち、決まった送信共振部２０を通じて電力を転送する（Ｓ１１１）。一実施形態において、無線電力送信装置１００はスイッチ部１４を制御して決まった送信共振部２０を通じて無線電力受信装置６０に電力を転送することができる。
【００８６】
このように、本発明の実施形態に従う無線電力送信装置１００は、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を通じてエネルギーを転送することによって、電力転送効率を向上させることができる。
【００８７】
また、無線電力送信装置１００は特定送信共振部２０を通じてエネルギー転送を集中することによって、エネルギー浪費を減少させ、人体に有害な磁場の発生を減少させることができる。
【００８８】
一方、以上では本発明の具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲から外れない限度内で多様な変形が可能であることは勿論である。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されず、後述する特許請求範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等物により定まるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線電力転送技術に関し、特に共振現象を用いてエネルギーを効率的に転送する無線電力送信装置及びその方法に関する。
【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（radio wave）やレーザー（laser）のような電磁気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、問題になっている短距離無線電力転送技術の応用分野を見ると、建物内に無線電力送信装置を設置し、建物内部で使用者が携帯電話やノートブックなどのモバイル機器の内に無線電力受信装置を使用すれば、別途の電源ケーブルを連結しなくても引続き充電が遂行される場合が代表的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の無線電力転送技術では電力を受信する無線電力受信装置の存否に関わらず常に一定の電力を送信しなければならないので、電力が浪費されて人体に有害な問題点がある。
【０００５】
本発明は、共振現象を用いてエネルギーを転送する無線電力送信装置及びその方法を提供する。
【０００６】
また、本発明は無線電力受信装置の位置を検出する無線電力送信装置及びその方法を提供する。
【０００７】
また、本発明は無線電力受信装置の位置に対応する特定送信共振部を通じてエネルギーを転送する無線電力送信装置及びその方法を提供する。
【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共振を用いて無線電力受信装置に無線で電力を転送する無線電力送信装置は、複数の送信共振部と上記無線電力受信装置の位置を検出するために上記複数の送信共振部に検出電力を印加する検出電力印加部、及び上記印加された検出電力により上記無線電力送信装置の内部で発生する電流を測定する電流測定部を含み、上記無線電力送信装置は上記測定された電流に基づいて上記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送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共振を用いて無線電力受信装置に無線で電力を転送する無線電力送信装置の電力転送方法は、複数の送信共振部に検出電力を印加するステップ、上記印加された検出電力により上記無線電力送信装置の内部で発生する電流を測定するステップ、上記測定された電流に基づいて上記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を決めるステップ、及び上記決まった１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送するステップを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、無線電力送信装置は無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部を通じてエネルギーを転送することによって、電力転送効率を向上させることができる。
【００１１】
また、無線電力送信装置は特定送信共振部を通じてエネルギー転送を集中することによって、エネルギー浪費を減少させ、人体に有害な磁場の発生を減少させることができる。
【００１２】
一方、その他の多様な効果は後述する本発明の実施形態に従う詳細な説明で直接的または暗示的に開示される。
【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説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に従う送信コイル部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図である。
【図４】本発明の一実施形態に従う受信共振コイル部、受信コイル部、平滑回路、及び負荷の等価回路図である。
【図５】本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置の構成図である。
【図６】本発明の一実施形態に従う電力転送方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を説明するに当たって、関連した公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは使用者、運用者の意図または慣例などによって変わることができる。したがって、本発明は本明細書の全般に亘る内容に基づいて定義されるべきである。
【００１５】
以下、本発明の実施形態に対して添付した図面を参照して説明する。
【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】
図１を参照すると、無線電力転送システムは、電力ソース１０、電力送信部２０、電力受信部３０、整流回路４０、及び負荷５０を含む。
【００１８】
電力ソース１０で生成された電力は電力送信部２０に伝えられ、共振現象により電力送信部２０と共振をなす、即ち共振周波数値が同一な電力受信部３０に伝えられる。電力受信部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。この際、上記負荷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。
【００１９】
より具体的に、電力ソース１０は所定の周波数を有する交流電力を提供する交流電力ソースである。
【００２０】
電力送信部２０は送信コイル部２１と送信共振コイル部２２とで構成される。送信コイル部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。送信コイル部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共振コイル部２２にも交流電流が誘導される。送信共振コイル部２２に伝えられた電力は共振により電力送信部２０と共振回路をなす電力受信部３０に伝えられる。
【００２１】
共振による電力転送はインピーダンスがマッチングされた２つのＬＣ回路の間に電力が転送される現象であって、電磁気誘導による電力転送より遠い距離まで高い効率で電力を伝達することができる。
【００２２】
電力受信部３０は受信共振コイル部３１と受信コイル部３２とで構成される。送信共振コイル部２２により送信された電力は、受信共振コイル部３１により受信されて受信共振コイル部３１に交流電流が流れるようになる。受信共振コイル部３１に伝えられた電力は電磁気誘導により受信コイル部３２に伝えられる。受信コイル部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。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に従う送信コイル部２１の等価回路である。図２に示すように、送信コイル部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。
【００２４】
上記キャパシタＣ１はキャパシタンス値が固定された固定キャパシタまたはキャパシタンス値が可変できる可変キャパシタでありうる。上記キャパシタＣ１が可変キャパシタの場合、電力送信部２０は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。一方、送信共振コイル部２２、受信共振コイル部３１、受信コイル部３２の等価回路も図２に図示したものと同一である。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態に従う電力ソース１０と電力送信部２０の等価回路である。図３に示すように、送信コイル部２１と送信共振コイル部２２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Ｌ１、Ｌ２とキャパシタＣ１、Ｃ２とで構成される。
【００２６】
特に、送信共振コイル部２２のキャパシタＣ２は可変キャパシタであることがあり、電力送信部２０は上記可変キャパシタを調節して共振のための共振周波数値を調節することができる。
【００２７】
図４は、本発明の一実施形態に従う受信共振コイル部３１、受信コイル部３２、整流回路４０、及び負荷５０の等価回路である。図４に示すように、受信共振コイル部３１と受信コイル部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。
【００２８】
整流回路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。
【００２９】
一方、以下、本発明の実施形態では、無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部を通じてエネルギーを転送する無線電力送信装置１００及びその方法について説明する。
【００３０】
図５は、本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置１００の構成を示す。
【００３１】
図５を参照すると、無線電力送信装置１００は、電力供給部１１、検出電力印加部１２、電流測定部１３、スイッチ部１４、制御部１５、及び複数の送信共振部２０、パッド２５を含むことができる。一実施形態における複数の送信共振部２０は、パッド２５の上に２次元的に配列できる。一実施形態における複数の送信共振部２０は、パッド２５の上に２次元的に配列されて行列形態を有することができる。
【００３２】
一方、図５で各送信共振部２０は、図１の電力送信部２０に対応することができ、上記送信共振部２０を除外した残りの構成要素は図１の電力ソース１０に含まれることができる。
【００３３】
複数の送信共振部２０は複数の共振周波数に対応する。複数の送信共振部２０は同一な共振周波数を有することもでき、各々が互いに異なる共振周波数を有することもできる。
【００３４】
また、複数の送信共振部２０のうちの一部送信共振部２０は、第１共振周波数を有することができ、残りの送信共振部２０は第２共振周波数を有することができる。ここで、第１共振周波数と第２共振周波数とは異なることがある。
【００３５】
パッド２５は四角形態に形成できるが、これに限定される必要はない。
【００３６】
パッド２５の上に無線電力受信装置６０が位置するようになれば、無線電力送信装置１００はパッド２５の内の複数の送信共振部２０のうち、特定送信共振部を通じて無線電力受信装置６０にエネルギーを転送することができる。ここで、無線電力受信装置６０は図１で説明した電力受信部３０、整流回路４０、及び負荷５０を含むことができ、携帯用端末機などの電子機器に取り付けられることができる。
【００３７】
電力供給部１１は、エネルギー転送のための特定周波数の交流電力を発生し、上記発生した交流電力をスイッチ部１４を通じて複数の送信共振部２０に伝達することができる。
【００３８】
検出電力印加部１２は、無線電力受信装置６０の位置を検出するための検出電力を生成し、生成された検出電力をスイッチ部１４に提供することができる。一実施形態における検出電力はパッド２５の上に位置した無線電力受信装置６０を検出するための微小電力でありうる。ここで、検出電力は複数の送信共振部２０が同一な共振周波数を有する場合、上記共振周波数と同一な周波数を有する交流電力でありうる。
【００３９】
電流測定部１３は印加された検出電力により無線電力送信装置１００の内部に発生する電流を測定し、測定された電流を制御部１５に提供することができる。すると、制御部１５は測定された電流に基づいて無線電力受信装置６０の位置を検出することができる。
【００４０】
この際、制御部１５が測定された電流に基づいて無線電力受信装置６０の位置を検出する原理は、次の通りである。
【００４１】
この際、各送信共振部２０に含まれた送信共振コイル部２２は並列に連結されたインダクタ及びキャパシタ成分により自体共振周波数ｆ１を有し、各送信共振部は互いに同一な自体共振周波数ｆ１を有することを仮定して説明する。
【００４２】
上記共振周波数ｆ１を有する検出電力を各送信共振部２０に印加するようになれば、無線電力送信装置１００の内で測定される電流は最小となる。なぜならば、各送信共振部２０のインダクタ及びキャパシタは自体共振周波数ｆ１で開放（open）状態に見えてインピーダンスが最大となるためである。
【００４３】
仮に、複数の送信共振部２０に無線電力受信装置６０が近接するようになれば、送信共振部のインダクタＬ１成分と受信装置のインダクタＬ２成分とが互いにカップリングされて相互間に相互インダクタンス成分が発生するようになる。この際、上記相互インダクタンス成分は以下の＜数式１＞のように定義される。
【００４４】
【数１】
ここで、ｋは結合係数（coupling coefficient）、Ｌ１は無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０の磁気インダクタンス、Ｌ２は無線電力受信装置６０の磁気インダクタンスである。
【００４５】
無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０と無線電力受信装置６０との間に発生した相互インダクタンス成分Ｍは送信共振部２０及び無線電力受信装置６０の自体共振周波数ｆ１を変化させ、上記変化された共振周波数を相互変更共振周波数ｆ２と指称する。
【００４６】
即ち、相互変更共振周波数ｆ２は複数の送信共振部２０のうち、特定の送信共振部の上に無線電力受信装置６０が位置する場合、相互間の相互インダクタンス成分により変換された共振周波数を意味する。
【００４７】
このような相互変更共振周波数ｆ２で、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０のインダクタ及びキャパシタは最大インピーダンス値を有しない。したがって、無線電力受信装置６０が近接した送信共振部２０に自体共振周波数ｆ１を有する検出電力を印加するようになれば、無線電力送信装置１００の内で測定される電流は増加する。
【００４８】
そして、無線電力受信装置６０が特定送信共振部２０に徐々に近く近接するほど、相互変更共振周波数ｆ２または上記無線電力送信装置１００の内で測定される電流は徐々に増加する。このような相互変更共振周波数ｆ２または電流の変化を通じて、制御部１５は特定送信共振部２０に無線電力受信装置６０が近接するか否かを判断できるようになる。
【００４９】
スイッチ部１４は、検出電力印加部１２から提供された検出電力を複数の送信共振部２０に順次に提供するためにスイッチングする役割を遂行する。即ち、スイッチ部１４は制御部１５の制御によって複数の送信共振部２０に順次に検出電力を提供して、無線電力受信装置６０の位置を検出することができる。
【００５０】
また、スイッチ部１４は電力供給部１１で発生した電力を複数の送信共振部２０のうち、特定の送信共振部２０に提供するためにスイッチングする役割を遂行する。即ち、スイッチ部１４は無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０に電力が提供されるようにスイッチングし、残りの送信共振部２０には電力が提供されないようにスイッチングする。
【００５１】
複数の送信共振部２０はパッド２５の内部に格子形態またはマトリックス形態に配列できる。即ち、上記複数の送信共振部２０はパッド２５の領域を複数個の均等な領域に区分するように形成される。
【００５２】
また、複数の送信共振部２０は同一なサイズと形態を有するように構成できるが、これに限定される必要はない。一方、本実施形態において、複数の送信共振部２０は総１２個の送信共振部２０が格子形態に配列されたことを例示しているが、これに限定される必要はない。
【００５３】
また、複数の送信共振部２０は各々送信コイル部２１及び送信共振コイル部２２を含む。
【００５４】
送信コイル部２１は上記スイッチ部１４と連結され、その内部に交流電流が流れて磁場を発生する。そして、上記送信コイル部２１は電磁気誘導現象を通じて物理的に離隔している送信共振コイル部２２に磁場を転送する。
【００５５】
送信共振コイル部２２が送信コイル部２１から磁場を受信すれば、その内部に交流電流が誘導される。そして、送信共振コイル部２２は共振現象を用いて内部に格納されたエネルギーを無線電力受信装置６０に提供する。この際、共振による無線電力転送のために、送信共振コイル部２２の自体共振周波数と無線電力受信装置６０に備えられた受信共振コイル部（図示せず）の自体共振周波数は互いに一致しなければならない。
【００５６】
送信共振コイル部２２はキャパシタ２２ａを含み、上記キャパシタ２２ａはキャパシタンス値が固定された固定キャパシタまたはキャパシタンス値が可変できる可変キャパシタでありうる。
【００５７】
送信共振コイル部２２のキャパシタ２２ａが可変キャパシタの場合、制御部１５は送信共振コイル部２２のキャパシタ２２ａのキャパシタンス値を変更させて共振周波数を調節することができる。
【００５８】
仮に、無線電力受信装置６０が固定された自体共振周波数を有すると仮定すれば、無線電力送信装置１００は無線電力受信装置６０の共振周波数と同一な共振周波数を有するように送信共振コイル部２２の可変キャパシタ２２ａのキャパシタンスを調節することができる。この際、制御部１５は無線電力受信装置６０の共振周波数に対する情報を予め格納していることができる。
【００５９】
一方、送信共振コイル部２２のキャパシタ２２ａが固定キャパシタの場合、キャパシタ２２ａは送信共振コイル部２２の共振周波数が無線電力受信装置６０の共振周波数と同一であるように予め設定される。
【００６０】
制御部１５は、無線電力送信装置１００の全般的な動作を制御することができる。
【００６１】
制御部１５は、パッド２５の上に存在する無線電力受信装置６０の位置に対応する特定送信共振部２０を通じて無線電力受信装置６０に電力を転送するように制御することができる。
【００６２】
仮に、図５に示すように、複数の送信共振部２０が３行４列の行列形態に配置され、無線電力受信装置６０が２行１列、２行２列、３行１列、及び３行２列の送信共振部２０の上に位置すると仮定する。
【００６３】
この際、制御部１５はスイッチ部１４を制御して２行１列、２行２列、３行１列、及び３行２列の送信共振部２０を通じてのみ無線電力受信装置６０に電力を転送するように制御することができる。
【００６４】
また、上記制御部１５は無線電力受信装置６０と最も多く重畳される２行２列の送信共振部２０のみを通じて電力を転送するように制御することができる。
【００６５】
このような過程を通じて、無線電力送信装置１００は無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を通じて上記無線電力受信装置６０にエネルギー転送を集中できるようになって、不要な電力浪費が防止できる。
【００６６】
一方、制御部１５は測定された電流に従う相互変更共振周波数値をルックアップテーブル形態に予め格納することができる。このようなルックアップテーブルを通じて、制御部１５は電流測定部１３で検出された電流に基づいて相互変更共振周波数ｆ２を把握することができ、相互変更共振周波数ｆ２を有する交流電力を生成するように電力供給部１１を制御することができる。
【００６７】
また、制御部１５は複数の送信共振部２０を順次に制御しながら、上記電流測定部１３で提供された電流に対する情報をモニターリングする。そして、上記制御部１５は上記電流に対する情報に基づいてパッド２５の上のどの領域に無線電力受信装置が位置するかを検出することができる。
【００６８】
仮に、制御部１５はスイッチ部１４の制御を通じて１列１行の送信共振部２０に自体共振周波数ｆ１を有する検出電力を印加する。次に、上記電流測定部１３から電流に対する情報を受信するようになれば、制御部１５は１列１行の送信共振部２０の上に無線電力受信装置６０の存否を認知するようになる。
【００６９】
制御部１５はこのような過程を各送信共振部２０に対して順次に実施して該当送信共振部２０が位置するパッド２５の領域上に無線電力受信装置６０の存否を認知するようになる。
【００７０】
また、上記制御部１５は複数の送信共振部２０に対応する複数の領域のうち、どの領域に無線電力受信装置が位置するかを判断するためのしきい値を予め設定する必要がある。なぜならば、無線電力受信装置６０が複数の領域の上に重畳して位置する場合、該当領域に亘っている複数の送信共振部２０の全てで電流量変化が検出されるためである。
【００７１】
このようなしきい値設定を通じて、上記制御部１５は無線電力受信装置と最も多く重畳される領域に位置する送信コイル部を決めることができる。したがって、制御部１５は電流測定部１３から受信した電流が予め設定されたしきい値を超過する場合のみに該当送信共振部２０の上に無線電力受信装置６０が位置していることを判断することができる。
【００７２】
無線電力受信装置６０の位置に対する検出が完了すれば、上記制御部１５は無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を通じてエネルギーを転送するようになる。即ち、制御部１５はスイッチ部１４の制御を通じて該当送信共振部２０に上記電力供給部１１で発生した交流電力を提供する。
【００７３】
無線電力送信装置１００は電力供給部１１を通じて相互変更共振周波数ｆ２を有する交流電力を発生して、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を通じてエネルギーを転送するようになる。即ち、実際エネルギー転送は自体共振周波数ｆ１でない相互変更共振周波数ｆ２からなる。この際、上記制御部１５は相互変更共振周波数ｆ２を有する交流電力を発生するように上記電力供給部１１を制御することができる。
【００７４】
一方、本実施形態において、無線電力送信装置１００は電流量変化を通じて無線電力受信装置６０の位置を検出する方法を例示しているが、これに限定される必要はない。即ち、上記無線電力送信装置１００は電流量変化を用いた検出方法でない、パッド２５の上に位置した圧力センサーを用いた検出方法などを使用することもできる。
【００７５】
前述した通り、本発明の実施形態に従う無線電力送信装置１００はパッド２５の上に存在する無線電力受信装置６０の位置に対応する特定送信共振部２０を通じてエネルギーを転送することによって、上記無線電力受信装置へのエネルギー転送効率を向上させることができる。
【００７６】
図６は、本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置１００の電力転送方法のフローチャートを説明するための図である。
【００７７】
以下、本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置１００の電力転送方法を図５の内容と結付させて説明する。
【００７８】
図６を参照すると、まず、無線電力送信装置１００は複数の送信共振部２０に検出電力を順次に印加する（Ｓ１０１）。一実施形態において、無線電力送信装置１００はスイッチ部１４を制御して複数の送信共振部２０に順次に検出電力を印加する。一実施形態において、検出電力は送信共振部２０の自体共振周波数ｆ１に該当する周波数を有する交流電力を意味する。
【００７９】
その後、無線電力送信装置１００は検出電力を用いて内部に流れる電流を測定する（Ｓ１０３）。一実施形態において、無線電力送信装置１００の内部に流れる電流は電力供給部１１から出力される電流であるが、これに限定される必要はない。
【００８０】
測定された電流は送信共振部２０のインピーダンス特性によって可変できる。具体的に、上記共振周波数ｆ１に該当する周波数の検出電力が送信共振部２０に印加されれば、無線電力送信装置１００のインピーダンスが最も大きくなって、測定された電流は最小となり、上記共振周波数ｆ１と相異する周波数の検出電力が送信共振部２０に印加されれば、無線電力送信装置１００のインピーダンスが低くなって、測定された電流が大きくなる。
【００８１】
その後、無線電力送信装置１００は測定された電流がしきい値以上か否かを確認する（Ｓ１０５）。一実施形態において、しきい値は複数の送信共振部２０の上に位置した無線電力受信装置が検出されるために必要な最小限の電流を意味する。即ち、測定された電流がしきい値以上の場合、無線電力受信装置６０が特定送信共振部２０の上に位置したことと把握できる。
【００８２】
仮に、測定された電流がしきい値以上の場合、無線電力送信装置１００は無線電力受信装置６０が特定送信共振部２０の上に位置したことと確認する（Ｓ１０７）。即ち、無線電力受信装置６０が特定送信共振部２０に位置するようになれば、無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部２０の共振周波数は相互インダクタンス成分により図５で説明した相互変更共振周波数ｆ２に変更され、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０には上記共振周波数ｆ１と相異する周波数の検出電力が印加されているので、測定された電流がしきい値以上の電流になることができる。
【００８３】
その後、無線電力送信装置１００は検出された無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を電力転送のための送信共振部として決める（Ｓ１０９）。一実施形態において、無線電力送信装置１００は複数の送信共振部２０のうち、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を決めることができる。仮に、図５に示すように、無線電力受信装置６０が２行１列、２行２列、３行１列、及び３行２列の送信共振部２０の上に位置する場合、無線電力送信装置１００は無線電力受信装置６０が２行１列、２行２列、３行１列、及び３行２列の送信共振部２０のみを電力転送のための送信共振部２０として決めることができる。
【００８４】
他の実施形態において、無線電力送信装置１００は上記無線電力受信装置６０と最も多く重畳する２行２列の送信共振部２０のみを電力転送のための送信共振部２０として決めることができる。
【００８５】
その後、無線電力送信装置１００は複数の送信共振部２０のうち、決まった送信共振部２０を通じて電力を転送する（Ｓ１１１）。一実施形態において、無線電力送信装置１００はスイッチ部１４を制御して決まった送信共振部２０を通じて無線電力受信装置６０に電力を転送することができる。
【００８６】
このように、本発明の実施形態に従う無線電力送信装置１００は、無線電力受信装置６０の位置に対応する送信共振部２０を通じてエネルギーを転送することによって、電力転送効率を向上させることができる。
【００８７】
また、無線電力送信装置１００は特定送信共振部２０を通じてエネルギー転送を集中することによって、エネルギー浪費を減少させ、人体に有害な磁場の発生を減少させることができる。
【００８８】
一方、以上では本発明の具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲から外れない限度内で多様な変形が可能であることは勿論である。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されず、後述する特許請求範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等物により定まるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振を用いて無線電力受信装置に無線で電力を転送する無線電力送信装置であって、
複数の送信共振部と、
前記無線電力受信装置の位置を検出するために前記複数の送信共振部に検出電力を印加する検出電力印加部と、
前記印加された検出電力により前記無線電力送信装置の内部で発生する電流を測定する電流測定部と、を含み、
前記無線電力送信装置は、
前記測定された電流に基づいて前記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送することを特徴とする、無線電力送信装置。
【請求項２】
前記無線電力送信装置は、
前記測定された電流がしきい値以上の場合、前記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を決めて、決まった１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力送信装置。
【請求項３】
前記無線電力受信装置と前記無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部との間の相互インダクタンス成分により変更された相互変更共振周波数を有する交流電力を前記決まった１つ以上の送信共振部に伝達する電力供給部をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の無線電力送信装置。
【請求項４】
前記検出電力印加部から受信した検出電力を前記複数の送信共振部に順次に印加するスイッチ部をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の無線電力送信装置。
【請求項５】
前記無線電力送信装置は、
前記決まった１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送するように前記スイッチ部を動作させることを特徴とする、請求項４に記載の無線電力送信装置。
【請求項６】
前記無線電力送信装置は、
前記決まった１つ以上の送信共振部のうち、前記無線電力受信装置と最も重複領域の多い送信共振部のみを通じて電力を転送するように前記スイッチ部を動作させることを特徴とする、請求項５に記載の無線電力送信装置。
【請求項７】
前記無線電力送信装置は、
前記無線電力送信装置の内部の電流に対応する相互変更共振周波数をルックアップテーブル形態に予め格納していることを特徴とする、請求項３に記載の無線電力送信装置。
【請求項８】
前記無線電力送信装置は、
前記無線電力送信装置の内部の電流に対応する相互変更共振周波数を有する交流電力を生成するように前記電力供給部を制御することを特徴とする、請求項７に記載の無線電力送信装置。
【請求項９】
前記しきい値は前記無線電力受信装置の検出のために必要な最小限の電流であることを特徴とする、請求項２に記載の無線電力送信装置。
【請求項１０】
前記複数の送信共振部は各々送信コイル部及び送信共振コイル部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装置。
【請求項１１】
前記複数の送信共振部が配置されたパッドをさらに含み、
各送信共振部は前記パッド内に格子形態またはマトリックス形態に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力送信装置。
【請求項１２】
共振を用いて無線電力受信装置に無線で電力を転送する無線電力送信装置の電力転送方法であって、
複数の送信共振部に検出電力を印加するステップと、
前記印加された検出電力により前記無線電力送信装置の内部で発生する電流を測定するステップと、
前記測定された電流に基づいて前記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を決めるステップと、
前記決まった１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送するステップと、
を含むことを特徴とする、無線電力送信方法。
【請求項１３】
前記決めるステップは、
前記測定された電流がしきい値以上の場合、前記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部として決めるステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１４】
前記電力を転送するステップは、
前記無線電力受信装置と前記無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部との間の相互インダクタンス成分により変更された相互変更共振周波数を有する交流電力を前記決まった１つ以上の送信共振部に転送するステップを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１５】
前記検出電力を印加するステップは、
前記複数の送信共振部に前記検出電力を順次に印加するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１６】
前記電力を転送するステップは、
前記決まった１つ以上の送信共振部のうち、前記無線電力受信装置と最も重複領域の多い送信共振部のみを通じて電力を転送するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１７】
前記無線電力送信装置の内部の電流に対応する相互変更共振周波数をルックアップテーブル形態に格納するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１８】
前記電力を転送するステップは、
前記無線電力送信装置の内部の電流に対応する相互変更共振周波数を有する交流電力を転送するステップを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１】
共振を用いて無線電力受信装置に無線で電力を転送する無線電力送信装置であって、
複数の送信共振部と、
前記無線電力受信装置の位置を検出するために前記複数の送信共振部に検出電力を印加する検出電力印加部と、
前記印加された検出電力により前記無線電力送信装置の内部で発生する電流を測定する電流測定部と、を含み、
前記無線電力送信装置は、
前記測定された電流に基づいて前記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送することを特徴とする、無線電力送信装置。
【請求項２】
前記無線電力送信装置は、
前記測定された電流がしきい値以上の場合、前記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を決めて、決まった１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力送信装置。
【請求項３】
前記無線電力受信装置と前記無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部との間の相互インダクタンス成分により変更された相互変更共振周波数を有する交流電力を前記決まった１つ以上の送信共振部に伝達する電力供給部をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の無線電力送信装置。
【請求項４】
前記検出電力印加部から受信した検出電力を前記複数の送信共振部に順次に印加するスイッチ部をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の無線電力送信装置。
【請求項５】
前記無線電力送信装置は、
前記決まった１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送するように前記スイッチ部を動作させることを特徴とする、請求項４に記載の無線電力送信装置。
【請求項６】
前記無線電力送信装置は、
前記決まった１つ以上の送信共振部のうち、前記無線電力受信装置と最も重複領域の多い送信共振部のみを通じて電力を転送するように前記スイッチ部を動作させることを特徴とする、請求項５に記載の無線電力送信装置。
【請求項７】
前記無線電力送信装置は、
前記無線電力送信装置の内部の電流に対応する相互変更共振周波数をルックアップテーブル形態に予め格納していることを特徴とする、請求項３に記載の無線電力送信装置。
【請求項８】
前記無線電力送信装置は、
前記無線電力送信装置の内部の電流に対応する相互変更共振周波数を有する交流電力を生成するように前記電力供給部を制御することを特徴とする、請求項７に記載の無線電力送信装置。
【請求項９】
前記しきい値は前記無線電力受信装置の検出のために必要な最小限の電流であることを特徴とする、請求項２に記載の無線電力送信装置。
【請求項１０】
前記複数の送信共振部は各々送信コイル部及び送信共振コイル部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装置。
【請求項１１】
前記複数の送信共振部が配置されたパッドをさらに含み、
各送信共振部は前記パッド内に格子形態またはマトリックス形態に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力送信装置。
【請求項１２】
共振を用いて無線電力受信装置に無線で電力を転送する無線電力送信装置の電力転送方法であって、
複数の送信共振部に検出電力を印加するステップと、
前記印加された検出電力により前記無線電力送信装置の内部で発生する電流を測定するステップと、
前記測定された電流に基づいて前記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部を決めるステップと、
前記決まった１つ以上の送信共振部を通じて電力を転送するステップと、
を含むことを特徴とする、無線電力送信方法。
【請求項１３】
前記決めるステップは、
前記測定された電流がしきい値以上の場合、前記無線電力受信装置の位置に対応する１つ以上の送信共振部として決めるステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１４】
前記電力を転送するステップは、
前記無線電力受信装置と前記無線電力受信装置の位置に対応する送信共振部との間の相互インダクタンス成分により変更された相互変更共振周波数を有する交流電力を前記決まった１つ以上の送信共振部に転送するステップを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１５】
前記検出電力を印加するステップは、
前記複数の送信共振部に前記検出電力を順次に印加するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１６】
前記電力を転送するステップは、
前記決まった１つ以上の送信共振部のうち、前記無線電力受信装置と最も重複領域の多い送信共振部のみを通じて電力を転送するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１７】
前記無線電力送信装置の内部の電流に対応する相互変更共振周波数をルックアップテーブル形態に格納するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【請求項１８】
前記電力を転送するステップは、
前記無線電力送信装置の内部の電流に対応する相互変更共振周波数を有する交流電力を転送するステップを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の無線電力送信装置の電力転送方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９９２４９（Ｐ２０１３−９９２４９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３６３４０（Ｐ２０１２−２３６３４０）
【出願日】平成２４年１０月２６日（２０１２．１０．２６）
【出願人】（５１００３９４２６）エルジー イノテック カンパニー リミテッド (279)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月２６日（２０１２．１０．２６）
【出願人】（５１００３９４２６）エルジー イノテック カンパニー リミテッド (279)
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