特開 2023-61393 無線電力伝送装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023061393

(43)【公開日】2023-05-01

(54)【発明の名称】無線電力伝送装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/90 20160101AFI20230424BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20230424BHJP

【ＦＩ】

H02J50/90

H02J50/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022167596

(22)【出願日】2022-10-19

(31)【優先権主張番号】10-2021-0139072

(32)【優先日】2021-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】509256045

【氏名又は名称】ヒタチ－エルジー データ ストレージ コリア，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100159259

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 実

(72)【発明者】

【氏名】チン チョル

(57)【要約】

【課題】無線パワー伝送方法及び装置が開示される。
【解決手段】一実施形態に係る無線電力の伝送方法は、受信装置に電力を無線で伝送しながら受信装置の位置を確認し、受信装置が充電領域外にあるときに受信装置に伝送した伝送電力と、受信装置が受信した受信電力の差である電力損失と比較する充電停止レベルを変更できる。受信装置が受信した受信電力が基準電力以上であり、受信装置に電力を伝送するときの電力制御レベルが基準値以上の場合、受信装置が充電領域の外にあると判断できる。充電停止レベルを変更し所定時間が経過する時まで電力損失が変更された充電停止レベルより低い時、充電停止レベルを元の値に戻すことができる。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

受信装置に電力を無線で伝送しながら、前記受信装置の位置を確認するステップと、
前記受信装置が充電領域外にあるとき、前記受信装置に伝送した伝送電力と前記受信装置が受信した受信電力の差である電力損失と比較する充電停止レベルを変更するステップを含みからなる無線電力伝送方法。

【請求項2】

前記確認するステップは、前記受信電力が基準電力以上であり、前記受信装置に電力を伝送する際の電力制御レベルが基準値以上の時前記受信装置が前記充電領域外にあると判断することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力伝送方法。

【請求項3】

電力変換部に含まれたバックコンバータのバックデューティを前記電力制御レベルとして利用することを特徴とする、請求項２に記載の無線電力伝送方法。

【請求項4】

前記変更するステップは、前記受信装置が前記充電領域の外にあるとき前記充電停止レベルを下向調節することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力伝送方法。

【請求項5】

前記電力損失が前記充電停止レベルより高いときにパワー伝送を停止するステップをさらに含みからなることを特徴とする、請求項４に記載の無線電力伝送方法。

【請求項6】

電力伝送が停止したことを知らせるステップをさらに含みからなることを特徴とする、請求項５に記載の無線電力伝送方法。

【請求項7】

前記充電停止レベルを変更し、所定時間が経過するまで前記電力損失が前記変更された充電停止レベルより低い時、前記充電停止レベルを元の値に復帰させるステップをさらに含みからなることを特徴とする、請求項１に記載の無線電力伝送方法。

【請求項8】

直流電源の電圧を変更するためのバックコンバータ及び前記電圧が変更された直流電源を交流に変換するためのインバータと受信装置の２次コイルとの磁気誘導結合によって電力を伝送するための１次コイルを含む共振回路を含む電力変換部と、
前記電力変換部を制御して前記受信装置に電力を無線で伝送しながら、前記受信装置の位置を確認し、前記受信装置が充電領域外にあるとき前記受信装置に伝送した伝送電力と前記受信装置が受信した受信電力の差である電力損失と比較する充電停止レベルを変更するための制御部を含みから構成される無線電力伝送装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記受信電力が基準電力以上であり、前記受信装置に電力を伝送する時の電力制御レベルが基準値以上のとき、前記受信装置が前記充電領域外にあると判断することを特徴とする、請求項８に記載の無線電力伝送装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記バックコンバータのバックデューティを前記電力制御レベルとして利用することを特徴とする、請求項９に記載の無線電力伝送装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記受信装置が前記充電領域外にあるとき、前記充電停止レベルを下向調節することを特徴とする、請求項８に記載の無線電力伝送装置。

【請求項12】

前記制御部は、前記電力損失が前記充電停止レベルより高い時、前記電力変換部を制御してパワー伝送を停止することを特徴とする、請求項１１に記載の無線電力伝送装置。

【請求項13】

前記制御部は、ディスプレイまたはブザーを用いてパワー伝送が停止したことを知らせることを特徴とする、請求項１２に記載の無線電力伝送装置。

【請求項14】

前記制御部は、前記充電停止レベルを変更して所定時間が経過するまで前記電力損失が前記変更された充電停止レベルより低いとき、前記充電停止レベルを元の値に戻すことを特徴とする、請求項８に記載の無線電力伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、無線で電力を伝送する装置と方法に関し、さらに具体的には、充電領域外に受信装置が置かれ、パワー伝送の進行が難しい時パワー伝送を急いで終了する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

通信及び情報処理技術が発達することにつれて、スマートフォン等はスマート端末の使用が徐々に増加しているが、現在スマート端末に多く適用されている充電方式は、電源に接続されたアダプタをスマート端末に直接接続して、外部電源の供給を受け取って充電するか、またはホストのＵＳＢ端子を介してスマート端末に接続してホストのＵＳＢ電源の供給を受け取って充電する方式である。

【0003】

最近には、接続線を介してアダプタ（adaptor）にまたはホストにスマート端末を直接接続しなければならない不便を減らすために、電気的接触なしで磁気結合を用いてバッテリーを無線で充電する無線充電方式が徐々にスマート端末に適用されている。

【0004】

無線で電気エネルギーを供給するか又は供給を受けるための方法がいくつかあるが、代表的に、電磁誘導現象に基づく誘導結合(Inductive Coupling)方式と特定周波数の無線電力信号による電磁気的共振現象に基づく共振結合（Electromagnetic Resonance Coupling）方式がある。

【0005】

両方式とも無線充電装置とスマート端末のような電子機器との間に通信チャネルを形成してデータを送受信することで電力伝送の安定性を確保し、伝送効率を高めることができる。誘導結合方式は無線で電力を伝送する間電力受信装置が移動して伝送効率が低下するという問題があり、共振結合方式は通信チャネルにノイズが発生してパワー伝送が中断される現象が発生する問題がある。

【0006】

受信装置が伝送装置の充電領域外で充電を試みるとき、すなわちユーザがスマート端末を充電器の充電領域に合わせることができず、充電領域の辺りに置いた状態で充電が進行する場合、充電が正しく進行しないことがある。このような場合、一定時間が経過した後、スマート端末が充電されることを期待したユーザは、スマート端末が充電されていない状態を確認し、困ったことになることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本明細書はこのような状況を勘案したものであり、この明細書の目的は受信装置が充電領域の外側にある状態で充電が試みられたときにユーザが位置を変更するように早く充電を終了する方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を実現するための本明細書の一実施形態に係る無線パワー伝送方法は、受信装置に電力を無線で伝送しながら受信装置の位置を確認するステップと、受信装置が充電領域の外にあるときに受信装置に伝送さした伝送電力と受信装置が受信した受信電力の差である電力損失と比較する充電停止レベルを変更する段階を含みからなることを特徴とする。

【0009】

本明細書の他の実施形態に係る無線電力伝送装置は、直流電源の電圧を変更するためのバックコンバータ及び電圧が変更された直流電源を交流に変換するためのインバータと受信装置の２次コイルとの磁気誘導結合により電力を伝送するための１次コイルを含む共振回路を含む電力変換部と、電力変換部を制御して、受信装置に電力を無線で伝送しながら受信装置の位置を確認し、受信装置が充電領域外にあるときに受信装置に伝送した伝送電力と受信装置が受信した受信電力の差である電力損失と比較する充電停止レベルを変更するための制御部を含みから構成であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

したがって、充電領域外で充電が試みられたとき充電を切ってユーザが端末位置を変更して再充電を試みることができるように案内できるようになる。また、充電を開始して一定時間以上充電が続くと、ユーザは１００％緩衝を期待できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】無線電力伝送装置から電子機器へ電力が無線で伝送されることを概念的に示したものである。

【図2】電磁誘導方式で電力を無線で伝送するための伝送モジュールの電力変換部の回路構成を概念的に示したものである。

【図3】無線電力伝送モジュールと受信モジュールが電力とメッセージを送受信するための構成を示す図である。

【図4】無線電力伝送モジュールと受信モジュールとの間の電力伝送を制御するためのループをブロックで示したものである。

【図5】伝送装置の充電領域を示すものである。

【図6】電力損失と充電停止レベルとの比較を介して決定される充電領域の境界及び充電領域での電力制御レベルの変化を示したものである。

【図7】充電領域の中心からの離隔オフセットによるバックデューティ(Buck Duty)と、制御エラーパケットを表で示したものである。

【図8】受信装置が充電領域の外にあるときの充電停止レベルを下向調節する実施形態をグラフでこの示したものである。

【図9】充電停止レベルを下向調節して一定時間が経過した後にも充電が進行される場合、充電停止レベルを従来レベルに変更する実施形態をグラフで示したものである。

【図10】本明細書の一実施形態にしたがって充電停止レベルを調整しながら無線で電力を伝送する方法の動作フローチャートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、無線電力伝送装置及び方法に対する実施例を添付する図面に基づいて詳細に説明する。

【0013】

図１は、無線電力伝送装置から電子機器へ電力が無線で電送られることを概念的に示したことである。

【0014】

無線電力伝送装置１は、電子機器２が必要とする電力を無線で伝達する電力伝達装置であるか、無線で電力を伝達することにより電子機器２のバッテリーを充電するための無線充電装置で有り得、または接触していない状態で電源が必要な電子機器２に電力を伝達する様々な形態の装置で実現することができる。

【0015】

電子機器２は無線電力伝送装置１から無線で電力を受信して動作可能な機器で、無線で受信される電力を用いてバッテリーを充電することもできる。無線で電力を受信する電子機器は、携帯可能な電子機器、例えば、スマートフォンやスマート端末、タブレットコンピュータ、マルチメディア端末、キーボード、マウス、映像または音声の補助装置などの入出力装置、補助バッテリーなどを含むことができる。

【0016】

無線電力伝送装置１の無線電力信号による電磁誘導現象に基づく誘導結合方式、すなわち無線電力伝送装置１から伝送する無線電力信号によって電子機器２で共振が発生し、共振現象によって無線電力伝送装置１から電子機器２に接触することなく無線で電力を伝達することができるが、電磁誘導現象により１次コイルで交流電流により磁場を変化させて２次コイル側に電流を誘導することにより電力を伝達する。

【0017】

無線電力伝送装置１の１次コイルに流れる電流の強度が変化すると、その電流により１次コイルまたは伝送コイル（primary coil, TX coil）を通過する磁場が変化し、変化した磁場は電子機器２内の２次コイルまたは受信コイル（secondary coil, RX coil）側に誘導起電力を発生させる。

【0018】

無線電力伝送装置１側の１次コイルと電子機器２側の２次コイルが近づくように無線電力伝送装置１及び電子機器２を配置し、無線電力伝送装置１が１次コイルの電流が変化するように制御すると、電子機器２は２次コイルに誘導された起電力を用いてバッテリーのような負荷に電源を供給する。

【0019】

誘導結合方式による無線電力伝達の効率は、無線電力伝送装置１と電子機器２との間の配置と距離の影響を受けるようになるので、無線電力伝送装置１は、平らなインターフェース表面を含むように構成され、インターフェース表面の下部には１次コイルが取り付けられ、インターフェース表面の上部に１つ以上の電子機器が置かれることができる。インターフェース表面下部に取り付けられた１次コイルとインターフェース表面上部に位置した２次コイル間の空間を十分に小さくすることで誘導結合方式による無線電力伝達の効率を上げることができる。

【0020】

インターフェース表面上部には電子機器が置かれる位置を指示するマークが表示されることができるが、インターフェース表面下部に取り付けられた１次コイルと２次コイルとの間の配列が適切に行われるようにする電子機器の位置を指示することができる。電磁機器の位置を案内するための突出形状の構造物がインターフェース表面上部に形成されることもでき、インターフェース表面下部に磁石のような磁性体を形成して電子機器内部に設けられた他極の磁性体との引力により１次コイルと２次コイルがよく配列されるように案内することもできる。

【0021】

図２は電磁誘導方式で電力を無線で伝送するための伝送モジュールの電力変換部の回路構成を概念的に示すことである。

【0022】

無線電力伝送モジュールは大きく電源及びインバータと共振回路で構成される電力変換部を含みから構成され得るが、電源は電圧源または電流源になることができ、電力変換部は、電源から供給される電力を無線電力信号に変換し、無線電力受信モジュールに伝達する。無線電力信号は共振特性を有する磁場または電磁場の形で形成され、共振回路は無線電力信号を発生させるコイルを含む。

【0023】

インバータは、スイッチング素子と制御回路を介して直流入力を所望する電圧と周波数の交流波形に変換するが、図２においてはフルブリッジ(Full-bridge)インバータを示したものであり、ハーフブリッジインバータなど他の種類のインバータも可能である。

【0024】

共振回路は、磁気誘導方式で電力を伝送する１次コイル（Ｌｐ）とキャパシタ（Cp）を含みから構成されるが、コイルとキャパシタがパワー伝送の基本共振周波数を決める。１次コイルは、電流の変化に応じて無線電力信号に該当する磁場を形成し、平板形態またはソレノイド形態で実現することができる。

【0025】

インバータによって変換された交流電流が共振回路を駆動することにより１次コイルに磁場が形成されるが、インバータを含まれたスイッチのオン／オフタイミングを制御して共振回路の共振周波数に近い周波数の交流を生成して伝送モジュールの伝送効率を高めることができ、インバータを制御することで伝送モジュールの伝送効率を変更することができる。

【0026】

図３は、無線電力伝送モジュールと受信モジュールが電力とメッセージを送受信するための構成を示すことである。

【0027】

電力変換部は、受信モジュールの受信状態にかかわらず一方的に電力を伝送するだけなので、受信モジュールの状態に合うように電力を伝送するためには、受信モジュールから受信状態に関連するフィードバックを受けるための構成が無線電力伝送モジュールに必要である。

【0028】

無線電力伝送モジュール１００は、電力変換部１１０、通信部１２０、制御部１３０及び電源部１４０を含みから構成することができ、無線電力受信モジュール２００は、電力受信部２１０、通信部２２０及び制御部２３０を含みから構成され得、受信される電力が供給される負荷（または電源部）２４０をさらに含みから構成され得る。負荷２４０は、電力受信部２１０から供給される電力で内部バッテリーを充電するための充電部を含むことができる。

【0029】

電力変換部１１０は、図２のインバータと共振回路で構成され、無線電力信号を形成するために使用される周波数、電圧、電流などの特性を調整できる回路をさらに含むように構成することができる。

【0030】

通信部１２０は、電力変換部１１０に接続され、伝送モジュール１００から磁気誘導に従って無線で電力を受信する受信モジュール２００によって変調される無線電力信号を復調して電力制御メッセージを検出することができる。

【0031】

制御部１３０は、通信部１２０が検出するメッセージに基づいて、電力変換部１１０の動作周波数、電圧、電流の内、１つ以上の特性を決定し、電力変換部１１０を制御して電力変換部１１０がメッセージに適合した無線電力信号を生成するようにすることができる。通信部１２０と制御部１３０は１つのモジュールで構成することができる。

【0032】

電力受信部２１０は、電力変換部１１０の１次コイルで発生する磁場の変化に応じて誘導起電力が発生する２次コイルとキャパシタからなるマッチング回路を含み、２次コイルに流れる交流電流を整流して直流電流を出力する整流回路を含むことができる。

【0033】

受信モジュールの通信部２２０は、電力受信部２１０に接続され、ＤＣでの抵抗負荷及び／またはＡＣでの容量性負荷を調整する方式で電力受電部の負荷を調整することにより、伝送モジュールと受信モジュールの間の無線電力信号を変化させ、電力制御メッセージを伝送モジュールに伝送することができる。

【0034】

受信モジュールの制御部２３０は、受信モジュールに含まれた各構成要素を制御するが、電力受電部２１０の出力を電流または電圧の形で測定し、これに基づいて通信部２２０を制御して無線電力伝送モジュール１００に電力制御メッセージを伝達することができる。メッセージは、無線電力伝送モジュール１００に無線電力信号の伝達を開始するかまたは終了するように指示することができ、また無線電力信号の特性を調整するようにすることができる。

【0035】

伝送モジュールの電力変換部１１０によって形成された無線電力信号は、電力受信部２１０によって受信され、受信モジュールの制御部２３０は無線電力信号を変調するように通信部２２０を制御するが、制御部２３０は通信部２２０のリアクタンス(reactance)を変更することにより、無線電力信号から受信する電力量が変化するようにする変調過程を行うことができる。無線電力信号から受信される電力量が変わると無線電力信号を形成させる電力変換部１１０の電流及び／または電圧も変わり、無線電力伝送モジュール１００の通信部１２０は、電力変換部１１０の電流及び／または電圧の変更を感知して復調過程を行うことができる。

【0036】

受信モジュールの制御部２３０は、無線電力伝送モジュール１００に伝達するようとするメッセージを含むパケットを生成し、生成されるパケットを含むように無線電力信号を変調し、伝送モジュールの制御部１３０は、通信部１２０を介して抽出したパケットをデコードして電力制御メッセージを獲得することができるが、受信モジュールの制御部２３０は、受信されるパワーを調整するために電力受信部２１０を介して受信される電力量に基づいて無線電力信号の特性を変更するように要請するメッセージを伝送することができる。

【0037】

図４は無線電力伝送モジュールと受信モジュールとの間のパワー伝送を制御するためのループをブロックで示したものである。

【0038】

伝送モジュール１００の電力変換部１１０で発生する磁場の変化に従って、受信モジュール２００の電力受信部２１０で電流が誘導され、電力が伝送され、受信モジュールの制御部２３０は、所望する制御点、すなわち所望する出力電流及び／または電圧を選択し、電力受信部２１０を介して受信される電力の実際の制御点を決定する。

【0039】

受信モジュール１００の制御部２３０は、電力が伝送される間に所望する制御点と実際の制御点を用いて制御エラー値を計算するが。たとえば、２つの出力電圧または電流の差を制御エラー値とすることができる。所望の制御点に到達するために少ない電力が要求されると、例えばマイナス値となり、所望の制御点に達するためにさらに多くの電力が必要な場合は、正の値になるように制御エラー値を決定することができる。受信モジュール２００の制御部２３０は、通信部２２０を介して電力受信部２１０のリアクタンスを経時的に変更する方式で計算された制御エラー値を含むパケットを生成して伝送モジュール１００に伝送することができる。

【0040】

伝送モジュールの通信部１２０は、受信モジュール２００によって変調される無線電力信号に含まれるパケットを復調してメッセージを検出するが、制御エラー値を含む制御エラーパケットを復調することができる。

【0041】

伝送モジュールの制御部１３０は、通信部１２０を介して抽出した制御エラーパケットをデコードして制御エラー値を獲得し、電力変換部１１０に実際に流れる実際電流値と制御エラー値を用いて受信モジュールが所望の電力を伝送するための新しい電流値を決定できる。

【0042】

伝送モジュールの制御部１３０は、受信モジュールから制御エラーパケットを受信する過程からシステムが安定化すると、１次コイルに流れる実際の電流値が新しい電流値になるように新しい動作点、すなわち１次コイルに印加されるＡＣ電圧の大きさ、周波数、デューティ比などが新たな値になるように電力変換部１１０を制御し、受信モジュールがさらに制御情報やまたは状態情報を通信できるように、新しい動作点を継続するようにする。

【0043】

無線電力伝送モジュール１００と無線電力受信モジュール２００との間の相互作用は選択(selection)、ピング(ping)、識別／構成(identification & configuration)及びパワー伝送(power transfer)を含みから４つの段階からなることができる。選択ステップは、伝送モジュールがインターフェース表面上に置いた対象物を発見するためのステップであり、ピングステップは、対象物が受信モジュールを含むかどうかを確認するステップであり、識別／構成段階は、受信モジュールに電力を送るための準備段階で、受信モジュールから適切する情報を受信し、それに基づいて受信モジュールとパワー伝送契約(Power Transfer Contract)を締結し、パワー伝送段階は伝送モジュールと受信モジュールの相互作用として実際に電力を無線で受信モジュールに伝送するステップである。

【0044】

ピング段階では、受信モジュール２００が１次コイルと受信コイルの磁束結合程度を指す信号強度パケット（Signal Strength Packet、ＳＳＰ）を共振波形の変調を介して伝送モジュール１００に伝送するが。信号強度パケット（ＳＳＰ）は受信モジュールにおいて整流された電圧をモニタリングして生成するメッセージとして、伝送モジュール１００はそれを受信モジュール２００から受信して電力伝送のための初期駆動周波数を選定することに活用することができる。

【0045】

識別／構成段階においては、受信モジュール２００のバージョン、メーカーコード、装置識別情報等を含む識別パケット（Identification Packet）、受信モジュール２００の最大パワー、パワー伝送方法などの情報を含む構成パケット(Configuration Packet)等を受信モジュール２００が伝送モジュール１００に伝送する。

【0046】

パワー伝送段階においては、受信モジュール２００が電力信号を受信する動作点とパワー伝送契約で定めた動作点との差を指す制御エラーパケット（Control Error Packet、ＣＥＰ）、受信モジュール２００がインターフェース表面を介して受信するパワーの平均値を指す受信パワーパケット（Received Power Packet、ＲＰＰ）などを受信モジュール２００が伝送モジュール１００に伝送する。

【0047】

受信パワーパケット（ＲＰＰ）は、受信モジュールの電力受信部２１０の整流電圧、負荷電流、オフセット電力などを考慮した受信電力量データで、受信モジュール２００により電力を受信中に伝送モジュール１００に伝送され続け、伝送モジュール１００はこれを受信して、電力制御のための演算因子として使用する。

【0048】

伝送モジュールの通信部１２０は、それぞれ共振波形の変化からパケットを追出し、制御部１３０は、抽出したパケットをデコードしてメッセージを獲得し、それに基づいて電力変換部１１０を制御して受信モジュール２００が要請するようにパワー伝送特性を変えながら電力を無線で伝送することができる。

【0049】

一方、誘導結合により電力を無線で伝達方式でその効率は周波数特性による影響は少ないが、伝送モジュール１００と受信モジュール２００との間の配列と距離の影響を受けることになる。

【0050】

無線電力信号が到達できる領域を２つに区分できるが伝送モジュール１００が受信モジュール２００に無線で電力を伝達するとき、高効率の磁場が通過できる、インターフェース表面の部分を活動領域と呼ぶことができ、伝送モジュール１００が受信モジュール２００の存在を感知できる領域を感知領域とすることができる。

【0051】

伝送モジュールの制御部１３０は、受信モジュール２００が活動領域又は感知領域に配置されるかまたは除去されたかどうかを感知することができるが、電力変換部１１０で形成される無線電力信号を用いたり、別途備えられたセンサにより受信モジュール２００が活動領域または感知領域に配置されたかどうかを検出することができる。

【0052】

例えば、伝送モジュールの制御部１３０は、感知領域に存在する受信モジュール２００により無線電力信号が影響を受け、電力変換部１１０の無線電力信号を形成するための電力の特性が変化するかどうかをモニタリングすることによって受信モジュール２００の存在を検出することができる。伝送モジュールの制御部１３０は受信モジュール２００の存在を検出した結果に基づいて受信モジュール２００を識別する過程を実行するか、または無線電力伝送を開始するかどうかなどを決定することができる。

【0053】

伝送モジュールの電力変換部１１０は位置決め部をさらに含むことができるが、位置決め部は誘導結合方式による無線電力伝達の効率を高めるために１次コイルを移動または回転させることができ、特に受信モジュール２００が伝送モジュール１００の活動領域内に存在しない場合に使用され得る。

【0054】

位置決定部は、伝送モジュール１００の１次コイルと受信モジュール２００の２次コイルの中心間距離が一定範囲内になるように１次コイルを移動させたり、１次コイルと受信コイルの中心が重畳されるように１次コイルを移動させる駆動部を含むように構成されることができる。このために、伝送モジュール１００は受信モジュール２００の位置を感知するためのセンサや感知部をさらに備えることができ、伝送モジュールの制御部１３０は感知部のセンサから受信する受信モジュール２００の位置情報に基づいて位置決定部を制御することができる。

【0055】

あるいは、伝送モジュールの制御部１３０は、通信部１２０を介して受信モジュール２００との配列または距離に関する制御情報を受信し、これに基づいて位置決め部を制御することもできる。

【0056】

また、伝送モジュール１００は、２つ以上複数の１次コイルを含むように形成されて複数の１次コイルの内、受信モジュール２００の受信コイルと適合に配列される一部のコイルを選択的に用いて伝送効率を向上させることができるが、この場合位置決め部は、複数の１次コイルの内、どれが電力伝達のために使用されるかを決定することができる。

【0057】

活動領域を通過する磁場を形成させる単一１次コイルまたは１つ以上の１次コイルの組み合わせを主要セル(primary cell)と称することができるが、伝送モジュールの制御部１３０は、受信モジュール２００の位置を感知し、これに基づいて活動領域を決定し、活動領域に対応する主要セルを構成する伝送モジュールを接続し、該当伝送モジュールの１次コイルと受信モジュール２００の２次コイルとが誘導結合できるように制御できる。

【0058】

一方、受信モジュール２００は、スマートフォンまたはマルチメディア再生端末を含むスマートフォンやスマート機器のような電子機器内に内蔵され、電子機器が伝送モジュール１００のインターフェース表面の上に垂直または水平方向に一定でない方向や位置に置かれるので、伝送モジュールは広い活動領域を必要とする。

【0059】

活動領域を広げるために複数個の場合の１次コイルを使用する場合、一時コイル数だけ駆動回路が必要であり、複数個の１次コイルの制御が複雑になるので、製品化するとき、伝送モジュールすなわち無線充電器のコストが増加する。さらに、活動領域を拡大するために伝送コイルの位置を変更する方式を適用する場合でも１次コイルの位置を移動するための移送メカニズムを備えなければならないので、体積と重量が大きくなって製作コストが多くなる問題がある。

【0060】

位置が固定された一つの１次コイルを有しても活動領域を拡張する方法があれば効果的であるが、単に１次コイルの大きさを大きくするなら１次コイルの単位面積当たりの磁束密度が低下し、送受信コイル間に磁気結合力が弱くなって期待するほど活動領域が増加することもなく、伝送効率も低下することになる。

【0061】

このように、活動領域の拡大と伝送効率の向上のために、一次コイルの適切な形状とサイズを決定することが重要である。複数の１次コイルを採用するマルチコイル方式が無線電力伝送モジュールの活動領域を拡大する方法として有効的である。

【0062】

図５は伝送装置の充電領域を示す図である。

【0063】

無線電力伝送装置すなわち充電器は、受信装置が活動領域に置かれると受信装置に電力を供給する充電動作を試み、充電中に電力損失が異物検出レベルより高くなる場合充電を中止する。電力損失は伝送装置が伝送した伝送電力と受信装置が受信した受信電力の差として計算し、受信電力は受信装置が伝送する受信パワーパケットから確認することができる。

【0064】

特に、充電器は、受信装置が充電領域の外に置かれる場合、電力損失が異物検出レベルより高くなって充電を切ることができるが、充電を中止するときまでにかかる時間は、充電器や受信装置によって異なる。

【0065】

充電器は、活動領域または充電領域内では充電に対する信頼性を確保できるが、充電領域外では受信装置の１００％充電を保障することができなくて充電に対する信頼性を確保できず、受信装置が充電領域外に置かれた状態ではいつ充電が終了するか分からない。場合によっては、充電のために端末を充電器上に置いたが、所定時間が経過した後も１００％充電にならず充電を終了する場合が発生する。

【0066】

図６は電力損失と充電停止レベルの比較によって決定される充電領域の境界と充電領域での電力制御レベルの変化を示している。

【0067】

図６においては、電力損失が充電停止レベルより高くなるときに受信装置が充電領域外にあると判断することで示すが、伝送装置は電力損失を正確に計算しにくいため、充電領域の境界を正確に判断することが容易ではない。また、充電停止レベルには異物検出レベルを使用するため、異物がある場合は充電領域の境界を正確に判断するのは難しい。

【0068】

図６でみるように、充電領域の中心からの離隔オフセットに応じて電力制御レベルが電力損失とある程度比例して変化するため、電力制御レベルを充電領域の境界を決定することに使用することができる。

【0069】

このような点を考慮して、本明細書に係る実施形態は、受信装置が充電領域内か外か正確に判断する方案と、充電領域外にあると判断される時充電動作が早く終了するようにする方案を提供することができる。

【0070】

図７は充電領域の中心からの離隔オフセットによるバックデューティ(Buck Duty)と制御エラーパケットを表で示したものである。

【0071】

図７の例において、充電領域の中心から約８ｍｍ離隔した位置までは制御エラーパケット（ＣＥＰ）が受信装置から受信されず、９ｍｍ離れた位置から制御エラーパケット（ＣＥＰ）が受信され始め、さらに外郭に行くにつれて制御エラーパケット（ＣＥＰ）の数が増加する。

【0072】

一方、バックデューティ(Buck Duty)は充電領域の中心から外郭に移動するにつれてますます大きくなるようになり、例えば約９ｍｍ離れた位置からはバックデューティが最大値まで増加する。

【0073】

したがって、充電を開始してバックデューティ（パワー制御レベル）を得てこれを基準値と比較して充電領域の境界を決定することができるが、バックデューティが基準値以上のとき、受信装置が充電領域外にあると判断することができる。

【0074】

ちなみに、バックコンバータ(Buck Converter)はＤＣ－ＤＣコンバータの一種で全圧を降圧するための回路で、入力電圧より低い電圧を生成するために用いる。電圧降下にツェナーダイオードを使用する回路は、減少した電圧が熱に変わり効率が低くなる。

【0075】

しかし、バックコンバータはダイオードとインダクタを用いて回路をオン／オフして負荷にかかる電圧を調整するが、オンにするときインダクタにエネルギーを貯蔵しながら負荷に電流を流し、オフさせるとき、インダクタに蓄積されたエネルギーがダイオードを介して負荷に電流を供給します。オン／オフデューティを調整することによって出力電圧の大きさまたは電流量を調節することができる。バックコンバータは電力変換部１１０に含まれて受信装置へ供給する電力を調整できる。

【0076】

受信装置が充電領域中心に近い位置にある場合、電力伝送効率が高くて電力変換部の動作電圧を低くしても受信装置に電力を伝送できるようになりバックコンバータのバックデューティを低い値に維持してもよい。しかし、受信装置が充電領域の外郭または充電領域外にある場合、電力伝送効率が低くて変換部の動作電圧を高く保たなければならなく、そのためにバックデューティが高く保つしかありない。

【0077】

図８は受信装置が充電領域外に置かれるとき充電停止レベルを下向き調整する実施形態をグラフで示すものである。

【0078】

バックデューティが基準値以上になるとき受信装置が充電領域の外郭や充電領域外に置かれたと判断し、充電動作を停止できるように充電を停止レベルまたは異物検出レベルを図８のように下向調節することができる。

【0079】

受信装置が充電領域の外郭や充電領域の外にあるときであっても、電力損失が大きくなるが、充電停止レベルと似ってるか、充電停止レベルより低くて低い充電効率で充電動作が継続され、充電器と受信装置に熱が多く発生し、充電時間だけ長くなることもある。

【0080】

このような状況に対処するため、伝送装置は、受信装置が充電領域の外郭または充電領域の外にあると判断されるとき、充電停止レベルを下げることによって、電力損失が充電停止レベルより高くなるようにし、充電動作を迅速かつ確実に止めることができる。

【0081】

図９は充電停止レベルを下向調節して一定時間が経過した後にも充電が進行される場合の充電停止レベルを従来レベルに変更する実施形態をグラフで示したのである。

【0082】

受信装置が充電領域から外れたと判断して充電停止レベルを下げた後でも一定時間充電動作が止まらず継続する場合、すなわち電力損失が低くなった充電停止レベルより低く維持され、充電動作が継続する場合、充電途切れが発生しない確率が高いと判断し、図９に示すように充電停止レベルを元のレベルに高めて電力損失のマージンを確保することができる。

【0083】

図１０は、本明細書の一実施形態にしたがって充電停止レベルを調整しながら無線で電力を伝送する方法の動作フローチャートを示すことである。

【0084】

伝送装置は受信装置（受信モジュール）の位置を決定し（Ｓ１０１０）、受信装置から伝送を受けた受信パワーパケットとパワー制御レベル、つまりバックデューティに基づいて受信装置の位置を判断することができる。

【0085】

伝送装置は、受信装置に電力を無線で伝送しながら、受信装置が充電領域外であるか否かを判断するが（Ｓ１０２０）、受信パケットから確認した受信パワーが基準パワー以上であり、バックデューティが基準値以上であるとき、受信装置が充電領域（または活動領域）外と判断でき、そうでなければ受信装置が充電領域内と判断できる。

【0086】

参考に、受信パワーパケットから確認したパワーが基準パワー以下である時は充電動作が正しく行われていない状況なので、受信装置が充電領域内であるか外であるか判断できない。

【0087】

受信装置が充電領域内にある場合（Ｓ１０２０でＮＯ）、伝送装置は受信装置に電力を無線で供給する充電動作を行う。

【0088】

受信装置が充電領域外にある場合（Ｓ１０２０でＮＯ）、伝送装置は充電停止レベルを下向調節することができる（Ｓ１０３０）。伝送装置は電力損失と充電停止レベルを比較しながら、電力損失が充電停止レベルより高いときに充電を停止させることができる。

【0089】

伝送装置は充電停止レベルを下向調節した後所定時間が経過するまで充電動作が継続されることを確認する（Ｓ１０４０）。

【0090】

充電動作が続行されると、すなわち充電停止レベルを下向調節した後所定時間が経過するまでの間、電力損失が充電停止レベルより低い状態を維持する場合（Ｓ１０４０でＹＥＳ）、伝送装置は充電停止レベルを再び従来レベルに戻す、すなわち充電停止レベルを上向調節することができる（Ｓ１０５０）。

【0091】

充電停止レベルを下げた後でも電力損失が充電停止レベルより低い状態を維持するため、充電停止レベルを従来レベルに変更しても電力損失はさらに確実に変更された充電停止レベルより低くなるため、伝送装置は充電動作が継続実行することになる。

【0092】

一方、充電停止レベルを下向調節した後所定時間が経過する前に電力損失が充電停止レベルより高くなり、充電動作が停止すると（Ｓ１０４０でＮＯ）、伝送装置は、インターフェース表面に設けられたディスプレイやブザーを介して充電が停止したことをユーザに知らせることができる（Ｓ１０６０）。

【0093】

したがって、受信装置が充電領域の外郭または外に置かれた場合、急いで充電を停止してユーザにこれを知らせ、ユーザが受信装置の位置を変更できるようになる。また、充電が始まり一定時間以上充電が続くとき、ユーザに１００％完全充電が期待できるようにする。

【0094】

本明細書に記載の無線電力伝送方法及び装置は、以下のように説明され得る。

【0095】

一実施形態に係る無線電力伝送方法は、受信装置に電力を無線で伝送しながら受信装置の位置を確認するステップと、受信装置が充電領域の外にあるとき、受信装置に伝送した伝送電力と受信装置が受信した受信電力の差である電力損失と比較する充電停止レベルを変更するステップを含みからなることができる。

【0096】

一実施形態において、確認するステップは、受信装置が受信した受信電力が基準電力以上で受信装置に電力を伝送するときの電力制御レベルが基準値以上の時、受信装置が充電領域外にあると判断することができる。

【0097】

一実施形態において、電力変換部に含まれたバックコンバータのバックデューティを電力制御レベルで利用できる。

【0098】

一実施形態において、変更するステップは充電停止レベルを下向調節することができる。

【0099】

一実施形態において、電力損失が充電停止レベルより高いときの電力伝送を停止することができる。

【0100】

一実施形態において、電力伝送が停止されたことを知らせることができる。

【0101】

一実施形態において、充電停止レベルを変更し所定時間が経過するときまでの電力損失が変更された充電停止レベルより低いとき、充電停止レベルを元の値に戻ることができる。

【0102】

他の実施形態に係る無線電力伝送装置は、直流電源の電圧を変えるためのバックコンバータと電圧が変更された直流電源を交流に変換するためのインバータと受信装置の２次コイルとの磁気誘導結合によって電力を伝送するための一次コイルを含む共振回路を含む電力変換部と、電力変換部を制御して受信装置に電力を無線で伝送しながら、受信装置の位置を確認し、受信装置が充電領域の外にあるときに受信装置に伝送した伝送電力と受信装置が受信した受信電力の差である電力損失と比較する充電停止レベルを変更するための制御部を含みから構成され得る。

【0103】

本発明は記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々に修正及び変形できることは、この技術分野で通常の知識を有する者に自明である。したがって、そのような修正または変形例は、本発明の特許請求の範囲に属するべきである。

【符号の説明】

【0104】

１：無線電力伝送装置
２：電子機器
１００：無線電力伝送モジュール
１１０：電力変換部
１２０：通信部
１３０：制御部
１４０：電源部
２００：無線電力受信モジュール
２１０：電力受信部
２２０：通信部
２３０：制御部
２４０：負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】