JP2013146185A - 無接点電力送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無接点電力受信装置と無接点電力送信装置を備える無接点方式の充電システムに対する信頼性を進めることができることは勿論、ポータブル端末機及びバッテリーパックなどの関連製品に対する競争力を高める。
【解決手段】無線電力伝送方式で電気エネルギーを供給する無接点電力送信装置（１００）の充電デッキに置かれる物体を感知して、無接点電力受信装置（２００）が置かれた場合だけ、電力送信及びデータ通信ができるようにすることで、受信側の状態を正確に認識して、効率的に電力を制御することができる。また、無接点電力受信装置（２００）に供給される電力を測定して、お互いに異なる二つのコアで送出される無線電力信号の出力電力を制御することで、安定的な充電が成り立つことができる。特に、無接点電力受信装置（２００）が無接点電力送信装置（１００）上で移動をする場合でも、安定的に電力を供給できるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は無接点電力送信装置に関することとして、より詳しくは無線電力伝送方式で電気エネルギーを供給する無接点電力送信装置の充電デッキ（Ｄｅｃｋ）に置かれる物体を感知して、無接点電力受信装置が置かれた場合だけ、電力送信及びデータ通信ができるようにすることで、受信側の状態を正確に認識して、効率的に電力を制御するようにする無接点電力送信装置に関するものである。

一般的にバッテリーパック（Ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋ）は外部の充電器から電力（電気エネルギー）の供給を受けて充電した状態でポータブル端末機（携帯電話、ＰＤＡなど）の作動のための電源を供給するためのもので、電気エネルギーを充電するバッテリーセルと前記のバッテリーセルの充電及び放電（ポータブル端末機に電気エネルギーを供給）のための回路などが構成されている。

このようなポータブル端末機に使われるバッテリーパックに電気エネルギーを充電させるための充電器とバッテリーパックの電気的連結方式には、常用電源の供給を受けてバッテリーパックに対応する電圧及び電流に変換して当該のバッテリーパックの端子を通じてバッテリーパックに電気エネルギーを供給する端子供給方式がある。

しかし、このような端子供給方式は、端子間のお互いに異なる電位差による瞬間放電現象、異物による焼損及び火事発生、自然放電、バッテリーパックの寿命及び性能低下などの問題点を持っている。

最近は前記のような問題点を解決するために、無線電力伝送方式を利用した無接点方式の充電システムと制御方法が提示されている。

前記のような無接点方式の充電システムは、無線電力伝送方式で電気エネルギーを供給する無接点電力送信装置と、前記の無接点電力送信装置から供給される電気エネルギーを受信してバッテリーセルを充電する無接点電力受信装置などで構成されている。

一方、前記のような無接点方式の充電システムは無接点方式の特性によって、無接点電力受信装置が無接点電力送信装置に置かれた状態に充電される。

この時、無接点電力送信装置に金属の異物が置かれるようになる場合、異物によって電力伝送が円滑に成り立つことができないことは勿論、過負荷による製品の焼損などの問題点が発生されている。

前記のような問題点を解決するために、本発明は無接点電力送信装置が電力を送信するコイルを利用して無接点電力受信装置を確認するための要請信号を送ってこれに対する応答信号が受信されるまでの待機時間を測定して、設定された基準待機時間と測定された待機時間を比べて、置かれた物体が異物なのかバッテリーパックなどの無接点電力受信装置なのかを速かに判断することができる無接点電力送信装置を提供することに目的がある。

一方、置かれた物体を認知して金属の異物なのか無接点電力受信装置なのかを判断するためのＡＳＫ方式は、ＤＣ負荷変調方式の負荷条件では信号の振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）が小さい場合に通信自体がとても難しいから、受信側の状態を認識することができなくて電力を送ることができないとか伝送される電力を制御することができなくて電力効率が低下される問題点がある。

前記のような問題点を解決するため、本発明は無線電力伝送方式で電気エネルギーを供給する無接点電力送信装置と、これの供給を受けてバッテリーセルを充電する無接点電力受信装置がＡＳＫ方式を利用してデータ通信をする際、幅変調（ＰＷＭ）方式を適用して円滑なデータ通信が成り立つようにする無接点電力送信装置を提供することに目的がある。

また、本発明はＤＣ負荷変調方式の負荷条件でも、受信側の状態を正確に認識して、無接点電力受信装置が無接点電力送信装置の充電デッキ上で移動しても効率的に電力を制御することができるＡＳＫ方式の充電制御モジュールを利用した無接点電力送信装置を提供することに目的がある。

前記のような目的を果たすために、本発明による無接点電力送信装置は、２次側コア部を備えた無接点電力受信装置に無線電力伝送方式で無線電力信号を送出する１次側コア部を備えた無接点電力送信装置において、１次側コア部に負荷変化が感知されれば、１次側コア部を通じて要請信号の出力時点から、前記の要請信号に対応する応答信号の受信時点までのディレータイム（Ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ）を測定して基準待機時間と比べた後、基準待機時間より測定時間が短い場合、当該の物体が異物であると判断して、基準待機時間より測定時間が長い場合、当該の物体が正常な無接点電力受信装置と判断して無線電力信号を送出することを特徴とする。

特に、前記の無接点電力受信装置は、前記の無接点電力送信装置から伝送された無線電力信号を受信して基準電圧と比べた後、前記の比較結果に対応して設定されたデューティー比（Ｄｕｔｙ ｒａｔｅ）に基礎して生成されたパルス信号を無接点電力送信装置に送って、前記の無接点電力送信装置は、伝送されたパルス信号に対応して送出される無線電力信号の強さを制御することを特徴とする。

また、前記の無接点電力受信装置は、ＡＣモジュレーション（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式に変換されたＡＣ信号のコードデータを２次側コア部を通じて送受信するＩＤ送信部を備えて、前記の無接点電力送信装置は、前記のコードデータが１次側コア部に受信されれば、前記の１次側コア部に印加されるＤＣ信号からＡＣ信号のコードデータを抽出するフィードバック回路部を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記の無接点電力受信装置が、前記の２次側コア部の電力受信コアと並列に繋がれてＤＣ信号成分をとり除くキャパシター（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を備えて構成されることを特徴とする。

より好ましくは、前記の無接点電力受信装置が、ドレーン端子が前記のキャパシターと直列で繋がれたＭＯＳＦＥＴ（ＭＥＴＡＬ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌd−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)をさらに備えて、前記のＩＤ送信部は、前記の比較結果に対応して設定されたデューティー比（Ｄｕｔｙ ｒａｔｅ）に対応して、前記のＭＯＳＦＥＴの動作電圧を前記のＭＯＳＦＥＴのゲート端子に入力することを特徴とする。

そして、前記のフィードバック回路部は、前記の１次側コア部の一側端と電気的に繋がれてＤＣ信号成分をとり除くＲＣフィルター回路と、前記のＲＣフィルター回路と電気的に繋がれるＯＰ−ＡＭＰを備える増幅回路を備えて構成されることを特徴とする。

また、前記の１次側コア部は、第１電力送信コア及び第２電力送信コアを備えるが、前記の第１電力送信コアの一部分と第２電力送信コアの一部分が重なる重畳領域を持つ複層構造で構成されることを特徴とする。

そして、２次側コア部を具備した無接点電力受信装置に無線電力伝送方式で無線電力信号を送出する１次側コア部をもつ送信モジュールを備える無接点電力送信装置において、前記の送信モジュールは、無線電力信号の送出のための制御モジュールが搭載される基板が本体ケースの内部に備えられて、前記の基板の上部に遮蔽版が備えられて、前記の遮蔽版の上部には一部分が重なる重畳領域を持つように構成された第１電力送信コア及び第２電力送信コアが前記の制御モジュールと電気的に繋がれるように備えられて、前記の本体ケースの一側面に充電状態を表示するための発光素子が前記の制御モジュールと電気的に繋がれるように備えられて、前記の本体ケースの上部には無接点電力受信装置が置かれるカバーが結合されることを特徴とする。

特に、前記の第１電力送信コア及び第２電力送信コアの中の少なくとも一つを折曲形成して、前記の第１電力送信コアの重畳領域が、前記の第２電力送信コアの重畳領域の上部または下部に位する複層構造で構成することを特徴とする。

好ましくは、前記の重畳領域は無接点電力受信装置に具備される無線電力受信用コアの幅より大きくて、第１電力送信コア及び第２電力送信コアの幅より小さいように形成されることを特徴とする。

そして、前記の送信モジュールは、他の送信モジュールがスライド移動されて脱付着できるように結合される挿入部が形成されることを特徴とする。

そして、前記の送信モジュールは、前記の本体ケースがモニター用支え具であることを特徴とする。

特に、前記の送信モジュールは、モニターに具備される電源供給ポートに繋がれて当該のモニターの動作に使われる電源の供給を受ける電源ケーブルをさらに備えることを特徴とする。

好ましくは、前記の電源ケーブルは、常用電源をモニターに供給する分岐型電源ケーブルに繋がれることを特徴とする。

そして、前記の送信モジュールは、本体ケースの他の一側面にノート・パソコンのＯＤＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）用連結ポートに結合される連結端子を備えて、前記の連結端子が基板に搭載された制御モジュールと電気的に繋がれることを特徴とする。

前記のような解決手段によって、本発明は無接点電力送信装置の充電デッキに置かれる物体の種類を正確に判断して、無接点電力受信装置が置かれた場合にだけ電力送信及びデータ通信が可能になるようにすることで、異物による器機の損傷を防止することができるのである。

また、ＤＣ負荷変調方式の負荷条件で信号の振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）が小さい場合にも円滑なデータ通信が成り立つようにすることで、受信側の状態を正確に認識して、効率的に電力を制御することができる長所がある。

特に、誘導磁場を利用して電力信号を送る無接点電力送信装置の１次側コアを、リッツコアではないＰＣＢコア上に薄ら厚さの平面螺旋形のコア構造で形成することで、無接点充電器などの無接点電力送信装置に容易く装着することができるようにして、１次側コアの製品に対する適用性を進めることができるし、前記の１次側コアを複層構造で構成することで、ポータブル装置などの無接点電力受信装置が充電デッキ上でどの位置に移動されてもいつも充電動作が成り立つようにする長所がある。

また、無接点電力受信装置に供給される電力を測定して、お互いに異なる二つのコアで送出される無線電力信号の出力電力を、前記の測定結果に対応して補正するように制御することで、安定的な充電が成り立つようにしたのである。

したがって、無接点電力受信装置と無接点電力送信装置を備える無接点方式の充電システムに対する信頼性を進めることができることは勿論、ポータブル端末機及びバッテリーパックなどの関連製品に対する競争力を進めることができるのである。

本発明による無接点電力送信装置の例を示した構成図である。 本発明による無接点電力送信装置の他の例を示した詳細構成図である。 図１に示した無接点電力送信装置の主要構成に対する例を示した回路図である。 図１に示した無接点電力送信装置に置かれる物体の種類による１次側コア部を通じて感知されるフィードバック信号の例を示したグラフである。 図１に示した無接点電力受信装置の主要構成に対する例を示した回路図である。 図１に示した無接点電力受信装置の充電電圧及び充電制御のための送受信信号に対する例を示したグラフである。 本発明による無接点電力送信装置の制御方法に対する例を示した手順図である。 本発明による無接点電力送信装置の制御方法に対する例を示した手順図である。 本発明による無接点電力送信装置の制御方法に対する例を示した手順図である。 本発明による無接点電力受信装置の制御方法に対する例を示した手順図である。 本発明による無接点電力受信装置の制御方法に対する例を示した手順図である。 本発明による無接点電力送信装置の１次側コアの構成に対する例を示した構成図である。 図９の段階‘Ｓ１１７’及び図１１の段階‘Ｓ２１４’を説明するための構成図である。 本発明による無接点電力送信装置の１次側コアの構成に対する他の例を示した構成図である。 本発明による無接点電力送信装置をモジュール化した送信モジュールに対する構成概念を示した分解斜視図である。 図１５に示した送信モジュールの使用状態図である。 図１５に示した送信モジュールの使用状態図である。 本発明による送信モジュールの他の例を示した使用状態図である。 本発明による送信モジュールの他の例を示した使用状態図である。 本発明による送信モジュールの他の例を示した使用状態図である。 本発明による送信モジュールのまたの例を示した使用状態図である。

本発明による無接点電力送信装置に対する例は多様に適用することができるし、以下では添付された図面を参照して最も好ましい実施例に対して説明する。

図１は本発明による無接点電力送信装置の例を示した構成図として、無線電力信号を送出する無接点電力送信装置１００と、前記の無線電力信号を受信してバッテリーセルを充電する無接点電力受信装置２００の詳細構成を示したものである。

前記の無接点電力送信装置１００は、１次側コア部１１０、ＩＤ確認部１２０、無線電力伝送制御部１３０、スイチング制御部１４０、駆動ドライバー１５０、直列共振型コンバータ１６０、フィードバック回路部１７０を備えて構成される。

前記の１次側コア部１１０は第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２で構成されて、直列共振型コンバータ１６０に並列に繋がれて構成される。

前記のＩＤ確認部１２０は前記の１次側コア部１１０の負荷変化を感知して、当該の負荷変化が無接点電力受信装置２００によることなのかを判断することで、負荷変化感知機能と共に無接点電力受信装置２００から伝送された信号の中でＡＣ信号のデータ信号コードを分析及び処理する機能を遂行する。

前記の無線電力伝送制御部１３０は前記のＩＤ確認部１２０の判断結果の伝送を受けて確認して、当該の負荷変化が無接点電力受信装置２００によることの場合、前記の１次側コア部１１０を通じて無線電力信号を送出するための電力制御信号を前記の駆動ドライバー１５０に送る。

そして、前記のＩＤ確認部１２０でフィルタリングされたデータ信号を分析処理して、これに対応して駆動ドライバー１５０を制御するようになる。また、データ信号（例えば、ＩＤ要請信号）を生成して１次側コア部１１０を通じて無接点電力受信装置２００に送る機能を遂行する。

前記のスイチング制御部１４０は直列共振型コンバータ１６０と第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２の間にそれぞれ構成される第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２のスイチング動作を制御するのである。

前記の駆動ドライバー１５０は送出しようとする無線電力信号の強さに対応して直列共振型コンバータ１６０の動作を制御するのである。

前記の直列共振型コンバータ１６０は駆動ドライバー１５０の制御によって送出しようとする無線電力信号を発生するための送出電源を生成して前記の１次側コア部１１０に供給するのである。

言い換えれば、無線電力伝送制御部１３０が要求される電力値を持つ無線電力信号の送出のための電力制御信号を駆動ドライバー１５０に送れば、前記の駆動ドライバー１５０は伝送された電力制御信号に対応して直列共振型コンバータ１６０の動作を制御して、前記の直列共振型コンバータ１６０は駆動ドライバー１５０の制御によって要求される電力値に対応する送出電源を１次側コア部１１０に印加することで、要求される強さの無線電力信号が送出されるようにするのである。

前記のフィードバック回路部１７０は、ＡＣ信号のコードデータが１次側コア部１１０に受信されれば、前記の１次側コア部１１０に印加されるＤＣ信号からＡＣ信号のコードデータを抽出することで、図３に示したように、前記の１次側コア部１１０の第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２の一側端と電気的に繋がれてＤＣ信号成分を除去（低周波成分の除去）するＲＣフィルター回路１７１と、前記のＲＣフィルター回路と電気的に繋がれるＯＰ−ＡＭＰを備える増幅回路１７２を備えて構成する。

言い換えれば、ＲＣフィルター回路１７１でＤＣ信号成分である低周波信号が除去されて、抽出されたＡＣ信号成分が増幅回路で増幅されるのである。

したがって、振幅が少ない信号の送受信が可能になるのである。

そして、無線電力信号を受信して電力の供給を受ける無接点電力受信装置２００は、前記の送出された無線電力信号によって誘導電力を生成する２次側コア部２１０の電力受信コア２１１と、誘導された電力を整流する整流部２２０及び整流された電力でバッテリーセルを充電するバッテリーセルモジュール２３０を備える。

ここで、前記のバッテリーセルモジュール２３０には過電圧及び過電流防止回路、温度感知回路などの保護回路が備えられて構成されて、特に、バッテリーセルの充電状態などの情報を収集及び処理する充電管理モジュールが備えられる。

また、前記の無接点電力受信装置２００は、２次側コア部２１０の電力受信コア２１１に誘導される電流を確認して、前記のバッテリーセルモジュール２３０で収集及び処理されるバッテリーセルの充電情報に基礎して、無線電力信号の強さ制御を要請する無線電力受信側制御部２４０と、ＡＣモジュレーション（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式に変換されたＡＣ信号のコードデータを、２次側コア部２１０を通じて送受信するＩＤ送信部２５０がさらに備えられて構成される。

そして、無接点電力受信装置２００は、図５に示したように、２次側コア部２１０の電力受信コア２１１と並列に繋がれてＤＣ信号成分をとり除くキャパシター（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）Ｃとともに、ドレーン端子が前記のキャパシターと直列で繋がれたＭＯＳＦＥＴをさらに備える。

前記のＭＯＳＦＥＴはＩＤ送信部２５０の制御によってオン・オフ動作を遂行することで、前記のＩＤ送信部２５０は、前記の無線電力受信側制御部２４０の無線電力信号に対する強さ制御の要請に対応して設定されたデューティー比（Ｄｕｔｙ ｒａｔｅ）に対応して、前記のＭＯＳＦＥＴの動作電圧を前記のＭＯＳＦＥＴのゲート端子に入力する。

言い換えれば、ＩＤ送信部２５０が動作電圧にあたるオン信号及びオフ信号をゲート端子に入力すれば、ＭＯＳＦＥＴはゲート端子に入力された電圧に対応して、パルス幅変調（ＰＷＭ）された信号を生成して出力するようになって、このような信号は２次側コア部２１０の電力受信コア２１１を通じて無接点電力送信装置１００に伝送される。

前記のような無接点電力送信装置１００の具体的な実施例は図２に示したようである。

これを具体的に探ると、本発明による無接点電力送信装置１００は常用電源の入力を受けるアダプター（Ａｄａｐｔｅｒ）やノート・パソコン（Ｎｏｔｅｂｏｏｋ）などのポータブル端末機ＣのＵＳＢポートの電源などから電源供給ポート１８１を通じて電源の供給を受ける。

そして、充電過程の中の無接点電力送信装置１００の内部電流を感知する電流検出部１９１と内部温度を検出する温度検出部１９２をさらに具備して、過熱や過電流及び過電圧の発生の時、無接点電力送信装置１００の動作を止めるようにする。

そして、無接点電力受信装置２００のバッテリーセルモジュール２３０にはバッテリーセルを充電するための充電回路部２３１と、充電量を確認するゲージ回路部２３２及び充電状態を監視するための充電監視回路部２３３などがさらに備えられる。

また、無接点電力送信装置１００の動作状態及び無接点電力受信装置２００の充電状態などを表示するための表示部１９３がさらに備えられる。

以下で、前記のように構成された本発明による無線電力送信用コア構造を利用した無接点充電システムの充電方法をよく見ることにする。

先に、図７ないし図９を参照して無接点電力送信装置１００の動作を察すると、無接点電力送信装置１００のスイチング制御部１４０は第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２をオフ（Ｏｆｆ）状態に維持して、ＩＤ確認部１２０が１次側コア部１１０の第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２の負荷変化を感知する待機状態を維持（スタンバイモード）する（Ｓ１０１）。

前記のような待機状態Ｓ１１０で、無接点電力受信装置２００が無接点電力送信装置１００に置かれるようになれば、第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２に磁場の変化が発生されて、ＩＤ確認部１２０がこれを感知するようになる（Ｓ１０２）。

前記のように負荷変化が感知されれば、ＩＤ確認部１２０はこれを無線電力伝送制御部１３０に知らせてくれるようになって、前記の無線電力伝送制御部１３０は図４に示したように１次側コア部１１０に送出された信号（Ｆｒｅｆ）による応答信号（異物の場合反射信号）の受信のディレータイム（Ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ）を測定する（Ｓ１０３）。

前記のように受信信号のディレータイムが測定されれば、基準時間（図４に示した“Ｔｆｂ”と比べた後（Ｓ１０４）、測定時間が基準時間より長い場合（図４に示した“Ｔｆｂ１”）には正常な無接点電力受信装置２００が置かれたことと判断して（Ｓ１０６）、測定時間が基準時間より短い場合（図４に示した“Ｔｆｂ２”）には異物が置かれたことと判断する（Ｓ１０７）。

前記のような判断は１次的な判断基準であり、以下に説明されるＩＤ確認過程と共に異物與否の判断基準になる。

前記の通りにＩＤ確認部１２０を通じて受信された信号に基礎して、当該の物体が無接点電力受信装置２００であることとして１次判定になれば、前記の無線電力伝送制御部１３０は１次側コア部１１０を通じてヘッダーＩＤを要請する信号を送る（Ｓ１０８）。

ここで、ヘッダーＩＤはＩＤコード（Ｃｏｄｅ）のヘッダー（Ｈｅａｄｅｒ）部分にあるコードを言う。

一方、図１０に示したように前記の無接点電力受信装置２００は、バッテリーセルを充電するためのスタンバイモード（Ｓｔａｎｄｂｙ ｍｏｄｅ）Ｓ２０１で、前記のようなヘッダーＩＤ要請信号が受信されれば（Ｓ２０２）、電力受信コア２１１を通じてヘッダーＩＤコードを送信する（Ｓ２０３）。

前記のヘッダーＩＤコードが１次側コア部１１０に受信されれば、ＩＤ確認部１２０は当該の物体が無接点電力受信装置２００であることと判断して、応答信号が受信されなければ金属材質の異物であると判断する（Ｓ１０９）。

異物であると判断されれば、ＬＣＤまたはＬＥＤのような出力装置を通じて文字または発光形態で異物が感知されたことを使用者に知らせてくれて（Ｓ１１１）、無接点電力受信装置２００であると判断されれば、１次側コア部１１０を通じてフルＩＤを要請する信号を送る（Ｓ１１０）。

ここで、フルＩＤはＩＤコードの全体（Ｆｕｌｌ）コードを言う。

一方、図１０に示したように前記の無接点電力受信装置２００は、バッテリーセルを充電するためのスタンバイモード（Ｓｔａｎｄｂｙ ｍｏｄｅ）Ｓ２０１で、前記のようなフルＩＤ要請信号が受信されれば（Ｓ２０２）、電力受信コア２１１を通じてフルＩＤコードを送信する（Ｓ２０３）。

前記のフルＩＤコードが受信されれば、ＩＤ確認部１２０はこれを確認してＳ１１２、正常なＩＤコードが受信された場合に当該の無接点電力受信装置２００側に無線電力信号を送出して（Ｓ１１３）、受信されたＩＤコードが正常ではない場合、ＩＤエラーを使用者に知らせてくれるようになる（Ｓ１１４）。

ここで、ＩＤコードに対する要請信号の送出及び応答信号の受信のために動作される無接点電力送信装置１００の詳細構成の中の一部に対する説明は略したが、これは本発明による充電システムを説明しながら先に説明された内容であり、以下でも不必要に繰り返される内容に対して略することができることは当然である。

一方、ＩＤコードが受信されたコアが第１電力送信コア１１１の場合、無線電力伝送制御部１３０はスイチング制御部１４０にスイチング制御信号を送って第１スイッチ１４１をオンさせて第２スイッチ１４２をオフさせた後、駆動ドライバー１５０に電力制御信号を送ってＳ１９３第１電力送信コア１１１を通じて無線電力信号を送出する。

この時、送出される無線電力信号の出力電力は基準電力値に対応して送出されて、前記の基準電力値は無接点電力受信装置２００で要求される入力電圧（例えば、４．５Ｖないし５．５Ｖ）に誘導されることができる電圧に対応される値段である。

そして、ＩＤが受信されたコアが第２電力送信コア１１２の場合、無線電力伝送制御部１３０はスイチング制御部１４０にスイチング制御信号を送って第１スイッチ１４１をオフさせて第２スイッチ１４２をオンさせた後、駆動ドライバー１５０に電力制御信号を送って第２電力送信コア１１１を通じて無線電力信号を送出する。

もし、電力受信コア２１１が図１２に示した重畳領域に位するようになる場合、第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２が同時にＩＤを受信するようになれば、無線電力伝送制御部１３０はスイチング制御部１４０にスイチング制御信号を送って第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２をオンさせて、駆動ドライバー１５０に電力制御信号を送って第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２を通じて無線電力信号を送出する。

この時、前記の第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２でそれぞれ基準電力値に対応する出力電力で無線電力信号を出力するようになる場合、電力受信コア２１１に過度な電圧が誘導されることができる。

したがって、第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２が同時にＩＤを受信する場合には、第１電力送信コア１１１の出力電力と第２電力送信コア１１２の出力電力の合が基準電力値に対応するように制御して無線電力信号を送出するのが好ましい。

前記のような過程によって無接点電力受信装置２００に無線電力信号が受信されればＳ２０４、前記の無接点電力受信装置２００は電力受信コア２１１に誘導される電気エネルギーを利用してバッテリーセルを充電するようになる（Ｓ２０５）。

そして、前記の無接点電力受信装置２００は、図１１に示したように、バッテリーセルの充電状態を確認して（Ｓ２０６）、当該のバッテリーセルの満充電の與否Ｓ２０７とゲージ変化の與否Ｓ２１０を確認して、本発明の目的の安定的な充電を成すために、電力受信コア２１１に誘導される電圧を感知して、感知された誘導電圧が充電動作に要求される入力電圧の範囲（例えば、４．５Ｖないし５．５Ｖ）に含まれるかどうかを判断する（Ｓ２１３、Ｓ２１５）。

前記の判断結果、バッテリーセルが満充電の場合（Ｓ２０７）、バッテリーセルモジュール２３０はＩＤ送信部２４０を通じてＡＣモジュレーション（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式に変換されたパワーオフコード（Ｐｏｗｅｒ ｏｆｆ ｃｏｄｅ）を無接点電力送信装置１００に送って（Ｓ２０８）、充電動作を完了して（Ｓ２０９）、ゲージが変換された場合（Ｓ２１０）、ゲージコード（Ｇａｕｇｅ ｃｏｄｅ）を送る（Ｓ２１１）。

そして、前記の判断結果、設定された範囲に含まれない場合、無接点電力受信装置２００は無接点電力送信装置１００に電力制御要請信号を送る（Ｓ２４０）。

例えば、図１３に示したように、電力受信コア２１１が外郭へ移動して設定範囲より低い電圧が誘導された場合Ｓ２１３、パワーアップコード（Ｐｏｗｅｒ ｕｐ ｃｏｄｅ）を送ってＳ２１４、電力受信コア２１１が図１２の重畳領域に位して第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２で同時に送出される無線電力信号によって電力受信コア２１１に設定範囲より高い電圧が誘導された場合（Ｓ２１５）、パワーダウンコード（Ｐｏｗｅｒ ｄｏｗｎ ｃｏｄｅ）を送る（Ｓ２１６）。

前記のような各コードが伝送されれば、無接点電力受信装置２００は無接点電力送信装置１００から伝送される無線電力信号の強さなどをモニターする（Ｓ２１２）。

前記のような電力制御コードが無接点電力送信装置１００の１次側コア部１１０に受信されれば（Ｓ１１５）、フィードバック回路部１７０が１次側コア部１１０に誘導された信号（ＤＣ成分の送出電力信号及び受信されたＡＣ成分のコード信号）から当該のコードを抽出する。

無線電力伝送制御部１３０は前記の抽出されたコードを受信して分析した後、当該のコードがパワーオフコードの場合（Ｓ１１６）ＬＥＤまたはＬＣＤなどを通じて満充電の状態なのを表示して（Ｓ１１７）、ゲージコードの場合（Ｓ１１８）充電状態を出力して（Ｓ１１９）、パワーアップコードの場合（Ｓ１２１）当該の電力送信コアの送出電力を高めて（Ｓ１２２）、パワーダウンコードの場合（Ｓ１２３）当該の電力送信コアの送出電力を低める（Ｓ１２４）。

図９で‘Ｓ１１５’は持続的な充電可否を判断するためのものである。

例えば、図６に示したように、バッテリーセルを充電するための電圧（図５のＤＣ）で分岐された監視電圧（図５のＶｓｅｎｓｅ）が基準電圧（Ｖｓｅｔ）より低い場合、ＩＤ送信部２５０は基準電圧にあたるデューティー比を持つパルス信号に比べて大きいデューティー比を持つパルス信号をＭＯＳＦＥＴのゲート端子に入力して、ＭＯＳＦＥＴはゲート端子に入力されたパルス信号に対応してオンオフ動作を遂行しながら、パワーアップコードを生成して無接点電力送信装置１００に送って、これに対応して送出された無線電力信号はディレータイム（Ｔｄ）が経過されて無線電力受信側制御部２４０に受信される。

ここで、図５に示した‘Ｔｘ’及び‘Ｒｘ’は無接点電力送信装置１００を基準にする信号の送受信の與否を示したのである。

無接点電力送信装置１００の無線電力伝送制御部１３０は受信された電力制御要請信号（各コア信号）に対応する補正電力値を算出した後、前記の基準電力値に補正電力値を適用して前記の第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２の中の少なくとも一つを通じて無線電力信号を送出することで、無接点電力受信装置２００の位置にかかわらず安定的な充電ができる。

一方、無線電力伝送方式を利用して無線電力信号を送る無接点電力送信装置に備えられる１次側コア１１０は図１２に示したように、第１電力送信コア１１１と第２電力送信コア１１２及び遮蔽具１１５に構成されて、図１２は無接点電力受信装置２００に備えられる２次側コア２１０である電力受信コア２１１が前記の第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２ 上で移動されることを示したのである。

前記の第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２はＰＣＢパターンタイプで形成されて、第１電力送信コア１１１だけの領域である第１ 単一領域と、第２電力送信コア１１２だけの領域である第２単一領域、そして第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２がオーバーラップ（Ｏｖｅｒｌａｐ）される重畳領域を持つように構成される。

したがって、図１２に示したように２次側コアである電力受信コア２１１が移動しても持続的に電力の供給を受けることができるのである。

また、第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２がオーバーラップ（Ｏｖｅｒｌａｐ）される重畳領域の幅Ｗ１を、電力受信コア２１１の幅Ｗ２より広く形成することで、電力受信コア２１１が移動すると言っても、 常に第１電力送信コア１１１または第２電力送信コア１１２による無線電力信号の受信領域内に存在するようにすることが好ましい。

一方、前記の説明された１次側コア１１０と第１電力送信コア１１１及び第２電力送信コア１１２の形象及び構成は当業者の要求によって多様な変形ができる。

例えば、図１４に示したところのような１次側コアである電力送信コア部３００は、ＰＣＢベース３４０に上部コアレイヤー３１０及び下部コアレイヤー３３０の二重構造を持つ誘導部（未符号）が形成される。

このような、誘導部は平面螺旋形のコア構造（ＰＳＣＳ、Ｐｌａｎａｒ Ｓｐｉｒａｌ Ｃｏｒｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）にするパワートランスＰＣＢコア（ＰＴ−ＰＣＢ Ｃｏｒｅ、Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ−Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ Ｃｏｒｅ）に具備されるのである。言い換えれば、パワートランスＰＣＢコアはＰＣＰ（ＣＣＬ、ＦＣＣＬ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ）などが含まれて具備されるＰＣＢ）に、単一層または複数層にして同材質になった平面螺旋形コアを形成するのである。

そして、前記の上部コアレイヤー３１０及び下部コアレイヤー３３０にはそれぞれ上部単位コア３１１及び下部単位コア３３１で構成されて、前記の各単位コアの形態は当業者の要求によって円形コア構造、楕円形コア構造、三角形コア構造、四角形コア構造、多角形コア構造などに変形されることができることは当然であり、図１４ではこのような形態の中で五角形のコア構造を例にして図示している。

そして、前記の上部単位コア３１１及び下部単位コア３３１は同材質で成り立って、上部コアレイヤー３１０及び下部コアレイヤー３３０の上部にはこれらを保護（損傷及び腐食防止など）するためのＰＳＲコーティング層（ＰＳＲ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）が形成される。

この時、上部コアレイヤー３１０及び下部コアレイヤー３３０の上部に、無電解金めっき層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｓｓ Ｇｏｌｄ Ｐｌａｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ、ＥＧＰＬ）を形成するようになれば誘導磁場の効率が向上して、全体的に電力伝送効率が良好にさせる長所がある。

そして、前記のＰＣＢベース３４０の下部には、誘導磁場によって器機の電子素子が影響を受けることを防止するために、遮蔽部３５０（ＨＰＥＳ：Ｈａｎｒｉｍ Ｐｏｓｔｅｃｈ Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｈｉｅｌｄ）が構成されて、前記の遮蔽部３５０は遮蔽パネル部３５１、遮蔽メッシュ部３５２、金属薄膜部３５３が順次に積層されて構成される。

ここで、遮蔽パネル部３５１はセンダスト５５〜７５重量部に対して ２５〜５５重量部のポリウレタンが含まれて構成されて、センダスト（ｓｅｎｄｕｓｔ）はアルミニウム、珪素、鉄などで組成される高透磁率合金で、遮蔽性能が卓越なセンダストとポリウレタンを一緒に組成して送信遮蔽パネルを構成する。

一方、前記のセンダストが５５重量部以下であれば遮蔽性能が低下される恐れがあって、一方７５重量部以上の場合には投与される量に比べて性能が向上しない。

そして、前記の遮蔽メッシュ部３５２は誘導磁場によって発生される誘導起電力に対する渦電流を低減するためのことで、網形状のポリエステルに渦電流低減組成物がめっきされて、渦電流低減組成物はニッケル５５〜６５重量部に対して３５〜４５重量部の亜鉛が含まれて具備されて、網形状は１００メッシュないし２００メッシュ位の金属網で、より好ましくは１３５メッシュで成り立つことができる。

そして、前記の金属薄膜部３５３はアルミニウム薄膜で形成されることで、遮蔽部３５０の一番下側で最終的に磁場を遮断して、回路などに影響を与えないように具備されるのである。

また、前記のように各レイヤーが多数の単位コアで構成される場合、無線電力伝送制御部１３０は各単位コアを個別的に制御することができるし、直列共振型コンバータ１６０は各単位コアに対応して構成されることは当然である。

以上で説明された無接点電力送信装置１００は一般常用電源やノート・パソコンのＵＳＢポートなどを利用して電源の供給を受けて動作されることができる。言い換えれば、多様な電子機器から電源の供給を受けて作動することができるのである。

以下で、本発明による無接点電力送信装置１００が実際の電子機器に適用された例をよく見ることにする。

図１５は本発明による無接点電力送信装置１００をモジュール化した送信モジュール１０に対する構成概念の一例を示した分解斜視図として、本体ケース１１、基板１２、遮蔽版１３、第１電力送信コア１４、第２電力送信コア１５、カバー１６を備えて構成されるのである。

前記の本体ケース１１は前記の各構成が備えられる中空部（未符号）を持って、外部の常用電源の供給を受ける電源供給端子（未図示）を備える。

前記の基板１２は、図１に示した本発明による無接点電力送信装置１００の各構成がモジュール化して搭載されたことで、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）などで構成される。

前記の遮蔽版１３は、前記の第１電力送信コア１４及び第２電力送信コア１５で放出される無線電力信号の影響からＰＣＢ基板１２上の電子素子を保護するためのことで、当業者の要求によって多様な材質及び構成で成り立つことができる。

前記の第１電力送信コア１４及び第２電力送信コア１５は、ＰＣＢパターンで形成されられて、図１５に示したように一部分が重畳される二重コアとして、それぞれ独立的に無線電力信号を送出する。

前記のカバー１６は、本体ケース１１の上部に結合されて図１６に示したようにポータブル端末機ＰやバッテリーパックＢなどの無接点電力受信装置が置かれることで、第１電力送信コア１４及び第２電力送信コア１５から送出される無線電力信号を外部へ通過させることができる材質で成り立つのである。

そして、前記の本体ケース１１の一側には当該の無接点電力受信装置の充電状態を表示するためのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子１１ａが備えられる。

特に、本発明による重畳式の二重コアを搭載した送信モジュール１０は、図１５に示したように、お互いに異なる二つの送信モジュール１０、１０’で構成するが、どの一つの送信モジュール１０’に挿入部１１ｂ’を構成して、他の一つの送信モジュール１０が前記の挿入部１１ｂ’にスライド移動されて脱付着することができるようにすることで、図１６に示したようにポータブル端末機Ｐ及びバッテリーパックＢを同時に充電することができるようになる。

また、図１７に示したようにポータブル端末機Ｐだけを充電する場合、バッテリーパックＢを充電する送信モジュール１０を他の送信モジュール１０’の内部に移動させることで、空間の浪費を防止することができる。

ここで、未説明符号１１ａ’は他の送信モジュール１０’の一側に備えられる発光素子である。

一方、図１６に示したように充電過程の中に、バッテリーパックＢなどの無接点電力受信装置２００が移動される場合が発生されるところ、前記のように無接点電力受信装置２００が移動されると言っても、安定的に充電されることができるようにするために、第１電力送信コア１４及び第２電力送信コア１５を重畳して構成する。

言い換えれば、無線電力伝送方式を利用して無線電力信号を送る送信モジュール１０に具備される１次側コアである第１電力送信コア１４及び第２電力送信コア１５が遮蔽版１３上に構成されるが、第１電力送信コア１４だけの領域である第１単一領域と、第２電力送信コア１５だけの領域である第２単一領域、そして第１電力送信コア１４及び第２電力送信コア１５がオーバーラップ（Ｏｖｅｒｌａｐ）される重畳領域を持つように構成される。

したがって、図１５に示したように２次側コアである電力受信コア（Ｂａ）が移動しても持続的に電力の供給を受けることができるのである。

一方、本発明による無接点電力送信装置１００である送信モジュール１０は、図１８ないし図２０に示したように、モニター（Ｍ）などに適用されることができる。

言い換えれば、図１に示した本体ケース１１をモニター用支え具１１”にする送信モジュール１０”を提供することができるし、前記のモニター用支え具１１”の一側に形成された空間部（未符号）に基板１２、遮蔽版１３、第１電力送信コア１４、第２電力送信コア１５、カバー１６を構成して、図１９に示したようにカバー１６の上部にポータブル端末機Ｐを置いて、当該のポータブル端末機Ｐに構成されたバッテリーを充電するようになるのである。

また、本発明による送信モジュール１０は図１９に示したように、モニターＭの一側に形成された電源供給ポートＭａと電源ケーブルＣで繋がれて、前記のモニターＭで使われる電源を分配して駆動電源の供給を受けるように具備されることができる。

また、図２０に示したように、モニターＭに常用電源を供給する電源ケーブルＣ’で分岐された端子に、電源ケーブルＣを連結することで、送信モジュール１０が直接常用電源の供給を受けるようにすることもできる。

また、図２１に示したように、本体ケースの他の一側面にノート・パソコンＮのＯＤＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）用連結ポートＮａに結合される連結端子Ｔを備えて、連結ポートＮａを通じて送信モジュール１０の駆動電源の供給を受けるようにできる。

以上で、モニターＭ及びノート・パソコンＮと繋がれるように構成される送信モジュール１０は、各使用状態別に供給される電源に対応する電源供給部（未図示）が構成されて、前記の電源供給部は入力される電源の種類及び当業者の要求によって多様な変形が可能なので特定のことに限定しない。

以上で、各実施例を説明する際、等しい機能を遂行する構成に対しては等しい名称及び図面符号を付与したが、各実施例を明確に区分するとか独立的に説明しなければならないなどのように説明の便宜上お互いに違う名称に説明された構成の場合には図面符号を違うように付与している。

以上で本発明による無接点電力送信装置を備える無接点充電システムに対して説明している。このような本発明の技術的構成は本発明が属する技術分野の当業者が本発明のその技術的思想や必須特徴を変更しなくても他の具体的な形態で実施されることができるということを理解することができるだろう。

Claims (20)

1. 無接点電力送信装置であって、
   コントローラを含むボードであって、前記コントローラは、無接点電力受信装置に対応する電力値を制御する、当該ボードと、
   前記ボードに配置された遮蔽板と、
   前記遮蔽板に配置された１次側コアであって、当該１次側コアは、前記コントローラに電気的に接続され、制御された電力値に基づいて、前記無接点電力受信装置に無線電力を送信し、当該１次側コアは、第１次電力送信コアと第２次電力送信コアとを含む、当該１次側コアと、
   を備え、
   前記第１次電力送信コアと前記第２次電力送信コアとの間に重畳領域が形成されていることを特徴とする無接点電力送信装置。
2. 前記コントローラは、前記無接点電力受信装置を検出し、前記無接点電力受信装置から前記第１次側コアを介してデータ信号を受信し、
   前記コントローラは、前記データ信号に基づいて電力値を制御することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 無接点電力送信装置であって、
   電力制御要請信号を受信しかつ前記電力制御要請信号に対応する調整された電力値を計算するコントローラと、
   前記コントローラに電気的に接続された１次側コア部であって、当該１次側コア部は、前記調整された電力値に基づいて無接点電力受信装置に無線電力を送信し、前記１次側コア部は、第１次電力送信コアと第２次電力送信コアを比較する、当該１次側コア部と、
   を備え、
   前記第１次電力送信コア及び前記第２次電力送信コアとの間の重畳領域が形成されたことを特徴とする装置。
4. 前記コントローラは、前記第１次側コア部に隣接して配置された前記無接点電力受信装置にＩＤ要請信号を送信し、前記１次側コア部は、前記コントローラが、前記ＩＤ要請信号に応じてＩＤ応答信号を受信した場合に、前記無接点電力受信装置に無線電力を送信することを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記第１及び第２の電力送信コアの少なくとも１つの出力電圧の合計が、前記調整された電力値と同じになるように、前記コントローラは、前記第１次及び前記第２の電力送信コアの少なくとも１つを介して無線電力を送信することを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記コントローラは、前記無接点電力受信装置から前記電力制御要請信号としてパルス信号を受信しかつ前記パルス信号に基づいて前記無線電力の強さを制御することを特徴とする請求項４に記載の装置。
7. 前記パルス信号は、パワーオフコード、ゲージコード、パワーアップコード、及びパワーダウンコードの何れか１つであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 無接点電力受信装置であって、
   無接点電力送信装置に含まれる第１次電力送信コア及び第２次電力送信コアの少なくとも１つから無線電力を受信する電力受信コアと、
   前記電力受信コアに誘導された電圧を検出しかつ前記電気誘導された電圧が予め定められた電圧内が否かを決定するチェッカと、
   前記チェッカの決定に基づいて、前記誘導された電圧が前記予め定められた電圧内にない場合に、無接点電力送信装置に電力制御要請信号を送信するコントローラと、
   を備え、
   前記電力受信コアは、前記電力制御要請信号に応じて前記第１次電力送信コア及び前記第２次電力送信コアの少なくとも１つから調整された無線電力を受信することを特徴とする装置。
9. 前記コントローラは、前記無接点電力送信装置からＩＤ要請信号を受信しかつ前記ＩＤ要請信号に応じて前記無接点電力送信装置にＩＤ応答信号を送信することを特徴とすることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記コントローラは、前記誘導された電圧を予め定められた電圧と比較することにより、前記電力制御要請信号としてのパルス信号を生成することを特徴することを特徴とする請求項８に記載の装置。
11. 前記パルス信号は、パワーオフコード、ゲージコード、パワーアップコード、及びパワーダウンコードの何れか１つであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 無線電力送信方法であって、
    電力制御要請信号を受信することと、
    前記電力制御要請信号に対応する調整された電力値を計算することと、及び
    前記調整された電力値に基づいて１次コアにおける第１次電力送信コア及び第２次電力送信コアの少なくとも１つを介して無接点電力受信装置に無線電力を送信することと、
    を備え、
    前記第１次電力送信コア及び前記第２次電力送信コアとの間に重畳領域が形成されることを特徴とする前記方法。
13. 前記１次側コアに隣接するように配置された前記無接点電力受信装置にＩＤ要請信号を送信することと、
    前記ＩＤ要請信号に応じてＩＤ応答信号を受信することと、及び
    前記無接点電力受信装置に最初の無線電力を送信すること、
    を更に備えた請求項１２に記載の前記方法。
14. 前記第１次及び前記第２次電力送信コアの少なくとも１つの出力電力の合計が、前記調整された電力値に等しくなるように、前記無線電力は、前記第１及び前記第２の電力送信コアの少なくとも１つを介して、送信されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記受信された電力制御要請信号は、パルス信号を含み、前記調整された電圧値は、前記パルス信号に基づいて計算されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 前記パルス信号は、パワーオフコード、ゲージコード、パワーアップコード、及びパワーダウンコードの何れか１つであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 無線電力受信方法であって、
    第１次電力送信コア及び第２次電力送信コアの少なくとも１つから無線電力を、電力受信コアを介して受信することと、
    前記電力受信コアに誘導された電圧を検出することと、
    前記誘導された電圧が予め定められた電圧内かどうか決定することと、
    前記決定に基づいて、前記誘導された電圧が前記予め定められた電圧内でない場合に、無接点電力送信装置に電力制御要請信号を送信することと、
    前記電力制御要請信号に応じて前記第１次電力送信コア及び前記第２次電力送信コアの少なくとも１つから調整された無線電力を、前記電力受信コアを介して受信すること、
    を備えた前記方法。
18. 前記無接点電力送信装置からＩＤ要請信号を受信すること、
    前記ＩＤ要請信号に応じてＩＤ応答信号を送信すること、
    前記無接点電力送信装置から最初の無線電力を受信すること、
    を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記電力制御要請信号は、パルス信号を含み、前記パルス信号は、前記受信された無線電力によって生成された電圧を予め定められた電圧と比較することによって生成されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 前記パルス信号は、パワーオフコード、ゲージコード、パワーアップコード、及びパワーダウンコードの何れか１つであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。

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