JP6535003B2 - 無線電力受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線電力伝送技術に関し、より詳しくは、周波数帯域に関係なく無線で電力を受信することができる無線電力受信装置に関するものである。

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伝送技術（wireless power transmission、又はwireless energy transfer）は、１８００年代に入って、電磁気誘導原理を利用した電気モータや変圧器が使用されており、その後には、ラジオ波やレーザのような電磁波を放射して、電気エネルギーを伝送する方法も試みてきた。我々がよく使っている電動歯ブラシや一部の無線カミソリも、電磁気誘導原理で充電される。電磁気誘導とは、導体の周辺で磁場を変化させたとき、電圧が誘導されて電流が流れる現象をいう。電磁気誘導方式は、小型機器を中心に商用化が急速に進んでいるが、電力の伝送距離が短いという問題があった。

現在まで、無線方式によるエネルギー伝達方式は、電磁気誘導の他に、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。

最近には、このような無線電力伝送技術のうち、共振を用いたエネルギー伝達方式が多く使用されている。

共振を用いた無線電力伝送システムは、送信側と受信側のコイルを通じて電力が無線で伝達されるため、使用者は、ポータブル機器のような電子機器を容易に充電することができる。

無線電力送信装置は、無線電力送信装置ごとに周波数帯域を有する電力を受信装置に伝送する。この場合、無線電力受信装置は、該当周波数帯域にマッチングされるように構成されて、特定周波数帯域の電力のみを受信することができる。つまり、従来では、無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域が変わると（無線電力送信装置の電力伝送方式が変わると）、無線電力受信装置は適切に電力を受信することができない問題がある。

本発明は、無線電力送信装置の電力伝送方式に拘らず、電力を受信することができる無線電力受信装置の提供を目的とする。

本発明の実施例に係る無線電力送信装置から無線で電力を受信する無線電力受信装置は、前記無線電力送信装置から磁場を通じて無線で電力を受信する受信コイル及び前記受信コイルの一端及び他端に連結されたスイッチを含み、前記無線電力受信装置は、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域に応じて前記スイッチ動作を制御する。

前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域は、第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、前記第１周波数帯域は、前記第２周波数帯域より小さい。

前記無線電力受信装置は、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域が前記第１周波数帯域である場合、前記スイッチを開放させる。

前記無線電力受信装置は、前記スイッチを開放させて、前記受信コイルのインダクタンスを維持させる。

前記無線電力受信装置は、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域が前記第２周波数帯域である場合、前記スイッチを短絡させる。

前記無線電力受信装置は、前記スイッチを短絡させて、前記受信コイルのインダクタンスを減少させる。

前記無線電力受信装置は、前記受信コイルから伝達された前記第１周波数帯域の電力を整流して、負荷に伝達する第１整流部及び前記受信コイルから伝達された前記第２周波数帯域の電力を整流して、前記負荷に伝達する第２整流部を更に含む。

前記無線電力受信装置は、前記第１整流部に流れる電流及び前記第２整流部に流れる電流を感知して、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域を検出する。

前記無線電力受信装置は、前記第１整流部に流れる電流のみが感知された場合、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域を前記第１周波数帯域と確認して、前記スイッチを開放させる。

前記無線電力受信装置は、前記第２整流部に流れる電流のみが感知された場合、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域を前記第２周波数帯域と確認して、前記スイッチを短絡させる。

本発明の多様な実施例に係る無線電力受信装置は、無線電力送信装置が電力伝送に用いる周波数帯域に関係なく電力を受信することができるため、無線電力受信装置が内臓された端末を使用する使用者の利便性を向上させることができる。即ち、無線電力送信装置が直接結合方式又は誘導結合方式を用いることに拘らず、使用者が便利に端末を充電することができる。

また、本発明の実施例によれば、１つの受信コイルを用いるので、無線電力送信装置の電力伝送方式に関係なく端末の空間を節約することができ、２つ以上のコイルを用いる場合に比べてコストを大幅に節約することができる。

一方、その他の多様な効果は、後述する本発明の実施例に係る詳細な説明において、直接的又は暗示的に開示される。

本発明の一実施例に係る無線電力伝送システムを説明するための図である。 本発明の一実施例に係る送信誘導コイル２１０の等価回路図である。 本発明の一実施例に係る電力供給装置１００と無線電力送信装置２００の等価回路図である。 本発明の一実施例に係る無線電力受信装置３００の等価回路図である。 本発明の他の実施例に係る無線電力受信装置の構成を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る無線電力受信装置の構成を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る無線電力受信装置の構成を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る無線電力受信装置の電力受信方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施例に係る無線電力受信装置の動作を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る無線電力受信装置の動作を説明するための図である。

以下では、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例について、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。

本発明において、電磁気誘導によって電力を伝送する方式は、Ｑ値が相対的に低く、密着した結合（tightly coupling）方式を意味し、共振によって電力を伝送する方式は、Ｑ値が相対的に高く、緩い結合（loosely coupling）方式を意味することができる。

一実施例において、密着した結合（tightly coupling）方式において電力伝送に用いる周波数帯域は、１００乃至３００ｋＨｚの範囲を有することができ、緩い結合（loosely coupling）方式において電力伝送に用いる周波数帯域は、６．７８ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚのいずれかでありうる。しかし、この数値は例示に過ぎないものである。

また、本発明において、共振を用いて電力を送信する緩い結合（loosely coupling）方式は、直接結合（directly coupling）方式と誘導結合（Inductively）方式を含むことができる。

直接結合（directly coupling）方式は、後述する無線電力送信装置及び無線電力受信装置がそれぞれ１つの共振コイルを用いて、直接電力を伝送する方式であり、誘導結合（Inductively）方式は、無線電力送信装置が２つの送信コイルを通じて受信コイルが備えられた無線電力受信装置に電力を伝送する方式である。

図１は、本発明の一実施例に係る無線電力伝送システムを説明するための図である。

図１を参照すると、無線電力伝送システムは、電力供給装置１００、無線電力送信装置２００、無線電力受信装置３００、負荷４００を含むことができる。

一実施例において、電力供給装置１００は、無線電力送信装置２００に含まれる。

一実施例において、無線電力送信装置２００は、共振を用いて無線電力受信装置３００に電力を伝送することができ、無線電力送信装置２００は、送信誘導コイル２１０及び送信共振コイル２２０を含んで、誘導結合（Inductively coupling）方式又は１つの送信誘導コイル２１０のみで構成されて、直接結合(Direct coupling)方式で具現される。

無線電力受信装置３００は、共振を用いて無線電力送信装置２００から無線で電力を受信することができ、無線電力送信装置２００が送信誘導コイル２１０及び送信共振コイル２２０を含んで、誘導結合(Inductively coupling)方式で具現された場合、無線電力受信装置３００も、受信共振コイル３１０及び受信誘導コイル３２０を含んで、誘導結合（Inductively coupling）方式で具現される。

一方、無線電力送信装置２００が送信誘導コイル２１０のみで構成された場合、無線電力受信装置３００も、受信誘導コイル３２０のみで構成されて、直接結合(Directly coupling)方式で具現される。

無線電力受信装置３００は、整流部３３０を更に含むことができる。整流部３３０についての説明は、詳しく後述する。

電力供給装置１００の両端は、送信誘導コイル２１０の両端と連結される。

送信共振コイル２２０は、送信誘導コイル２１０と一定の距離を置いて配置される。

受信共振コイル３１０は、受信誘導コイル３２０と一定の距離を置いて配置される。

受信誘導コイル３２０の両端は、整流部３３０の両端と連結され、負荷４００は、整流部３３０の両端に連結される。一実施例において負荷４００は、無線電力受信装置３００に含まれる。

電力供給装置１００で生成された電力は、無線電力送信装置２００に伝達され、無線電力送信装置２００に伝達された電力は、共振現象によって無線電力送信装置２００と共振をなす、即ち、共振周波数値が同一な無線電力受信装置３００に伝達される。

以下では、より具体的に電力伝送過程を説明する。

電力供給装置１００は、所定周波数を有する交流電力を生成して、無線電力送信装置２００に伝達することができる。

送信誘導コイル２１０は、電力供給装置１００から供給された電力によって交流電流が流れると、電磁気誘導によって物理的に離隔している送信共振コイル２２０にも交流電流が誘導される。

その後、送信共振コイル２２０に伝達された電力は、共振によって無線電力送信装置２００と共振回路をなす無線電力受信装置３００に伝達される。

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、共振によって電力が伝送される。このような共振による電力伝送は、送信共振コイル２２０と受信共振コイル３１０が緩く結合（loosely coupling）されており、一般的な電磁気誘導による密着した結合（tightly coupling）の場合より遠い距離まで電力伝達が可能であり、無線電力送信装置２００と無線電力受信装置３００がより高い配置自由度を有し、高い効率で電力伝達が可能である。

受信共振コイル３１０は、送信共振コイル２２０から共振によって電力を受信することができる。受信された電力によって、受信共振コイル３１０には交流電流が流れ、受信共振コイル３１０に伝達された電力は、電磁気誘導によって、受信共振コイル３１０と誘導結合された受信誘導コイル３２０に伝達される。受信誘導コイル３２０に伝達された電力は、整流部３３０により整流されて、負荷４００に伝達される。

一実施例において、送信誘導コイル２１０、送信共振コイル２２０、受信共振コイル３１０、受信誘導コイル３２０は、スパイラル又はヘリカル構造のいずれかの構造を有することができるが、これに限定されるものではない。

無線電力送信装置２００の送信共振コイル２２０は、磁場を通じて無線電力受信装置３００の受信共振コイル３１０に電力を伝送することができる。

具体的に、送信共振コイル２２０と受信共振コイル３１０は、共振周波数で動作するように共振結合される。

送信共振コイル２２０と受信共振コイル３１０の共振結合によって、無線電力送信装置２００と無線電力受信装置３００との間の電力伝送効率は大いに向上できる。

一実施例において、無線電力伝送システムが電磁気誘導を基に電力伝送を行う場合、無線電力送信装置２００は、送信共振コイル２２０を含まず、無線電力受信装置３００は、受信共振コイル３１０を含まない。

無線電力伝送において、品質指数（Quality Factor）と結合係数（Coupling Coefficient）は重要な意味を有する。即ち、電力伝送効率は、品質指数及び結合係数が大きい値を有するほど向上できる。

品質指数（Quality Factor）は、無線電力送信装置２００又は無線電力受信装置３００の付近に縮尺できるエネルギーの指標を意味することができる。

品質指数（Quality Factor）は、動作周波数（ｗ）、コイルの形状、寸法、素材などによって変わることができる。品質指数は、数式でＱ＝ｗ＊Ｌ/Ｒのように示すことができる。Ｌは、コイルのインダクタンスであり、Ｒは、コイル自体で発生する電力損失量に該当する抵抗を意味する。

品質指数（Quality Factor）は、０から無限大の値を有することができ、品質指数が大きいほど、無線電力送信装置２００と無線電力受信装置３００との間の電力伝送効率が向上できる。

結合係数（Coupling Coefficient）は、送信側コイルと受信側コイルとの間の磁気的結合の程度を意味するものとして、０から１の範囲を有する。

結合係数（Coupling Coefficient）は、送信側コイルと受信側コイルの相対的な位置や距離などによって変わることができる。

図２は、本発明の一実施例に係る送信誘導コイル２１０の等価回路図である。

図２に示されたように、送信誘導コイル２１０は、インダクタＬ１とキャパシタＣ１で構成され、これらによって、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で構成される。

送信誘導コイル２１０は、インダクタＬ１の両端がキャパシタＣ１の両端に連結された等価回路で構成される。つまり、送信誘導コイル２１０は、インダクタＬ１とキャパシタＣ１が並列に連結された等価回路で構成される。

キャパシタＣ１は、可変キャパシタであることがあり、キャパシタＣ１のキャパシタンスが調節されることによって、インピーダンスマッチングが行われる。送信共振コイル２２０、受信共振コイル３１０、受信誘導コイル３２０の等価回路も図２に示されたものと同一でありうる。

図３は、本発明の実施例に係る電力供給装置１００と無線電力送信装置２００の等価回路図である。

図３に示されたように、送信誘導コイル２１０と送信共振コイル２２０は、それぞれ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で構成される。

図４は、本発明の一実施例に係る無線電力受信装置３００の等価回路図である。

図４に示されたように、受信共振コイル３１０と受信誘導コイル３２０は、それぞれ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Ｌ３、Ｌ４と、キャパシタＣ３、Ｃ４で構成される。

整流部３３０は、受信誘導コイル３２０から伝達された交流電力を直流電力に変換して、変換された直流電力を負荷４００に伝達することができる。

具体的に、整流部３３０は、整流器と平滑回路を含むことができる。一実施例において、整流器は、シリコン整流器が用いられ、図４に示されたように、ダイオードＤ１で等価化できる。

整流器は、受信誘導コイル３２０から伝達された交流電力を直流電力に変換することができる。

平滑回路は、整流器で変換された直流電力に含まれた交流成分を除去して、滑らかな直流電力を出力することができる。一実施例において、平滑回路は、図４に示されたように、整流キャパシタＣ５が用いられるが、これに限定されるものではない。

負荷４００は、直流電力を必要とする任意の充電池又は装置でありうる。例えば、負荷４００はバッテリーを意味することができる。

無線電力受信装置３００は、携帯電話、ノート型パソコン、マウスなど電力が必要な電子機器に装着することができる。これによって、受信共振コイル３１０及び受信誘導コイル３２０は、電子機器の形態に適した形状を有することができる。

無線電力送信装置２００は、無線電力受信装置３００とインバンド（In band）又はアウトオブバンド（out of band）通信を用いて、情報を交換することができる。

インバンド（In band）通信は、無線電力伝送に用いられる周波数を有する信号を用いて、無線電力送信装置２００と無線電力受信装置３００との間の情報を交換する通信を意味することができる。無線電力受信装置３００は、スイッチを更に含むことができ、前記スイッチのスイッチング動作により、無線電力送信装置２００から送信される電力を受信したり、受信しないことができる。これによって、無線電力送信装置２００は、無線電力送信装置２００で消耗される電力量を検出して、無線電力受信装置３００に含まれたスイッチのオン又はオフ信号を認識することができる。

具体的に、無線電力受信装置３００は、抵抗とスイッチを用いて、抵抗で吸収する電力量を変化させることで、無線電力送信装置２００で消耗される電力を変更させることができる。無線電力送信装置２００は、前記消耗される電力の変化を感知して、無線電力受信装置３００の状態情報を獲得することができる。スイッチと抵抗は、直列に連結される。一実施例において、無線電力受信装置３００の状態情報は、無線電力受信装置３００の現在充電量、充電量推移に関する情報を含むことができる。

さらに具体的に説明すれば、スイッチが開放されると、抵抗が吸収する電力は０となり、無線電力送信装置２００で消耗される電力も減少する。

スイッチが短絡すると、抵抗が吸収する電力は０より大きくなり、無線電力送信装置２００で消耗される電力は増加する。無線電力受信装置において、このような動作を繰り返すと、無線電力送信装置２００は、無線電力送信装置２００で消耗される電力を検出して、無線電力受信装置３００とデジタル通信を行うことができる。

無線電力送信装置２００は、前記のような動作により、無線電力受信装置３００の状態情報を受信し、これに適合した電力を送信することができる。

これとは反対に、無線電力送信装置２００側に抵抗とスイッチを備えて、無線電力送信装置２００の状態情報を無線電力受信装置３００に伝送することも可能である。一実施例において、無線電力送信装置２００の状態情報は、無線電力送信装置２００が伝送可能な最大供給電力量、無線電力送信装置２００が電力を提供している無線電力受信装置３００の個数、及び無線電力送信装置２００の可用電力量に関する情報を含むことができる。

次に、アウトオブバンド通信について説明する。

アウトオブバンド通信とは、共振周波数帯域ではない別途の周波数帯域を用いて、電力伝送に必要な情報を交換する通信をいう。無線電力送信装置２００と無線電力受信装置３００は、アウトオブバンド通信モジュールを装着して、電力伝送に必要な情報を交換することができる。前記アウトオブバンド通信モジュールは、電力供給装置に装着することもできる。一実施例においてアウトオブバンド通信モジュールは、ブルートゥース（登録商標）（BlueTooth（登録商標））、ジグビー（Zigbee（登録商標））、無線ラン、ＮＦＣ(Near Field Communication)のような近距離通信方式を用いることができるが、これに限定されるものではない。

以下では、図１乃至図４の内容を結び付けて、本発明の実施例に係る無線電力受信装置及び無線電力受信装置の電力受信方法について説明する。

図５は、本発明の他の実施例に係る無線電力受信装置の構成を説明するための図である。

特に、図５は、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が低周波数帯域である場合の無線電力受信装置３００の構成を説明する図である。

図５を参照すると、無線電力受信装置３００は、受信コイル３４０、第１周波数マッチング部３４５、及び第１整流部３７０を含むことができる。

受信コイル３４０は、無線電力送信装置２００から無線で電力を受信することができる。受信コイル３４０が受信する電力が有する周波数帯域は、低周波数帯域となることができ、その周波数帯域は、１００乃至３００ＫＨｚの範囲を有することができるが、これは例示に過ぎないものである。

無線電力受信装置３００が受信する電力が有する周波数帯域が低周波数帯域である場合、受信コイル３４０は、図１で説明した受信誘導コイル３２０に対応し、無線電力受信装置３００は、密着した結合（tightly coupling）方式で具現される。この場合、無線電力送信装置も、図１で説明した送信誘導コイル２１０のみを含むことができ、密着した結合（tightly coupling）方式で具現される。

受信コイル３４０のインダクタンスは、１６ｕＨでありうるが、これは例示に過ぎないものである。

第１周波数マッチング部３４５は、無線電力受信装置３００が用いる周波数帯域を、受信コイル３４０が受信した電力が有する周波数帯域にマッチングさせることができ、周波数帯域をマッチングさせた後、マッチングされた状態の電力を第１整流部３７０に出力することができる。

第１周波数マッチング部３４５は、第１キャパシタＣ６及び第２キャパシタＣ７を含むことができる。第１キャパシタＣ６及び第２キャパシタＣ７のそれぞれは、固定キャパシタ及び可変キャパシタのいずれかでありうる。例えば、第１キャパシタＣ６及び第２キャパシタＣ７が固定キャパシタである場合、第１キャパシタＣ６のキャパシタンスは１３７ｎＦ、第２キャパシタＣ７のキャパシタンスは、１．６ｎＦでありうるが、これは例示に過ぎない数値である。

第１周波数マッチング部３４５は、受信コイル３４０のインダクタンス及び、第１キャパシタＣ６及び第２キャパシタＣ７のキャパシタンスを用いて、周波数マッチングを行うことができる。

第１整流部３７０は、第１周波数マッチング部３４５から周波数がマッチングされた状態の電力を受信して、負荷４００に伝達することができる。具体的に、第１整流部３７０は、周波数マッチング部３４５から周波数マッチングが完了した状態の交流電力を受信して、受信した交流電力を直流電力に整流し、整流された直流電力を負荷４００に伝達することができる。

図６は、本発明の他の実施例に係る無線電力受信装置の構成を説明するための図である。

特に、図６は、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が高周波数帯域である場合の無線電力受信装置３００の構成を説明する図である。

図６を参照すると、無線電力受信装置３００は、受信コイル３５０、第２周波数マッチング部３５５、及び第２整流部３８０を含むことができる。

受信コイル３５０は、無線電力送信装置２００から無線で電力を受信することができる。受信コイル３５０が受信する電力が有する周波数帯域は、高周波数帯域となることができ、その周波数帯域は、６．７８ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚのいずれかでありうるが、これは例示に過ぎないものである。

無線電力受信装置３００が受信する電力が有する周波数帯域が高周波数帯域である場合、受信コイル３５０は、図１で説明した受信誘導コイル３２０に対応し、無線電力受信装置３００は、緩い結合（loosely coupling）方式のうち、直接結合方式で具現される。

他の実施例において、無線電力受信装置３００が受信する電力が有する周波数帯域が高周波数帯域である場合、受信コイル３５０は、図１で説明した受信誘導コイル３２０に対応し、無線電力受信装置３００は、受信共振コイル（図示せず）を更に含んで、緩い結合（loosely coupling）方式のうち、誘導結合方式で具現される。

受信コイル３５０のインダクタンスは２ｕＨでありうるが、これは例示に過ぎないものである。

第２周波数マッチング部３５５は、無線電力受信装置３００が用いる周波数帯域を、受信コイル３５０が受信した電力が有する周波数帯域にマッチングさせることができ、マッチングされた状態の電力を第２整流部３８０に出力することができる。

第２周波数マッチング部３５５は、第３キャパシタＣ８及び第４キャパシタＣ９を含むことができる。第３キャパシタＣ８及び第４キャパシタＣ９のそれぞれは、固定キャパシタ及び可変キャパシタのいずれかでありうる。

例えば、第３キャパシタＣ８及び第２キャパシタＣ９が固定キャパシタである場合、第３キャパシタＣ８のキャパシタンスは１ｎＦ、第４キャパシタＣ９のキャパシタンスは０．１ｎＦでありうるが、これは例示に過ぎない数値である。

第２周波数マッチング部３５５は、受信コイル３５０のインダクタンス及び、第３キャパシタＣ８及び第４キャパシタＣ９のキャパシタンスを用いて、周波数マッチングを行うことができる。

第２整流部３８０は、第２周波数マッチング部３５５から周波数がマッチングされた状態の電力を受信して、負荷４００に伝達することができる。

具体的に、第２整流部３８０は、第２周波数マッチング部３５５から周波数マッチングが完了した状態の交流電力を受信して、受信した交流電力を直流電力に整流し、整流された直流電力を負荷４００に伝達することができる。

図５と図６の実施例を比較してみると、密着した結合（tightly coupling）を用いて、電力を伝送する無線電力送信装置の電力伝送に用いられる周波数帯域は、１００乃至３００ＫＨｚの範囲を有し、緩い結合（loosely coupling）を用いて、電力を伝送する無線電力送信装置の電力伝送に用いられる周波数帯域は、６．７８ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚである。

したがって、密着した結合（tightly coupling）方式における受信コイル３４０のインダクタンス、第１キャパシタＣ６のキャパシタンス、及び第２キャパシタＣ７のキャパシタンスのそれぞれは、緩い結合（loosely coupling）方式における受信コイル３５０のインダクタンス、第３キャパシタＣ８のキャパシタンス、及び第４キャパシタＣ９のキャパシタンスのそれぞれより大きい値を有することができる。

即ち、無線電力送信装置２００の電力伝送方式が変わることによって、受信コイルのインダクタンス、周波数マッチング部に含まれたキャパシタのキャパシタンスが変わることができる。

本発明の実施例では、電力伝送方式がそれぞれ異なる無線電力送信装置２００から電力を受信する場合、該当無線電力送信装置２００の電力伝送方式に合わせて電力を受信することができる無線電力受信装置を提供しようとする。

図７は、本発明の他の実施例の係る無線電力受信装置の構成を説明するための図である。

図７を参照すると、無線電力受信装置３００は、受信コイル３６０、第１周波数マッチング部３４５、第１整流部３７０、第２周波数マッチング部３５５、第２整流部３８０、スイッチ３９０、及び制御部３９５を含むことができる。

また、図７において、図１乃至図６で説明した内容と重複する部分の詳しい説明は省略する。

前記受信コイル３６０と、前記第１周波数マッチング部３４５、第１整流部３７０、及び前記負荷４００は、互いに従属連結され、前記受信コイル３６０と、前記第２周波数マッチング部３５５、第２整流部３８０、及び前記負荷４００は、互いに従属連結される。そして、前記スイッチ３９０は、前記第１周波数マッチング部３４５の一端と前記第２周波数マッチング部３５５の一端との間に連結される。

受信コイル３６０は、無線電力送信装置から低周波数帯域又は高周波数帯域の電力を無線で受信することができる。例えば、低周波数帯域は、１００乃至３００ｋＨｚの範囲を有することができ、高周波数帯域は、６．７８ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚのいずれかでありうる。しかし、これは例示に過ぎないものである。

一実施例において、無線電力送信装置２００の電力伝送に用いられる周波数帯域が低周波数帯域である場合、無線電力送信装置２００は、密着した結合（tightly coupling）方式で具現される。

一実施例において、無線電力送信装置２００の電力伝送に用いられる周波数帯域が高周波数帯域である場合、無線電力送信装置２００は、緩い結合（loosely coupling）方式で具現される。

受信コイル３６０は、ヘリカルとスパイラルタイプのいずれかのタイプで構成することができる。

スイッチ３９０は、制御部３９５の制御によってターンオフ又はターンオンすることができる。一実施例において、スイッチ３９０のターンオフは、スイッチ３９０が開放された状態、スイッチ３９０のターンオンは、スイッチが短絡した状態を意味することができる。

一実施例において、スイッチ３９０は、モスフェット（ＭＯＳＦＥＴ）又は電磁石を用いたスイッチでありうるが、これに限定されるものではない。

スイッチ３９０は、受信コイル３６０の一端及び他端に連結され、制御部３９５の制御によって短絡又は開放されて、受信コイル３６０のインダクタンスを変更させることができる。

制御部３９５は、無線電力受信装置３００の動作を全般的に制御することができる。

特に、制御部３９５は、無線電力送信装置から受信する電力の周波数帯域を検出することができる。一実施例において、制御部３９５は、スイッチ３９０の動作を開放又は短絡させることで、無線電力送信装置から受信する電力の周波数帯域が低周波数帯域であるか高周波数帯域であるかを検出することができる。

制御部３９５は、検出された周波数帯域に応じてスイッチ３９０の動作を制御して、受信コイル３６０のインダクタンスを変更させることができる。

次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の一実施例に係る無線電力受信装置の電力受信方法を説明する。このために、図８乃至図１０に図１乃至図７の内容を結び付けて、無線電力受信装置の電力受信方法を説明する。

図８は、本発明の一実施例に係る無線電力受信装置の電力受信方法を説明するためのフローチャートである。

図８を参照すると、無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置２００の電力伝送に用いられる周波数帯域を検出するためにスイッチ３９０をターンオフさせる（Ｓ１０１）。一実施例において、無線電力送信装置２００の電力伝送に用いられる周波数帯域は、低周波数帯域又は高周波数帯域となることができる。例えば、低周波数帯域は、１００乃至３００ｋＨｚの範囲を有することができ、高周波数帯域は、６．７８ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚのいずれかでありうる。しかし、これは例示に過ぎないものである。

一実施例において、無線電力送信装置２００の電力伝送に用いられる周波数帯域が低周波数帯域である場合、無線電力送信装置２００は、密着した結合（tightly coupling）方式で具現される。

一実施例において、無線電力送信装置２００の電力伝送に用いられる周波数帯域が高周波数帯域である場合、無線電力送信装置２００は、緩い結合（loosely coupling）方式で具現される。

一実施例において、スイッチ３９０がターンオフされた状態は、スイッチ３９０が開放された状態、スイッチ３９０がターンオンされた状態は、スイッチ３９０が短絡した状態を意味することができる。無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置２００から受信した電力が有する周波数帯域が低周波数帯域であるか高周波数帯域であるかを確認するために、スイッチ３９０をターンオフさせることができる。

その後、無線電力受信装置３００は、スイッチ３９０がターンオフされた状態で無線電力送信装置２００から無線で電力を受信する（Ｓ１０３）。即ち、無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置から密着した結合（tightly coupling）方式又は緩い結合（loosely coupling）方式により無線で電力を受信することができる。

その後、無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域を検出するために、受信された電力によって発生する第１整流部３７０の電流及び第２整流部３８０の電流を感知する（Ｓ１０５）。一実施例において、無線電力受信装置３００は、第１整流部３７０に流れる電流及び第２整流部３８０に流れる電流を感知することで、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が高周波数帯域であるか低周波数帯域であるかを確認することができる。

他の実施例において、制御部３９５は、第１整流部３７０に流れる電流及び第２整流部３８０に流れる電流ではない、第１整流部３７０の出力電圧及び第２整流部３８０の出力電圧を感知することで、無線電力送信装置２００が伝送する電力の周波数帯域を検出することもできる。

一実施例において、第１整流部３７０でのみ電流が感知される場合、無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域を低周波数帯域と判断することができる。これについては、図９を参照して詳しく説明する。

図９は、本発明の一実施例に係る無線電力受信装置の動作を説明するための図である。

図９を参照すると、制御部３９５は、スイッチ３９０をターンオフさせることができる。スイッチ３９０がターンオフされた状態は、図９に示されたように、スイッチ３９０が開放された状態を意味することができる。この状態で受信コイル３６０は、無線電力送信装置から電力を受信することができ、制御部３９０は、第１整流部３７０及び第２整流部３９０に流れる電流を感知することができる。

もし、第１整流部３７０でのみ電流が流れることが感知された場合、制御部３９５は、無線電力送信装置２００が伝送する電力の周波数帯域を低周波数帯域と確認することができる。つまり、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が低周波数帯域である場合、受信コイル３６０が受信した電力は、低周波数帯域の周波数にマッチングされた第１周波数マッチング部３４５を経て第１整流部３７０に伝達されて、第１整流部３７０に電流を流すことができるが、第２周波数マッチング部３５５は、高周波数帯域の周波数にマッチングされ、低周波数帯域の電力を通過させることができないからである。

他の実施例において、第１整流部３７０及び第２整流部３８０のそれぞれに電流が流れることを感知することもできる。この場合、第１整流部３７０で流れる電流が第２整流部３８０で流れる電流より大きく、第２整流部３８０で流れる電流が第１整流部３７０で流れる電流に比べて無視できるほど小さければ、制御部３９５は無線電力送信装置２００が伝送する電力の周波数帯域を低周波数帯域と確認することができる。

図８に戻って説明する。

その後、無線電力受信装置３００は、第１整流部３７０の電流のみが検出されたかを確認し（Ｓ１０７）、第１整流部３７０の電流のみが感知された場合、無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が低周波数帯域であることを確認する（Ｓ１０９）。無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が低周波数帯域であることが確認された場合、スイッチ３９０の動作をターンオフに維持させて、電力を受信することができる。つまり、無線電力受信装置３００は、図９のように、スイッチ３９０を開放させて、低周波数帯域の電力を受信することができる。この場合、スイッチ３９０が開放された状態で動作するので、受信コイル３６０のインダクタンスは変更されない。

一方、第１整流部３７０の電流のみが検出されない場合、無線電力受信装置３００は、スイッチ３９０をターンオンさせる（Ｓ１１１）。

無線電力受信装置３００は、スイッチ３９０をターンオンさせた状態で第２整流部３８０の電流のみが感知されるかを確認する（Ｓ１１３）。

もし、第２整流部３８０の電流のみが感知された場合、無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が高周波数帯域であることを確認する（Ｓ１１５）。ステップＳ１１１乃至Ｓ１１３については、図１０を参照して説明する。

図１０は、本発明の他の実施例に係る無線電力受信装置の動作を説明するための図である。

図１０を参照すると、制御部３９５は、スイッチ３９０をターンオンさせることができる。スイッチ３９０がターンオンされた状態は、図１０に示されたように、スイッチ３９０が短絡した状態を意味することができる。この状態で受信コイル３６０は、無線電力送信装置から電力を受信することができ、制御部３９０は、第１整流部３７０及び第２整流部３９０に流れる電流を感知することができる。

もし、第２整流部３８０でのみ電流が流れることが感知された場合、制御部３９５は、無線電力送信装置２００が伝送する電力の周波数帯域を高周波数帯域と確認することができる。つまり、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が高周波数帯域である場合、受信コイル３６０が受信した電力は、高周波数帯域の周波数にマッチングされた第２周波数マッチング部３５５を経て第２整流部３８０に伝達されて、第２整流部３８０に電流を流すことができるが、第１周波数マッチング部３４５は、低周波数帯域の周波数にマッチングされ、高周波数帯域の電力を通過させることができないからである。

無線電力受信装置３００は、無線電力送信装置２００が電力伝送に用いる周波数帯域が、高周波数帯域であることが確認された場合、スイッチ３９０の動作をターンオンに維持させて、電力を受信することができる。つまり、無線電力受信装置３００は、図１０のように、スイッチ３９０を短絡させて、高周波数帯域の電力を受信することができる。この場合、スイッチ３９０が短絡することにより、受信コイル３６０の全体ではない一部分のみが用いられる。これによって、受信コイル３６０のインダクタンスは変更される。例えば、受信コイル３６０の全体インダクタンスが１６ｕＨである場合、無線電力受信装置３００が高周波数帯域の電力を受信すると、スイッチ３９０の短絡によって受信コイル３９０のインダクタンスは２ｕＨに減少する。一方、無線電力受信装置３００が低周波数帯域の電力を受信すると、スイッチ３９０の開放によって受信コイル３９０は元来のインダクタンスである１６ｕＨを有することができる。

本発明の多様な実施例に係る無線電力受信装置は、無線電力送信装置が電力伝送に用いる周波数帯域に関係なく電力を受信することができるため、無線電力受信装置が内臓された端末を使用する使用者の利便性を向上させることができる。即ち、無線電力送信装置が直接結合方式又は誘導結合方式を用いることに拘らず、使用者が便利に端末を充電することができる。

また、本発明の実施例によれば、１つの受信コイルを用いるので、無線電力送信装置の電力伝送方式に関係なく端末の空間を節約することができ、２つ以上のコイルを用いることに比べてコストを大幅に節約することができる。

前述した本発明に係る方法は、コンピュータで実行されるためのプログラムとして製作されて、コンピュータにより読取できる記録媒体に格納することができ、コンピュータにより読取可能な記録媒体は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ-ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ格納装置などがあり、また、キャリアウェーブ（例えば、インターネットを通じた伝送）の形態として具現されることも含む。

コンピュータにより読取できる記録媒体は、ネットワークにより連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータにより読取できるコードが格納され実行できる。そして、前記方法を具現するための機能的な（function）プログラム、コード、及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマーにより容易に推論できる。

また、以上では、本発明の好ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は、前述した特定の実施例に限定されるものではなく、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により多様な変形実施が可能であることは勿論であり、このような変形実施は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。

本発明の実施例に係る無線電力受信装置４００は、携帯電話、スマートフォン(smart phone)、ノート型パソコン(laptop computer)、デジタル放送用端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ＰＭＰ(Portable Multimedia Player)、ナビゲーションなどのような移動端末に装着することもできる。

しかし、本明細書に記載された実施例に係る構成は、移動端末にのみ適用可能な場合を除外すれば、デジタルＴＶ、デスクトップパソコンなどのような固定端末にも適用可能であることを本技術分野の当業者であれば、容易に分かるはずである。

１００：電力供給装置
２００：無線電力送信装置
２１０：送信誘導コイル
２２０：送信共振コイル
３００：無線電力受信装置
３１０：受信共振コイル
３２０：受信誘導コイル
３３０：整流部
４００：負荷

Claims (6)

1. 無線電力送信装置から無線で第１周波数帯域の電力及び第２周波数帯域の電力を受信する無線電力受信装置であって、
   前記無線電力送信装置から磁場を通じて無線で前記第１周波数帯域の電力及び前記第２周波数帯域の電力を受信する受信コイルと、
   前記受信コイルから伝達された前記第１周波数帯域の電力を整流して、負荷に伝達する第１整流部と、
   前記受信コイルから伝達された前記第２周波数帯域の電力を整流して、前記負荷に伝達する第２整流部と、
   前記受信コイルと前記第１整流部との間に配置され、前記第１周波数帯域にマッチングされる第１周波数マッチング部と、
   前記受信コイルと前記第２整流部との間に配置され、前記第２周波数帯域にマッチングされる第２周波数マッチング部と、
   前記第１周波数マッチング部の一端と前記第２周波数マッチング部の一端との間に連結されるスイッチと、
   前記第１整流部及び前記第２整流部から整流された電力を受信する負荷と、
   前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域に応じて前記スイッチの動作を制御する制御部と、
   を含み、
   前記第１周波数帯域は、前記第２周波数帯域より小さく、
   前記制御部は、前記スイッチを開放させた後、前記無線電力送信装置から無線電力を受信するとき前記第１整流部に流れる電流が感知されると、前記受信された無線電力送信装置の無線電力が前記第１周波数帯域であると判断し、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域が前記第１周波数帯域である場合、前記スイッチを開放させて、前記受信コイルのインダクタンスを維持させ、
   前記スイッチを短絡させた後、前記無線電力送信装置から無線電力を受信するとき前記第２整流部に流れる電流が感知されると、前記受信された無線電力送信装置の無線電力が前記第２周波数帯域であると判断し、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域が前記第２周波数帯域である場合、前記スイッチを短絡させて、前記受信コイルのインダクタンスを減少させる、
   ことを特徴とする、無線電力受信装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１整流部に流れる電流が前記第２整流部に流れる電流より大きい場合、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域を前記第１周波数帯域と確認して、
   前記スイッチを開放させることを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
3. 前記制御部は、
   前記第２整流部に流れる電流が前記第１整流部に流れる電流より大きい場合、前記無線
   電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域を前記第２周波数帯域と確認して、
   前記スイッチを短絡させることを特徴とする、請求項２に記載の無線電力受信装置。
4. 前記制御部は、
   前記第１整流部の出力電圧及び前記第２整流部の出力電圧を感知して、前記無線電力送信装置が伝送する電力の周波数帯域を検出することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
5. 前記第１周波数マッチング部及び前記第２周波数マッチング部は、それぞれ複数のキャパシタで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
6. 前記第１周波数マッチング部及び前記第２周波数マッチング部は、前記無線電力受信装置が用いる周波数帯域を、前記受信コイルが受信した電力が有する周波数帯域にマッチングさせ、
   前記第１周波数マッチング部は、マッチングされた電力を前記第１整流部に、前記第２周波数マッチング部は、マッチングされた電力を前記第２整流部に出力することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。