(57)【要約】  本発明は、携帯型電子機器の充電装置に関し、特に誘導結合を用いた無接点充電システムに関する。本発明の無接点充電システムは、１次コイル及び無線受信モジュールを含む第１充電ユニット、１次コイルと磁気的に結合される２次コイル及び無線送信モジュールを含む第２充電ユニット、並びに第２充電ユニットから充電電圧が提供されるバッテリーからなる。特に、第１充電ユニットは、商用交流電圧が印加されることによって商用周波数以上の交流電力パルスを生成し、これを１次コイルに印加して２次コイルに高周波交流電圧パルスを誘導する手段を含み、第２充電ユニットは、２次コイルによって誘導される交流電圧パルスのパルス間の遊休時間を用いてバッテリーの充電状態情報を第１充電ユニットに伝送する手段を含む。よって、１次コイルと２次コイルとの間の電力信号と、無線送信モジュールと無線受信モジュールとの間の通信信号とが時間的に重畳しなくなる。
2009504117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合のための２次コイル、データを無線送信するための無線送信モジュール、バッテリーの充電状態を調節する充電制御回路、及び再充電可能なバッテリーを含むバッテリー装置と無接点で結合される装置であって、
前記２次コイルに充電電力を誘導する１次コイルと、
前記無線送信モジュールから充電状態情報を受信するための無線受信モジュールと、
前記１次コイルと２次コイルとの間の電力信号と、前記無線送信モジュールと無線受信モジュールとの間の通信信号とが時間的に相互重畳しないように前記１次コイルを駆動させる駆動手段と、を含むことを特徴とする充電電力供給装置。
【請求項２】
前記充電電力は、商用周波数以上の交流電圧をパルス幅変調した電力パルス列であることを特徴とする請求項１に記載の充電電力供給装置。
【請求項３】
前記通信信号は、前記電力パルス列の立下りエッジに同期して伝送されることを特徴とする請求項２に記載の充電電力供給装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記充電状態情報を分析し、その分析結果に基づいて１次コイルを駆動する電力パルスの幅を調節することを特徴とする請求項１に記載の充電電力供給装置。
【請求項５】
前記充電状態情報には、バッテリーの充電電圧、充電電流の他に充電スタート信号が含まれることを特徴とする請求項４に記載の充電電力供給装置。
【請求項６】
商用交流電圧を直流に変換するための整流器をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の充電電力供給装置。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記整流器からの直流電圧を用いて商用周波数（６０Ｈｚ）以上の交流電圧を生成する電圧変換手段と、
前記交流電圧を用いて１次コイルに印加するパルス幅変調信号を生成するためのパルス幅変調器と、
前記充電状態情報を分析し、該分析結果に基づいて前記パルス幅変調器を制御するための制御機と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の充電電力供給装置。
【請求項８】
前記無線受信モジュールは、前記無線送信モジュールから充電状態信号を受信するためのアンテナと、
前記充電状態信号から充電状態情報を復元するための復調器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の充電電力供給装置。
【請求項９】
前記アンテナが前記１次コイルを囲むように配置されることを特徴とする請求項８に記載の充電電力供給装置。
【請求項１０】
商用交流電圧を用いて商用周波数以上の交流電圧パルスを生成する充電電力供給装置から無接点で電力が供給され、該電力を用いて再充電可能なバッテリーを充電する装置であって、
前記充電電力供給装置の１次コイルと磁気的に結合されて前記交流電圧パルスに対応する誘導起電力パルスを生成する２次コイルと、
前記誘導起電力パルスに基づいてバッテリーを充電させる定電圧及び定電流を生成する充電制御回路と、
前記誘導起電力パルスの立下りエッジをチェックして立下りが感知されると、バッテリーの充電状態情報のフィードバック応答信号を前記充電電力供給装置に無線でフィードバックするフィードバック制御手段と、を含むことを特徴とする充電装置。
【請求項１１】
バッテリーの充電状態をモニタリングして充電状態情報を生成し、これをメモリに保存するモニタリング回路と、
前記充電状態情報及びバッテリー仕様情報を保存するメモリと、
前記充電状態情報に基づいてフィードバック応答信号を生成し、このフィードバック応答信号を前記充電電力供給装置に無線で伝送する無線送信モジュールと、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の充電装置。
【請求項１２】
前記充電状態情報はバッテリーの充電電圧、充電電流の情報を含むことを特徴とする請求項１０に記載の充電装置。
【請求項１３】
前記フィードバック制御手段は、
立下り検出時に前記メモリに充電状態情報が存在しない場合に、充電電力の供給を要請する充電スタート信号を生成し、これをフィードバック応答信号として前記無線送信モジュールに伝達することを特徴とする請求項１１に記載の充電装置。
【請求項１４】
前記無線送信モジュールは、
前記フィードバック応答信号を変調するための変調器と、
前記変調されたフィードバック応答信号を送信するためのアンテナと、からなることを特徴とする請求項１０に記載の充電装置。
【請求項１５】
前記アンテナが前記２次コイルを囲んでいることを特徴とする請求項１４に記載の充電装置。
【請求項１６】
商用交流電源を用いて商用周波数以上のパルス幅変調信号を生成する電力供給装置から無接点で充電電力が供給されるバッテリー装置であって、
再充電可能なバッテリーと、
前記電力供給装置の１次コイルと磁気的に結合されて前記パルス幅変調信号に対応する誘導起電力パルスを生成する２次コイルと、
前記誘導起電力に基づいてバッテリーを充電させる定電圧及び定電流を生成し、これを用いて前記バッテリーを充電する充電制御回路と、
前記誘導起電力パルスの立下りエッジを検出する立下り検出器と、
バッテリーの充電状態情報及びバッテリー仕様情報を保存するメモリと、
前記バッテリーの充電状態をモニタリングして充電状態情報を生成し、これを前記メモリに保存するモニタリング回路と、
前記充電状態情報を変調してフィードバック応答信号を生成し、これを前記電力供給装置に無線で伝送する無線送信モジュールと、
前記立下りエッジを検出すれば、前記メモリから充電状態情報を読み出して、該充電状態情報を前記無線送信モジュールに伝達するフィードバック制御機と、を含むことを特徴とするバッテリー装置。
【請求項１７】
前記バッテリーを過充電または過電流から保護するための保護回路をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のバッテリー装置。
【請求項１８】
前記充電状態情報にはバッテリーの充電電圧、充電電流の情報が含まれることを特徴とする請求項１６に記載のバッテリー装置。
【請求項１９】
前記フィードバック制御機は、
前記メモリに充電状態情報が存在しない場合に、充電電力の供給を要請する充電スタート信号を生成することを特徴とする請求項１６に記載のバッテリー装置。
【請求項２０】
前記２次コイルによって生成される交流電圧を直流電圧に変換する整流器をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のバッテリー装置。
【請求項２１】
前記無線送信モジュールは、
前記フィードバック応答信号を変調するための変調器と、
前記変調されたフィードバック応答信号を送信するためのアンテナと、からなることを特徴とする請求項１６に記載のバッテリー装置。
【請求項２２】
前記アンテナが前記２次コイルを囲んでいることを特徴とする請求項２１に記載のバッテリー装置。
【請求項２３】
１次コイル及び無線受信モジュールを含む第１充電ユニット、前記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル及び無線送信モジュールを含む第２充電ユニット、並びに前記第２充電ユニットから充電電圧が提供されるバッテリーからなる無接点充電システムにおけるバッテリー充電方法であって、
（Ａ）幅Ｗ１を持つ電力パルス列を１次コイルに印加することによって対応する磁界を外部に放射するステップと、
（Ｂ）前記第１コイルと第２コイルとが磁気的に結合されたことを確認する充電スタート信号を前記第２充電ユニットから無線で応答されるステップと、
（Ｃ）前記充電スタート信号に応じて、少なくとも前記Ｗ１より大きいパルス幅Ｗ２を持つ充電電力パルス列を生成し、これを１次コイルに印加することによって２次コイルに対応する誘導起電力パルスを生成するステップと、
（Ｄ）前記誘導起電力パルスを用いて前記バッテリーを充電するステップと、
（Ｅ）前記バッテリーの充電状態情報を第２充電ユニットからフィードバックされるステップと、
（Ｆ）前記充電状態情報に基づいて前記充電電力パルス列のパルス幅を調節するステップと、を含み、
前記第２充電ユニットからの無線フィードバック信号は前記誘導起電力パルスの立下りエッジに同期されて伝送されることを特徴とする無接点充電方法。
【請求項２４】
前記（Ｆ）ステップにおいて、
前記充電状態情報を分析した結果がバッテリーがフル充電された状態である場合、前記１次コイルに印加される電力パルス列のパルス幅Ｗ３を、前記Ｗ２より小さく、且つ前記Ｗ１以上であるように調節することを特徴とする請求項２３に記載の充電方法。
【請求項２５】
前記パルス幅Ｗ３が前記Ｗ１と同一であることを特徴とする請求項２４に記載の充電方法。
【請求項２６】
前記（Ｂ）ステップはさらに、
前記第１コイルと第２コイルとが磁気的に結合されることによって第２コイルから誘導起電力パルスが生成されるステップと、
前記誘導起電力パルスの立下りエッジをチェックしてメモリから充電状態情報を読み出すステップと、
前記メモリに充電状態情報が記録されていない場合、初期充電であると判断して初期充電信号を生成するステップと、
前記初期充電信号を無線送信モジュールを経由して第１充電ユニットの無線受信モジュールに伝送するステップと、からなることを特徴とする請求項２３に記載の充電方法。
【請求項２７】
前記電力パルス列は、商用周波数以上の高周波交流電圧をパルス幅変調して生成することを特徴とする請求項２３に記載の充電方法。
【請求項２８】
前記充電状態情報は、少なくともバッテリーの充電電圧値または充電電流値を含むことを特徴とする請求項２３に記載の充電方法。
【請求項２９】
前記（Ａ）ステップはさらに、
商用交流電圧を直流に整流するステップと、
整流された直流を用いて商用周波数以上の交流電圧を生成するステップと、
前記交流電圧をパルス幅変調して幅Ｗ１を持つ電力パルス列を生成するステップと、
前記電力パルス列を１次コイルに印加するステップと、からなることを特徴とする請求項２３に記載の充電方法。
【請求項３０】
前記（Ｄ）ステップはさらに、
前記誘導起電力（交流電圧）を直流に整流するステップと、
整流された直流電圧を用いてバッテリーに充電する一定レベルの定電圧及び定電流を生成するステップと、
バッテリー電圧が一定レベルに達するまで定電流モードでバッテリーを充電し、一定レベル以上の電圧に達すれば、充電電流の量を調節して定電圧モードでバッテリーを充電するステップと、からなることを特徴とする請求項２３に記載の充電方法。
【請求項３１】
前記（Ｅ）ステップはさらに、
２次コイルから誘起される誘導起電力パルスの立下りエッジをチェックするステップと、
立下りエッジがチェックされれば、メモリから充電状態情報を読み出すステップと、
前記充電状態情報に基づいてフィードバック応答信号を生成し、これを無線送信モジュールを通じて第１充電ユニットの無線受信モジュールに伝送するステップと、からなることを特徴とする請求項２３に記載の充電方法。
【請求項３２】
前記（Ｆ）ステップはさらに、
充電状態情報を分析し、バッテリーがフル充電されたか否かを判断するステップと、
バッテリーがフル充電されていない場合、充電状態に対応するように１次コイルに印加される電力パルスのパルス幅を調節するステップと、を含むことを特徴とする請求項２３に記載の充電方法。
【請求項３３】
１次コイル及び無線受信モジュールを含む第１充電ユニット、前記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル及び無線送信モジュールを含む第２充電ユニット、並びに前記第２充電ユニットから充電電圧が提供されるバッテリーからなる無接点充電システムにおいて、
前記第１充電ユニットは、
商用交流電源から電圧が印加されることによって商用周波数以上の交流電力パルスを生成し、これを１次コイルに印加して前記２次コイルに高周波交流電圧パルスを誘導する手段を含み、
前記第２充電ユニットは、
前記２次コイルによって誘導される交流電圧パルスのパルス間遊休時間を用いてバッテリーの充電状態情報を前記第１充電ユニットに伝送する手段を含み、
前記１次コイルと２次コイルとの間の電力信号と前記無線送信モジュールと無線受信モジュールとの間の通信信号とが時間的に重畳しないことを特徴とする無接点充電システム。
【請求項３４】
前記送信手段は、
誘導起電力パルスの立下りエッジを検出し、立下りエッジの検出と同時に前記バッテリー充電状態情報を伝送することを特徴とする請求項３３に記載の無接点充電システム。
【請求項３５】
前記第１充電ユニットの誘導手段は、
商用交流電圧を整流した直流電圧に基づいて商用周波数以上の交流電圧を生成する手段と、
前記商用周波数以上の交流電圧を用いてパルス幅変調信号を生成する手段と、を含むことを特徴とする請求項３４に記載の無接点充電システム。
【請求項３６】
前記第１充電ユニットは、
前記バッテリー充電状態情報を分析して前記パルス幅を調節する手段をさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の無接点充電システム。
【請求項３７】
前記バッテリー充電状態情報にはバッテリーの充電電圧、充電電流が含まれることを特徴とする請求項３４に記載の無接点充電システム。
【請求項３８】
前記第２充電ユニットは、
前記２次コイルから生成される誘導起電力パルスの立下りエッジを検出する手段と、
前記立下りエッジの検出に応じてバッテリー充電状態情報を抽出し、前記充電状態情報を用いて第１充電ユニットの無線受信モジュールに送信するフィードバック応答信号を生成する手段と、をさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載の無接点充電システム。
【請求項３９】
前記第２充電ユニットは、
前記２次コイルから生成される誘導起電力を直流に整流する手段と、
前記整流された直流電圧を用いてバッテリーに供給する定電圧及び定電流を生成する手段と、をさらに含むことを特徴とする請求項３８に記載の無接点充電システム。
【請求項４０】
前記第２充電ユニットは、
バッテリーの充電電圧及び充電電流を検出する手段と、
前記充電電圧及び充電電流を保存する手段と、をさらに含むことを特徴とする請求項３９に記載の無接点充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型電子機器の充電装置に関し、特に誘導結合を用いた無接点充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信端末、ＰＤＡなどのような携帯型電子機器には、再充電可能な２次電池（バッテリー）が装着される。２次電池（バッテリー）を充電するためには、家庭用や商用の電源を用いて携帯型電子機器のバッテリーに電気エネルギーを供給する別の充電装置が必要である。通常、充電装置及びバッテリーには外部にそれぞれ別の接触端子が構成されており、２つの接触端子を互いに接続させることによって充電装置とバッテリーとを電気的に連結する。
【０００３】
しかし、このように接触端子が外部に突出すると、外観上良くなく、接触端子が外部の異物に汚染されて接触状態が不良になり易いという問題点がある。また、ユーザーの不注意でバッテリーに短絡が発生したり、多湿環境下に晒せば、充電エネルギーが消失し易い恐れがある。
【０００４】
このような接触式充電方式の問題点を解決するために、充電装置とバッテリーとを非接触方式で充電する無線充電システムが提案された。韓国公開特許第２００２−５７４６８号、韓国公開特許第２００２−５７４６９号、韓国登録特許第３６３４３９号、韓国登録特許第４２８７１３号、韓国公開特許第２００２−３５２４２号、韓国登録実用新案第２１７３０３号、英国公開特許第２，３１４，４７０号、及び米国公開特許第２００３／０２１０１０６号は、充電母体の１次コイルとバッテリーパックの２次コイル間の誘導結合を用いて、接触端子を持たずにバッテリーを充電させる非接触式充電システムを開示する。
【０００５】
また、韓国公開特許第２００４−８７０３７号公報は、バッテリーの電圧及び電流を測定して使用時間及び充電容量などの情報を蓄積し、このように蓄積された情報に基づいてバッテリーの充電、放電容量を補正するための制御回路を含む無接点充電バッテリーパックを開示する。特に、前記制御回路は、バッテリーで検出される充電電圧及び温度センサー部で検出されるバッテリーの温度に基づいて、充電電圧及びバッテリー温度を補償する補償回路をさらに含む。しかし、韓国公開特許第２００４−８７０３７号公報は、バッテリーの充電状態情報（充電電流、充電電圧など）がフィードバックされ、この充電状態情報に対応する充電電力を生成する電力供給装置やこれを用いた無接点充電システムを開示していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、１次コイルと２次コイルとの誘導結合を用いた無接点充電システムにおいて、無線でバッテリー状態情報のフィードバックを受けてバッテリーの状態に最も好適な充電電力を生成することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、第１充電ユニット（充電母体）と第２充電ユニット（バッテリーパック）間の電力信号と通信信号間の干渉現象を解消することを他の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、不要な電力消耗を防止できるように、１次コイルと２次コイルとが磁気的に完全に結合された後、充電電力を供給することをさらに他の目的とする。
【０００９】
また、本発明は、バッテリーの充電状態を待機モード、充電モード、及び緩衝モードに分け、バッテリーのモード状態を把握して各モードに最も好適な充電電力を供給することをさらに他の目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的及び長所は後述され、実施例を通じて理解できるであろう。また、本発明の目的及び長所は、添付された特許請求の範囲に示された手段及び組合せによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述したような目的を達成するために、本発明の第１態様は、誘導結合のための２次コイル、データを無線送信するための無線送信モジュール、バッテリーの充電状態を調節する充電制御回路、及び再充電可能なバッテリーを含むバッテリー装置と無接点で結合される充電電力供給装置に関する。
【００１２】
本発明の第１態様による前記充電電力供給装置は、前記２次コイルに充電電力を誘導する１次コイルと、前記無線送信モジュールから充電状態情報を受信するための無線受信モジュールと、前記１次コイルと２次コイルとの間の電力信号と、前記無線送信モジュールと無線受信モジュールとの間の通信信号とが時間的に相互重畳しないように前記１次コイルを駆動する手段と、を含む。
【００１３】
また、本発明の第２態様は、商用交流電圧を用いて商用周波数以上の交流電圧パルスを生成する前記充電電力供給装置から無接点で電力が供給され、該電力を用いて再充電可能なバッテリーを充電する装置に関する。
【００１４】
前記充電装置は、前記充電電力供給装置の１次コイルと磁気的に結合されて前記交流電圧パルスに対応する誘導起電力パルスを生成する２次コイルと、前記誘導起電力パルスに基づいてバッテリーを充電させる定電圧及び定電流を生成する充電制御回路と、前記誘導起電力パルスの立下りエッジ（ｆａｌｌｉｎｇ  ｅｄｇｅ）をチェックして立下りが感知されると、バッテリーの充電状態情報のようなフィードバック応答信号を前記充電電力供給装置に無線でフィードバックするフィードバック制御手段と、を含む。
【００１５】
また、本発明の充電装置は、バッテリーの充電状態をモニタリングして充電状態情報を生成し、これをメモリに保存するモニタリング回路と、前記充電状態情報及びバッテリー仕様情報を保存するメモリと、前記充電状態情報に基づいてフィードバック応答信号を生成し、これを前記充電電力供給装置に無線で伝送する無線送信モジュールと、をさらに含む。
【００１６】
本発明の第３態様は、商用交流電源を用いて商用周波数以上のパルス幅変調信号を生成する前記電力供給装置から無接点で充電電力が供給されるバッテリー装置に関する。
【００１７】
前記バッテリー装置は、再充電可能なバッテリーと、前記電力供給装置の１次コイルと磁気的に結合されて前記パルス幅変調信号に対応する誘導起電力パルスを生成する２次コイルと、前記誘導起電力に基づいてバッテリーを充電させる定電圧及び定電流を生成し、これを用いて前記バッテリーを充電する充電制御回路と、前記誘導起電力パルスの立下りエッジを検出する立下り検出器と、バッテリーの充電状態情報及びバッテリー仕様情報を保存するメモリと、前記バッテリーの充電状態をモニタリングして充電状態情報を生成し、これを前記メモリに保存するモニタリング回路と、前記充電状態情報を変調してフィードバック応答信号を生成し、これを前記電力供給装置に無線で伝送する無線送信モジュールと、前記立下りを検出すれば、前記メモリから充電状態情報を読み出し、該充電状態情報を前記無線送信モジュールに伝達するフィードバック制御機と、を含む。
【００１８】
本発明の第４態様は、１次コイル及び無線受信モジュールを含む第１充電ユニット、前記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル及び無線送信モジュールを含む第２充電ユニット、並びに前記第２充電ユニットから充電電圧が提供されるバッテリーからなる無接点充電システムにおけるバッテリー充電方法に関する。
【００１９】
前記バッテリー充電方法は、（Ａ）幅Ｗ１を持つ電力パルス列を１次コイルに印加することによって対応する磁界を外部に放射するステップと、（Ｂ）前記第１コイルと第２コイルとが磁気的に結合されたことを確認する充電スタート信号を前記第２充電ユニットから無線で応答されるステップと、（Ｃ）前記充電スタート信号に応じて少なくとも前記Ｗ１より大きいパルス幅Ｗ２を持つ充電電力パルス列を生成し、これを１次コイルに印加することによって２次コイルに対応する誘導起電力パルスを生成するステップと、（Ｄ）前記誘導起電力パルスを用いて前記バッテリーを充電するステップと、（Ｅ）前記バッテリーの充電状態情報を第２充電ユニットからフィードバックされるステップと、（Ｆ）前記充電状態情報に基づいて前記充電電力パルス列のパルス幅を調節するステップと、を含む。これにより、前記第２充電ユニットからの無線フィードバック信号は前記誘導起電力パルスの立下りエッジに同期される。
【００２０】
また、前記（Ｂ）ステップはさらに、前記第１コイルと第２コイルとが磁気的に結合されることによって第２コイルから誘導起電力パルスが生成されるステップと、前記誘導起電力パルスの立下りエッジをチェックしてメモリから充電状態情報を読み出すステップと、前記メモリに充電状態情報が記録されていない場合、初期充電であると判断して初期充電信号を生成するステップと、前記初期充電信号を無線送信モジュールを経由して第１充電ユニットの無線受信モジュールに伝送するステップと、からなる。
【００２１】
前記（Ａ）ステップはさらに、商用交流電圧を直流に整流するステップと、整流された直流を用いて商用周波数以上の交流電圧を生成するステップと、前記交流電圧をパルス幅変調して幅Ｗ１を持つ電力パルス列を生成するステップと、前記電力パルス列を１次コイルに印加するステップと、からなる。
【００２２】
前記（Ｄ）ステップはさらに、前記誘導起電力（交流電圧）を直流に整流するステップと、整流された直流電圧を用いてバッテリーに充電する一定レベルの定電圧及び定電流を生成するステップと、バッテリー電圧が一定レベルに達するまで定電流モードでバッテリーを充電し、一定レベル以上の電圧に達すると、充電電流の量を調節して定電圧モードでバッテリーを充電するステップと、からなる。
【００２３】
また、前記（Ｅ）ステップはさらに、２次コイルから誘起される誘導起電力パルスの立下りエッジをチェックするステップと、立下りエッジがチェックされると、メモリから充電状態情報を読み出すステップと、前記充電状態情報に基づいてフィードバック応答信号を生成し、これを無線送信モジュールを介して第１充電ユニットの無線受信モジュールに伝送するステップと、からなる。
【００２４】
前記（Ｆ）ステップはさらに、充電状態情報を分析し、バッテリーがフル充電されたか否かを判断するステップと、バッテリーがフル充電されていない場合、充電状態に対応するように１次コイルに印加される電力パルスのパルス幅を調節するステップと、を含む。
【００２５】
本発明の第５態様は、１次コイル及び無線受信モジュールを含む第１充電ユニット、前記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル及び無線送信モジュールを含む第２充電ユニット、並びに前記第２充電ユニットから充電電圧が提供されるバッテリーからなる無接点充電システムに関し、前記第１充電ユニットは、商用交流電源から電圧が印加されることによって商用周波数以上の交流電力パルスを生成し、これを１次コイルに印加して前記２次コイルに高周波交流電圧パルスを誘導する手段を含み、前記第２充電ユニットは、前記２次コイルによって誘導される交流電圧パルス列のパルス間遊休時間を用いてバッテリーの充電状態情報を前記第１充電ユニットに伝送する手段を含む。これによって、前記１次コイルと２次コイルとの間の電力信号と、前記無線送信モジュール及び無線受信モジュール間の通信信号とが時間的に重畳しなくなる。
【００２６】
前記伝送手段は、誘導起電力パルスの立下りエッジを検出し、立下りエッジの検出と同時に前記バッテリー充電状態情報を伝送する。
【００２７】
また、前記第１充電ユニットの誘導手段は、商用交流電圧を整流した直流電圧に基づいて商用周波数以上の交流電圧を生成する手段と、この商用周波数以上の交流電圧を用いてパルス幅変調信号を生成する手段と、を含む。
【００２８】
前記第１充電ユニットは、前記バッテリー充電状態情報を分析して前記パルス幅を調節する手段をさらに含む。
【００２９】
前記第２充電ユニットは、前記２次コイルから生成される誘導起電力パルスの立下りエッジを検出する手段と、前記立下りエッジの検出に応じてバッテリー充電状態情報を抽出し、この充電状態情報を用いて第１充電ユニットの無線受信モジュールに送信するフィードバック応答信号を生成する手段と、前記２次コイルから生成される誘導起電力を直流に整流する手段と、前記整流された直流電圧を用いてバッテリーに供給する定電圧及び定電流を生成する手段と、バッテリーの充電電圧及び充電電流を検出する手段と、前記充電電圧及び充電電流を保存する手段と、をさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らが発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。また、本明細書に添付される図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の開示とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【００３１】
図１は、本発明の望ましい実施例による無接点充電システムの概略的な斜視図である。図面に示されたように、本発明による無接点充電システムは、外部電源を用いてバッテリーに供給する充電電力を生成させる充電母体１００、及び前記充電母体１００から無接点で前記充電電力が供給され、これを用いて内部のバッテリー（図示せず）を充電させるバッテリー装置２００からなる。
【００３２】
前記バッテリー装置２００は、バッテリーが内蔵されたバッテリーパックやバッテリーを内蔵している携帯型電子機器を指す。望ましい携帯型電子機器としては、携帯電話、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤなどが挙げられる。前記バッテリー装置２００に内蔵されるバッテリーは、再充電可能な電池セルであってリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などを含む。
【００３３】
前記充電母体１００は、外部電源から供給された電気エネルギーを、前記バッテリー装置２００に供給する充電電力に生成する装置であり、バッテリー装置２００を載置し易いようにパッド形態に構成することが望ましい。また、充電母体１００に供給される外部電源としては、家庭用の商用交流電源（６０Ｈｚ、２２０Ｖ／１００Ｖ）が最も望ましいが、他のＤＣ電源も採択することができる。
【００３４】
前記充電母体１００及び前記バッテリー装置２００は、相互に対応する１次コイル１１０及び２次コイル２１０と、アンテナ１２０、２２０を備えている。前記１次コイル１１０、２次コイル２１０は、誘導結合によって磁気的に相互カップリングされる。よって、前記２次コイルが前記１次コイル上に並列されることで１次コイルによって生成される磁場が２次コイル内に誘導電流を誘起するようになる。また、前記１次コイル１１０、２次コイル２１０は、それぞれ周囲をアンテナ１２０、２２０によって囲まれている。
【００３５】
また、前記充電母体１００は、１次コイル１１０を駆動して磁場を生成するための充電電力供給回路１５０（図２参照）を内蔵しており、前記バッテリー装置２００は２次コイル２１０によって誘起される誘導起電力を用いてバッテリーを充電させる充電回路２５０（図２参照）を内蔵している。
【００３６】
以下、図２を参照して前記充電電力供給回路１５０及び充電回路２５０の詳細構成を説明する。充電母体１００内に内蔵される充電電力供給回路１５０は、１次コイル１１０、整流器１５２、駆動回路１５３、制御機１５５、無線受信モジュール１２０、１５６を含む。
【００３７】
前記整流器１５２は、商用交流電源１５１からの交流電圧を直流に整流した後、駆動回路１５３に伝達する。前記駆動回路１５３は、整流器１５２によって整流された直流電圧を用いて商用周波数以上の高周波交流電圧パルスを生成し、これを１次コイル１１０に印加して磁界を生成する。
【００３８】
前記駆動回路１５３は、さらに、ＰＷＭ信号発生機１５４ｂ及び電力駆動部１５４ａからなる。前記電力駆動部１５４ａは、所定レベルの直流電圧を変換して商用周波数以上の高周波交流電圧を発振する高周波発振回路、及びパルス幅変調された高周波交流電圧パルスを１次コイル１１０に印加することによって１次コイル１１０を駆動するドライブ回路を含む。前記ＰＷＭ信号発生機１５４ｂは、前記高周波交流電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）させる。よって、電力駆動部１５３の出力端を通じて出力される信号は高周波交流電圧パルスになる。該高周波交流電圧パルスは、図３に示されたような、パルス列（ｐｕｌｓｅ  ｔｒａｉｎ）になる。該パルス列のパルス幅は、制御機１５５によって調節される。本発明による駆動回路１５３としては、例えば、スイッチングモードパワーサプライ（ＳＭＰＳ：ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｍｏｄｅ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ）が採用できるが、同一機能と役割を果たすことができるのであれば、他の均等手段が採用できることは勿論である。
【００３９】
前記制御機１５５は、無線送信モジュール、無線受信モジュール１５６、１２０、２２０、２５６を経由してフィードバックされるバッテリーの充電状態情報に基づいて、前記パルス幅変調される高周波交流電圧パルスのパルス幅を調節する。特に、制御機１５５は充電回路２５０からフィードバックされる応答信号が充電スタート信号である場合、図３に示すように、１次コイル１１０の駆動モードを、待機モードから充電モードに切り換える。また、充電回路２５０からフィードバックされる充電状態情報を分析した結果、バッテリーがフル充電であると判断されれば、図３に示すように、１次コイルの駆動モードを、充電モードから緩衝モードに切り換える。前記制御機１５５は、充電回路２５０からフィードバックされる応答信号がない場合、１次コイル１１０の駆動モードを待機モードに維持する。
【００４０】
このように、充電電力供給回路１５０の制御機１５５は、バッテリー装置２００からの応答信号の有無やその内容に応じて１次コイル１１０を駆動するモードを待機モード、充電モード及び緩衝モードに切り換える。
【００４１】
前記無線受信モジュール１２０、１５６は、充電回路２５０の無線送信モジュール２２０、２５６から伝送されるフィードバック応答信号を受信するアンテナ１２０、及び前記フィードバック応答信号を復調してバッテリーの充電状態情報を復元する復調器のような受信部１５６を含む。
【００４２】
本発明の充電電力供給回路１５０は、回路を過電圧から保護するための過電圧フィルター回路、及び整流器によって整流された直流電圧を所定レベルの電圧に維持させるための定電圧回路をさらに含むことができる。前記過電圧フィルター回路は商用交流電源１５１と整流器１５２との間に配置され、前記定電圧回路は整流器１５２と駆動回路１５３との間に配置されることが望ましい。
【００４３】
次に、前記充電電力供給回路１５０から電力を供給されてバッテリー２６２を充電する充電回路２５０について説明する。前記充電回路２５０は、バッテリー２６２と共にバッテリー装置２００の内部に内蔵される。
【００４４】
前記充電回路２５０は、２次コイル２１０、整流器２５１、定電圧／定電流回路２５２、立下り検出器２５３、制御機２５５、無線送信モジュール２２０、２５６を含む。
【００４５】
前記２次コイル２１０は、前記１次コイル１１０に磁気的に結合されて誘導起電力を発生させる。前述したように、１次コイル１１０に印加される電力信号がパルス幅変調信号であるため、２次コイル２１０に誘起される誘起起電力も交流電圧パルス列である。また、１次コイル１１０の駆動モードに応じて２次コイル２１０に誘起される交流電圧パルスも、図３のように、待機モード、充電モード、及び緩衝モードのうちいずれか１つの形態に従うことになる。
【００４６】
前記整流器２５１は、前記２次コイル２１０の出力端に連結されて２次コイル２１０によって誘導された交流電圧パルスを一定レベルの直流に平坦化する。
【００４７】
前記定電圧／定電流回路２５２は、所定レベルの直流電圧を用いてバッテリーに充電する定電圧及び定電流を生成する。すなわち、バッテリーの初期充電時点で定電流モードを維持し、バッテリーの充電電圧が飽和状態になれば、定電圧モードに切り換える。
【００４８】
前記立下り検出器２５３は、２次コイルによって誘導された交流電圧パルスの下降時点、すなわち、立下りエッジを検出する装置である。該立下り検出信号は制御機２５５に入力される。
【００４９】
前記制御機２５５は、一種のマイクロプロセッサであり、立下り検出信号、充電電流、充電電圧などのようなモニタリング信号が入力され、該モニタリング信号に基づいて前記定電圧／定電流回路２５２及び無線送信モジュール２２０、２５６を制御する。すなわち、立下り検出器２５３から入力される立下り検出信号に基づいてパルスの下降時点を把握し、前記充電電力供給装置１５０に伝送するフィードバック応答信号の送信時点を前記パルスの下降時点に同期化させる。
【００５０】
また、前記制御機２５５は、バッテリーの充電電流及び充電電圧を常時モニタリングし、該モニタリング値を内部メモリ（図示せず）に臨時保存する。図示していない前記メモリは、モニタリングされた充電電流及び充電電圧のようなバッテリー充電状態情報だけでなく、バッテリー仕様情報（製品コード、定格など）も共に保存する。
【００５１】
また、前記制御機２５５は、バッテリーの充電状態に応じて定電圧モードと定電流モードとを適切に選択し、切り換える。
【００５２】
前記無線送信モジュールは、充電電力供給装置１５０に伝送するフィードバック応答信号（充電スタート信号または充電状態信号）を送信するアンテナ２２０、及び充電状態情報のようなベースバンド信号を変調してフィードバック応答信号を生成する送信部２５６を含む。
【００５３】
前記定電圧／定電流回路２５２とバッテリー２６２との間には、バッテリーに過電圧や過電流が印加されることを防止するための保護回路（ＰＣＭ）２６１が配置される。該保護回路２６１及びバッテリー２６２は、１つの単一バッテリーユニット２６０を構成する。
【００５４】
次に、図３を参照してバッテリーの充電状態をモード別に分けて説明する。ここで、説明の便宜上、前記充電電力供給装置または充電母体は第１充電ユニットと定義し、前記充電回路またはバッテリー装置は第２充電ユニットと定義する。
【００５５】
商用交流電源１５１のような外部電源から電圧が第１充電ユニットに印加されると、第１充電ユニットの制御機１５５が起動して（ｗａｋｅ−ｕｐ）、駆動回路１５３を制御することで１次コイル１１０をドライブする。すなわち、制御機１５５は、第２充電ユニットから如何なる応答も受信されない場合、これを待機モードと判断し、図３のように、幅がｗ１であり、周期がｔ１である待機モード電力パルス列を１次コイル１１０に印加するように前記駆動回路１５３を制御する。これにより、１次コイル１１０は前記待機モード電力パルス列に対応する磁界を発生させ、これを外部に放射する。このような磁界の放射は、図３に示された充電スタート信号が第１充電ユニットの無線受信モジュール１２０、１５６に受信されるまで続く。
【００５６】
図１のように、バッテリー装置２００が充電母体１００に載置されることにより１次コイル１１０と２次コイル２１０とが磁気的にカップリングされると（図３のＴ地点）、１次コイル１１０から発生した磁場によって、２次コイル２１０の出力端にも幅がｗ１であって周期がｔ１である待機モード電力パルス列が誘導される。該電力パルス列は、その電力量がバッテリーを充電するには少ないため、第２充電ユニットの内部回路の駆動電源（特に、マイクロプロセッサの駆動電源）として使われる。すなわち、待機モードの電力パルスは、１次コイルと２次コイルとがカップリングされる前には外部に放射されて消費され、１次コイルと２次コイルとがカップリングされると、マイクロプロセッサを起動させる（ｗａｋｅ−ｕｐ）駆動電源として使われる。
【００５７】
このように、２次コイル側に誘導起電力が誘起されると、第２充電ユニットの立下り検出器２５３は前記誘導パルスの下降時点（または立下りエッジ）をチェックする。このとき、立下り検出器２５３がパルスの下降時点を検出するようになれば、立下り検出信号が第２充電ユニットの制御機２５５に入力され、制御機２５５は、図３のような充電スタート信号を、無線送信モジュール２２０、２５６を経由させて第１充電ユニットにフィードバック応答する。すなわち、より詳細に説明すれば、立下り検出信号が入力されることによって、制御機は内部メモリを照会して充電状態情報が存在するか否かを判断する。このとき、メモリ内に充電状態情報が存在しなければ、現在の状態が待機モードであると判断して第１充電ユニットに充電モードへの転換を指示する充電スタート信号を応答する。
【００５８】
第２充電ユニットからの充電スタート信号のフィードバックを受けた第１充電ユニットの制御機１５５は、図３に示すように待機モードを充電モードに切り換える。すなわち、駆動回路１５３を制御して１次コイルに幅がｗ２であって周期がｔ２である充電モード電力パルス列をドライブする。ここで、ｗ２は少なくともｗ１に比べてより大きい。
【００５９】
これにより、２次コイル２１０の出力端には幅がｗ２であって周期がｔ２である充電モード電力パルス列が誘導され、該電力パルス列を整流してバッテリー２６２を充電するようになる。バッテリーの充電は公知の定電流モード及び定電圧モードを使う。
【００６０】
一方、２次コイル２１０の出力端に幅がｗ２であって周期がｔ２である充電モード電力パルス列が誘導されることにより、立下り検出器２５３は各パルスの下降時点をチェックする。このとき、パルスの下降時点が検出されれば、制御機は予めモニタリングされてメモリに保存されている充電状態情報（例えば、充電電圧、充電電流）を読み出す。このように読み出された充電状態情報は、充電送信モジュールを経由して第１充電ユニットにフィードバック応答される。
【００６１】
第２充電ユニットからの充電状態情報のフィードバックを受けた第１充電ユニットの制御機１５５は、前記充電状態情報を分析し、該分析結果に基づいて駆動回路１５３を制御することで１次コイル１１０に印加される電力パルスのパルス幅を調節する。
【００６２】
このとき、前記充電状態情報を分析した結果、バッテリーが既にフル充電されたと判断されれば、第１充電ユニットの制御機１５５は、図３のように充電モードを緩衝モードに切り換える。
【００６３】
すなわち、駆動回路を制御して、幅がｗ３であって周期がｔ３である緩衝モード電力パルス列を１次コイルにドライブする。ここで、ｗ３は、ｗ２より小さく、ｗ１以上であることが望ましい。
【００６４】
前記緩衝モードの場合にも、パルスの下降時点に充電状態情報が第２充電ユニットから第１充電ユニットにフィードバックされ、第１充電ユニットの制御機は該充電状態情報を分析して緩衝モードを維持し続けるか、それとも、充電モードに復帰するかを決める。
【００６５】
前述したように、本発明の場合、１次コイルと２次コイルとの間に伝達される電力信号（電力パルス列）と、無線送信モジュールと無線受信モジュールとの間に伝達される通信信号（フィードバック応答信号）とが、時間的に相互重畳しないように時分割されている。すなわち、前記通信信号は、電力信号の下降時点に同期されて伝送される。よって、電力信号と通信信号が同時に伝達されることで発生する信号（特に、通信信号）の干渉現象や歪曲及び希釈化現象を防止することができる。
【００６６】
また、本発明の場合、充電モードとは別に待機モード及び緩衝モードを有する。よって、１次コイルによって外部に放射されて消費されるエネルギーを最小化させることで、既存の無接点充電装置に比べて電力消耗を節減することが可能である。
【００６７】
以下、図３及び図４を参照して本発明による無接点充電システムの動作関係を説明する。
【００６８】
商用交流電源１５１のような外部電源から電圧が第１充電ユニットに印加されると（Ｓ１１）、第１充電ユニットの制御機１５５が起動して１次コイル１１０をドライブする。すなわち、１次コイル１１０に、図３に示す待機モード電力パルス（パルス幅変調された高周波交流電圧）を印加し、１次コイル１１０はこれに対応する磁場を形成して外部に放射する（Ｓ１２）。
【００６９】
前記磁場によって２次コイル２１０の出力端には、前記待機モード電力パルスに対応する誘導起電力パルスが生成される（Ｓ３０）。該誘導起電力パルスはバッテリーを充電させるには微弱であるため、第２充電ユニット内の回路（特に、マイクロプロセッサ）を駆動させるための駆動電源として使われる。また、第２充電ユニットの立下り検出器２５３は、前記待機モード電力パルスの下降時点をチェックして立下りエッジを検出する（Ｓ３１）。
【００７０】
このとき、立下りエッジが検出されると、第２充電ユニットの制御機２５５は内部メモリを検索して状態情報（特に、充電状態情報）を読み出す（Ｓ３３）。前記状態情報には、充電電圧及び充電電流のような充電状態情報や、製品コード、定格のようなバッテリー仕様情報が含まれる。
【００７１】
前記ステップＳ３３において、メモリ内に充電状態情報が存在しなければ、制御機２５５は、現在の動作状態を待機モードと判断して充電スタート信号を生成し（Ｓ３６）、これを無線送信モジュール２１０、２５６を介して第１充電ユニットに伝送する（Ｓ３７）。
【００７２】
一方、前記ステップＳ３３において、メモリ内に状態情報が存在すれば、メモリから前記状態情報を読み出して、該状態情報に基づいて状態フィードバック信号（またはフィードバック応答信号）を生成した後、これを無線送信モジュール２１０、２５６を介して第１充電ユニットに伝送する（Ｓ３７）。
【００７３】
一方、第１充電ユニットの制御機１５５は、第２充電ユニットからフィードバックされる応答が存在するか否かを判断し（Ｓ１３）、存在しない場合には１次コイルと２次コイルとがカップリングされていない状態と判断して、既存の待機モードをそのまま維持する（Ｓ１４）。
【００７４】
一方、第２充電ユニットからフィードバックされる応答が存在する場合には、該当応答を分析して充電スタート信号であるか否かを判断する（Ｓ１５、Ｓ１６）。
【００７５】
このとき、充電スタート信号と判別されれば、システムの動作モードを、待機モードから充電モードに切り換える（Ｓ１７）。一方、前記応答が充電スタート信号ではない場合には、状態情報をより精密に分析する（Ｓ１８）。
【００７６】
前記ステップＳ１８で状態情報を分析した結果、バッテリーがフル充電状態であると判別されれば、システムの動作モードを充電モードから緩衝モードに切り換える（Ｓ２０）。
【００７７】
一方、バッテリーがフル充電状態ではない場合には、前記状態情報に含まれた充電状態情報に基づいて充電電力の大きさを調節する。すなわち、１次コイルに印加される高周波交流電圧パルスのパルス幅を調節する（Ｓ２１）。
【００７８】
以上、本発明を限定された実施例及び図面によって説明したが、本発明はこれによって限定されることなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
前述したように、本発明はバッテリー状態情報のフィードバックを受けて充電電力を調節するため、第２充電ユニット側により好適な電力の供給が可能である。また、本発明は第１ユニット側と第２ユニット側との間で送受信される電力信号と通信信号とが相互重畳しないように同期化しているため、信号の干渉、歪曲及び希釈化による問題点を容易に解決する。また、システムの動作モードを充電モード以外に節電型の待機モード及び緩衝モードに自由に切り換えることができるように設計することで、既存のシステムに比べて電力を９５％まで節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の望ましい実施例による無接点充電システムの概略斜視図である。
【図２】本発明の望ましい実施例による無接点充電システムの内部機能ブロック図である。
【図３】充電スタート時点からフル充電時点までの電力信号と通信信号の時分割配置を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明による無接点充電方法のフローを説明するためのフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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