(57)【要約】      （修正有）【課題】電力伝送効率を極大化した無線電力受信装置を提供する。【解決手段】無線電力送信装置２００から無線で電力を受信して負荷に伝達する無線電力受信装置３００は、電力供給装置１００から電力の供給を受ける無線電力送信装置から交流電力を受信する受信部、受信した交流電力を直流電力に整流する整流部及び整流された直流電力に基づいて負荷に伝えられる電力を管理する電力管理部を含む。【選択図】図１
2018130024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力送信装置から交流電力を受信する受信部と、
前記交流電力を直流電力に整流する整流部と、
前記直流電力が供給される負荷と、
前記負荷に供給される前記直流電力を制御する電力管理部と、
を含み、
前記電力管理部は前記整流部出力端から測定された直流電圧に基づいて前記直流電力を前記負荷に供給したり遮断し、
前記電力管理部は前記直流電圧に基づいて前記無線電力送信装置に電力増加信号又は電力減少信号を送信する、無線電力受信機。
【請求項２】
前記直流電圧が第１しきい値未満である場合、
前記電力管理部が、前記直流電圧が前記第１しきい値に到達するように前記電力増加信号を前記無線電力送信装置に伝送する、請求項１に記載の無線電力受信機。
【請求項３】
前記第１しきい値は、前記負荷が正常に動作するための最小電圧である、請求項２に記載の無線電力受信機。
【請求項４】
前記直流電圧が第２しきい値以上である場合、
前記電力管理部が前記負荷に供給される前記直流電力を遮断し、
前記第２しきい値は前記第１しきい値より大きく、前記負荷が損傷しない最大電圧である、請求項２又は３に記載の無線電力受信機。
【請求項５】
前記直流電圧が前記第２しきい値以上である場合、
前記電力管理部が前記直流電力を遮断し、前記電力減少信号を前記無線電力送信装置に伝送する、請求項４に記載の無線電力受信機。
【請求項６】
前記直流電圧が前記第１しきい値以上かつ前記第２しきい値以下である場合、
前記電力管理部が前記負荷に前記直流電力を供給し、前記直流電圧が前記第１しきい値に到達するように前記電力減少信号を前記無線電力送信装置に伝送する、請求項５に記載の無線電力受信機。
【請求項７】
無線電力送信装置から交流電力を受信する段階と、
前記交流電力を整流して直流電力を生成する段階と、
前記直流電力の直流電圧に基づいて負荷に前記直流電力を供給したり供給遮断する段階と、
前記直流電圧に基づいて無線電力送信装置に電力増加信号又は電力減少信号を送信する段階と、
を含む、無線電力受信装置の電力管理方法。
【請求項８】
前記直流電圧が第１しきい値未満である場合、
前記直流電圧が前記第１しきい値に到達するように前記電力増加信号を前記無線電力送信装置に伝送する、請求項７に記載の無線電力受信装置の電力管理方法。
【請求項９】
前記第１しきい値は、前記負荷が正常に動作するための最小電圧である、請求項８に記載の無線電力受信装置の電力管理方法。
【請求項１０】
前記直流電圧が第２しきい値以上である場合、
前記負荷に供給される前記直流電力を遮断し、
前記第２しきい値は前記第１しきい値より大きく、前記負荷が損傷しない最大電圧である、請求項８又は９に記載の無線電力受信装置の電力管理方法。
【請求項１１】
前記直流電圧が前記第２しきい値以上である場合、
前記直流電力を遮断し、前記電力減少信号を前記無線電力送信装置に伝送する、請求項１０に記載の無線電力受信装置の電力管理方法。
【請求項１２】
前記直流電圧が前記第１しきい値以上かつ前記第２しきい値以下である場合、
前記負荷に前記直流電力を供給し、前記直流電圧が前記第１しきい値に到達するように前記電力減少信号を前記無線電力送信装置に伝送する、請求項１１に記載の無線電力受信装置の電力管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送技術に関し、より詳しくは、電力伝送時、電力伝送効率を極大化させることができる無線電力受信装置及びその電力管理方法に関する。
【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伝送技術（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ーや変圧器が使われ始めて、その後にはラジオ波やレーザー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られた。私達がよく使用する電動歯ブラシや一部の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。電磁気誘導は導体の周辺で磁場を変化させた時、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速く進められているが、電力の伝送距離が短いという問題がある。
【０００３】
現在まで無線方式によるエネルギー伝達方式は、電磁気誘導の以外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。
【０００４】
最近、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たくさん使われている。
【０００５】
共振を用いた無線電力伝送システムは、送信側と受信側に形成された電気信号がコイルを通じて無線で伝えられるため、ユーザは携帯用機器のような電子機器を難無く充電することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の無線電力受信装置は直流−直流変換機を使用するによって電力伝送効率問題及びサイズに従う費用問題を同時に満たすことができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の電力伝送効率を増加させ、無線電力伝送システムの費用を低減させ、全体サイズを減少させるための無線電力受信装置無線及びその電力管理方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、電力損失を最小化できる無線電力受信装置及びその電力管理方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、負荷に提供される電力を感知し、感知された電力状態を送信側に伝達して負荷に伝えられる電力を調節できる無線電力受信装置及びその電力管理方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の更なる他の目的は、負荷に提供される電力の感知を通じて負荷に過度な電圧がかかることを防止して負荷を保護することができる無線電力受信装置及びその電力管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置から無線で電力を受信して負荷に伝達する無線電力受信装置は、電力供給装置から電力の供給を受ける上記無線電力送信装置から交流電力を受信する受信部、上記受信した交流電力を直流電力に整流する整流部、及び上記整流された直流電力に基づいて上記負荷に伝えられる電力を管理する電力管理部を含む。
【００１２】
本発明の一実施形態に従う無線電力送信装置から無線で電力を受信して負荷に伝達する電力を管理する無線電力受信装置の電力管理方法は、電力供給装置から電力の供給を受ける上記無線電力送信装置から交流電力を受信するステップ、上記受信した交流電力を直流電力に整流するステップ、及び上記整流された直流電力に基づいて上記負荷に伝えられる電力を管理するステップを含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、次のような効果がある。
【００１４】
第１に、無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の電力伝送効率を増加させ、無線電力伝送システムの費用を低減させ、無線電力受信装置のサイズを減少させることができる。
【００１５】
第２に、直流変換機の代わりに電力管理部を使用して電力損失を最小化することができる。
【００１６】
第３に、負荷に提供される電力を感知し、感知された電力状態を送信側に伝達して負荷に調節された電力を提供することができる。
【００１７】
第４に、負荷に提供される電力の感知を通じて負荷に過度な電圧がかかることを防止して負荷を保護することができる。
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に従う無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に従う送信誘導コイル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供給装置と無線電力送信装置の等価回路図である。
【図４】本発明の一実施形態に従う無線電力受信装置の等価回路図である。
【図５】本発明の更に他の実施形態に従う無線電力受信装置の構成図である。
【図６】図５の直流−直流変換機（DC-DC converter）の入力端子から負荷を見渡したインピーダンスが可変されることを説明するための図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に従う無線電力受信装置を含んだ無線電力伝送システムの構成図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態である無線電力受信装置の構成要素である電圧制限部の例を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に従う無線電力受信装置の無線電力管理方法を説明したフローチャートである。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に従う無線電力受信装置の構成図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従う制御部の構成を説明する図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従うスイッチの多様な構成例を説明する図である。
【図１３】電力管理部と直流−直流変換機を使用した場合によって構造、費用、及び効率を比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に従う無線電力伝送システムを説明するための図である。
【００２２】
図１を参考すると、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、及び負荷４００を含むことができる。
【００２３】
一実施形態において、電力供給装置１００は無線電力送信装置２００に含まれることができる。
【００２４】
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を含むことができる。
【００２５】
無線電力受信装置３００は、受信共振コイル３１０、受信誘導コイル３２０、及び整流部３３０を含むことができる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。一実施形態において、負荷４００は無線電力受信装置３００に含まれることができる。
【００３０】
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に伝えられ、無線電力送信装置２００に伝えられた電力は共振現象により無線電力送信装置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に伝えられる。
【００３１】
以下、より具体的に電力伝送過程を説明する。
【００３２】
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。
【００３３】
送信誘導コイル２１０と送信共振コイル２２０とは誘導結合されている。即ち、送信誘導コイル２１０は電力供給装置１００から供給を受けた電力により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２２０にも交流電流が誘導される。
【００３４】
その後、送信共振コイル２２０に伝えられた電力は共振により無線電力送信装置２００と共振回路をなす無線電力受信装置３００に伝えられる。
【００３５】
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り電力が伝送できる。このような共振による電力伝送は、電磁気誘導による電力伝送より遠い距離まで、より高い効率で電力伝達を可能にする。
【００３６】
受信共振コイル３１０は、送信共振コイル２２０から共振により電力を受信する。受信された電力により受信共振コイル３１０には交流電流が流れる。受信共振コイル３１０に伝えられた電力は電磁気誘導により受信共振コイル３１０と誘導結合された受信誘導コイル３２０に伝えられる。受信誘導コイル３２０に伝えられた電力は整流部３３０を通じて整流されて負荷４００に伝えられる。
【００３７】
一実施形態において、送信誘導コイル２１０、送信共振コイル２２０、受信共振コイル３１０、及び受信誘導コイル３２０は、円形、楕円形、四角形などの形状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。
【００３８】
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。
【００３９】
具体的に、送信共振コイル２２０と受信共振コイル３１０とは共振周波数で動作するように共振結合されている。
【００４０】
送信共振コイル２２０と受信共振コイル３１０との共振結合により、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格段に向上できる。
【００４１】
一実施形態において、無線電力伝送システムが電磁気誘導に基づいて電力伝送を遂行する場合、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。
【００４２】
無線電力伝送において、品質指数（Quality Factor）及び結合係数（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。
【００４３】
品質指数（Quality Factor）は、無線電力送信装置２００また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。
【００４４】
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のように表現できる。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。
【００４５】
品質指数（Quality Factor）は０で無限帯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。
【００４６】
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であって、０から１の範囲を有する。
【００４７】
結合係数（Coupling Coefficient）は、送信側コイルと受信側コイルと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。
【００４８】
図２は、本発明の一実施形態に従う送信誘導コイル２１０の等価回路図である。
【００４９】
図２に示すように、送信誘導コイル２１０はインダクタ（Ｌ１）及びキャパシタ（Ｃ１）で構成され、これらにより適切なインダクタンス及びキャパシタンス値を有する回路を構成するようになる。
【００５０】
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できる。即ち、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できる。
【００５１】
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によってインピーダンスマッチングが遂行できる。送信共振コイル２２０、受信共振コイル３１０、及び受信誘導コイル３２０の等価回路図も図２に図示したものと同一である。
【００５２】
図３は、本発明の一実施形態に従う電力供給装置１００と無線電力送信装置２００の等価回路図である。
【００５３】
図３に示すように、送信誘導コイル２１０及び送信共振コイル２２０は各々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）で構成できる。
【００５４】
図４は、本発明の一実施形態に従う無線電力受信装置３００の等価回路図である。
【００５５】
図４に示すように、受信共振コイル３１０及び受信誘導コイル３２０は各々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）で構成できる。
【００５６】
整流部３３０は、受信誘導コイル３２０から伝達を受け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。
【００５７】
具体的に、整流部３３０は整流器及び平滑回路を含むことができる。一実施形態において、整流器はシリコン整流器が使われることができ、図４に示すように、ダイオード（Ｄ１）に等価化できる。
【００５８】
整流器は受信誘導コイル３２０から伝達を受けた交流電力を直流電力に変換することができる。
【００５９】
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。一実施形態において、平滑回路は図４に示すように、整流キャパシタ（Ｃ５）が使用できるが、これに限定されるものではない。
【００６０】
負荷４００は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。例えば、負荷４００はバッテリーを意味することができる。
【００６１】
無線電力受信装置３００は、携帯電話、ノートブック、マウスなど、電力を必要とする電子機器に取り付けられることができる。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合う形状を有することができる。
【００６２】
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）また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。
【００６３】
インバンド（In band）通信は、無線電力伝送に使わ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はスイッチをさらに含むことができ、上記スイッチのスイッチング動作を通じて無線電力送信装置２００で送信される電力を受信するか、受信しないことがある。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またはオフ信号を認識することができる。
【００６４】
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て無線電力送信装置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、上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できる。一実施形態において、無線電力受信装置３００の状態情報は無線電力受信装置３００の現在の充電量、充電量の推移に対する情報を含むことができる。
【００６５】
より具体的に説明すれば、スイッチが開放されれば、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。
【００６６】
スイッチが短絡されれば、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。無線電力受信装置で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とディジタル通信を遂行することができる。
【００６７】
無線電力送信装置２００は上記のような動作によって無線電力受信装置３００の状態情報を受信し、それに適合した電力を送信することができる。
【００６８】
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具備し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。一実施形態において、無線電力送信装置２００の状態情報は無線電力送信装置２００が伝送することができる最大供給電力量、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の使用可能な電力量に対する情報を含むことができる。
【００６９】
次に、アウトオブバンド通信について説明する。
【００７０】
アウトオブバンド通信は共振周波数帯域で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とはアウトオブバンド通信モジュールを取り付けて電力伝送に必要な情報を交換することができる。上記アウトオブバンド通信モジュールは電力供給装置に取り付けられることもできる。一実施形態において、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）、ジグビー、無線ＬＡＮ、ＮＦＣ（Near Field Communication）のような近距離通信方式を使用することができるが、これに限定されるものではない。
【００７１】
次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施形態に従う無線電力受信装置及びその無線電力伝達方法を図１乃至図４の内容に結び付けて説明する。
【００７２】
図５は、本発明の更に他の実施形態に従う無線電力受信装置３００の構成図である。
【００７３】
本発明の実施形態において、負荷４００は無線電力受信装置３００と別途に備えられることと仮定する。
【００７４】
無線電力受信装置３００は、送信側から受信した電力を負荷４００に伝達することができる。
【００７５】
図５を参考すると、無線電力受信装置３００は、受信誘導コイル３２０、整流部３３０、及び直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０を含むことができる。一実施形態において、無線電力受信装置３００が送信側から共振を用いて電力を受信すれば、受信共振コイル３１０をさらに含むことができる。一実施形態において、無線電力受信装置３００が送信側から電磁気誘導により電力を受信すれば、受信共振コイル３１０を具備しないことがある。
【００７６】
受信誘導コイル３２０は送信側から電力を受信する。具体的に、受信誘導コイル３２０は電磁気誘導または共振を用いて電力を受信することができる。受信誘導コイル３２０が受信する電力は交流電力でありうる。
【００７７】
整流部３３０は、受信誘導コイル３２０が受信した交流電力を直流電力に変換することができる。
【００７８】
整流部３３０は、整流器３３１及び平滑回路３３２を含むことができる。
【００７９】
整流器３３１は、少なくとも１つ以上のダイオードを含むことができる。一実施形態において、ダイオードはシリコンダイオードを意味することができる。一実施形態において、整流器３３１は１つのダイオードを使用して整流機能を遂行することができるが、好ましくは、整流器３３１は１つ以上のダイオードが配列された構成を含むことができる。図５では整流器３３１の一実施形態に、ブリッジダイオード（Bridge diode）が図示されている。ブリッジダイオード（Bridge diode）は４個のダイオードを連結した回路構造で整流機能を遂行することができる。
【００８０】
整流器３３１は、受信された交流電力を直流電力に変換する整流機能を遂行する。本発明の実施形態において、電力は電圧または電流と比例するので、便宜上、電力、電圧、及び電流は同一な概念であることを仮定する。整流機能は、電流を一方向のみに通過させる機能を意味する。即ち、整流器３３１の順方向抵抗は小さく、逆方向抵抗は十分に大きくて片方向のみに電流を通過させることができる。
【００８１】
平滑回路３３２は整流器３３１で出力された直流電力からリップル成分を除去して安定した直流電力を出力することができる。
【００８２】
平滑回路３３２は、平滑用キャパシタを含むことができる。
【００８３】
直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０は平滑回路３３２で出力された直流電圧を交流電圧に変換した後、変換された交流電圧を昇圧または降圧して整流された直流電圧を出力することができる。
【００８４】
直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０にスイッチングレギュレータ（Switching regulator）またはリニアレギュレータ（Linear regulator）が使用できる。
【００８５】
リニアレギュレータ（Linear regulator）は、入力電圧を受けて必要なだけ出力電圧を送り出し、残りの電圧は熱にて放出する変換機である。
【００８６】
スイッチングレギュレータ（Switching regulator）は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を用いて出力電圧を調節できる変換機である。
【００８７】
直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０は負荷４００を必要とする直流電圧を提供することができる。
【００８８】
しかしながら、直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０の電力伝達効率が８５％程度で、１５％位の効率損失が発生することがある。
【００８９】
また、直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０の入力端子から負荷４００を見渡したインピーダンスが可変できるので、電力伝送効率が低くなることがある。これは図６で説明する。
【００９０】
図６は、図５の直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０の入力端子から負荷４００を見渡したインピーダンスが可変されることを説明するための図である。
【００９１】
図６を参考すると、負荷４００の実際インピーダンスをＲＬとする時、直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０の入力端子から負荷４００を見渡した入力インピーダンス（Ｒｉｎ）は＜数式１＞のように表現できる。
【００９２】
【数１】
2018130024.tif 000003
【００９３】
ここで、Ｅｄは直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０の変換効率を意味し、Ｖｏｕｔは負荷４００のインピーダンス（ＲＬ）にかかる出力電圧を意味し、Ｖｉｎは直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０の入力電圧を意味する。一実施形態において、負荷４００はバッテリーであるが、これに限定されるものではない。
【００９４】
出力電圧（Ｖｏｕｔ）、負荷４００のインピーダンス（ＲＬ）、変換効率（Ｅｄ）が一定であると仮定する時、直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０に入力される入力電圧（Ｖｉｎ）によって入力インピーダンス（Ｒｉｎ）は可変されることを確認することができる。入力インピーダンス（Ｒｉｎ）が可変されれば、送信側と受信側との間の電力伝送効率が落ちることがある。
【００９５】
次に、図７を参照して送信側と受信側との間の電力伝送効率を改善した無線電力受信装置３００の構成について説明する。
【００９６】
図７は、本発明の更に他の実施形態に従う無線電力受信装置３００を含んだ無線電力伝送システム１０００の構成図である。
【００９７】
電力供給装置１００及び無線電力送信装置２００は、図１乃至図４で説明したものと同一である。
【００９８】
図７を参考すると、無線電力受信装置３００は、受信誘導コイル３２０、整流部３３０、及び電力管理部３６０を含むことができる。
【００９９】
一実施形態において、無線電力受信装置３００が無線電力送信装置２００から共振を用いて電力を受信すれば、図１乃至図４で説明した受信共振コイル３１０をさらに含むことができる。一実施形態において、無線電力受信装置３００が無線電力送信装置２００から電磁気誘導により電力を受信すれば、受信共振コイル３１０を具備しないことがある。
【０１００】
受信誘導コイル３２０は送信側から電力を受信する。具体的に、受信誘導コイル３２０は電磁気誘導または共振を用いて電力を受信することができる。受信誘導コイル３２０が受信する電力は交流電力でありうる。
【０１０１】
整流部３３０は、受信誘導コイル３２０が受信した交流電力を直流電力に変換することができる。
【０１０２】
整流部３３０は、整流器３３１及び平滑回路３３２を含むことができる。
【０１０３】
整流器３３１は、少なくとも１つ以上のダイオードを含むことができる。一実施形態において、ダイオードはシリコンダイオードを意味することができる。一実施形態において、整流器３３１は１つのダイオードを使用して整流機能を遂行することができるが、好ましくは、整流器３３１は１つ以上のダイオードが配列された構成を含むことができる。図５では、整流器３３１の一実施形態に、ブリッジダイオード（Bridge diode）が図示されている。ブリッジダイオード（Bridge diode）は４個のダイオードを連結した回路構造で整流機能を遂行することができる。
【０１０４】
整流器３３１は、受信された交流電力を直流電力に変換する整流機能を遂行する。本発明の実施形態において、電力は電圧または電流と比例するので、便宜上、電力、電圧、及び電流は同一な概念であることを仮定する。整流機能は電流を一方向のみに通過させる機能を意味する。即ち、整流器３３１の順方向抵抗は小さく、逆方向抵抗は十分に大きくて片方向のみに電流を通過させることができる。
【０１０５】
平滑回路３３２は、整流器３３１で出力された直流電力からリップル成分を除去して安定した直流電力を出力することができる。
【０１０６】
平滑回路３３２は平滑用キャパシタを含むことができる。
【０１０７】
電力管理部３６０は整流された直流電力を調節して負荷４００に伝えられる電力を一定に維持するようにすることができる。
【０１０８】
電力管理部３６０は、電圧制限部３６１、制御部３６２、及び変調部３６３を含むことができる。
【０１０９】
電圧制限部３６１は、整流部３３０で出力された直流電力が第１しきい値以上の場合、第１しきい値以上の直流電力を吸収して負荷４００を保護することができる。一実施形態において、第１しきい値は負荷４００が損傷を受けないなめの最大電圧を意味することができる。
【０１１０】
即ち、電圧制限部３６１は負荷４００に瞬間的な過電圧が入力されることを防止して負荷４００を保護することができる。
【０１１１】
一実施形態において、電圧制限部３６１はツェナーダイオード（Zener diode）で構成できる。ツェナーダイオード（Zener diode）は一定電圧より高い電圧がかかる時に電流が流れ、一定電圧より低い電圧がかかる時は開放されたように動作して電流が流れないダイオードである。電圧制限部３６１がツェナーダイオードで構成される場合、整流部３３０で出力された直流電圧が上記第１しきい値以上の値を有すれば、ツェナーダイオードを通じて電流が流れ、負荷４００に第１しきい値以上の電圧が入力されることが防止されて、負荷４００が保護できる。
【０１１２】
制御部３６２は、整流部３３０から負荷４００に伝えられる直流電力を感知することができる。
【０１１３】
制御部３６２は、負荷４００に伝えられる直流電力が第１しきい値以上の場合、これを感知し、負荷４００に伝えられる電力の調節のための信号を生成し、これを変調部３６３に伝送することができる。一実施形態において、第１しきい値は負荷４００が損傷を受けないための最大電圧を意味することができる。
【０１１４】
制御部３６２は、電圧制限部３６１に第１しきい値以上の電力が持続的に印加されれば、電圧制限部３６１及び負荷４００が損傷を受けることがあるので、負荷４００に伝えられる電力を減少させるための電力減少信号を生成し、生成された電力減少信号を変調部３６３に伝送する。変調部３６３は電力減少信号を受信し、電力減少信号を電力供給装置１００に伝達することができる。
【０１１５】
一実施形態において、変調部３６３はインバンド通信またはアウトオブバンド通信を通じて無線電力受信装置３００に送信される電力を減少させる電力減少信号を電力供給装置１００に伝送することができる。
【０１１６】
その後、電力供給装置１００は減少した電力を無線電力送信装置２００に伝達し、伝えられた減少電力は無線電力受信装置３００に伝送され、負荷４００は無線電力受信装置３００から第１しきい値未満の電力の伝達を受けることができる。これによって、負荷４００に第１しきい値以上の過電圧が持続的に印加されることが防止されて負荷４００が保護できる。
【０１１７】
制御部３６２は、負荷４００に伝えられる直流電力が第２しきい値未満の場合、これを感知することができる。一実施形態において、第２しきい値は上記第１しきい値よりは小さく、負荷４００が正常に動作するために必要な最小の電力量を意味することができる。即ち、制御部３６２は負荷４００に伝えられる直流電力が第２しきい値未満の場合、これを感知し、負荷４００に伝えられる電力量が第２しきい値を維持するようにする電力増加信号を伝送することができる。変調部３６３は電力増加信号を受信し、受信した電力増加信号を電力供給装置１００に伝達することができる。
【０１１８】
一実施形態において、変調部３６３はインバンド通信またはアウトオブバンド通信を通じて無線電力受信装置３００に送信される電力を増加させる電力増加信号を電力供給装置１００に伝送することができる。
【０１１９】
その後、電力供給装置１００は増加した電力を無線電力送信装置２００に伝達し、伝えられた増加電力は無線電力受信装置３００に伝送され、負荷４００は無線電力受信装置３００から第２しきい値の一定の電力の伝達を受けることができる。これによって、負荷４００に第２しきい値の一定の電力が提供できる。
【０１２０】
制御部３６２は、負荷４００に伝えられる直流電力が第２しきい値以上であり、第１しきい値より小さい場合、これを感知し、負荷４００に伝えられる電力量が第２しきい値を維持できるようにする電力減少信号を変調部３６３に伝送することができる。変調部３６３は、受信した電力減少信号を電力供給装置１００に伝達することができる。
【０１２１】
その後、電力供給装置１００は減少した電力を無線電力送信装置２００に伝達し、伝えられた減少電力は無線電力受信装置３００に伝送され、負荷４００は無線電力受信装置３００から第２しきい値の一定な電力の伝達を受けることができる。これによって、負荷４００に第２しきい値の一定な電力が提供できる。
【０１２２】
変調部３６３は、電力供給装置１００が無線電力送信装置２００に提供する電力量を増加させるようにする電力増加信号、または電力供給装置１００が無線電力送信装置２００に提供する電力量を減少させるようにする電力減少信号を制御部３６２から受信して電力供給装置１００に伝達することができる。
【０１２３】
変調部３６３は、電力供給装置１００が無線電力送信装置２００に提供する電力を遮断するようにする電力遮断信号を制御部３６２から受信して電力供給装置１００に伝達することができる。
【０１２４】
変調部３６３は、無線電力受信装置３００が受信する電力に対する状態を電力供給装置１００及び無線電力送信装置２００に伝達する機能を遂行することができる。
【０１２５】
一実施形態において、変調部３６３はインバンド通信またはアウトオブバンド通信を通じて電力増加信号、電力減少信号、電力遮断信号、及び無線電力受信装置３００の状態情報を電力供給装置１００に伝送することができる。図８は、本発明の更に他の実施形態である無線電力受信装置３００の構成要素である電圧制限部３６１の例を説明するための図である。
【０１２６】
図８を参考すると、電圧制限部３６１の例に、ツェナーダイオード（Zener diode）が図示されている。
【０１２７】
ツェナーダイオード（Zener diode）は一定電圧より高い電圧がかかる時に電流が流れ、一定電圧より低い電圧がかかる時は開放されたように動作して電流が流れないので、ツェナーダイオード（Zener diode）が許容することができる電圧の範囲内では電力損失がほとんど発生しなくなる。
【０１２８】
即ち、過渡状態（Transient state）では電力損失が発生することがあるが、安定状態（Steady state）では電力損失が発生しない。過渡状態（Transient state）は電圧制限部３６１に過電圧が持続的に印加される状態を意味し、安定状態（Steady state）は過電圧でない負荷４００に正常な電圧が印加される状態を意味することができる。
【０１２９】
過渡状態（Transient state）は非常に短い時間の間のみに発生するので電力損失量が大きくないので、結果的に電力伝達効率は図５の直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０を使用した場合に比べて高まる。
【０１３０】
また、電圧制限部３６１にツェナーダイオード（Zener diode）を使用する場合、ツェナーダイオード（Zener diode）の入力端子から負荷４００を見渡したインピーダンスを可変させないので、電力伝送効率の劣化を防止することができる。
【０１３１】
図９は、本発明の一実施形態に従う無線電力受信装置３００の電力管理方法を説明したフローチャートである。
【０１３２】
無線電力受信装置３００に対する構成は図７で説明したものと同一である。
【０１３３】
まず、電力供給装置１００は無線電力送信装置２００に交流電力を提供する。電力供給装置１００は所定周波数の交流電力を提供する交流電力ソースでありうる。
【０１３４】
無線電力送信装置２００は電力供給装置１００から交流電力の供給を受けて、供給を受けた電力を無線電力受信装置３００に伝送する。一実施形態において、無線電力送信装置２００から無線電力受信装置３００に電力を伝送する方式は電磁気誘導または共振による方法が使用できる。
【０１３５】
無線電力受信装置３００の整流部３３０は交流電力を直流電力に整流して電力管理部３６０に出力する。電力管理部３６０は、電圧制限部３６１、制御部３６２、及び変調部３６３を含むことができ、これに対する詳細な説明は図７乃至図８で説明したことと同一である。
【０１３６】
電力管理部３６０は、整流された直流電力を受信する（Ｓ１０１）。
【０１３７】
その後、電力管理部３６０は整流された直流電力が第１しきい値未満であるかを確認する（Ｓ１０３）。一実施形態において、第１しきい値は負荷４００が正常に動作するために必要となる最小の電力量を意味する。電力管理部３６０は制御部３６２を通じて電力管理部３６０に出力される直流電力を感知することができる。
【０１３８】
仮に、整流された直流電力が第１しきい値未満であると確認されれば、電力管理部３６０は制御部３６２を通じて直流電力が第１しきい値に維持されるようにする電力増加信号を生成することができる（Ｓ１０５）。即ち、電力管理部３６０は負荷４００に正常な電力が伝えられるように無線電力送信装置２００から増加した電力を受信するために電力増加信号を生成することができる。
【０１３９】
その後、電力管理部３６０は変調部３６３を通じて生成された電力増加信号を電力供給装置１００に伝達することができる（Ｓ１０７）。即ち、電力管理部３６０は変調部３６３を通じて電力増加信号を電力供給装置１００に伝達して電力供給装置１００が無線電力送信装置２００に供給する電力を増加させるようにすることができる。結果的に、電力管理部３６０は送信側から伝送される電力を増加させて第１しきい値に該当する電力を負荷４００に供給することができる。
【０１４０】
仮に、整流された直流電力が第１しきい値以上であると確認された場合、電力管理部３６０は整流された直流電力が第２しきい値未満であるかを確認する（Ｓ１０９）。一実施形態において、第２しきい値は第１しきい値よりは大きく、負荷４００が損傷を受けないための最大電力を意味することができる。
【０１４１】
仮に、整流された直流電力が第２しきい値以上であると確認された場合、電力管理部３６０は過電力を吸収する（Ｓ１１１）。電力管理部３６０は電圧制限部３６１を通じて第２しきい値以上の過電力を吸収することができ、一実施形態において、電圧制限部３６１はツェナーダイオード（Zener diode）が使用できる。結果的に、電力管理部３６０は負荷４００に過電力が伝えられることを防止することができる。
【０１４２】
その後、電力管理部３６０は制御部３６２を通じて直流電力が第１しきい値に維持されるようにする電力減少信号を生成することができる（Ｓ１１３）。
【０１４３】
その後、電力管理部３６０は変調部３６３を通じて生成された電力減少信号を電力供給装置１００に伝達することができる（Ｓ１１５）。即ち、電力管理部３６０は変調部３６３を通じて電力増加信号を電力供給装置１００に伝達して電力供給装置１００が無線電力送信装置２００に供給する電力を減少させるようにすることができる。結果的に、電力管理部３６０は送信側から伝送される電力を減少させて第１しきい値に該当する電力を負荷４００に供給することができる。
【０１４４】
仮に、整流された直流電力が第２しきい値未満であると確認された場合、ステップＳ１０１に戻る。
【０１４５】
次に、図１０乃至図１３を参照して本発明の更に他の実施形態に従う無線電力受信装置について説明する。
【０１４６】
図１０は、本発明の更に他の実施形態に従う無線電力受信装置の構成図である。
【０１４７】
図１０を参照すると、無線電力受信装置３００は、受信誘導コイル３２０、整流部３３０、電力管理部３７０、及びバッテリー管理素子（ＢＭＩＣ：Battery Management IC）３８０を含むことができる。
【０１４８】
一実施形態において、無線電力受信装置３００が無線電力送信装置２００から共振を用いて電力を受信すれば、受信共振コイル３１０をさらに含むことができる。一実施形態において、無線電力受信装置３００が無線電力送信装置２００から電磁気誘導により電力を受信すれば、受信共振コイル３１０を具備しないことがある。
【０１４９】
受信誘導コイル３２０は送信側から電力を受信する。具体的に、受信誘導コイル３２０は電磁気誘導または共振を用いて電力を受信することができる。受信誘導コイル３２０が受信する電力は交流電力でありうる。
【０１５０】
整流部３３０は、受信誘導コイル３２０が受信した交流電力を直流電力に変換することができ、詳細な構成は図７で説明したものと同一である。
【０１５１】
電力管理部３７０は、整流部３３０からバッテリー管理素子３８０に伝えられる直流電力を調節することができる。具体的に、電力管理部３７０は整流された直流電力がしきい値以上の電力である場合、負荷４００に伝達する電力を遮断することができる。
【０１５２】
電力管理部３７０は、制御部３７１、スイッチ３７２、及びダイオード３７３を含むことができる。
【０１５３】
ダイオード３７３は、整流部３３０で出力された直流電力がしきい値以上の場合、しきい値以上の電力を吸収してバッテリー管理素子３８０を保護することができる。一実施形態において、ダイオード３７３はツェナーダイオード（Zener diode）でありうる。ツェナーダイオード（Zener diode）は一定電圧より高い電圧がかかる時に電流が流れ、一定電圧より低い電圧がかかる時は開放されたように動作して電流が流れないダイオードである。
【０１５４】
制御部３７１は、整流部３３０からバッテリー管理素子３８０に伝えられる直流電力がしきい値以上の場合、これを感知し、スイッチ３７２に開放信号を伝達することができる。制御部３７１は、ダイオード３７３にしきい値以上の電力が持続的に印加されれば、ダイオード３７３が損傷を受けることがあるので、しきい値以上の電力を感知し、スイッチ３７２に開放信号を伝達してスイッチ３７２を開放させる。
【０１５５】
制御部３７１は、整流部３３０からバッテリー管理素子３８０に伝えられる直流電力がしきい値未満の場合、これを感知し、スイッチ３７２に短絡信号を伝達してスイッチ３７２を短絡させることができる。
【０１５６】
即ち、電力管理部３７０はバッテリー管理素子３８０に印加される直流電流がしきい値以上の場合、瞬間的な過電力はダイオード３７３で吸収するようにし、その以後には制御部３７１を通じてスイッチ３７２を開放させて過電力による損傷からバッテリー管理素子３８０を保護することができる。
【０１５７】
制御部３７１は増幅器を含んで構成されるが、詳細な説明は図１１で説明する。
【０１５８】
バッテリー管理素子（ＢＭＩＣ：Battery Management IC）３８０は、電力管理部３７０で出力された直流電力を調節し、調節された直流電力を負荷４００に提供する。一実施形態において、負荷４００はバッテリーを意味することができる。負荷４００は、負荷４００の両端に印加される直流電圧によって充電される電流量が変わるので、バッテリー管理素子３８０は一定の直流電流で負荷４００を充電させるために直流電力を調節して負荷４００に提供する。
【０１５９】
図１１は、本発明の一実施形態に従う制御部３７１の構成を説明する図である。
【０１６０】
制御部３７１は、増幅器及び複数の抵抗を含んで構成された比較器で構成できる。
【０１６１】
比較器は、入力電圧（Ｖ１）と基準電圧（Reference Voltage）（Ｖ２）との差を比較してスイッチ３７２の動作を制御することができる。入力電圧（Ｖ１）はバッテリー管理素子３８０に印加される電圧でありうる。
【０１６２】
制御部３７１は、入力電圧（Ｖ１）と基準電圧（Ｖ２）との差がしきい値以上の過電圧である場合、スイッチ３７２を開放させて、バッテリー管理素子３８０を保護することができる。
【０１６３】
制御部３７１は、入力電圧（Ｖ１）と基準電圧（Ｖ２）との差がしきい値未満の場合、スイッチ３７２を短絡させて整流回路３３０で出力した直流電圧をバッテリー管理素子３８０に伝達する。
【０１６４】
図１２は、本発明の一実施形態に従うスイッチ３７２の多様な構成例を説明する図である。
【０１６５】
電力管理部３７０を構成するスイッチ３７２には、図８に示すように、多様な種類の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor field-effect transistor）を使用することができる。
【０１６６】
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor field-effect transistor）はＰ型またはＮ型半導体材料のチャンネルで構成されており、この材料によって、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ、Ｃ−ＭＯＳＦＥＴに大別される。
【０１６７】
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタは、ゲート、ソース、及びドレイン端子を含み、ゲート端子の電圧を用いてスイッチとして動作することができる。
【０１６８】
図１３は、電力管理部３７０と直流−直流変換機３５０とを使用した場合によって、構造、費用、及び効率を比較した図である。
【０１６９】
図５で説明したように、直流−直流変換機（DC-DC converter）３５０にスイッチングレギュレータ（Switching regulator）またはリニアレギュレータ（Linear regulator）が使用できる。
【０１７０】
スイッチングレギュレータ（Switching regulator）はパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を用いて出力電圧が調節できる変換機である。スイッチングレギュレータ（Switching regulator）の場合、バッテリー管理素子３８０に伝えられる電力効率は９０％で、高い方であるが、構造が複雑であるので低出力電源装置ではコストが上昇することがあり、大きい値を有するインダクタを必要とする問題がある。
【０１７１】
ＬＤＯリニアレギュレータ（Low Drop Out Linear regulator）は、入力電圧を受けて必要なだけの出力電圧を送り出し、残りの電圧は熱にて放出する変換機である。ＬＤＯリニアレギュレータ（Low Drop Out Linear regulator）の場合、入出力電圧の差が多くない時に有用であるが、入出力電圧の差が多い時は効率が非常に悪くなり、多い熱が発生することがある。ＬＤＯリニアレギュレータ（Low Drop Out Linear regulator）は構造が簡単であるので費用が低廉であるが、電力効率は８０％で、スイッチングレギュレータ（Switching regulator）に比べて落ちる。
【０１７２】
本発明の実施形態である電力管理部３７０は、スイッチ３７２及びダイオード３７３で構成されるため、構造が単純であるので費用が低廉である。
【０１７３】
また、バッテリー管理素子３８０に印加される直流電力が過電力でない正常な状態の電力である場合、スイッチ３７２とダイオード３７３で発生する損失電力が少ない。電力効率は９５％程度で、スイッチングレギュレータ及びＬＤＯリニアレギュレータの場合に比べて高い。
【０１７４】
具体的に、ダイオード３７３にツェナーダイオードが使われる場合、過電力でない定常状態の電力がバッテリー管理素子３８０に印加されれば、ツェナーダイオードに流れる漏洩電流は無視できる程度に小さい。一実施形態において、ツェナーダイオードに流れる漏洩電流は１０ｕＡ以下であるが、例示に過ぎない。
【０１７５】
スイッチ３７２に金属酸化膜半導体電界効果トランジスタが使われる場合、電圧が降下する程度は、およそ０．２Ｖで微弱である。ここで、０．２Ｖは例示に過ぎない。整流部３３０で出力される直流電圧が５Ｖの場合、電圧損失率は０．２／５で、４％程度に過ぎない。
【０１７６】
即ち、本発明の実施形態である電力管理部３７０を無線電力受信装置３００に適用すれば、スイッチ３７２及びダイオード３７３で損失される電力が少ないので、バッテリー管理素子３８０に伝えられる電力が多くなって全体電力効率を高めることができる。
【０１７７】
前述した本発明に従う無線電力受信装置の電力伝達方法は、コンピュータで実行されるためのプログラムに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されることができ、コンピュータにより読取できる記録媒体の例には、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）の形態に具現されることも含む。
【０１７８】
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、分散方式により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、上記の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。
【０１７９】
以上、本発明の好ましい実施形態に対して図示及び説明したが、本発明は前述した特定の実施形態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で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。
【図１】
2018130024.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018130024.tif 000014
【図１２】
2018130024.tif 000015
【図１３】
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