(57)【要約】【課題】並列に接続された大きい容量の等価キャパシタを形成して多くの電力を充電し、直列に接続された小さい容量の等価キャパシタを生成して高いＱ値のソース共振器を形成することでターゲットデバイスに多くの電力を伝達し、またそれぞれ異なる数のキャパシタを含むキャパシタセットを用いて量子化された電圧を生成することでデータを送信する無線電力送受信装置及び方法、並びに無線電力を用いたデータ送受信装置を提供する。【解決手段】本発明の無線電力送信装置は、複数のキャパシタと、複数のキャパシタが充電される場合に複数のキャパシタの電気的な接続を並列に変換し、複数のキャパシタに格納された電力が放電される場合に充電された複数のキャパシタのうちの少なくとも２つの充電されたキャパシタの電気的な接続を直列に変換する変換部と、を備える。【選択図】図３
2012249511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタが充電される場合に前記複数のキャパシタの電気的な接続を並列に変換し、前記複数のキャパシタが放電される場合に充電された前記複数のキャパシタのうちの少なくとも２つの充電されたキャパシタの電気的な接続を直列に変換する変換部と、を備えることを特徴とする無線電力送信装置。
【請求項２】
電源供給装置から供給される電力によって並列に接続された前記複数のキャパシタを充電する電力入力部と、
直列に接続された前記少なくとも２つの充電されたキャパシタに格納された電力を送信する電力送信部と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信装置。
【請求項３】
前記変換部は、前記複数のキャパシタの電気的な接続を並列に変換し、前記並列に接続された前記複数のキャパシタの電気的な接続を直列に変換し、
前記電力入力部は、電源供給装置から供給される電力によって並列に接続された前記複数のキャパシタを充電し、
前記電力送信部は、直列に接続された前記複数のキャパシタに格納された電力を送信することを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信装置。
【請求項４】
前記複数のキャパシタのそれぞれは同じ容量のキャパシタンスを有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信装置。
【請求項５】
前記複数のキャパシタに接続されたスイッチを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記複数のキャパシタに所定の電力が充電された場合、前記複数のキャパシタの電気的な接続が並列から直列に変換されるように前記スイッチを制御することを特徴とする請求項２に記載の無線電力送信装置。
【請求項６】
前記変換部は、
前記複数のキャパシタが並列に接続された場合に前記複数のキャパシタと前記電力入力部とを電気的に接続し、
前記複数のキャパシタが直列に接続された場合に前記複数のキャパシタと前記電力送信部とを電気的に接続することを特徴とする請求項３に記載の無線電力送信装置。
【請求項７】
前記変換部は、
前記電力入力部、前記電力送信部、及び前記複数のキャパシタのそれぞれの電気的な接続を制御する第１スイッチ部と、
前記複数のキャパシタ間の電気的な接続を制御する第２スイッチ部と、
前記複数のキャパシタと接地との間の電気的な接続を制御する第３スイッチ部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記複数のキャパシタのうちの所定数のキャパシタと前記電力送信部とを電気的に直列接続し、前記所定数はソース共振器の共振周波数を制御するために選択されることを特徴とする請求項５に記載の無線電力送信装置。
【請求項９】
複数のキャパシタセットと、
電源供給装置から供給される電力によって前記複数のキャパシタセットを充電する電力入力部と、
前記複数のキャパシタセットのそれぞれに充電された電力量を送信する送信部と、を備え、
前記複数のキャパシタセットのそれぞれは、
電気的な接続によって前記電力入力部又は前記送信部に接続される複数のキャパシタと、
前記電気的な接続を変換する変換部と、を備えることを特徴とする無線電力を用いたデータ送信装置。
【請求項１０】
前記変換部は、
充電のために前記複数のキャパシタと前記電力入力部との電気的な接続を並列に変換し、
放電のために前記複数のキャパシタと前記送信部との電気的な接続を直列に変換することを特徴とする請求項９に記載の無線電力を用いたデータ送信装置。
【請求項１１】
前記電力入力部と前記送信部とが物理的に分離されるように前記複数のキャパシタに接続された複数のスイッチを制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の無線電力を用いたデータ送信装置。
【請求項１２】
前記複数のキャパシタセットは第１キャパシタセット及び第２キャパシタセットを含み、
前記第１キャパシタセットはＮ個のキャパシタを含み、
前記第２キャパシタセットはＭ個のキャパシタを含むことを特徴とする請求項１１に記載の無線電力を用いたデータ送信装置。
【請求項１３】
前記変換部は、
前記Ｎ個のキャパシタに接続されたスイッチを制御して前記Ｎ個のキャパシタの電気的な接続を直列接続又は並列接続に変換し、
前記Ｍ個のキャパシタに接続されたスイッチを制御して前記Ｍ個のキャパシタの電気的な接続を直列接続又は並列接続に変換することを特徴とする請求項１２に記載の無線電力を用いたデータ送信装置。
【請求項１４】
前記第１キャパシタセットの前記Ｎ個のキャパシタのそれぞれは同じ容量のキャパシタンスを有し、
前記第２キャパシタセットの前記Ｍ個のキャパシタのそれぞれは同じ容量のキャパシタンスを有することを特徴とする請求項１２に記載の無線電力を用いたデータ送信装置。
【請求項１５】
前記送信部は、直列に接続されたＮ個のキャパシタを含む前記第１キャパシタセットに充電された電力量、及び直列に接続されたＭ個のキャパシタを含む前記第２キャパシタセットに充電された電力量のうちの少なくともいずれか１つを用いて、変調されたデータを選択的に送信することを特徴とする請求項１２に記載の無線電力を用いたデータ送信装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記複数のキャパシタのうちの所定数のキャパシタと前記送信部とを電気的に直列接続し、前記所定数はソース共振器の共振周波数を制御するために選択されることを特徴とする請求項１１に記載の無線電力を用いたデータ送信装置。
【請求項１７】
少なくとも１つのキャパシタと、
無線電力を受信して前記少なくとも１つのキャパシタを充電する受信部と、
前記少なくとも１つのキャパシタに充電された電力を負荷に伝達する電力出力部と、
前記受信部と前記電力出力部とが電気的に接続されないように前記少なくとも１つのキャパシタに接続された少なくとも１つのスイッチを制御するスイッチ部と、を備えることを特徴とする無線電力受信装置。
【請求項１８】
前記スイッチ部は、前記少なくとも１つのキャパシタに格納された電力量に基づいて、前記少なくとも１つのキャパシタが前記受信部又は前記電力出力部と電気的に接続されるように前記少なくとも１つのスイッチを制御することを特徴とする請求項１７に記載の無線電力受信装置。
【請求項１９】
少なくとも１つのキャパシタと、
無線電力を受信して前記少なくとも１つのキャパシタを充電する受信部と、
前記少なくとも１つのキャパシタに充電された電力量に基づいてソース共振器から送信されたデータを復調する復調部と、
前記少なくとも１つのキャパシタに充電された電力及び前記復調されたデータを負荷に伝達する電力出力部と、を備えることを特徴とする無線電力を用いたデータ受信装置。
【請求項２０】
前記受信部と前記電力出力部とが電気的に接続されないように前記少なくとも１つのキャパシタに接続された少なくとも１つのスイッチを制御するスイッチ部を更に備えることを特徴とする請求項１９に記載の無線電力を用いたデータ受信装置。
【請求項２１】
電源から第１キャパシタ部を充電するステップと、
前記第１キャパシタ部と前記電源との接続を遮断し、前記第１キャパシタ部と送信コイルとを接続するステップと、
前記送信コイルから受信コイルに電力を送信するように前記第１キャパシタを放電させるステップと、
前記受信コイルから第２キャパシタ部に充電するステップと、
前記第２キャパシタ部と前記受信コイルとの接続を遮断し、前記第２キャパシタ部と負荷とを接続するステップと、
前記負荷に電力を供給するように前記第２キャパシタ部を放電させるステップと、を有することを特徴とする無線電力送受信方法。
【請求項２２】
前記第１キャパシタ部は複数のキャパシタを含み、
前記第１キャパシタ部が前記電源から充電される場合に前記複数のキャパシタを並列に接続するステップと、
前記第１キャパシタ部が前記送信コイルで放電される場合、前記複数のキャパシタのうちの少なくとも所定数のキャパシタを直列に接続するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の無線電力送受信方法。
【請求項２３】
前記第１キャパシタ部に格納された電力に基づいてデータを変調するステップと、
前記変調されたデータを前記送信コイルから前記受信コイルに送信するステップと、
前記第２キャパシタ部に格納された電力量に基づいて前記変調されたデータを復調するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の無線電力送受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力を送信する間に無線電力とデータを送信する無線電力送受信装置及び方法、並びに無線電力を用いたデータ送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力送信に対する研究は、携帯機器を含む様々な機器の爆発的な増加による有線電力供給の不便さの増加及び既存のバッテリー容量の限界に直面したことを克服するために行われた。その中でも近距離無線電力送信に対する研究が主に行われている。近距離無線電力送信とは、動作周波数で波長の長さに比べて送受信コイル間の距離が十分に小さい場合を意味する。共振特性を用いる無線電力送受信システムは電力を供給するソースと電力が供給されるターゲットを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、無線電力送信システムにおいて、並列に接続された複数のキャパシタを充電して大きい容量の等価キャパシタを生成し、大きい容量の等価キャパシタを用いて電力送信部によって多くの電力が伝達される無線電力送受信装置及び方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、無線電力送信システムにおいて、充電された複数のキャパシタを直列に接続することによって小さい容量の等価キャパシタを生成し、小さい容量の等価キャパシタを用いて高いＱ（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）値のソース共振器を形成することで、ターゲットデバイスに多くの電力が伝達される無線電力送受信装置及び方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、無線電力送信システムにおいて、それぞれ異なる数のキャパシタを含むキャパシタセットを用いて、１つの電源供給装置から量子化された電圧を生成することによって、無線電力及びデータが同時に送信される無線電力を用いたデータ送受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力送信装置は、複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタが充電される場合に前記複数のキャパシタの電気的な接続を並列に変換し、前記複数のキャパシタが放電される場合に充電された前記複数のキャパシタのうちの少なくとも２つの充電されたキャパシタの電気的な接続を直列に変換する変換部と、を備える。
【０００５】
本発明の無線電力送信装置は、電源供給装置から供給される電力によって並列に接続された前記複数のキャパシタを充電する電力入力部と、直列に接続された前記少なくとも２つの充電されたキャパシタに格納された電力を送信する電力送信部と、を更に備える。
前記変換部は、前記複数のキャパシタの電気的な接続を並列に変換し、前記並列に接続された前記複数のキャパシタの電気的な接続を直列に変換し、前記電力入力部は、電源供給装置から供給される電力によって並列に接続された前記複数のキャパシタを充電し、前記電力送信部は、直列に接続された前記複数のキャパシタに格納された電力を送信する。
前記複数のキャパシタのそれぞれは同じ容量のキャパシタンスを有する。
本発明の無線電力送信装置は、前記複数のキャパシタに接続されたスイッチを制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記複数のキャパシタに所定の電力が充電された場合、前記複数のキャパシタの電気的な接続が並列から直列に変換されるように前記スイッチを制御する。
前記変換部は、前記複数のキャパシタが並列に接続された場合に前記複数のキャパシタと前記電力入力部とを電気的に接続し、前記複数のキャパシタが直列に接続された場合に前記複数のキャパシタと前記電力送信部とを電気的に接続する。
前記変換部は、前記電力入力部、前記電力送信部、及び前記複数のキャパシタのそれぞれの電気的な接続を制御する第１スイッチ部と、前記複数のキャパシタ間の電気的な接続を制御する第２スイッチ部と、前記複数のキャパシタと接地との間の電気的な接続を制御する第３スイッチ部と、を備える。
前記制御部は、前記複数のキャパシタのうちの所定数のキャパシタと前記電力送信部とを電気的に直列接続し、前記所定数はソース共振器の共振周波数を制御するために選択される。
前記電力入力部は、ＤＣ電源供給装置又はＡＣ電源供給装置から供給される電力によって前記並列に接続された前記複数のキャパシタを充電してもよい。
前記制御部は、前記直列に接続されたキャパシタに格納された電力が予め設定された値以下に放電されるか、或いは予め設定された時間が経過した場合、前記直列に接続されたキャパシタが並列に接続されるように、前記直列に接続されたキャパシタと接続されたスイッチを制御してもよい。
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力を用いたデータ送信装置は、複数のキャパシタセットと、電源供給装置から供給される電力によって前記複数のキャパシタセットを充電する電力入力部と、前記複数のキャパシタセットのそれぞれに充電された電力量を送信する送信部と、を備え、前記複数のキャパシタセットのそれぞれは、電気的な接続によって前記電力入力部又は前記送信部に接続される複数のキャパシタと、前記電気的な接続を変換する変換部と、を備える。
【０００７】
前記変換部は、充電のために前記複数のキャパシタと前記電力入力部との電気的な接続を並列に変換し、放電のために前記複数のキャパシタと前記送信部との電気的な接続を直列に変換する。
前記電力入力部は、前記キャパシタセットのそれぞれを同時に充電してもよい。
前記電力入力部は、前記キャパシタセットのそれぞれを選択的に充電してもよい。
本発明の無線電力を用いたデータ送信装置は、前記電力入力部と前記送信部とが物理的に分離されるように前記複数のキャパシタに接続された複数のスイッチを制御する制御部を更に備える。
前記複数のキャパシタセットは第１キャパシタセット及び第２キャパシタセットを含み、前記第１キャパシタセットはＮ個のキャパシタを含み、前記第２キャパシタセットはＭ個のキャパシタを含む。
前記変換部は、前記Ｎ個のキャパシタに接続されたスイッチを制御して前記Ｎ個のキャパシタの電気的な接続を直列接続又は並列接続に変換し、前記Ｍ個のキャパシタに接続されたスイッチを制御して前記Ｍ個のキャパシタの電気的な接続を直列接続又は並列接続に変換する。
前記第１キャパシタセットの前記Ｎ個のキャパシタのそれぞれは同じ容量のキャパシタンスを有し、前記第２キャパシタセットの前記Ｍ個のキャパシタのそれぞれは同じ容量のキャパシタンスを有する。
前記送信部は、直列に接続されたＮ個のキャパシタを含む前記第１キャパシタセットに充電された電力量、及び直列に接続されたＭ個のキャパシタを含む前記第２キャパシタセットに充電された電力量のうちの少なくともいずれか１つを用いて、変調されたデータを選択的に送信する。
前記制御部は、前記複数のキャパシタのうちの所定数のキャパシタと前記送信部とを電気的に直列接続し、前記所定数はソース共振器の共振周波数を制御するために選択される。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力受信装置は、少なくとも１つのキャパシタと、無線電力を受信して前記少なくとも１つのキャパシタを充電する受信部と、前記少なくとも１つのキャパシタに充電された電力を負荷に伝達する電力出力部と、前記受信部と前記電力出力部とが電気的に接続されないように前記少なくとも１つのキャパシタに接続された少なくとも１つのスイッチを制御するスイッチ部と、を備える。
【０００９】
前記スイッチ部は、前記少なくとも１つのキャパシタに格納された電力量に基づいて、前記少なくとも１つのキャパシタが前記受信部又は前記電力出力部と電気的に接続されるように前記少なくとも１つのスイッチを制御する。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力を用いたデータ受信装置は、少なくとも１つのキャパシタと、無線電力を受信して前記少なくとも１つのキャパシタを充電する受信部と、前記少なくとも１つのキャパシタに充電された電力量に基づいてソース共振器から送信されたデータを復調する復調部と、前記少なくとも１つのキャパシタに充電された電力及び前記復調されたデータを負荷に伝達する電力出力部と、を備える。
【００１１】
本発明の無線電力を用いたデータ受信装置は、前記受信部と前記電力出力部とが電気的に接続されないように前記少なくとも１つのキャパシタに接続された少なくとも１つのスイッチを制御するスイッチ部を更に備える。
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線電力送受信方法は、電源から第１キャパシタ部を充電するステップと、前記第１キャパシタ部と前記電源との接続を遮断し、前記第１キャパシタ部と送信コイルとを接続するステップと、前記送信コイルから受信コイルに電力を送信するように前記第１キャパシタを放電させるステップと、前記受信コイルから第２キャパシタ部に充電するステップと、前記第２キャパシタ部と前記受信コイルとの接続を遮断し、前記第２キャパシタ部と負荷とを接続するステップと、前記負荷に電力を供給するように前記第２キャパシタ部を放電させるステップと、を有する。
【００１３】
前記第１キャパシタ部は複数のキャパシタを含み、本発明の無線電力送受信方法は、前記第１キャパシタ部が前記電源から充電される場合に前記複数のキャパシタを並列に接続するステップと、前記第１キャパシタ部が前記送信コイルで放電される場合、前記複数のキャパシタのうちの少なくとも所定数のキャパシタを直列に接続するステップと、を更に含む。
本発明の無線電力送受信方法は、前記第１キャパシタ部に格納された電力に基づいてデータを変調するステップと、前記変調されたデータを前記送信コイルから前記受信コイルに送信するステップと、前記第２キャパシタ部に格納された電力量に基づいて前記変調されたデータを復調するステップと、を更に含む。
【００１４】
本発明の一態様による無線電力送信方法は、電源供給装置から供給される電力を介して並列に接続されたＮ個のキャパシタを充電するステップと、前記並列に接続されたＮ個のキャパシタが直列に接続され、前記直列に接続されたＮ個のキャパシタが再び並列に接続されるように前記Ｎ個のキャパシタの電気的な接続を変換するステップと、前記直列に接続されたＮ個のキャパシタに充電された電力をソース共振器とターゲット共振器との間のマグネチックカップリングを介して送信するステップと、を含む。
【００１５】
本発明の無線電力送信方法は、前記並列に接続されたＮ個のキャパシタに所定の電力が充電された場合、前記並列に接続されたＮ個のキャパシタが直列に接続されるように、前記並列に接続されたＮ個のキャパシタと接続されたスイッチを制御するステップを更に含む。
前記制御するステップは、前記直列に接続されたＮ個のキャパシタに格納された電力が予め設定された値以下に放電されるか、或いは予め設定された時間が経過した場合、前記直列に接続されたＮ個のキャパシタが並列に接続されるように、前記直列に接続されたＮ個のキャパシタと接続されたスイッチを制御してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、無線電力送信システムにおいて、複数のキャパシタが並列に接続されて充電されることによって、大きい容量の等価キャパシタを生成することができ、大きい容量の等価キャパシタを用いることで電力送信部によって多くの電力を送信することができる。
本発明によると、無線電力送信システムにおいて、充電された複数のキャパシタが直列に接続されることによって小さい容量の等価キャパシタが生成され、小さい容量の等価キャパシタを用いて高いＱ（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）値のソース共振器を形成することで、ターゲットデバイスに多くの電力を送信することができる。
本発明によると、無線電力送信システムにおいて、それぞれ異なる数のキャパシタを含むキャパシタセットを用いて、１つの電源供給装置から量子化された電圧が生成されることによって、無線電力及びデータを同時に送信することができる。
本発明によると、複数の並列充電されたキャパシタを選択的に組み合わせて直列接続されたキャパシタを構成することによって、共振器の共振周波数を自由に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電力入力部と電力送信部、及び受信部と電力出力部が物理的に分離された近距離無線電力送信システムの等価回路を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による無線電力送信装置のブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による無線電力送信装置の概念図である。
【図４】本発明の一実施形態による無線電力送信装置の具体的な一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による無線電力送信装置においてキャパシタが並列に接続された場合の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による無線電力送信装置においてキャパシタが直列に接続された場合の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による無線電力を送信するデータ送信装置のブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態による無線電力を送信するデータ送信装置の概念図である。
【図９】本発明の一実施形態による無線電力を用いたデータ送信装置の具体的な一例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による無線電力受信装置のブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態による無線電力を用いたデータ受信装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
本発明の一実施形態による無線電力送信システムはソースとターゲットから構成されるソース−ターゲットの構造を有する。即ち、無線電力送信システムは、ソースに該当する無線電力送信装置とターゲットに該当する無線電力受信装置を備える。
【００２０】
無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、及び無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に接続された回路における無線電力送信の効率を高めるためにはいくつか考慮しなければならない事項がある。
【００２１】
無線電力送信装置の電力入力部と送信コイル、及び無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に接続された回路は、送信効率を高めるために動作環境の変化（例えば、共振器との間の距離、ターゲットのインピーダンス変化）に応じて周波数整合、インピーダンスマッチング、及び高い効率の電力増幅器、整流器を必要とする。
【００２２】
従って、本実施形態による無線電力送信システムは、インピーダンスマッチングなどの制約から自由な、無線電力送信装置の電力入力部と送信コイルが物理的に分離され、無線電力受信装置の電力出力部と受信コイルが物理的に分離された回路を考慮する。
【００２３】
無線電力送信システムは、電力入力部と送信コイルとの間に位置するキャパシタを用いて物理的に分離する。電力入力部とキャパシタとが接続された場合にキャパシタは送信コイルに接続されず、電力入力部を介して充電されたキャパシタは送信コイルに接続されて放電される。即ち、キャパシタは電力入力部及び送信コイルに同時に接続されない。
【００２４】
受信コイルと電力出力部の場合にも、受信コイルと電力出力部との間に位置するキャパシタを用いて物理的に分離する。送信コイルから放電された電力が送信コイルと受信コイルとの間でマグネチックカップリングを介して受信コイルに受信されると、受信コイルに接続されたキャパシタが充電され、このときキャパシタは電力出力部と分離される。充電されたキャパシタは電力出力部に接続され、電力出力部は所望するターゲットデバイス又は負荷に電力を伝達する。
【００２５】
無線電力送信システムは、キャパシタが電力入力部又は送信コイルに接続されるタイミングを制御し、キャパシタが受信コイル又は電力出力部に接続されるタイミングを制御する。
【００２６】
無線電力送信システムにおいて、送信コイルと受信コイルとの間で高い送信効率で電力を送信するためには、Ｑ（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）値の大きい共振器を使用しなければならない。Ｑ値は共振器のキャパシタンスの自乗根に反比例する。従って、Ｑ値が大きい共振器を設計するためにはキャパシタンスが小さいキャパシタを用いる必要がある。
【００２７】
ところが、キャパシタンスの小さいキャパシタを使用すると、キャパシタに電力入力部から一回に充電され得る電力容量が小さくなる。従って、送信コイルで効率が高いとしても受信コイルに伝達できる電力量は軽減することになる。
【００２８】
一回に充電され得る電力容量を大きくするためには電力入力部で充電されるキャパシタの容量を大きくし、受信コイルとの送信効率を高めるためには送信コイルに接続されるキャパシタの容量を小さくする必要がある。
【００２９】
また、１つの入力電源から様々なレベルの入力電圧を供給することのできるキャパシタの組み合わせを考慮する必要がある。様々なレベルの入力電圧を通して無線電力送信システムはデータを送受信することができる。
【００３０】
本実施形態による無線電力送信システムは、無線電力送信を必要とする様々なシステムに応用され得る。携帯電話の無線充電又はワイヤレスＴＶ（ｗｉｒｅｌｅｓｓＴＶ）などが代表的な例として挙げられる。また、バイオヘルスケア（ｂｉｏ  ｈｅａｌｔｈ  ｃａｒｅ）の分野に応用可能であり、人体に挿入されたデバイスに遠隔で電力送信したり、心拍数を測定するための包帯タイプのデバイスに無線で電力を送信したりするために応用され得る。
【００３１】
また、本実施形態による無線電力送信システムは、電源ソースのない情報記憶装置の遠隔制御に応用され得る。本実施形態による無線電力送信システムは、情報記憶装置に遠隔で装置を駆動できる電力を供給すると同時に、無線で記憶装置に格納された情報を呼び出すシステムに応用され得る。
【００３２】
図１は、電力入力部と電力送信部、及び受信部と電力出力部が物理的に分離された近距離無線電力送信システムの等価回路を示す図である。
【００３３】
図１を参照すると、無線電力送信システムはソース及びターゲットから構成されるソース−ターゲットの構造を有する。即ち、無線電力送信システムは、ソースに該当する無線電力送信装置とターゲットに該当する無線電力受信装置を備える。
【００３４】
無線電力送信装置は、電力入力部１１０、電力送信部１２０、及びスイッチ部１３０を備える。電力入力部１１０は、電源供給装置からエネルギーを受信してキャパシタにエネルギーを格納する。スイッチ部１３０は、キャパシタにエネルギーを格納する間には電力入力部１１０にキャパシタを接続し、キャパシタに格納されたエネルギーを放電する間にはキャパシタを電力送信部１２０に接続する。スイッチ部１３０は、キャパシタが同時に電力入力部１１０及び電力送信部１２０に接続されないようにする。
【００３５】
電力送信部１２０は電磁気（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）エネルギーを受信部１４０に伝達にする。より具体的には、電力送信部１２０の送信コイルＬ１は受信部１４０の受信コイルＬ２とのマグネチックカップリングを介して電力を伝達する。送信コイルＬ１と受信コイルＬ２との間に発生するマグネチックカップリングは相互インダクタンスＭで表示する。
【００３６】
簡略的に、電力入力部１１０は、入力電圧ＶＤＣ、内部抵抗Ｒｉｎ、及びキャパシタＣ１に、電力送信部１２０は、電力送信部１２０に対応する物理的な性質を反映して基礎回路素子Ｒ１、Ｌ１、Ｃ１に、スイッチ部１３０は複数のスイッチにそれぞれモデリングすることができる。スイッチとしてオン／オフ機能を行う能動素子を用いてもよい。Ｒは抵抗成分、Ｌはインダクター成分、Ｃはキャパシタ成分を意味する。入力電圧ＶＤＣのうちのキャパシタＣ１にかかる電圧はＶｉｎで表示する。
【００３７】
無線電力受信装置は、受信部１４０、電力出力部１５０、及びスイッチ部１６０を備える。受信部１４０は電力送信部１２０から電磁気エネルギーを受信する。受信部１４０は受信した電磁気エネルギーを接続されたキャパシタに格納する。スイッチ部１６０は、キャパシタにエネルギーを格納する間には受信部１４０にキャパシタを接続し、キャパシタに格納されたエネルギーを負荷に伝達する間にはキャパシタを電力出力部１５０に接続する。スイッチ部１６０はキャパシタが同時に受信部１４０及び電力出力部１５０に接続されないようにする。
【００３８】
より具体的には、受信部１４０の受信コイルＬ２は、電力送信部１２０の送信コイルＬ１とのマグネチックカップリングを介して電力を受信する。電力出力部１５０は受信した電力をバッテリーに伝達する。電力出力部１５０は、バッテリーの代わりに、負荷又はターゲットデバイスに電力を伝達してもよい。
【００３９】
簡略的に、受信部１４０は、受信部１４０に対応する物理的な性質を基礎回路素子Ｒ２、Ｌ２、Ｃ２に、電力出力部１５０は、接続されるキャパシタＣ２及びバッテリーに、スイッチ部１６０は複数のスイッチにそれぞれモデリングしてもよい。受信コイルＬで受信されるエネルギーのうち、キャパシタＣ２にかかる電圧はＶｏｕｔで表示する。
【００４０】
ソース共振器Ｒ１、Ｌ１、Ｃ１と電力を供給する電源ソースとが分離され、ターゲット共振器Ｒ２、Ｌ２、Ｃ２とターゲットデバイスとが分離されることによって、動作環境の変化に応じた周波数整合及びインピーダンスマッチングから自由になる。ソース共振器に伝達される電力は、接続されたキャパシタの充電電力によって決定され、ターゲットデバイスに送信される電力は、接続されたキャパシタの充電電力によって決定されるためである。即ち、送信効率は、動作環境の変化に関係することなく、キャパシタの充電及び伝達によって決定される。
【００４１】
図１に示すように、キャパシタＣ１が１つである場合には、電力入力部１１０に接続されるキャパシタのキャパシタンスと電力送信部１２０に接続されるキャパシタのキャパシタンスとが同一である。キャパシタの充電容量はキャパシタンスに比例し、ソース共振器のＱ値はキャパシタンスの自乗根に反比例する。この場合、同時に、キャパシタの充電容量を大きくしながら、ソース共振器のＱ値を大きくすることはできない。
【００４２】
キャパシタの充電容量を大きくしながらソース共振器のＱ値を大きくするために、複数のキャパシタを用いる。この場合、複数のキャパシタの接続方式に基づいて、電力入力部１１０ではキャパシタの充電容量を大きくし、電力送信部１２０ではＱ値を大きくする。
【００４３】
図２は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置のブロック図である。
【００４４】
図２を参照すると、本実施形態による無線電力送信装置は、電力入力部２１０、変換部２２０、電力送信部２３０、及び制御部２４０を備える。
【００４５】
電力入力部２１０は、電源供給装置から供給される電力を介してキャパシタを充電する。電源供給装置は、電力入力部２１０に含まれてもよく、電力入力部２１０の外部に位置してもよい。電力入力部２１０は、ＤＣ電源供給装置又はＡＣ電源供給装置から供給される電力によってキャパシタを充電する。
【００４６】
電力入力部２１０は、ＤＣ電源供給装置を用いてキャパシタを充電することが容易である。しかし、電力入力部２１０は、ＡＣ電源供給装置を用いる場合にもＡＣ−ＤＣコンバータを用いてＤＣに電源を置き換えたり、スイッチを追加してスイッチの適切なタイミングを調整することによってキャパシタを充電したりすることができる。
【００４７】
変換部２２０はキャパシタの電気的な接続を変換する。
【００４８】
変換部２２０は、電力入力部２１０にキャパシタが接続される場合には電気的な接続を並列に変換する。従って、キャパシタは並列に接続される。並列に接続されたキャパシタの全体のキャパシタンスは、各キャパシタのキャパシタンスの和と同一であるため、全体のキャパシタンスの値は各キャパシタのキャパシタンスよりも大きくなる。即ち、変換部２２０は、キャパシタの電気的な接続を並列に変換することによって、電力入力部２１０で充電できる電力の容量を１つのキャパシタよりも大きくすることができる。
【００４９】
変換部２２０は、電力送信部２３０にキャパシタが接続される場合に電気的な接続を直列に変換する。従って、キャパシタは直列に接続される。直列に接続されたキャパシタの全体のキャパシタンスは各キャパシタのキャパシタンスよりも小さくなる。このとき、各キャパシタは同じ容量のキャパシタンスを有してもよい。即ち、変換部２２０は、キャパシタの電気的な接続を直列に変換することによって、電力送信部２３０に含まれるソース共振器のＱ値を１つのキャパシタよりも大きくすることができる。
【００５０】
電力入力部２１０で並列に接続されたキャパシタの充電が完了すると、変換部２２０は、充電されたキャパシタの電気的な接続を直列に変換して電力送信部２３０に接続する。ここで、充電が完了する基準はキャパシタに充電される最大値に設定してもよい。また、キャパシタの安定性を考慮した任意の値に設定してもよい。安定性はキャパシタの物理的な欠陥が発生しないレベルで決定され得る。
【００５１】
変換部２２０は、キャパシタに接続されたスイッチのオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）に応じてキャパシタの電気的な接続を変換する。キャパシタに接続されたスイッチのうち、どのスイッチをオン／オフするかに関する情報は制御部２４０から提供される。制御部２４０は、キャパシタに格納されたエネルギーのレベルに応じて、変換部２２０がキャパシタに接続されたスイッチのオン／オフを制御するように制御信号を生成する。制御部２４０は、キャパシタに格納されたエネルギーを測定又はセンシングする。このとき、格納されたエネルギーの測定は測定器によって行われ、センシングはセンサによって行われる。
【００５２】
本実施形態において、変換部２２０は、第１スイッチ部２２１、第２スイッチ部２２３、及び第３スイッチ部２２５を備える。第１スイッチ部２２１は、電力入力部２１０とキャパシタとの電気的な接続をオン／オフし、電力送信部２３０とキャパシタとの電気的な接続をオン／オフする。第２スイッチ部２２３は、キャパシタ間の電気的な接続をオン／オフする。第３スイッチ部２２５は、キャパシタと接地との間の電気的な接続をオン／オフする。
【００５３】
例えば、電力入力部２１０とキャパシタとを並列に接続するために、第１スイッチ部２２１は電力入力部２１０とキャパシタとの電気的な接続をオンし、第２スイッチ部２２３はキャパシタ間の電気的な接続をオフし、第３スイッチ部２２５はキャパシタと接地との間の電気的な接続をオンする。また、電力送信部２３０とキャパシタとを直列に接続するために、第１スイッチ部２２１は電力送信部２３０とキャパシタとの電気的な接続をオンし、第２スイッチ部２２３はキャパシタ間の電気的な接続をオンし、第３スイッチ部２２５はキャパシタと接地との間の電気的な接続をオフする。
【００５４】
キャパシタと電力入力部２１０とが接続されている間、キャパシタは電力送信部２３０と分離される。電力入力部２１０と電力送信部２３０は変換部２２０のスイッチオン／オフに応じて分離される。
【００５５】
キャパシタに充電された電力を電力送信部２３０のソース共振器に伝達する過程は、キャパシタをソース共振器に接続することによって行われてもよい。但し、並列に接続されたキャパシタは、変換部２２０によって直列に電気的な接続が変換された後、ソース共振器に接続される。
【００５６】
電力送信部２３０は、ソース共振器に伝達される電力をマグネチックカップリングによって送信する。電力送信部２３０は、充電されて直列に接続されたキャパシタがソース共振器に接続されると、キャパシタに充電された電力を、マグネチックカップリングを介して送信する。
【００５７】
電力入力部２１０及び電力送信部２３０は独立的に作動する。従って、無線電力送信装置の動作環境の変化に影響を受けることはない。また、電力入力部２１０は、複数のキャパシタを用いることによって電力増幅器なしに無線電力受信装置で要求される電力を生成することができる。
【００５８】
制御部２４０は、複数のキャパシタのうちの所定数のキャパシタと電力送信部２３０を電気的に直列接続し、ソース共振器の共振周波数を制御する。ソース共振器の共振周波数は、電力送信部２３０に接続されるキャパシタの数に応じて変更される。無線電力の送信対象ではない無線電力受信装置が電力を受信する場合に、制御部２４０は共振周波数を変更して電力の受信を遮断してもよい。また、制御部２４０は、共振周波数を変更することで他の無線電力受信装置との干渉回避やその他の通信方式に応用され得る。
【００５９】
図３は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置の概念図である。
【００６０】
図３を参照すると、電力入力部３１０は並列に接続されたＮ個のキャパシタ３１１を充電し、電力送信部３２０は、直列に接続されたＮ個のキャパシタ３２１から供給される電力を、送信コイルＬを介して送信する。一例として、図３に示すキャパシタ３２１の数はＮ個である。
【００６１】
Ｎ個のキャパシタの各キャパシタンスがＮ×Ｃである場合、並列に接続されたＮ個のキャパシタ３１１の全体キャパシタンスはＮ×Ｎ×Ｃである。Ｎ個のキャパシタの各キャパシタンスがＮ×Ｃである場合、直列に接続されたＮ個のキャパシタ３２１の全体キャパシタンスはＣである。
【００６２】
電力入力部３１０は、並列に接続されたＮ個のキャパシタ３１１を充電してＮ×Ｎ×Ｃの充電容量を確保することができる。電力送信部３２０は全体キャパシタンスがＣの直列に接続されたＮ個のキャパシタ３２１から相対的に高いＱ値を有するソース共振器を構成する。即ち、電力入力部３１０は相対的に大きい容量の等価キャパシタにエネルギーを格納し、電力送信部３２０は相対的に小さい容量の等価キャパシタを用いて相対的に大きいＱ値のソース共振器を構成する。
【００６３】
キャパシタンスがＣである１つのキャパシタを充電し、放電する場合と比較すると、電力入力部３１０では並列に接続されたＮ個のキャパシタ３１１にＮ２倍大きい電力を格納することでき、電力送信部３２０は同一のキャパシタンスＣでソース共振器を構成する。従って、電力送信部３２０は、キャパシタンスがＣである１つのキャパシタの場合と同一のＱ値を有するソース共振器を構成すると同時に、より多い電力を無線電力受信装置に供給することができる。
【００６４】
図４は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置の具体的な一例を示す図である。
【００６５】
図４を参照すると、無線電力送信装置は、電力入力部４１０、電力送信部４２０、及び変換部４３０を備える。
【００６６】
電力入力部４１０は、入力電源Ｖｉｎから供給される電力によって、並列に接続されたキャパシタを充電する。このとき、変換部４３０は、キャパシタの電気的な接続を並列に変換する。変換部４３０は、第１スイッチ部４３１、第２スイッチ部４３３、及び第３スイッチ部４３５を備える。このとき、第１スイッチ部４３１は、電力入力部４１０とキャパシタとの電気的な接続をオンする。第２スイッチ部４３３は、キャパシタ間の電気的な接続をオフする。第３スイッチ部４３５は、キャパシタと接地との間の電気的な接続をオンする。各キャパシタのキャパシタンスがＮ×Ｃであり、キャパシタの数がＮ個である場合、並列に接続されたキャパシタの全体キャパシタンスはＮ×Ｎ×Ｃである。
【００６７】
電力送信部４２０は、直列に接続されたキャパシタに充電された電力をソース共振器とターゲット共振器との間のマグネチックカップリングを介して送信する。ソース共振器は直列Ｒ、Ｌ、Ｃの回路で表現される。変換部４３０は、電力入力部４１０と並列に接続されたキャパシタの電気的な接続を電力送信部４２０と直列に接続されるように変換する。このとき、第１スイッチ部４３１は、電力送信部４２０とキャパシタとの電気的な接続をオンする。第２スイッチ部４３３は、キャパシタ間の電気的な接続をオンする。第３スイッチ部４３５は、キャパシタと接地との間の電気的な接続をオフする。各キャパシタのキャパシタンスがＮ×Ｃであり、キャパシタの数がＮ個である場合、直列に接続されたキャパシタの全体キャパシタンスはＣである。
【００６８】
図５は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置においてキャパシタが並列接続される場合の一例を示す図である。
【００６９】
図５を参照すると、スイッチ部５１０は、電力入力部とキャパシタとの間に接続されるスイッチをオンし、電力送信部とキャパシタとの間に接続されるスイッチをオフする。キャパシタ間のスイッチはオフされている。スイッチ部５２０は、キャパシタと接地との間のスイッチをオンする。このようなスイッチ動作によってキャパシタは電力入力部と並列に接続される。
【００７０】
図６は、本発明の一実施形態による無線電力送信装置においてキャパシタが直列接続される場合の一例を示す図である。
【００７１】
図６を参照すると、スイッチ部６２０は電力送信部とキャパシタとの間に接続されるスイッチをオンする。スイッチ部６１０はキャパシタ間のスイッチをオンする。キャパシタと接地との間のスイッチはオフされる。直列に接続されたキャパシタの両終端のうちの少なくとも一方の終端は接地される。このようなスイッチ動作によってキャパシタは電力送信部と直列に接続される。
【００７２】
図７は、本発明の一実施形態による無線電力を送信するデータ送信装置のブロック図である。
【００７３】
図７を参照すると、本実施形態による無線電力を用いたデータ送信装置は、電力入力部７１０、キャパシタセット７２０、送信部７３０、及び制御部７４０を備える。
【００７４】
電力入力部７１０は、電源供給装置から供給される電力を介してキャパシタセット７２０を充電する。キャパシタセット７２０はキャパシタセット７２１、７２４を備える。各キャパシタセット７２１、７２４はそれぞれ異なる容量の電力を充電する。各キャパシタセット７２１、７２４はそれぞれ異なる数のキャパシタ７２３、７２６から構成される。即ち、同一のキャパシタンスを有するキャパシタの数が異なるようにしてキャパシタセットを構成すると、各キャパシタセット７２１、７２４に格納される電力の容量は変わる。
【００７５】
電源供給装置は、電力入力部７１０に含まれてもよく、電力入力部７１０の外部に位置してもよい。電力入力部７１０は、ＤＣ電源供給装置又はＡＣ電源供給装置から供給される電力によってキャパシタを充電してもよい。電力入力部７１０は１つの電源供給電源装置から供給される電力によってキャパシタセット７２０を充電してもよい。
【００７６】
電力入力部７１０は、ＤＣ電源供給装置を用いてキャパシタを充電することが容易である。しかし、電力入力部７１０はＡＣ電源供給装置を用いる場合にも、ＡＣ−ＤＣコンバータを用いてＤＣで電源を置き換えたり、スイッチを追加してスイッチの適切なタイミングを調整することによってキャパシタを充電したりしてもよい。
【００７７】
各キャパシタセット７２１、７２４は複数のキャパシタ７２３、７２６を含み、変換部７２２、７２５によって複数のキャパシタ７２３、７２６の電気的な接続を変換する。
【００７８】
キャパシタセット７２１において、変換部７２２は複数のキャパシタ７２３の電気的な接続を変換する。変換部７２２は、複数のキャパシタ７２３の電気的な接続を並列に変換して電力入力部７１０に接続する。変換部７２２は、充電されて並列に接続されたキャパシタ７２３の電気的な接続を直列に変換し、直列に接続されたキャパシタ７２３を送信部７３０に接続する。
【００７９】
キャパシタセット７２４において、変換部７２５も複数のキャパシタ７２６の電気的な接続を変換する。変換部７２５は、複数のキャパシタ７２６の電気的な接続を並列に変換して電力入力部７１０に接続する。変換部７２５は、充電されて並列に接続されたキャパシタ７２６の電気的な接続を直列に変換し、直列に接続されたキャパシタ７２６を送信部７３０に接続する。
【００８０】
変換部７２２、７２５は、キャパシタに接続されたスイッチのオン／オフに応じてキャパシタの電気的な接続を変換する。キャパシタに接続されたスイッチのうち、どのスイッチをオン／オフするかに関する情報は制御部７４０から提供される。制御部７４０は、キャパシタに格納されたエネルギーのレベルに応じて変換部７２２、７２５がキャパシタに接続されたスイッチのオン／オフを制御するように制御信号を生成する。制御部７４０は、キャパシタに格納されたエネルギーを測定又はセンシングする。このとき、格納されたエネルギーの測定は測定器を介して行われ、センシングはセンサを介して行われてもよい。
【００８１】
電力入力部７１０は、各キャパシタセット７２１、７２４を同時に充電してもよく、選択的に充電してもよい。より具体的に、電力入力部７１０は、キャパシタセットのうち、電力入力部７１０と並列に接続されたキャパシタを充電する。
【００８２】
電力入力部７１０と並列に接続されるキャパシタにはキャパシタ間に同一の電圧がかかる。ところが、変換部７２２、７２５を介してキャパシタの電気的な接続が直列に変換されると、キャパシタセット７２１及びキャパシタセット７２４にかかる電圧はそれぞれ異なる。キャパシタセット７２１に含まれるキャパシタ７２３とキャパシタセット７２４に含まれるキャパシタ７２６の数がそれぞれ異なるためである。
【００８３】
例えば、キャパシタセット７２１には２つのキャパシタ７２３が含まれ、キャパシタセット７２４には３つのキャパシタ７２６が含まれる場合、電力入力部７１０によって並列に接続された２つのキャパシタ７２３のそれぞれに１Ｖの電圧が充電され、並列に接続された３つのキャパシタ７２６のそれぞれに１Ｖの電圧が充電されるものとする。このように充電された２つのキャパシタ７２３が直列に接続されると、キャパシタセット７２１にかかる電圧は２Ｖである。また、充電された３つのキャパシタ７２６が直列に接続されると、キャパシタセット７２４にかかる電圧は３Ｖである。
【００８４】
送信部７３０は、各キャパシタセットに充電された電力量に応じて変調されたデータを送信する。キャパシタセット毎にかかる電圧が異なるため、キャパシタセット毎に異なる電圧を用いてデータを変調する。送信部７３０は、所望するデータを送信するために所望するデータがマッピングされた電圧を有するキャパシタセットに接続される。制御部７４０は、各キャパシタセットにかかる電圧に関する情報及び各電圧とマッピングされるデータに関する情報を送信部７３０に提供する。この場合、制御部７４０は、送信部７３０と該当の電圧がかかったキャパシタセットが接続されるように変換部７２２、７２５を制御する。
【００８５】
制御部７４０は、複数のキャパシタ７２３、７２６のうちの所定数のキャパシタと送信部７３０を電気的に接続し、ソース共振器の共振周波数を制御する。ソース共振器の共振周波数は、送信部７３０に接続されるキャパシタの数に応じて変更される。無線電力の送信対象ではない無線電力受信装置が電力を受信する場合に、制御部７４０は共振周波数を変更して電力の受信を遮断してもよい。また、制御部７４０は、共振周波数を変更して他の無線電力受信装置との干渉を回避することができる。また、制御部７４０が所定のキャパシタを電気的に送信部７３０に直列接続して共振周波数を変更する方式は、その他の通信方式に応用され得る。
【００８６】
キャパシタと電力入力部７１０とが接続されている間、キャパシタは送信部７３０と分離される。電力入力部７１０及び送信部７３０は、変換部７２２、７２５のスイッチオン／オフによって分離される。制御部７４０は、電力入力部７１０及び送信部７３０が物理的に分離されるように変換部７２２、７２５を制御する信号を生成する。
【００８７】
送信部７３０は、ソース共振器に伝達された電力を、マグネチックカップリングを介して送信する。送信部７３０は、充電されて直列に接続されたキャパシタがソース共振器に接続されると、キャパシタに充電された電力を、マグネチックカップリングを介して送信する。このとき、送信部７３０は、接続されたキャパシタセット毎に異なる電力量を送信することによって、変調されたデータ送信することができる。
【００８８】
電力入力部７１０及び送信部７３０は独立的に作動する。従って、無線電力送信装置における動作環境の変化の影響を減少させることができる。
【００８９】
図８は、本発明の一実施形態による無線電力を送信するデータ送信装置の概念図である。
【００９０】
図８を参照すると、電力入力部８１０は、キャパシタセット８１１及びキャパシタセット８１３を充電する。キャパシタセット８１１は並列に接続されたＮ個のキャパシタを含む。このとき、Ｎ個のキャパシタの各キャパシタンスはＮ×Ｃである。キャパシタセット８１３は並列に接続されたＭ個のキャパシタを含む。このとき、Ｍ個のキャパシタの各キャパシタンスはＭ×Ｃである。
【００９１】
Ｎ個のキャパシタの各キャパシタンスがＮ×Ｃである場合、キャパシタセット８１１の全体キャパシタンスはＮ×Ｎ×Ｃである。Ｍ個のキャパシタの各キャパシタンスがＭ×Ｃである場合、キャパシタセット８１３の全体のキャパシタンスはＭ×Ｍ×Ｃである。
【００９２】
Ｎ個のキャパシタの各キャパシタンスがＮ×Ｃである場合、キャパシタセット８２１の全体キャパシタンスはＣである。Ｍ個のキャパシタの各キャパシタンスがＭ×Ｃである場合、キャパシタセット８２３の全体キャパシタンスはＣである。直列に接続されたキャパシタの全体キャパシタンスがＣに維持されることによって、送信部８２０のソース共振器は、キャパシタセット８２１又はキャパシタセット８２３のいずれかに接続されるかに関係なく、同一の共振周波数を維持することができる。
【００９３】
並列に接続されたＮ個のキャパシタには入力電源Ｖｉｎから同一の電圧がかかる。また、並列に接続されたＭ個のキャパシタにも入力電源Ｖｉｎから同一の電圧がかかる。
【００９４】
Ｎ個のキャパシタが直列に接続されたキャパシタセット８２１にかかる電圧はＮ×Ｖｉｎであり、Ｍ個のキャパシタが直列に接続されたキャパシタセット８２３にかかる電圧はＭ×Ｖｉｎである。即ち、キャパシタセット８２１、８２３に含まれるキャパシタの数に応じてキャパシタセット８２１、８２３にかかる電圧は変わる。
【００９５】
送信部８２０は、キャパシタセット８２１又はキャパシタセット８２３に格納された電力量を用いて変調されたデータを送信する。キャパシタセット８２１及びキャパシタセット８２３にかかる量子化された電圧によってデータが変調される。
【００９６】
図９は、本発明の一実施形態による無線電力を用いたデータ送信装置の具体的な一例を示す図である。
【００９７】
図９を参照すると、無線電力を用いたデータ送信装置は、電力入力部９１０、送信部９２０、及びキャパシタセット９３０、９４０を備える。
【００９８】
電力入力部９１０は、入力電源Ｖｉｎから供給される電力によって、キャパシタセット９３０、９４０を充電する。このとき、各キャパシタセット９３０、９４０で、変換部は、キャパシタの電気的な接続を並列に変換する。並列に接続されたキャパシタには入力電源Ｖｉｎから同一の電圧がかかる。変換部は、第１スイッチ部９３１、９４１、第２スイッチ部９３３、９４３、及び第３スイッチ部９３５、９４５を備える。このとき、第１スイッチ部９３１、９４１は電力入力部９１０とキャパシタとの電気的な接続をオンする。第２スイッチ部９３３、９４３は、キャパシタ間の電気的な接続をオフする。第３スイッチ部９３５、９４５はキャパシタと接地との間の電気的な接続をオンする。
【００９９】
キャパシタセット９３０で各キャパシタのキャパシタンスがＮ×Ｃであり、キャパシタの数がＮ個である場合、並列に接続されたキャパシタの全体キャパシタンスはＮ×Ｎ×Ｃである。また、キャパシタセット９４０で各キャパシタのキャパシタンスがＭ×Ｃであり、キャパシタの数がＭ個である場合に並列に接続されたキャパシタの全体キャパシタンスはＭ×Ｍ×Ｃである。
【０１００】
送信部９２０は、直列に接続されたキャパシタに充電された電力をソース共振器とターゲット共振器との間のマグネチックカップリングを介して送信する。ソース共振器は、直列Ｒ、Ｌ、Ｃの回路で表現される。変換部は、電力入力部９１０と並列に接続されたキャパシタの電気的な接続を送信部９２０と直列に接続されるように変換する。このとき、第１スイッチ部９３１、９４１は送信部９２０とキャパシタとの電気的な接続をオンする。第２スイッチ部９３３、９４３はキャパシタ間の電気的な接続をオンする。第３スイッチ部９３５、９４５はキャパシタと接地との間の電気的な接続をオフする。
【０１０１】
キャパシタセット９３０で各キャパシタのキャパシタンスがＮ×Ｃであり、キャパシタの数がＮ個である場合、直列に接続されたキャパシタの全体キャパシタンスはＣである。キャパシタセット９４０で各キャパシタのキャパシタンスがＭ×Ｃであり、キャパシタの数がＭ個である場合、直列に接続されたキャパシタの全体キャパシタンスはＣである。
【０１０２】
直列に接続されたキャパシタを含むキャパシタセット９３０にかかる電圧はＮ×Ｖｉｎであり、直列に接続されたキャパシタを含むキャパシタセット９３０にかかる電圧はＭ×Ｖｉｎである。送信部９２０はそれぞれ異なる電圧を有するキャパシタセットのいずれか１つを用いて変調されたデータを送信する。
【０１０３】
図１０は、本発明の一実施形態による無線電力受信装置のブロック図である。
【０１０４】
図１０を参照すると、無線電力受信装置は、受信部１０１０、キャパシタ１０２０、電力出力部１０３０、スイッチ部１０４０、及び制御部１０５０を備える。
【０１０５】
受信部１０１０は、無線電力を受信して少なくとも１つのキャパシタ１０２０を充電する。受信部１０１０は、ターゲット共振器を介して無線電力を受信する。キャパシタ１０２０及び受信部１０１０の接続はスイッチのオン／オフ動作に応じて行われる。キャパシタ１０２０及び受信部１０１０が接続されている間、キャパシタ１０２０は電力出力部１０３０と分離される。受信部１０１０及び電力出力部１０３０はスイッチ部１０４０のスイッチ動作に応じて分離される。
【０１０６】
ターゲット共振器のＱ値が大きいほど、ソース共振器から効率的に無線電力を受信することができる。ターゲット共振器のＱ値は、ターゲット共振器に接続されるキャパシタ１０２０のキャパシタンスによって決定される。キャパシタ１０２０のキャパシタンスが小さいほどターゲット共振器のＱ値は大きくなる。複数のキャパシタが直列に接続された構造を用いて小さいキャパシタンスを有する等価キャパシタを構成する。従って、キャパシタ１０２０は複数のキャパシタが直列に接続された等価キャパシタを意味する。
【０１０７】
また、多くの電力量をターゲットデバイスに伝達するためには、キャパシタの容量は大きくなければならない。従って、複数のキャパシタが並列に接続された構造を用いて、大きいキャパシタンスを有する等価キャパシタを構成する。スイッチ部１０４０は、制御部１０５０の制御に応じて、複数のキャパシタが直列に接続されるか又は並列に接続されるようにする。スイッチ部１０４０は、受信部１０１０と複数のキャパシタとが接続されるときには直列に接続され、電力出力部１０３０と複数のキャパシタとが接続されるときには並列に接続される。
【０１０８】
キャパシタ１０２０に充電された電力は、キャパシタ１０２０を電力出力部１０３０に接続することによって行われる。充電されたキャパシタ１０２０は、電力出力部１０３０に接続されている間、受信部１０１０と接続されない。
【０１０９】
電力出力部１０３０は、キャパシタ１０２０に充電された電力をターゲットデバイスに伝達する。受信部１０１０で充電されたキャパシタ１０２０は、スイッチ部１０４０を介してターゲットデバイスに接続される。
【０１１０】
制御部１０５０は、キャパシタ１０２０に格納された電力を検出して予め設定された値以上が充電されると、キャパシタ１０２０が電力出力部１０３０に接続されるようにスイッチ部１０４０を制御する。ここで、予め設定された値はキャパシタ１０２０に充電され得る最大値に設定してもよい。キャパシタ１０２０に格納された電力が最大値に達したか否かは格納された電力の１次微分値が０に近似するか否かに応じて判別され得る。また、現在の格納された電力と直前のサンプリングタイムで格納された電力との差が予め設定された値よりも小さい場合に最大値に達したと判断することもできる。
【０１１１】
また、制御部１０５０は、電力出力部１０３０に接続されたキャパシタ１０２０に格納された電力を検出し、一定の値以下に放電されるか、或いは予め設定された時間が経過した場合、キャパシタ１０２０が受信部１０１０に接続されるようにスイッチ部１０４０を制御する。ここで、一定の値は完全放電されて電力がゼロである場合を意味してもよい。また、予め設定された時間は制御部１０５０に予め設定された時間を意味する。
【０１１２】
本実施形態による無線電力受信装置は、スイッチ部１０４０によって受信部１０１０と電力出力部１０３０とを分離する。このとき、受信部１０１０は、接続されたキャパシタ１０２０を充電する。このとき、キャパシタ１０２０は、直列に接続された複数のキャパシタを意味する等価キャパシタ１０２０である。電力出力部１０３０は、接続されたキャパシタ１０２０に充電された電力をターゲットデバイスに伝達する。このとき、キャパシタ１０２０は、並列に接続された複数のキャパシタを意味する等価キャパシタ１０２０である。受信部１０１０と電力出力部１０３０とは物理的に分離しているため独立的に作動する。従って、無線電力受信装置の動作環境の変化に影響を受けることはない。また、受信部１０１０は、キャパシタを用いることによって、整流器がなくてもターゲットデバイスに電力を伝達することができる。
【０１１３】
図１１は、本発明の一実施形態による無線電力を用いたデータ受信装置のブロック図である。
【０１１４】
図１１を参照すると、無線電力を用いたデータ受信装置は、受信部１１１０、キャパシタ１１２０、復調部１１３０、電力出力部１１４０、スイッチ部１１５０、及び制御部１１６０を備える。
【０１１５】
受信部１１１０は、無線電力を受信して少なくとも１つのキャパシタ１１２０を充電する。受信部１１１０は、ターゲット共振器とソース共振器との間のマグネチックカップリングを介して無線電力を受信する。復調部１１３０は、キャパシタ１１２０に充電された電力量に基づいて、変調されたデータを復調する。無線電力を用いたデータ送信装置は量子化された電圧毎にデータをマッピングしてデータを変調する。従って、無線電力を用いたデータ受信装置は、無線電力を用いたデータ送信装置との間で交わされた約束事に応じて、キャパシタ１１２０に充電された電圧によって変調されたデータを復調する。制御部１１６０は量子化された電圧毎にマッピングされたデータに関する情報を復調部１１３０に提供する。
【０１１６】
電力出力部１１４０は、キャパシタ１１２０に充電された電力及び復調部１１３０で復調されたデータを負荷に伝達する。このとき、負荷はターゲットデバイス又はバッテリーを含む用語として用いられてもよい。スイッチ部１１５０は、受信部１１１０と電力出力部１１４０とが電気的に接続されないように、キャパシタ１１２０に接続されたスイッチを制御する。キャパシタは、受信部１１１０に接続される間には電力出力部１１４０に接続されず、電力出力部１１４０に接続される間には受信部１１１０に接続されない。
【０１１７】
上述した方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうちの１つ又はその組み合わせを含んでもよい。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を格納して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれてもよい。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コード（ｍａｃｈｉｎｅ  ｃｏｄｅ）だけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コード（ｈｉｇｈｅｒ  ｌｅｖｅｌ  ｃｏｄｅ）を含む。上述したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアのレイヤで動作するように構成され得る。
【０１１８】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１１０、２１０、３１０、４１０、７１０、８１０、９１０    電力入力部
１２０、２３０、３２０、４２０    電力送信部
１３０、１６０、５１０、５２０、６１０、６２０、１０４０、１１５０    スイッチ部
１４０、１０１０、１１１０    受信部
１５０、１０３０、１１４０    電力出力部
２２０、４３０、７２２、７２５    変換部
２２１、４３１、９３１、９４１    第１スイッチ部
２２３、４３３、９３３、９４３    第２スイッチ部
２２５、４３５、９３５、９４５    第３スイッチ部
２４０、７４０、１０５０、１１６０    制御部
３１１、７２３、７２６、１０２０、１１２０    キャパシタ
７２０、７２１、７２４、８１１、８１３、８２１、８２３、９３０、９４０    キャパシタセット
７３０、８２０、９２０    送信部
１１３０    復調部
【図１】
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【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】
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