(57)【要約】【課題】【解決手段】送信コイル、前記送信コイルに送信電力を提供する電力変換器、受信装置から受信許容電力情報及び制御誤差値を受信して前記電力変換器を制御する制御器、前記制御器は前記制御誤差値に基づく新規送信電力と前記受信許容電力情報に基づいて前記新規送信電力の出力可否を決定する送信装置。【選択図】  図７
2018528743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機から受信機に無線で電力を送信する方法であって、
前記受信機の検出のための信号を送信する段階と、
前記受信機から識別信号を受信する段階と、
前記受信機に第１電力を送信する段階と、
前記受信機から電力増加要求信号を受信する段階と、
前記送信機の第１送信コイル電流及び前記電力増加要求信号に応じて第２送信コイル電流を決定する段階と、
前記第２送信コイル電流に基づいて前記第２電力を決定する段階と、
前記第２電力と前記受信機の受信許容電力量と電力閾値を比較して前記第２電力の送信可否を決定する段階と、を含む、電力伝送方法。
【請求項２】
前記第２電力の送信可否を決定する段階は、
前記受信許容電力量と前記第２電力の電力量差によって前記第２電力の送信可否を決定する、請求項１に記載の電力伝送方法。
【請求項３】
前記第２電力の送信可否を決定する段階は、
前記受信許容電力量と前記第２電力オーバーシュートピーク値の電力量差によって前記第２電力の送信可否を決定する、請求項１に記載の電力伝送方法。
【請求項４】
前記電力量差が前記電力閾値を超える場合、前記無線電力伝送を中断する、請求項２又は３に記載の電力伝送方法。
【請求項５】
前記無線電力伝送が中断された場合、前記受信機の検出のための信号を送信する段階；をさらに含む、請求項４に記載の電力伝送方法。
【請求項６】
前記受信機が検出された場合、既設定の無線電力を送信する段階；をさらに含む、請求項５に記載の電力伝送方法。
【請求項７】
前記電力量差が前記電力閾値以下の場合、線形積分微分型制御（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ；以下、ＰＩＤ制御）によって電力変換部を制御する段階をさらに含む、請求項２又は３に記載の電力伝送方法。
【請求項８】
前記ＰＩＤ制御によって電力変換部を制御する段階は、
前記ＰＩＤ制御によって制御量を決定する段階と、
前記制御量及び前回制御変数に基づいて今回制御変数を決定する段階と、
前記今回制御変数に基づいて電力変換部を制御して前記第２電力を送信する段階と、をさらに含む、請求項７に記載の電力伝送方法。
【請求項９】
前記オーバーシュートピーク値は現在第１電力から前記第２電力への増加量及び前記第２電力値のうち少なくとも一つに基づいて決定される、請求項３に記載の電力伝送方法。
【請求項１０】
前記制御変数に基づいて前記電力変換部の入力電圧、駆動周波数及びデューティーサイクルのうち少なくとも一つを調節する、請求項８に記載の電力伝送方法。
【請求項１１】
受信機が送信機から無線で電力を受信する方法であって、
前記送信機からの第１検出信号に対する応答信号を送信する段階と、
前記送信機に識別信号を送信する段階と、
前記送信機から第１電力を受信する段階と、
前記送信機に電力増加要求信号を送信する段階と、
前記送信機からの電力受信可否を判断する段階と、
前記無線電力受信の中断時、前記送信機からの第２検出信号に対する応答信号を送信する段階と、を含む、電力受信方法。
【請求項１２】
前記応答信号を受信した前記送信機から既設定の電力を受信する段階をさらに含む、請求項１１に記載の電力受信方法。
【請求項１３】
前記識別信号は前記受信機の受信許容電力量を含む、請求項１１に記載の電力受信方法。
【請求項１４】
前記電力増加要求信号に対応する第２電力を受信するとき、前記第２電力と要求電力を比較する段階と、
前記比較結果によって前記送信機に制御誤差値を送信する段階と、を含み、
前記制御誤差値は正数、零又は負数のうち一つであり、
前記電力増加要求信号は正数の制御誤差値に対応し、
電力維持要求信号は零の制御誤差値に対応し、
電力減少要求信号は負数の制御誤差値に対応する、請求項１１に記載の電力受信方法。
【請求項１５】
無線電力送信のための送信コイルと、
前記送信コイルに電力を出力する電力変換器と、
前記送信コイルに出力される電力の量を制御するために前記電力変換器を制御する制御器と、を含み、
前記制御器は、受信装置からの電力増加要求信号に応じて新規電力を決定し、前記新規電力と前記受信装置からの受信許容電力量及び電力閾値に基づいて前記新規電力の生成可否を決定する、送信機。
【請求項１６】
前記受信許容電力量と前記新規電力の電力量差によって前記新規電力の生成可否を決定する、請求項１５に記載の送信機。
【請求項１７】
前記受信許容電力量と前記新規電力のオーバーシュートピーク値の電力量差によって前記新規電力の生成可否を決定する、請求項１５に記載の送信機。
【請求項１８】
前記オーバーシュートピーク値は前記電力変換器の現在出力電力から前記新規電力への増加量及び前記新規電力値のうち少なくとも一つに基づいて設定される、請求項１７に記載の送信機。
【請求項１９】
前記電力値差が電力閾値を超える場合、前記新規電力の生成は中断される、請求項１６又は１７に記載の送信機。
【請求項２０】
前記制御器は、
前記電力変換器の駆動周波数、入力電圧及びデューティーサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）のうちいずれか一つを調節して前記電力量を制御する、請求項１５に記載の送信機。
【請求項２１】
前記制御器は、
前記受信機からの電力増加要求信号と前記送信コイルの第１電流に基づいて第２電流を決定する第１演算部と、
線形積分微分型制御（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ；以下、ＰＩＤ制御）によって制御量を決定するＰＩＤ制御部と、
前記制御量及び前回制御変数に基づいて今回制御変数を決定する第２演算部と、を含み、
前記今回制御変数に基づいて前記電力変換器を制御する、請求項１５に記載の送信機。
【請求項２２】
送信機から第１電力を受信する受信コイルと、
前記送信機と通信する制御器と、を含み、
前記制御器は、前記第１電力と要求電力間の誤差に基づいて電力増加要求信号を送信し、
前記電力増加要求信号に応じて第２電力又は受信機検出（Ｐｉｎｇ）信号を受信する、受信機。
【請求項２３】
前記制御器は、前記受信コイルが前記第２電力を受信すれば、前記第２電力と前記要求電力間の誤差を判断する、請求項２２に記載の受信機。
【請求項２４】
前記制御器は、
前記検出信号に対する応答信号を送信する、請求項２２に記載の受信機。
【請求項２５】
前記応答信号を受信した前記送信機から既設定の電力を受信する、請求項２４に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線電力伝送システム及びその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種の電子器機がバッテリーを備え、バッテリーに充電された電力を用いて駆動する。この際、電子器機において、バッテリーは交替可能であり、再充電も可能である。このために、電子器機は外部の充電装置と接触するための接触端子を備える。すなわち、電子器機は接触端子を介して充電装置と電気的に連結される。ところが、電子器機において接触端子が外部に露出されることによって、異物によって汚染されるとか湿気によって短絡（ｓｈｏｒｔ）することがあり得る。このような場合、接触端子と充電装置の間に接触不良が発生し、電子器機のバッテリーが充電されない問題点がある。
【０００３】
前述した問題点を解決するために、無線で電子器機を充電するための無線電力伝送（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ；ＷＰＴ）が提案されている。無線電力伝送システムは空間を通じて無線で電力を伝達する技術で、モバイル（Ｍｏｂｉｌｅ）器機及びデジタル家電器機に対する電力供給の便宜性を極大化した技術である。
【０００４】
無線電力伝送システムは実時間電力使用制御によるエネルギー節減、電力供給の空間制約克服及びバッテリー再充電による廃乾電池排出量節減などの強点を有する。
【０００５】
無線電力伝送システムの具現方法としては代表的に磁気誘導方式と磁気共振方式がある。磁気誘導方式は二つのコイルを近接させ、一方のコイルに電流を流すことによって発生した磁束を媒介として他方のコイルにも起電力を引き起こす非接触エネルギー伝送技術であり、数百ｋＨｚの周波数を使うことができる。磁気共振方式は電磁波や電流を用いず電場又は磁場のみを用いる磁気共鳴技術で、電力伝送が可能な距離が数メートル以上であり、数ＭＨｚの帯域を用いることができる。
【０００６】
無線電力伝送システムは、無線で電力を送信する送信装置と電力を受信してバッテリーなどの負荷を充電する受信装置とを含む。この際、受信装置の充電方式、すなわち磁気誘導方式と磁気共振方式のうちいずれか一つの充電方式を選択することができ、受信装置の充電方式に対応して無線で電力を伝達することができる送信装置が開発されている。
【０００７】
一方、送信装置の充電領域に配置された受信装置を意図的に振るとか自動車のように受信装置の揺れ現象が頻繁に発生する場合、前記送受信装置間のミスアラインメントによる結合係数の急変によって前記送信装置からの送信電力が急変することによって前記受信装置に損傷を加える問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施例は、無線充電中の受信装置の揺れなどの原因で送信装置と受信装置の結合係数が急変することによる電力伝送の不安定を解決することができる無線電力伝送システム及びその駆動方法を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施例による電力伝送方法は、送信機から受信機に無線で電力を送信する方法であって、前記受信機の検出のための信号を送信する段階；前記受信機から識別信号を受信する段階；前記受信機に第１電力を送信する段階；前記受信機から電力増加要求信号を受信する段階；前記送信機の第１送信コイル電流及び前記電力増加要求信号に応じて第２送信コイル電流を決定する段階；前記第２送信コイル電流に基づいて前記第２電力を決定する段階；及び前記第２電力と前記受信機の受信許容電力量と電力閾値を比較して前記第２電力の送信可否を決定する段階；を含む電力伝送方法を提供することができる。
【００１０】
また、実施例による電力伝送方法において、前記第２電力の送信可否を決定する段階は、前記受信許容電力量と前記第２電力の電力量差によって前記第２電力の送信可否を決定する電力伝送方法を提供することができる。
【００１１】
また、実施例による電力伝送方法において、前記第２電力の送信可否を決定する段階は、前記受信許容電力量と前記第２電力オーバーシュートピーク値の電力量差によって前記第２電力の送信可否を決定する電力伝送方法を提供することができる。
【００１２】
また、実施例による電力伝送方法において、前記電力量差が前記電力閾値を超える場合、前記無線電力伝送を中断する電力伝送方法を提供することができる。
【００１３】
また、実施例による電力伝送方法において、前記無線電力伝送が中断された場合、前記受信機の検出のための信号を送信する段階；をさらに含む電力伝送方法を提供することができる。
【００１４】
また、実施例による電力伝送方法において、前記受信機が検出された場合、既設定の無線電力を送信する段階；をさらに含む電力伝送方法を提供することができる。
【００１５】
また、実施例による電力伝送方法において、前記電力量差が前記電力閾値以下の場合、線形積分微分型制御（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ；以下、ＰＩＤ制御）によって電力変換部を制御する段階；をさらに含む電力伝送方法を提供することができる。
【００１６】
また、実施例による電力伝送方法において、前記ＰＩＤ制御によって電力変換部を制御する段階は、前記ＰＩＤ制御によって制御量を決定する段階；前記制御量及び前回制御変数に基づいて今回制御変数を決定する段階；及び前記今回制御変数に基づいて電力変換部を制御して前記第２電力を送信する段階；をさらに含む電力伝送方法を提供することができる。
【００１７】
また、実施例による電力伝送方法において、前記オーバーシュートピーク値は現在第１電力から前記第２電力への増加量及び前記第２電力値のうち少なくとも一つに基づいて決定される電力伝送方法を提供することができる。
【００１８】
また、実施例による電力伝送方法において、前記制御変数に基づいて前記電力変換部の入力電圧、駆動周波数及びデューティーサイクルのうち少なくとも一つを調節する電力伝送方法を提供することができる。
【００１９】
また、実施例による電力受信方法は、受信機が送信機から無線で電力を受信する方法であって、前記送信機からの第１検出信号に対する応答信号を送信する段階；前記送信機に識別信号を送信する段階；前記送信機から第１電力を受信する段階；前記送信機に電力増加要求信号を送信する段階；前記送信機からの電力受信可否を判断する段階；及び前記無線電力受信の中断時、前記送信機からの第２検出信号に対する応答信号を送信する段階；を含む電力受信方法を提供することができる。
【００２０】
また、実施例による電力受信方法において、前記応答信号を受信した前記送信機から既設定の電力を受信する段階；をさらに含む電力受信方法を提供することができる。
【００２１】
また、実施例による電力受信方法において、前記識別信号は前記受信機の受信許容電力量を含む電力受信方法を提供することができる。
【００２２】
また、実施例による電力受信方法において、前記電力増加要求信号に対応する第２電力を受信するとき、前記第２電力と要求電力を比較する段階；及び前記比較結果によって前記送信機に制御誤差値を送信する段階；を含み、前記制御誤差値は正数、零又は負数のうち一つであり、前記電力増加要求信号は正数の制御誤差値に対応し、電力維持要求信号は零の制御誤差値に対応し、電力減少要求信号は負数の制御誤差値に対応する電力受信方法を提供することができる。
【００２３】
また、実施例による送信機は、無線電力送信のための送信コイル；前記送信コイルに電力を出力する電力変換器；及び前記送信コイルに出力される電力の量を制御するために前記電力変換器を制御する制御器；を含み、前記制御器は、受信装置からの電力増加要求信号に応じて新規電力を決定し、前記新規電力と前記受信装置からの受信許容電力量及び電力閾値に基づいて前記新規電力の生成可否を決定する送信機を提供することができる。
【００２４】
また、実施例による送信機は、前記受信許容電力量と前記新規電力の電力量差によって前記新規電力の生成可否を決定する送信機を提供することができる。
【００２５】
また、実施例による送信機は、前記受信許容電力量と前記新規電力のオーバーシュートピーク値の電力量差によって前記新規電力の生成可否を決定する送信機を提供することができる。
【００２６】
また、実施例による送信機において、前記オーバーシュートピーク値は前記電力変換器の現在出力電力から前記新規電力への増加量及び前記新規電力値のうち少なくとも一つに基づいて設定される送信機を提供することができる。
【００２７】
また、実施例による送信機は、前記電力値差が電力閾値を超える場合、前記新規電力の生成は中断される送信機を提供することができる。
【００２８】
また、実施例による送信機において、前記制御器は、前記電力変換器の駆動周波数、入力電圧及びデューティーサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）のうちいずれか一つを調節して前記電力量を制御する送信機を提供することができる。
【００２９】
また、実施例による送信機において、前記制御器は、前記受信機からの電力増加要求信号と前記送信コイルの第１電流に基づいて第２電流を決定する第１演算部；線形積分微分型制御（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ；以下、ＰＩＤ制御）によって制御量を決定するＰＩＤ制御部；及び前記制御量及び前回制御変数に基づいて今回制御変数を決定する第２演算部；を含み、前記今回制御変数に基づいて前記電力変換器を制御する送信機を提供することができる。
【００３０】
また、実施例による受信機は、送信機から第１電力を受信する受信コイル；及び前記送信機と通信する制御器；を含み、前記制御器は、前記第１電力と要求電力間の誤差に基づいて電力増加要求信号を送信し、前記電力増加要求信号に応じて第２電力又は受信機検出（Ｐｉｎｇ）信号を受信する受信機を提供することができる。
【００３１】
また、実施例による受信機は、前記制御器は、前記受信コイルが前記第２電力を受信すれば、前記第２電力と前記要求電力間の誤差を判断する受信機を提供することができる。
【００３２】
また、実施例による受信機において、前記制御器は、前記検出信号に対する応答信号を送信する受信機を提供することができる。
【００３３】
また、実施例による受信機は、前記応答信号を受信した前記送信機から既設定の電力を受信する受信機を提供することができる。
【発明の効果】
【００３４】
実施例は、無線充電中の受信装置の揺れなどの原因で送信装置と受信装置の結合係数が急変することによる電力伝送の不安定、発熱、受信装置のシステム損傷の問題点を事前に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、磁気誘導方式等価回路である。
【図２】図２は、磁気共振方式等価回路である。
【図３ａ】図３ａは、無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして送信部を示したブロック図である。
【図３ｂ】図３ｂは、無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして送信部を示したブロック図である。
【図４】図４ａ及び図４ｂは、無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして受信部を示したブロック図である。
【図５】図５は、無線電力伝送システムの動作流れ図であって、実施例による送信装置の動作状態を中心とする動作流れ図である。
【図６】図６は、受信装置の要求電力決定方法に関する流れ図である。
【図７】図７は、送信装置の伝送電力決定方法に関する流れ図である。
【図８】図８は、送信装置の電力伝送可否決定の流れ図である。
【図９】図９は、時間によって電力信号の過渡状態及び定常状態を示した図である。
【図１０】図１０は、時間によって電力信号の過渡状態及び定常状態を示した図である。
【図１１】図１１は、時間によって電力信号の過渡状態及び定常状態を示した図である。
【図１２】図１２は、電力伝送制御方法のための送信装置の制御部を詳細に示した図である。
【図１３】図１３は、電力伝送状態において送信装置のタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の一実施例による送信機から受信機に無線で電力を送信する方法は、前記受信機の検出のための信号を送信する段階；前記受信機から識別信号を受信する段階；前記受信機に第１電力を送信する段階；前記受信機から電力増加要求信号を受信する段階；前記送信機の第１送信コイル電流及び前記電力増加要求信号に応じて第２送信コイル電流を決定する段階；前記第２送信コイル電流に基づいて前記第２電力を決定する段階；及び前記第２電力と前記受信機の受信許容電力量及び電力閾値を比較して前記第２電力の送信可否を決定する段階；を含むことができる。
発明の実施のための形態
【００３７】
以下、本発明の実施例による無線で電力を送信する機能を備えた送信装置と無線で電力を受信する受信装置を含む無線電力伝送システムを図面に基づいて詳細に説明する。次に紹介する実施例は当業者に本発明の思想を充分に伝達するために例として提供するものである。よって、本発明は以下に説明する実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。そして、図面において、装置のサイズ及び厚さなどは便宜のために誇張して表現することもできる。明細書全般にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
【００３８】
実施例は無線電力伝送のために、低周波（５０ｋＨｚ）から高周波（１５ＭＨｚ）までの多様な種類の周波数帯域を選択的に使い、システム制御のためにデータ及び制御信号を交換することができる通信システムを含むこともできる。
【００３９】
実施例はバッテリーを使うとか必要とする電子機器を使う携帯端末産業、スマート時計産業、コンピュータ及びノートブック型ＰＣ産業、家電器機産業、電気自動車産業、医療機器産業、ロボット産業などの多様な産業分野に適用可能である。
【００４０】
実施例は一つ又は複数の伝送コイルを使って一つ以上の多数器機に電力を送信することができるシステムを考慮することができる。
【００４１】
実施例によると、スマートフォン、ノートブック型ＰＣなどのモバイル器機のバッテリー不足問題を解決することができる。一例として、テーブルに無線充電パッドを置き、その上でスマートフォン、ノートブック型ＰＣを使えば、自動でバッテリーが充電されて長期間使えることになる。また、カフェ、空港、タクシー、事務室、食堂などの公共場所に無線充電パッドを設置すれば、モバイル器機製造社別に違っている充電端子に構わず多様なモバイル器機を充電することができる。また、無線電力伝送技術が清掃機、扇風機などの生活家電製品に適用されれば、電源ケーブルを捜し回る必要がなくなり、家庭内の複雑な電線がなくなり、建物内の配線が減少するとともに空間活用の幅も広くなることができる。また、現在の家庭用電源で電気自動車を充電する場合、長時間がかかるが、無線電力伝送技術で高電力を伝送すれば、充電時間を減らすことができ、駐車場の底面に無線充電施設を設置すれば、電気子動車の周辺に電源ケーブルを準備しなければならない不便さを解消することができる。
【００４２】
実施例で使われる用語と略語は次のようである。
【００４３】
無線電力伝送システム（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）：磁場領域内で無線電力伝送を提供するシステム送信装置（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ−Ｃｈａｒｇｅｒ；Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｕｎｉｔ：ＰＴＵ）：磁場領域内で電力受信機に無線電力を送信し、システム全体を管理する装置であって、送信装置又は送信機と指称することができる。
【００４４】
受信装置（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ−Ｄｅｖｉｃｅ；Ｐｏｗｅｒ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｕｎｉｔ：ＰＲＵ）：磁場領域内で電力送信機から無線電力伝送を受ける装置であって、受信装置又は受信機と指称することができる。
【００４５】
充電領域（Ｃｈａｒｇｉｎｇ  Ａｒｅａ）：磁場領域内で実在の無線電力が送信される地域であり、応用製品のサイズ、要求電力、動作周波数によって変わり得る。
【００４６】
Ｓパラメーター（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）：Ｓパラメーターは周波数分布上で入力電圧対出力電圧の比で、入力ポート対出力ポートの比（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；Ｓ２１）又はそれぞれの入力／出力ポートの自己反射値、つまり自分の入力によって反射されて帰る出力の値（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；Ｓ１１、Ｓ２２）。
【００４７】
品質指数Ｑ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）：共振においてＱの値は周波数選択の品質を意味し、Ｑ値が高いほど共振特性が良く、Ｑ値は共振器で保存されるエネルギーと損失されるエネルギーの比で表現される。
【００４８】
無線で電力を送信する原理を説明すれば、無線電力伝送原理として大別して磁気誘導方式と磁気共振方式がある。
【００４９】
磁気誘導方式は、ソースインダクターＬｓと負荷インダクターＬｌを互いに近接させ、一方のソースインダクターＬｓに電流を流せば発生する磁束を媒介として負荷インダクターＬｌにも起電力が発生する非接触エネルギー伝送技術である。そして、磁気共振方式は２個の共振器を結合することによって２個の共振器間の固有周波数による磁気共振が発生して同一周波数で振動しながら同一波長範囲内で電場及び磁場を形成させる共鳴技法を活用してエネルギーを無線で送信する技術である。
【００５０】
図１は磁気誘導方式等価回路である。
【００５１】
図１を参照すると、磁気誘導方式等価回路において送信部は電源を供給する装置によるソース電圧Ｖｓ、ソース抵抗Ｒｓ、インピーダンスマッチングのためのソースキャパシタＣｓ及び受信部との磁気的結合のためのソースコイルＬｓで具現することができ、受信部は受信部の等価抵抗である負荷抵抗Ｒｌ、インピーダンスマッチングのための負荷キャパシタＣｌ及び送信部との磁気的結合のための負荷コイルＬｌで具現することができ、ソースコイルＬｓと負荷コイルＬｌの磁気的結合程度は相互インダクタンスＭｓｌで示すことができる。
【００５２】
図１で、インピーダンスマッチングのためのソースキャパシタＣｓと負荷キャパシタＣｌがなく専らコイルのみでなった磁気誘導等価回路から入力電圧対出力電圧の比Ｓ２１を求め、これから最大電力伝送条件を捜せば最大電力伝送条件は以下の式１を満たす。
【００５３】
【数１】
2018528743.tif 000003
【００５４】
前記数学式１によって送信コイルＬｓのインダクタンスとソース抵抗Ｒｓの比と負荷コイルＬｌのインダクタンスと負荷抵抗Ｒｌの比が同一であるとき、最大電力伝送が可能である。
【００５５】
インダクタンスのみ存在するシステムではリアクタンスを補償することができるキャパシタが存在しないから最大電力が伝達される地点で入力／出力ポートの自己反射値Ｓ１１の値は０となれなく、相互インダクタンスＭｓｌ値によって電力伝達効率が大きく変化することができる。そして、インピーダンスマッチングのための補償キャパシタとして送信部にソースキャパシタＣｓが付加されることができ、受信部に負荷キャパシタＣｌが付加されることができる。前記補償キャパシタＣｓ、Ｃｌは例として受信コイルＬｓ及び負荷コイルＬｌのそれぞれに直列又は並列で連結されることができる。また、インピーダンスマッチングのために送信部及び受信部のそれぞれには補償キャパシタだけでなく追加的なキャパシタ及びインダクターのような受動素子がさらに付加されることができる。
【００５６】
図２は磁気共振方式等価回路である。
【００５７】
図２を参照すると、磁気共振方式等価回路において、送信部はソース電圧Ｖｓ、ソース抵抗Ｒｓ及びソースインダクターＬｓの直列連結で閉回路を構成するソースコイル（Ｓｏｕｒｃｅ  ｃｏｉｌ）と送信側共振インダクターＬ１と送信側共振キャパシタＣ１の直列連結で閉回路を構成する送信側共振コイル（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｃｏｉｌ）で具現され、受信部は負荷抵抗Ｒｌと負荷インダクターＬｌの直列連結で閉回路を構成する負荷コイル（Ｌｏａｄ  ｃｏｉｌ）と受信側共振インダクターＬ２と受信側共振キャパシタＣ２の直列連結で閉回路を構成する受信側共振コイルで具現され、ソースインダクターＬｓと送信側インダクターＬ１はＫ０１の結合係数で磁気的に結合され、負荷インダクターＬｌと負荷側共振インダクターＬ２はＫ２３の結合係数で磁気的に結合され、送信側共振インダクターＬ１と受信側共振インダクターＬ２はＫ１２の結合係数で磁気的に結合される。さらに他の実施例の等価回路ではソースコイル及び／又は負荷コイルを省略し、送信側共振コイルと受信側共振コイルのみでなることもできる。
【００５８】
磁気共振方式は二つの共振器の共振周波数が同一である時には送信部の共振器のエネルギーの大部分が受信部の共振器に伝達されて電力伝達効率が向上することができ、磁気共振方式での効率は以下の式２を満たすときに良くなる。
【００５９】
【数２】
2018528743.tif 000004
【００６０】
磁気共振方式において効率を向上させるためにインピーダンスマッチングのための素子を付け加えることができ、インピーダンスマッチング素子はインダクター及びキャパシタのような受動素子であり得る。
【００６１】
このような無線電力伝送原理を基にして磁気誘導方式又は磁気共振方式で電力を伝達するための無線電力伝送システムを説明する。
【００６２】
＜送信部＞
【００６３】
図３ａ及び図３ｂは無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして送信部を示したブロック図である。
【００６４】
図３ａを参照すると、実施例による無線電力伝送システムは、送信部１０００と前記送信部１０００から無線で電力を受ける受信部２０００を含むことができる。前記送信部１０００は、入力される交流信号を電力変換して交流信号として出力する送信側電力変換部１０１、前記送信側電力変換部１０１から出力される交流信号に応じて磁場を生成して充電領域内の受信部２０００に電力を提供する送信側共振回路部１０２、及び前記送信側電力変換部１０１の電力変換を制御し、前記送信側電力変換部１０１の出力信号の振幅及び周波数を調節し、前記送信側共振回路部１０２のインピーダンスマッチングを行い、前記送信側電力変換部１０１及び前記送信側共振回路部１０２からインピーダンス、電圧、電流情報をセンシングし、前記受信部２０００と無線で通信することができる送信側制御部１０３を含むことができる。前記送信側電力変換部１０１は、交流信号を直流に変換する電力変換部、直流レベルを可変して直流を出力する電力変換部、及び直流を交流に変換する電力変換部のうち少なくとも一つを含むことができる。そして、前記送信側共振回路部１０２はコイルと前記コイルと共振することができるインピーダンスマッチング部を含むことができる。また、前記送信側制御部１０３は、インピーダンス、電圧、及び電流情報をセンシングするためのセンシング部と無線通信部を含むことができる。
【００６５】
また、図３ｂを参照すると、前記送信部１０００は、送信側交流／直流変換部１１００、送信側直流／交流変換部１２００、送信側インピーダンスマッチング部１３００、送信コイル部１４００及び送信側通信及び制御部１５００を含むことができる。
【００６６】
送信側交流／直流変換部１１００は送信側通信及び制御部１５００の制御の下で外部から提供される交流信号を直流信号に変換する電力変換部である。前記送信側交流／直流変換部１１００はサブシステムとして整流器１１１０と送信側直流／直流変換部１１２０を含むことができる。前記整流器１１１０は提供される交流信号を直流信号に変換するシステムであり、これを具現する実施例として高周波数動作時に相対的に高い効率を有するダイオード整流器、ワンチップ（ｏｎｅ−ｃｈｉｐ）化が可能な同期整流器又はコスト及び空間の節減が可能であるとともにデッドタイム（Ｄｅａｄ  ｔｉｍｅ）の自由度が高いハイブリッド整流器となることができる。ただ、これに限定されるものではなく、交流を直流に変換するシステムであれば適用可能である。また、前記送信側直流／直流変換部１１２０は送信側通信及び制御部１５００の制御の下で前記整流器１１１０から提供される直流信号のレベルを調節するもので、これを具現する例として入力信号のレベルを低めるバックコンバータ（Ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、入力信号のレベルを高めるブーストコンバータ（Ｂｏｏｓｔ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、入力信号のレベルを低めるとか高めることができるバックブーストコンバータ（Ｂｕｃｋ  Ｂｏｏｓｔ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）又はクックコンバータ（Ｃｕｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となることができる。また、前記送信側直流／直流変換部１１２０は、電力変換制御機能をするスイッチ素子、電力変換媒介の役目又は出力電圧平滑の機能をするインダクター及びキャパシタ、電圧利得の調節又は電気的な分離機能（絶縁機能）をするトランスなどを含むことができ、入力される直流信号に含まれたリップル成分又は脈動成分（直流信号に含まれた交流成分）を除去する機能をすることができる。そして、前記送信側直流／直流変換部１１２０の出力信号の指令値と実際の出力値の誤差はフィードバック方式で調節することができ、これは前記送信側通信及び制御部１５００によって行われることができる。
【００６７】
送信側直流／交流変換部１２００は送信側通信及び制御部１５００の制御の下で送信側交流／直流変換部１１００から出力される直流信号を交流信号に変換し、変換された交流信号の周波数を調節することができるシステムであって、これを具現する例としてハーフブリッジインバーター（Ｈａｌｆ  ｂｒｉｄｇｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）又はフルブリッジインバーター（Ｆｕｌｌ  ｂｒｉｄｇｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）がある。そして、無線電力伝送システムは直流を交流に変換する多様な増幅器が適用でき、例としてＡ級、Ｂ級、ＡＢ級、Ｃ級、Ｅ級、Ｆ級増幅器がある。また、前記送信側直流／交流変換部１２００は、出力信号の周波数を生成するオシレーター（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）と出力信号を増幅するパワー増幅部を含むことができる。
【００６８】
前記交流／直流変換部１１００及び送信側直流／交流変換部１２００の構成は交流電力供給機に取り替えることができ、省略するとか又はさらに他の構成に取り替えることもできる。
【００６９】
送信側インピーダンスマッチング部１３００は互いに異なるインピーダンスを有する地点で反射波を最小化して信号の流れをよくする。送信部１０００と受信部２０００の二つのコイルは空間的に分離されていて磁場の漏洩が多いため、前記送信部１０００と受信部２０００の二つの連結端間のインピーダンス差を補正して電力伝達効率を向上させることができる。前記送信側インピーダンスマッチング部１３００はインダクター、キャパシタ及び抵抗素子のうち少なくとも一つで構成されることができ、通信及び制御部１５００の制御の下で前記インダクターのインダクタンス、キャパシタのキャパシタンス及び抵抗の抵抗値を可変してインピーダンスマッチングのためのインピーダンス値を調整することができる。そして、無線電力伝送システムが磁気誘導方式で電力を送信する場合、送信側インピーダンスマッチング部１３００は直列共振構造又は並列共振構造を有することができ、送信部１０００と受信部２０００間の誘導結合係数を増加させてエネルギー損失を最小化することができる。そして、無線電力伝送システムが磁気共振方式で電力を送信する場合、送信側インピーダンスマッチング部１３００は、送信部１０００と受信部２０００間の離隔距離が変化するとか金属性異物（ＦＯ；Ｆｏｒｅｉｇｎ  Ｏｂｊｅｃｔ）、多数のデバイスの相互影響などによるコイルの特性の変化によるエネルギー伝送線路上のマッチングインピーダンス変化によってインピーダンスマッチングを実時間で補正することができるようにし、その補正方式として、キャパシタを用いたマルチマッチング方式、マルチアンテナを用いたマッチング方式、マルチループを用いた方式などが可能である。
【００７０】
送信側コイル１４００は複数のコイル又は単数のコイルで具現でき、送信側コイル１４００が複数で具現される場合、これらは互いに離隔して配置されるとか互いに重畳して配置されることができる。これらが重畳して配置される場合、重畳する面積は磁束密度の偏差を考慮して決定することができる。また、送信側コイル１４００を製作するときに内部抵抗及び放射抵抗を考慮して製作することができる。この際、抵抗成分が小さければ品質指数（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）が高くなり、伝送効率が上昇することができる。
【００７１】
通信及び制御部１５００は、送信側制御部１５１０と送信側通信部１５２０を含むことができる。前記送信側制御部１５１０は受信部２０００の電力要求量、現在充電量、受信部の整流器出力端の電圧（Ｖｒｅｃｔ）、複数の受信部の各充電効率及び無線電力方式のうち少なくとも一つ以上を考慮して前記送信側交流／直流変換部１１００の出力電圧（又は送信コイルに流れる電流（Ｉｔｘ＿ｃｏｉｌ）を調節する役目をすることができる。そして、最大電力伝送効率を考慮して前記送信側直流／交流変換部１２００を駆動するための周波数及びスイッチング波形を生成して、送信される電力を制御することができる。また、受信部２０００の保存部（図示せず）から読み出した制御に要求されるアルゴリズム、プログラム又はアプリケーションを用いて受信部２０００の動作全般を制御することができる。一方、前記送信側制御部１５１０はマイクロプロセッサ、マイクロコントロールユニット（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ｕｎｉｔ）又はマイコン（Ｍｉｃｏｍ）と指称することができる。前記送信側通信部１５２０は受信側通信部２６２０と通信することができ、通信方式の一例としてブルートゥース、ＮＦＣ、Ｚｉｇｂｅｅなどの近距離通信方式を用いることができる。前記送信側通信部１５２０と受信側通信部２６２０は相互間に充電状況情報及び充電制御命令などの送受信を進行することができる。そして、前記充電状況情報としては、受信部２０００の個数、バッテリー残量、充電回数、使用量、バッテリー容量、バッテリーの割合、送信部１０００の伝送電力量などを含むことができる。また、送信側通信部１５２０は受信部２０００の充電機能を制御する充電機能制御信号を送信することができ、前記充電機能制御信号は受信部２０００を制御して充電機能をイネーブル（ｅｎａｂｌｅｄ）又はディスエーブル（ｄｉｓａｂｌｅｄ）させる制御信号であり得る。
【００７２】
このように、送信側通信部１５２０は別途のモジュールで構成される帯域外（ｏｕｔ−ｏｆ−ｂａｎｄ）形式で通信することもできるが、これに限定されるものではなく、送信部が送信する電力信号を用いて受信部が送信部に伝達するフィードバック信号を用い、送信部が送信する電力信号の周波数シフト（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｈｉｆｔ）を用いて送信部が受信部に信号を送信する帯域内（ｉｎ−ｂａｎｄ）形式で通信を行うこともできる。例えば、受信部は、フィードバック信号を変調し、充電開始、充電終了、バッテリー状態などの情報をフィードバック信号を介して送信機に伝達することもできる。また、前記送信側通信部１５２０は前記送信側制御部１５１０と別に構成されることができ、前記受信部２０００も受信側通信部２６２０が受信装置の制御部２６１０に含まれるとか別に構成できる。
【００７３】
また、実施例による無線電力伝送システムの送信部１０００は、検出部１６００をさらに備えることができる。前記検出部１６００は、送信側交流／直流変換部１１００の入力信号、送信側交流／直流変換部１１００の出力信号、送信側直流／交流変換部１２００の入力信号、送信側直流／交流変換部１２００の出力信号、送信側インピーダンスマッチング部１３００の入力信号、送信側インピーダンスマッチング部１３００の出力信号、送信側コイル１４００の入力信号又は送信側コイル１４００上の信号のうち少なくとも一つを検出することができる。一例として、前記信号は、電流についての情報、電圧についての情報及びインピーダンスについての情報のうち少なくともいずれか一つを含むことができる。検出された信号は通信及び制御部１５００にフィードバックされ、これに基づいて前記通信及び制御部１５００は、送信側交流／直流変換部１１００、送信側直流／交流変換部１２００及び送信側インピーダンスマッチング部１３００を制御することができる。また、前記検出部１６００の検出結果に基づいて前記通信及び制御部１５００はＦＯＤ（Ｆｏｒｅｉｇｎ  ｏｂｊｅｃｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を行うことができる。そして、前記検出される信号は電圧及び電流のうち少なくとも一つであり得る。一方、前記検出部１６００は通信及び制御部１５００と違うハードウェアで構成されるか、あるいは一つのハードウェアで具現できる。
【００７４】
＜受信部＞
【００７５】
図４ａ及び図４ｂは無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして受信部（又は、受信装置）を示したブロック図である。図４ａを参照すると、実施例による無線電力伝送システムは、送信部１０００と前記送信部１０００から無線で電力を受ける受信部２０００を含むことができる。前記受信装置２０００は、前記送信装置１０００から送信される交流信号を受信する受信側共振回路部２０１、前記受信側共振回路部２０１からの交流電力を電力変換して直流信号として出力する受信側電力変換部２０２、及び前記受信側電力変換部２０２から出力される直流信号を受信して充電される負荷２５００及び前記受信側共振回路部２０１の電流電圧をセンシングするとか、前記受信側共振回路部２０１のインピーダンスマッチングを行うとか、前記受信側電力変換部２０２の電力変換を制御して前記受信側電力変換部２０２の出力信号のレベルを調節するとか、前記受信側電力変換部２０２の入力又は出力電圧又は電流をセンシングするとか、前記受信側電力変換部２０２の出力信号の前記負荷２５００への供給可否を制御するとか、前記送信装置１０００と通信することができる受信側制御部２０３を含むことができる。そして、前記受信側電力変換部２０２は、交流信号を直流に変換する電力変換部、直流レベルを可変して直流を出力する電力変換部、及び直流交流に変換する電力変換部を含むことができる。また、図４ｂを参照すると、実施例による無線電力伝送システムは、送信部（又は、送信装置）１０００と前記送信部１０００から無線で電力を受ける受信部（又は、受信装置）２０００を含むことができ、前記受信部２０００は、受信側コイル部２１００及び受信側インピーダンスマッチング部２２００で構成された受信側共振回路部２１２０、受信側交流／直流変換部２３００、直流／直流変換部２４００、負荷２５００及び受信側通信及び制御部２６００を含むことができる。そして、前記受信側交流／直流変換部２３００は交流信号を直流信号に整流する整流部と指称することができる。
【００７６】
受信側コイル部２１００は磁気誘導方式又は磁気共振方式で電力を受信することができる。このように電力受信方式によって誘導コイル又は共振コイルのうち少なくとも一つ以上を含むことができる。
【００７７】
一実施例として、受信側コイル部２１００は近距離通信用アンテナ（ＮＦＣ：Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）と一緒に携帯端末に配置できる。そして、前記受信側コイル部２１００は送信側コイル部１４００と同一であってもよく、受信アンテナの寸法は受信部２０００の電気的特性によって変わることもできる。
【００７８】
受信側インピーダンスマッチング部２２００は送信機１０００と受信機２０００の間のインピーダンスマッチングを行う。
【００７９】
前記受信側交流／直流変換部２３００は受信側コイル部２１００から出力される交流信号を整流して直流信号を生成する。そして、前記受信側交流／直流変換部２３００の出力電圧は整流電圧（Ｖｒｅｃｔ）と指称することができ、受信側通信及び制御部２６００は前記受信側交流／直流変換部２３００の出力電圧を検出するとか変更することができ、前記受信側交流／直流変換部２３００の出力電圧の最小値である最小整流電圧（Ｖｒｅｃｔ＿ｍｉｎ）（又は最小出力電圧（Ｖｒｅｃｔ＿ｍｉｎ）と指称）、最大値である最大整流電圧（Ｖｒｅｃｔ＿ｍａｘ）（又は最大出力電圧（Ｖｒｅｃｔ＿ｍａｘ）と指称）、前記最小値と最大値のうちいずれか一つの電圧値を有する最適整流電圧（Ｖｒｅｃｔ＿ｓｅｔ）（又は最適出力電圧（Ｖｒｅｃｔ＿ｓｅｔ）と指称）についての情報のような状態パラメーター情報を送信部１０００に送信することができる。
【００８０】
受信側直流／直流変換部２４００は受信側交流／直流変換部２３００から出力される直流信号のレベルを負荷２５００の容量に合わせて調整することができる。
【００８１】
前記負荷２５００は、バッテリー、ディスプレイ、音声出力回路、メインプロセッサ、バッテリー管理部及び各種のセンサーを含むことができる。そして、前記負荷２５００は、図４ａのように、少なくともバッテリー２５１０及びバッテリー管理部２５２０を含むことができる。前記バッテリー管理部２５２０は前記バッテリー２５１０の充電状態を感知して、前記バッテリー２５１０に印加される電圧及び電流を調節することができる。
【００８２】
受信側通信及び制御部２６００は送信側通信及び制御部１５００からのウェイクアップ電力によって活性化でき、前記送信側通信及び制御部１５００と通信を行い、受信部２０００のサブシステムの動作を制御することができる。
【００８３】
前記受信部２０００は単数又は複数で構成され、送信部１０００から同時にエネルギーを無線で受けることができる。すなわち、磁気共振方式の無線電力伝送システムでは一つの送信部１０００から複数のターゲット受信部２０００が電力を受けることができる。この際、前記送信部１０００の送信側マッチング部１３００は複数の受信部２０００間のインピーダンスマッチングを適応的に行うことができる。これは、磁気誘導方式において互いに独立的な受信側コイル部を複数備える場合にも同様に適用可能である。
【００８４】
また、前記受信部２０００が複数で構成された場合、電力受信方式が同一であるシステムあるか、あるいは相異なる種類のシステムとなることができる。この場合、送信部１０００は磁気誘導方式又は磁気共振方式で電力を送信するシステムであるか又は両方式を混用したシステムであり得る。
【００８５】
一方、無線電力伝送システムの信号の大きさと周波数関係を説明すれば、磁気誘導方式の無線電力伝送の場合、送信部１０００において送信側交流／直流変換部１１００は数十又は数百Ｖ帯（例えば１１０Ｖ〜２２０Ｖ）の数十又は数百Ｈｚ帯（例えば６０Ｈｚ）の交流信号を受けて数Ｖ〜数十Ｖ、数百Ｖ（例えば１０Ｖ〜２０Ｖ）の直流信号に変換して出力することができ、送信側直流／交流変換部１２００は直流信号を受けてＫＨｚ帯（例えば１２５ＫＨｚ）の交流信号を出力することができる。そして、受信部２０００の受信側交流／直流変換部２３００はＫＨｚ帯（例えば１２５ＫＨｚ）の交流信号を受けて数Ｖ〜数十Ｖ、数百Ｖ帯（例えば１０Ｖ〜２０Ｖ）の直流信号に変換して出力することができ、受信側直流／直流変換部２４００は負荷２５００に適した、例えば５Ｖの直流信号を出力して前記負荷２５００に伝達することができる。そして、磁気共振方式の無線電力伝送の場合、送信部１０００において送信側交流／直流変換部１１００は数十又は数百Ｖ帯（例えば１１０Ｖ〜２２０Ｖ）の数十又は数百Ｈｚ帯（例えば６０Ｈｚ）の交流信号を受けて数Ｖ〜数十Ｖ、数百Ｖ（例えば１０Ｖ〜２０Ｖ）の直流信号に変換して出力することができ、送信側直流／交流変換部１２００は直流信号を受けてＭＨｚ帯（例えば６．７８ＭＨｚ）の交流信号を出力することができる。そして、受信部２０００の受信側交流／直流変換部２３００はＭＨｚ（例えば６．７８ＭＨｚ）の交流信号を受けて数Ｖ〜数十Ｖ、数百Ｖ（例えば１０Ｖ〜２０Ｖ）の受信側直流信号に変換して出力することができ、直流／直流変換部２４００は負荷２５００に適した、例えば５Ｖの直流信号を出力して前記負荷２５００に伝達することができる。
【００８６】
＜送信装置の動作状態＞
【００８７】
図５は無線電力伝送システムの動作流れ図であって、実施例による送信装置の動作状態を中心とする動作流れ図である。
【００８８】
図５を参照すると、実施例による送信装置は、少なくとも１）選択状態、２）検出状態、３）識別及び設定状態、４）電力伝達状態及び５）充電終了状態を有することができる。
【００８９】
［選択状態（Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ  Ｐｈａｓｅ）］
【００９０】
（１）選択状態で送信装置１０００は感知領域又は充電領域に存在する受信装置２０００を選択するために検出過程を行うことができる。
【００９１】
（２）前記感知領域又は充電領域は、前述したように、該当領域内の物体が前記送信側電力変換部１０１の電力の特性に影響を及ぼすことができる領域を指称することができる。検出状態と比較し、前記選択状態で受信装置２０００の選択のための検出過程は、電力制御メッセージを用いて前記受信装置２０００から応答を受信する方式の代わりに、前記送信装置１０００側の電力変換部で無線電力信号を形成するための電力量が変化することを感知して一定範囲内に物体が存在するかを確認する過程である。前記選択状態での検出過程は後述する検出状態でデジタル形式のパケットを用いず、無線電力信号を用いて物体を検出する点でアナログ検出過程（ａｎａｌｏｇ  ｐｉｎｇ）と指称することができる。
【００９２】
（３）選択状態で送信装置１０００は前記感知領域又は充電領域内に客体（ｏｂｊｅｃｔ）が入るか出ることを感知することができる。また、前記送信装置１０００は前記感知領域又は充電領域内にある物体のうち無線で電力を伝達することができる受信装置２０００とその外の物体（例えば、鍵、小銭など）を区分することができる。
【００９３】
前述したように、誘導結合方式及び共振結合方式によって無線で電力を送信することができる距離が違うので、前記選択状態で物体が検出される感知領域は互いに異なり得る。
【００９４】
（４）まず、誘導結合方式によって電力が送信される場合に前記選択状態の送信装置１０００は物体の配置及び除去を感知するためにインターフェースの表面（図示せず）をモニターすることができる。
【００９５】
また、前記送信装置１０００は前記インターフェース表面の上部に置かれた無線電力受信装置２０００の位置を感知することもできる。
【００９６】
（５）前記送信装置１０００が一つ以上の伝送コイルを含む場合、前記選択状態で前記検出状態に進入し、前記検出状態でそれぞれのコイルを用いて前記客体から検出信号に対する応答が送信されるかを確認するとか又はその後に前記識別状態に進入して前記客体から識別情報が送信されるかを確認する方法を行うことができる。
【００９７】
前記送信装置１０００は、このような過程で獲得した前記感知された受信装置２０００の位置に基づいて無線電力伝送に使われるコイルを決定することができる。
【００９８】
（６）また、共振結合方式で電力が送信される場合、前記選択状態の送信装置１０００は前記感知領域又は充電領域内の物体による前記電力変換部の周波数、電流及び電圧のうち一つ以上が変更されることを感知することによって前記客体を検出することができる。
【００９９】
（７）一方、前記選択状態の送信装置１０００は前記誘導結合方式及び共振結合方式による検出方法のうち少なくとも一方法によって物体を検出することができる。
【０１００】
（８）前記送信装置１０００は各電力伝送方式による物体検出過程を行い、その後、他の状態に進行するために無線電力伝達のための結合方式のうち前記物体を検出した方式を選択することができる。
【０１０１】
（９）一方、前記選択状態の送信装置１０００は物体を検出するために形成する無線電力信号とその後の状態でのデジタル検出、識別、設定及び電力伝送のために形成する無線電力信号はその周波数、強度などの特性が違い得る。これは、前記送信装置１０００の選択状態は物体を検出するための待機状態（ｉｄｌｅ  ｐｈａｓｅ）に当たり、前記送信装置１０００が待機中の消費電力を減らすとかあるいは効率的な物体検出のために特化した信号を生成させることができるようにするためである。
【０１０２】
［検出状態（Ｐｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ）］
【０１０３】
（１）検出状態で送信装置１０００が電力制御メッセージを介して感知領域又は充電領域内に存在する受信装置２０００を検出する過程を行うことができる。前記選択状態で無線電力信号の特性などを用いた受信装置２０００の検出過程と比較し、前記検出状態での検出過程はデジタル検出過程（ｄｉｇｉｔａｌ  ｐｉｎｇ）と指称することができる。
【０１０４】
（２）送信装置１０００は受信装置２０００を検出するための無線電力信号を形成し、前記受信装置２０００によって変調された無線電力信号を復調し、前記復調された無線電力信号から前記検出信号に対する応答にあたるデジタルデータ形態の電力制御メッセージを獲得することができる。
【０１０５】
（３）前記送信装置１０００は前記検出信号に対する応答にあたる電力制御メッセージを受信することによって電力伝送の対象となる前記受信装置２０００を認知することができる。
【０１０６】
（４）検出状態にある送信装置１０００がデジタル検出過程を行うために形成する検出信号は特定の動作ポイント（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）の電力信号を一定時間の間に印加することによって形成される無線電力信号であり得る。
【０１０７】
ここで、動作ポイントは送信コイル部１４００に印加される電圧の周波数、デューティーサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）及び振幅を意味し得る。
【０１０８】
前記送信装置１０００は前記特定動作ポイントの電力信号を印加することによって生成された前記検出信号を一定時間の間に生成し、前記受信装置２０００から電力制御メッセージを受信することを試みることができる。
【０１０９】
（５）一方、前記検出信号に対する応答にあたる電力制御メッセージは前記受信装置２０００が受信した無線電力信号の強度（ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を示すメッセージであり得る。例えば、前記受信装置２０００は前記検出信号に対する応答として受信された無線電力信号の強度を示すメッセージが含まれた信号強度パケット（Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｐａｃｋｅｔ）を送信することができる。前記パケットは信号強度を示すパケットであることを知らせるヘッダー及び前記受信装置２０００が受信した電力信号の強度を示すメッセージを含むように構成できる。前記メッセージ内の電力信号の強度は前記送信装置１０００と前記受信装置２０００間の電力伝送のための誘導結合又は共振結合の程度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を示す値であり得る。
【０１１０】
（６）前記送信装置１０００は前記検出信号に対する応答メッセージを受信して前記受信装置２０００を見つけた後、前記デジタル検出過程を延ばして識別及び検出状態に進入することができる。すなわち、前記送信装置１０００は前記受信装置２０００を見つけた後、前記特定動作ポイントの電力信号を維持して、前記識別及び検出状態で必要な電力制御メッセージを受信することができる。
【０１１１】
ただ、前記送信装置１０００が電力を伝達することができる受信装置２０００を見つけなかった場合、前記送信装置１０００の動作状態は前記選択状態に戻ることができる。
【０１１２】
［識別及び設定状態（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｐｈａｓｅ）］
【０１１３】
（１）前記識別及び設定状態で送信装置１０００は受信装置２０００が送信する識別情報及び／又は設定情報を受信して電力伝達が効率的になるように制御することができる。
【０１１４】
（２）前記識別及び設定状態で前記受信装置２０００は自分の識別情報を含む電力制御メッセージを送信することができる。このために、前記受信装置２０００は、例えば、前記受信装置２０００の識別情報を示すメッセージが含まれた識別パケット（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｐａｃｋｅｔ）を送信することができる。前記パケットは識別情報を示すパケットであることを知らせるヘッダー及び前記受信装置２０００の識別情報を含むメッセージを含むように構成できる。前記メッセージは無線電力伝送のための規約のバージョンを示す情報、前記受信装置２０００の製造業者を識別する情報、拡張装置識別子の有無を示す情報及び基本装置識別子を含むように構成できる。また、前記拡張装置識別子の有無を示す情報に拡張装置識別子が存在すると表示される場合、拡張装置識別子を含む拡張識別パケット（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｐａｃｋｅｔ）が別に伝送できる。前記パケットは拡張装置識別子を示すパケットであることを知らせるヘッダー及び拡張装置識別子を含むメッセージを含むように構成できる。このように拡張装置識別子が使われる場合、前記受信装置２０００を識別するために前記製造業者の識別情報、前記基本装置識別子及び前記拡張装置識別子に基づく情報が使われることができる。
【０１１５】
（３）前記識別及び設定状態で前記受信装置２０００は予想最大電力についての情報を含む電力制御メッセージを送信することができる。このために、前記受信装置２０００は、例えば設定パケット（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｐａｃｋｅｔ）を送信することができる。前記パケットは設定パケットであることを知らせるヘッダー及び前記予想最大電力についての情報を含むメッセージを含むように構成できる。
【０１１６】
また、前記受信装置２０００は自分の許容可能な受信許容電力量についての情報を含む電力制御メッセージを送信することができる。ただ、前記受信装置２０００の許容可能な受信許容電力量についての情報は識別及び設定状態ではない電力伝達状態でも送信装置１０００に提供できる。
【０１１７】
前記メッセージは、電力クラス、予想最大電力についての情報、無線電力送信装置１０００側の主要セルの電流を決定する方法を示す指示子、選択的な設定パケットの数を含むように構成できる。前記指示子は無線電力伝送のための規約に明示されたとおりに前記送信装置１０００側の主要セルの電流が決定されるか否かを示すものであり得る。
【０１１８】
（４）一方、前記送信装置１０００は、前記識別情報及び／又は設定情報に基づいて前記受信装置２０００と電力充電に使われる電力伝達規約（ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｏｎｔｒａｃｔ）を生成することができる。前記電力伝達規約は前記電力伝達状態での電力伝達特性を決定するパラメーターの限定事項（ｌｉｍｉｔｓ）を含むことができる。
【０１１９】
（５）前記送信装置１０００は前記電力伝達状態に進入する前に前記識別及び設定状態を終了し、前記選択状態に戻ることができる。例えば、前記送信装置１０００は無線で電力を受信することができる他の受信装置２０００を捜すために前記識別及び設定状態を終了することができる。
【０１２０】
［電力伝達状態（Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｐｈａｓｅ）］
【０１２１】
（１）前記電力伝送状態での前記送信装置１０００は前記受信装置２０００に電力を送信する。
【０１２２】
（２）前記送信装置１０００は電力を送信する途中に前記受信装置２０００から電力制御メッセージを受信し、前記受信した電力制御メッセージに応じて前記送信コイル部１４００に印加される電力の特性を調節することができる。例えば、前記送信コイルの電力特性を調節するために使われる電力制御メッセージは制御誤差パケット（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｅｒｒｏｒ  Ｐａｃｋｅｔ）に含まれることができる。前記パケットは制御誤差パケットであることを知らせるヘッダーと制御誤差値を含むメッセージを含むように構成できる。前記送信装置１０００は前記制御誤差値（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｖａｌｕｅ）によって前記送信コイルに印加される電力を調節することができる。すなわち、前記制御誤差値が０の場合、受信装置２０００の所望の制御ポイント（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｏｉｎｔ）と受信装置２０００の実際制御ポイント（ａｃｔｕａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｏｉｎｔ）が実質的に同一であるので、前記伝送コイルに印加される電流は維持され、負数（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｖａｌｕｅ）の場合に減少し、正数（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｖａｌｕｅ）の場合に増加するように調節できる。
【０１２３】
（３）前記電力伝送状態で前記送信装置１０００は前記識別情報及び／又は設定情報に基づいて生成された電力伝達規約（ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｏｎｔｒａｃｔ）内のパラメーターをモニターすることができる。前記パラメーターをモニターした結果、前記受信装置２０００との電力伝送が前記電力伝達規約内に含まれている限定事項を違反することになる場合、前記送信装置１０００は前記電力伝送を取り消して選択状態に戻ることができる。
【０１２４】
（４）一方、前記電力伝達規約は受信装置２０００が受信可能な最大電力量（受信許容電力）と送信装置１０００から受信装置２０００に送信される電力の特性に関する境界条件（ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）を含むことができる。また、前記電力伝達規約（ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｏｎｔｒａｃｔ）は、伝送電力が増加して目標とする電力信号の正常状態に到達する前の過渡状態で発生するオーバーシュート（ｏｖｅｒ  ｓｈｏｏｔ）と前記受信許容電力又は目標とする新規電力信号と前記受信許容電力に基づいて設定された電力閾値についての情報を含むことができる。
【０１２５】
（５）前記送信装置１０００は前記受信装置２０００から伝達された電力制御メッセージに基づいて前記電力伝送状態を終了することができる。
【０１２６】
例えば、前記受信装置２０００が伝達された電力を用いてバッテリーを充電する途中に前記バッテリーの充電が完了した場合、前記送信装置１０００に無線電力伝送を中止することを要求する電力制御メッセージを伝達することができる。この場合、前記送信装置１０００は前記電力伝送の中止を要求するメッセージを受信した後、無線電力伝送を終了して前記選択状態に戻ることができる。
【０１２７】
さらに他の例として、前記受信装置２０００は既に生成された電力伝達規約を更新するために再協商（ｒｅｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ）又は再設定（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒｅ）を要求する電力制御メッセージを伝達することができる。前記受信装置２０００は、現在送信される電力量より多いとか少ない量の電力が必要な場合、前記電力伝達規約の再協商を要求するメッセージを伝達することができる。この場合、前記送信装置１０００は前記電力伝達規約の再協商を要求するメッセージを受信した後、無線電力伝送を終了して前記識別及び設定状態に戻ることができる。
【０１２８】
このために、前記受信装置２０００が送信するメッセージは、例えば、図１８に示したような電力伝送中断パケット（Ｅｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｐａｃｋｅｔ）であり得る。前記パケットは電力伝送中断パケットであることを知らせるヘッダー及び中断の理由を示す電力伝送中断コードを含むメッセージを含むように構成できる。前記電力伝送中断コードは、充電完了（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｌｅｔｅ）、内部誤差（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｆａｕｌｔ）、過熱（Ｏｖｅｒ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）、過電圧（Ｏｖｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ）、過電流（Ｏｖｅｒ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）、バッテリー誤差（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｆａｉｌｕｒｅ）、再設定（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒｅ）、無応答（Ｎｏ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）、知られていない誤差（Ｕｎｋｎｏｗｎ）のうち一つを示すことができる。
【０１２９】
一方、前記送信装置１０００は伝送中の現在送信電力と伝送目標電力である新規送信電力そして受信許容電力から算出された電力量が電力閾値以上と場合に電力伝送を中断することができる。
【０１３０】
図６は受信装置の要求電力決定方法に関する流れ図、図７は送信装置の伝送電力決定方法に関する流れ図である。
【０１３１】
＜電力伝送制御＞
【０１３２】
−受信装置の要求電力決定方法。
【０１３３】
図６を参照すると、受信装置２０００は、１）所望の制御ポイント（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｏｉｎｔ）を決定する段階（Ｓ２１０）、２）実際制御ポイント（ａｃｔｕａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｏｉｎｔ）を検出する段階（Ｓ２３０）、３）制御誤差値（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｖａｌｕｅ）生成段階（Ｓ２５０）を行って、受信しようとする電力、つまり要求電力を決定することができる。
【０１３４】
具体的に、所望の制御ポイント（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｏｉｎｔ）を決定する段階（Ｓ２１０）で、受信装置２０００は電圧、電流、温度などに関する所望の制御ポイントを決定することができる。そして、実際制御ポイント（ａｃｔｕａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｏｉｎｔ）を検出する段階（Ｓ２３０）で、受信装置２０００は実際電圧、電流、温度などに関する実際制御ポイントを決定することができる。前記受信装置２０００が前記実際制御ポイントを決定するときに電圧又は電流の検出、温度センシングなどの多様な方法を適用することができ、電力伝送状態中のどの時間にもこのような過程を行うことができる。そして、制御誤差値（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｖａｌｕｅ）生成段階（Ｓ２５０）で、受信装置２０００は、例えば所望の制御電圧値と実際制御電圧値の差などに基づいて制御誤差値を生成することができる。そして、前記制御誤差値は正の値と負の値を指称するパラメーターであってもよく、所望の電力量より実際電力量が小さな場合、前記制御誤差値は正の値を指称することができ、所望の電力量より実際電力量が多い場合、前記制御誤差値は負の値を指称することができ、所望の電力量と実際電力量が同一である場合、０（ｚｅｒｏ）の値を有することができる。
【０１３５】
一方、前記制御誤差値は制御誤差パケット（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｐａｃｋｅｔ）の形態で送信装置１０００に伝送できる。
【０１３６】
前記制御誤差値を受信した送信装置から新規送信電力が受信されれば、前述した段階によって前記新規送信電力が所望の電力を満たすかを判断することができる。
【０１３７】
一方、前記制御誤差値を受信した送信装置から新規送信電力が受信されない場合、電力伝送中断であることを判断することができる。そして、前記送信装置から検出信号（検出状態（Ｐｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ））が受信されれば、これに対する応答として電力制御メッセージを送信することができる。そして、前記電力制御メッセージを受信した送信装置１０００は、前記電力制御メッセージに対する応答として無線電力を送信することができ、前記受信装置２０００は前記無線電力を受信することができる。すなわち、検出状態（Ｐｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ）後に識別及び設定状態（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｐｈａｓｅ）に進入せずに直ぐ電力伝達状態（Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｐｈａｓｅ）に進入することができる。
【０１３８】
−送信装置の伝送電力決定方法。
【０１３９】
図７を参照すると、送信装置１０００は、１）制御誤差パケット受信段階（Ｓ１１０）、２）新規送信コイル電流決定段階（Ｓ１２０）、３）新規送信電力決定段階（Ｓ１３０）、４）電力閾値との比較段階（Ｓ１４０）、５）新規電力生成段階（Ｓ１５０）、６）電力伝送中断段階（Ｓ１６０）を含むことができる。
【０１４０】
送信装置１０００は、前記制御誤差パケット受信段階（Ｓ１１０）で受信装置２０００からの制御誤差パケットを受信し、前記制御誤差パケットに含まれた制御誤差値を読み込むことができる。そして、新規送信コイル電流決定段階（Ｓ１２０）で前記制御誤差値と現在送信コイル部１４００の電流に基づいて新規送信コイル電流を決定することができる。そして、新規送信電力決定段階（Ｓ１３０）で前記新規送信コイル電流に対応する新規送信電力を決定することができる。前記新規送信コイル電流に対応する新規送信電力についての情報は制御部１０３に備えられたか又は前記制御部103とは別に備えられたメモリにルックアップテーブルとして保存でき、前記制御部１０３は前記メモリから前記新規送信コイル電流に対応する新規送信電力についての情報を読み込むことができる。そして、電力閾値との比較段階（Ｓ１４０）で受信装置２０００の受信許容電力量、現在送信電力量及び前記新規送信電力を電力閾値と比較し、後続段階として新規電力生成段階（Ｓ１５０）及び電力伝送中断段階（Ｓ１６０）のいずれか一つに進入することができる。
【０１４１】
送信装置１０００が新規電力生成段階（Ｓ１５０）に進入した場合、線形積分微分型制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ；以下ＰＩＤ制御）、すなわちＰＩＤ制御段階（Ｓ１５１）を行い、前記ＰＩＤ制御によって制御変数を決定することができ（Ｓ１５２）、前記制御変数に基づいて電力変換部１０１を制御することによって（Ｓ１５３）新規電力を送信することができる（Ｓ１５４）。そして、受信装置１０００は、前記新規電力を受信した後、次の制御誤差パケットを送信することができる。
【０１４２】
一方、受信装置２０００が今度の制御誤差パケットを送信した時点から次回の制御誤差パケットを送信した時点までの時区間内に、前記受信装置２０００からの電力増加要求信号に応じて、現在送信電力量を新規電力量に増加させることができる。そして、前記時区間の間に前記フィードバック方式の前記ＰＩＤ制御は繰り返し行われることができる。すなわち、前記ＰＩＤ制御を繰り返し行うことによって、送信コイル部１４００で実際に生成された新規電力と所望の新規電力の誤差は減ることができる。
【０１４３】
送信装置１０００が電力伝送中断段階（Ｓ１６０）に進入した場合、電力送信を中断し（Ｓ１６１）、検出（Ｐｉｎｇ）信号を送信することができる（Ｓ１６２）。そして、受信装置２０００から前記検出信号に対する応答信号を受信すれば、既設定の電力を送信することができる（Ｓ１６３）。前記既設定の電力はＳ１１０段階を受信した当時に送信した電力であるか、あるいはＳ１３０段階で決定された新規送信電力より小さな電力となり得る。そして、前記既設定の電力を受信した受信装置２０００から次の制御誤差パケットを受信することができる。
【０１４４】
このように、送信装置１０００は、新規送信電力を決定した後、前記新規送信電力の生成及び送信可否を決定することにより、過電力が受信装置２０００に送信されることを前もって防止することができる。
【０１４５】
このように決定された新規送信電力の出力可否は後述する過程に基づいて決定できる。
【０１４６】
＜送信装置からの電力伝送可否決定方法＞
【０１４７】
図８は送信装置の電力伝送可否決定の流れ図である。そして、図９〜図１１は時間による電力信号の過渡状態及び定常状態を示した図である。
【０１４８】
（１）一般に、電力効率が１００％ではないので、送信装置１０００から出力される電力の一部のみを受信装置２０００が受信することができる。したがって、受信装置２０００が要求する電力を送信するために前記送信装置１０００は前記要求電力より高い新規送信電力を出力する必要がある。
【０１４９】
ただ、電力効率によって、送信装置１０００は受信装置２０００の要求電力を大きく上回る新規送信電力を生成することができる。この場合、前記受信装置２０００が受信する電力を除いた電力量によって前記受信装置２０００に損傷を加えることがあり得る。したがって、これを防止するために、前記送信装置１０００は、必要な場合、新規送信電力を生成せずに電力伝送を中断する必要がある。これを具体的に説明する。（第３電力オーバーシュートを考慮しない場合、図９）
【０１５０】
（２）識別及び設定状態又は電力伝送段階で、送信装置１０００は受信装置２０００から前記受信装置２０００の受信許容電力量についての情報を含むメッセージを受信することができる。そして、電力伝送段階で送信装置１０００は第１電力を出力することができ、受信装置２０００は電力効率によって前記第１電力の一部電力である第２電力を受信することができる。そして、前記受信装置２０００が要求する要求電力量が前記第２電力より高い場合、受信装置２０００は送信電力増加要求信号（制御誤差値（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｖａｌｕｅ）が正数（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｖａｌｕｅ））を含む制御誤差パケットを送信装置１０００に送信することができる。
【０１５１】
前記制御誤差パケットを受信した送信装置１０００は前記制御誤差パケットの電力増加要求信号に応じて第１電力より高い第３電力を決定することができる。
【０１５２】
その後、送信装置１０００は前記第３電力量と前記受信許容電力量に基づいて前記第３電力の生成及び送信可否を決定することができる。
【０１５３】
前記第３電力の生成及び送信可否を決定する方法としては、前記第３電力量と前記受信許容電力量の電力差値が電力閾値を超えるかどうかを判断することができる。
【０１５４】
−電力差値が電力閾値を超えた場合（電力伝送中断）
【０１５５】
前記電力差値が電力閾値を超える場合、送信装置１０００は新規送信電力である前記第３電力を最終に生成せず、電力伝送を中断することができる。
【０１５６】
このように、電力差値が電力閾値を超える場合に電力伝送を中断する理由は、新規送信電力である前記第３電力が出力されれば、たとえ受信装置２０００が自分の要求電力量又は受信許容電力量だけの電力を受信しても、これを除いた残りの電力量が受信装置２０００の受信コイル部２１００に影響を与えて前記受信装置２０００が損傷され、前記受信装置２０００のシステムがダウンし得るからである。
【０１５７】
−電力差値が電力閾値以下の場合（電力伝送維持）
【０１５８】
仮に、電力差値が電力閾値を超えない場合、前記送信装置１０００は前記第３電力を生成して送信することができる。そして、受信装置２０００は伝送効率によって前記第３電力の一部電力である第４電力を受信することができる。この時、前記第４電力は受信装置２０００が要求した電力であり得る。ただ、受信した第４電力が要求電力と差がある場合、次の制御誤差パケットにこのような誤差情報を含ませて送信電力の量を調節するように送信装置１０００に要求することができる。
【０１５９】
一方、前記電力閾値は前記受信装置２０００の受信コイル又はシステムに損傷を与えることができるほどの電力閾値で、受信装置２０００の特性によって実験的に予め決定できる。
【０１６０】
また、一方、前記送信装置１０００は受信許容電力量についての情報などを含む受信装置２０００の特性情報を受信し、前記受信装置２０００の特性情報から電力閾値を決定し、前記受信許容電力量と第３電力についての情報に基づいて前記第３電力生成及び送信可否を決定することができる。
【０１６１】
（第３電力のオーバーシュートを考慮する場合、図１０、図１１）
【０１６２】
（３）また、送信装置１０００は識別及び設定状態又は電力伝送段階で受信装置２０００から前記受信装置２０００の受信可能な許容電力についての情報を含むメッセージを受信することができる。そして、電力伝送段階で、送信装置１０００は第１電力を出力することができ、受信装置２０００は電力効率によって前記第１電力の一部電力である第２電力を受信することができる。そして、前記受信装置２０００が要求する電力量が前記第２電力より高い場合、受信装置２０００は送信電力増加要求信号を含む制御誤差パケットを送信装置１０００に送信することができる。
【０１６３】
前記制御誤差パケットを受信した送信装置１０００は前記送信電力増加要求信号に応じて前記要求電力量を満たすための第３電力を決定することができる。
【０１６４】
その後、送信装置１０００は前記第１電力量、前記第３電力量及び前記受信許容電力量に基づいて前記第３電力の生成及び送信可否を決定することができる。
【０１６５】
前記第３電力の生成及び送信可否を決定する方法では、前記第３電力の過渡状態でのオーバーシュートピーク値（Ｏｖｅｒ  ｓｈｏｏｔ  ｐｅａｋ  ｖａｌｕｅ）を決定することができ、前記オーバーシュートピーク値と前記受信許容電力量の電力差値が電力閾値を超えるかを判断することができる。
【０１６６】
前記電力差値が電力閾値を超える場合、送信装置１０００は前記第３電力を最終に生成せずに電力伝送を中断することができる。
【０１６７】
前記オーバーシュートは、目標とする第３電力サイズに至る前、電力信号の過渡状態で前記第３電力サイズを超える信号のサイズである。そして、第１オーバーシュートを最大オーバーシュート（Ｍａｘ  Ｏｖｅｒ  ｓｈｏｏｔ）と指称することができる。
【０１６８】
前記オーバーシュートピーク値は第３電力信号の大きさによって変わることができ、前記第１電力から前記第３電力への電力増加量によって変わることができる。そして、生成すべき新規送信電力の情報と現在出力する送信電力の情報、そして現在出力される送信電力から新規送信電力の増加量とオーバーシュートピーク値を実験的に決定したデータを予め保存し、送信装置１０００が新規送信電力を生成するとき、これを参照してオーバーシュートピーク値を決定することができる。
【０１６９】
このように、実施例は、受信装置２０００からフィードバックされる電力制御情報に基づいて送信装置１０００の出力電力を制御する場合、前記送信装置１０００が出力する電力が瞬間的に高くなって、前記受信装置２０００から現在過度な電力が受信されるというメッセージをフィードバックされる前に前記受信装置２０００のシステムがダウンされることを防止することができる。
【０１７０】
一方、前記受信装置２０００の許容受信電力量は前記受信装置２０００の種類又は受信側コイル部２１００、受信側電力変換部２０２の許容容量を考慮して決定された値で、これは電力伝達規約（ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｏｎｔｒａｃｔ）に含まれた情報であり得る。
【０１７１】
（４−１）第３電力が受信許容電力より高い場合、図９、図１０。
【０１７２】
送信装置１０００で生成しようとする第３電力受信装置２０００の受信許容電力より高い場合、１）図９のように受信装置２０００の受信許容電力と第３電力の差値が電力閾値を超えるか、あるいは２）図１０のように受信装置２０００の受信許容電力と第３電力の電力信号のオーバーシュートピーク値の電力差値が電力閾値を超えるかのうち少なくとも一つを判断することができる。オーバーシュートピーク値を決定するとき、図面に示したように、電力上昇量を一緒に考慮することができる。
【０１７３】
（４−２）第３電力が受信許容電力より低い場合、図１０。
【０１７４】
図１１のように受信装置２０００の受信許容電力と第３電力信号のオーバーシュートピーク値の電力差値が電力閾値以上であるかを判断することができ、この場合、電力上昇量を一緒に考慮することができる。
【０１７５】
このように電力差値を算出して電力閾値を超えるかを判断し、前記第３電力を生成せず、電力伝送を中断することができる。
【０１７６】
一方、電力伝送が中断された場合、送信装置１０００は検出状態に進入して受信装置２０００の検出を行い、前記受信装置２０００が検出された場合、識別及び設定状態に進入せず、すぐ電力伝送段階に進入することができる。この場合、第３電力より小さな電力、例えば第１電力を伝送ことができる。
【０１７７】
以下、新規電力を生成及び送信する方法について詳述する。
【０１７８】
＜電力伝送制御方法＞
【０１７９】
図１２は電力伝送制御方法のための送信装置の制御部を詳細に示した図である。そして、図１３は電力伝送状態で送信装置のタイミング図である。
【０１８０】
図１２を参照すると、電力伝送制御方法によって、送信装置１０００の制御部１０３は送信コイル部１４００の電流を制御して新しい送信コイル電流となるようにすることができる。このような電力伝送制御は線形積分微分型アルゴリズム（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（ＰＩＤ）  ａｌｇｏｒｉｔｈｍに基づいて実行できる。
【０１８１】
ＰＤＩアルゴリズムを行うために、送信装置１０００は、第１演算器１１及び第２演算器１５、比例制御器１２ａ、積分制御器１２ｂ、及び微分制御器１２ｃを含むことができ、さらに第１〜第５増幅器１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ及び第１及び第２加算器１４ａ、１４ｂを含むことができ、次のような過程を行って電力変換部１０１を制御することができる。
【０１８２】
以下のｊ＝１、２、３、…は送信装置１０００が受信した制御誤差パケット（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｐａｃｋｅｔ）の順番を指称することができる。そして、前記第１〜第５増幅器１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅのそれぞれは増幅器、バッファー、遅延器のうち少なくとも一つの機能を有することができる。
【０１８３】
（１）新しい送信コイル電流計算段階。
【０１８４】
１）送信装置１０００の第１演算器１１が第ｊ制御誤差パケット（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｐａｃｋｅｔ）を受信すれば、式３によって新しい送信コイル電流（ｔｄ（ｊ））を計算することができる。
【０１８５】
【数３】
2018528743.tif 000005
【０１８６】
２）ここで、ｔａ（ｊ−１）は以前の制御誤差パケットｃ（ｊ−１）によって決定された、実際（現在）送信コイル電流（ａｃｔｕａｌ  Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｃｅｌｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を指称し、ｃ（ｊ）はｊ（ｔｈ）制御誤差パケット（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｐａｃｋｅｔ）に含まれた制御誤差値（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｖａｌｕｅ）を指称することができる。また、ｔａ（０）は電力伝送状態の開始時点の送信コイル部１４００の電流を意味することができる。
【０１８７】
前記送信コイル電流によって送信コイル部１４００で磁場が発生して出力電力が生成されることができる。
【０１８８】
３）前記第１演算器１１は第ｊ制御誤差パケット（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｐａｃｋｅｔ）及び第１増幅器１３ａを介して実際送信コイル電流ｔａ（ｊ−１）を受け、前記式３の演算過程を経った後、新しい送信コイル電流ｔｄ（ｊ）を計算して出力することができる。
【０１８９】
４）仮に、制御誤差値（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ  ｖａｌｕｅ）であるｃ（ｊ）が０ではない場合（ｎｏｎｚｅｒｏ）、送信装置１０００は既設定の時間（図１３のｔ＿ａｃｔｉｖｅ）の間に送信コイル電流を調節することができる。このために、送信装置１０００は後述するステップを含むループ（ｌｏｏｐ）を実行することができる。
【０１９０】
ここで、ｉ＝１、２、３、… ｍａｘはループの繰り返し回数を指称することができる。
【０１９１】
（２）電力伝送中断可否決定段階。
【０１９２】
計算された新しい送信コイル電流（ｔａ（ｊ））に基づいて新規送信電力を決定することができる。前記新規送信電力と現在送信コイル電流（ｔａ（ｊ−１））による現在送信電力量と、受信装置２０００の受信許容電力量、そして電力閾値の比較結果によって前記新規送信電力を生成せずに電力伝送を中断するか、後述するステップによって前記新規送信電力を生成及び送信することができる。
【０１９３】
（３）誤差（ｅｒｒｏｒ）計算段階。
【０１９４】
１）送信装置１０００は式４によって新しい送信コイル電流（ｔｄ（ｊ））と第ｉ−１ループによる実際送信コイル電流（ｔａ（ｊ、ｉ−１））の差によって第ｉループでの誤差（ｅｒｒｏｒ）を計算することができる。
【０１９５】
【数４】
2018528743.tif 000006
【０１９６】
ここで、ｔａ（ｊ、ｉ−１）は第ｉ−１ループによって決定された送信コイル電流を指称することができる。ここで、ｔａ（ｊ、０）はループの開始時点での実際送信コイル電流を指称することができる。
【０１９７】
２）前記第１加算部１４ａは新しい送信コイル電流ｔｄ（ｊ）と第２増幅器１３ａからの第ｉ−１ループによって決定された実際送信コイル電流ｔａ（ｊ、ｉ−１）を加算して誤差（ｅｒｒｏｒ）を計算し、計算された誤差をＰＩＤ制御器１２に出力することができる。
【０１９８】
（４）制御量計算段階。
【０１９９】
１）送信装置１０００のＰＩＤ制御器１２は誤差に比例して制御量を変化させるための比例制御（Ｐ）、誤差を積分して制御する積分制御（Ｉ）及び誤差の変化量によって制御量を決定する微分制御（Ｄ）を行うことができる。
【０２００】
ＰＩＤ制御器１２は式５で表現したように比例要素（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｔｅｒｍ）、積分要素（ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｔｅｒｍ）及び微分要素（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  ｔｅｒｍ）を計算することができる。具体的に、比例制御器１２ａは誤差に基づいて比例要素Ｐ（ｊ、ｉ）を計算し、積分制御器１２ｂは誤差の累積値に基づいて積分要素Ｉ（ｊ、ｉ）を計算し、微分制御器１２ｃは誤差の変化量に基づいて微分要素Ｄ（ｊ、ｉ）を計算することができる。
【０２０１】
【数５】
2018528743.tif 000007
【０２０２】
２）ここで、Ｋｐは比例ゲイン（Ｇａｉｎ）、Ｋｉは積分ゲイン、Ｋｄは微分ゲインである。そして、ｔ＿ｉｎｎｅｒは一つのループが繰り返されるのにかかる時間である。そして、積分項Ｉ（ｊ、０）＝０、誤差ｅ（ｊ、０）＝０である。そして、送信装置１０００は積分項Ｉ（ｊ、ｉ）を？Ｍ＿Ｉ．．＋Ｍ＿Ｉの範囲内に制限することができ、必要によって計算された積分要素Ｉ（ｊ、ｉ）を適切な境界値に変更することができる。ここで、Ｍ＿Ｉは積分要素制限パラメーター（Ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｔｅｒｍ  ｌｉｍｉｔ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）である。
【０２０３】
３）前記積分制御器１２ｂの出力信号は第４増幅器１３ｄを介して自分の入力としてフィードバックされることができる。ここで、フィードバックされた出力信号は前回（第ｉ−１）ループの積分項（Ｉ（ｊ、ｉ−１））である。また、微分制御器１２ｃの入力信号は第３増幅器１３ｃを介して前記微分制御器１２ｃに入力できる。この際、入力信号は前回（第ｉ−１）ループの誤差（ｅ（ｊ、ｉ−１））である。
【０２０４】
４）送信装置１０００の第２加算器１４ｂは、式６のように、比例制御器１２ａから出力される比例要素Ｐ（ｊ、ｉ）、積分制御器１２ｂから出力される積分要素Ｉ（ｊ、ｉ）及び微分制御器１２ｃから出力される微分要素Ｄ（ｊ、ｉ）を加算（ｓｕｍ）して今回（第ｉ）制御量ＰＩＤ（ｊ、ｉ）を計算することができる。
【０２０５】
【数６】
2018528743.tif 000008
【０２０６】
５）このような計算によって送信装置１０００は今回（第ｉ）制御量ＰＩＤ（ｊ、ｉ）を出力することができ、前記今回（第ｉ）制御量ＰＩＤ（ｊ、ｉ）は？Ｍ＿ＰＩＤ．．＋Ｍ＿ＰＩＤの範囲内に制限することができる。ここで、Ｍ＿ＰＩＤは制御量制限パラメーター（ＰＩＤ  ｏｕｔｐｕｔ  ｌｉｍｉｔ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）である。
【０２０７】
（５）新しい制御変数値計算段階。
【０２０８】
１）送信装置１０００は式７に基づく新しい制御変数（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｖａｒｉａｂｌｅ）値を計算することができる。
【０２０９】
【数７】
2018528743.tif 000009
【０２１０】
２）ここで、Ｓｖは制御変数に基づくスケーリングファクター（ｓｃａｌｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）を指称することができる。また、制御変数ｖ（ｉ、０）＝ｖ（ｊ−１、ｉ＿ｍａｘ）であり、ｖ（０、０）は電力伝送状態の開始時点での制御変数の実際値（ａｃｔｕａｌ  ｖａｌｕｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｖａｒｉａｂｌｅ）を指称することができる。そして、前記制御変数は、動作周波数（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、直流／交流変換部１２００のデューティーサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）及び直流／交流変換部１２００の入力電圧のうちいずれか一つとなることができる。仮に、計算されたｖ（ｊ、ｉ）が既設定の範囲を超える場合、送信装置１０００は前記計算されたｖ（ｊ、ｉ）を適切な限界値に変更することができる。
【０２１１】
３）第２演算器１５は入力される今回（第ｉ）制御量ＰＩＤ（ｊ、ｉ）と自分の出力が第５増幅器１３ｅを介してフィードバックされる、前回（第ｉ−１番目）ループの制御変数値に基づいて前記式７によって新しい制御変数値ｖ（ｊ、ｉ）を計算することができる。
【０２１２】
（６）新しい制御変数に基づいて電力変換部を制御する段階。
【０２１３】
１）送信装置１０００は新しい値の制御変数ｖ（ｊ、ｉ）を直流／交流変換部１２００に適用することができる。また、前記制御変数は交流／直流変換部１１００の出力電圧となることができる。この場合、前記送信装置１０００は、前記新しい値の制御変数ｖ（ｊ、ｉ）を前記交流／直流変換部１１００の出力電圧に適用することで、前記直流／交流変換部１２００に入力される入力電圧を調節することができる。
【０２１４】
２）送信装置１０００は新しい値の制御変数ｖ（ｊ、ｉ）に基づいて第１演算部１１によって決定された送信コイル電流（ｔａ（ｊ、ｉ））による新規電力を生成することができる。
【０２１５】
（７）一方、図１０を参照すると、送信装置１０００は、送信コイル電流（ｔａ（ｊ））を第ｊ制御誤差パケットの受信終了時点後、ｔ＿ｄｅｌａｙ＋ｔ＿ａｃｔｉｖｅ＋ｔ＿ｓｅｔｔｌｅの時間の間に決定することができる。
【０２１６】
ここで、ｔ＿ｄｅｌａｙは、以前の制御誤差パケットを受信した後、前記以前の制御誤差パケットによる電力制御を行うのに遅延される時間を意味することができ、ｔ＿ａｃｔｉｖｅは前記以前の制御誤差パケットによって電力制御を行う（図面による例で伝送電力増加）のにかかった時間を意味することができ、ｔ＿ｓｅｔｔｌｅは目標とする電力値の定着時間を意味することができる。
【０２１７】
一方、ＰＩＤ制御器１２のゲインＫｉ、Ｋｉ、Ｋｄと、積分項制限パラメーター（Ｍ＿Ｉ）、ＰＩＤ出力制限パラメーター（Ｍ＿ＰＩＤ）、ｖ（ｊ、ｉ）が既設定の範囲を超える場合を判断する時の前記既設定範囲と前記スケーリングファクター（Ｓｖ）は電力伝達規約（ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｏｎｔｒａｃｔ）の伝送電力特性、送信装置１０００のスペック、送信コイル部１４００の規格と容量などを考慮して決定することができる。
【０２１８】
また、前記電力伝達規約（ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｏｎｔｒａｃｔ）は電力閾値についての情報を含むことができる。
【０２１９】
このように、前記制御誤差パケットを受信する送信装置１０００は、新しい送信コイル電流を決定し、前記新しい送信コイル電流に基づいて新規送信電力を決定することができる。そして、前記新規送信電力量によって、前記新規送信電力を生成せずに無線電力送信を中断するかあるいは前記新規送信電力を生成して無線電力送信を持続することができる。
【０２２０】
実施例によると、送信装置１０００と受信装置２０００のミスアラインメントによって結合係数が低い場合、前記送信装置１０００から出力される電力に比べて前記受信装置２０００の受信電力が低く、前記受信装置２０００はもっと多い電力を要求することができるので、前記送信装置１０００の送信電力量は増加することができる。この際、増加した送信電力を生成する前、送信電力を電力臨界値と比較して、送信するのに適切であるかを予め判断し、それによって電力生成及び送信可否を決定することにより、過度な送信電力及び過度な送信電力による発熱に起因して受信装置２０００が損傷される問題を解決することができる。
【０２２１】
特に、車両無線充電システムのように、送信装置１０００と受信装置２０００が車両の揺れなどの原因でミスアラインメントが瞬間的で繰り返して発生する場合、送信装置１０００の送信電力が瞬間的に急変することができるが、受信装置２０００の安全性を考慮して送信電力の生成自体を決定することができるので、前記受信装置２０００に損傷を加えることを予め防止することができる。
【０２２２】
以上で説明した本発明の詳細な説明では本発明の好適な実施例に基づいて説明したが、当該技術分野の熟練した当業者又は該当技術分野で通常の知識を有する者であれば後述する請求範囲に記載した本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができることを理解することが可能であろう。よって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載した内容に限定されるものではなく、請求範囲によって決定されなければならないであろう。
【産業上の利用可能性】
【０２２３】
本発明は無線電力伝送技術に関するもので、無線電力送受信機間の電力量を制御する無線電力伝送システムに利用可能である。
【図１】
2018528743.tif 000010
【図２】
2018528743.tif 000011
【図３】
2018528743.tif 000012
【図３ａ】
2018528743.tif 000013
【図３ｂ】
2018528743.tif 000014
【図４】
2018528743.tif 000015
【図４ａ】
2018528743.tif 000016
【図４ｂ】
2018528743.tif 000017
【図５】
2018528743.tif 000018
【図６】
2018528743.tif 000019
【図７】
2018528743.tif 000020
【図８】
2018528743.tif 000021
【図９】
2018528743.tif 000022
【図１０】
2018528743.tif 000023
【図１１】
2018528743.tif 000024
【図１２】
2018528743.tif 000025
【図１３】
2018528743.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月27日(2018.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2018528743.tif 000027
【図２】
2018528743.tif 000028
【図３ａ】
2018528743.tif 000029
【図３ｂ】
2018528743.tif 000030
【図４ａ】
2018528743.tif 000031
【図４ｂ】
2018528743.tif 000032
【図５】
2018528743.tif 000033
【図６】
2018528743.tif 000034
【図７】
2018528743.tif 000035
【図８】
2018528743.tif 000036
【図９】
2018528743.tif 000037
【図１０】
2018528743.tif 000038
【図１１】
2018528743.tif 000039
【図１２】
2018528743.tif 000040
【図１３】
2018528743.tif 000041
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
【図１】図１は、磁気誘導方式等価回路である。
【図２】図２は、磁気共振方式等価回路である。
【図３ａ】図３ａは、無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして送信部を示したブロック図である。
【図３ｂ】図３ｂは、無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして送信部を示したブロック図である。
【図４ａ】図４ａは、無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして受信部を示したブロック図である。
【図４ｂ】図４ｂは、無線電力伝送システムを構成するサブシステムの一つとして受信部を示したブロック図である。
【図５】図５は、無線電力伝送システムの動作流れ図であって、実施例による送信装置の動作状態を中心とする動作流れ図である。
【図６】図６は、受信装置の要求電力決定方法に関する流れ図である。
【図７】図７は、送信装置の伝送電力決定方法に関する流れ図である。
【図８】図８は、送信装置の電力伝送可否決定の流れ図である。
【図９】図９は、時間によって電力信号の過渡状態及び定常状態を示した図である。
【図１０】図１０は、時間によって電力信号の過渡状態及び定常状態を示した図である。
【図１１】図１１は、時間によって電力信号の過渡状態及び定常状態を示した図である。
【図１２】図１２は、電力伝送制御方法のための送信装置の制御部を詳細に示した図である。
【図１３】図１３は、電力伝送状態において送信装置のタイミング図である。
【国際調査報告】
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