KR20140037894A

KR20140037894A - 무선 수전 장치, 무선 급전 장치 및 무선 급전 시스템, 자동 튜닝 보조 회로

Info

Publication number: KR20140037894A
Application number: KR1020137035120A
Authority: KR
Inventors: 유키 엔도; 야스오 후루카와
Original assignee: 가부시키가이샤 어드밴티스트
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2014-03-27
Also published as: JP5860458B2; US20140091637A1; US20170141618A1; KR20140037895A; TWI509931B; TW201310848A; US20140175894A1; JP5922651B2; TWI525956B; WO2012164845A1; JPWO2012164846A1; TW201301712A; US10243408B2; US9552921B2; US9633782B2; JPWO2012164845A1; WO2012164846A1

Abstract

자동 튜닝 보조 회로(30)는, 송신 안테나(20)에 대해 커플링된다. 자동 튜닝 보조 회로(30)의 제1단자(31)와 제2단자(32) 사이에는, 복수의 스위치(SW1, SW2) 및 제1보조 커패시터(C_A1)가 마련된다. 제1제어부(40)는, 복수의 스위치(SW1, SW2)를, 구동 전압(V_DRV)과 동기하여 스위칭한다. 전원(10)은, 송신 안테나(20)와 자동 튜닝 보조 회로(30)의 양단 사이에 구동 전압(V_DRV)을 인가한다.

Description

무선 수전 장치, 무선 급전 장치 및 무선 급전 시스템, 자동 튜닝 보조 회로{WIRELESS POWER-RECEIVING DEVICE, WIRELESS POWER-SUPPLY DEVICE AND WIRELESS POWER-SUPPLY SYSTEM, AND AUTOMATIC-TUNING AUXILIARY CIRCUIT}

본 발명은 무선 급전 기술에 관한 것이다.

최근, 휴대전화 단말이나 노트형 컴퓨터 등의 전자기기, 혹은 전기자동차에 대한 급전 기술로서, 무선(비접촉) 전력 전송이 주목되고 있다. 무선 송전은, 주로 전자기 유도형, 전파 수신형, 전장·자장 공명형의 3개로 분류된다.

전자기 유도형은 단거리(수cm 이내)에 있어서 이용되고, 수백kHz 이하의 대역에서 수백W의 전력을 전송할 수 있다. 전력의 이용 효율은 60~98% 정도로 되어 있다.

수m 이상의 비교적 긴 거리에 급전하는 경우, 전파 수신형이 이용된다. 전파 수신형에서는, 중파~마이크로파의 대역에서 수W 이하의 전력을 전송할 수 있지만, 전력의 이용 효율은 낮다. 몇m 정도의 중거리를, 비교적 높은 효율로 급전하는 수법으로서 전장·자장 공명형이 주목되고 있다(비특허문헌 1 참조).

A. Karalis, J. D. Joannopoulos, M. Soljacic, "Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer", ANNALS of PHYSICS Vol. 323, pp. 34-48, 2008, Jan.

도 1은 비교 기술에 따른 무선 송전 시스템을 나타내는 도면이다. 무선 송전 시스템(1r)은, 무선 급전 장치(2r) 및 무선 수전 장치(4r)를 구비한다. 무선 급전 장치(2r)는, 송신 코일(L_TX), 공진용 커패시터(C_TX), 교류 전원(10r)을 구비한다. 무선 수전 장치(4r)는, 수신 코일(L_RX), 공진용 커패시터(C_RX), 부하(70)를 구비한다.

자장(전장) 공명형의 전력 전송에 있어서 중요한 것이 공진 주파수이다. 송신측의 LC공진 회로의 공진 주파수는, f_TX=1/(2π√(L_TX·C_TX)), 수신측의 공진 주파수는, f_RX=1/(2π√(L_RX·C_RX))이고, 송수신 쌍방의 공진 주파수와, 교류 전원(10r)의 주파수를 적절하게 조절하지 않으면, 효율적으로 전력 전송을 할 수 없다. 하지만 현실적으로는, 다양한 요인에 의해 공진 주파수는 변동한다. 이 변동한 공진 주파수를, 수전 장치측에 있어서, 급전 장치로부터 전송되어 오는 자계(전계) 그 자체를 바탕으로 튜닝하기는 어렵다. 왜냐하면, 수전 장치측에서 검출되는 공진 주파수는, 수전 장치측의 공진 주파수나 위상의 상태에 따라 더 변동할 가능성이 있기 때문이다.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 일 태양의 예시적인 일 목적은, 공진 주파수를 자동적으로 튜닝 가능한 무선 급전 장치, 수전 장치 및 급전 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 태양은, 무선 수전 장치에 대해, 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 송신하는 무선 급전 장치에 관한 것이다. 무선 급전 장치는, 송신 코일을 포함하는 송신 안테나; 송신 안테나와 커플링되는 자동 튜닝 보조 회로; 송신 안테나 및 자동 튜닝 보조 회로의 양단 사이에 교류 구동 전압을 인가하는 전원을 구비한다. 자동 튜닝 보조 회로는, 제1단자; 제2단자; N개(N은 자연수)의 보조 커패시터; 복수의 스위치; 제1제어부를 구비한다. 복수의 스위치는 각각, 제1단자, 제2단자, N개의 보조 커패시터의 단자 중 2개의 사이에 마련된다. 제1제어부는, 복수의 스위치 각각을 구동 전압과 동기하여 스위칭한다.

구동 전압의 주파수가, 송신 안테나를 포함하는 공진 회로의 공진 주파수와 일치하지 않은 경우, 공진 회로는 용량성 또는 유도성이 되기 때문에, 송신 안테나에는, 구동 전압에 대해 지상(Phase Lag) 혹은 진상(Phase Lead)의 공진 전류가 발생한다. 이 상태에서 제1스위치 및 제2스위치를, 구동 전압과 동기하여, 소정의 위상차로 스위칭하면, 제1보조 커패시터는, 공진 전류와 구동 전압이 동상이 되도록 충전 혹은 방전된다. 그리고 제1보조 커패시터에 발생하는 보정 전압이, 송신 안테나에 인가되는 것에 의해, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있다. 이 태양에 의하면, 공진용 커패시터의 용량값의 조절 등을 하지 않아도, 송신 안테나를 구동 전압에 대해 자동적으로 튜닝할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 "위상차"는 제로, 즉 동상의 경우에도 포함한다.

제1제어부는, 복수의 스위치 각각을, 구동 전압과 동일한 주파수, 그 홀수배 또는 홀수분의 1배의 주파수로 스위칭해도 좋다.

자동 튜닝 보조 회로는, 제1단자와 제2단자 사이에 직렬로 마련된, 제1스위치 및 제1보조 커패시터와, 제1단자와 제2단자 사이에 제1스위치 및 제1보조 커패시터에 대해 병렬로 마련된 제2스위치를 포함해도 좋다.

제1제어부는, 제1스위치 및 제2스위치를, 구동 전압과 동일한 주파수로, 또한 구동 전압에 대해 소정의 위상차로 상보적으로 스위칭해도 좋다.

일 태양에 있어서 자동 튜닝 보조 회로는, 제1단자와 제2단자 사이에, 제2스위치와 직렬로 마련된 제2보조 커패시터를 더 포함해도 좋다.

이 경우, 제1보조 커패시터에 더하여, 제2보조 커패시터가, 공진 전류와 구동 전압이 동상이 되도록 충전 혹은 방전하게 되어, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있다.

제1스위치, 제2스위치는, 단방향 스위치로 구성되어도 좋다. 제1제어부는, 제1스위치 및 제2스위치를, 각각의 역도통 소자에 전류가 흐르지 않는 위상으로 스위칭해도 좋다.

제1스위치, 제2스위치는, 쌍방향 스위치로 구성되어도 좋다. 이 경우, 스위칭의 위상 제약을 완화할 수 있다.

자동 튜닝 보조 회로는, 트랜스를 통해 송신 안테나와 직렬로 커플링되어도 좋다.

일 태양에 있어서, 전원은, 직류 전원과, 직류 전원의 출력 단자와 고정 전압 단자 사이에 차례로 직렬로 마련된 제1하이 사이드 스위치 및 제1로우 사이드 스위치를 포함해도 좋다. 송신 안테나 및 자동 튜닝 보조 회로는, 제1하이 사이드 스위치 및 제1로우 사이드 스위치의 접속점과 고정 전압 단자 사이에 직렬로 커플링되어도 좋다.

일 태양에 있어서, 전원은, 직류 전원과, 직류 전원의 출력 단자와 고정 전압 단자 사이에 차례로 직렬로 마련된 제1하이 사이드 스위치 및 제1로우 사이드 스위치와, 직류 전원의 출력 단자와 고정 전압 단자 사이에 차례로 직렬로 마련된 제2하이 사이드 스위치 및 제2로우 사이드 스위치를 포함해도 좋다. 송신 안테나 및 자동 튜닝 보조 회로는, 제1하이 사이드 스위치 및 제1로우 사이드 스위치의 접속점과, 제2하이 사이드 스위치 및 제2로우 사이드 스위치의 접속점 사이에 직렬로 커플링되어도 좋다.

송신 안테나는, 송신 코일과 직렬로 마련된 공진용 커패시터를 포함해도 좋다.

전원은, 송신 안테나 및 자동 튜닝 보조 회로의 양단 사이에, 트랜스를 통해 교류 구동 전압을 인가해도 좋다.

본 발명의 다른 태양은, 무선 급전 시스템에 관한 것이다. 무선 급전 시스템은, 상술한 어느 한 태양의 무선 급전 장치와, 무선 급전 장치로부터의 전력 신호를 수신하는 무선 수전 장치를 구비한다.

본 발명의 다른 태양은, 무선 급전 장치로부터 송신되는 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 수신하는 무선 수전 장치에 관한 것이다. 무선 수전 장치는, 수신 코일을 포함하는 수신 안테나와, 수신 안테나와 커플링되는 자동 튜닝 보조 회로를 구비한다. 자동 튜닝 보조 회로는, 제1단자; 제2단자; N개(N은 자연수)의 보조 커패시터; 복수의 스위치; 제2제어부를 구비한다. 복수의 스위치는 각각, 제1단자, 제2단자, N개의 보조 커패시터의 단자 중 2개의 사이에 마련된다. 제2제어부는 복수의 스위치 각각을 스위칭한다.

전력 신호의 주파수가, 수신 안테나를 포함하는 공진 회로의 공진 주파수와 일치하지 않은 경우, 공진 회로는 용량성 또는 유도성이 되기 때문에, 공진 회로에 흐르는 공진 전류와 공진 회로에 발생하는 공진 전압의 사이에는, 지상(Phase Lag) 혹은 진상(Phase Lead)이 발생한다. 이 상태로 제3스위치 및 제4스위치를, 전력 신호와 동일한 주파수로 스위칭하면, 제3보조 커패시터는, 공진 전류와 공진 전압이 동상이 되도록 충전 혹은 방전된다. 그리고 제3보조 커패시터에 발생하는 보정 전압이, 수신 안테나에 인가되는 것에 의해, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있다. 이 태양에 의하면, 공진용 커패시터의 용량값의 조절 등을 하지 않아도, 수신 안테나를 전력 신호에 대해 자동적으로 튜닝할 수 있다.

제2제어부는, 복수의 스위치 각각을, 전력 신호와 동일한 주파수, 그 홀수배 또는 홀수분의 1배의 주파수로 스위칭해도 좋다.

자동 튜닝 보조 회로는, 제1단자와 제2단자 사이에 직렬로 마련된, 제3스위치 및 제3보조 커패시터와, 제1단자와 제2단자 사이에, 제3스위치 및 제3보조 커패시터에 대해 병렬로 마련된 제4스위치를 포함해도 좋다.

제2제어부는, 제3스위치 및 제4스위치를 전력 신호와 동일한 주파수로 상보적으로 스위칭해도 좋다.

제2제어부는, 무선 급전 장치에 있어서 송신 안테나에 인가되는 구동 전압에 대해, 소정의 위상차로 제3스위치 및 제4스위치를 구동해도 좋다.

일 태양에 있어서 자동 튜닝 보조 회로는, 제1단자와 제2단자 사이에, 제4스위치와 직렬로 마련된 제4보조 커패시터를 더 구비해도 좋다.

이 경우, 제3보조 커패시터에 더하여, 제4보조 커패시터가, 공진 전류와 구동 전압이 동상이 되도록 충전 혹은 방전되어, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있다.

제3스위치, 제4스위치는, 단방향 스위치로 구성되어도 좋다. 제2제어부는, 제3스위치 및 제4스위치를, 각각의 역도통 소자에 전류가 흐르지 않는 위상으로 스위칭해도 좋다.

제3스위치, 제4스위치는, 쌍방향 스위치로 구성되어도 좋다. 이 경우, 스위칭의 위상 제약을 완화할 수 있다.

전력을 공급해야 할 부하는, 제3보조 커패시터에 접속되어도 좋고, 수신 안테나의 제1단에 접속되어도 좋다.

일 태양의 무선 수전 장치는, 1차 코일이 수신 안테나와 직렬로 마련된 트랜스를 더 구비해도 좋다. 전력을 공급해야 할 부하는, 트랜스의 2차 코일에 접속되어도 좋다.

자동 튜닝 보조 회로는, 트랜스를 통해 수신 안테나와 직렬로 커플링되어도 좋다.

수신 안테나는, 수신 코일과 직렬로 마련된 공진용 커패시터를 포함해도 좋다.

본 발명의 다른 태양은, 무선 급전 시스템에 관한 것이다. 이 무선 급전 시스템은, 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 송신하는 무선 급전 장치와, 전력 신호를 수신하는 상술한 어느 한 태양의 무선 수전 장치를 구비해도 좋다.

본 발명의 다른 태양은, 무선 급전 장치에 사용되고, 송신 코일과 커플링되는 자동 튜닝 보조 회로에 관한 것이다. 자동 튜닝 보조 회로는, 적어도 하나의 보조 커패시터; 송신 코일에 흐르는 공진 전류에 의해 적어도 하나의 보조 커패시터 각각을 충전 및 방전하기 위해 마련된 복수의 스위치; 복수의 스위치를 스위칭하는 것에 의해, 적어도 하나의 보조 커패시터 각각의 양단 사이에 커패시터 전압을 발생시키고, 적어도 하나의 보조 커패시터 각각의 커패시터 전압에 상응한 보정 전압을, 송신 코일에 인가시키는 제1제어부를 구비한다.

자동 튜닝 보조 회로를 마련하는 것에 의해, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있고, 공진용 커패시터의 용량값의 조절 등을 하지 않아도, 송신 안테나를 구동 전압에 대해 자동적으로 튜닝할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은, 무선 수전 장치에 사용되고, 수신 코일과 커플링되는 자동 튜닝 보조 회로에 관한 것이다. 자동 튜닝 보조 회로는, 적어도 하나의 보조 커패시터; 수신 코일에 흐르는 공진 전류에 의해 적어도 하나의 보조 커패시터 각각을 충전 및 방전하기 위해 마련된 복수의 스위치; 복수의 스위치를 스위칭하는 것에 의해, 적어도 하나의 보조 커패시터 각각의 양단 사이에 커패시터 전압을 발생시키고, 적어도 하나의 보조 커패시터 각각의 커패시터 전압에 상응한 보정 전압을, 수신 코일에 인가시키는 제2제어부를 구비한다.

자동 튜닝 보조 회로를 마련하는 것에 의해, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있고, 공진용 커패시터의 용량값의 조절 등을 하지 않아도, 수신 안테나를 전력 신호에 대해 자동적으로 튜닝할 수 있다.

또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도, 본 발명의 태양으로서 유효하다.

본 발명의 일 태양에 의하면, 공진 주파수를 자동적으로 튜닝 할 수 있다.

도 1은 비교 기술에 따른 무선 송전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 제1의 실시형태에 따른 무선 급전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3(a)~(f)는, MOSFET를 사용한 스위치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 무선 급전 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 5는 도 2의 무선 급전 장치의 등가 회로도이다.
도 6의 (a)는 자동 튜닝 보조 회로를 동작시키지 않는 상태, 도 6의 (b)는 자동 튜닝 보조 회로를 동작시켰을 때의 파형도이다.
도 7은 f_c<f_TX인 경우의, 자동 튜닝 보조 회로에 의한 유사 공진 상태를 설명하는 페이저도이다.
도 8은 비공진 상태 및 공진 상태에 있어서의 공진 전류를 나타내는 도면이다.
도 9는 f_c>f_TX인 경우의, 자동 튜닝 보조 회로에 의한 유사 공진 상태를 설명하는 페이저도이다.
도 10은 제1의 변형예에 따른 무선 급전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 11은 제2의 변형예에 따른 무선 급전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 12는 제3의 변형예에 따른 무선 급전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 13의 (a), (b)는, 각각 제4, 제5의 변형예에 따른 무선 급전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 14는 제1의 실시형태에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 15는 도 14의 무선 수전 장치의 등가 회로도이다.
도 16은 도 14의 무선 수전 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 17의 (a), (b)는, 제1, 제2의 변형예에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 18은 제3의 변형예에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 19의 (a), (b)는 각각, 제4, 제5의 변형예에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 20은 제1의 실시형태에 따른 무선 송전 시스템의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 21은 도 20의 무선 송전 시스템의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 22는 제2의 실시형태에 따른 무선 급전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 23은 도 22의 무선 급전 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 24는 제1의 변형예에 따른 무선 급전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 25의 (a)~(c)는, 각각 제2~제4의 변형예에 따른 무선 급전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 26은 제2의 실시형태에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 27은 도 26의 무선 수전 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 28의 (a), (b)는, 제2, 제3의 변형예에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이고, 도 28의 (c), (d)는, 부하의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 29는 제3의 변형예에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 바람직한 실시형태를 바탕으로 설명한다. 각 도면에 도시되는 동일 또는 동등한 구성 요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 첨부하고 중복되는 설명은 적절히 생략한다. 또한, 실시형태는, 발명을 한정하는 것이 아닌 예시이며, 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 꼭 발명의 본질적인 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, "부재 A가, 부재 B와 접속된 상태", 혹은 "부재 A가, 부재 B와 커플링된 상태"란, 부재 A와 부재 B가 물리적으로 직접적으로 접속되는 경우 이외에, 부재 A와 부재 B가, 그들의 전기적인 접속 상태에 실질적인 영향을 미치지 않는, 혹은 그들의 결합에 의해 발휘되는 기능이나 효과를 손상시키지 않는, 기타의 부재를 통해 간접적으로 접속되는 경우에도 포함한다.

마찬가지로, "부재 C가, 부재 A와 부재 B의 사이에 마련된 상태"란, 부재 A와 부재 C, 혹은 부재 B와 부재 C가 직접적으로 접속되는 경우 이외에, 그들의 전기적인 접속 상태에 실질적인 영향을 미치지 않는, 혹은 그들의 결합에 의해 발휘되는 기능이나 효과를 손상시키지 않는, 기타의 부재를 통해 간접적으로 접속되는 경우에도 포함한다.

(제1의 실시형태)

(무선 급전 장치)

도 2는 제1의 실시형태에 따른 무선 급전 장치(2)의 구성을 나타내는 회로도이다. 무선 급전 장치(2)는, 무선 수전 장치(도시하지 않음)에 대해 전력 신호(S1)를 송출한다. 전력 신호(S1)는, 전파로 되어 있지 않은 전자파의 근접계(near field)(전계, 자계, 혹은 전자계)가 이용된다.

무선 급전 장치(2)는, 전원(10), 송신 안테나(20), 자동 튜닝 보조 회로(30), 제1제어부(40)를 구비한다.

송신 안테나(20)는, 그 제1단(21)과 그 제2단(22) 사이에 마련된 송신 코일(L_TX)을 포함한다. 공진용 커패시터(C_TX)는, 송신 코일(L_TX)과 직렬로 마련된다. 공진용 커패시터(C_TX)와 송신 코일(L_TX)은 치환해도 좋다.

자동 튜닝 보조 회로(30)는 송신 안테나(20)와 직렬로 커플링된다. 전원(10)은, 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(30)의 양단 사이에, 소정의 송신 주파수(f_TX)를 갖는 교류 구동 전압(V_DRV)을 인가한다. 구동 전압(V_DRV)은, 구형파, 사다리꼴파, 정현파를 비롯한 임의의 교류 파형이어도 좋다. 본 실시형태에서는, 구동 전압(V_DRV)은, 제1전압(전원 전압(V_DD))과 제2전압(접지 전압(V_GND=0V))으로 스윙하는 구형파인 것으로 한다.

전원(10)은, 직류 전원(12), 제1하이 사이드 스위치(SWH1), 제1로우 사이드 스위치(SWL1)를 포함한다. 직류 전원(12)은, 직류의 전원 전압(V_DD)을 생성한다. 제1하이 사이드 스위치(SWH1) 및 제1로우 사이드 스위치(SWL1)는, 직류 전원(12)의 출력 단자와 고정 전압 단자(접지 단자) 사이에 차례로 직렬로 마련된다. 제1제어부(40)는, 제1하이 사이드 스위치(SWH1) 및 제1로우 사이드 스위치(SWL1)를, 송신 주파수(f_TX)로 상보적으로 스위칭한다.

자동 튜닝 보조 회로(30)는, 제1단자(31), 제2단자(32), 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제1보조 커패시터(C_A1)를 구비한다.

제1스위치(SW1) 및 제1보조 커패시터(C_A1)는, 제1단자(31) 및 제2단자(32) 사이에 직렬로 마련된다. 제1스위치(SW1)와 제1보조 커패시터(C_A1)는 치환해도 좋다. 제2스위치(SW2)는, 제1단자(31)와 제2단자(32) 사이에, 제1스위치(SW1) 및 제1보조 커패시터(C_A1)에 대해 병렬로 마련된다. 제1보조 커패시터(C_A1)의 용량값은, 공진용 커패시터(C_TX)에 비해 충분히 큰 것이 바람직하다.

제1제어부(40)는, 제1스위치(SW1) 및 제2스위치(SW2)를, 구동 전압(V_DRV)과 동일한 주파수(f_TX)로, 또한 구동 전압(V_DRV)에 대해 소정의 위상차(θ_TX)로 상보적으로 스위칭한다. 바람직하게는 위상차(θ_TX)는, +90° 혹은 -90°(270°) 부근이어도 좋다. 즉 제1제어부(40)의 일부는 자동 튜닝 보조 회로(30)를 구성한다.

제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2)는, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate 바이폴라 트랜지스터), 바이폴라 트랜지스터 등을 사용하여 구성할 수 있다. 도 3(a), (b)는, MOSFET를 사용한 스위치의 구성예를 나타내는 도면이다.

도 3(a)는 N채널, 도 3(b)는 P채널의 MOSFET를 사용한 구성을 나타낸다. MOSFET의 백 게이트를 소스와 접속하면, 백 게이트와 드레인 사이의 바디 다이오드가 게이트 전압에 상관없이 도통 상태가 된다. 따라서, MOSFET를 단체로 사용한 스위치에서는, 단방향에 대한 전류를 저지할 수 없다. 본 명세서에 있어서 이와 같은 스위치를 단방향 스위치라고 한다.

도 3(c)~(f)의 스위치는, 2개의 N채널 MOSFET, 혹은 2개의 P채널 MOSFET가, 그들의 바디 다이오드가 역방향이 되도록 접속된다(백투백 접속). 도 3(c)~(f)에서는, 오프 상태에 있어서, 어느 쪽의 방향에도 전류가 흐르지 않는다. 본 명세서에 있어서 이와 같은 스위치를 쌍방향 스위치라고 한다.

본 실시형태에 있어서, 각 스위치(SW1, SW2)는, 단방향 스위치, 양방향 스위치 중의 어느 것으로도 구성할 수 있다. 또한, 단방향 스위치를 사용하는 경우, 그들의 스위칭의 위상에 주의할 필요가 있다. 이에 대해서는 후술한다.

이상이 무선 급전 장치(2)의 구성이다. 이어서 그 동작을 설명한다.

스위치(SW1, SW2)는 각각, 오프 상태에 있어서 어느 쪽의 방향에도 전류를 흘려보내지 않는 쌍방향 스위치인 것으로 한다.

도 4는 도 2의 무선 급전 장치(2)의 동작을 나타내는 파형도이다. 도 4는 위에서부터 차례로, 제1하이 사이드 스위치(SWH1), 제1로우 사이드 스위치(SWL1), 구동 전압(V_DRV), 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제1보조 커패시터(C_A1)의 전압(V_CA1), 제1단자(31)의 전압(V_A), 송신 안테나(20)에 흐르는 공진 전류(I_TX), 송신 코일(L_TX)과 공진용 커패시터(C_TX)의 양단 사이의 공진 전압(V_TX)을 나타낸다. 스위치를 나타내는 파형은, 하이 레벨이 온 상태를, 로우 레벨이 오프 상태를 나타낸다. 또한 공진 전류(I_TX) 및 공진 전압(V_TX)은, 자동 튜닝 보조 회로(30)를 동작시키고 나서 충분한 시간이 경과한 후의 정상(定常) 상태에 있어서의 파형을 나타낸다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 제1하이 사이드 스위치(SWH1), 제1로우 사이드 스위치(SWL1)를 상보적으로 스위칭하는 것에 의해, 구형파의 구동 전압(V_DRV)이 생성되어, 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(30)의 양단 사이에 인가된다. 제1제어부(40)는, 구동 전압(V_DRV)과 동일한 주파수로, 또한 구동 전압(V_DRV)에 대해 θ_TX(=90°) 지연된 위상으로, 제1스위치(SW1) 및 제2스위치(SW2)를 상보적으로 스위칭한다. 공진 전류(I_TX)는, 제1스위치(SW1)의 온 시간(T_ON1)에 있어서 제1보조 커패시터(C_A1)에 흐르고, 제2스위치(SW2)의 온 시간(T_ON2)에 있어서, 제2스위치(SW2)를 통해 접지에 흐른다. 즉, 제1보조 커패시터(C_A1)는, 공진 전류(I_TX)에 의해 충/방전되고, 그 결과, 제1보조 커패시터(C_A1)에는, 커패시터 전압(V_CA1)이 발생한다.

자동 튜닝 보조 회로(30)는, 송신 안테나(20)의 제2단(22)에 보정 전압(V_A)을 인가한다. 보정 전압(V_A)은, 제1스위치(SW1)가 온인 기간(T_ON1)에 있어서, 제1보조 커패시터 전압(V_CA1)을 취하고, 제2스위치(SW2)가 온인 기간(T_ON2)에 있어서, 접지 전압(V_GND)을 취한다. 자동 튜닝 보조 회로(30)는, 보정 전압(V_A)을 송신 안테나(20)에 인가하는 보정 전원으로 파악할 수 있다. 도 5는 도 2의 무선 급전 장치(2)의 등가 회로도이다.

도 6(a)는 자동 튜닝 보조 회로(30)를 동작시키지 않는 상태, 도 6(b)는 자동 튜닝 보조 회로(30)를 동작시켰을 때의 파형도이다.

먼저, 도 6(a)를 참조하여, 자동 튜닝 보조 회로(30)를 동작시키지 않는 상태, 즉 제1스위치(SW1)를 오프로 고정하고, 제2스위치(SW2)를 온으로 고정한 상태에 대해 설명한다. 이는, 보정 전압(VA)이 접지 전압(V_GND)에 고정되는 상태를 나타낸다.

송신 안테나(20)의 임피던스(Z)는 식 (1)로 주어지고, 그 공진 주파수(f_c)는 식 (2)로 주어진다. 또한, 여기서는 저항 성분을 무시하고 있지만, 실제의 회로에는 직렬 저항이 기여하는 것은 물론이다.

Z=jωL_TX+1/(jωC_TX) …(1)

f_C=1/(2π√(L_TX·C_TX)) …(2)

송신 안테나(20)는, 구동 전압(V_DRV)의 주파수(f_TX)가 공진 주파수(f_c)보다 높을(f_TX>f_c) 때 유도성이 되고, 송신 안테나(20)에 흐르는 공진 전류(I_TX)의 위상은, 구동 전압(V_DRV)의 위상에 대해 지연된다. 반대로, 주파수(f_TX)가 공진 주파수(f_c)보다 낮을(f_TX<f_c) 때 용량성이 되고, 공진 전류(I_TX)의 위상은, 구동 전압(VDRV)에 대해 앞선다.

도 6(a)는 f_c>f_TX의 상태를 나타내고 있고, 공진 전류(I_TX)의 위상은, 구동 전압(V_DRV)에 대해 위상차 φ 앞서 있다. φ가 90°가 아닌 것은, 공진 회로에 직렬의 저항 성분(도시하지 않음)이 존재하기 때문이다. 비공진 상태에서는 임피던스(Z)가 높아지기 때문에, 공진 전류(I_TX)의 진폭이 작아진다. 이 상태에서는 큰 전력을 전송할 수는 없다.

이어서, 도 6(b)를 참조하여, 자동 튜닝 보조 회로(30)를 동작시켰을 때의 동작을 설명한다.

자동 튜닝 보조 회로(30)를 동작시키면, 송신 안테나(20)에는 구동 전압(V_DRV)에 대해 θ_TX=90° 지연된 위상의 보정 전압(V_A)이 인가된다. 그 결과, 공진 전류(I_TX)의 위상이 구동 전압(V_DRV)의 위상과 일치하고, 유사적인 공진 상태가 된다. 이에 의해, 공진 전류(I_TX)의 진폭은, 비공진 상태보다 커진다.

도 7은 f_c<f_TX인 경우의, 자동 튜닝 보조 회로(30)에 의한 유사 공진 상태를 설명하는 페이저도(벡터도)이다.

구동 전압(V_DRV)의 위상은 0°, 보정 전압(V_A)의 위상은 θ_TX=90°이다. f_c<f_TX에 있어서, 전류의 위상은, 전압에 대해 위상차 φ 지연된다. 따라서 구동 전압(V_DRV)과 전류 성분(I_DRV)의 위상차는 φ이고, 보정 전압(V_A)과 전류 성분(I_A)의 위상차도 φ이다.

"중첩의 이유"에 의해, 공진 전류(I_TX)는, 구동 전압(V_DRV)에 의해 유기되는 전류 성분(I_DRV)과, 보정 전압(V_A)에 의해 유기되는 전류 성분(I_A)의 합으로 주어진다. 구동 전압(V_DRV)과 보정 전압(V_A)은 위상차(θ_TX(=90°))를 갖기 때문에, 전류 성분 I_DRV와 I_A의 위상차도 90°가 된다. 보정 전압(V_A)의 진폭, 즉 전류 성분(I_A)의 진폭을 최적화하면, 2개의 전류 성분 I_DRV와 I_A의 합성 전류, 즉 공진 전류(I_TX)의 위상을, 구동 전압(V_DRV)의 위상(0°)과 일치시킬 수 있고, 유사 공진 상태를 실현할 수 있을 알 수 있다.

실시형태에 따른 무선 급전 장치(2)의 우수한 이점의 하나는, 유사 공진 상태를 만족하는 보정 전압(V_A)을 자동적으로 생성할 수 있는 점이다.

도 8은 비공진 상태 및 공진 상태에 있어서의 공진 전류(I_TX)를 나타내는 도면이다. 파형(I)은, 비공진 상태에 있어서의 공진 전류(I_TX)를 나타낸다. 스위치(SW1)가 온인 기간(T_ON1)에 있어서, 제1보조 커패시터(C_A1)는, 공진 전류(I_TX)에 의해 충/방전된다. 구체적으로는, 제1보조 커패시터(C_A1)는, 공진 전류(I_TX)가 양인 기간에 충전되고, 음인 기간에 방전된다. 그 결과, 양인 기간이 길면 커패시터 전압(V_CA1)은 증대하고, 음인 기간이 길면 커패시터 전압(V_CA1)은 저하된다.

소정 사이클의 온 시간(T_ON1)에 있어서, 커패시터 전압(V_CA1)이 증대한다. 그리고, 증대한 커패시터 전압(V_CA1)에 상응한 보정 전압(V_A)이 송신 안테나(20)에 인가된다. 그렇게 되면, 다음 사이클에서는, 공진 전류(I_TX)의 위상이 앞 사이클보다 앞선다. 이것을 반복하면, 커패시터 전압(V_CA1)이 사이클마다 증가하면서, 공진 전류(I_TX)의 위상이 서서히 앞서 가서, 구동 전압(V_DRV)의 위상과 일치하는 포인트(공진점)까지 시프트해 간다. 공진 전류(I_TX)의 위상이 너무 앞서면, 반대로 제1보조 커패시터(C_A1)의 방전 전류쪽이 커지고, 커패시터 전압(V_CA1)이 저하되는 방향으로 피드백이 걸려, 공진점으로 되돌려진다. 공진점에서는 1사이클에서의 제1보조 커패시터(C_A1)의 충전 전류와 방전 전류가 균형되고, 커패시터 전압(V_CA1)이 평형 상태가 되어, 유사적인 공진 상태가 지속된다. 이와 같이, 도 2의 무선 급전 장치(2)에 의하면, 유사 공진 상태를 생성하기 위해 필요한 보정 전압(V_A)을 자동적으로 생성할 수 있다.

이상이 무선 급전 장치(2)의 동작이다.

이와 같이 무선 급전 장치(2)에 의하면, 송신 안테나(20)의 공진 주파수(f_c)를 조절하지 않고, 유사 공진 상태를 실현하도록 회로의 상태를 자동적으로 튜닝할 수 있다. 무선 송전에서는, 무선 급전 장치(2)와 무선 수전 장치(4)의 위치 관계에 의해, 공진 주파수가 시시각각 변화되지만, 무선 급전 장치(2)에 의하면, 그 변화에 고속으로 추종할 수 있어, 고효율적인 전력 전송이 가능해진다.

또한 무선 급전으로 큰 전력을 전송하고자 하면, 공진용 커패시터(C_TX)의 양단 사이의 전압은 매우 커지기 때문에, 가변 콘덴서(varicap diode)의 이용은 제약된다. 무선 급전 장치(2)에 의하면 공진용 커패시터(C_TX)의 용량값을 조절할 필요가 없기 때문에, 가변 콘덴서 등을 사용할 필요가 없는 이점도 있다.

여기서는, 제1스위치(SW1)를, 제1하이 사이드 스위치(SWH1)의 위상에 대해 θ_TX=90° 지연된 위상으로 스위칭시키는 경우를 설명했지만, 위상차(θ_TX)는 90°일 필요는 없고, 270°(-90°)여도 좋다. 이 경우, 커패시터 전압(V_CA1)이 음전압이 되도록 자동적으로 조절되기 때문이다.

즉, f_c<f_TX인 경우, θ_TX=90° 또는 270°로 하는 것에 의해, 유사 공진 상태를 실현할 수 있다.

위상차(θ_TX)는, 90° 혹은 270°에서 벗어나 있어도 좋다. 이 경우, 도 7에 나타내는 벡터도에 있어서, 전류 성분 I_DRV와 I_A의 위상차(θ_TX)가 90°가 아닌 것으로 되지만, 이 경우에도, 그들을 합성한 공진 전류(I_TX)의 위상이 0°가 되도록, 커패시터 전압(V_CA1)이 자동적으로 조절된다. 단, 위상차(θ_TX)가 90° 혹은 270°에 가까울수록, 전류 성분(I_A)의 진폭, 즉 커패시터 전압(V_CA1)의 절대치를 작게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, f_c<f_TX인 경우에 θ_TX=270°로 할 수 있는 것은, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2)를 쌍방향 스위치를 사용하여 구성한 경우에 한정된다. 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2)가 단방향 스위치인 경우에는, θ_TX=270°로 할 수는 없다. 이 경우, 바디 다이오드에 전류가 흘러버리기 때문이다. 단방향 스위치를 사용하는 경우, 역도통 소자인 바디 다이오드에 전류가 흐르지 않도록 하는 위상으로, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2)를 스위칭시킬 필요가 있다.

무선 급전 장치(2)는, f_c<f_TX인 경우뿐만 아니라, f_c>f_TX인 경우에 있어서도, 자동적으로 유사 공진 상태를 실현할 수 있다. 이 경우, θ_TX=270°(-90°)로 하는 것이 바람직하다.

도 9는 f_c>f_TX인 경우의, 자동 튜닝 보조 회로(30)에 의한 유사 공진 상태를 설명하는 페이저도이다. 구동 전압(V_DRV)의 위상을 0°, 보정 전압(V_A)의 위상을 θ_TX=270°(-90°)로 하고 있다. f_c>f_TX에 있어서, 전류의 위상은 전압에 대해 앞서지만, 이 경우에도, 유사 공진 상태가 실현된다.

또한 f_c>f_TX에 있어서, 위상차(θ_TX)를 90° 부근으로 해도 좋다. 이 경우, 유사 공진 상태가 얻어지도록, 자동적으로 커패시터 전압(V_CA1)이 음전압이 된다.

단, f_c<f_TX인 경우에 θ_TX=90°로 할 수 있는 것은, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2)를 쌍방향 스위치를 사용하여 구성한 경우에 한정된다. 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2)가 단방향 스위치인 경우에는, θ_TX=90°로 할 수는 없다. 상술한 바와 같이, 바디 다이오드에 전류가 흘러버리기 때문이다.

이어서, 무선 급전 장치(2)의 변형예를 설명한다. 각 변형예는, 임의의 다른 변형예와 조합할 수 있고, 이와 같은 조합도 본 발명의 범위에 포함된다.

지금까지의 설명에서는, 제1제어부(40)가, 자동 튜닝 보조 회로(30)를 구성하는 복수의 스위치를, 구동 전압(V_DRV)과 동일한 주파수(f_TX)로 구동하는 경우를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제1제어부(40)는, 구동 전압(V_DRV)의 홀수배, 혹은 홀수분의 1배의 주파수로 스위치를 스위칭하는 것에 의해서도, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있다.

도 10은 제1의 변형예에 따른 무선 급전 장치(2a)의 구성을 나타내는 회로도이다. 자동 튜닝 보조 회로(30a)는, 제1단자(31)와 제2단자(32) 사이에, 제2스위치(SW2)와 직렬로 마련된 제2보조 커패시터(C_A2)를 구비한다.

이 변형예에 있어서, 보정 전압(V_A)은, 제1스위치(SW1)의 온 시간(T_ON1)에 있어서 커패시터 전압(V_CA1)과 동일해지고, 제2스위치(SW2)의 온 시간(T_ON2)에 있어서 커패시터 전압(V_CA2)과 동일해진다.

무선 급전 장치(2a)에 의하면, 커패시터 전압(V_CA1, V_CA2)을 최적화시키는 것에 의해, f_TX>f_c, f_TX<f_c의 어는 경우에도 유사 공진 상태를 실현할 수 있다.

도 11은 제2의 변형예에 따른 무선 급전 장치(2b)의 구성을 나타내는 회로도이다. 자동 튜닝 보조 회로(30b)는, 충전 회로(34) 및 검출 저항(Rs)을 구비한다. 검출 전류(Rs)는, 공진 전류(I_TX)의 경로 상에 마련된다. 검출 저항(Rs)에는, 공진 전류(I_TX)에 비례한 검출 전압(Vs)이 발생한다. 충전 회로(34)는, 검출 전압(Vs)에 기초하여, 제1보조 커패시터(C_A1)를, 유사 공진 상태가 되도록 하는 레벨로 충전한다. 상술한 바와 같이, 커패시터 전압(V_CA1)은 자동적으로 최적의 레벨이 되지만, 충전 회로(34)를 마련하는 것에 의해, 더 짧은 시간에 유사 공진 상태로 할 수 있다.

도 12는 제3의 변형예에 따른 무선 급전 장치(2c)의 구성을 나타내는 회로도이다.

지금까지는 전원이 하프 브리지 회로(half-bridge circuit)인 경우를 설명했지만, 도 12의 전원(10c)은 H 브리지 회로로 구성된다. 제2하이 사이드 스위치(SWH2) 및 제2로우 사이드 스위치(SWL2)은, 직류 전원(12)의 출력 단자와 고정 전압 단자(접지 단자) 사이에 차례로 직렬로 마련된다.

제1제어부(40c)는, 제1하이 사이드 스위치(SWH1)와 제2로우 사이드 스위치(SWL2)의 페어가 온인 상태와, 제2하이 사이드 스위치(SWH2)와 제1로우 사이드 스위치(SWL1)의 페어가 온인 상태를 교대로 반복한다.

제1하이 사이드 스위치(SWH1)와 제1로우 사이드 스위치(SWL1)의 접속점(제1출력 단자)(OUT1)과, 제2하이 사이드 스위치(SWH2)와 제2로우 사이드 스위치(SWL2)의 접속점(제2출력 단자)(OUT2)에는, 서로 역상의 구동 전압(V_DRV, #V_DRV)이 발생한다. 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(30c)는, 제1출력 단자(OUT1)와 제2출력 단자(OUT2) 사이에 직렬로 커플링된다.

도 12의 무선 급전 장치(2c)에 의해서도, 지금까지 설명한 무선 급전 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 13(a), (b)는 각각 제4, 제5의 변형예에 따른 무선 급전 장치(2d, 2e)의 구성을 나타내는 회로도이다. 제1제어부(40)는 생략된다.

도 13(a)의 무선 급전 장치(2d)에 있어서, 자동 튜닝 보조 회로(30d)는, 제1트랜스(T1)를 통해 송신 안테나(20)와 직렬로 커플링된다. 구체적으로는, 제1트랜스(T1)의 2차 코일(W2)은 제1단자(31)와 제2단자(32) 사이에 마련되고, 1차 코일(W1)은 송신 안테나(20)와 직렬로 마련된다. 전원(10)은 송신 안테나(20)와 1차 코일(W1)의 양단 사이에 구동 전압을 인가한다.

이 무선 급전 장치(2d)에서는, 제1트랜스(T1)를 통해 송신 안테나(20)와 자동 튜닝 보조 회로(30d) 사이의 에너지 수수(授受)가 이루어진다. 이 구성에 의해서도, 지금까지 설명한 무선 급전 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 13(b)에서는, 전원(10)이 제2트랜스(T2)을 통해 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(30d)의 양단 사이에 구동 전압(V_DRV)을 인가한다. 구체적으로는 제2트랜스(T2)의 2차 코일(W2)은 송신 안테나(20)와 직렬로 마련된다. 전원(10)은 제2트랜스(T2)에 1차 코일(W1)의 양단에 구동 전압(V_DRV)을 인가한다.

이 무선 급전 장치(2e)에서는, 구동 전압(V_DRV)은, 제2트랜스(T2)를 통해 송신 안테나(20)와 자동 튜닝 보조 회로(30d)의 양단 사이에 인가된다. 이 구성에 의해서도, 지금까지 설명한 무선 급전 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 무선 급전 장치(2e)에 있어서, 제1트랜스(T1)를 생략해도 좋다. 도 13(a), (b)에 있어서의 전원(10)은, H 브리지 회로, 하프 브리지 회로, 기타의 전원 중의 어느 것이어도 좋다.

(무선 수전 장치)

상술한 자동 튜닝 보조 회로는, 무선 수전 장치에도 이용할 수 있다. 이하에서는, 무선 수전 장치에 대해 설명한다.

도 14는 제1의 실시형태에 따른 무선 수전 장치(4)의 구성을 나타내는 회로도이다. 무선 수전 장치(4)는, 상술한, 혹은 전혀 다른 구성의 무선 급전 장치로부터 송신되는 전력 신호(S1)를 받는다. 전력 신호(S1)는, 전파로 되어 있지 않은 전자파의 근접계(전계, 자계, 혹은 전자계)가 이용된다.

무선 수전 장치(4)는, 수신 안테나(50), 자동 튜닝 보조 회로(60) 및 전력을 공급해야 할 부하(70)를 구비한다. 부하(70)에는, 도시하지 않는 정류 회로, 검파 회로 등이 내장되어도 좋다.

수신 안테나(50)는, 제1단(51)과 제2단(52) 사이에 직렬로 마련된 수신 코일(L_RX) 및 공진용 커패시터(C_RX)를 포함한다.

자동 튜닝 보조 회로(60)는, 상술한 자동 튜닝 보조 회로(30)와 동일하게 구성된다. 구체적으로는, 제3스위치(SW3) 및 제3보조 커패시터(C_A3)는, 제1단자(61)와 제2단자(62) 사이에 직렬로 마련된다. 제4스위치(SW4)는, 제1단자(61)와 제2단자(62) 사이에, 제3스위치(SW3) 및 제3보조 커패시터(CA3)와 병렬로 마련된다.

제2제어부(64)는, 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)를, 전력 신호(S1)와 동일한 주파수로, 또한 송신측에 있어서 안테나에 인가되는 구동 전압(V_DRV)에 대해 소정의 위상차(θ_RX)로 상보적으로 스위칭한다. 예를 들면 θ_RX=180° 또는 0°인 것이 바람직하다.

자동 튜닝 보조 회로(60)는 수신 안테나(50)와 직렬로 커플링된다. 또한 전력을 공급해야 할 부하(70)는 제3보조 커패시터(C_A3)에 접속된다.

이상이 무선 수전 장치(4)의 구성이다. 이어서 그 동작을 설명한다. 도 15는 도 14의 무선 수전 장치(4)의 등가 회로도이다. 무선 급전 장치(2)에 있어서의 자동 튜닝 보조 회로(30)와 마찬가지로, 자동 튜닝 보조 회로(60)는, 보정 전압(V_A)을 수신 안테나(50)에 인가하는 보정 전원으로 파악할 수 있다. 보정 전압(V_A)은, 제3스위치(SW3)의 온 시간(T_ON3)에 있어서 제3보조 커패시터(C_A3)의 전압(V_CA3)이 되고, 제4스위치(SW4)의 온 시간(T_ON4)에 있어서 접지 전압이 된다.

도 16은 도 14의 무선 수전 장치(4)의 동작을 나타내는 파형도이다. 도 16은 위에서부터 차례로, 제3스위치(SW3), 제4스위치(SW4), 보정 전압(V_A), 수신 안테나(50)에 흐르는 공진 전류(I_RX), 수신 코일(L_RX)과 공진용 커패시터(C_RX)의 양단 사이의 공진 전압(V_RX)을 나타낸다. 스위치를 나타내는 파형은, 하이 레벨이 온 상태를, 로우 레벨이 오프 상태를 나타낸다. 공진 전류(I_RX) 및 공진 전압(V_RX)은, 실선이 자동 튜닝 보조 회로(60)를 동작시키고 나서 충분한 시간이 경과한 후의 정상 상태(유사 공진 상태)에 있어서의 파형을, 파선이 자동 튜닝 보조 회로(60)를 동작시키지 않는 비공진 상태에 있어서의 파형을 나타낸다.

제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)를, 무선 급전 장치측의 구동 전압(V_DRV)에 대해 180° 또는 0° 시프트한 위상(θ_RX)으로 상보적으로 스위칭시키는 것에 의해, 제3보조 커패시터(C_A3)가 충전 또는 방전된다. 그리고 보정 전압(V_A)이 수신 안테나(50)에 인가되는 것에 의해, 공진 전류(I_A)의 위상이, 송신측의 구동 전압(V_DRV)의 위상과 일치하여, 유사 공진 상태가 실현된다.

유사 공진 상태를 실현하기 위해서는, 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)를 적절한 주파수(f_TX) 및 위상(θ_RX)으로 스위칭시킬 필요가 있다. 여기서, 무선 급전 장치(2)로부터 무선 수전 장치(4)에 대해, 주파수(f_TX) 및 위상(θ_RX)을 나타내는 데이터를 송신해도 좋다. 혹은 무선 수전 장치(4)는, 위상(θ_RX)을 스위프하고, 최적의 위상(θ_RX)을 검출해도 좋다.

이상이 무선 수전 장치(4)의 동작이다.

이와 같이 도 14의 무선 수전 장치(4)에 의하면, 공진용 커패시터(C_RX)의 용량값을 조절하지 않고, 자동적으로 공진 상태를 실현할 수 있다.

이어서, 무선 수전 장치(4)의 변형예를 설명한다.

지금까지의 설명에서는, 제2제어부(64)는, 전력 신호(S1)와 동일한 주파수로, 자동 튜닝 보조 회로(60)를 구성하는 복수의 스위치를 구동하는 경우를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제2제어부(64)는, 전력 신호(S1)의 홀수배, 혹은 홀수분의 1배의 주파수로 스위치를 스위칭하는 것에 의해서도, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있다.

도 14에서는, 부하(70)가 제3보조 커패시터(C_A3)와 접속되는 경우를 설명했지만, 부하(70)는 다른 위치에 마련되어도 좋다. 도 17(a), (b)는, 제1, 제2의 변형예에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 17(a)의 무선 수전 장치(4a)에 있어서, 부하(70a)는, 수신 안테나(50) 및 자동 튜닝 보조 회로(60)와 직렬로 마련된다. 구체적으로는 부하(70a)는 수신 안테나(50)의 제1단(51)에 접속된다.

도 17(b)의 무선 수전 장치(4b)는, 제3트랜스(T3)를 구비하고, 수신 안테나(50)와 부하(70b)는 제3트랜스(T3)에 의해 절연된다. 제3트랜스(T3)의 1차 코일(W1)은, 수신 안테나(50)와 직렬로 마련되고, 2차 코일(W2)에 부하(70b)가 접속된다.

도 17(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 수신 안테나(50)와 직렬로 부하를 접속한 경우, 부하의 임피던스가 낮은 경우에는, 자동 튜닝 보조 회로(60)에 의한 조정을 하지 않아도, 어느 정도의 전력을 취출할 수 있는 이점이 있다. 한편, 부하의 저항 성분에 의해 수신 안테나(50)의 Q값이 저하되기 때문에, 큰 전력을 취출하기 어려워진다.

반대로 도 4와 같이 자동 튜닝 보조 회로(60)로부터 전력을 취출하는 경우, 부하(70)에 의해 수신 안테나(50)의 Q값이 저하되지 않기 때문에, 부하(70)의 임피던스가 높은 경우에도, 큰 전력을 취출할 수 있다. 한편, 부하(70)의 임피던스가 너무 낮은 경우, 자동 튜닝 보조 회로(60)의 동작이 저해되는 문제가 있다.

따라서, 부하를 어느 쪽의 위치에 배치할지는, 송전해야 할 전력이나, 부하의 임피던스 등을 고려하여 결정하면 된다.

도 18은 제3의 변형예에 따른 무선 수전 장치(4c)의 구성을 나타내는 회로도이다. 자동 튜닝 보조 회로(60c)는, 제1단자(61)와 제2단자(62) 사이에 제4스위치(SW4)와 직렬로 마련된 제4보조 커패시터(C_A4)를 더 구비한다. 부하(70)의 위치는 한정되지 않는다.

이 변형예에 있어서, 보정 전압(V_A)은, 제3스위치(SW3)의 온 시간(T_ON3)에 있어서 커패시터 전압(V_CA3)과 동일해지고, 제4스위치(SW4)의 온 시간(T_ON4)에 있어서 커패시터 전압(V_CA4)과 동일해진다. 이 무선 수전 장치(4c)에 의하면, f_TX>f_c, f_TX<f_c각각의 상태에 있어서 유사 공진 상태가 되도록, 커패시터 전압(V_CA1, V_CA2)을 최적화할 수 있다.

무선 수전 장치에 있어서, 제3스위치(SW3), 제4스위치(SW4)는, 단방향 스위치, 쌍방향 스위치 중의 어느 것으로 구성해도 좋다. 단방향 스위치로 구성하는 경우, 각각의 역도통 소자에 전류가 흐르지 않는 위상으로, 제3스위치(SW3), 제4스위치(SW4)를 스위칭할 필요가 있다.

도 19(a), (b)는 각각, 제4, 제5의 변형예에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 제2제어부(64)는 생략된다.

도 19(a)의 무선 수전 장치(4d)에 있어서, 자동 튜닝 보조 회로(60d)는, 제4트랜스(T4)를 통해 수신 안테나(50)와 직렬로 커플링된다. 구체적으로는, 제4트랜스(T4)의 2차 코일(W2)은 제1단자(61)와 제2단자(62) 사이에 마련되고, 1차 코일(W1)은 수신 안테나(50)와 직렬로 마련된다.

이 무선 수전 장치(4d)에서는, 제4트랜스(T4)를 통해 수신 안테나(50)와 자동 튜닝 보조 회로(60d) 사이의 에너지 수수가 이루어진다. 이 구성에 의해서도, 지금까지 설명한 무선 수전 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 19(b)에서는, 부하(70)가 제5트랜스(T5)를 통해 수신 안테나(50) 및 자동 튜닝 보조 회로(60d)와 커플링된다. 구체적으로는 제5트랜스(T5)의 1차 코일(W1)은 수신 안테나(50)와 직렬로 접속된다. 부하(70)는 제5트랜스(T5)의 2차 코일(W2)의 양단에 접속된다.

이 구성에 의해서도, 지금까지 설명한 무선 수전 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 무선 수전 장치(4e)에 있어서, 제4트랜스(T4)를 생략해도 좋다. 도 19(a)에 있어서 부하(70)를 제3보조 커패시터(C_A3)와 커플링해도 좋다. 혹은 도 19(b)에 있어서 부하(70)를 제3보조 커패시터(C_A3)와 제5트랜스(T5)를 통해 커플링해도 좋다.

(무선 송전 시스템)

상술한 무선 급전 장치와 무선 수전 장치를 조합하는 것에 의해, 무선 송전 시스템을 실현할 수 있다.

도 20은 제1의 실시형태에 따른 무선 송전 시스템의 구성예를 나타내는 회로도이다. 무선 송전 시스템(1)은, 무선 급전 장치(2)와 무선 수전 장치(4)를 구비한다.

부하(70)는, 부하 회로(76)에 더하여, 정류 회로(72) 및 스위칭 레귤레이터(74)를 구비한다. 정류 회로(72)는 동기 검파 회로이고, 평활용 커패시터(C3), 제3하이 사이드 스위치(SWH3), 제3로우 사이드 스위치(SWL3)를 구비한다.

스위칭 레귤레이터(74)는 승/강압 컨버터이고, 부하 회로(76)에 대해 최대 전력을 공급할 수 있도록 제어된다. 스위칭 레귤레이터(74)의 구성 및 동작은 공지이기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.

이상이 무선 송전 시스템(1)의 구성이다. 도 21은 도 20의 무선 송전 시스템(1)의 동작을 나타내는 파형도이다.

무선 급전 장치(2)에 있어서, 제1스위치(SW1) 및 제2스위치(SW2)는, 구동 전압(V_DRV)에 대해 θ_TX=90° 지연된 위상으로 구동된다. 그 결과, 무선 급전 장치(2)에 있어서 유사 공진 상태가 성립된다.

무선 수전 장치(4)에 있어서는, 무선 급전 장치(2)측의 구동 전압(V_DRV)에 대해 θ_RX=180° 지연된 위상으로, 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)가 구동된다. 또한 제3스위치(SW3)는, 제1스위치(SW1)에 대해 90° 지연된 위상으로 구동된다. 그 결과, 무선 수전 장치(4)에 있어서도 유사 공진 상태가 성립된다.

정류 회로(72)의 제3하이 사이드 스위치(SWH3) 및 제3로우 사이드 스위치(SWL3)는, 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)에 대해 90° 지연된 위상으로 구동된다. 그 결과, 평활용 커패시터(C3)에 직류 전압이 발생한다. 이 직류 전압은, 스위칭 레귤레이터(74)에 의해 부하 회로(76)에 최적의 전압으로 변환된다.

이상이 무선 송전 시스템(1)의 동작이다. 이와 같이 무선 송전 시스템(1)에 의하면, 무선 급전 장치(2), 무선 수전 장치(4) 각각에 자동 튜닝 보조 회로를 마련하는 것에 의해, 부하(70)에 대해 최대 전력을 송신할 수 있게 된다.

당연한 것이지만, 변형예를 포함한 임의의 무선 급전 장치(2)와, 임의의 무선 수전 장치(4)가 조합될 수 있는 것은 물론이다.

도 20에서는, 무선 급전 장치(2), 무선 수전 장치(4) 모두에 자동 튜닝 보조 회로를 구현하는 경우를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

무선 급전 장치(2)에만 자동 튜닝 보조 회로를 마련하고, 무선 수전 장치는, 종래와 같이 공진용 커패시터(C_RX)의 조절을 해도 좋다.

반대로 무선 수전 장치(4)에만 자동 튜닝 보조 회로를 마련하고, 무선 급전 장치(2)는, 종래와 같이 공진용 커패시터(C_TX)의 조절을 해도 좋다.

나아가, 무선 급전 장치(2)에만 자동 튜닝 보조 회로를 마련하고, 무선 수전 장치(4)는, 일절의 조절 기구를 구비하지 않아도 좋다. 혹은 무선 수전 장치(4)에만 자동 튜닝 보조 회로를 마련하고, 무선 급전 장치(2)는, 일절의 조절 기구를 구비하지 않아도 좋다.

이 경우, 단일 자동 튜닝 보조 회로에 의해, 전원(10)과 부하(70) 사의 임피던스 매칭이 이루어지도록 튜닝되어, 고효율적인 전력 전송이 가능해진다. 이 경우에, 자동 튜닝 보조 회로의 스위칭 위상(θ_TX(θ_RX))의 최적값은 90° 혹은 270°(180° 혹은 0°)에서 벗어나는 것에 유의해야 한다.

이상, 본 발명에 대해, 제1의 실시형태를 바탕으로 설명했다. 이 실시형태는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능하고, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 있어서 자명하다. 이하, 이와 같은 변형예에 대해 설명한다.

자동 튜닝 보조 회로(30)를 구비하는 무선 급전 장치(2)에 있어서는, 공진용 커패시터(C_TX)를 생략해도 유사 공진 상태가 실현되는 경우가 있다. 이 경우, 공진용 커패시터(C_TX)를 생략해도 좋다. 마찬가지로, 자동 튜닝 보조 회로(60)를 구비하는 무선 수전 장치(4)에 있어서, 공진용 커패시터(C_RX)를 생략해도 좋다.

무선 급전 장치(2)는, 소정의 규칙(암호 코드)에 따라, 구동 전압(V_DRV)의 주파수(f_TX) 및 위상 중의 적어도 한쪽을 변화시켜, 전력 신호(S1)를 암호화한다. 암호 코드를 알고 있는 무선 수전 장치(4)는, 그 암호 코드에 기초하여, 자동 튜닝 보조 회로(60)의 스위칭 주파수, 위상을 제어한다. 그 결과, 전력 신호(S1)가 암호화되어 있는 경우에도, 그것을 디코딩하여 전력 공급을 받을 수 있다. 암호 코드를 모르는 무선 수전 장치는, 자동 튜닝 보조 회로(60)의 스위치를 적절하게 제어할 수 없기 때문에, 전력을 수신할 수 없게 된다. 무선 전력 전송에서는, 악의의 이용자에 의한 도전(盜電)이 문제가 될 수 있지만, 자동 튜닝 보조 회로를 이용하는 것에 의해, 이 문제를 해결할 수 있다.

혹은, 단일 무선 급전 장치(2)가 복수의 무선 수전 장치(4)에 급전할 때, 자동 튜닝 보조 회로를 이용하는 것에 의해 단말마다의 급전량을 제어할 수 있다.

(제2의 실시형태)

제1의 실시형태에서는, 2개의 스위치(SW1, SW2)를 포함하는 자동 튜닝 보조 회로를 설명했다. 제2의 실시형태에 있어서의 자동 튜닝 보조 회로는, 4개의 스위치를 포함하여 구성된다. 자동 튜닝 보조 회로(80)를 제외하는 블록의 구성에 대해서는, 제1의 실시형태와 동일하다. 또한, 제1의 실시형태에서 설명한 다양한 변형예는, 제2의 실시형태에서도 유효하다.

(무선 급전 장치)

도 22는 제2의 실시형태에 따른 무선 급전 장치(2)의 구성을 나타내는 회로도이다. 무선 급전 장치(2)는, 무선 수전 장치(도시하지 않음)에 대해 전력 신호(S1)를 송출한다. 전력 신호(S1)는, 전파로 되어 있지 않은 전자파의 근접계(전계, 자계, 혹은 전자계)가 이용된다.

무선 급전 장치(6)는, 전원(10), 송신 안테나(20), 자동 튜닝 보조 회로(80), 제1제어부(40)를 구비한다.

송신 안테나(20)는, 그 제1단(21)과 그 제2단(22) 사이에 마련된 송신 코일(L_TX)을 포함한다. 공진용 커패시터(C_TX)는 송신 코일(L_TX)과 직렬로 마련된다. 공진용 커패시터(C_TX)와 송신 코일(L_TX)은 치환해도 좋다.

자동 튜닝 보조 회로(80)는 송신 안테나(20)와 직렬로 커플링된다. 전원(10)은, 도 2와 동일하게 하프 브리지 회로로 구성되어, 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(80)의 양단 사이에, 소정의 송신 주파수(f_TX)를 갖는 교류 구동 전압(V_DRV)을 인가한다. 구동 전압(V_DRV)은, 구형파, 사다리꼴파, 정현파를 비롯한 임의의 교류 파형이어도 좋다. 본 실시형태에서는, 구동 전압(V_DRV)은, 제1전압(전원 전압(V_DD))과 제2전압(접지 전압(V_GND=0V))으로 스윙하는 구형파인 것으로 한다.

전원(10)은, 도 2의 전원(10)과 동일하게 하프 브리지 회로로 구성된다. 제1제어부(40)는, 제1하이 사이드 스위치(SWH1) 및 제1로우 사이드 스위치(SWL1)를, 송신 주파수(f_TX)로 상보적으로 스위칭한다.

제2의 실시형태에 있어서, 자동 튜닝 보조 회로(80)는, 제1단자(81), 제2단자(82), 제1스위치(SWc1)~제4스위치(SWc4), 제1보조 커패시터(C_A5)를 구비한다.

제1스위치(SWc1) 및 제2스위치(SWc2)는 제1단자(81)와 제2단자(82) 사이에 차례로 직렬로 마련된다. 제3스위치(SWc3) 및 제4스위치(SWc4)는 제1단자(81)와 제2단자(82) 사이에 차례로 직렬로, 또한 제1스위치(SWc1) 및 제2스위치(SWc2)에 대해 병렬로 마련된다. 제1보조 커패시터(C_A5)는, 제1스위치(SWc1)와 제2스위치(SWc2)의 접속점(N1)과, 제3스위치(SWc3)와 제4스위치(SWc4)의 접속점(N2) 사이에 마련된다. 제1보조 커패시터(C_A5)의 용량값은, 공진용 커패시터(C_TX)에 비해 충분히 큰 것이 바람직하다.

제1제어부(40)는, 제1스위치(SWc1)~제4스위치(SWc4)를, 구동 전압(V_DRV)과 동일한 주파수(f_TX)로, 또한 구동 전압(V_DRV)에 대해 소정의 위상차(θ_TX)로 스위칭한다. 바람직하게는 위상차(θ_TX)는, +90° 혹은 -90°(270°) 부근이어도 좋다. 즉 제1제어부(40)의 일부는 자동 튜닝 보조 회로(80)를 구성한다.

제1의 실시형태와 마찬가지로, 제1스위치(SWc1)~제4스위치(SWc4)는, 쌍방향 스위치, 혹은 단방향 스위치 중의 어느 것으로도 구성할 수 있다. 단방향 스위치를 사용하는 경우, 그들의 스위칭의 위상에 주의할 필요가 있는 것도, 이미 설명한 바와 같다.

이상이 무선 급전 장치(6)의 구성이다. 이어서 그 동작을 설명한다.

도 23은 도 22의 무선 급전 장치(6)의 동작을 나타내는 파형도이다. 도 23은 위에서부터 차례로, 제1하이 사이드 스위치(SWH1), 제1로우 사이드 스위치(SWL1), 구동 전압(V_DRV), 제1스위치(SWc1), 제2스위치(SWc2), 제3스위치(SWc3), 제4스위치(SWc4), 제1단자(81)에 발생하는 보정 전압(VA), 송신 안테나(20)에 흐르는 공진 전류(I_TX), 송신 코일(L_TX)과 공진용 커패시터(C_TX)의 양단 사이의 공진 전압(V_TX)을 나타낸다. 스위치를 나타내는 파형은, 하이 레벨이 온 상태를, 로우 레벨이 오프 상태를 나타낸다. 또한 공진 전류(I_TX) 및 공진 전압(V_TX)은, 자동 튜닝 보조 회로(30)를 동작시키고 나서 충분한 시간이 경과한 후의 정상 상태에 있어서의 파형을 나타낸다.

도 23에 나타내는 바와 같이, 제1하이 사이드 스위치(SWH1), 제1로우 사이드 스위치(SWL1)를 상보적으로 스위칭하는 것에 의해, 구형파의 구동 전압(V_DRV)이 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(30)의 양단 사이에 인가된다. 제1제어부(40)는, 구동 전압(V_DRV)과 동일한 주파수로, 또한 구동 전압(V_DRV)에 대해 θ_TX(=90°) 지연된 위상으로, 제1스위치(SWc1) 및 제4스위치(SWc4)를 포함하는 제1의 페어(P1)를 구동하고, 제1의 페어(P1)와 상보적으로, 즉 180° 어긋난 위상으로, 제2스위치(SWc2) 및 제3스위치(SWc3)을 포함하는 제2의 페어(P2)를 구동한다.

공진 전류(I_TX)는, 제1의 페어(P1)의 온 시간(T_ON1)에 있어서, 제1스위치(SWc1), 제1보조 커패시터(C_A5), 제4스위치(SWc4)를 포함하는 경로에 흐르고, 제2의 페어(P2)의 온 시간(T_ON2)에 있어서, 제3스위치(SWc3), 제1보조 커패시터(C_A5), 제2스위치(SWc2)를 포함하는 경로에 흐른다.

즉, 제1보조 커패시터(C_A5)는, 공진 전류(I_TX)에 의해 충/방전되고, 그 결과, 제1보조 커패시터(C_A5)에는 커패시터 전압(V_CA5)이 발생한다.

자동 튜닝 보조 회로(80)는, 송신 안테나(20)의 제2단(22)에 보정 전압(V_A)을 인가한다. 보정 전압(V_A)은, 제1의 페어(P1)가 온인 기간(T_ON1)에 있어서 제1의 극성을 취하고, 제2의 페어(P2)가 온인 기간(T_ON2)에 있어서 제2의 극성을 취한다. 자동 튜닝 보조 회로(80)는, 보정 전압(V_A)을 송신 안테나(20)에 인가하는 보정 전원으로 파악할 수 있다. 즉, 무선 급전 장치(6)의 등가 회로는, 도 5의 등가 회로와 동등한 것으로 간주할 수 있고, 그 동작 원리도 동일한 것을 알 수 있다.

즉, 자동 튜닝 보조 회로(80)를 동작시키면, 송신 안테나(20)에 대해, 구동 전압(V_DRV)에 대해 θ_TX=90° 지연된 위상의 보정 전압(V_A)이 인가된다. 그 결과, 공진 전류(I_TX)의 위상이 구동 전압(V_DRV)의 위상과 일치하고, 유사적인 공진 상태가 된다. 이에 의해, 공진 전류(I_TX)의 진폭은, 비공진 상태보다 커진다. 이는, 도 7, 도 9의 페이저도에 도시되는 바와 같다.

제2의 실시형태에 있어서의 자동 튜닝 보조 회로(80)의 동작은, 제1의 실시형태에 있어서 도 8을 참조하여 설명한 바와 같으며, 유사 공진 상태를 만족하는 보정 전압(V_A)을 자동적으로 생성할 수 있다.

이상이 무선 급전 장치(6)의 동작이다.

이와 같이 무선 급전 장치(6)에 의하면, 송신 안테나(20)의 공진 주파수(f_c)를 조절하지 않고, 유사 공진 상태를 실현하도록 회로의 상태를 자동적으로 튜닝할 수 있다. 무선 송전에서는, 무선 급전 장치와 무선 수전 장치의 위치 관계에 의해, 공진 주파수가 시시각각 변화되지만, 무선 급전 장치(6)에 의하면, 그 변화에 고속으로 추종할 수 있어, 고효율적인 전력 전송이 가능해진다.

또한 무선 급전으로 큰 전력을 전송하고자 하면, 공진용 커패시터(C_TX)의 양단 사이의 전압은 매우 커지기 때문에, 가변 콘덴서(varicap diode)의 이용은 제약된다. 무선 급전 장치(6)에 의하면 공진용 커패시터(C_TX)의 용량값을 조절할 필요가 없기 때문에, 가변 콘덴서 등을 사용할 필요가 없는 이점도 있다.

여기서는, 제1스위치(SWc1), 제4스위치(SWc4)를 포함하는 제1페어를, 제1하이 사이드 스위치(SWH1)(구동 전압(V_DRV))의 위상에 대해 θ_TX=90° 지연된 위상으로 스위칭시키는 경우를 설명했지만, 위상차(θ_TX)는 90°일 필요는 없고, 270°(-90°)여도 좋다. 이 경우, 커패시터 전압(V_CA1)이 역극성이 되도록 자동적으로 조절되기 때문이다. 단, 제1스위치(SWc1)~제4스위치(SWc4)를 단방향 스위치를 사용하여 구성하는 경우에는, 역도통 소자에 전류가 흐르지 않는 위상으로 스위칭할 필요가 있다. 구체적으로는,

f_c<f_TX일 때 θ_TX=90°

f_c>f_TX일 때 θ_TX=270°

로 하는 것이 바람직하다.

또한 제1의 실시형태에서 설명한 바와 같이, 위상차(θ_TX)는 90° 혹은 270°에서 벗어나 있어도 좋다.

이어서, 무선 급전 장치(6)의 변형예를 설명한다. 각 변형예는, 임의의 다른 변형예와 조합할 수 있고, 이와 같은 조합도 본 발명의 범위에 포함된다.

지금까지의 설명에서는, 제1제어부(40)가, 자동 튜닝 보조 회로(80)를 구성하는 복수의 스위치를, 구동 전압(V_DRV)과 동일한 주파수(f_TX)로 구동하는 경우를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제1제어부(40)는, 구동 전압(V_DRV)의 홀수배, 혹은 홀수분의 1배의 주파수로 스위치를 스위칭하는 것에 의해서도, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있다.

도 24는 제1의 변형예에 따른 무선 급전 장치(6a)의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 24의 전원(10c)은 H 브리지 회로로 구성된다. 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(80a)는, 전원(10c)의 제1출력 단자(OUT1)와 제2출력 단자(OUT2) 사이에 직렬로 마련된다. 또한 직류 저지용 커패시터(C2)가, 송신 안테나(20)와 자동 튜닝 보조 회로(80a)와 직렬로 마련된다. 자동 튜닝 보조 회로(80a)에 있어서, 제1보조 커패시터(C_A5)의 일단(N2)은 접지된다.

도 24의 무선 급전 장치(6a)에 의해서도, 지금까지 설명한 무선 급전 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제1의 실시형태에서 설명한 바와 같이, 전원, 자동 튜닝 보조 회로, 이들 모두는, 트랜스를 통해 송신 안테나(20)와 커플링되어도 좋다. 도 25(a)~(c)는, 각각 제2~제4의 변형예에 따른 무선 급전 장치(6b~6d)의 구성을 나타내는 회로도이다. 제1제어부(40)는 생략된다.

도 25(a)의 무선 급전 장치(6b)에서는, 자동 튜닝 보조 회로(80a)는, 제6트랜스(T6)를 통해 송신 안테나(20)와 직렬로 커플링된다. 구체적으로는, 제6트랜스(T6)의 1차 코일(W1)이 송신 안테나(20)와 직렬로 마련되고, 그 2차 코일(W2)은 자동 튜닝 보조 회로(80a)의 제1단자(61)와 제2단자(62) 사이에 마련된다. 전원(10c)은, 송신 안테나(20)와 제6트랜스(T6)의 1차 코일(W1)의 양단 사이에 구동 전압을 인가한다.

도 25(b)의 무선 급전 장치(6c)에서는, 전원(10c)은, 제7트랜스(T7)를 통해, 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(80a)와 커플링된다. 전원(10c)은, 제7트랜스(T7)의 1차 코일(W1)의 양단에 구동 전압을 인가한다. 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(80a)는 2차 코일(W2)과 직렬로 마련된다.

도 25(c)의 무선 급전 장치(6d)에서는, 하프 브리지 구성의 전원(10)이, 제7트랜스(T7)를 통해 송신 안테나(20) 및 자동 튜닝 보조 회로(80a)와 커플링된다. 전원(10)의 출력 단자와 제7트랜스(T7)의 제1코일(W1) 사이에는, 직류 저지용 커패시터(C3)가 마련된다.

나아가, 도 25(a)~(c)의 변형예를 조합하여, 전원, 자동 튜닝 보조 회로 모두를 송신 안테나에 대해 트랜스로 결합해도 좋다.

이들의 변형예에 의해서도, 지금까지 설명한 무선 급전 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(무선 수전 장치)

상술한 제2의 실시형태에 따른 자동 튜닝 보조 회로는, 무선 수전 장치에도 이용할 수 있다. 이하에서는, 무선 수전 장치에 대해 설명한다.

도 26은 제2의 실시형태에 따른 무선 수전 장치(8)의 구성을 나타내는 회로도이다. 무선 수전 장치(8)는, 상술한, 혹은 전혀 다른 구성의 무선 급전 장치로부터 송신되는 전력 신호(S1)를 받는다. 전력 신호(S1)는, 전파로 되어 있지 않은 전자파의 근접계(전계, 자계, 혹은 전자계)가 이용된다.

무선 수전 장치(8)는, 수신 안테나(50), 자동 튜닝 보조 회로(90) 및 전력을 공급해야 할 부하(70)를 구비한다. 부하(70)에는, 도시하지 않는 정류 회로, 검파 회로 등이 내장되어도 좋다.

자동 튜닝 보조 회로(90)는, 도 22의 자동 튜닝 보조 회로(80)와 동일하게 구성된다. 구체적으로는, 자동 튜닝 보조 회로(90), 제1단자(91), 제5스위치(SWc5)~제8스위치(SWc8), 제2보조 커패시터(C_A6)를 구비한다.

제5스위치(SWc5) 및 제6스위치(SWc6)는, 제1단자(91)와 제2단자(92) 사이에 직렬로 마련된다. 제7스위치(SWc7) 및 제8스위치(SWc8)는, 제1단자(91)와 제2단자(92) 사이에 차례로 직렬로, 또한 제5스위치(SWc5) 및 제6스위치(SWc6)에 대해 병렬로 마련된다. 제2보조 커패시터(C_A6)는, 제5스위치(SWc5)와 제6스위치(SWc6)의 접속점(N3)과, 제7스위치(SWc7)와 제8스위치(SWc8)의 접속점(N4) 사이에 마련된다. 제2보조 커패시터(C_A6)의 용량값은, 공진용 커패시터(C_RX)에 비해 충분히 큰 것이 바람직하다.

제2제어부(94)는, 제5스위치(SWc5)~제8스위치(SWc8)를, 전력 신호(S1)와 동일한 주파수로, 또한 송신측에 있어서 안테나에 인가되는 구동 전압(V_DRV)에 대해 소정의 위상차(θ_RX)로 스위칭한다. 예를 들면 θ_RX=180° 또는 0°인 것이 바람직하다.

자동 튜닝 보조 회로(90)는 수신 안테나(50)와 직렬로 커플링된다. 또한 전력을 공급해야 할 부하(70)는, 수신 안테나(50) 및 자동 튜닝 보조 회로(90)와 직접에 마련된다.

이상이 무선 수전 장치(8)의 구성이다. 이어서 그 동작을 설명한다. 무선 수전 장치(8)의 등가 회로도는, 도 15의 무선 수전 장치(4)와 동등하다. 무선 급전 장치(6)에 있어서의 자동 튜닝 보조 회로(80)와 마찬가지로, 자동 튜닝 보조 회로(90)는, 보정 전압(V_A)을 수신 안테나(50)에 인가하는 보정 전원으로 파악할 수 있다.

도 27은 도 26의 무선 수전 장치(8)의 동작을 나타내는 파형도이다. 도 27은 위에서부터 차례로, 제5스위치(SWc5)~제8스위치(SWc8), 보정 전압(V_A), 수신 안테나(50)에 흐르는 공진 전류(I_RX), 수신 코일(L_RX)과 공진용 커패시터(C_RX)의 양단 사이의 공진 전압(V_RX)을 나타낸다. 스위치를 나타내는 파형은, 하이 레벨이 온 상태를, 로우 레벨이 오프 상태를 나타낸다.

제5스위치(SWc5) 및 제8스위치(SWc8)를 포함하는 제1의 페어는, 무선 급전 장치측의 구동 전압(V_DRV)에 대해 180° 또는 0° 시프트한 위상(θ_RX)으로 상보적으로 스위칭된다. 제6스위치(SWc6) 및 제7스위치(SWc7)를 포함하는 제2의 페어는, 제1의 페어와 상보적으로 스위칭된다. 공진 전류(I_RX)는, 제1의 페어 온 시간(T_ON1)에 있어서, 제5스위치(SWc5), 제2보조 커패시터(C_A6), 제8스위치(SWc8)를 포함하는 경로에 흐르고, 제2의 페어 온 시간(T_ON2)에 있어서, 제6스위치(SWc6), 제2보조 커패시터(C_A6), 제7스위치(SWc7)를 포함하는 경로에 흐른다.

제2보조 커패시터(C_A6)는 공진 전류(I_RX)에 의해 충/방전되어, 그 결과, 제2보조 커패시터(C_A6)에는, 커패시터 전압(V_CA6)이 발생한다. 그리고 커패시터 전압(V_CA6)에 상응한 보정 전압(V_A)이 수신 안테나(50)에 인가되는 것에 의해, 공진 전류(I_A)의 위상이, 송신측의 구동 전압(V_DRV)의 위상과 일치하여, 유사 공진 상태가 실현된다.

유사 공진 상태를 실현하기 위해서는, 제5스위치(SWc5) 및 제8스위치(SWc8)를 적절한 주파수(f_TX) 및 위상(θ_RX)으로 스위칭시킬 필요가 있다. 여기서, 무선 급전 장치로부터 무선 수전 장치(8)에 대해, 주파수(f_TX) 및 위상(θ_RX)을 나타내는 데이터를 송신해도 좋다. 혹은 무선 수전 장치(8)는, 위상(θ_RX)을 스위프하고, 최적의 위상(θ_RX)을 검출해도 좋다.

이상이 무선 수전 장치(8)의 동작이다.

이와 같이 도 26의 무선 수전 장치(8)에 의하면, 공진용 커패시터(C_RX)의 용량값을 조절하지 않고, 자동적으로 공진 상태를 실현할 수 있다.

이어서, 무선 수전 장치(8)의 변형예를 설명한다.

지금까지의 설명에서는, 제2제어부(64)는, 전력 신호(S1)와 동일한 주파수로, 자동 튜닝 보조 회로(30)를 구성하는 복수의 스위치를 구동하는 경우를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제2제어부(64)는, 전력 신호(S1)의 홀수배, 혹은 홀수분의 1배의 주파수로 스위치를 스위칭하는 것에 의해서도, 유사적인 공진 상태를 실현할 수 있다.

도 26에서는, 부하(70)의 일단을 접지하여 기준 전위로 하고 있지만, 부하(70)의 일단을 접지하는 대신, 자동 튜닝 보조 회로(90)의 제2보조 커패시터(C_A6)의 일단, 즉 접속점 N3 또는 N4 중의 하나를 접지해도 좋다.

도 28(a), (b)는, 제2, 제3의 변형예에 따른 무선 수전 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 26에서는, 부하(70)가 수신 안테나(50)와 직렬로 접속되는 경우를 설명했지만, 부하(70)는 다른 위치에 마련되어도 좋다.

도 28(a)에 나타내는 제1의 변형예에 따른 무선 수전 장치(8a)에서는, 자동 튜닝 보조 회로(90a)의 접속점(N4)이 접지된다. 부하(70a)는, 제2보조 커패시터(C_A6)와 병렬로 마련된다. 즉 부하(70a)에는, 제2보조 커패시터(C_A6)에 발생하는 커패시터 전압(V_CA6)이 공급된다.

도 28(b)에 나타내는 제2의 변형예에 따른 무선 수전 장치(8b)에서는, 부하(70b)는, 수신 안테나(50) 및 자동 튜닝 보조 회로(90a)와 직렬인 경로에, 제8트랜스(T8)를 통해 커플링된다.

도 28(c), (d)는, 부하의 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 28(c)의 부하(70c)는, 다이오드 정류 회로(72c)와, 부하 회로(76)를 포함한다. 도 28(d)의 부하(70d)는, 동기 검파 회로(72d)와 부하 회로(76)를 포함한다. 부하 회로는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 스위칭 레귤레이터(74)를 더 구비해도 좋다.

자동 튜닝 보조 회로(90)는, 수신 안테나(50)에 대해 트랜스를 통해 직렬로 결합되어도 좋다. 도 29는 제3의 변형예에 따른 무선 수전 장치(8c)의 구성을 나타내는 회로도이다. 자동 튜닝 보조 회로(90a)는, 제9트랜스(T9)를 통해, 수신 안테나(50)와 직렬로 커플링된다. 부하는, 수신 안테나(50) 및 1차 코일(W1)과 직렬로 마련되어도 좋고, 제2보조 커패시터(C_A6)와 병렬로 마련되어도 좋다.

이들의 변형예에 의해서도, 도 26의 무선 수전 장치(8)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 26과 같이 수신 안테나(50)와 직렬로 부하를 접속한 경우, 부하의 임피던스가 낮은 경우에는, 자동 튜닝 보조 회로(90)에 의한 조정을 하지 않아도, 어느 정도의 전력을 취출할 수 있는 이점이 있다. 한편, 부하의 저항 성분에 의해 수신 안테나(50)의 Q값이 저하되기 때문에, 큰 전력을 취출하기 어려워진다.

반대로, 도 28(a)와 같이 자동 튜닝 보조 회로(90a)로부터 전력을 취출하는 경우, 부하(70)에 의해 수신 안테나(50)의 Q값이 저하되지 않기 때문에, 부하(70a)의 임피던스가 높은 경우에도, 큰 전력을 취출할 수 있다. 한편, 부하(70a)의 임피던스가 너무 낮은 경우, 자동 튜닝 보조 회로(60)의 동작이 저해되는 문제가 있다.

제5스위치(SWc5)~제8스위치(SWc8)는, 쌍방향 스위치, 혹은 단방향 스위치 중의 어느 것으로도 구성할 수 있다. 단방향 스위치를 사용하는 경우, 그들의 스위칭의 위상에 주의할 필요가 있는 것도, 이미 설명한 바와 같다.

(무선 송전 시스템)

제2의 실시형태에서 설명한 무선 급전 장치(6)와 무선 수전 장치(8)를 조합하는 것에 의해, 무선 송전 시스템을 실현할 수 있다.

또한, 무선 급전 장치(6), 무선 수전 장치(8) 모두에 자동 튜닝 보조 회로를 구현하는 경우를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

무선 급전 장치(6)에만 자동 튜닝 보조 회로를 마련하고, 무선 수전 장치는, 종래와 같이 공진용 커패시터(C_RX)의 조절을 해도 좋다. 반대로 무선 수전 장치(8)에만 자동 튜닝 보조 회로를 마련하고, 무선 급전 장치(6)는, 종래와 같이 공진용 커패시터(C_TX)의 조절을 해도 좋다.

나아가, 무선 급전 장치(6)에만 자동 튜닝 보조 회로를 마련하고, 무선 수전 장치(8)는, 일절의 조절 기구를 구비하지 않아도 좋다. 혹은 무선 수전 장치(8)에만 자동 튜닝 보조 회로를 마련하고, 무선 급전 장치(6)는, 일절의 조절 기구를 구비하지 않아도 좋다.

혹은, 제1의 실시형태에 따른 무선 급전 장치(2)를, 제2의 실시형태에 따른 무선 수전 장치(8)와 조합해도 좋고, 무선 수전 장치(4)를 무선 급전 장치(6)와 조합해도 좋다.

이상, 본 발명에 대해, 제2의 실시형태를 바탕으로 설명했다. 이 실시형태는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능하고, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 있어서 자명하다. 이하, 이와 같은 변형예에 대해 설명한다.

자동 튜닝 보조 회로(80)를 구비하는 무선 급전 장치(6)에 있어서는, 공진용 커패시터(C_TX)를 생략해도 유사 공진 상태가 실현되는 경우가 있다. 이 경우, 공진용 커패시터(C_TX)를 생략해도 좋다. 동일하게 자동 튜닝 보조 회로(90)를 구비하는 무선 수전 장치(8)에 있어서, 공진용 커패시터(C_RX)를 생략해도 좋다.

무선 급전 장치(6)는, 소정의 규칙(암호 코드)에 따라, 구동 전압(V_DRV)의 주파수(f_TX) 및 위상 중의 적어도 한쪽을 변화시켜, 전력 신호(S1)를 암호화한다. 암호 코드를 알고 있는 무선 수전 장치(8)는, 그 암호 코드에 기초하여, 자동 튜닝 보조 회로(90)의 스위칭 주파수, 위상을 제어한다. 그 결과, 전력 신호(S1)가 암호화되어 있는 경우에도, 그것을 디코딩하여 전력 공급을 받을 수 있다. 암호 코드를 모르는 무선 수전 장치는, 자동 튜닝 보조 회로(90)의 스위치를 적절하게 제어할 수 없기 때문에, 전력을 수신할 수 없게 된다. 무선 전력 전송에서는, 악의의 이용자에 의한 도전이 문제가 될 수 있지만, 자동 튜닝 보조 회로를 이용하는 것에 의해, 이 문제를 해결할 수 있다.

혹은, 단일 무선 급전 장치(6)이 복수의 무선 수전 장치(8)에 급전할 때, 자동 튜닝 보조 회로를 이용하는 것에 의해 단말마다의 급전량을 제어할 수 있다.

자동 튜닝 보조 회로(30)의 용도는, 무선 전력 전송에 한정되지 않고, 튜닝이 필요한 다양한 용도에 이용할 수 있다.

실시형태를 바탕으로 본 발명을 설명했지만, 실시형태는, 본 발명의 원리, 응용을 나타낼 뿐이고, 실시형태에는, 청구범위에 규정된 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에 있어서, 많은 변형예나 배치의 변경이 가능하다.

본 발명은 무선 급전 기술에 이용할 수 있다.

1: 무선 송전 시스템
2: 무선 급전 장치
4: 무선 수전 장치
6: 무선 급전 장치
8: 무선 수전 장치
10: 전원
12: 직류 전원
SWH1: 제1하이 사이드 스위치(high side switch)
SWL1: 제1로우 사이드 스위치(low side switch)
SWH2: 제2하이 사이드 스위치
SWL2: 제2로우 사이드 스위치
20: 송신 안테나
22: 제1단
24: 제2단
L_TX: 송신 코일
C_TX: 공진용 커패시터
30: 자동 튜닝 보조 회로
31: 제1단자
32: 제2단자
34: 충전 회로
C_A1: 제1보조 커패시터
C_A2: 제2보조 커패시터
C_A3: 제3보조 커패시터
C_A4: 제4보조 커패시터
SW1: 제1스위치
SW2: 제2스위치
40: 제1제어부
50: 수신 안테나
L_RX: 수신 코일
C_RX: 공진용 커패시터
51: 제1단
52: 제2단
60: 자동 튜닝 보조 회로
SW3: 제3스위치
SW4: 제4스위치
61: 제1단자
62: 제2단자
64: 제2제어부
70: 부하
72: 정류 회로
SWH3: 제3하이 사이드 스위치
SWL3: 제3로우 사이드 스위치
74: 스위칭 레귤레이터
76: 부하 회로
80: 자동 튜닝 보조 회로
81: 제1단자
82: 제2단자
SWc1: 제1스위치
SWc2: 제2스위치
SWc3: 제3스위치
SWc4: 제4스위치
C_A5: 제1보조 커패시터
90: 자동 튜닝 보조 회로
91: 제1단자
92: 제2단자
SWc5: 제5스위치
SWc6: 제6스위치
SWc7: 제7스위치
SWc8: 제8스위치
C_A6: 제2보조 커패시터
94: 제2제어부

Claims

무선 수전 장치에 대해, 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 송신하는 무선 급전 장치이고,
송신 코일을 포함하는 송신 안테나;
상기 송신 안테나와 커플링되는 자동 튜닝 보조 회로;
상기 송신 안테나 및 상기 자동 튜닝 보조 회로의 양단 사이에 교류 구동 전압을 인가하는 전원을 구비하고,
상기 자동 튜닝 보조 회로는,
제1단자;
제2단자;
N개(N은 자연수)의 보조 커패시터;
각각이, 상기 제1단자, 상기 제2단자, 상기 N개의 보조 커패시터의 단자 중 2개의 사이에 마련된 복수의 스위치;
상기 복수의 스위치 각각을, 상기 구동 전압과 동기하여 스위칭하는 제1제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1제어부는, 상기 복수의 스위치 각각을, 상기 구동 전압과 동일한 주파수, 그 홀수배 또는 홀수분의 1배의 주파수로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자동 튜닝 보조 회로는,
상기 제1단자와 상기 제2단자 사이에 직렬로 마련된, 제1스위치 및 제1보조 커패시터;
상기 제1단자와 상기 제2단자 사이에, 상기 제1스위치 및 상기 제1보조 커패시터에 대해 병렬로 마련된 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1제어부는, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를, 상기 구동 전압과 동일한 주파수로, 또한 구동 전압에 대해 소정의 위상차로 보조적으로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 자동 튜닝 보조 회로는, 상기 제1단자와 상기 제2단자 사이에, 상기 제2스위치와 직렬로 마련된 제2보조 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1스위치, 상기 제2스위치는, 단방향 스위치로 구성되고,
상기 제1제어부는, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를, 각각의 역도통 소자에 전류가 흐르지 않는 위상으로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1스위치, 상기 제2스위치는, 쌍방향 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자동 튜닝 보조 회로는, 트랜스를 통해 상기 송신 안테나와 직렬로 커플링되는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전원은,
직류 전원;
상기 직류 전원의 출력 단자와 고정 전압 단자 사이에 차례로 직렬로 마련된 제1하이 사이드 스위치 및 제1로우 사이드 스위치를 포함하고,
상기 송신 안테나 및 상기 자동 튜닝 보조 회로는, 상기 제1하이 사이드 스위치 및 상기 제1로우 사이드 스위치의 접속점과 상기 고정 전압 단자 사이에 직렬로 커플링되는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전원은,
직류 전원;
상기 직류 전원의 출력 단자와 고정 전압 단자 사이에 차례로 직렬로 마련된 제1하이 사이드 스위치 및 제1로우 사이드 스위치;
상기 직류 전원의 출력 단자와 상기 고정 전압 단자 사이에 차례로 직렬로 마련된 제2하이 사이드 스위치 및 제2로우 사이드 스위치를 포함하고,
상기 송신 안테나 및 상기 자동 튜닝 보조 회로는, 상기 제1하이 사이드 스위치 및 상기 제1로우 사이드 스위치의 접속점과, 상기 제2하이 사이드 스위치 및 상기 제2로우 사이드 스위치의 접속점 사이에 직렬로 커플링되는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송신 안테나는, 상기 송신 코일과 직렬로 마련된 공진용 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전원은, 상기 송신 안테나 및 상기 자동 튜닝 보조 회로의 양단 사이에, 트랜스를 통해 교류 구동 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 무선 급전 장치;
상기 무선 급전 장치로부터의 전력 신호를 수신하는 무선 수전 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템.
무선 급전 장치로부터 송신되는 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 수신하는 무선 수전 장치이고,
수신 코일을 포함하는 수신 안테나;
상기 수신 안테나와 커플링되는 자동 튜닝 보조 회로를 구비하고,
상기 자동 튜닝 보조 회로는,
제1단자;
제2단자;
N개(N은 자연수)의 보조 커패시터;
각각이, 상기 제1단자, 상기 제2단자, 상기 N개의 보조 커패시터의 단자 중 2개의 사이에 마련된 복수의 스위치;
상기 복수의 스위치 각각을 스위칭하는 제2제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제14항에 있어서,
상기 제2제어부는, 상기 복수의 스위치 각각을, 상기 전력 신호와 동일한 주파수, 그 홀수배 또는 홀수분의 1배의 주파수로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 자동 튜닝 보조 회로는,
상기 제1단자와 상기 제2단자 사이에 직렬로 마련된, 제3스위치 및 제3보조 커패시터;
상기 제1단자와 상기 제2단자 사이에, 상기 제3스위치 및 상기 제3보조 커패시터에 대해 병렬로 마련된 제4스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제16항에 있어서,
상기 제2제어부는, 상기 제3스위치 및 상기 제4스위치를 상기 전력 신호와 동일한 주파수로 보조적으로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제16항에 있어서,
상기 제2제어부는, 상기 무선 급전 장치에 있어서 송신 안테나에 인가되는 구동 전압에 대해, 소정의 위상차로 상기 제3스위치 및 상기 제4스위치를 구동하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자동 튜닝 보조 회로는, 상기 제1단자와 상기 제2단자 사이에, 상기 제4스위치와 직렬로 마련된 제4보조 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3스위치, 상기 제4스위치는, 단방향 스위치로 구성되고,
상기 제2제어부는, 상기 제3스위치 및 상기 제4스위치를, 각각의 역도통 소자에 전류가 흐르지 않는 위상으로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3스위치, 상기 제4스위치는, 쌍방향 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
전력을 공급해야 할 부하는, 상기 제3보조 커패시터에 접속되는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
전력을 공급해야 할 부하는, 상기 수신 안테나의 제1단에 접속되는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제14항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
1차 코일이 상기 수신 안테나와 직렬로 마련된 트랜스를 더 구비하고,
전력을 공급해야 할 부하는, 상기 트랜스의 2차 코일에 접속되는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자동 튜닝 보조 회로는, 트랜스를 통해 상기 수신 안테나와 직렬로 커플링되는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신 안테나는, 상기 수신 코일과 직렬로 마련된 공진용 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.
전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 송신하는 무선 급전 장치;
상기 전력 신호를 수신하는 제14항 내지 제26항 중 어느 한 항에 기재된 무선 수전 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 무선 급전 장치;
상기 무선 급전 장치로부터의 상기 전력 신호를 수신하는 제14항 내지 제26항 중 어느 한 항에 기재된 무선 수전 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 시스템.
무선 수전 장치에 대해, 송신 코일로부터 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 송신하는 무선 급전 장치에 사용되고, 상기 송신 코일과 커플링되는 자동 튜닝 보조 회로이고,
적어도 하나의 보조 커패시터;
상기 송신 코일에 흐르는 공진 전류에 의해 상기 적어도 하나의 보조 커패시터 각각을 충전 및 방전하기 위해 마련된 복수의 스위치;
상기 복수의 스위치를 스위칭하는 것에 의해, 상기 적어도 하나의 보조 커패시터 각각의 양단 사이에 커패시터 전압을 발생시키는 한편, 상기 적어도 하나의 보조 커패시터 각각의 커패시터 전압에 상응한 보정 전압을, 상기 송신 코일에 인가시키는 제1제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 튜닝 보조 회로.
무선 수전 장치에 대해, 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 송신하는 무선 급전 장치이고,
송신 코일을 포함하는 송신 안테나;
상기 송신 안테나와 커플링되는 제29항에 기재된 자동 튜닝 보조 회로;
상기 송신 안테나 및 상기 자동 튜닝 보조 회로의 양단 사이에 교류 구동 전압을 인가하는 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 급전 장치.
무선 급전 장치로부터 송신되는 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 수신 코일에 의해 수신하는 무선 수전 장치에 사용되고, 상기 수신 코일과 커플링되는 자동 튜닝 보조 회로이고,
적어도 하나의 보조 커패시터;
상기 수신 코일에 흐르는 공진 전류에 의해 상기 적어도 하나의 보조 커패시터 각각을 충전 및 방전하기 위해 마련된 복수의 스위치;
상기 복수의 스위치를 스위칭하는 것에 의해, 상기 적어도 하나의 보조 커패시터 각각의 양단 사이에 커패시터 전압을 발생시키는 한편, 상기 적어도 하나의 보조 커패시터 각각의 커패시터 전압에 상응한 보정 전압을, 상기 수신 코일에 인가시키는 제2제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 튜닝 보조 회로.
무선 급전 장치로부터 송신되는 전계, 자계, 전자계 중의 어느 하나를 포함하는 전력 신호를 수신하는 무선 수전 장치이고,
수신 코일을 포함하는 수신 안테나;
상기 수신 안테나와 커플링되는 제31항에 기재된 자동 튜닝 보조 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 수전 장치.