JP5111397B2 - コイルアレイを備えた無接点充電装置、無接点充電システム及び充電方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯型電子機器の充電装置に関するものであって、特に誘導結合を利用した無接点充電システムに関する。

移動通信端末、ＰＤＡなどのような携帯型電子機器には再充電可能な二次電池（バッテリー）が装着される。二次電池（バッテリー）を充電するためには家庭用の商用電源を利用して携帯型電子機器のバッテリーに電気エネルギーを提供する別途の充電装置が必要である。通常、充電装置とバッテリーには外部にそれぞれ別途の接触端子が構成されており、二つの接触端子を互いに接続させることで充電装置とバッテリーとを電気的に連結する。

しかし、このように接触端子が外部に突出されれば、美観上良くなく且つ接触端子が外部の異物に汚染され接触状態が不良になりやすい問題点がある。また、使用者の不注意でバッテリーに短絡が発生するか湿気の多い雰囲気中に露出すれば、充電エネルギーが消失されやすくなる。

このような接触式充電方式の問題点を解決するために、充電装置とバッテリーとを非接触方式で充電する無線充電システムが提案された。

韓国公開特許第２００２‐５７４６８号、韓国公開特許第２００２‐５７４６９号、韓国登録特許第３６３，４３９号、韓国登録特許第４２８，７１３号、韓国公開特許第２００２‐３５２４２号、韓国登録実用新案第２１７，３０３号、英国公開特許第２，３１４，４７０号、米国公開特許第２００３／０，２１０，１０６号、日本特開２００２‐２０９３４４、日本特開平９‐２３３７０６、日本特開２００１‐２５８１８２、米国特許第６，３１６，９０９号は、充電母体の１次コイルとバッテリーパックの２次コイルとの間の誘導結合を利用して接触端子なくバッテリーを充電させる非接触式充電システムを開示する。

しかし、上述した従来の無接点充電システムの場合、１次コイルと２次コイルとの間の位置関係（ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）に従って充電効率が左右される短所を持つ。すなわち、１次コイルと２次コイルとの間に位置ずれ（ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｏｆｆｓｅｔ）が存在すれば、２次コイルに誘導起電力が充分に誘起（誘導、励起）されないので有接点充電システムに比べて充電効率が非常に低下する。従って、使用者は２次コイルが内蔵された携帯型電子機器やバッテリーパックを充電母体上の最適の位置に置くために注意しなければならない。

このような問題を解決するために、２次コイルの位置や方向に関係なく高い充電効率が保障できるように１次コイルの配置パターンを変化させる努力が行われた。

韓国登録特許第５２４，２５４号（以下、２５４’号特許に略称する）は、無線充電用パッド（１次側充電母体）上にコバルト系列またはフェライト材質の小型コアを多数個付けた平板コア上に一定のパターンを持つコイルを形成したコアブロックを配置した無接点充電システムを開示している。

上記２５４’号特許のように１次コイルと２次コイルとの間の位置ずれを補償するために、充電母体の同一平面上に多数個のコイルを交互的にまたは並列で配置することは単一のコイルを利用する場合に比べてエネルギーの消費量が多すぎるという問題点を持つ。

本発明は、１次コイルと２次コイルとの間の位置に関係なく、２次側に誘導起電力を効率良く伝達できる無接点充電装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、多数個の携帯型電子機器を同時に充電できる無接点充電装置を提供することを他の目的とする。

また、本発明は、高い充電効率を持ちながらもエネルギーの無駄使いを最小化させることができる無接点充電装置を提供することをさらに他の目的とする。

上記のような目的を果たすために、本発明の第１態様による受信コイルを内蔵しているバッテリー装置と磁気的に結合され、無接点でバッテリーを充電する装置は、上記受信コイルに充電電力を誘起するために多数の送信コイルを配列している送信コイルアレイと；上記受信コイルと磁気的にカップリングされている送信コイルを検出し、該検出された送信コイルのみを選別的に駆動するための手段とを含む。

このとき、上記駆動手段は、上記バッテリー装置からフィードバック応答のある送信コイルのみを選別することを特徴とする。特に、上記駆動手段は、上記送信コイルアレイの送信コイルを順次駆動しながら定められた時間内にバッテリー装置からフィードバック応答が存在するか否かを判別し、定められた時間内にバッテリー装置からフィードバック応答が存在する送信コイルのみを選別するか、上記送信コイルアレイの送信コイルを同時に駆動しながら、定められた時間内にバッテリー装置からフィードバック応答が存在する送信コイルのみを選別する。

また、本発明の第２態様は、誘導結合のための２次コイル、データを無線送信するための無線送信モジュール、バッテリーの充電状態を調節する充電制御回路及び再充電可能なバッテリーを含むバッテリー装置と磁気的に結合される装置であって、上記２次コイルに充電電力を誘起するために多数の１次コイルを配列している１次コイルアレイと；外部の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と；上記直流電圧に基づいて上記１次コイルを駆動するための駆動電力を生成するコイル駆動回路と；上記無線送信モジュールからフィードバック信号を受けるための無線受信モジュールと；上記コイル駆動回路を制御して上記１次コイルを予備駆動し、該１次コイルの予備駆動に応じて上記バッテリー装置からフィードバック信号が応答される１次コイルのみを選別し、該選別された１次コイルのみを駆動することで上記バッテリーを充電する駆動制御回路とを含む。

このとき、上記駆動制御回路は、上記１次コイルを順次予備駆動しながら定められた時間内にバッテリー装置からフィードバック応答が存在するか否かを判別し、定められた時間内にバッテリー装置からフィードバック応答が存在する１次コイルのみを選別するか、上記１次コイルを同時に予備駆動しながら定められた時間内にバッテリー装置からフィードバック応答が存在する１次コイルのみを選別する。

また、上記１次コイルアレイは多数の１次コイルをマトリックス状に配列するか、ジグザグ状にずれるように配列することができる。

本発明の第３態様は、多数の１次コイルを配列している１次コイルアレイ及び無線受信モジュールを含む１次側充電装置と、上記１次コイルと磁気的に結合される２次コイルと、無線送信モジュール及びバッテリーを含む２次側バッテリー装置からなる無接点充電システムにおけるバッテリー充電方法に関するものであって、（Ａ）上記１次コイルのうち何れか一つを選択し、該選択された１次コイルを相対的に短い時間予備駆動する段階と；（Ｂ）上記バッテリー装置からのフィードバック応答を予め定められた時間待機する段階と；（Ｃ）上記フィードバック応答が存在する場合、該当する１次コイルの識別情報をメモリに臨時記憶する段階と；（Ｄ）上記１次コイルアレイから他の１次コイルを選択し、上記（Ａ）ないし（Ｃ）段階を繰り返し行う段階と；（Ｅ）上記（Ｄ）段階を上記１次コイルアレイを構成する全ての１次コイルに対して順次行う段階と；（Ｆ）上記メモリから１次コイルの識別情報を判読し、該当する１次コイルに対してのみ選別的に充電電力を供給する段階とを含む。

また、本発明の第４態様は、多数の１次コイルを配列している１次コイルアレイ及び無線受信モジュールを含む１次側充電装置と、上記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル、無線送信モジュール及びバッテリーを含む２次側バッテリー装置からなる無接点充電システムにおけるバッテリー充電方法であって、（Ａ）上記１次コイルを相対的に短い時間順次予備駆動する段階と；（Ｂ）上記バッテリー装置からのフィードバック応答を予め定められた時間待機する段階と；（Ｃ）上記フィードバック応答が存在する１次コイルを少なくとも一つ以上選別する段階と；（Ｄ）上記選別された１次コイルに充電電力を印加することで上記バッテリー装置を充電する段階とを含む。

本発明の第５態様は、多数の１次コイルを配列している１次コイルアレイ及び無線受信モジュールを含む１次側充電装置と、上記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル、無線送信モジュール及びバッテリーを含む２次側バッテリー装置からなる無接点充電システムにおけるバッテリー充電方法であって、（Ａ）上記１次コイルアレイを構成する全ての１次コイルを相対的に短い時間同時に予備駆動する段階と；（Ｂ）上記バッテリー装置からのフィードバック応答を予め定められた時間待機する段階と；（Ｃ）上記フィードバック応答が存在する１次コイルを少なくとも一つ以上選別する段階と；（Ｄ）上記選別された１次コイルに充電電力を印加することで上記バッテリー装置を充電する段階とを含む。

また、本発明の第６態様は、多数の１次コイルが配列されている１次コイルアレイ及び無線受信モジュールを含む第１充電ユニットと、上記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル、無線送信モジュールを含む第２充電ユニットと、該第２充電ユニットから充電電圧を提供されるバッテリーからなる無接点充電システムに関するものであって、上記第１充電ユニットは、上記２次コイルに充電電力を誘起するために多数の１次コイルを配列している１次コイルアレイと；上記１次コイルを待機モードで駆動した後、上記第２充電ユニットからフィードバック応答が存在する１次コイルを選択し、該選択された１次コイルのみを充電モードで駆動するための手段とを含み、上記第２充電ユニットは、上記２次コイルに内部回路を駆動するのに十分な電圧が誘起されれば、充電開始を知らせるフィードバック信号を生成して上記第１充電ユニットに伝送する手段を含む。

以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはいけず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

図１は、電磁誘導現象を利用した無接点充電原理を説明するための通常の無接点充電システムの概略的な斜視図である。

図面に示すように、無接点充電システムは、外部電源を利用してバッテリーに供給する充電電力を生成させる充電装置１０と、この充電装置１０から無接点で充電電力を供給され、これを利用して内部のバッテリー（図示せず）を充電させるバッテリー装置２０とからなる。

上記バッテリー装置２０は、バッテリーが内蔵されたバッテリーパックやバッテリーを内蔵している携帯型電子機器を示す。望ましい携帯型電子機器としては、セルラーフォン、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤーなどが挙げられる。このバッテリー装置２０に内蔵されるバッテリーは再充電可能な電池セルであってリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などを含む。

上記充電装置１０は、外部電源から電気エネルギーを供給され上記バッテリー装置２０に供給する充電電力を生成する装置であって、バッテリー装置２０が容易に安着されるようにパッド形態で構成されることが望ましい。また、充電装置１０に供給される外部電源としては、家庭用の商用交流電源（６０Ｈｚ，２２０Ｖ／１００Ｖ）が最も望ましいが、他のＤＣ電源も採択可能である。

上記充電装置１０と上記バッテリー装置２０は互いに対応する１次コイル１１及び２次コイル２１とアンテナ１２，２２を備えている。

上記１・２次コイル１１，２１は、誘導結合により磁気的に相互カップリングされる。従って、上記２次コイルが上記１次コイル上に並列される（ｊｕｘｔａｐｏｓｅｄ）ことによって１次コイルにより生成される磁場が２次コイル内に誘導電流を誘起することになる。また、上記１・２次コイル１１，２１はそれぞれアンテナ１２，２２によって取り囲まれている。

また、上記充電装置１０は１次コイル１１を駆動して磁場を生成するための充電電力供給回路１５を内蔵しており、上記バッテリー装置２０は２次コイル２１によって誘起される誘導起電力を利用してバッテリーを充電させるための充電回路２５を内蔵している。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明による充電装置の概略的な使用状態図を示している。

図２（ａ）を参照すれば、本発明の充電装置１００は、上記図１の充電装置１０と異なり充電パッド内に単一のコイル１１が内蔵されるのではなく、多数のコイル１１０が内蔵されてコイルアレイを成していることが特徴である。また、このコイルアレイ１１０は、アンテナコイル１２０によって取り囲まれている。上記アンテナコイル１２０は、コイルアレイ１１０を取り囲むように一つが設けられ得、１次コイルそれぞれまたは例えば１次コイル４〜６個を取り囲むように複数個設けられ得る。

このように、多数のコイル１００がコイルアレイ１１０を成す場合、単一のコイルからなる場合に比べて１次コイルと２次コイルとの間の位置整合（ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を達成することが容易になる。図２（ａ）のように、バッテリー装置２００を充電装置１００上に傾くように置いても、１次コイルと２次コイルとの間に位置ずれ（ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｏｆｆｓｅｔ）が発生しない。すなわち、バッテリー装置２００を充電装置１００上の所定位置のどこに置いても、バッテリー装置１００に配置された２次コイルと整合を形成する１次コイルが少なくとも一つ以上存在することになる。

したがって、本発明の充電装置を使えば、使用者は意識的に１次コイルと２次コイルとの位置関係に気をつける必要がないので使用上の便宜を図ることができる。また、本発明のコイルアレイ１１０は図２（ａ）のように多数のコイルをマトリックス状に配置することだけでなく、図２（ｂ）のようにジグザグ状にずれるように配置することも可能である。

図３は、本発明による充電装置の他の使用状態図を示している。

図３を参照すれば、コイルアレイ１１０が備えられた充電装置１００上に一つ以上のバッテリー装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃが置かれている。従って、本発明の充電装置１００は同時に数個のバッテリー装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃを充電させることができる。

しかし、図２及び図３に示した充電装置１００は、１次コイルと２次コイルとの間の位置関係に関係なく安定した充電効率を保障し、多数のバッテリー装置を同時に充電できるという長所にもかかわらず、エネルギーの消費量が多すぎるという短所がある。

したがって、本発明者らはコイルアレイを構成する多数の１次コイルの中でバッテリー装置の２次コイルと少なくとも部分的にカップリングされる１次コイルのみを駆動することで、エネルギーの消費量を著しく低減できることがわかった。

以下、図４及び図５を参照しながら本発明による充電装置の望ましい実施例の構成を詳しく説明する。

まず、図４は、本発明の望ましい実施例による無接点充電システムの機能ブロック図である

図４を参照すれば、本実施例による無接点充電システムは、充電装置１００とバッテリー装置２００とから構成される。

上記充電装置１００は、送信コイルアレイ１１０、整流器１５２、電力分配回路１５３、コイル駆動回路１５４、制御回路１５５、充電モード調節回路１５６、無線受信モジュール１５７，１５８を含む。

上記送信コイルアレイ１１０は、少なくとも一つ以上の送信コイル（ＴＣ_１ ，ＴＣ_２ …ＴＣ_ｎ ）からなり、この送信コイル（ＴＣ_１ ，ＴＣ_２ …ＴＣ_ｎ ）は図２または図３のようにマトリックス状に配列されることが望ましい。

上記整流器１５２は、商用交流電源（６０Ｈｚ，２２０Ｖ）１５１からの交流電圧を直流に整流した後、電力分配回路１５３に伝達する。

上記電力分配回路１５３は、整流器１５２により整流された直流電圧を選択されたコイル駆動回路１５４に伝達する。すなわち、電力分配回路１５３は制御回路１５５から選択指令を伝達され、この選択指令が指示するコイル駆動回路１５４に上記整流された直流電圧を伝達する。例えば、上記電力分配回路１５３は上記整流器１５２と上記コイル駆動回路１５４との間に位置する一種のスイッチング回路であって、制御回路１５５により選択されたコイル駆動回路１５４と整流器１５２との間を電気的に連結する。

上記充電モード調節回路１５６は、制御回路１５５により選択されたコイル駆動回路１５４を制御することで対応する送電コイル１１０の駆動モードを調節する。例えば、上記駆動モードは、待機モード、充電モード、緩衝モードからなることができる。

図５を参照すれば、上記待機モードは、１次コイルと２次コイルとのカップリング状態を確認するためのモードであって、例えば、５０ｍｓｅｃ（ｗ_１ ）間駆動され、１ｓｅｃ（ｔ_１ ）間停止されるモードである。上記充電モードは、２次コイルと位置整合された１次コイルに対して上記待機モードより長い時間（ｗ_２ ）１次コイルを駆動することでバッテリー装置を充電させるモードである。また、上記緩衝モードは、バッテリー装置が満充電されたとき、消費電力を節減するために１次コイルの駆動時間（ｗ_３ ）を減らすモードである。

本発明においては、上記送電コイルの駆動モードが図５のように、待機モード、充電モード及び緩衝モードを持つ例として説明しているが、本発明は必ずこのような例に限定されるのではない。

上記コイル駆動回路１５４は、多数の送信コイルそれぞれを駆動するために整流器からの直流電圧を一定のレベルと周波数（例えば、８０ｋＨｚ）を持つ交流電圧に発振する。特に、本実施例のコイル駆動回路１５４は、充電モード調節回路１５６の制御により図５のように各モード（例えば、待機モード、充電モード、緩衝モード）別に予め定められた交流パルス電圧を生成する。

上記無線受信モジュール１５７，１５８は、アンテナコイル１５８と受信回路１５７とからなり、バッテリー装置２００からフィードバックされる充電開始信号（ＦＲ_１ ，ＦＲ_２ など）と充電状態信号（ＣＳ_１ ，ＣＳ_２ など）を無線受信した後、これを復調して制御回路１５５に伝達する。

上記制御回路１５５は、上記受信回路１５７からバッテリー装置２００のフィードバック信号を伝達され、このフィードバック信号を分析して上記電力分配回路１５３と充電モード調節回路１５６を制御する。特に、上記制御回路１５５はパルス発生器（図示せず）及びタイマー（図示せず）と連結されることが望ましい。すなわち、タイマーはパルス発生器から伝達されるパルスをカウントし、このカウントされた値を制御回路１５５に伝達する。これによって、上記制御回路１５５は予め定められた周期（Ｔ＝ｗ_１ ＋ｔ_１ ）に応じて上記電力分配回路１５３を制御することで上記コイル駆動回路１５４を順次発振させる。

すなわち、上記制御回路１５５は予め定められた時間（ｗ_１ ，ｔ_１ ）に応じて上記コイル駆動回路１５４を順次駆動し、バッテリー装置２００からフィードバック信号を受信して充電モードに切り換える送信コイル（ＴＣ_１ ，ＴＣ_２ …ＴＣ_ｎ ）を選択する。

上記バッテリー装置２００は、２次コイル２１０、整流器２５１、定電圧／定電流回路２５２、充電状態検出回路２５３、制御回路２５５、無線送信モジュール２２０，２５６を含む。

上記２次コイル２１０は、上記１次コイル（または送信コイル）１１０に磁気的に結合され誘導起電力を発生させる受信コイルである。１次コイル１１０に印加される電力信号が図５のようなパルス列信号（幅がｗ_１ であるパルス）であるので、２次コイル２１０に誘起される誘導起電力も交流電圧パルス列になる。また、１次コイル１１０の駆動モードに従って２次コイル２１０に誘起される交流電圧パルスも図５のように待機モード、充電モード及び緩衝モードのうち何れか一つの形態になる。

上記整流器２５１は、上記２次コイル２１０の出力端に連結され２次コイル２１０により誘起された交流電圧パルスを一定のレベルの直流に平坦化する。

上記定電圧／定電流回路２５２は、所定レベルの直流電圧を利用してバッテリーに充電する定電圧と定電流を生成する。すなわち、バッテリーの初期充電時点では定電流モードを維持し、バッテリーの充電電圧が飽和状態になれば定電圧モードに切り換える。

上記充電状態検出回路２５３は、２次コイルの出力端に誘起される電気的状態、整流器出力端の電気的状態または定電圧／定電流回路の両端電圧のような充電状態を検出する装置である。このように検出された充電状態検出信号は上記制御回路２５５に入力される。

上記制御回路２５５は、一種のマイクロプロセッサであって上記充電状態検出信号のようなモニタリング信号を入力し、このモニタリング信号に基づいて上記定電圧／定電流回路２５２と無線送信モジュール２２０，２５６を制御する。

すなわち、上記制御回路２５５は、上記充電状態検出回路２５３から入力される充電状態検出信号に基づいて１次コイルと２次コイルとのカップリング可否、１次コイルと２次コイルとの位置関係、バッテリーの充電状態（定電流モード、定電圧モード、充電程度など）及び定電圧／定電流回路両端の電圧状態などを把握する。特に、上記制御回路２５５は２次コイルに誘起される交流電圧パルスの下降時点を把握し、上記充電装置１５０に伝送するフィードバック応答信号の送信時点を上記パルスの下降時点に同期化する。

また、上記制御回路２５５は、２次コイル２１０の出力端から制御回路２５５を駆動することができる最小レベルの電流が存在する場合、１次側の充電装置１００に充電開始信号（ＦＲ_１ ，ＦＲ_２ など）（図５参照）をフィードバックする。これによって、充電装置１００の制御回路１５５は現在駆動されている送信コイル１１０が２次コイル２１０と少なくとも一部分カップリングされたと判断し、この情報を内部メモリ（図示せず）に臨時記憶する。

また、上記２次側の制御回路２５５は、バッテリー２６２の充電電流と充電電圧を常時モニタリングし、このモニタリング値を内部メモリ（図示せず）に臨時記憶する。図示しない上記メモリはモニタリングされた充電電流と充電電圧のようなバッテリー充電状態情報だけでなく、バッテリーの仕様情報（製品コード、定格など）も共に記憶する。

また、上記制御回路２５５は、バッテリーの充電状態に応じて定電圧モードと定電流モードを適切に選択して切り換える。

上記無線送信モジュール２５６，２２０は、１次側の充電装置１００に伝送するフィードバック応答信号（充電開始信号または充電状態信号）を送信するアンテナ２２０と、充電状態情報のようなベースバンド信号を変調してフィードバック応答信号を生成する送信回路２５６を含む。

上記定電圧／定電流回路２５２とバッテリー２６２との間にはバッテリーに過電圧や過電流が印加されることを防止するための保護回路（ＰＣＭ）２６１が配置される。この保護回路２６１とバッテリー２６２とは一つの単一バッテリーユニット２６０を構成する。

上述した図４の無接点充電システムの機能的構成は本発明の原理を説明するための一つの実施例に過ぎず、本発明の技術的原理を損傷しない範囲内で多様な変形が可能である。

次に、図５及び図６を参照しながら本発明の望ましい実施例による無接点充電システムの動作を説明する。

まず、説明の便宜のために本実施例の充電装置１００が図２（ａ）のようなコイルアレイ構造（１５個の１次コイルがアンテナコイルの内部にマトリックス構造で配列された形態）を持ち、この充電装置１００の上にバッテリー装置（例えば、セルラーフォン）が図２（ａ）のように置かれたと仮定する。すなわち、図２（ａ）のように、バッテリー装置２００が充電装置１００の送信コイルの中で＃７，＃８，＃９，＃１２，＃１３，＃１４にかけて置かれていると仮定する。

商用交流電源１５１のような外部電源が充電装置１００に印加されれば、充電装置の制御回路１５５が覚めて（ｗａｋｅ−ｕｐ）電力分配回路１５３とコイル駆動回路１５４とを制御することで、送信コイル１１０らを順次ドライブする（Ｓ１０）。このとき、タイマーは図示しないパルス発生器から入力される所定のパルスをカウントし、このカウント情報を制御回路１５５に入力する（Ｓ１５）。

まず、制御回路１５５は、電力分配回路１５３を制御して整流器１５２によって整流された直流電圧を予め定められた時間（ｗ_１ ）第１コイル駆動回路１５４に印加する。すなわち、図５のように第１コイル駆動回路１５４を発振させて送信コイルＴＣ_１ をｗ_１ 時間（例えば、５０ｍｓｅｃ）駆動し、ｔ_１ 時間（例えば、１ｓｅｃ）待機させる（Ｓ２０）。このとき、制御回路１５５は上記ｔ_１ 時間内に２次側のバッテリー装置２００からフィードバック応答信号（充電開始信号）が存在するか否かを判断する（Ｓ２５）。

このとき、２次側のバッテリー装置２００から何れの応答も受信されなければ、上記制御回路１５５は送信コイルＴＣ_１ にカップリングされる２次コイルが存在しないと判断し、第２コイル駆動回路１５４が発振するように電力分配回路１５３を制御する。すなわち、制御回路１５５は送信コイル（またはコイル駆動回路）の番号ｎが１５に到達したか否かを判断し（Ｓ３５）、到達しなかった場合ｎ値を１増加させる（Ｓ４０）。これによって、制御回路１５５から出力される選択信号は第２コイル駆動回路１５４を指示し、上記Ｓ２０と同じく第２コイル駆動回路１５４が発振する。

一方、上記Ｓ２５において２次側のバッテリー装置２００からフィードバック応答信号が存在する場合には、送信コイルＴＣ_１ と少なくとも部分的にカップリングされる２次コイル２１０が存在すると判断して該当する送信コイルの番号（＃１）を内部メモリに臨時記憶し、上記Ｓ３５に進む（Ｓ３０）。

本実施例の場合、図２のように送信コイルＴＣ_１ ないし送信コイルＴＣ_６ が２次コイルと磁気的にカップリングされていない。従って、図５のように送信コイルＴＣ_１ ないし送信コイルＴＣ_６ が駆動される時間にはアンテナコイル１５８に何れのフィードバック応答信号も受信されない。その反面、送信コイルＴＣ_７ ，ＴＣ_８ ，ＴＣ_１２，ＴＣ_１３の場合はバッテリー装置２００の２次コイル２１０と磁気的にカップリングされている。従って、バッテリー装置の２次コイル２１０には誘導起電力が生成され、この誘導起電力によりバッテリー装置の制御回路２５５が駆動される。一方、２次コイル２１０の出力端に生成される誘導起電力も図５のように交流パルスになり、充電状態検出回路２５３はこの交流パルスの下降時点を検出して制御回路２５５に報告する。これによって、制御回路２５５はフィードバック応答信号（ＦＲ_１ ，ＦＲ_２ ，ＦＲ_３ など）を無線送信モジュール２２０，２５６を通じて充電装置１００の無線受信モジュール１５７，１５８に伝送する。図５には送信コイルＴＣ_７ ，ＴＣ_８ ，ＴＣ_１３の待機時間（ｔ_１ ）の間充電装置のアンテナコイル１５８にそれぞれＦＲ_１ ，ＦＲ_２ 及びＦＲ_３ のフィードバック応答信号が受信された状態を示している。

送信コイルＴＣ_１４の場合、物理的にはバッテリー装置とカップリングされているが、バッテリー装置の２次コイル２１０とは磁気的にカップリングされていない。従って、待機モード状態で送信コイルＴＣ_１４が駆動されてもアンテナコイルにはフィードバック応答信号が受信されない。また、送信コイルＴＣ_１２の場合、２次コイル２１０と磁気的に一部カップリングされているが、位置ずれによって２次コイルに誘起される電圧は非常に低いものでしかない。従って、たとえ誘導起電力は生成されるが、バッテリー装置の制御回路２５５が駆動できないのでアンテナコイルには相変らずフィードバック応答信号が受信されない。

このように、制御回路２５５は送信コイルＴＣ_１ ないしＴＣ_１４を順次駆動しながら、バッテリー装置２００からのフィードバック応答信号を待機する。このとき、特定の送信コイルの駆動時にフィードバック応答信号が受信されれば、該当する送信コイルの番号（＃）を内部メモリに臨時記憶する。

一方、上記段階Ｓ３５において、ｎの値が１５に到達すれば、Ｓ４５に進んでフィードバック応答信号を待機する。このとき、フィードバック応答信号が存在すれば、上記Ｓ３０と同じく該当する送信コイルの番号である＃１５を内部メモリに臨時記憶し（Ｓ５０）、フィードバック応答信号が存在しなければ、待機モードを中断し充電モードに切り換える。

すなわち、上記制御回路１５５は上記内部メモリを照会して臨時記憶されている送信コイルの番号（＃７，＃８，＃１３）を判読し、この判読結果に基づいて電力分配回路１５３と充電モード調節回路１５６を制御することで送信コイル（ＴＣ_７ ，ＴＣ_８ ，ＴＣ_１３）を充電モードに切り換え、残りの送信コイルは駆動を中断する（Ｓ５５，Ｓ６０）。

これによって、送信コイル（ＴＣ_７ ，ＴＣ_８ ，ＴＣ_１３）には幅ｗ_２ の駆動パルスが印加され、この送信コイルと磁気的にカップリングされる２次コイル２１０には対応する充電電力パルスが誘起される。このように誘起された充電電力は整流器２５１を経て直流に変換された後、定電圧／定電流回路２５２を経てバッテリー２６２に充電される。このとき、充電状態検出回路２５３はバッテリー２６２に印加される充電電流と充電電圧を検出して制御回路２５５に伝達する。制御回路２５５は上記充電電力パルスの下降時点に図５のような充電状態信号（ＣＳ_１ ，ＣＳ_２ など）を充電装置１００にフィードバックする。

バッテリー装置２００から充電状態信号（ＣＳ_１ ，ＣＳ_２ など）をフィードバック受けた充電装置の制御回路１５５はバッテリーの充電状態に合わせて送信コイル（ＴＣ_７ ，ＴＣ_８ ，ＴＣ_１３）の駆動レベルを調節する。また、充電モードのうちにバッテリーが満充電状態に逹すれば、上記制御回路１５５は充電モード調節回路１５６を制御することで送信コイル（ＴＣ_７ ，ＴＣ_８ ，ＴＣ_１３）の駆動モードを図５のように緩衝モードに切り換える。緩衝モードの駆動パルス（ｗ_３ ）は充電モードの駆動パルス（ｗ_２ ）に比べてそのパルス幅（ｗ_３ ）が非常に小さく、待機モードの駆動パルス（ｗ_１ ）に近似した幅を持つ。

上述したように、本発明の無接点充電システムは、送信コイルアレイを構成する全ての送信コイルを駆動するのではなく、バッテリー装置の受信コイルと磁気的にカップリングされる送信コイルのみを駆動するので、従来のシステムに比べてエネルギー消費量を著しく低減させることができる。また、バッテリー装置の受信コイルと磁気的にカップリングされる送信コイルを検出するために、充電モードに比べて相対的に低い消費電力を持つ予備的な待機モードを運営する。また、送信コイルアレイ内に多数の送信コイルが含まれているので、多数のバッテリー装置を同時に充電させることもできる。

上述した本発明の実施例においては、電力分配回路１５３を整流器１５２とコイル駆動回路１５４との間に配置しているが、電力分配回路を単一のコイル駆動回路と多数の送信コイルとの間に配置することもできる。

また、本発明の実施例の場合、送信コイルの駆動レベルを調節するためにパルス幅変調を使っているが、周波数変調のような他の方法も採択可能である。

上記図４に示した実施例の場合は単一のアンテナコイル１２０がコイルアレイ１１０を全体的に取り囲む構造を持つが、送信コイル（ＴＣ_１ ，ＴＣ_２ 〜ＴＣ_ｎ ）それぞれに対してアンテナコイルをそれぞれ別途で配置することも可能である。

このように、送信コイルとアンテナコイルが一組を成しながらコイルブロックを形成すれば、図５のように送信コイルを順次駆動させながら２次コイルとカップリングされた送信コイルをいちいち探す必要がなくなる。すなわち、図７のように全ての送信コイルを同時に駆動し、２次コイルと磁気的にカップリングを成す送信コイルに対してのみフィードバック信号を受けることが可能になる。この場合、相違なるアンテナコイルに受信されるフィードバック信号を区分するために相違なる周波数を使うか、或いは相違なるコードを使うことができる。

本発明の他の実施例を図７及び図８を参照しながら簡略に説明する。

充電装置１００に外部電源１５１が印加されれば（Ｓ２００）、制御回路１５５は電力分配回路１５３と充電モード調節回路１５６とを制御して送信コイルアレイ１１０を構成する全ての送信コイル（ＴＣ_１ 〜ＴＣ_１５）を待機モードで同時駆動する（Ｓ２０２）。
送信コイル（ＴＣ_１ 〜ＴＣ_１５）から発生された磁場は外部に放射され、２次コイル２１０と磁気的にカップリングされる送信コイル（例えば、ＴＣ_２ ，ＴＣ_８ ）から発生された磁場によって２次コイル２１０の出力端に誘起起電力が生成される。このとき、２次側バッテリー装置２００が送信コイル（ＴＣ_１ 〜ＴＣ_１５）を互いに区分できるように送信コイル（ＴＣ_１ 〜ＴＣ_１５）から放射される信号は、相違なる周波数を持つか、或いは相違なるコードを持つべきである。

２次側のバッテリー装置２００は、２次コイル２１０の出力端に誘起された待機モード電力パルスを分析して誘導起電力を発生させた送信コイルの番号（＃）を決め、この番号に対する情報をフィードバック応答信号として１次側充電装置１００に伝達する。

このとき、１次側充電装置の制御回路１５５は送信コイル（ＴＣ_１ 〜ＴＣ_１５）を待機モードで発振させた後、フィードバック応答信号を待機しながら予め定められた時間（例えば、５０ｍｓｅｃ）を超えたか否かを判断する（Ｓ２０４，Ｓ２０６）。

このとき、予め定められた時間内に２次側のバッテリー装置２００からフィードバック応答信号が受信されれば、この応答信号を分析して２次コイル２１０と磁気的にカップリング（または位置整合）を成す送信コイル（例えば、ＴＣ_２ ，ＴＣ_８ ）を選択する（Ｓ２０８）。

制御回路１５５は、電力分配回路１５３と充電モード調節回路１５６とを制御することで上記で選択された送信コイル（例えば、ＴＣ_２ ，ＴＣ_８ ）の駆動モードを待機モードから充電モードに切り換える（Ｓ２１０）。

上述のように、送信コイルアレイを構成する全ての送信コイルを同時に駆動すれば、待機モードで運営する時間が短くなって無駄な電力消費を低減することができる。

以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。

上述したように、本発明は、充電パッド上に多数の送信コイルをマトリックス状に配置しているので、２次コイルとの位置ずれを事前に予防し、多数の携帯型電子機器を同時に無接点充電することができる。

また、携帯型電子機器側の２次コイルと位置整合を形成している１次コイルのみを選別して駆動可能であるので、エネルギーの無駄使いを画期的に減らすことができる。

図１は、一般的な無接点充電システムの概略斜視図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の望ましい実施例による無接点充電装置の使用状態図である。 図３は、本発明の望ましい実施例による無接点充電装置の他の使用状態図である。 図４は、本発明の望ましい実施例による無接点充電システムの内部機能ブロック図である。 図５は、本発明の一実施例による送信コイルの順次駆動とフィードバック応答信号の相互関係を説明するためのタイミングチャートである。 図６は、本発明の一実施例による無接点充電方法の手順を説明するためのフローチャートである。 図７は、本発明の他の一実施例による送信コイルの同時駆動とフィードバック応答信号の相互関係を説明するためのタイミングチャートである。 図８は、本発明の他の一実施例による無接点充電方法の手順を説明するためのフローチャートである。

Claims (8)

1. 受信コイルを内蔵しているバッテリー装置と磁気的に結合され、無接点でバッテリーを充電する装置であって、該装置は、
   上記受信コイルに充電電力を誘起するために多数の送信コイルを配列している送信コイルアレイと；
   上記送信コイルから放射される信号が互いに区分できるように相違なる周波数を持つか、あるいは相違なるコードを持つように上記送信コイルを同時に予備駆動し、上記バッテリー装置からフィードバックされるフィードバック応答信号を分析して上記受信コイルに誘導起電力を発生させる送信コイルのみを選別し、該選別された送信コイルのみを選別的に駆動するための駆動手段と
   を含むことを特徴とする無接点充電装置。
2. 誘導結合のための２次コイル、データを無線送信するための無線送信モジュール、バッテリーの充電状態を調節する充電制御回路及び再充電可能なバッテリーを含むバッテリー装置と磁気的に結合される装置であって、
   上記２次コイルに充電電力を誘起するために多数の１次コイルを配列している１次コイルアレイと；
   外部の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と；
   上記直流電圧に基づいて上記１次コイルを駆動するための駆動電力を生成するコイル駆動回路と；
   上記無線送信モジュールからフィードバック信号を受けるための無線受信モジュールと；
   上記コイル駆動回路を制御して上記１次コイルから放射される信号が互いに区分できるように相違なる周波数を持つか、あるいは相違なるコードを持つように上記１次コイルを同時に予備駆動し、上記バッテリー装置からフィードバックされるフィードバック応答信号を分析して上記２次コイルに誘導起電力を発生させる１次コイルのみを選別し、該選別された１次コイルのみを選別的に駆動することで上記バッテリーを充電する駆動制御回路と
   を含むことを特徴とする充電電力供給装置。
3. 上記１次コイルアレイは、多数の１次コイルをマトリックス状に配列したことを特徴とする請求項２に記載の充電電力供給装置。
4. 上記１次コイルアレイは、多数の１次コイルが互いにジグザグ（Ｚｉｇ‐Ｚａｇ）状にずれるように配列されることを特徴とする請求項２に記載の充電電力供給装置。
5. 多数の１次コイルが配列されている１次コイルアレイ及び無線受信モジュールを含む１次側充電装置と、上記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル、無線送信モジュール及びバッテリーを含む２次側バッテリー装置からなる無接点充電システムにおけるバッテリー充電方法であって、
   （Ａ）上記１次コイルから、上記１次コイルを互いに区分できるように相違なる周波数を持つか、あるいは相違なるコードを持つ信号を放射するように、上記１次コイルアレイを構成する全ての１次コイルを相対的に短い時間同時に予備駆動する段階と；
   （Ｂ）上記バッテリー装置において上記２次コイルに誘導起電力を発生させた１次コイルを選別し、該選別された情報を上記１次側充電装置に伝達する上記バッテリー装置からのフィードバック応答信号が、予め定められた時間を超えたか否かを判断する段階と；
   （Ｃ）上記予め定められた時間内に受信されたフィードバック応答信号を分析して、上記２次コイルと磁気的にカップリングを成す１次コイルのみを少なくとも一つ以上選別する段階と；
   （Ｄ）上記選別された１次コイルに充電電力を印加することで上記バッテリー装置を充電する段階とを含むことを特徴とする充電方法。
6. 上記フィードバック応答は、上記１次コイルと２次コイルの磁気的なカップリングの程度に応じて決められることを特徴とする請求項５に記載の充電方法。
7. 上記１次コイルを予備駆動する電力は、少なくともバッテリー装置の内部回路を駆動するのに十分な電力であることを特徴とする請求項６に記載の充電方法。
8. 多数の１次コイルが配列されている１次コイルアレイ及び無線受信モジュールを含む第１充電ユニットと、上記１次コイルと磁気的に結合される２次コイル、無線送信モジュールを含む第２充電ユニットと、該第２充電ユニットから充電電圧を提供されるバッテリーからなる無接点充電システムにおいて、
   上記第１充電ユニットは、
   上記２次コイルに充電電力を誘起するために多数の１次コイルを配列している１次コイルアレイと；
   上記１次コイルから放射される信号が互いに区分できるように相違なる周波数を持つか、あるいは相違なるコードを持つように上記１次コイルを同時に待機モードで駆動し、上記第２充電ユニットからフィードバックされるフィードバック応答信号を分析して上記２次コイルに誘導起電力を発生させる１次コイルのみを選別し、該選別された１次コイルのみを選別的に充電モードで駆動するための手段
   とを含み、
   上記第２充電ユニットは、上記２次コイルに内部回路を駆動するのに十分な電圧が誘起されれば、充電開始を知らせるフィードバック信号を生成して上記第１充電ユニットに伝送する手段を含み；
   これにより、上記１次コイルアレイを構成する１次コイルの中で上記２次コイルと位置整合を形成する１次コイルのみを選別的に駆動することを特徴とする無接点充電システム。

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