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技術 無線電力伝送システムにおいてデータストリームの送信を行う装置及び方法

出願人 エルジーエレクトロニクスインコーポレイティド
発明者 パクヨンチョル
出願日 2019年4月16日 (1年8ヶ月経過) 出願番号 2019-552532
公開日 2020年7月27日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-522148
状態 未査定
技術分野 電池等の充放電回路 近接電磁界伝送方式 電話機の機能 電磁波による給配電方式
主要キーワード 基盤フレーム 破損危険 電動ツール キックボード 本フェーズ 動作周波数領域 ウェアラブルデバイス 構成フェーズ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

本発明は、無線電力送信システムにおいて認証を行う装置及び方法に関する。本明細書は、前記対象装置認証機能サポートするか否かに関する指示情報を含む第1パケットを前記対象装置から受信する段階と、前記対象装置が認証機能をサポートする場合、認証要求メッセージを前記対象装置に送信する段階と、前記認証要求メッセージに対する応答として、無線充電に関する証明書(certificate)を含む認証応答メッセージを前記対象装置から受信する段階と、前記認証応答メッセージに基づいて前記対象装置の認証を確認(confirm)する段階とを含む無線電力送信システムにおける認証方法が開示される。

概要

背景

無線電力送信技術は、電源ソース電子機器の間に無線電力を伝達する技術である。一例として、無線電力送信技術は、スマートフォンタブレットなどの無線端末無線充電パッドの上に置くことだけで無線端末機バッテリ充電できるようにすることにより、既存の有線充電コネクタを利用する有線充電環境に比べてより優れた移動性、利便性、及び安全性を提供することができる。無線電力送信技術は、無線端末の無線充電以外にも、電気自動車ブルートゥースイヤホンや3Dメガネなどの各種ウェアラブルデバイス(wearable device)、家電機器家具地中施設物建物医療機器ロボットレジャーなどの多様な分野で既存の有線電力送信環境を代替すると注目されている。

無線電力送信方式は、非接触(contactless)電力送信方式又は無接点(no point of contact)電力送信方式、無線充電(wireless charging)方式ともいう。無線電力送信システムは、無線電力送信方式で電気エネルギーを供給する無線電力送信装置と、前記無線電力送信装置から無線で供給される電気エネルギーを受信してバッテリセルなどの受電装置に電力を供給する無線電力受信装置と、から構成される。

無線電力送信技術は、磁気カップリング(magnetic coupling)により電力を伝達する方式、無線周波数(radio frequency:RF)により電力を伝達する方式、マイクロ波(microwave)により電力を伝達する方式、超音波により電力を伝達する方式などとして多様である。磁気カップリングに基づいた方式は、磁気誘導(magnetic induction)方式と磁気共振(magnetic resonance)方式とにさらに分類される。磁気誘導方式は、送信側のコイルと受信側のコイルの間の電磁結合により送信側コイルバッテリセルから発生させた磁場により受信側コイル誘導される電流を利用してエネルギーを送信する方式である。磁気共振方式は、磁場を利用するという点で磁気誘導方式と類似している。しかしながら、磁気共振方式は、送信側のコイルと受信側のコイルに特定の共振周波数印加されるときに共振が発生し、これにより、送信側と受信側の両端に磁場が集中する現象によりエネルギーが伝達されるという点で磁気誘導とは異なる。

特定の標準技術に従うように実現される無線電力システムは、異物などにより過熱した場合、安全上の問題を解決することができる。ところで、技術標準又は規格に関する製品認証を受けていない非認証製品市場流通されており、これにより、ユーザが危険に露出する恐れがある。従って、無線電力送信装置と無線電力受信装置が無線充電の前後過程で相互に正規品であることを認証(mutual authentication)することにより、安定性信頼性を確保する必要がある。

概要

本発明は、無線電力送信システムにおいて認証を行う装置及び方法に関する。本明細書は、前記対象装置認証機能サポートするか否かに関する指示情報を含む第1パケットを前記対象装置から受信する段階と、前記対象装置が認証機能をサポートする場合、認証要求メッセージを前記対象装置に送信する段階と、前記認証要求メッセージに対する応答として、無線充電に関する証明書(certificate)を含む認証応答メッセージを前記対象装置から受信する段階と、前記認証応答メッセージに基づいて前記対象装置の認証を確認(confirm)する段階とを含む無線電力送信システムにおける認証方法が開示される。

目的

一例として、無線電力送信技術は、スマートフォンやタブレットなどの無線端末を無線充電パッドの上に置くことだけで無線端末機のバッテリを充電できるようにすることにより、既存の有線充電コネクタを利用する有線充電環境に比べてより優れた移動性、利便性、及び安全性を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

無線電力送信装置であって、無線電力受信装置磁気カップリング(magnetic coupling)を形成して前記無線電力受信装置に無線電力を送信するように構成された電力変換ユニット(power conversion unit)と、前記無線電力受信装置との通信に基づいて前記無線電力の送信制御と上位層(high level)データのトランスポート(transport)を行うように構成された通信/制御ユニットとを含み、前記通信/制御ユニットは、前記上位層データのトランスポートに基づいて、一連データパケット(sequence of data packets)を含むデータストリーム(data stream)を前記無線電力受信装置に送信し、前記データストリームは、その前端に前記データストリームの制御に関連した付加データ制御(auxiliary data control)パケットを含むことを特徴とする、無線電力送信装置。

請求項2

前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示のうち前記データストリームの開始(start)を示すことを特徴とする、請求項1に記載の無線電力送信装置。

請求項3

前記データストリームの制御に関連した4種類の指示は、前記データストリームの終了(end)をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の無線電力送信装置。

請求項4

前記データストリームは、前記付加データ制御パケットの次に付加データパケットを含むことを特徴とする、請求項2に記載の無線電力送信装置。

請求項5

前記データストリームの開始を示す前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの長さが1つのパケットより大きい場合に前記データストリームに含まれることを特徴とする、請求項2に記載の無線電力送信装置。

請求項6

無線電力送信装置によるデータトランスポート方法であって、無線電力受信装置と磁気カップリング(magnetic coupling)を形成して前記無線電力受信装置に無線電力を送信する段階と、前記無線電力受信装置との通信に基づいて前記無線電力受信装置への無線電力の送信制御と上位層(high level)データのトランスポート(transport)を行う段階とを含み、前記上位層データのトランスポートを行う段階は、一連のデータパケット(sequence of data packets)を含むデータストリーム(data stream)を前記無線電力受信装置に送信する段階を含み、前記データストリームは、その前端に前記データストリームの制御に関連した付加データ制御(auxiliary data control)パケットを含むことを特徴とする、方法。

請求項7

前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示のうち前記データストリームの開始(start)を示すことを特徴とする、請求項6に記載の方法。

請求項8

前記データストリームの制御に関連した4種類の指示は、前記データストリームの終了(end)をさらに含むことを特徴とする、請求項7に記載の方法。

請求項9

前記データストリームは、前記付加データ制御パケットの次に付加データパケットを含むことを特徴とする、請求項7に記載の方法。

請求項10

前記データストリームの開始を示す前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの長さが1つのパケットより大きい場合に前記データストリームに含まれることを特徴とする、請求項7に記載の方法。

請求項11

無線電力受信装置であって、無線電力送信装置と磁気カップリング(magnetic coupling)を形成して前記無線電力送信装置から無線電力を受信するように構成された電力ピックアップユニット(power pickup unit)と、前記無線電力送信装置との通信に基づいて前記無線電力の送信制御と上位層(high level)データのトランスポート(transport)を行うように構成された通信/制御ユニットとを含み、前記通信/制御ユニットは、前記上位層データのトランスポート基づいて、一連のデータパケット(sequence of data packets)を含むデータストリーム(data stream)を前記無線電力送信装置に送信し、前記データストリームは、その前端に前記データストリームの制御に関連した付加データ制御(auxiliary data control)パケットを含むことを特徴とする、無線電力受信装置。

請求項12

前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示のうち前記データストリームの開始(start)を示すことを特徴とする、請求項11に記載の無線電力受信装置。

請求項13

前記データストリームの制御に関連した4種類の指示は、前記データストリームの終了(end)をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載の無線電力受信装置。

請求項14

前記データストリームは、前記付加データ制御パケットの次に付加データパケットを含むことを特徴とする、請求項12に記載の無線電力受信装置。

請求項15

前記データストリームの開始を示す前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの長さが1つのパケットより大きい場合に前記データストリームに含まれることを特徴とする、請求項12に記載の無線電力受信装置。

請求項16

無線電力受信装置によるデータトランスポート方法であって、無線電力送信装置と磁気カップリング(magnetic coupling)を形成して前記無線電力送信装置から無線電力を受信する段階と、前記無線電力送信装置との通信に基づいて前記無線電力受信装置への無線電力の送信制御と上位層(high level)データのトランスポート(transport)を行う段階とを含み、前記上位層データのトランスポートを行う段階は、一連のデータパケット(sequence of data packets)を含むデータストリーム(data stream)を前記無線電力送信装置に送信する段階を含み、前記データストリームは、その前端に前記データストリームの制御に関連した付加データ制御(auxiliary data control)パケットを含むことを特徴とする、方法。

請求項17

前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示のうち前記データストリームの開始(start)を示すことを特徴とする、請求項16に記載の方法。

請求項18

前記データストリームの制御に関連した4種類の指示は、前記データストリームの終了(end)をさらに含むことを特徴とする、請求項17に記載の方法。

請求項19

前記データストリームは、前記付加データ制御パケットの次に付加データパケットを含むことを特徴とする、請求項17に記載の方法。

請求項20

前記データストリームの開始を示す前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの長さが1つのパケットより大きい場合に前記データストリームに含まれることを特徴とする、請求項7に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、無線電力伝送に関し、より詳細には、無線電力伝送システムにおいてデータストリームの送信を行う装置及び方法に関する。

背景技術

0002

無線電力送信技術は、電源ソース電子機器の間に無線電力を伝達する技術である。一例として、無線電力送信技術は、スマートフォンタブレットなどの無線端末無線充電パッドの上に置くことだけで無線端末機バッテリ充電できるようにすることにより、既存の有線充電コネクタを利用する有線充電環境に比べてより優れた移動性、利便性、及び安全性を提供することができる。無線電力送信技術は、無線端末の無線充電以外にも、電気自動車ブルートゥースイヤホンや3Dメガネなどの各種ウェアラブルデバイス(wearable device)、家電機器家具地中施設物建物医療機器ロボットレジャーなどの多様な分野で既存の有線電力送信環境を代替すると注目されている。

0003

無線電力送信方式は、非接触(contactless)電力送信方式又は無接点(no point of contact)電力送信方式、無線充電(wireless charging)方式ともいう。無線電力送信システムは、無線電力送信方式で電気エネルギーを供給する無線電力送信装置と、前記無線電力送信装置から無線で供給される電気エネルギーを受信してバッテリセルなどの受電装置に電力を供給する無線電力受信装置と、から構成される。

0004

無線電力送信技術は、磁気カップリング(magnetic coupling)により電力を伝達する方式、無線周波数(radio frequency:RF)により電力を伝達する方式、マイクロ波(microwave)により電力を伝達する方式、超音波により電力を伝達する方式などとして多様である。磁気カップリングに基づいた方式は、磁気誘導(magnetic induction)方式と磁気共振(magnetic resonance)方式とにさらに分類される。磁気誘導方式は、送信側のコイルと受信側のコイルの間の電磁結合により送信側コイルバッテリセルから発生させた磁場により受信側コイル誘導される電流を利用してエネルギーを送信する方式である。磁気共振方式は、磁場を利用するという点で磁気誘導方式と類似している。しかしながら、磁気共振方式は、送信側のコイルと受信側のコイルに特定の共振周波数印加されるときに共振が発生し、これにより、送信側と受信側の両端に磁場が集中する現象によりエネルギーが伝達されるという点で磁気誘導とは異なる。

0005

特定の標準技術に従うように実現される無線電力システムは、異物などにより過熱した場合、安全上の問題を解決することができる。ところで、技術標準又は規格に関する製品認証を受けていない非認証製品市場流通されており、これにより、ユーザが危険に露出する恐れがある。従って、無線電力送信装置と無線電力受信装置が無線充電の前後過程で相互に正規品であることを認証(mutual authentication)することにより、安定性信頼性を確保する必要がある。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の技術的課題は、無線電力送信システムにおいてデータストリームの送信を行う装置及び方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一態様によると、無線電力送信装置を提供する。前記装置は、無線電力受信装置と磁気カップリング(magnetic coupling)を形成して前記無線電力受信装置に無線電力を送信するように構成された電力変換ユニット(power conversion unit)と、前記無線電力受信装置との通信に基づいて前記無線電力の送信制御と上位層(high level)データのトランスポート(transport)を行うように構成された通信/制御ユニットとを含む。

0008

一側面において、前記通信/制御ユニットは、前記上位層データのトランスポートに基づいて、一連データパケット(sequence of data packets)を含むデータストリーム(data stream)を前記無線電力受信装置に送信することができる。

0009

他の側面において、前記データストリームは、その前端に前記データストリームの制御に関連した付加データ制御(auxiliary data control)パケットを含むことができる。

0010

さらに他の側面において、前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示のうち前記データストリームの開始(start)を示すことができる。

0011

さらに他の側面において、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示は、前記データストリームの終了(end)をさらに含むことができる。

0012

さらに他の側面において、前記データストリームは、前記付加データ制御パケットの次に付加データパケットを含むことができる。

0013

さらに他の側面において、前記データストリームの開始を示す前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの長さが1つのパケットより大きい場合に前記データストリームに含まれることができる。

0014

本発明の他の態様によると、無線電力送信装置によるデータトランスポート方法を提供する。前記方法は、無線電力受信装置と磁気カップリング(magnetic coupling)を形成して前記無線電力受信装置に無線電力を送信する段階と、前記無線電力受信装置との通信に基づいて前記無線電力受信装置への無線電力の送信制御と上位層(high level)データのトランスポート(transport)を行う段階とを含むことができる。

0015

一側面において、前記上位層データのトランスポートを行う段階は、一連のデータパケット(sequence of data packets)を含むデータストリーム(data stream)を前記無線電力受信装置に送信する段階を含むことができる。

0016

他の側面において、前記データストリームは、その前端に前記データストリームの制御に関連した付加データ制御(auxiliary data control)パケットを含むことができる。

0017

さらに他の側面において、前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示のうち前記データストリームの開始(start)を示すことができる。

0018

さらに他の側面において、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示は、前記データストリームの終了(end)をさらに含むことができる。

0019

さらに他の側面において、前記データストリームは、前記付加データ制御パケットの次に付加データパケットを含むことができる。

0020

さらに他の側面において、前記データストリームの開始を示す前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの長さが1つのパケットより大きい場合に前記データストリームに含まれることができる。

0021

本発明のさらに他の態様によると、無線電力受信装置を提供する。前記装置は、無線電力送信装置と磁気カップリング(magnetic coupling)を形成して前記無線電力送信装置から無線電力を受信するように構成された電力ピックアップユニット(power pickup unit)と、前記無線電力送信装置との通信に基づいて前記無線電力の送信制御と上位層(high level)データのトランスポート(transport)を行うように構成された通信/制御ユニットとを含む。

0022

一側面において、前記通信/制御ユニットは、前記上位層データのトランスポート基づいて、一連のデータパケット(sequence of data packets)を含むデータストリーム(data stream)を前記無線電力送信装置に送信することができる。

0023

他の側面において、前記データストリームは、その前端に前記データストリームの制御に関連した付加データ制御(auxiliary data control)パケットを含むことができる。

0024

さらに他の側面において、前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示のうち前記データストリームの開始(start)を示すことができる。

0025

さらに他の側面において、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示は、前記データストリームの終了(end)をさらに含むことができる。

0026

さらに他の側面において、前記データストリームは、前記付加データ制御パケットの次に付加データパケットを含むことができる。

0027

さらに他の側面において、前記データストリームの開始を示す前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの長さが1つのパケットより大きい場合に前記データストリームに含まれることができる。

0028

本発明のさらに他の態様によると、無線電力受信装置によるデータトランスポート方法を提供する。前記方法は、無線電力送信装置と磁気カップリング(magnetic coupling)を形成して前記無線電力送信装置から無線電力を受信する段階と、前記無線電力送信装置との通信に基づいて前記無線電力受信装置への無線電力の送信制御と上位層(high level)データのトランスポート(transport)を行う段階とを含む。

0029

一側面において、前記上位層データのトランスポートを行う段階は、一連のデータパケット(sequence of data packets)を含むデータストリーム(data stream)を前記無線電力送信装置に送信する段階を含むことができる。

0030

他の側面において、前記データストリームは、その前端に前記データストリームの制御に関連した付加データ制御(auxiliary data control)パケットを含むことができる。

0031

さらに他の側面において、前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示のうち前記データストリームの開始(start)を示すことができる。

0032

さらに他の側面において、前記データストリームの制御に関連した4種類の指示は、前記データストリームの終了(end)をさらに含むことができる。

0033

さらに他の側面において、前記データストリームは、前記付加データ制御パケットの次に付加データパケットを含むことを特徴とする、請求項17に記載の方法。

0034

さらに他の側面において、前記データストリームの開始を示す前記付加データ制御パケットは、前記データストリームの長さが1つのパケットより大きい場合に前記データストリームに含まれることができる。

発明の効果

0035

無線電力送信装置と受信装置の相互間に認証に必須の要素、例えば、無線充電証明書フォーマット認証機能サポートに関する指示情報、認証関連手順と無線充電フェーズ間のタイミング、認証手順及び認証メッセージ、認証手順をサポートする下位レベルプロトコル本願発明により明確に提供されて、高電力の無線充電中にも安定性と信頼性を確保することができる。

図面の簡単な説明

0036

一実施形態による無線電力システム10のブロック図である。
他の実施形態による無線電力システム10のブロック図である。
無線電力送信システムが導入される多様な電子機器の実施形態を示す。
他の実施形態による無線電力送信システムのブロック図である。
無線電力送信手順を説明するための状態遷移図である。
一実施形態による電力制御コントロール方法を示す。
他の実施形態による無線電力送信装置のブロック図である。
他の実施形態による無線電力受信装置を示す。
一実施形態による通信フレーム構造を示す。
一実施形態によるシンクパターンの構造である。
一実施形態によるシェアードモードで無線電力送信装置及び無線電力受信装置の動作状態を示す。
一実施形態による無線充電証明書フォーマットを示すブロック図である。
他の実施形態による無線充電証明書フォーマットを示すブロック図である。
また他の実施形態による無線充電証明書フォーマットを示すブロック図である。
一実施形態による無線電力送信装置の性能パケット構造である。
他の実施形態による無線電力送信装置の性能パケット構造である。
一実施形態による無線電力受信装置の構成パケット構造である。
他の実施形態による無線電力受信装置の構成パケット構造である。
一実施形態による無線電力受信装置が無線電力送信装置の認証(authentication of PTx by PRx)を行うときに送受信されるパケットのシーケンスを示すフローチャートである。
GET_DIGESTSのメッセージ構造の一例である。
GET_DIGESTSのメッセージ構造の他の例である。
DIGESTSが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の一例である。
GET_CERTIFICATEのメッセージ構造の一例である。
証明書(Certificate)が送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の一例である。
無線電力送信装置の認証応答メッセージが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の例である。
CHALLENGEメッセージ構造の一例である。
CHALLENGE_AUTHが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の一例である。
一実施形態による無線電力送信装置が無線電力受信装置の認証(authentication of PRx by PTx)を行うときに送受信されるパケットのシーケンスを示すフローチャートである。
無線電力送信装置が送信するGET_DIGESTSのメッセージ構造の一例である。
無線電力送信装置が送信するGET_CERTIFICATEメッセージ構造の一例である。
無線電力受信装置の証明書(Certificate)が送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の一例である。
無線電力送信装置が送信するCHALLENGEメッセージ構造の一例である。
無線電力受信装置のCHALLENGE_AUTHが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の一例である。
無線電力受信装置の認証応答メッセージが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の例である。
無線電力受信装置の認証応答メッセージが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の他の例である。
他の実施形態による無線電力送信装置が無線電力受信装置の認証(authentication of PRx by PTx)を行うときに送受信されるパケットのシーケンスを示すフローチャートである。
インバンド通信で無線電力受信装置が無線電力送信装置に送信するパケットの構造を示す図である。
インバンド通信で無線電力送信装置が無線電力受信装置に送信するパケットの構造を示す図である。
一実施形態による下位レベルの観点から無線電力受信装置と送信装置との間のパケットの送受信シーケンスを示す図である。
他の実施形態による下位レベルの観点から無線電力受信装置と送信装置との間のパケットの送受信シーケンスを示す図である。
一実施形態による拡張された制御エラーパケットの構造である。
一実施形態による電力送信終了(end power transfer:EPT)パケットの構造である。
一実施形態による拡張された受信電力パケットの構造である。
一実施形態による下位レベルの観点から無線電力受信装置と送信装置との間のパケットの送受信シーケンスを示す図である。
一実施形態によるデータトランスポートを示す図である。
他の実施形態によるデータトランスポートを示す図である。
一実施形態による無線電力受信装置に関するADTデータパケット(ADT_PRx Data Packet)の構造である。
一実施形態による無線電力受信装置に関するADT応答パケット(ADT_PRx Response Packet)の構造である。
一実施形態による無線電力受信装置に関するADT制御パケット(ADT_PRx Control Packet)の構造である。
一実施形態による無線電力送信装置に関するADTデータパケット(ADT_PTx Data Packet)の構造である。
一実施形態による無線電力送信装置に関するADT応答パケット(ADT_PTx Response Packet)の構造である。
一実施形態による無線電力送信装置に関するADT応答/制御パケット(ADT_PTx Response/Control Packet)の構造である。
一実施形態による無線電力送信装置に関するADT制御パケット(ADT_PTx Control Packet)の構造である。
一実施形態によるADTデータパケット記録(write)に関する状態マシン(state mashine)を示すダイアグラムである。
一実施形態によるADTデータパケットの交換のとき、無線電力受信装置と無線電力送信装置の上位レベルと下位レベルの送信シーケンスを説明する図である。
他の実施形態によるADTデータパケットの交換のとき、無線電力受信装置と無線電力送信装置の上位レベルと下位レベルの送信シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態によるADTデータパケットの交換のとき、無線電力受信装置と無線電力送信装置の上位レベルと下位レベルの送信シーケンスを説明する図である。
一実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
他の実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
一実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
他の実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
一実施形態によるADTデータパケットの交換のとき、無線電力送信装置と無線電力受信装置の上位レベルと下位レベルの送信シーケンスを説明する図である。
他の実施形態によるADTデータパケットの交換のとき、無線電力送信装置と無線電力受信装置の上位レベルと下位レベルの送信シーケンスを説明する図である。
一実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
他の実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証要求メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
一実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
他の実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
また他の実施形態による認証応答メッセージに関するADTデータパケットの交換シーケンスを説明する図である。
一実施形態によるGRPの構造である。
一実施形態による無線電力送信装置により開始される電力管理に関する送信シーケンスである。

実施例

0037

以下で用いられる「無線電力」という用語は、物理的な電磁気伝導体を使用せずに無線電力送信装置(wireless power transmitter)から無線電力受信装置(wireless power receiver)に伝達される電場、磁場、電磁場などと関連した任意の形態のエネルギーを意味するように用いられる。無線電力は、無線電力信号(wireless power signal)と呼ばれることもあり、1次コイルと2次コイルにより囲まれる(enclosed)振動する磁束(oscillating magnetic flux)を意味することもある。例えば、移動電話機コードレス電話機、iPod、MP3プレーヤーヘッドセットなどを含むデバイスを無線で充電するためにシステムにおける電力変換がここに説明される。一般に、無線電力送信の基本的な原理は、例えば、磁気カップリング(magnetic coupling)により電力を伝達する方式、無線周波数(radio frequency:RF)により電力を伝達する方式、マイクロウェーブ(microwave)により電力を伝達する方式、超音波により電力を伝達する方式を全て含む。

0038

図1は、一実施形態による無線電力システム10のブロック図である。

0039

図1に示すように、無線電力システム10は、無線電力送信装置(wireless power transmitter)100と無線電力受信装置(wireless power receiver)200を含む。

0040

無線電力送信装置100は、外部の電源ソース(S)から電源が印加されて磁場を発生させる。無線電力受信装置200は、発生した磁場を利用して電流を発生させて無線で電力を受信する。

0041

また、無線電力システム10において無線電力送信装置100と無線電力受信装置200は、無線電力送信に必要な多様な情報を送受信することができる。ここで、無線電力送信装置100と無線電力受信装置200との間の通信は、無線電力送信に利用される磁場を利用するインバンド通信(in-band communication)や別途通信キャリアを利用するアウトバンド通信(out-band communication)のいずれか1つの方式により行われる。

0042

ここで、無線電力送信装置100は、固定型又は移動型で提供される。固定型の例としては、室内の天井や壁面又はテーブルなどの家具に埋め込まれる(embedded)形態、室外駐車場バス停地下鉄駅などにインプラント形式で設置される形態や、車両や汽車などの運送手段に設置される形態などがある。移動型の無線電力送信装置100は、移動可能な重さやサイズの移動型装置ノートパソコンカバーなどの他の装置の一部として実現されることができる。

0043

また、無線電力受信装置200は、バッテリを備える各種電子機器及び電源ケーブルの代わりに無線で電源が供給されて駆動される各種家電機器を含む包括的な概念として解釈されなければならない。無線電力受信装置200の代表的な例として、移動端末(portable terminal)、携帯電話(cellular phone)、スマートフォン(smart phone)、個人情報端末(PDA:Personal Digital Assistant)、携帯型メディアプレーヤー(PMP:Portable Media Player)、ワイブロ端末(Wibro terminal)、タブレット(tablet)、パブレット(pablet)、ノートパソコン(notebook)、デジタルカメラナビゲーション端末テレビ、電気自動車(EV:Electronic Vehicle)などがある。

0044

無線電力システム100において無線電力受信装置200は、1つ又は複数であり得る。図1においては、無線電力送信装置100と無線電力受信装置200が一対一で電力をやりとりすることで表現されているが、図2に示すように、1つの無線電力送信装置100が複数の無線電力受信装置200−1、200−2、...、200−Mに電力を伝達することも可能である。特に、磁気共振方式で無線電力送信を行う場合は、1つの無線電力送信装置100が同時送信方式や時分割送信方式を応用して同時に複数の無線電力受信装置200−1、200−2、...、200−Mに電力を伝達することできる。

0045

また、図1には、無線電力送信装置100が無線電力受信装置200に直接電力を伝達する様子が示されているが、無線電力送信装置100と無線電力受信装置200との間に無線電力送信距離を増大させるためのリレー(relay)又は中継器(repeater)などの別途の無線電力送受信装置が備えられることもできる。この場合、無線電力送信装置100から無線電力送受信装置に電力が伝達され、無線電力送受信装置が再び無線電力受信装置200に電力を伝達することができる。

0046

以下、本明細書で言及される無線電力受信機電力受信機受信機は、無線電力受信装置200を示す。また、本明細書で言及される無線電力伝送機電力伝送機、伝送機は、無線電力受信送信装置100を示す。

0047

図3は、無線電力送信システムが導入される多様な電子機器の実施形態を示す。

0048

図3には、無線電力送信システムで送信及び受信する電力量によって電子機器を分類して示した。図3に示すように、スマート時計(Smart watch)、スマートグラス(Smart Glass)、HMD(Head Mounted Display)、及びスマートリング(Smart ring)などのウェアラブル機器及びイヤホン、リモコン、スマートフォン、PDA、タブレットパソコンなどのモバイル電子機器(又は、ポータブル電子機器)には、小電力(約5W以下又は約20W以下)無線充電方式が適用されることができる。

0049

ノートパソコン、ロボット掃除機、TV、音響機器掃除機モニターなどの中/小型家電機器には中電力(約50W以下又は約200W以下)無線充電方式が適用されることができる。ミキサー電子レンジ電気炊飯器などの厨房用家電機器、車椅子電動キックボード電動自転車、電気自動車などの個人用移動機器(又は、電子機器/移動手段)には大電力(約2kW以下又は22kW以下)無線充電方式が適用されることができる。

0050

前述した(又は、図1に示す)電子機器/移動手段は、後述する無線電力受信機をそれぞれ含むことができる。従って、前述した電子機器/移動手段は、無線電力送信機から無線で電力を受信して充電されることができる。

0051

以下では、電力無線充電方式が適用されるモバイル機器を中心に説明するが、これは、実施形態に過ぎず、本発明による無線充電方法は前述した様々な電子機器に適用できる。

0052

無線電力送信に関する標準(standard)は、WPC(wireless power consortium)、AFA(air fuel alliance)、PMA(power matters alliance)を含む。

0053

WPC標準は、基本電力プロファイル(baseline power profile:BPP)と拡張電力プロファイル(extended power profile:EPP)を定義する。BPPは、5Wの電力送信をサポートする無線電力送信装置と受信装置に関し、EPPは、5Wより大きく30Wより小さい範囲の電力送信をサポートする無線電力送信装置と受信装置に関する。

0054

相異なる電力レベル(power level)を使用する様々な無線電力送信装置と受信装置が、各標準別にカバーされ、相異なる電力クラス(power class:PC)又はカテゴリに分類される。

0055

例えば、WPCは、無線電力送信装置と受信装置を電力クラス(power class:PC)−1、PC0、PC1、PC2に分類し、各PCに対する標準文書を提供する。PC−1標準は、5W未満の保証電力(guaranteed power)を提供する無線電力送信装置と受信装置に関する。PC−1のアプリケーションは、スマート時計のようなウェアラブル機器を含む。

0056

PC0標準は、5Wの保証電力を提供する無線電力送信装置と受信装置に関する。PC0標準は、保証電力が30WまでであるEPPを含む。インバンド(in-band:IB)通信がPC0の必須な(mandatory)通信プロトコルであるが、オプションバックアップチャネルとして使用されるアウトオブバンド(out-of-band:OBB)通信も使用されることができる。無線電力受信装置は、OOBのサポート有無を構成パケット(configuration packe)内のOOBフラグを設定することにより識別することができる。OOBをサポートする無線電力送信装置は、前記構成パケットへの応答として、OOBハンドオーバーのためのビットパターン(bit-pattern)を送信することによりOOBハンドオーバーフェーズ(handover phase)に進入することができる。前記構成パケットに対する応答は、NAK、ND又は新しく定義される8ビットパターンであり得る。PC0のアプリケーションは、スマートフォンを含む。

0057

PC1標準は、30W〜150Wの保証電力を提供する無線電力送信装置と受信装置に関する。OOBは、PC1のための必須の通信チャネルであり、IBは、OOBへの初期化及びリンク確立(link establishment)として使用される。無線電力送信装置は、構成パケットに対する応答として、OOBハンドオーバーのためのビットパターンを送信することによりOOBハンドオーバーフェーズに進入することができる。PC1のアプリケーションはラップトップ電動工具(power tool)を含む。

0058

PC2標準は、200W〜2kWの保証電力を提供する無線電力送信装置と受信装置に関し、そのアプリケーションは厨房家電を含む。

0059

このように、電力レベルによってPCが区別され、同一のPC間の互換性(compatibility)をサポートするか否かは選択又は必須事項である。ここで、同一のPC間の互換性は、同一のPC間には電力送受信が可能であることを意味する。例えば、PCxである無線電力送信装置が同一のPCxを有する無線電力受信装置の充電が可能である場合、同一のPC間の互換性が維持されるとみなすことができる。これと類似して、相異なるPC間の互換性もサポートできる。ここで、相異なるPC間の互換性は、相異なるPC間にも電力送受信が可能であることを意味する。例えば、PCxである無線電力送信装置がPCy を有する無線電力受信装置の充電が可能である場合、相異なるPC間の互換性が維持されるとみなすことができる。

0060

PC間の互換性のサポートは、ユーザ経験(User Experience)及びインフラ構築の側面で非常に重要なイシューである。ただ、PC間の互換性の維持には以下のような様々な技術的な問題点が存在する。

0061

同一のPC間の互換性の場合、例えば、連続的に電力が送信される場合にのみ安定的に充電が可能なラップトップ充電(Lap-top charging)方式の無線電力受信装置は、同一のPCの無線電力送信装置であっても、不連続的に電力を送信する電動ツール方式の無線電力送信装置から電力が安定的に供給されるのに問題があり得る。また、相異なるPC間の互換性の場合、例えば、少なくとも保証電力が200Wである無線電力送信装置は最大保証電力が5Wである無線電力受信装置に電力を送信する場合、過電圧により無線電力受信装置が破損する恐れがある。その結果、PCは互換性を代表/指示する指標/基準にすることが困難である。

0062

以下では、互換性を代表/指示する指標/基準として「プロファイル(profile)」を新しく定義する。すなわち、同一の「プロファイル」を有する無線電力送受信装置間には互換性が維持されて安定的な電力送受信が可能であり、相異なる「プロファイル」を有する無線電力送受信装置間には電力送受信が不可能であると解釈されることができる。プロファイルは、電力クラスと関係なく(又は、独立的に)互換性があるか否か及び/又はアプリケーションによって定義されることができる。

0063

例えば、プロファイルは、i)、モバイル、ii)電動ツール、iii)厨房、及びiv)ウェアラブルの4つに大きく区分される。

0064

「モバイル」プロファイルの場合、PCはPC0及び/又はPC1、通信プロトコル/方式はIB及びOOB、動作周波数は87〜205kHzに定義されることができ、アプリケーションの例示としてはスマートフォン、ラップトップなどがある。

0065

「電動ツール」プロファイルの場合、PCはPC1、通信プロトコル/方式はIB、動作周波数は87〜145kHzに定義されることができ、アプリケーションの例示として電動ツールなどがある。

0066

「厨房」プロファイルの場合、PCはPC2、通信プロトコル/方式はNFC基盤、動作周波数は100kHz未満に定義されることができ、アプリケーションの例示としては厨房/家電機器などがある。

0067

「ウェアラブル」プロファイルの場合、PCはPC−1、通信プロトコル/方式はIB、動作周波数は87〜205kHzに定義されることができ、アプリケーションの例示としてはユーザの身体に着用するウェアラブル機器などがある。

0068

同一のプロファイル間には互換性の維持が必須事項であり、他のプロファイル間の互換性の維持は選択事項であり得る。

0069

前述したプロファイル(モバイルプロファイル、電動ツールプロファイル、厨房プロファイル、及びウェアラブルプロファイル)は、第1ないし第nのプロファイルを一般化して表現されることができ、WPC規格及び実施形態によって新しいプロファイルが追加/代替できる。

0070

このようにプロファイルが定義される場合、無線電力送信装置が自分と同一のプロファイルの無線電力受信装置に対してのみ選択的に電力送信を行って、より安定的に電力送信が可能となる。また、無線電力送信装置の負担が低減し、互換性のない無線電力受信装置への電力送信を試みなくなるため、無線電力受信装置の破損危険が軽減するという効果が発生する。

0071

「モバイル」プロファイル内のPC1は、PC0を基盤にOOBのような選択的拡張借用することにより定義されることができ、「電動ツール」プロファイルの場合、PC1「モバイル」プロファイルが単純に変更されたバージョンとして定義されることができる。また、これまでは同一のプロファイル間の互換性の維持を目的とすると定義されたが、今後は相異なるプロファイル間の互換性維持の方向に技術が発展されることができる。無線電力送信装置又は無線電力受信装置は、多様な方式により自分のプロファイルを相手に知らせることができる。

0072

AFA標準は、無線電力送信装置をPTU(power transmitting unit)と称し、無線電力受信装置をPRU(power receiving unit)と称し、PTUは表1のように複数のクラスに分類され、PRUは表2のように複数のカテゴリに分類される。

0073

0074

0075

表1のように、クラスn PTUの最大出力電力性能(capability)は、当該クラスのPTX_IN_MAX値以上である。PRUは、当該カテゴリで指定された(specified)電力よりも大きな電力を引き出す(draw)ことはできない。

0076

図4は、他の実施形態による無線電力送信システムのブロック図である。

0077

図4に示すように、無線電力送信システム10は、無線で電力を受信するモバイル機器(Mobile Device)450及び無線で電力を送信するベースステーション(Base Station)400を含む。

0078

ベースステーション400は、誘導電力又は共振電力を提供する装置であり、少なくとも1つの無線電力送信装置(power transmitter)100及びシステムユニット405を含むことができる。無線電力送信装置100は、誘導電力又は共振電力を送信し、送信を制御することができる。無線電力送信装置100は、1次コイル(primary coil(s))により磁場を生成することにより、電気エネルギーを電力信号に変換する電力変換ユニット(power conversion unit)110及び適切なレベルで電力を伝達するように無線電力受信装置200との通信及び電力伝達コントロールする通信/制御ユニット(communications & control unit)120を含むことができる。システムユニット405は、入力電力プロビジョニング(provisioning)、複数の無線電力送信装置のコントロール、及びユーザインタフェース制御などのベースステーション100のその他の動作制御を行うことができる。

0079

1次コイルは、交流電力(又は、電圧又は電流)を利用して電磁場を発生させることができる。1次コイルは、電力変換ユニット110から出力される特定の周波数の交流電力(又は、電圧又は電流)が印加されると、これにより特定周波数の磁場を発生させることができる。磁場は、非放射型又は放射型に発生しうるが、無線電力受信装置200は、これを受信して電流を生成する。言い換えると、1次コイルは無線で電力を送信することである。

0080

磁気誘導方式において、1次コイルと2次コイルは任意の適した形態を有することができ、例えば、フェライト又は非晶質金属のような高透磁率形成物周りに巻かれた銅線であり得る。1次コイルは、1次コア(primary core)、1次ワインディング(primary winding)、1次ループアンテナ(primary loop antenna)などと呼ばれることもできる。一方、2次コイルは、2次コア(secondary core)、2次ワインディング(secondary winding)、2次ループアンテナ(secondary loop antenna)、ピックアップアンテナ(pickup antenna)などと呼ばれることもできる。

0081

磁気共振方式を利用する場合、1次コイルと2次コイルはそれぞれ1次共振アンテナと2次共振アンテナの形態で提供される。共振アンテナは、コイルとキャパシタを含む共振構造を有することができる。このとき、共振アンテナの共振周波数は、コイルのインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスにより決定される。ここで、コイルはループの形態で形成されることができる。また、ループの内部にはコアが配置されることができる。コアは、フェライトコア(ferrite core)のような物理的なコアや空芯コア(air core)を含むことができる。

0082

1次共振アンテナと2次共振アンテナとの間のエネルギー送信は、磁場の共振現象により行われることができる。共振現象とは、1つの共振アンテナで共振周波数に該当する近接場が発生するときに周囲に他の共振アンテナが位置する場合、両共振アンテナが互いにカップリングされて共振アンテナ間で高い効率のエネルギー伝達が起こる現象を意味する。1次共振アンテナと2次共振アンテナとの間で共振周波数に該当する磁場が発生すると、1次共振アンテナと2次共振アンテナが互いに共振する現象が発生し、これにより、一般的に1次共振アンテナで発生した磁場が自由空間に放射される場合に比べてより高い効率で2次共振アンテナに向けて磁場が集束され、従って、1次共振アンテナから2次共振アンテナに高い効率でエネルギーが伝達されることができる。磁気誘導方式は、磁気共振方式と同様に実現されるが、このときは磁場の周波数が共振周波数である必要がない。代わりに、磁気誘導方式では1次コイルと2次コイルを構成するループ間整合が必要であり、ループ間の間隔が非常に近接しなければならない。

0083

図示してはいないが、無線電力送信装置1100は、通信アンテナをさらに含むこともできる。通信アンテナは、磁場通信以外の通信キャリアを利用して通信信号を送受信することができる。例えば、通信アンテナは、Wi−Fi、ブルートゥース(Bluetooth)、ブルートゥースLE、ZigBee、NFCなどの通信信号を送受信することができる。

0084

通信/制御ユニット120は、無線電力受信装置200と情報を送受信することができる。通信/制御ユニット120は、IB通信モジュール又はOOB通信モジュールのうち少なくとも1つを含むことができる。

0085

IB通信モジュールは、特定の周波数を中心周波数とする磁波を利用して情報を送受信することができる。例えば、通信/制御ユニット120は、磁波に情報を載せて1次コイルを介して送信するか、又は情報が入っている磁波を1次コイルを介して受信することによりインバンド通信を行うことができる。このとき、二位相偏移変調(BPSK:binary phase shift keying)又は振幅偏移変調ASK:amplitude shift keying)などの変調方式マンチェスター(Manchester)コーディング又は非ゼロ復帰レベル(NZR−L:non-return-to-zero level)コーディングなどのコーディング方式を利用して磁波に情報を入れるか情報が入っている磁波を解析することができる。このようなIB通信を利用すると、通信/制御ユニット120は、数kbpsのデータ送信率で数メートルに至る距離まで情報を送受信することができる。

0086

OOB通信モジュールは、通信アンテナを介してアウトバンド通信を行うこともできる。例えば、通信/制御ユニット120は近距離通信モジュールとして提供されることができる。近距離通信モジュールの例としてはWi−Fi、ブルートゥース、ブルートゥースLE、ZigBee、NFCなどの通信モジュールがある。

0087

通信/制御ユニット120は、無線電力送信装置100の全般的な動作を制御することができる。通信/制御ユニット120は、各種情報演算及び処理を行い、無線電力送信装置100の各構成要素を制御することができる。

0088

通信/制御ユニット120は、ハードウェアソフトウェア、又はこれらの組み合わせを利用して、コンピュータやこれと類似した装置で実現されることができる。ハードウェア的に、通信/制御ユニット120は電気的な信号を処理して制御機能を行う電子回路の形態で提供され、ソフトウェア的には、ハードウェア的な通信/制御ユニット120を駆動させるプログラムの形態で提供されることができる。

0089

通信/制御ユニット120は、動作ポイント(operating point)をコントロールすることにより送信電力をコントロールすることができる。コントロールする動作ポイントは、周波数(又は、位相)、デューティサイクル(duty cycle)、デューティ比(duty ratio)及び電圧振幅の組み合わせに該当することができる。通信/制御ユニット120は、周波数(又は、位相)、デューティサイクル、デューティ比、及び電圧振幅のうち少なくとも1つを調節して送信電力をコントロールすることができる。また、無線電力送信装置100は一定の電力を供給し、無線電力受信装置200が共振周波数をコントロールすることにより受信電力をコントロールすることもできる。

0090

モバイル機器450は、2次コイル(Secondary Coil)を介して無線電力を受信する無線電力受信装置(power receiver)200と、無線電力受信装置200で受信された電力を受けて保存し、機器に供給するロード(load)455を含む。

0091

無線電力受信装置200は、電力ピックアップユニット(power pick-up unit)210及び通信/制御ユニット(communications & control unit)220を含むことができる。電力ピックアップユニット210は、2次コイルを介して無線電力を受信して電気エネルギーに変換する。電力ピックアップユニット210は、2次コイルを介して得られる交流信号整流して直流信号に変換する。通信/制御ユニット220は、無線電力の送信と受信(電力伝達及び受信)を制御する。

0092

2次コイルは、無線電力送信装置100から送信される無線電力を受信することができる。2次コイルは、1次コイルで発生する磁場を利用して電力を受信できる。ここで、特定周波数が共振周波数である場合は、1次コイルと2次コイルとの間に磁気共振現象が発生してより効率的に電力を受信することができる。

0093

図4には示していないが、通信/制御ユニット220は、通信アンテナをさらに含むこともできる。通信アンテナは、磁場通信以外の通信キャリアを利用して通信信号を送受信することができる。例えば、通信アンテナは、Wi−Fi、ブルートゥース、ブルートゥースLE、ZigBee、NFCなどの通信信号を送受信することができる。

0094

通信/制御ユニット220は、無線電力送信装置100と情報を送受信する。通信/制御ユニット220は、IB通信モジュール又はOOB通信モジュールのうち少なくとも1つを含むことができる。

0095

IB通信モジュールは、特定の周波数を中心周波数とする磁波を利用して情報を送受信することができる。例えば、通信/制御ユニット220は、磁波に情報を載せて2次コイルを介して送信するか又は情報が入っている磁波を2次コイルを介して受信することによりIB通信を行うことができる。このとき、二位相偏移変調(BPSK:binary phase shift keying)又は振幅偏移変調(ASK:amplitude shift keying)などの変調方式と、マンチェスター(Manchester)コーディング又は非ゼロ復帰レベル(NZR−L:non-return-to-zero level)コーディングなどのコーディング方式を利用して磁波に情報を入れるか情報が入っている磁波を解析することができる。このようなIB通信を利用すると、通信/制御ユニット220は、数kbpsのデータ送信率で数メートルに至る距離まで情報を送受信することができる。

0096

OBモジュールは、通信アンテナを介してアウトバンド通信を行うこともできる。例えば、通信/制御ユニット220は、近距離通信モジュールとして提供されることができる。

0097

近距離通信モジュールの例としては、Wi−Fi、ブルートゥース、ブルートゥースLE、ZigBee、NFCなどの通信モジュールがある。

0098

通信/制御ユニット220は、無線電力受信装置200の全般的な動作を制御することができる。通信/制御ユニット220は各種の情報の演算及び処理を行い、無線電力受信装置200の各構成要素を制御することができる。

0099

通信/制御ユニット220は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせを利用してコンピュータやこれと類似した装置で実現されることができる。ハードウェア的に、通信/制御ユニット220は電気的な信号を処理して制御機能を行う電子回路の形態で提供され、ソフトウェア的には、ハードウェア的な通信/制御ユニット220を駆動させるプログラムの形態で提供されることができる。

0100

ロード455はバッテリであり得る。バッテリは、電力ピックアップユニット210から出力される電力を利用してエネルギーを保存することができる。一方、モバイル機器450にバッテリが必ず含まれなければならないことはない。例えば、バッテリは、脱着が可能な形態の外部構成で提供できる。他の例としては、無線電力受信装置200に電子機器の多様な動作を駆動する駆動手段がバッテリの代わりに含まれることもできる。

0101

モバイル機器450は無線電力受信装置200を含むと図示され、ベースステーション400は、無線電力送信装置100を含むと図示されているが、広い意味では、無線電力受信装置200はモバイル機器450と同一視されることができ、無線電力送信装置100はベースステーション400と同一視されることもできる。

0102

以下、コイル又はコイル部は、コイル及びコイルに近接した少なくとも1つの素子を含んでコイルアセンブリコイルセル、又はセルと称することもできる。

0103

図5は、無線電力送信手順を説明するための状態遷移図である。

0104

図5に示すように、本発明の一実施形態による無線電力送信装置から受信機へのパワーの送信は、選択フェーズ(selection phase)510、ピングフェーズ(pingphase)520、識別及び構成フェーズ(identification and configuration phase)530、ネゴシエーションフェーズ(negotiation phase)540、補正フェーズ(calibration phase)550、電力送信フェーズ(power transfer phase)560、及び再ネゴシエーションフェーズ(renegotiation phase)570に大別される。

0105

選択フェーズ510は、パワー送信を開始するかパワー送信を維持する間、特定エラー又は特定イベント感知されると、遷移される段階−例えば、図面符号S502、S504、S508、S510、及びS512を含む−であり得る。ここで、特定エラー及び特定イベントは、以下の説明により明確になる。また、選択フェーズ510で無線電力送信装置は、インタフェースの表面に物体が存在するか否かをモニターすることができる。もし、無線電力送信装置がインタフェースの表面に物体が存在することを感知する場合、ピングフェーズ520に遷移することができる。選択フェーズ510で無線電力送信装置は、非常に短いパルスアナログピング(Analog Ping)信号を送信し、送信コイル又は1次コイル(Primary Coil)の電流変化に基づいてインタフェースの表面の活性領域(Active Area)に物体が存在するかを感知することができる。

0106

選択フェーズ510で物体が感知される場合、無線電力送信装置は、無線電力共振回路(例えば、電力送信コイル及び/又は共振コンデンサ)の品質因子を測定することができる。本発明の一実施形態では、選択フェーズ510で物体が感知されると、充電領域に異物とともに無線電力受信装置が置かれているかを判断するために品質因子を測定することができる。無線電力送信装置に備えられるコイルは、環境変化によりインダクタンス及び/又はコイル内の直列抵抗成分が減少することができ、これにより品質因子値が減少することになる。測定された品質因子値を利用して異物が存在するか否かを判断するために、無線電力送信装置は、充電領域に異物が配置されていない状態で予め測定された基準品質因子値を無線電力受信装置から受信することができる。ネゴシエーションフェーズS540で受信された基準品質因子値と測定された品質因子値を比較して異物が存在するか否かを判断することができる。しかしながら、基準品質因子値が低い無線電力受信装置の場合−例えば、無線電力受信装置のタイプ、用途、及び特性などによって特定の無線電力受信装置は低い基準品質因子値を有することができる−、異物が存在する場合に測定される品質因子値と基準品質因子値との間の差が大きくなくて異物が存在するか否かを判断しにくいという問題が発生する。従って、他の判断要素をさらに考慮するか、他の方法を利用して異物が存在するか否かを判断しなければならない。

0107

本発明の他の実施形態では、選択フェーズ510で物体が感知されると、充電領域に異物とともに無線電力受信装置が配置されているかを判断するために特定周波数領域内(例えば、動作周波数領域)の品質因子値を測定することができる。無線電力送信装置のコイルは、環境変化によりインダクタンス及び/又はコイル内の直列抵抗成分が減少し、これにより無線電力送信装置のコイルの共振周波数が変更(シフト)されることができる。すなわち、動作周波数帯域内の最大品質因子値が測定される周波数である品質因子ピーク(peak)周波数が移動されることがある。

0108

フェーズ520で無線電力送信装置は、物体が感知されると、受信機を活性化(Wake up)させ、感知された物体が無線電力受信機であるか否かを識別するためのデジタルピング(Digital Ping)を送信する。ピングフェーズ520で無線電力送信装置は、デジタルピングに対する応答シグナル−例えば、信号強度パケット−を受信機から受信しないと、再び選択フェーズ510に遷移する。また、ピングフェーズ520で無線電力送信装置は、受信機からパワー送信が完了したことを示す信号−すなわち、充電完了パケット−を受信すると、選択フェーズ510に遷移することもできる。

0109

ピングフェーズ520が完了すると、無線電力送信装置は受信機を識別し、受信機の構成及び状態情報収集するための識別及び構成フェーズ530に遷移する。

0110

識別及び構成フェーズ530で無線電力送信装置は、所望しないパケットが受信されるか(unexpected packet)、予め定義された時間の間、所望するパケットが受信されていないか(time out)、パケット送信エラーがあるか、(transmission error)、パワー送信契約が設定されないと(no power transfer contract)、選択フェーズ510に遷移することができる。

0111

無線電力送信装置は、識別及び構成フェーズ530で受信された構成パケット(Configuration packet)のネゴシエーションフィールド(Negotiation Field)値に基づいてネゴシエーションフェーズ540への進入が必要であるか否かを確認することができる。確認の結果、ネゴシエーションが必要である場合、無線電力送信装置はネゴシエーションフェーズ540に進入して所定のFOD検出手順を行うことができる。それに対して、確認の結果、ネゴシエーションが必要でない場合、無線電力送信装置は、直ちに電力送信フェーズ560に進入することもできる。

0112

ネゴシエーションフェーズ540で、無線電力送信装置は、基準品質因子値が含まれたFOD(Foreign Object Detection)状態パケットを受信することができる。または、基準ピーク周波数値が含まれたFOD状態パケットを受信することができる。または、基準品質因子値及び基準ピーク周波数値が含まれた状態パケットを受信することができる。このとき、無線電力送信装置は、基準品質因子値に基づいてFO検出のための品質係数閾値を決定することができる。無線電力送信装置は、基準ピーク周波数値に基づいてFO検出のためのピーク周波数閾値を決定することができる。

0113

無線電力送信装置は、決定されたFO検出のための品質係数閾値及び現在測定された品質因子値(ピングフェーズ以前に測定された品質因子値)を用いて充電領域にFOが存在するか否かを検出でき、FO検出結果に応じて電力送信を制御することができる。一例として、FOが検出された場合、電力送信が中断される可能性があるが、これに限定されない。

0114

無線電力送信装置は、決定されたFO検出のためのピーク周波数閾値及び現在測定されたピーク周波数値(ピングフェーズ以前に測定されたピーク周波数値)を用いて充電領域にFOが存在するか否かを検出でき、FO検出結果に応じて電力送信を制御することができる。一例として、FOが検出された場合、電力送信が中断される可能性があるが、これに限定されない。

0115

FOが検出された場合、無線電力送信装置は、選択フェーズ510に回帰することができる。これに対して、FOが検出されない場合、無線電力送信装置は、補正フェーズ550を経て電力送信フェーズ560に進入することもできる。詳しくは、FOが検出されていない場合、無線電力送信装置は、補正フェーズ550で受信端に受信された電力の強度を決定し、送信端で送信した電力の強度を決定するために受信端と送信端における電力損失を測定することができる。すなわち、無線電力送信装置は、補正フェーズ550で送信端の送信パワーと受信端の受信パワーとの間の差に基づいて電力損失を予測することができる。一実施形態による無線電力送信装置は、予測された電力損失を反映してFOD検出のための閾値を補正することもできる。

0116

電力送信フェーズ560で、無線電力送信装置は、所望しないパケットが受信されるか(unexpected packet)、予め定義された時間の間、所望するパケットが受信されていないか(time out)、設定されたパワー送信契約に対する違反が発生するか(power transfer contract violation)、充電が完了した場合、選択フェーズ510に遷移することができる。

0117

また、電力送信フェーズ560で、無線電力送信装置は、無線電力送信装置の状態変化などによってパワー送信契約を再構成する必要がある場合、再ネゴシエーションフェーズ570に遷移することができる。このとき、再ネゴシエーションが正常に完了すると、無線電力送信装置は電力送信フェーズ560に回帰することができる。

0118

前述したパワー送信契約は、無線電力送信装置と受信機の状態及び特性情報に基づいて設定されることができる。一例として、無線電力送信装置の状態情報は、最大送信可能なパワー量に関する情報、最大収容可能な受信機の数に関する情報などを含むことができ、受信機の状態情報は要求電力に関する情報などを含むことができる。

0119

図6は、一実施形態による電力制御コントロール方法を示す。

0120

図6において、電力送信フェーズ560で、無線電力送信装置100及び無線電力受信装置200は、電力送受信と共に通信を並行することにより伝達される電力の量をコントロールすることができる。無線電力送信装置及び無線電力受信装置は、特定のコントロールポイントで動作する。コントロールポイントは、電力伝達が行われるとき、無線電力受信装置の出力端(output)で提供される電圧及び電流の組み合わせ(combination)を示す。

0121

より詳細に説明すると、無線電力受信装置は、所望するコントロールポイント(desired Control Point)−所望する出力電流/電圧、モバイル機器の特定位置の温度などを選択し、さらに、現在動作している実際のコントロールポイント(actual control point)を決定する。無線電力受信装置は、所望するコントロールポイントと実際のコントロールポイントを使用して、コントロールエラー値(control error value)を算出し、これをコントロールエラーパケットとして無線電力送信装置に送信することができる。

0122

そして、無線電力送信装置は、受信したコントロールエラーパケットを使用して新しい動作ポイント−振幅、周波数、及びデューティサイクル−を設定/コントロールして電力伝達を制御することができる。従って、コントロールエラーパケットは、電力伝達段階で一定時間間隔で送信/受信され、実施形態として無線電力受信装置は、無線電力送信装置の電流を低減しようとする場合は、コントロールエラー値を負の数に、電流を増加させようとする場合は、コントロールエラー値を正の数に設定して送信することができる。このように誘導モードでは、無線電力受信装置がコントロールエラーパケットを無線電力送信装置に送信することにより電力伝達を制御することができる。

0123

以下で説明する共振モードでは、誘導モードとは別の方式で動作することができる。共振モードでは1つの無線電力送信装置が複数の無線電力受信装置を同時にサービングできなければならない。ただ、前述した誘導モードのように電力伝達をコントロールする場合、伝達される電力が1つの無線電力受信装置との通信によりコントロールされるので、追加的な無線電力受信装置に対する電力伝達はコントロールが困難になる可能性がある。従って、本発明の共振モードでは、無線電力送信装置は、基本電力を共通に伝達し、無線電力受信装置が自体の共振周波数をコントロールすることにより受信する電力量をコントロールする方法を使用しようとする。ただ、このような共振モードの動作においても図6で説明した方法が完全に排除されることではなく、追加的な送信電力の制御を図6の方法で行うこともできる。

0124

図7は、他の実施形態による無線電力送信装置のブロック図である。これは、磁気共振方式又はシェアードモード(shared mode)の無線電力送信システムに属することができる。シェアードモードは、無線電力送信装置と無線電力受信装置との間で1対多通信及び充電を行うモードを称する。シェアードモードは、磁気誘導方式又は共振方式で実現される。

0125

図7に示すように、無線電力送信装置700は、コイルアセンブリを覆うカバー720、電力送信機(power transmitting unit)740に電力を供給する電力アダプタ730、無線電力を送信する電力送信機740、又は電力伝達進行及び他の関連情報を提供するユーザインタフェース750のうち少なくとも1つを含むことができる。特に、ユーザインタフェース750は、オプショナルに含まれるか、無線電力送信装置700の他のユーザインタフェース750として含まれることもできる。

0126

電力送信機740は、コイルアセンブリ760、インピーダンスマッチング回路770、インバータ780、通信ユニット790、又は制御ユニット710のうち少なくとも1つを含むことができる。

0127

コイルアセンブリ760は、磁場を生成する少なくとも1つの1次コイルを含み、コイルセルと呼ばれることもできる。

0128

インピーダンスマッチング回路770は、インバータと1次コイルとの間のインピーダンスマッチングを提供することができる。インピーダンスマッチング回路770は、1次コイル電流ブースト(boost)することに適した(suitable)周波数で共振(resonance)を発生させることができる。複数コイル(multi-coil)電力送信機740においてインピーダンスマッチング回路は、インバータから1次コイルのサブセットに信号をルーティングするマルチフレックスを追加で含むこともできる。インピーダンスマッチング回路は、「タンク回路(tank circuit)」と呼ばれることもできる。

0129

インピーダンスマッチング回路770は、キャパシタ、インダクタ、及びこれらの接続をスイッチングするスイッチング素子を含むことができる。インピーダンスマッチングは、コイルアセンブリ760を介して送信される無線電力の反射波を検出し、検出された反射波に基づいてスイッチング素子をスイッチングしてキャパシタやインダクタの接続状態を調整するか、キャパシタのキャパシタンスを調整するか、インダクタのインダクタンスを調整することにより行われることができる。場合によって、インピーダンスマッチング回路770は、省略されて実施されることもでき、本明細書はインピーダンスマッチング回路770が省略された無線電力送信装置700の実施形態も含む。

0130

インバータ780は、DCインプットAC信号に変換することができる。インバータ780は、可変(adjustable)周波数のパルスウェーブ及びデューティサイクルを生成するようにハーフブリッジ又はフルブリッジで駆動されることができる。また、インバータは、入力電圧レベルを調整するように複数のステージを含むこともできる。

0131

通信ユニット790は、電力受信機との通信を行うことができる。電力受信機は、電力送信機に対する要求及び情報を通信するためにロード(load)変調を行う。従って、電力送信機740は、通信ユニット790を使用して電力受信機が送信するデータを復調するために1次コイルの電流及び/又は電圧の振幅及び/又は位相をモニターすることができる。

0132

また、電力送信機740は、通信ユニット790を介してFSK(Frequency Shift Keying)方式などを使用してデータを送信するように出力電力をコントロールすることもできる。

0133

制御ユニット710は、電力送信機740の通信及び電力伝達をコントロールすることができる。制御ユニット710は、前述した動作ポイントを調整して電力送信を制御することができる。動作ポイントは、例えば、動作周波数、デューティサイクル、及び入力電圧のうち少なくとも1つにより決定されることができる。

0134

通信ユニット790及び制御ユニット710は、別個ユニット/素子/チップセットとして備えられるか、1つのユニット/素子/チップセットとして備えられることもできる。

0135

図8は、他の実施形態による無線電力受信装置を示す。これは、磁気共振方式又はシェアードモード(shared mode)の無線電力送信システムに属する。

0136

図8において、無線電力受信装置800は、電力伝達進行及び他の関連情報を提供するユーザインタフェース820、無線電力を受信する電力受信機(power receiving unit)830、ロード回路(load circuit)840、又はコイルアセンブリを支えてカバーするベース850のうち少なくとも1つを含むことができる。特に、ユーザインタフェース820は、オプショナルに含まれるか、電力受信装備の他のユーザインタフェース82として含まれることもできる。

0137

電力受信機830は、電力コンバータ860、インピーダンスマッチング回路870、コイルアセンブリ880、通信ユニット890、又は制御ユニット810のうち少なくとも1つを含むことができる。

0138

電力コンバータ860は、2次コイルから受信するAC電力をロード回路に適した電圧及び電流に変換(convert)することができる。実施形態として、電力コンバータ860は、整流器(rectifier)を含む。整流器は、受信した無線電力を整流して交流から直流に変換できる。整流器は、ダイオードトランジスタを利用して交流を直流に変換し、キャパシタと抵抗を利用してこれを平滑することができる。整流器としては、ブリッジ回路などで実現される全波整流器半波整流器電圧増倍器などが利用される。さらに、電力コンバータは電力受信機の反射(reflected)インピーダンスを適用(adapt)することもできる。

0139

インピーダンスマッチング回路870は、電力コンバータ860及びロード回路870の組み合わせと2次コイルとの間のインピーダンスマッチングを提供することができる。実施形態として、インピーダンスマッチング回路は、電力伝達を強化できる100kHz近傍の共振を発生させることができる。インピーダンスマッチング回路870は、キャパシタ、インダクタ、及びこれらの組み合わせをスイッチングするスイッチング素子で構成されることができる。インピーダンスの整合は、受信される無線電力の電圧値電流値電力値、周波数値などに基づいてインピーダンスマッチング回路870を構成する回路のスイッチング素子を制御することにより行われることができる。場合によって、インピーダンスマッチング回路870は省略されて実施されることもでき、本明細書は、インピーダンスマッチング回路870が省略された無線電力受信装置200の実施形態も含む。

0140

コイルアセンブリ880は、少なくとも1つの2次コイルを含み、オプショナルには磁場から受信機の金属部分をシールド(shield)するエレメント(element)をさらに含むこともできる。

0141

通信ユニット890は、電力送信機に要求(request)及び他の情報を通信するためにロード変調を行うことができる。

0142

このために、電力受信機830は、反射インピーダンスを変更するように抵抗又はキャパシタをスイッチングすることもできる。

0143

制御ユニット810は、受信電力をコントロールすることができる。このために、制御ユニット810は、電力受信機830の実際の動作ポイントと所望する動作ポイントの差を決定/算出することができる。そして、制御ユニット810は、電力送信機の反射インピーダンスの調整及び/又は電力送信機の動作ポイント調整要求を行うことにより実際の動作ポイントと所望する動作ポイントの差を調整/低減する。この差を最小化する場合、最適な電力受信を行うことができる。

0144

通信ユニット890及び制御ユニット810は別個の素子/チップセットとして備えられるか、1つの素子/チップセットとして備えられることもできる。

0145

図9は、一実施形態による通信フレーム構造を示す。これは、シェアードモードでの通信フレーム構造であり得る。

0146

図9に示すように、シェアードモードでは、相異なる形態のフレームが共に使用されることができる。例えば、前記シェアードモードでは、(A)のような複数のスロットを有するスロットフレーム(slotted frame)及び(B)のような特定の形態のないフリーフォーマットフレーム(free format frame)を使用することができる。より具体的に、スロットフレームは、無線電力受信装置200から、無線電力送信装置100に短いデータパケットを送信するためのフレームであり、フリーフォーマットフレームは、複数のスロットを備えないため、長いデータパケットの送信が可能なフレームであり得る。

0147

一方、スロットフレーム及びフリーフォーマットフレームは、当業者により様々な名称に変更されることができる。例えば、スロットフレームはチャネルフレームに、フリーフォーマットフレームはメッセージフレームなどに変更されて名付けられることができる。

0148

より具体的に、スロットフレームは、スロットの開始を示すシンクパターン、測定スロット、9つのスロット及び前記9つのスロットのそれぞれの前に、同一の時間間隔を有する追加的なシンクパターンを含むことができる。

0149

ここで、前記追加的なシンクパターンは、前述したフレームの開始を示すシンクパターンとは異なるシンクパターンである。より具体的に、前記追加的なシンクパターンは、フレームの開始を示すことではなく、隣接したスロット(すなわち、シンクパターンの両側に位置する連続する2つのスロットル)に関する情報を示すことができる。

0150

前記9つのスロットのうち連続する2つのスロット間には、それぞれシンクパターンが位置することができる。この場合、前記シンクパターンは、前記連続して2つのスロットに関する情報を提供する。

0151

また、前記9つのスロット及び前記9つのスロットのそれぞれの前に提供されるシンクパターンは、それぞれ同一の時間間隔を有することができる。例えば、前記9つのスロットは50msの時間間隔を有することができる。また、前記9つのシンクパターンも50msの時間長を有することができる。

0152

一方、(B)のようなフリーフォーマットフレームは、フレームの開始を示すシンクパターン及び測定スロット以外に、具体的な形態を有しない可能性もある。すなわち、前記フリーフォーマットフレームは、前記スロットフレームと異なる役割を行うためのものであり、例えば、前記無線電力送信装置と無線電力受信装置との間に長いデータパケット(例えば、追加所有者情報パケットなど)の通信を行うか、複数のコイルで構成された無線電力送信装置において、複数のコイルのうちいずれか1つのコイルを選択する役割のために使用されることもできる。

0153

以下では、各フレームに含まれたシンクパターン(sync pattern)について図面とともにより具体的に説明する。

0154

図10は、一実施形態によるシンクパターンの構造である。

0155

図10に示すように、シンクパターンは、プリアンブル(preamble)、スタートビット(start bit)、応答フィールド(Resonse field)、タイプフィールド(type field)、情報フィールド(info field)、及びパリティビット(parity bit)で構成される。図10では、スタートビットがZEROに示されている。

0156

より具体的に、プリアンブルは連続するビットで構成され、全部0に設定されることができる。すなわち、プリアンブルは、シンクパターンの時間長を合わせるためのビットである。

0157

プリアンブルを構成するビットの数は、シンクパターンの長さが50msに最も近くなるように、しかしながら、50msを超過しない範囲内で、動作周波数に従属されることができる。例えば、動作周波数が100kHzである場合、シンクパターンは2つのプリアンブルビットで構成され、動作周波数が105kHzである場合、シンクパターンは3つのプリアンブルビットで構成される。

0158

スタートビットは、プリアンブルの次に続くビートであり、ゼロ(ZERO)を意味する。前記ゼロ(ZERO)は、シンクパターンの種類を示すビットであり得る。ここで、シンクパターンの種類は、フレームに関する情報を含むフレームシンク(frame sync)とスロットの情報を含むスロットシンク(slot sync)を含む。すなわち、前記シンクパターンは、連続するフレーム間に位置し、フレームの開始を示すフレームシンクであるか、フレームを構成する複数のスロットのうち連続するスロット間に位置し、前記連続するスロットに関する情報を含むスロットシンクであり得る。

0159

例えば、前記ゼロが0である場合は、該当スロットがスロットとスロットの間に位置したスロットシンクであることを意味し、1である場合は、当該シンクパターンがフレームとフレーム間に位置したフレームシンクであることを意味する。

0160

パリティビットは、シンクパターンの最後のビットであり、シンクパターンのデータフィールド(即ち、応答フィールド、タイプフィールド、情報フィールド)を構成するビットの個数情報を示す。例えば、パリティビットは、シンクパターンのデータフィールドを構成するビットの個数偶数である場合は1、その他の場合(すなわち、奇数の場合)は0になり得る。

0161

応答(Response)フィールドは、シンクパターン以前のスロット内で、無線電力受信装置との通信に対する、無線電力送信装置の応答情報を含むことができる。例えば、応答フィールドは、無線電力受信装置と通信の実行が感知されない場合、「00」を有することができる。また、前記応答フィールドは、無線電力受信装置との通信に通信エラー(communication error)が感知された場合、「01」を有することができる。通信エラーは、2つ又はそれ以上の無線電力受信装置が1つのスロットに接近を試みて、2つ又はそれ以上の無線電力受信装置との間の衝突が発生した場合であり得る。

0162

また、応答フィールドは、無線電力受信装置からデータパケットを正確に受信しているか否かを示す情報を含むことができる。より具体的に、応答フィールドは、無線電力送信装置がデータパケットを拒否(deni)した場合、「10」(10-not acknowledge、NAK)に、無線電力送信装置が前記データパケットを確認(confirm)した場合、「11」(11-acknowledge、ACK)になり得る。

0163

タイプフィールドは、シンクパターンの種類を示す。より具体的に、タイプフィールドは、シンクパターンがフレームの1番目のシンクパターンである場合(すなわち、フレームの1番目のシンクのパターンであって、測定スロットの以前に位置した場合)、フレームシンクであることを示す「1」を有することができる。

0164

また、タイプフィールドは、スロットフレームにおいて、シンクパターンがフレームの1番目のシンクパターンではない場合、スロットシンクであることを示す「0」を有することができる。

0165

また、情報フィールドは、タイプフィールドが示すシンクパターンの種類によってその値の意味が決定される。例えば、タイプフィールドが1である場合(すなわち、フレームシンクを示す場合)、情報フィールドの意味はフレームの種類を示すことができる。すなわち、情報フィールドは、現在のフレームがスロットフレーム(slotted frame)であるか又はフリーフォーマットフレーム(free-format frame)であるかを示す。例えば、情報フィールドが「00」である場合はスロットフレームを示し、情報フィールドが「01」である場合はフリーフォーマットフレームを示す。

0166

それとは異なり、タイプフィールドが0である場合(すなわち、スロットシンクである場合)、情報フィールドはシンクパターンの後ろに位置した次のスロット(next slot)の状態を示すことができる。より具体的に、情報フィールドは、次のスロットが特定(specific)無線電力受信装置に割り当てられた(allocated)スロットである場合は「00」を、特定無線電力受信装置が一時的に使用するために、ロックされているスロットの場合は「01」を、又は任意の無線電力受信装置が自由に使用可能なスロットである場合は「10」を有することができる。

0167

図11は、一実施形態によるシェアードモードで無線電力送信装置及び無線電力受信装置の動作状態を示す。

0168

図11に示すように、シェアードモードで動作する無線電力受信装置は、選択フェーズ(Selection Phase)1100、導入フェーズ(Introduction Phase)1110、設定フェーズ(Configuration Phase)1120、ネゴシエーションフェーズ(Negotiation Phase)1130、及び電力送信フェーズ(Power Transfer Phase)1140のいずれか1つの状態で動作することができる。

0169

まず、一実施形態による無線電力送信装置は、無線電力受信装置を感知するために、無線電力信号を送信することができる。すなわち、無線電力信号を利用して無線電力受信装置を感知する過程をアナログピング(Analogping)ということができる。

0170

一方、無線電力信号を受信した無線電力受信装置は、選択フェーズ1100に進入することができる。選択フェーズ1100に進入した無線電力受信装置は、前述したように、前記無線電力信号上にFSK信号の存在を感知することができる。

0171

すなわち、無線電力受信装置は、FSK信号の有無によってエクスクルーシブモード又はシェアードモードのいずれか1つの方式で通信を行うことができる。

0172

より具体的に、無線電力受信装置は、無線電力信号にFSK信号が含まれている場合はシェアードモードで動作し、そうでない場合はエクスクルーシブモードで動作することができる。

0173

無線電力受信装置がシェアードモードで動作する場合、前記無線電力受信装置は導入フェーズ1110に進入することができる。導入フェーズ1110において、無線電力受信装置は、設定フェーズ、ネゴシエーションフェーズ、及び電力送信フェーズで制御情報パケット(Control Information(CI) packet)を送信するために無線電力送信装置に制御情報パケットを送信することができる。制御情報パケットは、ヘッダ(Header)及び制御に関する情報を有することができる。例えば、制御情報パケットは、ヘッダが0X53であり得る。

0174

導入フェーズ1110において、無線電力受信装置は、制御情報(control information:CI)パケットを送信するためにフリースロット(free slot)を要求する試みを次の構成フェーズ、ネゴシエーションフェーズ、電力送信フェーズにわたって行う。このとき、無線電力受信装置は、フリースロットを選択し、最初のCIパケットを送信する。もし、無線電力送信装置が当該CIパケットにACKで応答すると、無線電力送信装置は構成フェーズに進入する。もし、無線電力送信装置がNACKで応答すると、他の無線電力受信装置が構成及びネゴシエーションフェーズを進行していることである。この場合、無線電力受信装置は、フリースロットの要求を再び試みる

0175

もし、無線電力受信装置がCIパケットに対する応答としてACKを受信すると、無線電力受信装置は、最初のフレームシンクまで残りのスロットシンクをカウントすることによりフレーム内の個人スロット(private slot)の位置を決定する。全ての後続スロット基盤フレームにおいて、無線電力受信装置は当該スロットを介してCIパケットを送信する。

0176

もし、無線電力送信装置が無線電力受信装置に構成フェーズに進行することを許可すると、無線電力送信装置は、無線電力受信装置の排他的使用のためのロックスロット(locked slot)シリーズを提供する。これは、無線電力受信装置が衝突なしに構成フェーズを進行することを確実にする。

0177

無線電力受信装置は、2つの識別データパケット(IDHIとIDLO)のようなデータパケットのシーケンスをロックスロットを使用して送信する。本フェーズを完了すると、無線電力受信装置はネゴシエーションフェーズに進入する。ネゴシエーションフェーズで、無線電力送信装置が無線電力受信装置に排他的使用のためのロックスロットを継続して提供する。これは、無線電力受信装置が衝突なしにネゴシエーションフェーズを進行することを確実にする。

0178

無線電力受信装置は、当該ロックスロットを使用して1つ又はそれ以上のネゴシエーションデータパケットを送信し、これはプロプライエタリデータパケット(proprietary data packet) と混合される可能性がある。結局、当該シーケンスは、特定の要求(specific request(SRQ))パケットと共に終了する。当該シーケンスを完了すると、無線電力受信装置は電力送信フェーズに進入し、無線電力送信装置はロックスロットの提供を中断する。

0179

電力送信状態において、無線電力受信装置は、割り当てられたスロットを使用してCIパケットの送信を行い、電力を受信する。無線電力受信装置は、レギュレータ回路を含むことができる。レギュレータ回路は通信/制御ユニットに含まれることができる。無線電力受信装置は、レギュレータ回路を介して無線電力受信装置の反射インピーダンスを自己調節(self-regulate)することができる。言い換えると、無線電力受信装置は、外部負荷により要求される量のパワーを送信するために反射するインピーダンスを調整することができる。これは、過度な電力の受信と過熱を防止することができる。

0180

シェアードモードにおいて、無線電力送信装置は、受信されるCIパケットに対する応答として電力を調整することを行わないことがあるので(動作モードに応じて)、この場合は過電圧状態を防止するための制御が必要になる。

0181

以下、無線電力送信装置と無線電力受信装置の間の認証(authentication)について開示される。無線電力送信装置と無線電力受信装置は、予め規定された同一の電力送信インタフェースと通信インタフェースにより実現されてこそ相互互換が可能となり、電力伝達が正常に行わるようになる。無線電力送信装置と受信装置が同一の製造社により製造されなくても同一の技術標準又は規格に基づいて製造された場合は相互に互換性を有する。しかしながら、同一の技術標準に従うとしても製造社ごとに実現品質が異なり、また、標準に誠実且つ正確に従わない場合、無線充電が円滑に行われることになる。特に、異物検出(foreign object detection:FOD)と過熱防止機能に問題がある製品の場合は、爆発などの安全事故の危険がある。従って、技術標準を運営する標準化団体は、公認された認証機関により各製造社の無線電力送信装置又は無線電力受信装置が標準技術を正確に従っているか(compliance)と、機器相互運用性(interoperability)が守られているかをテストして正規品を認証するサービスを提供している。

0182

それにもかかわらず、非認証製品が市場で流通していることを根本的に遮断することは現実的に難しいため、既に市場に流通された無線電力送信装置と無線電力受信装置が無線充電の前後過程で互いに正常であることを認証(mutual authentication)することにより安定性と信頼性を確保する必要がある。すなわち、公認された認証機関が製品の発売前に正規品認証を付与することを事前的認証手順と言えば、製品が発売された後に無線充電の動作の過程で製品間に認証手順を行うことを事後的認証手順と言う。例えば、製品間相互認証(mutual authentication)は、インバンド通信チャネルを介して行われることができ、USB−C認証と互換性がある。認証に失敗する場合、無線電力受信装置はユーザに警告し、低電力モード(low power mode)で充電を行うか、電力信号を除去することができる。

0183

本明細書では、標準技術としてWPCのQi標準を例示しているが、本発明の技術的思想はQi標準だけでなく、他の標準に基づく認証の実施形態まで含む。

0184

インバンド通信を使用する無線電力送信システムにUSB−C認証を導入することにおいて、次の表のような性能指標導出される。すなわち、USB−Cは、無線充電認証のための1つのモデルになる。

0185

0186

表3において、PRxは無線電力受信装置を意味し、PTxは無線電力送信装置を意味する。認証は、無線電力受信装置による無線電力送信装置の認証と、無線電力送信装置による無線電力受信装置の認証を含む。

0187

フル認証を使用して無線電力送信装置を認証する場合、最大約3分までの長い時間が必要となりうるが、これは、USB−C証明書の大きなサイズ(large size)と無線電力送信システムが採用する低いビットレート(low bit rate)の通信プロトコルのためである。特に、ユーザが無線充電スポット(spot)を頻繁に変更する公共場所(public venue)においてこのようなフル認証が毎回発生する状況は、ユーザに不便を与える可能性がある。従って、認証に関連したチェーン(chain)又はパケットのサイズをコンパクトに(compact)又は単純に(simplified)定義する必要がある。もちろん、フル認証時間を合理的な時間(60秒以内)に減らしながらもUSB−C認証での128ビットのセキュリティレベル(security level, ECDSAwith SHA256)を維持することが好ましい。もちろん、認証に求められる時間はトラフィックエラーによるデータの反復送信により増加することもある。

0188

以下では、標準技術の認証に使用される証明書(certificate)、認証手順、認証メッセージ、そして認証手順を行う下位レベルの通信プロトコルに関する具体的な実施形態が開示される。以下で説明される全ての認証に関連した通信、プロトコル、メッセージ、パケットなどは、本願明細書に記載された通信及び制御ユニット120、220、通信ユニット790、890により生成、処理、保存、送信、加工できる。

0189

1.無線充電証明書

0190

証明書のチェーンレベルの側面で、証明書チェーン(certificate chain)のレベルが制限されることがある。例えば、証明書チェーンのレベルは3であり得る。最小限のチェーンレベルを運用しても製造社は依然として製品に自社の証明書を発行(issue)することができ、製造社と証明書発行機関(certificate authority:CA)の負担も低減することができる。証明書チェーンとは、2つ又はそれ以上の証明書のシリーズであって、各証明書はチェーン内で以前の証明書(preceding certificate)により署名される。

0191

証明書の種類の側面で、2種類の証明書が無線電力送信装置と受信装置との間に送信されると規定されることができる。ここで、2種類の証明書は、中間証明書(intermediate)とリーフ(leaf)証明書を含むことができる。ルート(root)証明書は、相互認証がサポートされる両者間で同一である。ルート証明書は、証明書チェーン内で最初の証明書として自己署名されたものである(self-signed)。リーフ証明書は証明書チェーンで最後の証明書であり、中間証明書は証明書チェーン内でルート証明書でもなくリーフ証明書でもない証明書である。

0192

証明書のフォーマットの側面で、証明書のフォーマットが、減らされた(reduced)又は単純化(simplified)フォーマットとして規定されることができる。ここで、「減らされた」又は「単純化」フォーマットは、USB−Cの証明書フォーマット(X509v3フォーマット)に比べて無線充電用に減らされた又は単純化されたフォーマットを意味することができる。例えば、中間証明書とリーフ証明書のために単純化された証明書フォーマットは、100バイトより小さくなる(例えば、80バイト)。このとき、ルート証明書は、依然としてUSB−Cの証明書フォーマットに従うことがある。以下では、単純化された証明書フォーマットを無線充電証明書フォーマット又はQi証明書フォーマットということができる。PC1のようにアウトオブバンド(OOB)通信をサポートする無線電力送信システムの場合は、より広い帯域幅を使用することができるため、USB−Cフォーマットによる無線充電証明書が提供できることは言うまでもない。

0193

図12は、一実施形態による無線充電証明書フォーマットを示すブロック図である。

0194

図12に示すように、無線充電証明書フォーマットは、証明書タイプ(certificate type)、証明書長さ(certificate length)、識別情報(ID)、予備ビット(reserved)、公開鍵(public key)及び署名(signature)を含む。

0195

証明書タイプは、例えば、1バイトであって、該当証明書がルート証明書/中間証明書/リーフ証明書のうちいずれか1つであることを示すこともでき、無線電力送信装置に関する証明書又は無線電力受信装置に関する証明書であることを示すこともでき、2つの情報を両方とも示すこともできる。例えば、証明書タイプのビット列b3〜b0が‘0000’bである場合が中間証明書を示し、‘0001’bである場合はリーフ証明書を示す。そして、証明書タイプのビット列b7〜b4が‘0001’bである場合は無線電力送信装置に関する証明書を示し、‘0000’bである場合は無線電力受信装置に関する証明書を示す。従って、証明書タイプのビット列がある特定の値になると、該当証明書は、無線電力送信装置に関するものであってリーフ証明書であることを示すことができる。

0196

証明書の長さは、例えば、2バイトであって、該当証明書の長さをバイト単位で示すことができる。

0197

識別情報は、例えば、6バイトであって、無線電力送信装置の製造社コード又は無線電力受信装置の製造社コードを示すか、WPID(wireless power ID)を示すこともできる。

0198

予備ビットは、例えば、7バイトであり得る。公開鍵は、例えば、32バイトであり得る。署名は、例えば、32バイト又は64バイトであり得る。

0199

図12に示すような無線充電証明書フォーマットに基づいてインバンド通信で認証を行う場合、表4のように相互間のフル認証は1分以内で完了されることができる。

0200

0201

図12は、証明書フォーマットのサイズが80バイトである場合を例示しているが、これは例示に過ぎず、各フィールドが相異なるビット数で定義される実施形態も当業者に自明な事項として本願発明の技術的思想に該当する。

0202

図13Aは、他の実施形態による無線充電証明書フォーマットを示すブロック図である。

0203

図13Aに示すように、無線充電証明書フォーマットは、証明書タイプ(certificate type)、PTx及びリーフ指示子(PTx, Leaf)、証明書長さ(certificate length)、識別情報(ID)、予備ビット(reserved)、公開鍵(public key)、及び署名(signature)を含む。

0204

図13Aの無線充電証明書フォーマット内でPTx及びリーフ指示子は、証明書タイプとは分離されて同一のバイト(B0)内に証明書タイプと相異なるビットに割り当てられる。

0205

証明書タイプは、例えば、6ビットであって、該当証明書がルート証明書/中間証明書/リーフ証明書のうちいずれか1つであることを示すこともでき、無線電力送信装置に関する証明書又は無線電力受信装置に関する証明書であることを示すこともでき、2つの情報を両方とも示すこともできる。

0206

PTx及びリーフ指示子は、該当証明書が無線電力送信装置に関するものであるか否かと共に、リーフ証明書であるか否かを示す。すなわち、PTx及びリーフ指示子は、該当証明書が無線電力送信装置に関するリーフ証明書であるか否かを示すことができる。

0207

PTx及びリーフ指示子は、例えば、2ビットであって、1ビットのPTx指示子と1ビットのリーフ指示子を含む形態で構成される。この場合、PTx指示子は、該当証明書が無線電力送信装置に関するものである場合は1を示し、無線電力受信装置に関するものである場合は0を示す。また、リーフ指示子は、1ビットであって、該当証明書がリーフ証明書に該当する場合は値が1に設定され、リーフ証明書に該当していない場合は値が0に設定されることができる。図13Aは、各ビットが1に設定されているので、該当証明書はPTxリーフ証明書であることを示す。

0208

PTx及びリーフ指示子は、証明書タイプと同一のバイト(B0)内に含まれており、証明書タイプのすぐ隣のビット列に構成され、証明書タイプと相異なるビットに割り当てられる。

0209

証明書長さは、例えば、1バイトであって、該当証明書の長さをバイト単位で示すことができる。

0210

識別情報は、例えば、6バイトであって、無線電力送信装置の製造社コード又は無線電力受信装置の製造社コード(PRx manufacturer code:PRMC)を示すか、WPID(wireless power ID)を示すこともできる。または、証明書タイプ=中間証明書である場合、識別情報は無線電力送信装置の製造社コード又は無線電力受信装置の製造社コードを示し、証明書タイプ=リーフ証明書である場合、識別情報はWPIDを示すこともできる。

0211

予備ビットは、例えば、4バイトであり得る。公開鍵は、例えば、32バイトであり得る。署名は、例えば、64バイトであり得る。

0212

図13Aが同一の無線充電証明書フォーマットに基づいてインバンド通信で認証を行う場合、表5のように相互間のフル認証は60秒以内で完了することができる。

0213

0214

図13Aは、証明書フォーマットのサイズが108バイトである場合を例示しているが、これは例示に過ぎず、各フィールドが相異なるビット数で定義される実施形態も当業者に自明な事項として本願発明の技術的思想に該当する。

0215

商業的な性能要求事項として、認証手順はインバンド通信を使用する環境で応答者(responder)のイニシエータ(initiator)による認証を60秒以内に完了することが好ましい。また、認証手順は、インバンド通信を使用する環境で以前に認証された応答者の保安認知(secure recognition)のためのメカニズムを20秒以内に提供することが好ましい。

0216

図13Bは、また他の実施形態による無線充電証明書フォーマットを示すブロック図である。

0217

図13Bに示すように、無線充電証明書フォーマットは、無線充電標準証明書構造バージョン(Qi Authentication Certificate Structure Version)、予備ビット、PTx及びリーフ指示子(PTx Leaf)、証明書タイプ(certificate type)、署名オフセット(signature offset)、シリアル番号(serial number)、発行者ID(issuer ID)、サブジェクトID(subject ID)、公開鍵(public key)、及び署名(signature)を含む。

0218

無線充電証明書フォーマット内でPTx及びリーフ指示子は、証明書タイプとは分離されて同一のバイト(B0)内に証明書タイプと相異なるビットに割り当てられる。

0219

PTx及びリーフ指示子は、該当証明書が無線電力送信装置に関するものであるか否かと共に、リーフ証明書であるか否かを示す。すなわち、PTx及びリーフ指示子は、該当証明書が無線電力送信装置に関するリーフ証明書であるか否かを示すことができる。

0220

PTx及びリーフ指示子は、図13Aとは異なって1ビットであり得る。PTx及びリーフ指示子が0であると、これは、該当証明書がリーフ証明書ではないことを示すか、無線電力受信装置のリーフ証明書であることを示すことができる。それに対して、PTx及びリーフ指示子が1であると、これは、該当証明書が無線電力送信装置のリーフ証明書であることを示すことができる。

0221

証明書タイプは、例えば、2ビットであって、該当証明書がルート証明書/中間証明書/リーフ証明書のうちいずれか1つであることを示すことができ、これらをすべて示すこともできる。

0222

2.認証機能のサポートに関する指示情報

0223

無線電力送信装置と無線電力受信装置のいずれか1つでも認証機能をサポートしない場合(例えば、既に発売されたレガシー(legacy)製品は新しい認証機能をサポートしないことがある)、結局、これらの間で認証手順は実行できない。すなわち、認証手順が実行されるためには、無線電力送信装置と無線電力受信装置が両方とも認証機能をサポートする必要がある。ところで、認証機能は製品のバージョンによって製造社によってサポートされることも、サポートされないこともあるため、これを確認する手順及びこの手順に使用されるメッセージが要求される。ひいては、無線電力送信装置と受信装置のうちいずれか1つの機器のみの認証機能をサポートし、他の機器はレガシー製品である場合、最小充電機能のための後方互換性(backward compatibility)が満足されなければならない。システムポリシーによって認証をサポートしない機器に対しても5W(又は、それ以下の最小電力、例えば、3W)をサポートしなければならない。

0224

無線電力送信装置は、性能パケット(capability packet)を利用して無線電力受信装置に認証機能をサポートするか否かを知らせることができる(無線電力受信装置による無線電力送信装置の認証(authentication of PTx by PRx)の場合)。一方、無線電力受信装置は、構成パケット(configuration packet)を利用して無線電力送信装置に認証機能をサポートするか否かを知らせることができる(無線電力送信装置による無線電力受信装置の認証(authentication of PRx by PTx)の場合)。以下、認証機能をサポートするか否かに関する指示情報(性能パケットと構成パケット)の構造に関してより詳細に開示する。

0225

図14は、一実施形態による無線電力送信装置の性能パケットの構造である。

0226

図14に示すように、対応するヘッダ(header)値が0X31である性能パケットは、3バイトであって、1番目のバイト(B0)は、電力クラス、保証された電力値(guaranteed power value)を含み、2番目のバイト(B1)は予備(reserved)、潜在的な電力値(potential power value)を含み、3番目のバイト(B2)は予備(reserved)、認証(Auth)、NFCPP、NFCD、WPID、Not REs Sensを含む。具体的に、認証(Auth)は、1ビットであって、例えば、その値が0である場合は当該無線電力送信装置が認証機能をサポートしないことを示し、その値が1である場合は当該無線電力送信装置が認証機能をサポートすることを示すことができる。

0227

図15は、他の実施形態による無線電力送信装置の性能パケットの構造である。

0228

図15に示すように、対応するヘッダ(header)値が0X31である性能パケットは、3バイトであって、1番目のバイト(B0)は、電力クラス、保証された電力値(guaranteed power value)を含み、2番目のバイト(B1)は予備(reserved)、潜在的な電力値(potential power value)を含み、3番目のバイト(B2)は、認証イニシエータ(Authentication Initiator:AI)、認証応答者(Authentication Responder:AR)、予備、WPID、Not REs Sensを含む。具体的に、認証イニシエータは、1ビットであって、例えば、その値が‘1b’である場合は当該無線電力送信装置が認証イニシエータとして動作できることを示す。また、認証応答者は、1ビットであって、例えば、その値が‘1b’である場合は当該無線電力送信装置が認証応答者として動作できることを示す。

0229

図16は、一実施形態による無線電力受信装置の構成パケットの構造である。

0230

図16に示すように、対応するヘッダ(header)値が0X51である構成パケットは、5バイトであって、1番目のバイト(B0)は、電力クラス、最大電力値(maximum power value)を含み、2番目のバイト(B1)は予備(reserved)を含み、3番目のバイト(B2)はProp、予備、ZERO、Countを含み、4番目のバイト(B3)は、ウィンドウサイズ(Window size)、ウインドウオフセットを含み、5番目のバイト(B4)はNeg、極性(polarity)、深さ(Depth)、認証(Auth)、予備を含む。具体的に、認証(Auth)は、1ビットであって、例えば、その値が0である場合は当該無線電力受信装置が認証機能をサポートしないことを示し、その値が1である場合は当該無線電力受信装置が認証機能をサポートすることを示すことができる。

0231

図17は、他の実施形態による無線電力受信装置の構成パケットの構造である。

0232

図17に示すように、対応するヘッダ(header)値が0X51である構成パケットは、5バイトであって、1番目のバイト(B0)は、電力クラス、最大電力値(maximum power value)を含み、2番目のバイト(B1)はAI、AR、予備を含み、3番目のバイト(B2)はProp、予備、ZERO、Countを含み、4番目のバイト(B3)は、ウィンドウサイズ(Window size)、ウインドウオフセットを含み、5番目のバイト(B4)はNeg、極性(polarity)、深さ(Depth)、認証(Auth)、予備を含む。具体的に、認証イニシエータは1ビットであって、例えば、その値が‘1’bである場合は当該無線電力受信装置が認証イニシエータとして動作できることを示す。また、認証応答者は1ビットであって、例えば、その値が‘1b’である場合は当該無線電力受信装置が認証応答者として動作できることを示す。

0233

3.認証関連手順と無線充電フェーズ間のタイミング

0234

認証機能をサポートするか否かを確認する手順と認証手順は、識別及び構成フェーズ(identification and configuration phase)、ネゴシエーションフェーズ、補正フェーズ(calibration phase)、電力送信フェーズ、再ネゴシエーションフェーズ、導入フェーズのうち少なくとも1つ又は複数のフェーズにわたって行われることができる。

0235

一例として、認証手順は、ネゴシエーションフェーズで行われることができる。ところで、ネゴシエーションフェーズでクイック認証を行う場合、インバンド通信でDIGESTSを読み出して確認する過程は約4秒がかかることがある。従って、ユーザの便宜性の側面では、認証が完了した後、充電を開始するよりは、認証の有無と関係なく、認証前でも基本電力で無線充電を提供することが考慮されることができる。これは、認証機能がない機器に対する後方互換性の側面からも好ましい。

0236

他の例として、認証手順は、ネゴシエーションフェーズと電力送信フェーズにわたって行われることができる。識別及び構成フェーズ中にはパケットシーケンス(packet sequence)が厳しく制御され、無線電力受信装置から送信装置への単方向通信のみが許容されるのに対して、ネゴシエーション及び電力送信フェーズ中には両方向の通信が許容される。従って、双方向通信が許容されるネゴシエーション及び電力送信フェーズで認証手順が行われることができる。ネゴシエーションフェーズで、{GET_DIGESTS,CHALLENGE}メッセージを交換する無線電力送信装置又は受信装置によりクイック認証が行われる。そして、確立された信頼(trust)に基づいて電力契約締結されることができる。無線電力送信装置と受信装置がDIGESTSをチェックすることにより初めて互いに会うことになると、システムポリシーに基づいた初期電力契約を確立し、できるだけ早く無線電力受信装置にデフォルト(default)低電力を提供するために電力送信フェーズに進入する。電力送信フェーズ中に、{GET_CERTIFICATE,CHALLENGE}メッセージを交換する無線電力送信装置又は受信装置によりフル認証が行われる。フル認証の完了に成功すると、無線電力送信装置及び/又は受信装置は、電力契約を更新する。

0237

また他の例として、無線電力送信装置と受信装置は、一応認証無しに電力送信フェーズに直ちに進入した後、電力送信フェーズで認証手順を行うことができる。電力送信フェーズで認証が成功すると、再ネゴシエーションフェーズを介して電力契約を更新するか、無線電力送信装置がサポート可能な目標電力(target power)又はフルパワー(full power)を無線電力送信装置/受信装置が所望するレベルでサポートすることができる。従って、ユーザの便宜性が増大する。

0238

また他の例として、無線電力受信装置による無線電力送信装置の認証(authentication of PTx by PRx)の場合、無線電力受信装置は、無線電力送信装置が認証機能をサポートするか否かを確認する手順をネゴシエーションフェーズで行うことができる。この場合、ネゴシエーションフェーズの以前に既に初期の電力契約(initial power contract)に基づいて電力送信が進行中であり得る。ネゴシエーションフェーズで、無線電力受信装置は、クエリパケット(query packet)を送信し、その応答を確認することにより手順に従って無線電力送信装置が認証機能をサポートするか否かを確認することができる。一側面において、クエリパケットは一般要求パケット(general request packet(0x07))であり得るし、この場合、無線電力受信装置が一般要求パケットを無線電力送信装置に送信すると、無線電力送信装置は、図14又は図15のような認証(auth)を含む性能パケットを応答として無線電力受信装置に送信する。他の側面において、クエリパケットは、特定の要求パケット(specific request packet(0x20))であり得るし、この場合、無線電力受信装置が特定の要求パケットを無線電力送信装置に送信すると、無線電力送信装置はACK(認証機能をサポートする場合)又はNACK(認証機能をサポートしない場合)で応答する。ネゴシエーションフェーズで無線電力送信装置が認証機能をサポートすることが確認されると、無線電力受信装置は、当該無線電力送信装置(PC0)と5W以上の電力契約を確立することができる。

0239

無線電力受信装置が無線電力送信装置の認証機能サポートを確認すると、初めて認証手順(authentication procedure)が開始されることができる。より詳しくは、無線電力受信装置は、制御エラーパケット(CEP)を約250msの周期で送信する正常又は安定状態(stable operation point)に到達した以後に、無線電力受信装置は無線電力送信装置と認証手順を行うことができる。電力送信フェーズ中に認証手順は、既存の電力契約を更新(renew)するために使用されることができる。すなわち、無線電力受信装置は、認証手順の結果によって既存の電力契約による電力レベルを増加させるために電力契約を再ネゴシエーションすることができる。この場合、無線電力受信装置は、再ネゴシエーションパケット(renegotiation packet(0x09))を送信することにより電力管理ポリシーによって電力契約を更新することができる。例えば、認証手順(DIGESTとともに)が成功すると、無線電力受信装置は、増加された電力に電力契約を更新するか、現在の電力契約を維持することができる。それに対して、認証手順が失敗すると、無線電力受信装置は、減少した電力に電力契約を更新するか、電力信号を除去することができる。

0240

また他の例として、無線電力送信装置による無線電力受信装置の認証(authentication of PRx by PTx)の場合、無線電力送信装置は、無線電力受信装置が認証機能をサポートするか否かを確認する手順を初期化フェーズ(initialization phase)で行うことができる。ここで、初期化フェーズは、ネゴシエーションフェーズ以前のフェーズ、例えば、選択フェーズ、ピングフェーズ、識別及び設定フェーズのいずれか1つであり得る。初期化フェーズで、無線電力送信装置は、無線電力受信装置が認証機能をサポートするか否かを確認するために、無線電力受信装置から図16又は図17のような認証(auth)を含む構成パケットを受信する。

0241

無線電力送信装置が無線電力受信装置の認証機能のサポートを確認すると、ネゴシエーションフェーズで認証手順(authentication procedure)が開始されることができる。このとき、初期電力契約が締結される。より詳しくは、無線電力送信装置は、無線電力受信装置からDIGESTSの受信を待機する。もし、無線電力受信装置が以前に既に認証されたことを無線電力送信装置が認知すると、認証手順が成功する。もし、無線電力送信装置がDIGESTSを認知(acknowledge)することに失敗すると、無線電力送信装置は、電力送信フェーズ中に認証手順を継続する。電力管理ポリシーによって、無線電力送信装置は、無線電力受信装置と電力契約を確立する。このとき、無線電力送信装置は、DIGESTSとして認証を通過した当該無線電力受信装置(PC0)と5W以上の電力契約を確立することができる。電力送信フェーズ中に認証手順が完了すると、無線電力送信装置は、電力レベルを増加させるために電力契約を再ネゴシエーションすることができる。

0242

電力送信フェーズで無線電力受信装置が制御エラーパケット(CEP、0x03)を約250msの周期で送信する正常又は安定状態(stable operation point)に到達した後に、無線電力送信装置は、無線電力受信装置と認証手順を行うことができる。電力送信フェーズ中に認証手順は、既存の電力契約を更新(renew)するために使用されることができる。すなわち、無線電力受信装置は、認証手順の結果によって既存の電力契約による電力レベルを増加させるために電力契約を再ネゴシエーションすることができる。この場合、無線電力受信装置は、再ネゴシエーションパケット(renegotiation packet(0x09))を送信することにより電力管理ポリシーによって電力契約を更新することができる。例えば、認証手順(DIGESTとともに)が成功すると、無線電力受信装置は、増加された電力に電力契約を更新するか、現在の電力契約を維持することができる。それに対して、認証手順が失敗すると、無線電力受信装置は減少した電力に電力契約を更新するか、電力信号を除去することができる。

0243

4.認証手順及び認証メッセージ

0244

以下では、認証手順(authentication procedure)及び認証手順に使用される各種メッセージに関して開示される。

0245

認証手順で使用されるメッセージを認証メッセージという。認証メッセージは、認証に関する情報を運搬するのに用いられる。認証メッセージには2つのタイプが存在する。1つは認証要求(authentication request)であり、他の1つは認証応答(authentication response)である。認証の要求は認証イニシエータにより送信され、認証応答は認証応答者により送信される。無線電力送信装置と受信装置は両方とも認証イニシエータと認証応答者になることができる。例えば、無線電力送信装置が認証イニシエータである場合は、無線電力受信装置は認証応答者となり、無線電力受信装置が認証イニシエータである場合は、無線電力送信装置が認証応答者になる。

0246

認証要求メッセージは、GET_DIGESTS(例えば、4バイト)、GET_CERTIFICATE(例えば、8バイト)、CHALLENGE(例えば、36バイト)を含む。

0247

認証応答メッセージは、DIGESTS(例えば、4+32バイト)、CERTIFICATE(例えば、4+証明書チェーン(3×512バイト)=1540バイト)、CHALLENGE_AUTH(例えば、168バイト)、ERROR(例えば、4バイト)を含む。

0248

認証メッセージは、認証パケットと呼ばれることもでき、認証データ、認証制御情報と呼ばれることもできる。また、GET_DIGEST、DIGESTSなどのメッセージは、GET_DIGESTパケット、DIGESTパケットなどと呼ばれることもできる。

0249

以下、このような認証メッセージに基づいて無線電力受信装置が無線電力送信装置の認証を行う手順について説明する。

0250

(1)無線電力受信装置による無線電力送信装置の認証(Authentication of PTx by PRx)

0251

無線電力受信装置による無線電力送信装置の認証(authentication of PTx by PRx)がインバンド通信に基づいて動作する場合、各段階別の要求時間は、表6又は表7のようである。

0252

0253

表6は、電力契約(power contract)がネゴシエーションフェーズ中のGET_DIGESTSの結果に基づく場合において、各認証メッセージの要求時間の一例を示す。もし、無線電力受信装置が既に無線電力送信装置に関するDIGESTを知っている場合、GET_CERTIFICATEとCERTIFICATEの送信/受信段階は省略されることができる。また、認証結果に依存して再ネゴシエーションフェーズで電力契約が更新されることができる。

0254

0255

表7は、電力契約(power contract)がネゴシエーションフェーズ中のGET_DIGESTSの結果に基づく場合において、各認証メッセージの要求時間の他の例を示す。もし、無線電力受信装置が既に無線電力送信装置に関するDIGESTを知っている場合、GET_CERTIFICATEとCERTIFICATEの送信/受信段階は省略されることができる。また、認証結果に依存して再ネゴシエーションフェーズで電力契約が更新されることができる。以下では、前記要求時間を満足させるための認証手順に関して開示される。

0256

図18は、一実施形態による無線電力受信装置が無線電力送信装置の認証(authentication of PTx by PRx)を行うときに送受信されるパケットのシーケンスを示すフローチャートである。

0257

図18に示すように、無線電力受信装置は、無線電力送信装置の証明書チェーンDIGESTSを取得又は検索(retrieve)するために、GET_DIGESTSを無線電力送信装置に送信する(S1800)。ここで、REQEST=PTx’s DIGESTに設定される。段階S1800のための先決動作は、無線電力受信装置が無線電力送信装置から受信した性能パケットで認証機能のサポートを確認する動作を含むことができる。無線電力受信装置は、ネゴシエーションフェーズ又は再ネゴシエーションフェーズ中に一般要求パケットを使用してGET_DIGESTSを無線電力送信装置に送信することができる。すなわち、GET_DIGESTSは一般要求パケットに載せられて送信されることができる。

0258

図19は、GET_DIGESTSのメッセージ構造の一例である。図19に示すように、GET_DIGESTSは、例えば、1バイトであって、要求(request)フィールドを含む。要求フィールドは、例えば、無線電力送信装置のDIGESTのヘッダを示すことができる。

0259

図20は、GET_DIGESTSのメッセージ構造の他の例である。図20に示すように、GET_DIGESTSは、例えば、1バイトであって、予備(reserved)とスロット番号(slot number)を含む。スロット番号は、要求された証明書チェーンが保存されるスロットを識別し、例えば、3ビットであり得る。

0260

再び図18において、無線電力送信装置はGET_DIGESTSに対する応答として、DIGESTSを無線電力受信装置に送信する(S1805)。DIGESTSは、認証応答者が証明書チェーンダイジェスト(digests)及びどのスロットが有効な証明書チェーンダイジェスト(digests)を含むかに関するレポートを送信するのに使用される。DIGESTSのパラメータは、証明書チェーンのハッシュ値(hash value)の32バイトであり得る。

0261

図21は、DIGESTSが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法を示す。図21に示すように、DIGESTSパケットは、32バイトのDIGESTSペイロード(payload)、該当パケットがDIGESTSに関するものであることを示す1バイトのヘッダ、当該パケットの長さを示す2バイトのヘッダを含む。一方、無線電力送信装置は、このようなDIGESTSパケットを特定の長さ(例えば、3バイト)の複数の小パケット(small packet)に分割し、小パケットの最後にチェックサムを添加(add)して4バイトのDIGESTS小パケットのシーケンスで送信する。このようなシーケンスの最後の小パケットのサイズは4バイトより小さい可能性がある。小パケットはセグメントと呼ばれることもできる。図21の例示は、1つの認証応答を最大4バイトで構成されるように無線電力送信装置の送信パケットのサイズを限定したものである。このように1つの応答メッセージを小パケットのシリーズに分割することは、無線電力受信装置が送信装置に周期的に(約250ms)送信する(拡張された)制御エラーパケット(CEP)と(拡張された)受信電力パケット(RPP)を送信するタイミングを許容するためであり、これにより、無線電力送信装置の電力送信のための動作点異物感知が効率的に管理されることができる。

0262

再び図18において、もし、無線電力送信装置が既に以前に認証されたことが確認されると(acknowledge)、認証は成功する。もし、無線電力受信装置がDIGESTSを確認しないと、無線電力受信装置は電力送信フェーズ中に認証を継続して行う。段階S1800とS1805は、ネゴシエーション又は再ネゴシエーションフェーズで行われることができる。または、段階S1800とS1805は電力送信フェーズで行われることができる。

0263

次に、無線電力受信装置は、無線電力送信装置の証明書チェーンを得るためにGET_CERTIFICATEを無線電力送信装置に送信する(S1810)。ここで、GET_CERTIFICATEはオフセット(offset)と長さ(length)により設定される。GET_CERTIFICATEは対象証明書チェーンのセグメント(segment)を読み出すために用いられる。

0264

図22は、GET_CERTIFICATEのメッセージ構造の一例である。図22に示すように、GET_CERTIFICATEは、例えば、2バイトであって、オフセット(offset)と長さ(length)フィールドを含むことができる。ここで、オフセットは、証明書チェーンの開始位置から読み出し要求(read request)が開始される位置までのオフセットであり、その指示単位はバイトである(Offset in bytes from the start of the Certificate Chain to where the read request begins)。長さ(length)は、読み出し要求の長さであり、その指示単位はバイトである(Length in bytes of the read request)。例えば、証明書チェーンの開始位置から4バイトを読み出すために、GET_CERTIFICATEのオフセット[11...0]=00bであり、長さ=11bの値を有することができる。

0265

再び図18において、無線電力送信装置はGET_CERTIFICATEに対する応答として、証明書チェーンの少なくとも一部を無線電力受信装置に送信する(S1815)。このとき、証明書チェーンの一部は、バイト単位の長さで開始される時点からオフセットの分だけ以後に開始されるものであり得る。

0266

図23は、証明書(Certificate)が送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の一例である。図23に示すように、無線電力送信装置は、1536バイトの証明書のパケットを送信することにおいて、証明書パケットのオフセット地点から長さ4バイトの分だけの証明書を抽出し、前端には証明書であることを示すヘッダを添加し、後端にはチェックサムを添加して、トータルバイト長の証明書のセグメントを生成して送信する。

0267

図24は、無線電力送信装置の認証応答メッセージが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の例である。図24に示すように、証明書パケット(例えば、1543バイト)は、証明書チェーン(例えば、1540バイト)、証明書であることを指示するヘッダ(例えば、1バイト)、証明書パケットの長さを示すヘッダ(例えば、2バイト)を含むことができる。一方、無線電力送信装置は、このような証明書のパケットを特定の長さ(例えば、3バイト)の複数の小パケット(small packet)に分割し、小パケットの最後にチェックサムを添加(add)して4バイトの証明書小パケットのシーケンスで送信する。この場合、トータル515個のデータの塊(chunk)がそれぞれ送信される。シーケンスの最後の小パケットのサイズは4バイトより小さくなり得る。小パケットはセグメントと呼ばれることもできる。図24の例示は、1つの認証応答を最大4バイトで構成されるように無線電力送信装置の送信パケットのサイズを限定したものである。このように1つの応答メッセージを小パケットのシリーズに分割することは、無線電力受信装置が送信装置に周期的に(約250ms)送信する(拡張された)制御エラーパケット(CEP)と(拡張された)受信電力パケット(RPP)を送信するタイミングを許容するためであり、これにより、無線電力送信装置の電力送信のための動作点と異物感知が効率的に管理されることができる。

0268

再び図18において、必要な場合、無線電力受信装置は、制御エラー(control error:CE)パケット及び/又は受信電力パケット(received power packet:RPP)を無線電力送信装置に送信することができる(S1820)。段階S1810とS1820は、例えば、電力送信フェーズ(power transfer phase)で行われることができる。

0269

以降、無線電力受信装置は、全ての証明書チェーンを読み出すまで、段階S1810からS1820を繰り返して行うことができる。

0270

無線電力受信装置は、CHALLENGEを無線電力送信装置に送信する(S1825)。CHALLENGEは製品の認証を開始(initiate)するために使用される。

0271

図25は、CHALLENGEメッセージ構造の一例である。図25に示すように、CHALLENGEは、例えば、32ビット(4バイト)であって、4つのNonceフィールドを含むことができる。Nonceは、認証イニシエータにより選択される二進ランダム番号(binary random number)である。

0272

再び図18において、無線電力受信装置は、CHALLENGE_AUTHを取得するために無線電力送信装置にGET_CHALLENGE_AUTHを送信する(S1830)。ここで、GET_CHALLENGE_AUTHはオフセット(offset)と長さ(length)により設定されることができる。

0273

無線電力送信装置は、GET_CHALLENGE_AUTHに対する応答として、CHALLENGE_AUTHの一部を無線電力受信装置に送信する(S1835)。このとき、CHALLENGE_AUTHの一部はバイト単位の長さで開始される時点からオフセットの分だけ以後に開始されるものであり得る。

0274

図26は、CHALLENGE_AUTHが送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の一例である。図26に示すように、CHALLENGE_AUTHパケット(例えば、1600バイト)は、証明書チェーンハッシュ(certifiate chain hash)(例えば、32バイト)、Salt(例えば、32バイト)、コンテキストハッシュ(context hash)(例えば、32バイト)、及び署名(signature)(例えば、64バイト)を含むことができる。一方、無線電力送信装置は、GET_CHALLENGE_AUTHで指示されたオフセットと長さに基づいて、このようなCHALLENGE_AUTHパケットをオフセットから特定の長さ(例えば、4バイト)の分だけを抽出し、前端にはCHALLENGE_AUTHパケットであることを示すヘッダを添加し、後端にはチェックサムを添加してトータル6バイト長の証明書のセグメントを生成して送信する。

0275

再び図18において、必要な場合、無線電力受信装置は、制御エラー(control error:CE)パケット及び/又は受信電力パケット(received power packet:RPP)を無線電力送信装置に送信することができる(S1840)。

0276

以降、無線電力受信装置は、全ての証明書チェーンを読み出すまで、段階S1830からS1840を繰り返して行うことができる。

0277

次に、認証メッセージに基づいて無線電力送信装置が無線電力受信装置の認証を行う手順について説明する。

0278

(2)無線電力送信装置による無線電力受信装置の認証(Authentication of PRx by PTx)

0279

無線電力送信装置による無線電力送信装置の認証(authentication of PRx by PTx)がインバンド通信に基づいて動作する場合、各段階別の要求時間は表8又は表9に示すようである。

0280

0281

表8は、電力契約(power contract)がネゴシエーションフェーズ中のGET_DIGESTSの結果に基づく場合において、各認証メッセージの要求時間の一例を示す。もし、無線電力送信装置が既に無線電力受信装置に関するDIGESTを知っている場合、GET_CERTIFICATEとCERTIFICATEの送信/受信段階は省略されることができる。また、認証結果に依存して再ネゴシエーションフェーズで電力契約が更新されることができる。

0282

0283

表9は、電力契約(power contract)がネゴシエーションフェーズ中のGET_DIGESTSの結果に基づく場合において、各認証メッセージの要求時間の一例を示す。もし、無線電力送信装置が既に無線電力受信装置に関するDIGESTを知っている場合、制御エラーパケット送信段階、通信要求段階、GET_CERTIFICATEとCERTIFICATEの送信/受信段階は省略されることができる。また、認証結果に依存して再ネゴシエーションフェーズで電力契約が更新されることができる。以下では、前記要求時間を満足させるための認証手順に関して開示する。

0284

図27は、一実施形態による無線電力送信装置が無線電力受信装置の認証(authentication of PRx by PTx)を行うときに送受信されるパケットのシーケンスを示すフローチャートである。

0285

図27に示すように、無線電力送信装置は、無線電力受信装置から送信されるDIGESTSを受信する(S2700)。DIGESTSは、認証応答者が証明書チェーンダイジェスト(digests)及びどのスロットが有効な証明書チェーンダイジェストを含んでいるかに関するレポートを送信するのに使用される。DIGESTSのパラメータは、証明書チェーンのハッシュ値(hash value)の32バイトであり得る。段階S2700のための先決動作は、無線電力受信装置が無線電力送信装置から受信した性能パケット(capability packet)で認証機能のサポートを確認する動作、無線電力送信装置が無線電力受信装置にGET_DIGESTSを送信する動作を含むことができる。段階S2700は、ネゴシエーション又は再ネゴシエーションフェーズ又は電力送信フェーズで行われることができる。

0286

図28は、無線電力送信装置が送信するGET_DIGESTSのメッセージ構造の一例である。図28に示すように、GET_DIGESTSは、例えば、1バイトであって、要求(request)フィールドを含む。予備(reserved)とスロット番号(slot number)を含む。スロット番号は、要求された証明書チェーンが保存されるスロットを識別し、例えば、3ビットであり得る。

0287

再び図27において、電力送信フェーズ中に無線電力受信装置は、制御エラーパケット又は受信電力パケットを無線電力送信装置に送信する(S2705)。

0288

無線電力送信装置は、制御エラーパケット又は受信電力パケットに対する応答として、通信のための要求を送信する(S2710)。通信のための要求は、例えば、ビットパターン応答であり得る。

0289

無線電力受信装置が通信を行うための要求に対してACKで応答すると(S2715)、無線電力送信装置は、無線電力受信装置の証明書チェーン又はCHALLENGE_AUTH応答を得るためにGET_CERTIFICATEを無線電力受信装置に送信する(S2720)。ここで、GET_CERTIFICATEは、オフセット(offset)と長さ(length)により設定される。GET_CERTIFICATEは、対象証明書チェーンのセグメント(segment)を読み出すのに用いられる。

0290

図29は、無線電力送信装置が送信するGET_CERTIFICATEメッセージ構造の一例である。図29に示すように、GET_CERTIFICATEは、例えば、2バイトであって、オフセット(offset)と長さ(length)フィールドを含むことができる。ここで、オフセットは、証明書チェーンの開始位置から読み出し要求(read request)が開始される位置までのオフセットであり、その指示単位はバイトである(Offset in bytes from the start of the Certificate Chain to where the read request begins)。長さ(length)は、読み出し要求の長さであり、その指示単位はバイトである(Length in bytes of the read request)。例えば、証明書チェーンの開始位置から40バイトを読み出すために、GET_CERTIFICATEのオフセット[7...0]=00bであり、長さ=110000bの値を有することができる。

0291

再び図27において、無線電力受信装置は、GET_CERTIFICATEに対する応答として、証明書チェーンの少なくとも一部を無線電力送信装置に送信する(S2725)。このとき、証明書チェーンの一部は、バイト単位の長さで開始する時点からオフセットの分だけ以後に開始されるものであり得る。

0292

図30は、無線電力受信装置の証明書(Certificate)が送信される物理的パケット構造とこれを送信する方法の一例である。図30に示すように、無線電力受信装置は、1536バイトの証明書のパケットを送信することにおいて、証明書パケットのオフセット地点から長さ40バイトの分だけの証明書を抽出し、前端には証明書であることを示すヘッダ(例えば、1バイト)を添加し、後端にはチェックサム(例えば、1バイト)を添加してトータル42バイト長の証明書のセグメントを生成して送信する。

0293

再び図27において、無線電力送信装置は、全ての証明書チェーンを読み出すまで、段階S2710からS2725を繰り返して行うことができる。

0294

必要な場合、無線電力受信装置は、制御エラー(control error:CE)パケット及び/又は受信電力パケット(received power packet:RPP)を無線電力送信装置に送信することができる(S2730)。

0295

無線電力送信装置は、制御エラーパケット又は受信電力パケットに対する応答として、通信のための要求を送信する(S2735)。通信のための要求は、例えば、ビットパターン応答であり得る。

0296

無線電力受信装置が通信を行うための要求に対してACKで応答すると(S2740)、無線電力送信装置はCHALLENGE[n]を無線電力受信装置に送信する(S2745)。CHALLENGEは製品の認証を開始(initiate)するために使用される。

0297

図31は、無線電力送信装置が送信するCHALLENGEメッセージ構造の一例である。図31に示すように、CHALLENGEは、例えば、32ビット(4バイト)であって、4つのNonceフィールドを含むことができる。Nonceは、認証イニシエータにより選択される二進ランダム番号(binary random number)である。無線電力送信装置は、8つのCHALLENGEパケットを送信することにより、トータル32バイトのNonceを無線電力受信装置に提供することができる。

0298

再び図27において、無線電力送信装置は、無線電力受信装置からACKを受信した後、CHALLENGEを全て送信するまで、段階S2735からS2750を繰り返して行うことができる。

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