KR101299858B1 - Electromagnetic coupled resonance type wirelessly power transmission system for supplying an electric power to a sensor attached on rotating spindle - Google Patents

Electromagnetic coupled resonance type wirelessly power transmission system for supplying an electric power to a sensor attached on rotating spindle Download PDF

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KR101299858B1
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Abstract

복수 개의 수전코일에서 수신한 고주파 전력을 효율적으로 합치는 것은 물론, 정류부의 효율성을 향상시키고, 약화된 전력을 보상할 수 있는, 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템이 소개된다.
본 발명의 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템은, 회전체; 상기 회전체 근방에 설치되며, 전원 공급부로부터 고주파 전력을 공급받아 이를 송신하는 복수 개의 송전코일; 상기 회전체의 외주면에 결합되어 상기 송전코일로부터 전자기 감응 공명 방식으로 전력을 수신받는 복수 개의 수전코일;상기 수전코일에서 수신한 고주파 전력을 클램핑하는 클램핑부와, 고주파 전력을 DC 전압으로 정류하는 정류부를 포함하되, 상기 회전체 내부에 설치되어 상기 복수 개의 수전코일에 각각 연결되는 복수 개의 전력 수신부; 및 상기 복수 개의 전력 수신부에서 수신한 DC 전압을 합쳐 출력하는 DC 전압 출력부를 포함하되, 상기 복수 개의 전력 수신부에서 각각 정류된 복수 개의 DC 전압은 모두 직렬로 연결되어 합쳐지고, 합쳐진 전압을 일정하게 유지할 수 있도록 전압 안정화 회로가 더 설치된 것을 특징으로 한다.An electromagnetic sensitive resonance type wireless power transmission system using a rotating body capable of efficiently combining high frequency power received from a plurality of faucet coils, as well as improving the efficiency of the rectifier and compensating the weakened power, is introduced.
The wireless power transmission system of the electromagnetic sensitive resonance method using the rotating body of the present invention, the rotating body; A plurality of power transmission coils installed near the rotating body and receiving high frequency power from a power supply unit and transmitting the high frequency power; A plurality of power receiving coils coupled to an outer circumferential surface of the rotating body to receive electric power from the power transmission coil in an electromagnetic sensitive resonance method; a clamping unit clamping the high frequency power received from the power receiving coil, and a rectifying unit rectifying the high frequency power to a DC voltage A plurality of power receivers installed in the rotating body and connected to the plurality of faucet coils; And a DC voltage output unit configured to output the sum of the DC voltages received by the plurality of power receivers, wherein the plurality of DC voltages rectified by the plurality of power receivers are all connected in series, and the sum of the voltages is kept constant. It is characterized in that the voltage stabilization circuit is further installed.

Description

회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템 {ELECTROMAGNETIC COUPLED RESONANCE TYPE WIRELESSLY POWER TRANSMISSION SYSTEM FOR SUPPLYING AN ELECTRIC POWER TO A SENSOR ATTACHED ON ROTATING SPINDLE}ELECTROMAGNETIC COUPLED RESONANCE TYPE WIRELESSLY POWER TRANSMISSION SYSTEM FOR SUPPLYING AN ELECTRIC POWER TO A SENSOR ATTACHED ON ROTATING SPINDLE}

본 발명은 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 회전체에 설치된 복수 개의 수전코일에서 수신하는 고주파 전력을 효율적으로 합치면서 정류 효율을 향상시킴과 동시에, 수신된 전력이 약화될 때 이를 보상할 수 있는, 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless power transmission system of electromagnetic sensitive resonance method using a rotating body, and more particularly, to improve the rectification efficiency while efficiently combining high frequency power received from a plurality of power receiving coils installed in the rotating body, The present invention relates to a wireless power transmission system of electromagnetic sensitive resonance method using a rotating body, which can compensate for received power weakened.

최근 하이브리드 자동차 및 전기 자동차가 등장하면서, 무선 전력 송수신 방법에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, with the advent of hybrid vehicles and electric vehicles, research on wireless power transmission and reception methods has been actively conducted.

전기 자동차는 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는바, 배터리에 충전된 전기로 모터를 회전시켜 자동차를 구동시킨다. 이는 배터리의 무거운 중량, 충전에 소요되는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가, 최근 공해 문제의 심각성으로 다시 개발되어 상용화 단계에 이르고 있다.An electric vehicle uses an electric battery and an electric motor, and the electric vehicle is driven by rotating the motor with electricity charged in the battery. This has not been put to practical use due to the heavy weight of the battery, the time required for charging, etc., but has recently been re-developed due to the seriousness of the pollution problem and has reached the commercialization stage.

또한, 하이브리드 자동차는 전기 모터와 내부 연소 엔진 모두를 사용하는 자동차인데, 이는 내연 엔진과 전기자동차의 배터리 엔진 모두를 장착하여 기존의 일반 차량에 비해 연비 및 유해가스 발생량을 줄인 자동차이다. 이러한 하이브리드 자동차 역시 전기에너지를 배터리에 충전시켜 사용함으로써 가솔린 연료 사용량을 부분적으로 대체하고 있는데, 가솔린 엔진과 전기 엔진의 장점만을 결합해 운전하면서 도로와 주변 환경에 걸맞게 자동으로 가솔린 엔진과 전기 엔진 변환이 가능하도록 설계되어 있다.In addition, a hybrid vehicle uses an electric motor and an internal combustion engine, which is equipped with both an internal combustion engine and an electric vehicle battery engine, thereby reducing fuel consumption and harmful gas generation compared to conventional vehicles. These hybrid cars also partially replace gasoline fuel usage by charging and using electric energy in batteries, which combines the advantages of gasoline engines and electric engines, automatically converting gasoline engines and electric engines to suit the road and surroundings. It is designed to be possible.

종래 하이브리드 자동차 및 전기자동차의 배터리는 유선 플러그를 사용하여 케이블로 전력을 전달함으로써 충전한바, 이는 전기자동차를 주차장에 세우고 전력을 공급할 수 있는 유선 케이블을 자동차의 배터리 플러그에 연결하여 전기를 충전하는 방식이다.Batteries of conventional hybrid vehicles and electric vehicles are charged by using a wired plug to transfer power to a cable. This is a method of charging an electric vehicle by connecting a wired cable to a car's battery plug to set up an electric vehicle in a parking lot and supply power. to be.

이러한 방식은 반드시 사람이 케이블을 직접 연결시켜 주어야 하는 번거로움이 있는바, 이를 해결하기 위하여, 무선 전력 송수신 방법에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 오고 있는데, 이러한 무선 전력 송수신 방법은 크게 자계 커플링 방식, 전자계 방사 방식 및 유전체 공진기를 사용하는 자계 커플링 방식으로 나뉘어진다.In this method, it is cumbersome that a person must directly connect a cable. To solve this problem, research on a wireless power transmission and reception method has been continuously conducted, and the wireless power transmission and reception method is largely based on a magnetic field coupling method. It is divided into an electromagnetic field emission method and a magnetic field coupling method using a dielectric resonator.

자계 커플링 방식은 코일을 여러 번 감아서 고주파수의 전류를 코일에 흘려주면 한 방향으로 강하게 자계가 유기되는데, 비슷한 주파수에서 공진하는 코일이 아주 근접하게 되면 커플링이 일어나면서 전력이 전송되는 방식인바, 이러한 자계 커플링 방식은 전송 효율이 아주 나빠서 아주 근접한 거리에서만 전력 전송이 가능하고, 각도가 조금만 틀어져도 전송이 어렵다는 단점이 있다.Magnetic field coupling method winds the coil several times and flows the high frequency current to the coil, and the magnetic field is strongly induced in one direction.When the coil resonating at the similar frequency is very close, the coupling occurs and the power is transmitted. However, this magnetic coupling method has a disadvantage in that transmission efficiency is very poor, so that power transmission is possible only at a very close distance, and transmission is difficult even when the angle is slightly changed.

전자계 방사 방식은, 모노 폴이나 혼 안테나 등 안테나를 이용하여 신간에 따라 변화하는 전계와 자계가 서로 영향을 주면서 방사가 일어나는 방식인데, 이러한 방식은 같은 주파수의 안테가나 있을 경우 입사파의 극 특성에 맞게 전력을 수신할 수는 있으나, 모든 방향으로 전력을 전송하므로 전력 전송 효율이 매우 낮고, 방사 전력이 증가되면 인체에 영향을 줄 수 있는 단점이 있다.Electromagnetic radiation method uses the antenna such as monopole or horn antenna to emit radiation while the electric field and magnetic field that change according to the new time affect each other, and this method affects the polar characteristics of the incident wave when the antenna of the same frequency is present. The power can be properly received, but since the power is transmitted in all directions, the power transmission efficiency is very low, and when the radiated power is increased, it may affect the human body.

유전체 공진기를 사용하는 자계 커플링 방식은 자계 커플링 방식보다 다소 먼 거리 전력 전송이 가능하고, 효율적인 무선 전력 전송 방식이지만, 비싼 유전체 공진기를 제작, 사용하여야 하고, 커플링 코일 공진기 방식에 비하여 전송 효율이 다소 떨어지는 단점이 있다.Magnetic coupling using dielectric resonator is far more efficient than the magnetic coupling, and it is an efficient wireless power transmission method. However, expensive dielectric resonator must be manufactured and used, and transmission efficiency is higher than that of coupling coil resonator. This has the disadvantage of falling somewhat.

이러한 단점들을 보완된 것이 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 송수신 방법이다.Complementing these disadvantages is a wireless power transmission and reception method of electromagnetic sensitive resonance.

한국공개특허 제10-2011-0068621호에는 "전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치 및 그 방법"이 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-2011-0068621 discloses "a wireless power charging device and method for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle by electromagnetic sensitive resonance".

이는, 주파수가 동일한 무선전력송수신 장치를 이용하여, 전자기 감응 공명에 의해 전력을 송수신함으로써, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차이 배터리를 자동 충전하는 장치 및 방법에 관한 것인바,
This relates to an apparatus and method for automatically charging a battery by an electric vehicle or a hybrid vehicle by transmitting and receiving power by electromagnetic sensitive resonance using a wireless power transmission and reception device having the same frequency.

한편, 회전체 센서에 전력을 공급하는 방식은 크게 접촉식인 슬립링 방식과, 비접촉식인 인덕션 방식으로 나뉘어진다.On the other hand, the method of supplying power to the rotating body sensor is largely divided into a contact type slip ring method and a non-contact induction method.

도 1에 도시된 바와 같이, 슬립링 방식은, 회전체(1)가 회전할 때, 전원 공급부(5)에서 공급되는 전력이 브러쉬(2)를 통하여 전도체 링(3)에 접촉함으로써 전력이 전달된다.As shown in FIG. 1, in the slip ring method, when the rotating body 1 rotates, electric power transmitted from the power supply unit 5 comes into contact with the conductor ring 3 through the brush 2. do.

회전체(1)에는 전력 수신부(4)와 센서가 부착되어 있으며, 회전체(1) 회전시 전력 수신부(4) 및 센서도 함께 회전하게 된다. 전도체 링(3)은 센서에 전력을 전달하는 전력 수신부(4)와 연결되며, 결과적으로 전원 공급부(5)에서 공급된 전력은 브러쉬(2), 전도체 링(3)을 거쳐 전력 수신부(4)에 전력을 전달하게 되는 것이다.The power receiver 4 and the sensor are attached to the rotor 1, and the power receiver 4 and the sensor also rotate together when the rotor 1 rotates. The conductor ring 3 is connected to a power receiver 4 which delivers power to the sensor, and consequently the power supplied from the power supply 5 is passed through the brush 2 and the conductor ring 3 to the power receiver 4. To deliver power.

그러나, 이러한 방식은 회전체가 상하로 불규칙하게 요동치는 움직이게 되면, 브러쉬(2)와 전도체 링(3)의 접촉이 불안정하게 되는바, 실질적으로 회전체에 적용하기 어렵다는 단점이 있다.However, this method has a disadvantage in that the contact between the brush 2 and the conductor ring 3 becomes unstable when the rotor rotates up and down irregularly, and thus is difficult to apply to the rotor substantially.

도 2에 도시된 바와 같이, 인덕션 방식은 외부 고정 코일(7)이 외부 지지대에 고정 설치되어 있고, 내부 회전 코일(8)은 회전체에 절연체로 고정 설치되어 있는바, 회전체(9)가 회전하면 내부 회전 코일(8)이 함께 회전되는 구조이다.As shown in FIG. 2, the induction method is provided in which the external fixing coil 7 is fixed to the external support, and the internal rotating coil 8 is fixed to the rotor by an insulator. When rotating, the internal rotating coil 8 rotates together.

인덕션 방식은, 회전체(9)가 회전할 때, 전원 공급부(6)에서 전력이 외부 고정 코일(7)로 공급되는바, 외부 고정 코일(7)로부터 내부 회전 코일(8)로 전력이 전송된다.Induction method, the electric power is supplied to the external fixed coil 7 from the power supply unit 6 when the rotating body 9 rotates, the power is transmitted from the external fixed coil 7 to the internal rotary coil 8. do.

결과적으로, 전원 공급부(6)에서 공급되는 전력은 외부 고정 코일(7), 내부 회전 코일(8)을 거쳐 전력 수신부에 전력을 전달하게 되는 것이다. 이러한 방식은, 전력을 무선으로 전송하는 회부 고정 코일(7)과 내부 회전 코일(8) 간의 간격이 수 cm 이내여서 내부 회전 코일(8)이 고정되는 회전체(9)가 상하로 불규칙하게 수십 cm 이상 요동치며 움직일 경우, 내부 회전 코일(8)이 외부 고정 코일(7)에 부딪혀 파손되는 문제가 발생하므로, 실질적으로 회전체에 적용이 어렵다는 단점이 있다.As a result, the power supplied from the power supply unit 6 transfers power to the power receiver via the external fixed coil 7 and the internal rotary coil 8. In this manner, the interval between the external fixed coil 7 and the internal rotary coil 8 that transmits power wirelessly is within several cm so that the rotating body 9 to which the internal rotary coil 8 is fixed is irregularly doped up and down. In the case of oscillating more than cm, the internal rotary coil 8 hits the external stationary coil 7 and causes a problem of breakage.

이러한 단점을 해결하기 위하여, 회전체의 요동에 영향을 받지 않고, 회전체의 간섭을 받지 않는 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템에 관한 연구, 개발이 진행되고 있는데, 본 발명자가 연구, 개발하고 있는 것은 회전체에 3개의 수전코일을 설치하여, 회전체의 회전 방향과 무관하게 지속적으로 무선으로 전력을 송수신할 수 있는 전자기 감응 공명을 이용한 무선 전력 송수신 방법에 관한 것이다.
In order to solve this disadvantage, the research and development of the electromagnetic sensitive resonance wireless power transmission system that is not affected by the rotation of the rotating body, the interference of the rotating body is in progress, the present inventors The present invention relates to a wireless power transmission / reception method using electromagnetic sensitive resonance capable of continuously transmitting and receiving power wirelessly regardless of the rotation direction of the rotating body by installing three faucet coils in the rotating body.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 무선 전력 전송에서 사용되는 송전코일(S)에서 송신된 고주파 전력 신호는 수전코일(R)에서 수신하게 되는바, 클램핑 회로는 제1콘덴서(C1)와 다이오드(D)로 구성되어 있으며, 정류부는 제1인덕터(L)와 제2콘덴서(C2)로 구성되어 있다.On the other hand, as shown in Figure 3, the high-frequency power signal transmitted from the power transmission coil (S) used in the conventional wireless power transmission is received by the power receiving coil (R), the clamping circuit and the first capacitor (C1) It consists of the diode (D), and the rectifying part is comprised from the 1st inductor (L) and the 2nd capacitor (C2).

송전코일(S)에서 고주파 전력 신호를 송신하면, 수전코일(R)에서 무선 전력을 수신하게 되고, 수전코일(R)로 수신된 고주파 전력은 제1콘덴서(C1)와 다이오드(D)를 거치면서 클램핑되며, 정류부에서 제1인덕터(L)와 제2콘덴서(C2)를 거치면서, DC 전압으로 정류된다.When the high frequency power signal is transmitted from the power transmission coil S, the wireless power is received by the power receiving coil R, and the high frequency power received by the power receiving coil R passes through the first capacitor C1 and the diode D. While being clamped, the rectifier is rectified to a DC voltage while passing through the first inductor L and the second capacitor C2.

이러한 종래의 고주파 정류기는 1개의 수전코일(R)에 대하여 사용 가능한 정류기인데, 이는 회전체에 복수 개의 수전코일(R)을 설치하여, 전자기 감응 공명 방식으로 전력을 송수신 하는 경우에는 사용될 수 없는바, 종래 고주파 정류기는 DC 정류부에 제1인덕터(L)만 사용됨으로써, 정류 효율이 저하되는 문제점이 있었다.Such a conventional high frequency rectifier is a rectifier that can be used for one faucet coil (R), which cannot be used when a plurality of faucet coils (R) are installed on a rotating body to transmit and receive power in an electromagnetic sensitive resonance method. In the conventional high frequency rectifier, since only the first inductor L is used in the DC rectifying unit, there is a problem that the rectifying efficiency is lowered.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as adhering to the prior art already known to those skilled in the art.

한국공개특허 제10-2011-0068621호Korean Patent Publication No. 10-2011-0068621

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 회전체 설치되는 복수 개의 수전코일에서 수신한 고주파 전력을 효율적으로 합치는 것은 물론, 정류부의 효율성을 향상시키고, 약화된 전력을 보상할 수 있는, 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention to effectively combine the high frequency power received from the plurality of power receiving coils installed in the rotating body to solve the conventional problems, as well as to improve the efficiency of the rectifier, and to compensate for the weakened power, the rotating body It is an object of the present invention to provide a wireless power transmission system of electromagnetic sensitive resonance method using.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템은, 회전체; 상기 회전체 근방에 설치되며, 전원 공급부로부터 고주파 전력을 공급받아 이를 송신하는 복수 개의 송전코일; 상기 회전체의 외주면에 결합되어 상기 송전코일로부터 전자기 감응 공명 방식으로 전력을 수신받는 복수 개의 수전코일; 상기 수전코일에서 수신한 고주파 전력을 클램핑하는 클램핑부와, 고주파 전력을 DC 전압으로 정류하는 정류부를 포함하되, 상기 회전체 내부에 설치되어 상기 복수 개의 수전코일에 각각 연결되는 복수 개의 전력 수신부; 및 상기 복수 개의 전력 수신부에서 수신한 DC 전압을 합쳐 출력하는 DC 전압 출력부를 포함하되, 상기 복수 개의 전력 수신부에서 각각 정류된 복수 개의 DC 전압은 모두 직렬로 연결되어 합쳐지고, 합쳐진 전압을 일정하게 유지할 수 있도록 전압 안정화 회로가 더 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 회전체는 강철 재질로 원통 형상으로 형성되고, 상기 송전코일의 지름은 상기 회전체 지름이 1/2 이하이고, 상기 수전코일의 지름은 상기 회전체 지름의 1/4 이하이며, 상기 수전코일은 상기 회전체의 원주 방향으로 120°간격을 두고 3개가 설치되고, 상기 송전코일은 60°간격을 두고 2개가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 안정화 회로 후단에는 전력 저장부가 더 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 클램핑부는, 제1콘덴서와 다이오드를 포함하고, 상기 정류부는, 제1인덕터와, 제2인덕터 및 제2콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The wireless power transmission system of the electromagnetic sensitive resonance method using the rotating body according to the present invention for achieving this object, the rotating body; A plurality of power transmission coils installed near the rotating body and receiving high frequency power from a power supply unit and transmitting the high frequency power; A plurality of power receiving coils coupled to an outer circumferential surface of the rotating body to receive electric power from the power transmitting coils in an electromagnetic sensitive resonance method; A plurality of power receivers including a clamping part for clamping the high frequency power received from the faucet coil, and a rectifying part for rectifying the high frequency power with a DC voltage, each of which is installed inside the rotor and connected to the plurality of faucet coils; And a DC voltage output unit configured to output the sum of the DC voltages received by the plurality of power receivers, wherein the plurality of DC voltages rectified by the plurality of power receivers are all connected in series, and the sum of the voltages is kept constant. It is characterized in that the voltage stabilization circuit is further installed.
The rotor is formed in a cylindrical shape of steel, the diameter of the power transmission coil is 1/2 or less of the diameter of the rotor, the diameter of the power receiving coil is 1/4 or less of the diameter of the rotor, the power receiving coil The three are installed at intervals of 120 ° in the circumferential direction of the rotating body, the power transmission coil is characterized in that the two are installed at intervals of 60 °.
The power storage unit is further installed at the rear end of the voltage stabilization circuit.
The clamping unit may include a first capacitor and a diode, and the rectifying unit may include a first inductor, a second inductor, and a second capacitor.

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본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 복수 개의 수전코일로 수신된 각각의 전력을 효율적으로 하나의 전력으로 합칠 수 있으며, 수신된 무선 전력이 끊기거나 약화될 때, 이를 보상할 수 있는 이점이 있다.According to the above technical configuration, each of the powers received by the plurality of power receiving coils can be efficiently combined into one power, and when the received wireless power is cut off or weakened, there is an advantage of compensating for this.

도 1은 회전체 센서에 전력을 공급하는 슬립링 시스템을 나타낸 도면,
도 2는 회전체 센서에 전력을 공급하는 인덕션 시스템을 나타낸 도면,
도 3은 종래 무선 전력 전송시 회전체 센서에 전원을 공급하기 위한 고주파 정류 프로세스를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템의 고주파 정류 프로세스를 나타낸 도면,전력 수신일 실시 예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템이 구성도이다.1 is a view showing a slip ring system for supplying power to a rotating body sensor,
2 is a view showing an induction system for supplying power to a rotating sensor;
3 is a diagram illustrating a high frequency rectification process for supplying power to a rotating body sensor in a conventional wireless power transmission;
4 is a view showing a high frequency rectification process of a wireless power transmission system of electromagnetic sensitive resonance using a rotating body of the present invention, a view showing an embodiment of receiving power,
5 is a block diagram of a wireless power transmission system of the electromagnetic sensitive resonance method using a rotating body of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a wireless power transmission system of the electromagnetic sensitive resonance method using a rotating body according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템은, 회전체(10), 송전코일(40), 수전코일(20), 전력 수신부(30) 및 DC 전압 출력부를 포함한다.As shown in FIG. 4, the wireless power transmission system of the electromagnetic sensitive resonance method using the rotating body of the present invention includes a rotating body 10, a power transmitting coil 40, a power receiving coil 20, a power receiving unit 30 and And a DC voltage output.

회전체(10)는 강철 재질로 형성되고, 이러한 회전체(10) 근방에는 송전코일(40)이 설치되는바, 송전코일(40)은 전원 공급부로부터 고주파 전원을 공급받아 후술할 수전코일(20)에 전송하는 기능을 한다.The rotating body 10 is formed of a steel material, the transmission coil 40 is installed in the vicinity of the rotating body 10, the transmission coil 40 is supplied with a high-frequency power from the power supply to the power receiving coil 20 to be described later ) Function to send.

수전코일(20)은 회전체(10)의 외주면에 결합되는바, 송전코일(40)로부터 전자기 감응 공명 방식으로 전력을 수신받는다.The power receiving coil 20 is coupled to the outer circumferential surface of the rotating body 10 and receives electric power from the power transmission coil 40 in an electromagnetic sensitive resonance method.

회전체(10)에 수전코일(20)이 단수 개 설치되면, 강철 재질의 회전체(10)의 회전 각도에 따라, 회전체(10)의 간섭을 받게 되어 송전코일(40)로부터의 전력 수신이 원활하지 못하게 되므로, 회전체(10)의 외주면에 설치되는 수전코일(20)을 복수 개가 설치되어야 한다. 수전코일(20)이 복수 개가 설치되면, 회전체(10)의 회전 각도와는 무관하게 항상 송전코일(40)로부터 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 송수신이 가능하게 된다.When a single power receiver coil 20 is installed in the rotor 10, the rotor 10 may be interfered with according to the rotation angle of the steel rotor 10 to receive power from the power transmission coil 40. Since this is not smooth, a plurality of faucet coil 20 is installed on the outer circumferential surface of the rotating body 10 should be installed. When a plurality of power receiving coils 20 are installed, irrespective of the rotation angle of the rotating body 10, wireless power transmission and reception of the electromagnetic sensitive resonance method can be performed from the power transmission coil 40 at all times.

전자기 감응 공명(ECR, Electromagnetic Coupled Resonance) 방식이란, 주파수 크기가 같은 두 물체 사이에서 한 쪽에 전기를 공급하면 동일한 자기장이 형성되면서 다른 쪽으로 전기가 전달되는 것을 의미한다. 이러한 현상은 마치 한쪽의 소리굽쇠를 때리면 근처에 있는 다른 소리굽쇠도 함께 울리는 현상과 매우 유사하다.Electromagnetic Coupled Resonance (ECR) refers to the transmission of electricity between two objects of the same frequency magnitude to one side, whereby the same magnetic field is formed and electricity is transferred to the other side. This phenomenon is very similar to hitting one tuning fork with the other tuning fork nearby.

이렇듯, 전자기 감응 공명 방식에 의해서, 수전코일(20)에 고주파 전력이 형성되면, 전력 수신부(30)에서 이러한 고주파 전력을 수신하게 된다.As such, when the high frequency power is formed in the power receiving coil 20 by the electromagnetic sensitive resonance method, the power receiving unit 30 receives the high frequency power.

전력 수신부(30)는, 클램핑부(32)와 정류부(34)를 포함하는 것이 바람직하다.The power receiver 30 preferably includes a clamping unit 32 and a rectifying unit 34.

클램핑부(32)는 고주파 전력을 클램핑시키는 기능을 하는바, 수전코일(20)에 유도된 전압 자체를 클램핑하여 그 출력값을 향상시킨다. 이러한 클램핑부(32)의 구성은 클램핑 회로를 구성함으로써 가능해지는데, 바람직하게는 제1콘덴서(32a)와 다이오드(32b)를 가지고 클램핑 회로를 구성할 수 있다.The clamping part 32 functions to clamp the high frequency power, thereby clamping the voltage itself induced in the power receiving coil 20 to improve its output value. The configuration of the clamping part 32 is made possible by configuring the clamping circuit, and preferably, the clamping circuit can be configured with the first capacitor 32a and the diode 32b.

복수 개의 수전코일(20)과 연결된 각각의 전력 수신부(30)에서는 클램핑부(32)를 거친 고주파 전력을 DC 전압으로 정류하는바, 이러한 과정은 정류부(34)에서 진행된다.Each power receiver 30 connected to the plurality of power receiving coils 20 rectifies the high frequency power passing through the clamping unit 32 to a DC voltage, and this process is performed by the rectifying unit 34.

이러한 복수 개의 수전코일(20)에 각각 연결된 전력 수신부(30) 중 정류부(34)의 구성은, 제1인덕터(34a)와, 제2인덕터(34b) 및 제2콘덴서(34c)를 포함하는바, 종래의 것에 비하여 제2인덕터(34b)가 추가됨으로써 정류 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The configuration of the rectifier 34 of the power receiver 30 connected to each of the plurality of power receiving coils 20 includes a first inductor 34a, a second inductor 34b, and a second capacitor 34c. Compared with the conventional one, the addition of the second inductor 34b has the advantage of improving the rectification efficiency.

복수 개의 수전코일(20)에 연결된 복수 개의 전력 수신부(30) 중 상부에 위치하는 전력 수신부(30)를 중심으로 본 발명의 요부를 설명한다. The main part of the present invention will be described based on the power receiver 30 located above the plurality of power receivers 30 connected to the plurality of power receiving coils 20.

클램핑부(32)는 제1콘덴서(32a)와 다이오드(32b)로 구성되고, 정류부(34)는 제1인덕터(34a)와 제2인덕터(34b) 그리고, 제2콘덴서(34c)로 구성된다. 송전코일(40)에서 고주파 신호를 송신하면 수전코일(20)에서 무선 전력을 수신한다. 수전코일(20)에서 수신한 고주파 전력은 제1콘덴서(32a)와 다이오드(32b)를 거치면서 클램핑되고, 정류부(34)의 제1인덕터(34a), 제2인덕터(34b) 및 제2콘덴서(34c)를 거치면서 DC 전압으로 정류된다.The clamping portion 32 is composed of a first capacitor 32a and a diode 32b, and the rectifying portion 34 is composed of a first inductor 34a, a second inductor 34b, and a second capacitor 34c. . When the high-frequency signal is transmitted from the power transmission coil 40, the power receiving coil 20 receives wireless power. The high frequency power received by the power receiving coil 20 is clamped while passing through the first capacitor 32a and the diode 32b, and the first inductor 34a, the second inductor 34b and the second capacitor of the rectifying unit 34. Rectified to DC voltage through 34c.

이러한 과정은, 중앙 및 하부에 위치하는 전력 수신부(30)에서도 동일하게 진행된다.This process is similarly performed in the power receiver 30 located at the center and the bottom.

이렇듯, 복수 개의 수전코일(20)에서 수신한 고주파 전력은 전력 수신부(30)에서 각각 클램핑, 정류되는바, 정류된 DC 전압은 직렬로 연결되어 합쳐지고, DC 전압으로 출력된다.As such, the high frequency power received by the plurality of power receiving coils 20 is clamped and rectified by the power receiver 30, respectively, and the rectified DC voltages are connected in series to be combined and output as DC voltages.

본 발명은, 합쳐진 전압이 일정하게 유지될 수 있도록 전압 안정화 회로(36)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 전압 안정화 회로(36) 후단에는 전력 저장부(38)(슈퍼 커패시터 등)가 더 설치되는 것이 바람직한바, 이러한 전력 저장부(38)는 DC 출력 전압이 낮아지면 자동으로 그러한 전압을 보상해주는 기능을 한다. 또한, 수신단에서 전력이 일시적으로 끊기거나, 수신된 전력이 미약해서 일정한 DC 출력을 얻을 수 없는 경우에는 그 접압을 보상하여 안정된 DC 출력 전압이 얻어질 수 있도록 한다.
The present invention preferably further includes a voltage stabilization circuit 36 so that the combined voltage can be kept constant, and a power storage unit 38 (super capacitor, etc.) is further provided after the voltage stabilization circuit 36. Preferably, such a power storage 38 functions to automatically compensate for such a voltage when the DC output voltage is lowered. In addition, when the power is temporarily cut off at the receiving end, or when the received power is weak and a constant DC output cannot be obtained, the voltage is compensated so that a stable DC output voltage can be obtained.

이러한 본 발명의 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템의 구조를 개략적으로 설명한다.The structure of the wireless power transmission system of the electromagnetic sensitive resonance method using the rotating body of the present invention will be described schematically.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 지지대(50)에 송전코일(40)을 2개 고정하고, 회전체(10)에는 수전코일(20)을 3개 설치한다.As shown in FIG. 5, according to an embodiment of the present invention, two power transmission coils 40 are fixed to the support 50, and three power receiving coils 20 are installed on the rotating body 10.

전원 공급부(S)에서 고주파 전력이 송전코일(40)로 공급되고, 송전코일(40)은 이 고주파 전력을 수전코일(20)로 전송하는바, 3개의 수전코일(20)로 전송된 전력은 전력 수신부(30)로 전달되어 직류 전원으로 변환되고, 최종적으로 직류전원은 회전체(10)에 붙어 있는 센서로 공급된다.The high frequency power is supplied from the power supply unit S to the power transmission coil 40, and the power transmission coil 40 transmits the high frequency power to the power receiving coil 20. The power transmitted to the three power receiving coils 20 is The power receiver 30 is transferred to the DC power source, and finally DC power is supplied to the sensor attached to the rotating body 10.

본 발명자는 지름이 87cm 인 회전체(10)의 외주면에 지름이 20cm 인 수전코일(20) 3개를 둘레 방향으로 120°간격으로 3개 설치하였고, 지름이 40cm인 송전코일(40)을 60°간격으로 2개 설치하였다.The present inventors installed three faucet coils 20 having a diameter of 20 cm on the outer circumferential surface of the rotating body 10 having a diameter of 87 cm at three intervals of 120 ° in the circumferential direction, and the transmission coil 40 having a diameter of 40 cm was 60. Two were installed at intervals.

일반적으로, 송전코일(40)과 수전코일(20)은 정확하게 마주보았을 때, 최대 전력이 송수신되며, 수전코일(20)이 회전하여 송전코일(40)과 멀어질 경우 전력 전달 효율은 감소하게 된다. 단수 개의 송전코일(40)과 수전코일(20)이 설치된 경우, 송전코일(40)과 수전코일(20)이 30°이상 어긋나게 되면 전력 전달이 매우 미약해져서 전력이 마치 끊어진 것과 동일한 현상이 발생된다.In general, when the power transmission coil 40 and the power reception coil 20 face each other correctly, the maximum power is transmitted and received, and the power transmission efficiency decreases when the power transmission coil 20 rotates away from the power transmission coil 40. . When a single number of power transmission coils 40 and the power receiving coils 20 are installed, when the power transmission coils 40 and the power receiving coils 20 are shifted more than 30 °, power transmission becomes very weak and the same phenomenon occurs as if power is cut off. .

이러한 전력 손실을 보정하기 위하여, 2개의 송전코일(40)을 60°간격으로 및 3개의 수전코일(20)을 120°간격으로 배치한 것인 바, 이러한 간격 및 개수는 경제성과 전력 송수신 효율을 동시에 최대한 만족하는 범위 내에서 결정된 것이며, 송전코일(40)의 지름은 상기 회전체(10) 지름이 1/2 이하이고, 상기 수전코일(20)의 지름은 상기 회전체(10) 지름의 1/4 이하로 형성될 때, 상기한 송전코일(40) 및 수전코일(20)의 개수 및 간격이 가장 바람직하다. 이러한 구성을 갖는 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템은, 회전체(10)가 회전하더라도 항상 적어도 하나 이상의 송전코일(40)과 수전코일(20)이 회전체(10)의 간섭을 받지 않고 무선으로 전력을 송수신할 수 있다.In order to compensate for such power loss, two power transmission coils 40 are disposed at 60 ° intervals and three power supply coils 20 are disposed at 120 ° intervals. At the same time, it is determined within the range that satisfies the maximum, the diameter of the power transmission coil 40 is 1/2 or less of the diameter of the rotor 10, the diameter of the power receiving coil 20 is 1 of the diameter of the rotor 10 When formed to be less than / 4, the number and spacing of the power transmission coil 40 and the power receiving coil 20 is most preferred. In the wireless power transmission system of the electromagnetic sensitive resonance system having such a configuration, at least one power transmission coil 40 and the power receiving coil 20 are wireless without the interference of the rotating body 10 even if the rotating body 10 rotates. Can transmit and receive power.

이렇듯, 복수 개의 수전코일(20)에서 수신된 고주파 전력은 상술한 전력 수신부(30)에서 클램핑, 정류되고, 전압 안정화 회로(36)를 통하여, DC 전압으로 출력될 수 있으며, 전력 저장부(38)에서는 수신된 전력이 미약하거나 일시적으로 끊기는 것을 보상함으로써, 안정적으로 전력이 무선 송수신될 수 있도록 돕는다.As such, the high frequency power received by the plurality of power receiving coils 20 may be clamped and rectified by the power receiver 30 described above, and may be output as a DC voltage through the voltage stabilization circuit 36. ) Compensates for the weak or temporarily cut off of the received power, thereby helping to reliably transmit and receive power.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

10 : 회전체 20 : 수전코일
30 : 전력 수신부 32 : 클램핑부
34 : 정류부 36 : 전압 안정화 회로
38 : 전력 저장부 40 : 송전코일
50 : 지지대10: rotating body 20: faucet coil
30: power receiver 32: clamping unit
34: rectifier 36: voltage stabilization circuit
38: power storage unit 40: power transmission coil
50: Support

Claims (5)

회전체;
상기 회전체 근방에 설치되며, 전원 공급부로부터 고주파 전력을 공급받아 이를 송신하는 복수 개의 송전코일;
상기 회전체의 외주면에 결합되어 상기 송전코일로부터 전자기 감응 공명 방식으로 전력을 수신받는 복수 개의 수전코일;
상기 수전코일에서 수신한 고주파 전력을 클램핑하는 클램핑부와, 고주파 전력을 DC 전압으로 정류하는 정류부를 포함하되, 상기 회전체 내부에 설치되어 상기 복수 개의 수전코일에 각각 연결되는 복수 개의 전력 수신부; 및
상기 복수 개의 전력 수신부에서 수신한 DC 전압을 합쳐 출력하는 DC 전압 출력부를 포함하되,
상기 복수 개의 전력 수신부에서 각각 정류된 복수 개의 DC 전압은 모두 직렬로 연결되어 합쳐지고, 합쳐진 전압을 일정하게 유지할 수 있도록 전압 안정화 회로가 더 설치된 것을 특징으로 하는, 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템.
A rotating body;
A plurality of power transmission coils installed near the rotating body and receiving high frequency power from a power supply unit and transmitting the high frequency power;
A plurality of power receiving coils coupled to an outer circumferential surface of the rotating body to receive electric power from the power transmitting coils in an electromagnetic sensitive resonance method;
A plurality of power receivers including a clamping part for clamping the high frequency power received from the faucet coil, and a rectifying part for rectifying the high frequency power with a DC voltage, each of which is installed inside the rotor and connected to the plurality of faucet coils; And
Including a DC voltage output unit for outputting the sum of the DC voltage received from the plurality of power receiver,
The plurality of DC voltages rectified in each of the plurality of power receivers are connected in series and combined, and a voltage stabilization circuit is further installed to maintain the combined voltages in a constant, electromagnetic sensitive resonance type using a rotating body. Wireless power transfer system.
청구항 1에 있어서,
상기 회전체는 강철 재질로 원통 형상으로 형성되고,
상기 송전코일의 지름은 상기 회전체 지름이 1/2 이하이고, 상기 수전코일의 지름은 상기 회전체 지름의 1/4 이하이며,
상기 수전코일은 상기 회전체의 원주 방향으로 120°간격을 두고 3개가 설치되고, 상기 송전코일은 60°간격을 두고 2개가 설치되는 것을 특징으로 하는, 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
The rotating body is formed in a cylindrical shape of steel,
The diameter of the power transmission coil is 1/2 or less of the diameter of the rotating body, the diameter of the power receiving coil is 1/4 or less of the diameter of the rotating body,
Three of the power receiving coils are installed at intervals of 120 ° in the circumferential direction of the rotating body, and two of the power transmission coils are installed at intervals of 60 °. Wireless power of electromagnetic sensitive resonance method using the rotating body is provided. Transmission system.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 전압 안정화 회로 후단에는 전력 저장부가 더 설치된 것을 특징으로 하는, 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
And a power storage unit is installed at a rear end of the voltage stabilization circuit, wherein the electromagnetic sensitive resonance type wireless power transmission system using the rotating body.
청구항 1에 있어서,
상기 클램핑부는, 제1콘덴서와 다이오드를 포함하고,
상기 정류부는, 제1인덕터와, 제2인덕터 및 제2콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전체를 이용한 전자기 감응 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템. The method according to claim 1,
The clamping unit includes a first capacitor and a diode,
The rectifier includes a first inductor, a second inductor and a second capacitor, electromagnetic sensitive resonance wireless power transmission system using a rotating body.
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