KR20140017292A - Long distance inductive power transfer system using optimum shaped dipole coils - Google Patents
Long distance inductive power transfer system using optimum shaped dipole coils Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140017292A KR20140017292A KR1020120084068A KR20120084068A KR20140017292A KR 20140017292 A KR20140017292 A KR 20140017292A KR 1020120084068 A KR1020120084068 A KR 1020120084068A KR 20120084068 A KR20120084068 A KR 20120084068A KR 20140017292 A KR20140017292 A KR 20140017292A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- coil
- ferrite core
- coil module
- magnetic field
- core
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
- H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
- H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core
Abstract
Description
본 발명은 자기력선을 유도하여 전력을 전송하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극을 지닌 코일을 통해 자기력선을 유도하여 원격으로 전력을 전송하는 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.
테슬라가 무선으로 전력을 전송하는 방법을 발명한 이래 무선 전력 전송 가능 거리를 연장하려는 노력은 긴 역사를 지니고 있다. 2007년 강하게 결합된 자기공명시스템(Strongly Coupled Magnetic Resonance System: CMRS)을 이용하여 2m 거리에서 코일간 전력 전송 효율이 60W에 45%를 전송하는 방법이 소개되었다.(A. Kurs, A. Karalis, R. Moffatt, J. D. Joannopoulos, P. Fisher, and M. Soljacic, “Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances,” Science, vol. 317, no. 5834, pp. 83-86, Jul. 2007) 이 방법에 따르면, 큰 자체공진 코일을 제1, 제2 코일로 배치하여 큰 자기장을 발생시켜 전송 가능 거리를 연장시켰다. 그러나 자체공진 코일에 큰 전류를 인가하려면 코일의 내부저항이 매우 작아야 한다. 이것은 코일이 높은 Q 인자를 지녀야 함을 의미한다. 이는 결과적으로 매우 두꺼운 도선을 사용한다는 것이다. 또한 이 경우 코일은 실제 전력이나 전류보다 Q배 큰 높은 무효전류나 전압을 지탱해야 하기 때문에 높은 Q 인자는 기본적으로 코일에 전압 스트레스를 초래한다. 예를 들어 Q=2500이라고 가정하면 400W를 전달 하기 위해서는 1MVA의 무효 전력을 견딜수 있는 코일이 필요하다. 이것이 높은 전력을 가지는 기기에서 CMRS가 좀처럼 사용되지 않는 이유이다. 게다가 코일의 공진 주파수는 코일의 인덕턴스와 기생 캐패시턴스에 의해 정해지며, 이들 캐패시턴스와 인덕턴스는 온도나 습도, 사람의 접근과 같은 주변환경에 민감하게 반응하기 때문에 공진주파수를 일정하게 유지하는 것은 어려운 일이다.Since Tesla invented a way to transmit power wirelessly, the effort to extend the range of wireless power transmission has a long history. In 2007, a method of transmitting 45% of the power transmission efficiency between the coils at 60mW at a distance of 2m was introduced using a strongly coupled magnetic resonance system (CMRS) (Kurs, A. Karalis, R. Moffatt, JD Joannopoulos, P. Fisher, and M. Soljacic, "Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances," Science, vol 317, no. 5834, pp. 83-86, Jul. A large self-resonant coil is disposed as the first and second coils to generate a large magnetic field, thereby extending the transmission distance. However, in order to apply a large current to the self-resonant coil, the internal resistance of the coil must be very small. This means that the coil should have a high Q factor. This results in the use of very thick conductors. Also, because in this case the coil has to sustain a high reactive current or voltage Q times larger than the actual power or current, a high Q factor basically causes voltage stress on the coil. For example, assuming Q = 2500, a coil that can withstand 1 MVA of reactive power is required to deliver 400W. This is why CMRS is rarely used in devices with high power. Furthermore, the resonance frequency of the coil is determined by the inductance and parasitic capacitance of the coil, and it is difficult to keep the resonance frequency constant because these capacitances and inductances are sensitive to ambient conditions such as temperature, humidity, and human approach .
또한 환형에 가까운 코일 형태는 CMRS에 있어서 필연적이다. CMRS는 공심 코일을 사용하고 공진 캐패시터로 코일 자체에서 생기는 스트레이(Stray) 내지 기생(Parasitic) 캐패시턴스를 이용해서 공진을 형성한다. 코일의 인덕턴스와 기생 캐패시턴스 값은 크기 어렵기 때문에 공진 주파수가 높은 값을 갖게 되어 일반적으로 10MHz보다 높은 경향이 있다. 이런 높은 구동 주파수 때문에 RF 전력 증폭기가 효율적인 스위치 변환기보다 자주 사용된다. 이렇듯 CMRS의 전송효율은 50cm거리, 60W의 전력전송에서 80%의 코일 간 전송효율을 지닐 정도로 크지만, 시스템 효율성은 주파수가 높기 때문에 인버터와 같은 높은 효율의 파워 소스를 사용할 수 없어 상당히 낮다.Also, a coil shape close to an annulus is inevitable for the CMRS. The CMRS uses resonance coils and resonates with stray or parasitic capacitances that occur at the coil itself with resonant capacitors. Since the inductance and parasitic capacitance of the coil are not so large, the resonance frequency is high and generally tends to be higher than 10MHz. Because of this high drive frequency, RF power amplifiers are often used more often than efficient switch converters. In this way, the transmission efficiency of CMRS is as high as 80% of the inter-coil transmission efficiency at a distance of 50 cm and a power transmission of 60 W, but the system efficiency is considerably low because a high efficiency power source such as an inverter can not be used.
본 발명의 주된 목적은 유도 전력 전송 시스템(Inductive Power Transfer System: IPTS)의 코어의 형상을 최적화하거나 기생 캐패시턴스를 최소화시켜 전송효율을 증대시키는 데에 있다.A main object of the present invention is to optimize the shape of a core of an inductive power transfer system (IPTS) and to minimize parasitic capacitance, thereby increasing transmission efficiency.
본 실시예의 일측면에 의하면, 제1페라이트 코어와 상기 제1페라이트 코어에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 제1코일을 포함하는 제1코일 모듈; 및 상기 제1코일로부터 발생된 자기장을 통해 유도 기전력을 형성하는 제2코일과 상기 제2코일이 권취된 제2페라이트 코어를 포함하는 제2코일 모듈을 포함하되, 상기 제1페라이트 코어는 코어의 폭이나 두께보다 길이를 10배 이상 길게 한 막대 모양인 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a ferrite core comprising: a first coil module including a first ferrite core and a first coil wound around the first ferrite core and generating a magnetic field by receiving an AC power; And a second coil module including a second coil forming an induced electromotive force through a magnetic field generated from the first coil and a second ferrite core wound with the second coil, And a bar shape having a length longer than a width or thickness by 10 times or more.
본 실시예의 일측면에 의하면, 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 코일의 권취된 길이보다 길이가 긴 제1페라이트 코어와 상기 제1패라이트 코어에 권취되는 제1코일을 포함하는 제1코일 모듈; 및 상기 제1코일 모듈의 제1코일 모듈로부터 발생된 자기장을 통해 유도 기전력을 형성하는 제2코일과 상기 제2코일이 권취된 길이보다 길이가 긴 제2페라이트 코어를 포함하는 제2코일 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetic disk device comprising: a first coil module including a first ferrite core having a longer length than a coiled length of a coil to which a magnetic field is generated by applying AC power, ; And a second coil module including a second coil forming an induced electromotive force through a magnetic field generated from the first coil module of the first coil module and a second ferrite core having a length longer than the length of the second coil wound around the second coil module, The power transmission device according to
본 실시예의 일측면에 의하면, 제1페라이트 코어와 상기 제1페라이트 코어에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 제1코일을 포함하는 제1코일 모듈; 및 상기 제1코일 모듈의 상기 제1코일 모듈로부터 발생된 자기장을 통해 유도기전력을 형성하는 제2코일과 상기 제2코일이 권취된 제2페라이트 코어를 포함하는 제2코일 모듈을 포함하되, 상기 제1코일 모듈과 상기 제2코일 모듈 중 적어도 하나는 상기 페라이트 코어와 상기 코일 사이에 비자성 구조체를 삽입하여 상기 페라이트 코어와 상기 코일 사이에 공간을 부여하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a ferrite core comprising: a first coil module including a first ferrite core and a first coil wound around the first ferrite core and generating a magnetic field by receiving an AC power; And a second coil module including a second coil forming an induced electromotive force through a magnetic field generated from the first coil module of the first coil module and a second ferrite core wound with the second coil, Wherein at least one of the first coil module and the second coil module inserts a non-magnetic structure between the ferrite core and the coil to provide a space between the ferrite core and the coil .
본 실시예의 일측면에 의하면, 제1페라이트 코어와 상기 제1페라이트 코어에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 제1코일을 포함하는 제1코일 모듈; 및 상기 제1코일 모듈의 상기 제1코일 모듈로부터 발생된 자기장을 통해 유도기전력을 형성하는 제2코일과 상기 제2코일이 권취된 제2페라이트 코어를 포함하는 제2코일 모듈을 포함하되, 상기 제1코일과 상기 제2코일은 상기 제1페라이트 코어와 상기 제2페라이트 코어의 중심부에 각각 권취되어 있고, 상기 제1페라이트 코어와 상기 제2페라이트 코어는 상기 제1코일과 상기 제2코일에 의해 주어진 자속에 비례하여 단면적이 정해지도록 중심부분은 굵고 양끝단 부분은 가는 형상인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a ferrite core comprising: a first coil module including a first ferrite core and a first coil wound around the first ferrite core and generating a magnetic field by receiving an AC power; And a second coil module including a second coil forming an induced electromotive force through a magnetic field generated from the first coil module of the first coil module and a second ferrite core wound with the second coil, Wherein the first coil and the second coil are respectively wound around the central portions of the first ferrite core and the second ferrite core, and the first ferrite core and the second ferrite core are wound around the first coil and the second coil Wherein the center portion is thick and both end portions are thin in order to determine the cross-sectional area in proportion to the magnetic flux given by the magnetic flux.
본 실시예의 일측면에 의하면, 직류전류를 교류전류로 변환하는 인버터; 상기 인버터의 출력인 상기 교류전류를 인가받는, 제1페라이트 코어가 중심부분이 굵은 계단형을 가지고 제1코일의 권선영역 밖까지 연장된 형태를 지닌 제1코일 모듈과 상기 제1코일 모듈에 상기 교류전류가 흐를 때 생성되는 자기장에 의해 유도기전력이 생성되는 제2코일 모듈로 구성된 전력 전송 모듈; 및 상기 제2코일 모듈에 생성된 상기 유도기전력에 의해 생성된 교류전류를 직류전류로 변환하는 풀브리지 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present embodiment, there is provided an inverter for converting a direct current into an alternating current; A first coil module to which the first ferrite core, which is an output of the inverter, receives the AC current and has a stepped shape with a thick central portion and extends to a region outside a winding region of the first coil; A power transmission module composed of a second coil module in which an induced electromotive force is generated by a magnetic field generated when an alternating current flows; And a full bridge rectifier for converting an AC current generated by the induced electromotive force generated in the second coil module into a DC current.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따르면, 코일에서 유도되는 자기장의 제2코일 전송량이 증대되며 이를 통해 손실을 최소화하며 전력을 장거리 전송시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the amount of the second coil of the magnetic field induced by the coil is increased, thereby minimizing the loss and transmitting power over a long distance.
도 1은 제1코일 모듈과 제2코일 모듈의 투시도이다.
도 2는 제1코일 모듈과 제2코일 모듈 주변의 자기력선도이다.
도 3은 균등굵기의 페라이트 코어의 중앙 부위에 코일을 감은 코일 모듈의 자속밀도 그래프이다.
도 4는 계단형 코어와 균등굵기의 코어에서 자속밀도를 정규화하여 시뮬레이션한 결과의 그래프이다.
도 5는 코어의 길이와 각 코일간의 거리에 따라 제2코일의 중심을 지나는 자속밀도의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 6은 각 코일 간의 거리와 코어의 길이에 따라 제2코일의 중심을 지나는 자속밀도의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 7은 코일 모듈에 발생하는 주된 기생 전기용량 두 가지를 도시한 평면도이다.
도 8은 기생 전기용량을 등치된 캐패시터들로 나타낸 코일 모듈의 회로도이다.
도 9는 페라이트 코어에서의 맴돌이 전류의 흐름을 도시한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예인 전력전송장치의 회로도이다.
도 11은 제1코일 모듈과 제2코일 모듈을 구현한 사진이다.
도 12는 20kHz에서 제1코일에 RMS 전류값 Ip를 변화시키며 다양한 거리에서 전력 전송량을 측정한 그래프이다.
도 13은 20kHz에서 제2코일에 출력된 전력값 Po에 따른 다양한 거리에서 전력 전송효율을 측정한 그래프이다.
도 14는 105kHz에서 제1코일에 RMS값이 Ip인 전류를 변화시키며 다양한 거리에서 전력 전송량을 측정한 그래프이다.
도 15는 105kHz에서 제2코일에 출력된 전력값 Po에 따른 다양한 거리에서 전력 전송효율을 측정한 그래프이다.
도 16은 휴대의 편의를 위해 판형 코어에 코일을 감은 투시도이다.
도 17은 판형 코어를 제2 코일 모듈에 사용한 IPTS이다.
도 18은 본 발명에서 전력을 전달하는 과정을 나타낸 순서도이다.1 is a perspective view of a first coil module and a second coil module.
2 is a diagram of magnetic force lines around the first coil module and the second coil module.
3 is a magnetic flux density graph of a coil module in which a coil is wound around a central portion of a ferrite core of uniform thickness.
FIG. 4 is a graph of a simulation result of normalizing the magnetic flux density in a stepped core and a core of equal thickness.
5 is a graph showing the magnitude of the magnetic flux density passing through the center of the second coil according to the length of the core and the distance between the coils.
6 is a graph showing the magnitude of the magnetic flux density passing through the center of the second coil according to the distance between the coils and the length of the core.
7 is a plan view showing two main parasitic capacitances generated in the coil module.
8 is a circuit diagram of a coil module in which parasitic capacitance is represented by equivalent capacitors.
9 is a conceptual diagram showing the flow of the eddy current in the ferrite core.
10 is a circuit diagram of a power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 is a photograph showing the first coil module and the second coil module.
FIG. 12 is a graph showing the power transmission amount measured at various distances while varying the RMS current value I p at the first coil at 20 kHz.
13 is a graph showing power transmission efficiency measured at various distances according to the power value P o output to the second coil at 20 kHz.
FIG. 14 is a graph showing the power transmission amount measured at various distances while varying the current with the RMS value I p at the first coil at 105 kHz.
15 is a graph showing power transmission efficiency measured at various distances according to the power value P o output to the second coil at 105 kHz.
16 is a perspective view of a coil wound around a plate-shaped core for convenience of carrying.
17 is an IPTS in which a plate-shaped core is used for a second coil module.
18 is a flowchart illustrating a process of transferring power in the present invention.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the component of this invention, terms, such as 1st, 2nd, A, B, (a), (b), can be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 제1코일 모듈과 제2코일 모듈의 투시도이다. 제1코일(108)과 제2코일(109)을 제1, 제2페라이트 코어(107)에 나선형으로 감는다. 각 코일(106)은 리츠 와이어(Litz Wire)이며 지름은 5mm로 두어 교류 저항을 최소화하였다. 제1코일 모듈(101)에 흐르는 전류가 자기장을 유도하고 제2코일 모듈로 흘러들어간 자기장으로 인해 제2코일 모듈에 전위차가 유도된다.1 is a perspective view of a first coil module and a second coil module. The
장거리 전력 전송을 하기 위해서 강한 자기장을 생성하여야 한다. 그러나 코일 자체는 코일 내부 공간에 큰 자기저항이 발생하여 문제가 된다. 이 자기저항을 줄이기 위하여 긴 페라이트 코어(107)가 코일 내부에 삽입된다. 코어가 삽입된 코일은 그렇지 않은 코일에 비해 자기저항의 감소를 통해 대략 50배 정도 자속 밀도가 증가된다.To generate long-distance power transmission, a strong magnetic field should be generated. However, the coil itself is a problem because a large magnetoresistance occurs in the space inside the coil. A
페라이트 코어(107)의 실용적인 내부 자속밀도는 약 300mT에서 제한된다. 실질적으로는 히스테리시스 손실을 막기 위하여 코일의 자속밀도는 선형성이 유지되는 구간인 200mT를 넘기지 않아야 한다.The practical internal magnetic flux density of the
이하 도 2 내지 도 6의 그래프는 ANSOFT MAXWELL v14.0으로 시뮬레이션된 값을 기초로 도시되었다.The graphs of Figures 2 to 6 are shown below based on values simulated with ANSOFT MAXWELL v14.0.
도 2는 제1코일 모듈(101)과 제2코일 모듈(102) 주변의 자기력선도이다. 이를 보면 제1코일 모듈(101)에서 생성된 자기력선들이 효과적으로 제2코일 모듈(102)에 쇄교됨을 알 수 있다. 자기력선의 쇄교량을 늘리기 위해서는 더 긴 양극 코어가 사용되어야 한다. 이에 대한 자세한 실험 결과는 도 5에서 후술하겠다.2 is a diagram of magnetic force lines around the
도 3은 균등 굵기의 페라이트 코어의 중앙 부위에 코일을 감은 코일 모듈의 자속밀도 그래프이다. 그래프에 나타난 바와 같이 자속밀도는 코어의 중앙부분에서 최대치를 나타낸다. 따라서 대부분의 히스테리시스 손실은 코어의 중앙 부분에서 발생한다. 자속밀도는 쇄교하는 총 자속량을 투과하는 수직면적으로 나눈 값이므로 가운데 부분의 단면적을 넓힌다면 자속밀도를 낮출 수 있다. 또한 코어의 양끝단은 가운데만큼 단면적이 넓을 필요가 없다. 본 그래프의 자속밀도를 통해 페라이트 코어의 자속밀도가 가능한 한 일정하게 분포되는 최적형상을 찾을 수 있다. 중앙부분을 굵게 하고 양단으로 갈수록 가늘도록 형상을 만들면 자속밀도가 균일하게 유도된다. 본 실시예에서는 제작과 정량분석의 편의를 위하여 계단형 코어으로 설명한다.3 is a magnetic flux density graph of a coil module in which a coil is wound around a central portion of a ferrite core of uniform thickness. As shown in the graph, the magnetic flux density shows a maximum value in the central portion of the core. Thus, most hysteresis losses occur at the center of the core. The magnetic flux density is a value obtained by dividing the total magnetic flux amount under the chain by the permeable vertical area, so that the magnetic flux density can be lowered if the cross-sectional area of the middle portion is widened. Also, the ends of the core need not be as wide as the center. Through the magnetic flux density of this graph, it is possible to find the optimum shape in which the magnetic flux density of the ferrite core is distributed as uniform as possible. If the central portion is thickened and the shape is made thinner toward both ends, the magnetic flux density is uniformly induced. This embodiment will be described as a stepped core for ease of fabrication and quantitative analysis.
도 4는 계단형 코어와 균등굵기의 코어에서 자속밀도를 정규화하여 시뮬레이션한 결과의 그래프이다. 보이는 바와 같이 균등 굵기의 경우 계단형 코어(402)에 비하여 46.7% 높은 자속밀도를 지닌다.FIG. 4 is a graph of a simulation result of normalizing the magnetic flux density in a stepped core and a core of equal thickness. As can be seen, the uniform thickness has a magnetic flux density 46.7% higher than that of the stepped
코일의 자속은 일반적으로 [수학식 1]에 따라 유도된다.The magnetic flux of the coil is generally derived according to Equation (1).
(Ø: 자속, L: 인덕턴스, I: 전류, N: 자기저항)(Ø: flux, L: inductance, I: current, N: magnetoresistance)
계단형 및 균등 굵기의 두 가지 경우 코일에 생성된 자속을 비교하기 위해 인덕턴스들은 시뮬레이션을 통해 계산되었다. 계단형의 경우 663μH이고 균등 굵기의 경우 643μH로 예상되었다. 인덕턴스에 큰 차이가 없으므로 계단형 코어(402)를 지닌 경우가 인덕턴스로 인해 특별히 더 많은 총 자기장을 생성하지는 않는다. 그러나 자기장이 투과하는 매체의 단면적을 조절하여 코어의 자속밀도의 최대치가 낮아졌으므로 [수학식1]을 참조하면 자속밀도 제한치(통상 200mT)까지 전류를 더 인가해 줄 수 있다. 따라서 계단형 코어(402)의 경우 동일한 페라이트로 만든 코어라면 전송된 전력은 생성된 자기장이나 유도된 전압의 제곱에 비례하므로 균등 굵기의 페라이트 코어(401)에 비해 215% (=1.4672) 만큼 많은 전력전송이 이루어진다.Inductances were calculated through simulation to compare the magnetic flux produced in the coil in both cases of stepped and uniform thickness. 663μH for the stepped and 643μH for the uniform thickness. Since there is no significant difference in inductance, the case with the stepped
도 5는 코어의 길이(lc: 103)와 각 코일 간의 거리에 따라 제2코일의 중심을 지나는 자속밀도의 크기를 나타낸 그래프이다. 이 그래프에서 비교의 편의를 위해 두 코어의 길이가 같다고 가정하였다.5 is a graph showing the magnitude of the magnetic flux density passing through the center of the second coil according to the length (l c : 103) of the core and the distance between the coils. In this graph, it is assumed that the lengths of the two cores are the same for convenience of comparison.
페라이트 코어의 길이를 일반적인 코일 코어와 달리 권선영역 밖까지 늘인 경우 코일의 결속인자를 높여서 자기저항을 낮출 수 있다. 그래프에 나타난 바와 같이 모든 곡선은 단조 증가함수이므로 장거리 전송에 있어서 코어의 길이가 길수록 큰 자속밀도가 제2코일에서 측정된다. 제2코일에 유도된 전압은 그 권선을 지나는 자속밀도에 비례하므로 장거리 전송을 하기 위해서는 코어의 길이가 길어야 함을 알 수 있다.Unlike the conventional coil core, when the length of the ferrite core is extended to the outside of the winding region, the magnetoresistance can be lowered by increasing the coupling factor of the coil. As shown in the graph, all the curves are monotone increasing functions, so that the larger the length of the core in long-distance transmission, the larger the magnetic flux density is measured in the second coil. The voltage induced in the second coil is proportional to the magnetic flux density passing through the coil, so that the length of the core is required to be long for long-distance transmission.
도 6은 각 코일 간의 거리(y: 105)와 코어의 길이에 따라 제2코일의 중심을 지나는 자속밀도의 크기를 나타낸 그래프이다. 각각의 그래프의 기울기를 비교해 볼 때 긴 코어를 지닐수록 그래프는 위쪽에 존재하고 기울기의 절대값이 작아진다. 따라서 긴 코어는 더 높은 자기장을 유도할 뿐만 아니라 코일 간의 거리(y: 105)가 늘어날 때 자기장이 감소하는 양도 줄어든다는 것을 알 수 있다. 모든 범위의 거리에 대하여 코어의 길이(lc: 103)가 길수록 자속밀도가 느리게 감쇄함을 알 수 있다.6 is a graph showing the magnitude of the magnetic flux density passing through the center of the second coil according to the distance (y: 105) between the coils and the length of the core. Comparing the slope of each graph, the longer the core is, the higher the graph is at the top and the lower the absolute value of the slope. Thus, it can be seen that not only does the longer core induce a higher magnetic field, but also the amount by which the magnetic field decreases as the distance between coils (y: 105) increases. With respect to the distance of the full range of the length of the core: it can be seen that (l c 103) is the magnetic flux density slow decay longer.
도 7은 페라이트 코어 코일에 발생하는 주된 기생 전기용량 두 가지를 도시한 평면도이다. 본 실시예에 따른 IPTS(Inductive Power Transfer System)의 제1, 제2코일은 공진구조를 지니고 있는데 이들 코일이 지닌 기생 전기용량은 공진 조건에 영향을 끼친다. 코일에서 인접하는 도선 사이에 생기는 도선 간 기생 캐패시턴스(Cw: 701)만 생성되는 것과 달리 페라이트 코어가 있는 경우 이에 추가하여 도선과 페라이트 코어 간 기생 전기용량(Cf: 702)도 생긴다. 일반적인 경우 페라이트 코어의 크기가 작으므로 Cf는 무시해도 좋을 정도의 크기를 가지지만, 본 실시예에 따른 IPTS의 경우 코일의 길이가 수 미터에 이르고 페라이트 코어의 길이는 십수미터에 이르기 때문에 상당한 크기가 된다. 이들 기생 전기용량들은 회로와 직렬과 병렬로 연결된 한 개씩의 캐패시터로 등치된 등가의 회로모델로 나타낼 수 있다.7 is a plan view showing two main parasitic capacitances generated in the ferrite core coil. The first and second coils of the inductive power transfer system (IPTS) according to the present embodiment have a resonant structure. The parasitic capacitance possessed by these coils affects resonance conditions. The parasitic capacitance (C f : 702) between the conductors and the ferrite cores also occurs when there is a ferrite core, as opposed to only parasitic capacitances (C w : 701) between the conductors between adjacent conductors in the coil. In general, the size of the ferrite core is small so that C f is negligible. However, in the case of the IPTS according to the present embodiment, since the length of the coil is several meters and the length of the ferrite core is ten meters, . These parasitic capacitances can be represented by an equivalent circuit model equated with a circuit and a capacitor connected in series and in parallel.
도 8은 기생 전기용량을 등치된 캐패시터들로 나타낸 코일 모듈의 회로도이다. 이때 제1코일 모듈 전체의 임피던스 Z(803)는 [수학식2]와 같이 나타낼 수 있다.8 is a circuit diagram of a coil module in which parasitic capacitance is represented by equivalent capacitors. At this time, the impedance Z (803) of the first coil module as a whole can be expressed by Equation (2).
(Cp: 기생 전기용량이 등치된 병렬 캐패시터 부분, Cs: 기생 전기용량이 등치된 직렬 캐패시터 부분, s: 라플라스변수, Ls: 인덕턴스, Z: 임피던스)(C p: a parasitic capacitor in parallel with the capacitance section deungchi, s C: parasitic capacitance is deungchi the series capacitor portion, s: Laplace variable, s L: inductance, Z: impedance)
[수학식2]에 따라 병렬 연결 공진 주파수 ωp와 직렬 연결 공진 주파수 ωs는 [수학식 3]및 [수학식 4]와 같이 간략화될 수 있다.According to Equation (2), the parallel connection resonance frequency? P and the series connection resonance frequency? S can be simplified as shown in Equations (3) and (4).
(Cp: 기생 전기용량가 등치된 병렬 캐패시터 부분, Cs: 기생 전기용량이 등치된 직렬 캐패시터 부분, Ls: 인덕턴스, ωs: 직렬 공진 주파수)(C p : Parasitic capacitor part with equal parasitic capacitance, C s : Serial capacitor part with parasitic capacitance equivalent, L s : Inductance, ω s : Series resonant frequency)
(Cp: 기생 전기용량가 등치된 병렬 캐패시터 부분, Cs: 기생 전기용량이 등치된 직렬 캐패시터 부분, Ls: 인덕턴스, ωp: 병렬 공진 주파수)(C p : Parasitic capacitor part with equal parasitic capacitance, C s : Serial capacitor part with parasitic capacitance equivalent, L s : Inductance, ω p : Parallel resonant frequency)
직렬 공진 주파수 ωs 는 Cp와 Cs(802)의 합과 코일의 인덕턴스 Ls에 의해 정해진다. 병렬 공진 주파수 ωp 는 Ls와 Cp에 의해 정해진다. 제2코일에 유도된 전압을 높이려면 권선수를 늘리고 주파수를 수십 kHz까지 높여야 한다. 이러한 조건 하에서 제2코일의 자체 인덕턴스가 상당히 크고 공진 조건을 만족시키기 위해 Cs는 나노 F(패럿) 수준으로 낮아져야 한다. 직렬 공진 조건을 위해서는 ωp와 ωs는 충분히 달라야 한다. 이를 위해 Cp는 최소화되어야 한다. 직렬로 등치된 캐패시터 Cp를 이루는 Cf(702)를 최소화하기 위해 코일과 페라이트 코어 사이에 비자성 구조체인 아크릴 스페이서(705)를 삽입할 수 있다. Cw(701)를 최소화하기 위해 코일(703)을 선 사이의 공간을 충분히 두어 아크릴 스페이서(705)로 싸인 페라이트 코어(704)를 도7의 (b)와 같이 감는다. 이를 통해 Cp는 최소화될 수 있다.The series resonance frequency ω s is determined by the sum of C p and C s (802) and the inductance L s of the coil. The parallel resonant frequency ω p is determined by L s and C p . To increase the induced voltage on the second coil, increase the number of turns and increase the frequency to several tens of kHz. Under these conditions, the self-inductance of the second coil is quite large and the C s must be reduced to a nanofarge (F) level to satisfy resonance conditions. For series resonance conditions, ω p and ω s should be sufficiently different. For this, C p should be minimized. An
더 높은 효율을 위해 제1, 제2 코일의 코어에서 발생하는 손실을 최소화해야한다. 히스테리시스 손실은 코일에 흐르는 전류의 양을 조절하여 코어에 인가되는 최대 자속밀도의 양을 조절하는 방법으로 조절될 수 있다.For higher efficiency, losses occurring in the cores of the first and second coils must be minimized. The hysteresis loss can be adjusted by adjusting the amount of current flowing through the coil to adjust the amount of maximum magnetic flux density applied to the core.
도 9는 페라이트 코어에서의 맴돌이 전류의 흐름을 도시한 개념도이다. 크기가 큰 페라이트 코어를 사용한 경우 인가해주는 자속(902)을 변화시키면 상대적으로 큰 전도도와 전류의 크기 때문에 맴돌이 전류(901)가 생겨서 손실이 발생한다. 이를 최소화하기 위해 작은 크기(100mm×100mm×10mm)의 페라이트 블록들이 이용된다. 맴돌이 전류 손실을 줄이기 위해 각 블록들의 모든 접촉면은 절연 테이프(903)나 얇은 고밀도 폴리에틸렌 필름(High Density Polyethylene Film: HDPE)으로 절연된다. 도 9의 (a)와 (b)는 각각 길이방향으로는 절연 테이프(903)를, 길이의 수직방향으로는 HDPE(904)를 사용한 도면이다. 위에서 두 번째 도면들처럼 코어를 일체형으로 만들 때와 달리 위에서 첫 번째 도면들처럼 코어를 분할하고 절연하여 만들면 맴돌이 전류의 회전 폭이 좁아져서 국지적인 맴돌이 전류가 발생하지 않으므로 맴돌이 저항이 커지는 효과가 생긴다.9 is a conceptual diagram showing the flow of the eddy current in the ferrite core. When a ferrite core having a large size is used, if a
도 10 내지 15는 위에서 기술한 방법들을 활용한 IPTS가 장거리에서 실효성 있는 전송효율을 지니고 있음을 실험적으로 입증한 내용이다. 이하의 설명에서 제시하는 내용은 본 발명의 권리범위를 제한하지 않으며 산업상 이용가능성을 증명하기 위한 목적으로만 해석되어야 할 것이다.FIGS. 10 to 15 are experimental results demonstrating that IPTS using the above-described methods have effective transmission efficiency over long distances. The contents of the following description should not be construed as limiting the scope of the present invention and should be interpreted for the purpose of demonstrating industrial applicability.
제1, 제2코일을 보상해주기 위한 직렬 공진 캐패시터들(1006)은 수천 볼트에 달하는 높은 전압이 인가될 수 있어야 하고 작은 저항특성을 지녀야 한다. 고전압 세라믹 캐패시터와 필름 캐패시터가 공진 캐패시터로 가능할 것이나 본 제안에서는 세라믹 캐패시터가 온도에 민감하고 저항 특성이 높은 주파수에서 좋지 않아 필름 캐패시터를 사용하였다.The series
도 10은 본 발명의 일 실시예인 전력전송장치의 회로도이다. 제1코일(1002)과 직렬 공진 캐패시터 C1(1006)은 풀브리지 인버터(1001)로 구동된다. 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching: ZVS)이 인버터(1001)에서 이루어지도록 하기 위해 C1(1006)과 제1코일(1002)의 공진 주파수는 인버터의 스위칭 주파수보다 10% 낮게 설정되었다. 풀브리지 정류기(1004)는 제2전압의 교류전압을 직류전압으로 변환시켜준다. 실제 부하와 등가 모델을 만들기 위해 저항 R1(1007)을 정류기(1004) 밖에 연결한 것으로 묘사했다.10 is a circuit diagram of a power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. The
도 11은 제1코일 모듈과 제2코일 모듈을 구현한 사진이다. 도 4와 도 7에서 설명한 것과 같이 코어는 각기 다른 길이의 판형 페라이트 코어를 절연 테이프와 교대로 적층하여 중앙부분이 굵은 페라이트 코어를 제작하였다. 이를 다시 스페이서 안에 넣고 스페이서 밖에 코일을 감아서 제1코일 모듈과 제2코일 모듈을 만들었다. 도 10에서 설계한 것과 같이 제1코일 모듈은 풀브리지 인버터와 연결되어 있고 제2코일 모듈은 풀브리지 정류기와 연결하였다. 실험은 20kHz와 105kHz의 주파수에 대하여 이루어졌다.11 is a photograph showing the first coil module and the second coil module. As shown in FIGS. 4 and 7, the ferrite cores having different lengths were alternately laminated with the insulating tape to produce a ferrite core having a large central portion. The first coil module and the second coil module were formed by inserting the coil into the spacer and winding the coil outside the spacer. As designed in FIG. 10, the first coil module is connected to the full bridge inverter and the second coil module is connected to the full bridge rectifier. Experiments were conducted for frequencies of 20 kHz and 105 kHz.
도 12는 20kHz에서 제1코일에 RMS 전류값 Ip(1005)를 변화시키며 다양한 거리에서 전력 전송량을 측정한 그래프이다. 제1코일 코어에서 자속밀도가 수렴되는 전류 값이 약 47Arms이므로 3m, 4m, 5m에서의 최대 전력 전송량은 각각 1,403W, 471W, 209W가 된다. 따라서 막대모양으로 구현된 IPTS에서 길이(3m)의 0.5배 내지 2배 사이의 거리에서 충분히 실효성 있는 전력이 전송된다.FIG. 12 is a graph showing the power transmission amount at various distances while changing the RMS current value I p (1005) at the first coil at 20 kHz. Since the magnetic flux density converges in the first coil core is about 47A rms , the maximum power transmission amounts at 3m, 4m and 5m are 1,403W, 471W and 209W, respectively. Therefore, sufficient effective power is transmitted at a distance of 0.5 to 2 times the length (3 m) in the IPTS implemented as a bar.
도 13은 20kHz에서 제2코일에 출력된 전력값 Po에 따른 다양한 거리에서 전력 전송효율을 측정한 그래프이다. 100W가 출력될 때 3m,4m, 5m에서의 전송효율은 각각 36.9%, 18.7%, 9.2%가 된다. Ip가 증대됨에 따라 코일에서 전력 손실이 발생하므로 전력 전송 효율은 낮아진다.13 is a graph showing power transmission efficiency measured at various distances according to the power value P o output to the second coil at 20 kHz. When 100W is output, the transmission efficiencies at 3m, 4m and 5m are 36.9%, 18.7% and 9.2%, respectively. As I p increases, power loss occurs in the coil, so the power transfer efficiency is lowered.
도 14는 105kHz에서 제1코일에 RMS값이 Ip인 전류를 변화시키며 다양한 거리에서 전력 전송량을 측정한 그래프이다. 이 경우 자속밀도가 수렴하는 전력값을 측정하면 2m, 3m, 4m, 5m에서 각각 109W, 34.8W, 13.8W, 5.93W이다.FIG. 14 is a graph showing the power transmission amount measured at various distances while varying the current with the RMS value I p at the first coil at 105 kHz. In this case, the power values at which magnetic flux density converges are 109 W, 34.8 W, 13.8 W, and 5.93 W at 2 m, 3 m, 4 m and 5 m, respectively.
도 15는 105kHz에서 제2코일에 출력된 전력값 Po에 따른 다양한 거리에서 전력 전송효율을 측정한 그래프이다. 5W의 전력 전송량을 달성했을 때 2m, 3m, 4m, 5m에서 효율은 각각 46%, 31%, 15%, 6%이다.15 is a graph showing power transmission efficiency measured at various distances according to the power value P o output to the second coil at 105 kHz. Efficiency of 2m, 3m, 4m, and 5m achieved 46%, 31%, 15% and 6%, respectively, when the power transmission rate of 5W is achieved.
높은 주파수를 적용하면 전체 시스템의 크기를 작게 만들 수 있으나 캐패시터 선정에 제약이 생기고 코어에서 발생하는 추가적인 손실과 기생 캐패시턴스의 영향이 커진다.Applying high frequencies can make the overall system small, but there are restrictions on the choice of capacitors and the additional loss and parasitic capacitances of the core will increase.
IPTS는 양 코일과 코어의 형상을 동일하게 택할 필요가 없다. 따라서 제1코일은 효율성을 위하여 대형화가 바람직하나 제2코일은 휴대의 편의를 위해 판형 페라이트 코어에 코일을 감은 형태(1601)를 지닐 수도 있다.IPTS does not need to have the same shape of both coils and core. Accordingly, although the first coil is preferably large in size for efficiency, the second coil may have a coil-
도 16은 휴대의 편의를 위해 판형 코어에 코일을 감은 투시도이다. 판형 페라이트 코어(1601)의 양면에 코일(1602)을 감으면 유도되는 전압의 크기는 작아지지만 제2코일 모듈의 크기를 작게 할 수 있다. 제2코일 모듈은 전력원으로 역할을 할 것이므로 이 전력원이 포함된 전자기기의 소형화를 달성할 수 있다.16 is a perspective view of a coil wound around a plate-shaped core for convenience of carrying. When the
도 17은 판형 코어를 제2 코일 모듈에 사용한 IPTS이다. 제1코일(1701)은 효율성을 위하여 지금까지 설명한 형태를 따랐으나 제2코일(1702)은 원하는 형태로 만들 수 있다.17 is an IPTS in which a plate-shaped core is used for a second coil module. The
도 18은 본 발명에서 전력을 전달하는 과정을 나타낸 순서도이다. 직류전류를 교류전류로 변환하는 단계(S1810)에서는 제1코일 모듈에 연결된 풀브리지 인버터에 직류전류를 인가하여 풀브리지 인버터에서 직류전류를 교류전류로 변환시킨다. 교류전류를 페라이트 코어가 중심이 굵은 계단형을 지니고 권선 영역 밖까지 연장된 형태를 가진 제1코일로 인가하는 단계(S1820)에서는 전류가 전달되어 코일에 전류가 흐른다. 제1코일에서 자기장을 발생시키는 단계(S1930)에서는 인가된 전류를 통해 코일에서 자기장을 발생시킨다. 자기장이 제2코일모듈에 전달되는 단계(S1840)에서는 자기장이 페라이트 코어를 통해 제2코일 모듈에 전달되며 제2코일 모듈에 전달된 자기장이 유도 기전력을 발생시키는 단계(S1850)에서는 제2코일에 전달된 자기장의 변화를 통해 유도 기전력이 발생한다. 유도 기전력에 의해 발생한 교류전류를 직류전류로 변환하는 단계(S1860)에서는 풀브리지 정류기에서 기전력으로 발생한 교류전류를 직류전류로 전환시켜서 전력을 전달한다.18 is a flowchart illustrating a process of transferring power in the present invention. In step S1810 of converting the direct current into the alternating current, a direct current is applied to the full bridge inverter connected to the first coil module to convert the direct current into the alternating current in the full bridge inverter. In the step (S1820) of applying the alternating current to the first coil having the stepped shape of the ferrite core and extending to the outside of the winding region, a current is transmitted and a current flows in the coil. In the step of generating a magnetic field in the first coil S1930, a magnetic field is generated in the coil through the applied current. In the step S1840 in which the magnetic field is transmitted to the second coil module, in a step S1850 in which the magnetic field is transmitted to the second coil module through the ferrite core and the magnetic field transmitted to the second coil module generates the induced electromotive force, Induced electromotive force is generated by the change of the transmitted magnetic field. In the step S1860 of converting the alternating current generated by the induced electromotive force into the direct current, the full bridge rectifier converts the alternating current generated by the electromotive force into the direct current to transfer the electric power.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention has been presented for illustrative purposes and that those skilled in the art will readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
101: 제1코일 모듈 102: 제2코일 모듈
103: 페라이트 코어의 길이 104: 코일의 길이
105: 코일 간 거리 106: 코일
107: 페라이트 코어 301: 코일 및 스페이서
302: 페라이트 코어 401: 균등 굵기 페라이트 코어
402: 계단형 페라이트 코어 403: 균등 굵기의 자속밀도 그래프
404: 계단형 페라이트심의 자속밀도 그래프
701: 도선 간 기생 캐패시턴스
702: 도선과 페라이트 코어 간 기생 캐피시턴스
703: 코일 704: 페라이트 코어
705: 스페이서
801: 기생 캐패시턴스의 병렬 연결 부분과 코일의 인덕턴스
802: 기생 캐패시턴스의 직렬 연결 부분
803: 임피던스 901: 맴돌이 전류
902: 자속 903: 절연 테이프
904: 고밀도 폴리에틸렌 필름 1001: 풀브리지 인버터
1002: 제1코일 1003: 제2코일
1004: 풀브리지 정류기 1005: 급전 전류
1006: 직렬 공진 캐패시터 1007: 실제 부하의 등가 저항
1601: 판형 페라이트 코어 1602: 코일
1701: 제1코일 1702: 제2코일101: first coil module 102: second coil module
103: length of ferrite core 104: length of coil
105: coil-to-coil distance 106: coil
107: Ferrite core 301: Coils and spacers
302: ferrite core 401: uniform thickness ferrite core
402: Stepped ferrite core 403: Magnetic flux density graph of uniform thickness
404: Magnetic flux density graph of stepped ferrite core
701: Parasitic capacitance between conductors
702: parasitic capacitance between conductor and ferrite core
703: Coil 704: Ferrite core
705: Spacer
801: Parallel connection of parasitic capacitance and inductance of coil
802: Serial connection part of parasitic capacitance
803: Impedance 901: eddy current
902: magnetic flux 903: insulating tape
904: High density polyethylene film 1001: Full bridge inverter
1002: first coil 1003: second coil
1004: Full bridge rectifier 1005: Feeding current
1006: series resonant capacitor 1007: equivalent resistance of actual load
1601: Plate-type ferrite core 1602: Coil
1701: first coil 1702: second coil
Claims (18)
상기 제1코일로부터 발생된 자기장을 통해 유도 기전력을 형성하는 제2코일과 상기 제2코일이 권취된 제2페라이트 코어를 포함하는 제2코일 모듈을 포함하되,
상기 제1페라이트 코어는 코어의 폭이나 두께보다 길이를 10배 이상 길게 한 막대 모양인 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.A first coil module including a first ferrite core and a first coil wound around the first ferrite core and generating a magnetic field by receiving AC power; And
And a second coil module including a second coil forming an induced electromotive force through a magnetic field generated from the first coil and a second ferrite core wound with the second coil,
The first ferrite core is a power transmission device, characterized in that the rod shape is 10 times longer than the width or thickness of the core.
상기 제1페라이트 코어와 제2페라이트 코어가 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Wherein the first ferrite core and the second ferrite core have the same shape.
상기 제1페라이트 코어에서 높은 자속밀도가 생성되는 부분은 단면적을 넓게 구성하고, 낮은 자속밀도가 생성되는 부분은 단면적을 좁게 구성하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Wherein a cross-sectional area of a portion where a high magnetic flux density is generated in the first ferrite core is configured to be wide, and a cross-sectional area of a portion where a low magnetic flux density is generated is configured to be narrow.
상기 제2페라이트 코어에서 높은 자속밀도가 생성되는 부분은 단면적을 넓게 구성하고, 낮은 자속밀도가 생성되는 부분은 단면적을 좁게 구성하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method of claim 3,
Wherein a cross-sectional area of a portion where a high magnetic flux density is generated in the second ferrite core is configured to be wide, and a cross-sectional area of a portion where a low magnetic flux density is generated is configured to be narrow.
상기 제1페라이트 코어 및 상기 제2페라이트 코어의 형상은 중앙부분이 굵고 양끝단으로 갈수록 가는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method according to claim 3 or 4,
Wherein the shape of the first ferrite core and the shape of the second ferrite core has a thick central portion and a thinner shape toward both ends.
상기 제1페라이트 코어 및 상기 제2페라이트 코어의 형상은 상기 중앙 부분에서 상기 양끝단으로 갈수록 계단 형태로 단계적으로 가늘어지는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the shape of the first ferrite core and the second ferrite core is stepwise tapered in a stepwise manner from the central portion toward the both ends.
상기 제1페라이트 코어의 길이는 상기 제1코일의 권선영역보다 길게 구성하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Wherein a length of the first ferrite core is longer than a winding area of the first coil.
상기 제1코일 모듈은 상기 제1페라이트 코어와 상기 제1코일 사이에 비자성 부도성 구조체를 삽입하여 상기 제1페라이트 코어와 상기 제1코일 사이에 공간을 부여하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Wherein the first coil module inserts a non-magnetic damping structure between the first ferrite core and the first coil to provide a space between the first ferrite core and the first coil.
상기 제1코일 모듈은 상기 제1페라이트 코어에 상기 제1코일이 도선 굵기 이상의 간격을 두고 권선되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Wherein the first coil module has the first coil wound on the first ferrite core at an interval equal to or greater than the thickness of the lead wire.
상기 제1 및 제2 페라이트 코어 중 적어도 하나는 상호 절연된 복수의 페라이트 블록들로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Wherein at least one of the first and second ferrite cores comprises a plurality of ferrite blocks insulated from each other.
상기 페라이트 블록들은,
서로 이웃한 상기 페라이트 블록들 사이에 개재되는 절연 테이프 또는 고밀도 폴리에틸렌 필름(High Density Polyethylene Film)에 의해 절연되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.11. The method of claim 10,
The ferrite blocks,
And is insulated by an insulating tape or a high density polyethylene film interposed between the neighboring ferrite blocks.
상기 제2페라이트 코어는 판형 페라이트이고 상기 제2코일은 상기 제2 페라이트 코어의 면과 코일의 지름방향이 평행으로 위치하도록 배치한 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Wherein the second ferrite core is a plate-shaped ferrite and the second coil is disposed such that the diametrical direction of the coil and the surface of the second ferrite core are parallel to each other.
상기 제1코일 모듈에 캐패시터를 직렬로 연결하고 상기 캐패시터에 인버터가 직렬로 연결되고, 상기 제2코일 모듈에 캐패시터를 직렬로 연결하고 상기 제2코일 모듈에 연결된 캐패시터에 정류기가 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.10. The method according to any one of claims 1 to 9,
A capacitor is connected in series to the first coil module, an inverter is connected in series to the capacitor, a capacitor is connected in series to the second coil module, and a rectifier is connected in series to the capacitor connected to the second coil module .
상기 제1코일 모듈의 제1코일 모듈로부터 발생된 자기장을 통해 유도 기전력을 형성하는 제2코일과 상기 제2코일이 권취된 길이보다 길이가 긴 제2페라이트 코어를 포함하는 제2코일 모듈
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.A first coil module including a first ferrite core having a length longer than a wound length of a coil receiving an AC power and generating a magnetic field, and a first coil wound around the first ferrite core; And
A second coil module including a second coil that forms an induced electromotive force through a magnetic field generated from a first coil module of the first coil module and a second ferrite core that is longer than the length of the second coil,
Power transmission device comprising a.
상기 제1코일 모듈의 상기 제1코일 모듈로부터 발생된 자기장을 통해 유도기전력을 형성하는 제2코일과 상기 제2코일이 권취된 제2페라이트 코어를 포함하는 제2코일 모듈을 포함하되,
상기 제1코일 모듈과 상기 제2코일 모듈 중 적어도 하나는 상기 페라이트 코어와 상기 코일 사이에 비자성 구조체를 삽입하여 상기 페라이트 코어와 상기 코일 사이에 공간을 부여하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 장치.A first coil module including a first ferrite core and a first coil wound around the first ferrite core and generating a magnetic field by receiving AC power; And
And a second coil module including a second coil forming an induced electromotive force through a magnetic field generated from the first coil module of the first coil module and a second ferrite core wound with the second coil,
Wherein at least one of the first coil module and the second coil module inserts a nonmagnetic structure between the ferrite core and the coil to provide a space between the ferrite core and the coil.
상기 제1코일 모듈의 상기 제1코일 모듈로부터 발생된 자기장을 통해 유도기전력을 형성하는 제2코일과 상기 제2코일이 권취된 제2페라이트 코어를 포함하는 제2코일 모듈을 포함하되,
상기 제1코일과 상기 제2코일은 상기 제1페라이트 코어와 상기 제2페라이트 코어의 중심부에 각각 권취되어 있고, 상기 제1페라이트 코어와 상기 제2페라이트 코어는 상기 제1코일과 상기 제2코일에 의해 주어진 자속에 비례하여 단면적이 정해지도록 중심부분은 굵고 양끝단 부분은 가는 형상인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.A first coil module including a first ferrite core and a first coil wound around the first ferrite core and generating a magnetic field by receiving AC power; And
And a second coil module including a second coil forming an induced electromotive force through a magnetic field generated from the first coil module of the first coil module and a second ferrite core wound with the second coil,
Wherein the first coil and the second coil are respectively wound on the central portions of the first ferrite core and the second ferrite core, and the first ferrite core and the second ferrite core are wound around the first coil and the second coil, Wherein the center portion is thick and the both end portions are thin in shape so that the cross-sectional area is determined in proportion to the magnetic flux given by the magnetic field generating means.
상기 인버터의 출력인 상기 교류전류를 인가받는, 제1페라이트 코어가 중심부분이 굵은 계단형을 가지고 제1코일의 권선영역 밖까지 연장된 형태를 지닌 제1코일 모듈과 상기 제1코일 모듈에 상기 교류전류가 흐를 때 생성되는 자기장에 의해 유도기전력이 생성되는 제2코일 모듈을 포함하는 전력 전송 모듈; 및
상기 제2코일 모듈에 생성된 상기 유도기전력에 의해 생성된 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.A full bridge inverter for converting a direct current into an alternating current;
A first coil module to which the first ferrite core, which is an output of the inverter, receives the AC current and has a stepped shape with a thick central portion and extends to a region outside a winding region of the first coil; A power transmission module including a second coil module in which an induced electromotive force is generated by a magnetic field generated when an alternating current flows; And
A rectifier for converting the alternating current generated by the induced electromotive force generated in the second coil module into a direct current;
The power control system comprising:
상기 제1코일 모듈은 상기 제1페라이트 코어와 상기 제1코일 사이에 비자성 스페이서를 삽입하여 상기 제1페라이트 코어와 상기 제1코일 사이에 공간을 부여하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
18. The method of claim 17,
Wherein the first coil module inserts a nonmagnetic spacer between the first ferrite core and the first coil to provide a space between the first ferrite core and the first coil.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120084068A KR101403596B1 (en) | 2012-07-31 | 2012-07-31 | Long Distance Inductive Power Transfer System Using Optimum Shaped Dipole Coils |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120084068A KR101403596B1 (en) | 2012-07-31 | 2012-07-31 | Long Distance Inductive Power Transfer System Using Optimum Shaped Dipole Coils |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140017292A true KR20140017292A (en) | 2014-02-11 |
| KR101403596B1 KR101403596B1 (en) | 2014-06-03 |
Family
ID=50265973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120084068A KR101403596B1 (en) | 2012-07-31 | 2012-07-31 | Long Distance Inductive Power Transfer System Using Optimum Shaped Dipole Coils |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101403596B1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101595774B1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-02-29 | 한국과학기술원 | Composite Coil Module for Transmitting Wireless Power |
| WO2016048008A1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-03-31 | 한국과학기술원 | Wide area omni-directional wireless power transmission device |
| KR20160039008A (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-08 | 한국과학기술원 | Apparatus for Fluorescent lamp type wireless power transmission and Fluorescent Lighting Fixtures |
| KR20160039778A (en) * | 2014-10-01 | 2016-04-12 | 한국과학기술원 | Wireless Power Transfer Apparatus Using Reflector and Separator |
| KR20170040031A (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-12 | 주식회사 아모센스 | Antenna core for wireless power transmission/receive, Module comprising the same and Electronic device comprising the same |
| KR20170094712A (en) * | 2016-02-11 | 2017-08-21 | 주식회사 아모센스 | Antenna core for wireless power transmission/receive, Module comprising the same and Electronic device comprising the same |
| US10978912B2 (en) | 2017-04-12 | 2021-04-13 | Samsung Electronics Co., Ltd | Electronic device for wirelessly receiving power and operation method thereof |
| US11133711B2 (en) | 2017-04-12 | 2021-09-28 | Samsung Electronics Co., Ltd | Wireless power transmitter, wireless power receiving electronic device, and method for operating the same |
| CN114123535A (en) * | 2021-11-24 | 2022-03-01 | 国网江苏省电力有限公司检修分公司 | Wireless power transmission coupling mechanism for on-line monitoring equipment on extra-high voltage transmission line |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110998764B (en) | 2017-08-22 | 2022-05-03 | 三星电子株式会社 | Wireless power transceiver and display device having the same |
| KR102538112B1 (en) | 2018-04-18 | 2023-05-31 | 삼성전자주식회사 | Display system that supplies power wirelessly |
| KR20210025366A (en) | 2019-08-27 | 2021-03-09 | 엘지전자 주식회사 | Wireless power transceiver and display system having the same |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001025104A (en) * | 1999-07-07 | 2001-01-26 | Meidensha Corp | Electric vehicle and running system thereof |
| KR100595702B1 (en) * | 2004-10-08 | 2006-06-30 | 주식회사 한림포스텍 | Wireless charging pad and battery pack enabled bi-directional charge |
| KR101201292B1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-11-14 | 한국과학기술원 | Magnetic Inductive Power Transfer Apparatus and Moving Object Using the Same |
-
2012
- 2012-07-31 KR KR1020120084068A patent/KR101403596B1/en active IP Right Grant
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101595774B1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-02-29 | 한국과학기술원 | Composite Coil Module for Transmitting Wireless Power |
| WO2016048008A1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-03-31 | 한국과학기술원 | Wide area omni-directional wireless power transmission device |
| KR20160039008A (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-08 | 한국과학기술원 | Apparatus for Fluorescent lamp type wireless power transmission and Fluorescent Lighting Fixtures |
| KR20160039778A (en) * | 2014-10-01 | 2016-04-12 | 한국과학기술원 | Wireless Power Transfer Apparatus Using Reflector and Separator |
| KR20170040031A (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-12 | 주식회사 아모센스 | Antenna core for wireless power transmission/receive, Module comprising the same and Electronic device comprising the same |
| KR20170094712A (en) * | 2016-02-11 | 2017-08-21 | 주식회사 아모센스 | Antenna core for wireless power transmission/receive, Module comprising the same and Electronic device comprising the same |
| US10978912B2 (en) | 2017-04-12 | 2021-04-13 | Samsung Electronics Co., Ltd | Electronic device for wirelessly receiving power and operation method thereof |
| US11133711B2 (en) | 2017-04-12 | 2021-09-28 | Samsung Electronics Co., Ltd | Wireless power transmitter, wireless power receiving electronic device, and method for operating the same |
| CN114123535A (en) * | 2021-11-24 | 2022-03-01 | 国网江苏省电力有限公司检修分公司 | Wireless power transmission coupling mechanism for on-line monitoring equipment on extra-high voltage transmission line |
| CN114123535B (en) * | 2021-11-24 | 2024-02-23 | 国网江苏省电力有限公司检修分公司 | Wireless power transmission coupling mechanism for on-line monitoring equipment on ultra-high voltage transmission line |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101403596B1 (en) | 2014-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101403596B1 (en) | Long Distance Inductive Power Transfer System Using Optimum Shaped Dipole Coils | |
| Pearce et al. | Robust ferrite-less double D topology for roadway IPT applications | |
| Cai et al. | Resonant wireless charging system design for 110-kV high-voltage transmission line monitoring equipment | |
| Park et al. | Innovative 5-m-off-distance inductive power transfer systems with optimally shaped dipole coils | |
| Lee et al. | Development and validation of model for 95%-efficiency 220-W wireless power transfer over a 30-cm air gap | |
| Park et al. | 5m-off-long-distance inductive power transfer system using optimum shaped dipole coils | |
| US7940534B2 (en) | Resonant transformer systems and methods of use | |
| Yi et al. | Design and optimization of a 3‐coil resonance‐based wireless power transfer system for biomedical implants | |
| Garnica et al. | High efficiency midrange wireless power transfer system | |
| KR101941307B1 (en) | Power-receiving coil, power-reception device, and contactless power-transmission system | |
| Yamada et al. | An efficiency optimization method of static wireless power transfer coreless coils for electric vehicles in the 85 kHz band using numerical analysis | |
| Yi et al. | High-precision simulation for structure and efficiency optimization of high-power high-frequency transformer | |
| Yildiriz et al. | IPT design with optimal use of spiral rectangular coils for wireless charging of e-tricycle scooters | |
| Wang et al. | Finite-element analysis and corresponding experiments of resonant energy transfer for wireless transmission devices | |
| Nataraj et al. | General analysis of resonance coupled wireless power transfer (Wpt) using inductive coils | |
| KR20120046027A (en) | Capacitive and transformer coupling method for resonance based wireless power transfer | |
| KR101595774B1 (en) | Composite Coil Module for Transmitting Wireless Power | |
| de Miranda et al. | On the impact of relay circuit losses in four‐coil wireless power transfer systems | |
| Tashiro et al. | Theoretical design of energy harvesting module or wireless power transmission receiver using magnetic field of 0.2 mT at 60 Hz | |
| CN108666067A (en) | A kind of high efficiency integrated form LLC resonance transformers | |
| Gulzar et al. | A comprehensive electromagnetic design, simulation and analysis of wireless charging coils for large power applications | |
| de Miranda et al. | Alternative configuration of open-bifilar coil for self-resonant wireless power transfer system | |
| Xin et al. | Wireless power transmission for oil well applications | |
| Pathipati et al. | Performance analysis of a high-efficiency multi-winding wireless EV charging system using UU and UI core geometries | |
| Jeong et al. | Characteristic of wireless power transmission S-parameter for a superconductor coil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180425 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190429 Year of fee payment: 6 |