KR101286585B1 - Wireless power transmitting system using frequency splitting and method thereof - Google Patents
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Abstract
주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템 및 그 방법이 개시된다. 상기 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템은 소정의 주파수를 사용하여 수신시스템으로 무선전력 전송을 수행하기 위한 송신 장치 및 상기 송신장치가 사용하는 주파수를 제어할 수 있는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 주파수 스플리팅(splitting)이 발생하는 경우, 고유 공진 주파수에 기초하여 계산되는 스플리팅 주파수를 이용하여 상기 송신장치가 사용할 주파수를 트래킹(tracking) 하고, 트래킹 결과 결정된 결정 주파수로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어할 수 있다.Disclosed are a wireless power transmission system and method using frequency splitting characteristics. The wireless power transmission system using the frequency splitting characteristic includes a transmitting device for performing wireless power transmission to a receiving system using a predetermined frequency and a controller capable of controlling a frequency used by the transmitting device. When frequency splitting occurs, the controller tracks a frequency to be used by the transmitter by using a splitting frequency calculated based on a natural resonance frequency, and supplies power to a determined frequency determined as a result of the tracking. The transmitting device can be controlled to transmit.
Description
본 발명은 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 공명식 전력전송에서 송신시스템과 수신시스템의 거리가 가까울 때 공진 주파수에서의 전송효율이 떨어지고 다른 주파수에서 최대 효율이 나타나게 되는 주파수 스플리팅(frequency splitting) 현상이 발생하게 되는데, 이러한 주파수 스플리팅 현상에서도 높은 전송효율을 갖는 주파수를 트래킹(tracking)하여 뛰어난 전송효율을 가질 수 있는 무선전력 전송시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a wireless power transmission system and method using frequency splitting characteristics, and more particularly, in the magnetic resonance power transmission, when the distance between the transmission system and the receiving system is close, the transmission efficiency at the resonant frequency is lowered and other frequencies A frequency splitting phenomenon occurs in which the maximum efficiency occurs in the wireless power transmission system that can have excellent transmission efficiency by tracking a frequency having a high transmission efficiency even in this frequency splitting phenomenon. And to a method thereof.
현대 사회에서는 많은 분야에서 무선 통신이 이용되고 있다. 하지만 전자기기의 전력공급은 여전히 전원선을 이용한 유선전력 전송이 주로 이용되고 있다. In modern society, wireless communication is used in many fields. However, power supply of electronic devices is still mainly used for wired power transmission using power lines.
예컨대, 벽걸이 TV를 벽에 부착하고자 하는 경우, 미관상 전원선을 벽 내로 매설하는 것이 바람직하지만 건물 자체에 변형을 가져올 수 있고, 공사 비용이 많이 드는 문제점이 있다. 또한 다양한 기기들은(예컨대, 전기밥솥, 전자레인지, 전기오븐, 커피포트 등) 해당 기기를 동작시키는 경우에만 전원선을 연결하는 것이 안전하지만, 기기 동작 때마다 전원장치(예컨대, 멀티탭(multi-tap) 등)을 끄고 키거나 콘센트에서 전원선을 꽂았다 뽑았다를 반복해야 하는 불편함이 있었다. 또한, 이러한 불편함으로 인해 계속 상기 기기들을 전원과 연결하고 있는 경우 대기 전력 소비 문제가 발생한다. For example, when a wall-mounted TV is to be attached to a wall, it is preferable to embed an aesthetic power line into the wall, but there may be a problem in that the building itself may be deformed and construction cost may be high. In addition, various devices (eg, rice cookers, microwave ovens, electric ovens, coffee pots, etc.) are safe to connect the power line only when the device is operated, but the power supply (eg, multi-tap) There was an inconvenience to turn off and on) or to plug in and unplug the power cord from the outlet. In addition, this inconvenience causes standby power consumption problems when the devices are continuously connected to a power source.
또한, 고급 멀티미디어 환경을 구축하기 위해 벽걸이 TV뿐만 아니라 5.1 채널 스피커 등을 설치하는 경우 또는 컴퓨터와 수많은 주변기기의 동작을 위해서 수많은 전원선을 멀티탭에 연결해야 하는 경우가 많고, 다수의 멀티탭을 사용할 때 과전류로 인한 화재 위험성도 존재한다. 따라서, 갈수록 무선전력 전송기술의 중요성이 커지고 있다.In addition, in order to build a high-end multimedia environment, in addition to wall-mounted TVs, 5.1 channel speakers, etc., or numerous power lines need to be connected to a power strip for the operation of a computer and numerous peripheral devices. Risk of fire due to Therefore, the importance of wireless power transmission technology is increasing.
무선전력 전송방식에는 자기유도식 전력전송과 자기공명식 전력전송 방법이 있다. 자기유도식 전력 전송방식은 전송효율은 높으나 접촉에 가까운 충전거리로 인하여 거리에 따라 효율이 급격하게 감소하는 문제점이 있다.Wireless power transmission methods include magnetic induction power transmission and magnetic resonance power transmission methods. The self-induction power transmission method has a high transmission efficiency but has a problem that the efficiency decreases rapidly with distance due to the charging distance close to the contact.
자기 공명식 전력전송 방식은 상대적으로 먼 거리(예컨대, 수 미터)에서 사용하기 위해 주로 사용되는 방식이며 가까운 거리에 대해서는 아직 구체적인 연구가 진행되지 않고 있다.Magnetic resonance power transmission is mainly used for relatively long distances (eg, a few meters), and no specific studies have been conducted on the close distances.
하지만, 상대적으로 먼 거리에서의 전력전송도 중요하지만 필요에 따라 동일한 시스템을 이용하여 가까운 거리에서도 전력전송을 해야 할 필요가 있을 수 있다. 자기유도식 전력전송 방식은 먼 거리에서 효율이 좋지 않기 때문에 거리와 무관하게 전력전송을 수행하기 위해서는 자기공명식 전력전송 방식을 사용해야 할 수 있다.However, although power transmission over a relatively long distance is important, it may be necessary to perform power transmission at a close distance using the same system if necessary. Since the magnetic induction power transmission method is not efficient at a long distance, it may be necessary to use the magnetic resonance power transmission method to perform the power transmission regardless of the distance.
자기공명식 전력전송 방식은 가까운 거리에서는 오히려 효율이 떨어지는 주파수 스플리팅(Frequency splitting) 현상을 볼 수 있다. 이러한 주파수 스플리팅 특성에 대해서는 "Waves and Fields in optoelectronics", Prentice-Hall, 1983. 및 "Wirelss power transfer via strongly coupled magnetic resonances", science, 2007. 등에 개시된 바 있다.
이러한 주파수 스플리팅 특성은 물리적으로 피할 수 없는 특성으로, 현재까지의 연구에서는 이 문제에 직면하지 않기 위해 먼 거리에서 성능을 검증하고 있다. Magnetic resonance power transmission can be seen that the frequency splitting phenomenon is less efficient at close range. Such frequency splitting characteristics have been disclosed in "Waves and Fields in optoelectronics", Prentice-Hall, 1983. and "Wirelss power transfer via strongly coupled magnetic resonances", science, 2007.
These frequency splitting characteristics are physically unavoidable, and studies to date have been verifying performance over a long distance to avoid this problem.
따라서 자기공명식 전력전송 방식에서 가까운 거리에서 발생하는 주파수 스플리팅으로 인해 전송효율이 떨어져도 전송효율을 일정수준 이상 보장해줄 수 있는 시스템 및 방법이 요구된다.
Therefore, there is a need for a system and method capable of guaranteeing a certain level of transmission efficiency even if transmission efficiency is reduced due to frequency splitting occurring in a close distance in a magnetic resonance power transmission method.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 자기공명식 전력전송을 하면, 가까운 거리에서는 오히려 고유 공진 주파수에서 전송효율이 저하되고 최대 효율이 나타나는 주파수가 고유 공진 주파수를 중심으로 양쪽으로 벌어지는 주파수 스플리팅 현상이 일어나게 되는데, 이러한 주파수 스플리팅으로 인한 전송효율 저하를 보상해줄 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is that when the magnetic resonance power transmission, the frequency is split at both frequencies centered around the natural resonance frequency, the transmission efficiency is lowered at the natural resonance frequency and the maximum efficiency appears rather at close distance. The phenomenon occurs, and to provide a system and method that can compensate for the transmission efficiency degradation due to such frequency splitting.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템은 소정의 주파수를 사용하여 수신시스템으로 무선전력 전송을 수행하기 위한 송신 장치 및 상기 송신장치가 사용하는 주파수를 제어할 수 있는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 주파수 스플리팅(splitting)이 발생하는 경우, 고유 공진 주파수에 기초하여 계산되는 스플리팅 주파수를 이용하여 상기 송신장치가 사용할 주파수를 트래킹(tracking) 하고, 트래킹 결과 결정된 결정 주파수로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어할 수 있다.The wireless power transmission system using a frequency splitting characteristic for solving the technical problem is capable of controlling a transmitting device for performing wireless power transmission to a receiving system using a predetermined frequency and the frequency used by the transmitting device. And a controller, when the frequency splitting occurs, tracking the frequency to be used by the transmitting apparatus by using the splitting frequency calculated based on the natural resonance frequency, and tracking result. The transmitter may be controlled to transmit power at the determined determination frequency.
상기 컨트롤러는 고유 공진 주파수로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어하다가, 주파수 스플리팅이 발생하면 상기 결정 주파수로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어할 수 있다.The controller may control the transmitter to transmit power at a natural resonance frequency, and then control the transmitter to transmit power at the determined frequency when frequency splitting occurs.
상기 컨트롤러는 상기 수신시스템으로부터 커플링 계수(coupling coefficient)에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보 및 상기 고유 공진 주파수에 기초하여 상기 스플리팅 주파수를 계산할 수 있다.The controller may receive information about a coupling coefficient from the receiving system and calculate the splitting frequency based on the received information and the natural resonance frequency.
상기 컨트롤러는 상기 계산된 상기 스플리팅 주파수를 이용하여 상기 수신시스템으로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어하고, 소정의 제1단위만큼 주파수를 변경하면서 변경 전의 주파수와 변경 후의 주파수 중 전송효율이 더 좋은 주파수를 선택하는 과정을 적어도 한 번 수행할 수 있다.The controller controls the transmitting device to transmit power to the receiving system by using the calculated splitting frequency, and changes the frequency by a predetermined first unit while transmitting efficiency between the frequency before the change and the frequency after the change. The process of selecting a better frequency can be performed at least once.
상기 컨트롤러는 상기 수신시스템으로부터 수신되는 소정의 제어정보에 기초하여 상기 변경 전의 주파수와 상기 변경 후의 주파수 중 전송효율이 더 좋은 주파수를 선택할 수 있다.The controller may select a frequency having a better transmission efficiency between the frequency before the change and the frequency after the change based on predetermined control information received from the receiving system.
상기 컨트롤러는 상기 제1단위를 이용하여 트래킹 하는 중에 전송효율이 최대인 주파수가 결정되면, 상기 제1단위보다 작은 값을 갖는 제2단위만큼 주파수를 변경하여 상기 결정 주파수를 트래킹 하는 것을 특징으로 할 수 있다.When the controller determines the frequency having the maximum transmission efficiency while tracking by using the first unit, the controller changes the frequency by a second unit having a value smaller than the first unit to track the determined frequency. Can be.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템은 소정의 주파수를 사용하여 수신시스템으로 무선전력 전송을 수행하기 위한 송신 장치 및 상기 송신장치가 사용하는 주파수를 제어할 수 있는 컨트롤러를 포함하며,The wireless power transmission system using a frequency splitting characteristic for solving the technical problem is capable of controlling a transmitting device for performing wireless power transmission to a receiving system using a predetermined frequency and the frequency used by the transmitting device. Includes a controller,
상기 컨트롤러는 주파수 스플리팅이 발생하는지 여부에 따라 고유 공진 주파수, 상기 고유 공진 주파수에 기초하여 계산되는 스플리팅 주파수, 또는 상기 스플리팅 주파수에 기초하여 수행되는 주파수 트래킹 결과로 결정되는 결정 주파수 중 어느 하나로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어할 수 있다.The controller determines a frequency determined by a natural resonance frequency, a split frequency calculated based on the natural resonance frequency, or a frequency tracking result performed based on the split frequency according to whether or not frequency splitting occurs. The transmitter may be controlled to transmit power to any one of the following.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템은 소정의 주파수를 이용하여 전송되는 전력을 송신시스템으로부터 수신하기 위한 수신장치 및 상기 수신장치에 의해 수신된 전력의 전력크기를 확인하고, 확인된 전력크기에 기초하여 소정의 제어정보를 상기 송신시스템으로 전송하기 위한 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 송신시스템이 주파수를 변경하면서 전력을 전송하면, 변경 전의 주파수에 따른 전력의 크기와 변경 후의 주파수에 따른 전력의 크기를 비교하여 상기 송신시스템으로 출력할 제어정보를 결정할 수 있다.A wireless power transmission system using a frequency splitting characteristic for solving the technical problem is a receiver for receiving power transmitted using a predetermined frequency from the transmission system and the power size of the power received by the receiver And a controller for transmitting predetermined control information to the transmission system on the basis of the identified power size, wherein the controller transmits power while changing the frequency, the power according to the frequency before the change. The control information to be output to the transmission system may be determined by comparing the magnitude and the magnitude of power according to the changed frequency.
상기 컨트롤러는 상기 수신장치의 임피던스를 선택적으로 변경하면서 상기 송신시스템으로 전송할 제어정보를 전송할 수 있다.The controller may transmit control information to be transmitted to the transmission system while selectively changing the impedance of the receiver.
상기 컨트롤러는 상기 수신장치와 소정의 추가저항을 선택적으로 연결하기 위한 스위치를 제어하여 상기 수신장치의 임피던스를 선택적으로 변경할 수 있다.The controller may selectively change an impedance of the receiver by controlling a switch for selectively connecting the receiver with a predetermined additional resistor.
상기 컨트롤러는 상기 송신시스템으로부터 고유 공진 주파수를 이용한 전력이 전송되면, 전송된 전력의 크기에 기초하여 커플링 계수를 산출하고, 산출된 커플링 계수에 대한 정보를 상기 송신시스템으로 전송할 수 있다.When power using a natural resonance frequency is transmitted from the transmission system, the controller may calculate a coupling coefficient based on the magnitude of the transmitted power, and transmit information on the calculated coupling coefficient to the transmission system.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송방법은 송신시스템이 고유 공진 주파수를 이용하여 수신시스템으로 전력을 전송하는 단계, 상기 송신시스템이 상기 수신시스템으로부터 수신되는 커플링 계수에 대한 정보에 기초하여 스플리팅 주파수를 계산하고, 계산된 스플리팅 주파수를 이용하여 상기 수신시스템으로 전력을 전송하는 단계, 및 전송에 응답하여 상기 수신시스템으로부터 전송되는 제어정보에 기초하여 상기 송신시스템이 이용할 결정 주파수를 트래킹 하는 단계를 포함한다.In a wireless power transmission method using a frequency splitting characteristic for solving the technical problem, a transmission system transmits power to a reception system using a natural resonance frequency, the transmission system coupling coefficient received from the reception system Calculating a splitting frequency on the basis of information on and transmitting power to the receiving system using the calculated splitting frequency, and based on the control information transmitted from the receiving system in response to the transmitting; Tracking the determined frequency for the transmission system to use.
상기 수신시스템으로부터 전송되는 제어정보에 기초하여 상기 송신시스템이 이용할 결정 주파수를 트래킹 하는 단계는, 소정의 제1단위만큼 주파수를 변경하면서 변경 전의 주파수와 변경 후의 주파수 중 전송효율이 더 좋은 주파수를 선택하는 과정을 적어도 한 번 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Tracking the determination frequency to be used by the transmission system based on the control information transmitted from the reception system, selecting a frequency having a better transmission efficiency among the frequency before the change and the frequency after the change while changing the frequency by a predetermined first unit. It may include the step of performing at least once.
상기 수신시스템으로부터 전송되는 제어정보에 기초하여 상기 송신시스템이 이용할 결정 주파수를 트래킹 하는 단계는 상기 제1단위를 이용하여 트래킹 하는 중에 전송효율이 최대인 주파수가 결정되면, 상기 제1단위보다 작은 값을 갖는 제2단위만큼 주파수를 변경하여 상기 결정 주파수를 트래킹 하는 단계를 더 포함할 수 있다.The tracking of the determination frequency to be used by the transmission system based on the control information transmitted from the reception system is a value smaller than the first unit when a frequency having the maximum transmission efficiency is determined while tracking using the first unit. The method may further include tracking the determined frequency by changing a frequency by a second unit having a.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송방법은 송신시스템이 주파수 스플리팅이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계, 판단결과에 따라 상기 송신시스템이 스플리팅 주파수를 계산하는 단계, 계산된 상기 스플리팅 주파수에 기초하여 주파수 트래킹을 수행하여 결정 주파수를 확인하는 단계, 및 상기 송신시스템이 계산된 상기 스플리팅 주파수 또는 확인된 결정 주파수 중 어느 하나를 이용하여 수신시스템으로 전력을 전송하는 단계를 포함한다.
In a wireless power transmission method using a frequency splitting characteristic for solving the technical problem, the transmission system determines whether frequency splitting has occurred, and the transmission system calculates the splitting frequency according to the determination result. Step, performing frequency tracking based on the calculated splitting frequency to confirm a determined frequency, and the transmission system uses either the calculated splitting frequency or the determined determined frequency to a receiving system. Transmitting power.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템 및 그 방법에 의하면, 주파수 스플리팅이 발생해도 전송효율이 뛰어난 주파수를 트래킹하여, 트래킹된 주파수를 이용하여 전력을 전송하므로 일정 수준이상의 전송효율을 보장할 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the wireless power transmission system and the method using the frequency splitting characteristic according to an embodiment of the present invention, even if frequency splitting occurs by tracking the frequency with excellent transmission efficiency, the power using the tracked frequency Since the transmission, the transmission efficiency of a certain level or more can be guaranteed.
또한, 송신시스템과 수신시스템 간의 거리가 상대적으로 멀든지 또는 주파수 스플리팅이 발생할 정도의 가까운 거리인지 여부에 관계없이 동일한 시스템을 이용하여 무선전력 전송을 일정 수준 이상의 효율로 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, regardless of whether the distance between the transmitting system and the receiving system is relatively long or close enough to cause frequency splitting, it is possible to perform wireless power transmission with a certain level or more efficiency using the same system. have.
또한, 주파수 트래킹을 위해 송신시스템과 수신시스템 간에 소정의 정보를 전송할 때, 임피던스 미스매치(impedance mismatch)를 이용할 수 있어서 상대적으로 저렴한 비용으로 주파수 트래킹을 수행할 수 있는 효과가 있다.
In addition, when the predetermined information is transmitted between the transmission system and the reception system for frequency tracking, impedance mismatch can be used, so that frequency tracking can be performed at a relatively low cost.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 무선전력 전송시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 자기공명식 무선전력 전송에서 거리가 가까운 경우의 주파수 스플리팅 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 무선전력 전송시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신시스템에 포함된 수신장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법에 따라 송신시스템이 주파수를 트래킹하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 플로우 챠트이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법에 따라 주파수 트래킹을 하기 위한 수신시스템의 동작을 설명하기 위한 개략적인 플로우 챠트이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법에서 주파수 스플리팅이 발생하는 경우의 전송효율을 주파수 및 커플링 계수와 연관하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법을 적용했을 때의 성능을 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A brief description of each drawing is provided to more fully understand the drawings recited in the description of the invention.
1 is a view showing a schematic configuration of a conventional wireless power transmission system.
2 is a view for explaining a frequency splitting phenomenon when the distance is close in the magnetic resonance wireless power transmission.
3 is a view showing a schematic configuration of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a schematic configuration of a receiving apparatus included in a receiving system according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic flowchart illustrating a process of tracking a frequency by a transmission system according to a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic flowchart illustrating an operation of a receiving system for frequency tracking according to a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a simulation result of a transmission efficiency when frequency splitting occurs in association with a frequency and a coupling coefficient in a wireless power transmission method according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a view showing a result of simulating the performance when the wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention is applied.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
또한, 본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '전송'하는 경우에는 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소로 직접 상기 데이터를 전송할 수도 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 상기 데이터를 상기 다른 구성요소로 전송할 수도 있는 것을 의미한다. Also, in this specification, when any one element 'transmits' data to another element, the element may transmit the data directly to the other element, or may be transmitted through at least one other element And may transmit the data to the other component.
반대로 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '직접 전송'하는 경우에는 상기 구성요소에서 다른 구성요소를 통하지 않고 상기 다른 구성요소로 상기 데이터가 전송되는 것을 의미한다.Conversely, when one element 'directly transmits' data to another element, it means that the data is transmitted to the other element without passing through another element in the element.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 1은 종래의 무선전력 전송시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of a conventional wireless power transmission system.
종래의 무선전력 전송시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 송신장치(10) 및 수신장치(20)를 포함할 수 있다.The conventional wireless power transmission system may include a
상기 송신장치(10)는 송신 공진 코일부(11) 및 송신 코일부(12)를 포함할 수 있고, 상기 수신장치(20)는 수신 코일부(21) 및 수신 공진 코일부(22)를 포함할 수 있다. The transmitting
이러한 무선전력 전송시스템은 널리 공지되어 있으므로 간략히만 설명하면, 송신 공진 코일부(11)는 소정의 교류 전력을 이용해 상기 송신 공진 코일(L1)에 전류를 인가하면, 인가된 전류로 인해 상기 송신 코일부(12)의 송신 코일(L2)에 전류가 유도되며, 그로 인해 자기장이 발생할 수 있다. 그러면, 수신장치의 수신 코일부(21)의 수신코일(L3) 및 수신 공진 코일부(22)의 수신 공진 코일(L4)에 순차적으로 전류가 유도되고, 결과적으로 로드저항(RL)에서 소정의 전력을 소모하게 된다. Since such a wireless power transmission system is well known, only briefly, the transmission
도 1에서는 전력전송에 관계되는 상기 송신장치(10) 및 상기 수신장치(20)의 구성 즉, 저항(Rt, RL, r1, r2, r3, r4), 코일(L1, L2, L3, L4), 캐패시터(C1, C2, C3, C4), 및 전원만을 개략적으로 도시하였지만, 상기 송신장치(10) 및 수신장치(20)는 도 1에 도시된 구성 외에도, 상기 송신장치(10) 및 상기 수신장치(20)의 종류 및 기능에 따라 소정의 안테나부, 메모리부, 전력을 충전하여 저장하기 위한 충전부, 자기장 통신을 통해 데이터를 수신하고 수신된 데이터에 응답하여 메보리부에 저장된 정보를 전송하는 등의 전반적인 제어를 위한 컨트롤러 부 등이 더 구비될 수 있음을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.1 illustrates a configuration of the
한편, 상기 송신장치(10)가 사용하는 주파수에 따라 무선전력의 전송효율이 달라지게되며, 최대의 효율로 전력전송을 가능하게 하는 주파수는 공진 주파수이다. 공진 주파수는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.On the other hand, the transmission efficiency of the wireless power is changed according to the frequency used by the
여기서, 는 각각 상기 송신장치(10)와 수신장치(20)의 공진 주파수를 나타내며, 와 는 각각 송신장치(10)의 등가적인 인덕턴스(inductance)와 캐패시턴스(capacitance)이고, 와 은 각각 수신장치(20)의 등가적인 인덕턴스와 캐패시턴스를 나타낸다. here, Represents the resonant frequencies of the
만약, 송신장치(10)와 수신장치(20)의 인덕턴스 및 캐패시턴스의 값이 같고, 따라서 고유 공진 주파수를 이용하여 전력전송을 하는 경우 송신장치(10)에서 소모되는 전력도 최소화할 수 있고, 동시에 수신장치(20)에서 소모되는 전력도 최소화할 수 있어 전송효율이 가장 좋게 된다.If the values of inductance and capacitance of the
상기 송신장치(10)와 상기 수신장치(20)의 거리가 상대적으로 먼 경우에는 뮤츄얼 인덕턴스(mutual inductance)의 값이 충분히 작아서 각각의 인덕턴스( 및 )에 거의 영향을 미치지 않지만, 거리가 가까워지는 경우에는 상기 송신장치(10)와 상기 수신장치(20)에 각각 포함된 코일 간의 뮤츄얼 인덕턴스로 인해 각각의 인덕턴스( 및 ) 값이 변하게 된다. 이러한 이유로 전달되는 전력의 주파수 특성이 변경된다. 변경되는 주파수 특성은 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.When the distance between the
도 2는 자기공명식 무선전력 전송에서 거리가 가까운 경우의 주파수 스플리팅 현상을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a frequency splitting phenomenon when the distance is close in the magnetic resonance wireless power transmission.
도 2에서 중앙의 실선은 커플링 계수(coupling coefficient, k)가 0.1인 경우, 즉 상대적으로 거리가 먼 경우의 주파수 및 이때의 전송효율(S21, 입력 전압 대비 출력 전압의 비)을 나타낸다. 또한, 다른 실선은 커플링 계수(coupling coefficient, k)가 0.01인 경우, 즉 상대적으로 두 장치(10, 20)의 거리가 일정 거리 이내로 가까운 경우의 주파수 및 이때의 전송효율을 나타낸다.In FIG. 2, the solid line in the center represents a frequency when the coupling coefficient k is 0.1, that is, when the distance is relatively long, and the transmission efficiency (S 21 , the ratio of the output voltage to the input voltage) at this time. In addition, the other solid line indicates the frequency and transmission efficiency when the coupling coefficient k is 0.01, that is, when the distances of the two
도 2를 참조하면, 상기 송신장치(10)와 상기 수신장치(20)의 거리가 상대적으로 먼 경우(k=0.1)에는 공진 주파수에서 전송효율이 가장 좋은 피크가 나타나게 된다. Referring to FIG. 2, when the distance between the
하지만, 거리가 일정 거리 이내로 가까워져서 송신장치(10)와 수신장치(20) 각각에 포함된 코일에 영향을 주는 경우(k=0.01)에는 전송효율이 가장 좋은 피크가 상기 고유 공진 주파수를 기준으로 양쪽에 각각 하나씩 나타나게 된다. 이러한 현상을 주파수 스플리팅(frequency splitting)이라 한다.However, when the distance is approached within a certain distance to affect the coils included in each of the
결국, 이러한 주파수 스플리팅으로 인해 자기 공명식 무선전력 전송에서는 가까운 거리에서 고유 공진 주파수를 이용하게 되면 오히려 전송효율이 급격히 저하되게 되는 문제점이 있었다. 그리고 이로 인해 자기 공명식 무선전력 전송은 주로 상기의 주파수 스플리팅이 일어나지 않을 정도로 거리가 먼 상황에서만 주로 사용되어 왔다.As a result, in the magnetic resonance wireless power transmission due to such frequency splitting, there is a problem in that the transmission efficiency is sharply reduced when using the natural resonance frequency at a close distance. Due to this, the magnetic resonance wireless power transmission has been mainly used only in a long distance where the frequency splitting does not occur.
본 발명에서는 이러한 주파수 스플리팅이 발생하는 환경에서도 전송효율을 어느정도 보장할 수 있는 기술적 사상을 제공할 수 있다. The present invention can provide a technical idea that can guarantee a certain degree of transmission efficiency even in an environment where such frequency splitting occurs.
수학적으로 주파수 스플리팅이 발생한 두 개의 피크 각각의 주파수(이하, '스플리팅 주파수')를 구하면 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. Mathematically, the frequency (hereinafter, 'spliting frequency') of each of two peaks in which frequency splitting occurs may be expressed as Equation (2).
여기서 는 회로의 고유 공진 주파수이며 는 저항 때문에 생기는 회로 고유의 디케이 레이트(decay rate)를 나타낸다. 또한, 는 커플링 계수이며 두 코일간에 얼마나 영향을 주는지에 대한 팩터(factor)로 사용된다. 이때 커플링 계수는 다음과 같은 수학식 3을 만족하게 된다. here Is the natural resonant frequency of the circuit Represents the inherent decay rate due to resistance. Also, Is the coupling factor and is used as a factor for how much influence is between the two coils. In this case, the coupling coefficient satisfies Equation 3 below.
따라서, 스플리팅 주파수 중 낮은 주파수와 높은 주파수는 각각 수학식 4와 5로 표현될 수 있다.Accordingly, the low frequency and the high frequency of the splitting frequencies may be represented by Equations 4 and 5, respectively.
따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 무선전력 전송시스템은 이러한 주파수 스플리팅이 발생하면, 새롭게 전력전송에 이용할 주파수(이하, '결정 주파수')를 트래킹(tracking)하여, 트래킹 결과에 따른 결정 주파수를 이용하여 전력을 전송함으로써 주파수 스플리팅이 발생하여도 일정 수준 이상의 전송효율을 보장하게 된다. 주파수를 트래킹한다고 함은 전송효율이 보다 좋은 주파수를 검색해나가는 일련의 과정을 의미할 수 있다.Accordingly, when such frequency splitting occurs, the wireless power transmission system according to the spirit of the present invention tracks a frequency (hereinafter, referred to as 'determined frequency') newly used for power transmission, and determines a determined frequency according to the tracking result. By using the power transmission to ensure the transmission efficiency over a certain level even if frequency splitting occurs. Tracking a frequency may mean a series of processes for searching for frequencies with better transmission efficiency.
상기 결정 주파수는 상술한 2 개의 스플리팅 주파수 중 어느 하나일 수 있다. 즉, 상기 무선전력 전송시스템은 수학식 4 및 5에 의해 계산될 수 있는 스플리팅 주파수 중 어느 하나를 바로 결정 주파수로 결정하여, 결정된 결정 주파수를 이용하여 전력전송을 수행할 수 있다. The determination frequency may be any one of the two splitting frequencies described above. That is, the wireless power transmission system directly determines one of the splitting frequencies, which can be calculated by Equations 4 and 5, as a determination frequency, and performs power transmission using the determined determination frequency.
하지만, 이론적으로는 상기 스플리팅 주파수에서 가장 전송효율이 좋을 수 있지만, 주위환경이나 기타 이유로 상기 스플리팅 주파수에서 전송효율이 최대가 되지 않을 수도 있다. 예컨대, 상기 커플링 계수(k)의 값이 부정확할 수도 있으며, 다양한 이유가 존재할 수 있다. Theoretically, although the transmission efficiency may be the best at the splitting frequency, the transmission efficiency may not be the maximum at the splitting frequency for the surrounding environment or other reasons. For example, the value of the coupling coefficient k may be inaccurate and there may be various reasons.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송시스템은 스플리팅 주파수에 기초하여 전송효율이 보다 좋은 주파수를 트래킹 함으로써 상기 결정 주파수를 결정할 수 있다.Accordingly, the wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention can determine the determined frequency by tracking a frequency having a higher transmission efficiency based on the splitting frequency.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 무선전력 전송시스템은 2 개의 스플리팅 주파수들 중 어느 하나를 이용하여 주파수 트래킹을 할 수 있다. 일반적으로는 2 개의 스플리팅 주파수들 중 낮은 주파수에서 전송효율이 더 좋을 수 있으며, 상기 무선전력 전송시스템은 낮은 주파수를 기준으로 주파수 트래킹을 수행할 수 있다. As shown in FIG. 2, the wireless power transmission system may perform frequency tracking using any one of two splitting frequencies. In general, the transmission efficiency may be better at a lower frequency of the two splitting frequencies, and the wireless power transmission system may perform frequency tracking based on the lower frequency.
본 발명의 기술적 사상에 의하면 주파수 트래킹을 위해 그래디언트 알고리즘(gradient algorithm)을 사용할 수 있다. 이러한 그래디언트 알고리즘의 일 예는 후술하도록 한다.According to the technical idea of the present invention, a gradient algorithm may be used for frequency tracking. An example of such a gradient algorithm will be described later.
따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 무선전력 전송시스템은 주파수 스플리팅이 발생하는 경우, 스플리팅 주파수를 기준으로 주파수 트래킹을 수행하여 새로운 주파수로 전력전송을 수행함으로써 전송효율의 저하를 보상할 수 있는 효과가 있다.Therefore, in the case where frequency splitting occurs, the wireless power transmission system according to the technical concept of the present invention may compensate for the decrease in transmission efficiency by performing power tracking at a new frequency by performing frequency tracking based on the splitting frequency. It can be effective.
물론, 본 발명의 기술적 사상에 의한 무선전력 전송시스템은 주파수 스플리팅이 발생하지 않는 환경에서는 고유 공진 주파수를 이용하여 전력을 전송할 수 있다.Of course, the wireless power transmission system according to the technical concept of the present invention may transmit power by using a natural resonance frequency in an environment where frequency splitting does not occur.
이러한 기술적 사상을 위한 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송시스템의 개략적인 구성은 도 3 및 도 4에 도시된다.A schematic configuration of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention for this technical concept is shown in FIGS. 3 and 4.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 무선전력 전송시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신시스템에 포함된 수신장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.3 is a view showing a schematic configuration of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing a schematic configuration of a receiving apparatus included in a receiving system according to an embodiment of the present invention. .
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송시스템(1)은 송신시스템(100) 및 수신시스템(200)을 포함할 수 있다. 3 and 4, the wireless
상기 송신시스템(100)은 송신 컨트롤러(110) 및 송신장치(120)를 포함할 수 있다. The
상기 송신장치(120)는 도 1에 도시된 종래의 송신장치(10)와 동일하거나 유사한 구성을 포함하여 구현될 수 있다. 상기 송신 컨트롤러(110)는 상기 송신장치(120)가 전력을 전송할 때 이용하는 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 상기 송신 컨트롤러(110)는 후술할 바와 같은 소정의 연산을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 컨트롤러(110)는 소정의 마이크로 프로세서를 포함하여 구현될 수 있다. 물론, 상기 송신 컨트롤러(110)는 상기 송신시스템(100)의 종류나 기능에 따라 상기 송신시스템(100)의 다른 구성들을 더 제어할 수도 있다. The
상기 수신시스템(200)은 수신 컨트롤러(210) 및 수신장치(220)를 포함할 수 있다. 상기 수신 컨트롤러(210)는 후술할 바와 같이 상기 수신장치(220)에 의해 수신된 전력의 크기를 검출할 수 있으며, 검출된 전력의 크기를 저장할 수 있다. 또한, 소정의 연산을 수행할 수 있다. The receiving
상기 수신장치(220)의 일 실시 예는 도 4에 도시된 바와 같을 수 있다. An embodiment of the
본 발명의 실시 예에 따른 상기 수신장치(220)는 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 수신장치(20)에 포함된 수신 공진 코일부(22)에 소정의 추가저항(R'L, 222) 및 스위치(221)가 더 포함되도록 구현될 수 있다. 상기 추가저항(222)은 로드저항(RL)과 연결될 수 있으며, 상기 스위치(221)는 상기 로드저항(RL)과 상기 추가저항(222)을 선택적으로 연결할 수 있도록 구현될 수 있다. 상기 스위치(221)는 상기 수신 컨트롤러(210)의 제어에 의해 온오프(on/off)될 수 있다. 즉, 상기 수신장치(220)는 임피던스 미스매치(impedence mismatch)를 통해 소정의 정보를 상기 송신시스템(100)으로 전송할 수 있도록 구현될 수 있으며, 임피던스 미스매치를 수행하기 위한 다양한 변형 예가 가능함을 본 발명의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.As shown in FIG. 1, the
이처럼 본 발명의 기술적 사상에 의하면 간단히 추가저항(222)과 스위치(221)만을 추가로 구비하도록 하여 상기 수신시스템(200)이 상기 송신시스템(100)으로 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 소정의 정보를 전송하도록 할 수 있다. 상기 제어정보는 상기 송신시스템(100)이 주파수 트래킹을 수행하는데 이용되는 정보일 수 있다.As described above, according to the technical idea of the present invention, the
즉, 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위해서는 상기 수신시스템(200)에서 상기 송신시스템(100)으로 소정의 정보를 전송할 수 있어야 한다. 이를 위해 상기 수신시스템(200)에는 상기 송신시스템(100)으로 정보를 전송하기 위한 별도의 통신수단(미도시)이 구비될 수도 있다. 하지만, 이러한 경우에는 별도의 통신 수단을 구비하기 위한 비용 및 에너지 소모가 클 수 있으며, 상기 수신시스템(200)에 별도의 전력원이 구비되어야 할 수도 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 임피던스 미스매치를 수행할 수 있도록 구현되는 경우, 저렴한 비용으로 정보의 전송이 가능하다.That is, in order to implement the technical idea of the present invention, it is necessary to be able to transmit predetermined information from the
임피던스 미스매치는 RFID의 정보전송 방식에 주로 사용되는 방식인데, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무선전력 전송시스템(1)에 적용되는 경우, 효율적으로 상기 수신시스템(200)에서 상기 송신시스템(100)으로 소정의 정보를 전송할 수 있게 된다. 상기 임피던스 미스매치를 통한 정보전송의 과정은 공지되어 있으므로 간략히만 설명하면, 상기 스위치(221)가 열린 상태에서는 상기 수신장치(220)는 상기 송신장치(120)와 임피던스 매치가 된 상태일 수 있다. 하지만, 상기 스위치(221)가 상기 수신 컨트롤러(210)의 제어에 의해 닫히게 되면, 상기 추가저항(222)이 연결되게 되어 상기 수신장치(220)의 전체 임피던스가 낮아지게 된다. 그러면, 상기 송신시스템(100)에서는 임피던스 매치가 되는 경우에 비해 낮은 크기의 신호가 검출될 수 있다. 따라서, 상기 스위치(221)의 제어에 의해 서로 다른 크기를 갖는 두 개의 신호가 상기 송신시스템(100)에 의해 검출될 수 있다. 즉, 상기 수신 컨트롤러(210)는 상기 스위치(221)를 제어함으로써 상기 송신시스템(100)으로 0과 1의 값을 갖는 디지털정보를 전송할 수 있게 된다. 따라서, 상기 수신시스템(200)은 상기 송신시스템(100)으로 이러한 임피던스 미스매치를 이용해 후술하는 바와 같은 정보를 전송할 수 있다.Impedance mismatch is a method mainly used for the information transmission method of the RFID, when applied to the wireless
이러한 구성을 가질 수 있는 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송시스템(1)이 주파수 스플리팅이 발생한 경우, 주파수를 트래킹하는 과정은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하도록 한다. When a frequency splitting occurs in the wireless
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법에 따라 송신시스템이 주파수를 트래킹하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 플로우 챠트이다. 또한, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법에 따라 주파수 트래킹을 하기 위한 수신시스템의 동작을 설명하기 위한 개략적인 플로우 챠트이다.5 is a schematic flowchart illustrating a process of tracking a frequency by a transmission system according to a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention. 6 is a schematic flowchart illustrating an operation of a receiving system for frequency tracking according to a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 송신시스템(100)은 고유 공진 주파수()를 이용하여 상기 수신시스템(200)으로 전력을 전송할 수 있다(S100). 그러면, 상기 수신시스템(200)은 소정의 전력을 수신할 수 있다(S200). 그러면, 상기 수신시스템(200)은 수신된 전력의 크기에 기초하여 커플링 계수(k) 값을 산출하고, 이를 상기 송신시스템(100)으로 전송할 수 있다(S210, S110). 5 and 6, the
만약, 주파수 스플리팅이 발생하면, 상기 무선전력 전송시스템(1)은 발생여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 상기 수신시스템(200)에서 수신되는 전력의 크기가 갑자기 줄어들게 되는 경우, 상기 수신시스템(200)은 주파수 스플리팅이 발생하였다고 판단하고, 이에 대한 정보를 상기 송신시스템(100)으로 전송할 수 있다. If the frequency splitting occurs, the wireless
그러면, 상기 송신시스템(100)은 커플링 계수(k) 값에 기초하여 소정의 스플리팅 주파수(예컨대, 낮은 주파수의 스플리팅 주파수)의 값을 계산하고, 계산된 상기 스플리팅 주파수를 이용하여 상기 수신시스템(200)으로 전력을 전송할 수 있다(S120, S220). 일 실시 예에 의하면, 상기 무선전력 전송시스템(1)은 주파수 스플리팅이 발생하는 경우, 상기 스플리팅 주파수로 계속 전력을 전송할 수도 있다. 이러한 경우에도 전송효율의 증가는 존재할 수 있다. 하지만, 전술한 바와 같이 상기 스플리팅 주파수가 주위환경 등에 의해 최대효율이 아닐 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 상기 무선전력 전송시스템(1)은 상기 스플리팅 주파수에 기초하여 주파수 트래킹을 수행할 수 있다. 상기 주파수 트래킹은 소정의 그래디언트 알고리즘을 통해 수행될 수 있다.Then, the
예컨대, 상기 송신시스템(100)은 상기 스플리팅 주파수에서 소정의 제1단위만큼 주파수를 변경(예컨대, 제1단위만큼 감소)할 수 있다(S140). 물론, 이전에 상기 수신시스템(200)으로부터 소정의 확인신호(ack(nowledge) 신호)를 수신할 수도 있다(S240, S130). 그리고 변경된 주파수를 이용하여 전력을 전송할 수 있다(S150, S250). 그러면, 상기 송신시스템(100)은 변경 전의 주파수와 변경 후의 주파수 중 전송효율이 더 좋은 주파수를 선택할 수 있다. 이러한 선택은 상기 수신시스템(200)으로부터 수신되는 제어정보에 기초하여 수행될 수 있다(S160, S270, S280).For example, the
상기 수신시스템(200)은 상기 제어정보를 출력하기 위해 상기 송신시스템(100)으로부터 수신된 전력 값(전력의 크기)을 저장할 수 있다(S230). 그리고, 변경된 주파수로 전력을 수신하면(S250), 저장되어 있는 전력의 크기와 현재 수신된 전력의 크기를 비교할 수 있다(S260). 그리고 어떠한 전력이 더 큰지에 대한 정보를 나타내는 소정의 제어정보를 상기 송신시스템(100)으로 출력할 수 있다(S270, S280). 예컨대, 상기 제1제어정보는 현재 수신된 전력의 크기가 더 큼(즉, 전송효율이 더 좋음)을 나타내는 정보일 수 있다. 따라서, 상기 송신시스템(100)은 다시 소정의 단위만큼 변경(예컨대, 제1단위만큼 더 감소)할 수 있다. 그리고 다시 변경된 주파수를 이용하고(S170), 변경된 주파수로 전력전송을 수행하여 상기 수신시스템(200)으로 제어정보를 수신하는 과정(S150, S160)을 수행할 수 있다. 상기 제2제어정보는 현재 수신된 전력의 크기가 더 작은 경우를 나타낼 수 있다. The
이처럼 상기 무선전력 전송시스템(1)은 상기 제1제어정보와 상기 제2제어정보에 기초하여 특정 방향(예컨대, 주파수를 감소하는 방향)으로 주파수를 소정의 제1단위만큼 변경해나가면서, 전송효율이 좋은 주파수를 트래킹하다가 더 이상 전송효율이 좋아지지 않는 소정의 주파수를 검출할 수 있다.As described above, the wireless
그러면, 상기 무선전력 전송시스템(1)은 검출된 주파수를 기준으로 상기 제1단위 보다 작은 값을 갖는 제2단위를 이용하여 다시 주파수 트래킹 과정(S140, S150, S250, S260, S270, S280, S170)을 수행할 수 있다. 주파수 트래킹은 트래킹에 이용되는 단위가 미리 정해진 값이 될때까지 수행될 수 있다. Then, the wireless
이러한 과정을 반복함으로써 상기 무선전력 전송시스템(1)은 현재의 채널환경에서 전송효율이 상대적으로 좋은(또는 최대효율을 나타내는) 결정 주파수를 검출해낼 수 있다. By repeating this process, the wireless
그러면, 상기 무선전력 전송시스템(1)은 검출된 상기 결정 주파수를 이용하여 전력전송을 수행할 수 있다.Then, the wireless
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법에서 주파수 스플리팅이 발생하는 경우의 전송효율을 주파수 및 커플링 계수와 연관하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a simulation result of a transmission efficiency when frequency splitting occurs in association with a frequency and a coupling coefficient in a wireless power transmission method according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 도 3 및 4에 도시된 바와 같은 구성을 이용한 시뮬레이션 결과를 나타내며, 송신장치(120)는 도 1에 도시된 송신장치(10)와 동일한 경우이다. 이때, Rt=RL=50, L1=L4=1uH, C1=C4=235pF, r1=r4=0.25, k12=k34=0.1, L2=L3=20uH, C2=C3=12.6pF, r2=r3=1으로 하였고, 송신장치(120)와 수신장치(220) 간의 커플링 계수는 0.001부터 0.3까지 변화시켰다. 이때 공진주파수 f0=10MHz이고 주파수는 8MHz부터 12MHz까지 변화시켰다. FIG. 7 shows simulation results using the configuration as shown in FIGS. 3 and 4, wherein the
이러한 환경에서 시뮬레이션을 수행하면, 두 회로의 거리가 멀어 상기 커플링 계수의 크기가 작으면 주파수 스플리팅이 일어나지 않지만, 거리가 가까워서 커플링 계수의 크기가 커지게 되면 주파수 스플리팅이 일어나는 것을 확인할 수 있다. When the simulation is performed in such an environment, frequency splitting does not occur when the distance between two circuits is small and the coupling coefficient is small, but frequency splitting occurs when the coupling coefficient becomes large due to the distance. You can check it.
이러한 상황에서 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법을 수행하여 성능의 향상을 시뮬레이션한 결과는 도 8에 도시된다.In this situation, the results of simulating the performance improvement by performing the wireless power transmission method according to the embodiment of the present invention are shown in FIG. 8.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송방법을 적용했을 때의 성능을 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 도면이다.8 is a view showing a result of simulating the performance when the wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention is applied.
도 8은 전술한 바와 같이 공유 공진 주파수에서 낮은 스플리팅 주파수를 이용하여 전술한 바와 같은 그래디언트 알고리즘을 통해 주파수 트래킹을 수행한 결과를 나타낸다.FIG. 8 shows a result of performing frequency tracking through the gradient algorithm as described above using a low splitting frequency at the shared resonance frequency as described above.
본 발명의 기술적 사상과 비교하기 위하여 전력공급원의 주파수를 고유 공진주파수로 고정시켰을 때의 전송효율을 같이 도시하면 도 8과 같다. In order to compare with the technical idea of the present invention, the transmission efficiency when the frequency of the power supply source is fixed at the intrinsic resonance frequency is shown as shown in FIG. 8.
도 8에 도시된 바와 같이 거리가 상대적으로 멀어 서로 간섭이 적은 경우에는 전송효율에 큰 차이가 없지만 거리가 가까워 주파수 스플리팅이 일어나는 경우에는 본 발명의 기술적 사상에 따른 무선전력 전송방법이 전송효율을 상당히 향상 시킬 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 8, when the distance is relatively large and the interference is small, there is no significant difference in transmission efficiency. However, when the frequency is split due to the distance, the wireless power transmission method according to the technical concept of the present invention is effective. It can be seen that this can be significantly improved.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (15)
소정의 주파수를 사용하여 수신시스템으로 무선전력 전송을 수행하기 위한 송신 장치; 및
상기 송신장치가 사용하는 주파수를 제어할 수 있는 컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는,
주파수 스플리팅(splitting)이 발생하는 경우, 상기 수신시스템으로부터 커플링 계수(coupling coefficient)에 대한 정보를 수신하고 수신된 정보 및 고유 공진 주파수에 기초하여 아래와 같은 수학식으로 스플리팅 주파수를 계산하고,
계산된 스플리팅 주파수를 이용하여 상기 송신장치가 사용할 주파수를 트래킹(tracking) 하고, 트래킹 결과 결정된 결정 주파수로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어하는 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템.
[수학식]
(여기서 는 회로의 고유 공진 주파수이며 는 저항 때문에 생기는 회로 고유의 디케이 레이트(decay rate)를 나타낸다. 또한, 는 커플링 계수)
In the wireless power transmission system using the resonance,
A transmitting device for performing wireless power transmission to a receiving system using a predetermined frequency; And
It includes a controller that can control the frequency used by the transmitter,
The controller,
When frequency splitting occurs, information about a coupling coefficient is received from the receiving system, and a split frequency is calculated by the following equation based on the received information and the natural resonant frequency. and,
And a frequency splitting characteristic that tracks a frequency to be used by the transmitter using the calculated splitting frequency and controls the transmitter to transmit power at a determined frequency determined as a result of the tracking.
[Mathematical Expression]
(here Is the natural resonant frequency of the circuit Represents the inherent decay rate due to resistance. Also, Is the coupling factor)
고유 공진 주파수로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어하다가, 주파수 스플리팅이 발생하면 상기 결정 주파수로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템.
The method of claim 1, wherein the controller,
The transmitter is controlled to transmit power at a natural resonant frequency, and when the frequency splitting occurs, the transmitter is controlled to transmit power at the determined frequency. system.
상기 계산된 상기 스플리팅 주파수를 이용하여 상기 수신시스템으로 전력을 전송하도록 상기 송신장치를 제어하고, 소정의 제1단위만큼 주파수를 변경하면서 변경 전의 주파수와 변경 후의 주파수 중 전송효율이 더 좋은 주파수를 선택하는 과정을 적어도 한 번 수행하는 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템.
The method of claim 1, wherein the controller,
The transmission device is controlled to transmit power to the receiving system using the calculated splitting frequency, and the frequency is changed between the frequency before the change and the frequency after the change while the frequency is changed by a predetermined first unit, and has a better transmission efficiency. Wireless power transmission system using a frequency splitting characteristic that performs at least one process of selecting a.
상기 수신시스템으로부터 수신되는 소정의 제어정보에 기초하여 상기 변경 전의 주파수와 상기 변경 후의 주파수 중 전송효율이 더 좋은 주파수를 선택하는 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템.
The method of claim 4, wherein the controller,
And a frequency splitting characteristic for selecting a frequency having a higher transmission efficiency between the frequency before the change and the frequency after the change, based on predetermined control information received from the receiving system.
상기 제1단위를 이용하여 트래킹 하는 중에 전송효율이 최대인 주파수가 결정되면, 상기 제1단위보다 작은 값을 갖는 제2단위만큼 주파수를 변경하여 상기 결정 주파수를 트래킹 하는 것을 특징으로 하는 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송시스템.
The method of claim 4, wherein the controller,
When the frequency having the maximum transmission efficiency is determined while tracking using the first unit, the frequency is split by changing the frequency by a second unit having a value smaller than the first unit to track the determined frequency. Wireless power transmission system using the automatic setting characteristic.
송신시스템이 고유 공진 주파수를 이용하여 수신시스템으로 전력을 전송하는 단계;
상기 송신시스템이 상기 수신시스템으로부터 수신되는 커플링 계수에 대한 정보 및 고유 공진 주파수에 기초하여 아래와 같은 수학식으로 스플리팅 주파수를 계산하는 단계;
계산된 스플리팅 주파수를 이용하여 상기 수신시스템으로 전력을 전송하는 단계; 및
전송에 응답하여 상기 수신시스템으로부터 수신되는 제어정보에 기초하여 상기 송신시스템이 이용할 결정 주파수를 트래킹 하는 단계; 및
트래킹 결과 결정된 결정 주파수로 전력을 전송하는 단계를 포함하는 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송방법.
[수학식]
(여기서 는 회로의 고유 공진 주파수이며 는 저항 때문에 생기는 회로 고유의 디케이 레이트(decay rate)를 나타낸다. 또한, 는 커플링 계수)
In the wireless power transmission method using resonance,
The transmission system transmitting power to the reception system using the natural resonance frequency;
Calculating, by the transmission system, the splitting frequency using the following equation based on information on the coupling coefficient received from the receiving system and the natural resonance frequency;
Transmitting power to the receiving system using the calculated splitting frequency; And
Tracking a determined frequency for use by the transmitting system based on control information received from the receiving system in response to the transmission; And
Wireless power transmission method using a frequency splitting characteristic comprising the step of transmitting power at a determined frequency determined as a result of the tracking.
[Mathematical Expression]
(here Is the natural resonant frequency of the circuit Represents the inherent decay rate due to resistance. Also, Is the coupling factor)
소정의 제1단위만큼 주파수를 변경하면서 변경 전의 주파수와 변경 후의 주파수 중 전송효율이 더 좋은 주파수를 선택하는 과정을 적어도 한 번 수행하는 단계를 포함하는 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송방법.
The method of claim 12, wherein tracking the determination frequency to be used by the transmission system based on the control information transmitted from the reception system,
And performing at least one step of selecting a frequency having a higher transmission efficiency among the frequency before the change and the frequency after the change while changing the frequency by a predetermined first unit.
상기 제1단위를 이용하여 트래킹 하는 중에 전송효율이 최대인 주파수가 결정되면, 상기 제1단위보다 작은 값을 갖는 제2단위만큼 주파수를 변경하여 상기 결정 주파수를 트래킹 하는 단계를 더 포함하는 주파수 스플리팅 특성을 이용한 무선전력 전송방법.
The method of claim 13, wherein the tracking of the determination frequency to be used by the transmission system based on the control information transmitted from the reception system comprises:
If the frequency having the maximum transmission efficiency is determined while tracking using the first unit, changing the frequency by a second unit having a value smaller than the first unit to track the determined frequency. Wireless power transmission method using pleating characteristics.
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