KR101393580B1 - Wireless Power Transfer System Insensitive to Relative Positions between Transmission-side Coil and Collector-side Coil - Google Patents
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Abstract
무선 전력 전송 효율 향상을 위한 자기 공진코일 및 이를 이용한 무선전력 전송시스템을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템은 각각 서로 다른 주파수의 단상교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 3개의 코일로 구성된 1차 코일을 구비한 급전부 및 상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 1개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류회로를 구비한 집전부를 포함하되, 상기 1차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l평면상에 위치하고, 다른 하나는 m평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n평면상에 위치하고, 상기 l, m 및 n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 의하면, 집전부의 자세가 전력전송에 미치는 영향을 줄이고 무선전송 효율을 향상시키는 효과가 있다.A self-resonant coil for improving the efficiency of wireless power transmission and a wireless power transmission system using the self-resonant coil are disclosed. A wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention includes a power feed unit having a primary coil composed of three coils for generating electromagnetic fields by respective single-phase alternating currents of different frequencies, and an electromagnetic induction system And a current collecting portion having a secondary coil including one coil for receiving electric power and a rectifying circuit for rectifying an output of the secondary coil and supplying the same to a load, wherein one of the coils The other being located on the m-plane, and the other being located on the n-plane, wherein the l, m and n planes are not parallel to each other. According to this embodiment, there is an effect that the influence of the posture of the current collector part on the power transmission is reduced and the radio transmission efficiency is improved.
Description
본 실시예는 자기 공진코일의 자세에 둔감한 무선전력 전송시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 무선 전력 전송 효율의 향상을 위해 급전부 코일과 집전부 코일 간의 상대적 위치의 영향을 적게 받도록 급/집전부가 구성된 무선전력 전송시스템에 관한 것이다.The present embodiment relates to a wireless power transmission system insensitive to the posture of the self-resonant coil. More particularly, the present invention relates to a wireless power transmission system in which a feeder / collector is configured to receive less influence of a relative position between a feeder coil and a collector coil in order to improve a wireless power transmission efficiency.
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.
최근 들어 전기기기의 편리성과 안전성을 위하여 무선 전력 전송시스템이 도입되고 있다. 무선전력 전송시스템은 급전 측에서 집전 측으로 직접 전선을 연결하지 않아도 되는 장점이 있다. 이런 장점으로 인해 가전 기기, 사무용 기기, 전기 자동차 등에 무선으로 전기를 공급하는 시스템이 크게 주목을 받고 있다. Recently, a wireless power transmission system has been introduced for convenience and safety of electric devices. The wireless power transmission system is advantageous in that it does not need to connect wires directly from the power supply side to the power supply side. Due to these advantages, a system for supplying electricity wirelessly to household appliances, office equipment, and electric vehicles has received a great deal of attention.
무선 전력 전송 기술의 이슈 중 하나인 이격 거리는 사용 주파수를 높여서 해결을 하고 있으며, 이격 거리가 증가함에 따라 자기 인덕턴스가 증가하는 반면 상호 인덕턴스가 감소하는 문제는 공진 개념을 도입하여 해결하고 있다. One of the issues of wireless power transmission technology, the spacing distance is solved by increasing the frequency of use, and the self inductance increases as the distance increases, while the problem of mutual inductance decrease is solved by introducing the resonance concept.
도 1은 인덕터 모델에서의 무선전력 전송시스템의 등가회로이다. 1 is an equivalent circuit of a wireless power transmission system in an inductor model.
무선전력 전송시스템은 일종의 변압기로 해석할 수 있다. 단지 일반적인 변압기와는 달리 1차와 2차가 격리되어 있고 상호 위치가 가변적이라는 점이 다르다. 1차와 2차가 분리되어 있으므로 여자 인덕턴스는 매우 작고, 누설 인덕턴스는 매우 크다 이런 경우는 이상적인 변압기에 기초한 변압기 모델보다는 상호결합을 하고 있는 인덕터로 표현하는 모델로 표현하는 것이 더 적절하다.The wireless power transmission system can be interpreted as a kind of transformer. Unlike a typical transformer, the primary and secondary are isolated and the mutual position is variable. Since the primary and secondary are separated, the excitation inductance is very small and the leakage inductance is very large. In this case, it is more appropriate to represent the inductor as a mutually coupled inductor rather than an ideal transformer-based transformer model.
도 1의 인덕터 모델에서 시스템은 다음의 수학식 (1), (2)로 표현된다.In the inductor model of Fig. 1, the system is expressed by the following equations (1) and (2).
여기서, L1, L2는 각각 1차와 2차의 자기 인덕턴스, M은 상호 인덕턴스이다. 자기 인덕턴스는 전류의 흐름을 억제하기 때문에 전력 전송에 방해되는 요소이다. 이 요소은 정현파 동작을 가정하면 커패시터로 상쇄(또는 보상)시킬 수 있다. 그러면 1차와 2차 각각에 공진회로가 형성이 된다. Here, L1 and L2 are first and second magnetic inductances, and M is mutual inductance. Self-inductance is a factor that interferes with power transmission because it suppresses current flow. This element can be offset (or compensated) by a capacitor assuming sinusoidal operation. Then, a resonance circuit is formed in each of the first and second phases.
도 2는 도 1의 등가회로를 커패시터로 보상한 후의 등가회로이다.Fig. 2 is an equivalent circuit after the equivalent circuit of Fig. 1 is compensated by a capacitor.
도 2의 등가회로에서 상호 인덕턴스가 에너지를 전달하는 데 기여하는데, 상호 인덕턴스는 2차 코일(2차 코일)의 놓인 상대적인 위치나 자세에 따라 크게 변한다. In the equivalent circuit of Fig. 2, the mutual inductance contributes to transfer of energy, and the mutual inductance greatly changes depending on the relative position or posture of the secondary coil (secondary coil).
도 3은 1차 코일과 2차 코일 간의 공간상의 위치관계를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a positional relationship on the space between the primary coil and the secondary coil.
만일 2차 코일이 도 3의 (a)에서와 같이 x-y 평면에 놓여 있다면, 코일을 지나는 자속 중 z축 성분만이 전압을 발생시키는데 기여하는데, 도 3의 (a)와 같이 정렬이 잘 되도록 되어 있는 시스템에서는 비교적 좋은 특성을 유지할 수 있다. 그런데 도 3의 (b)와 같이 비교적 먼 거리에 자유롭게 두도록 한 경우에는 자속이 2차 코일이 놓인 평면에 수평으로 지나가기가 쉽고, 이로 인해 2차 코일에는 전혀 전압이 발생하지 아니하여 전력전송이 전혀 이루어지지 않는다. 즉, 자세에 따라 1차 및 2차 회로 간에 상호 인덕턴스가 0이 되어 2차 회로에 기전력이 유기되지 않는다. 이러한 문제점은 비교적 먼 거리에 2차 코일이 위치해 있고 자유롭게 충전하고자 할 경우에 더욱 심각하게 나타나며, 도 3(b)에 표시된 바와 같이 1차 코일에 의해 발생한 자기장의 자기력선에 평행한 자세의 2차 코일에는 기전력이 유기되지 않는다. 표시된 자세뿐만 아니라 도 3의 (b)에 표시된 선분을 축으로 회전시켜도 기전력은 유기되지 않는다.If the secondary coil lies in the xy plane as shown in FIG. 3 (a), only the z-axis component of the magnetic flux passing through the coil contributes to generating the voltage. The system can maintain relatively good characteristics. 3 (b), the magnetic flux is likely to pass horizontally to the plane on which the secondary coil is placed. As a result, no voltage is generated in the secondary coil, Not at all. That is, the mutual inductance between the primary and secondary circuits becomes zero according to the posture, and the electromotive force is not induced in the secondary circuit. This problem is more serious when the secondary coil is located at a relatively long distance and is intended to be freely charged. As shown in Fig. 3 (b), the secondary coil of the posture parallel to the magnetic field lines of the magnetic field generated by the primary coil The electromotive force is not induced. The electromotive force is not induced even when the line segment shown in Fig.
위와 같이, 종래의 무선전력 전송시스템에서는 집전 측 기기의 자세가 집전 성능에 크게 영향을 미치는 문제가 있다.As described above, in the conventional wireless power transmission system, there is a problem that the attitude of the power collector greatly affects the current collection performance.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 실시예는 집전 측의 자세에 비교적 영향을 적게 받도록 구성된 급/집전 코일 및 이를 이용한 무선전력 전송시스템을 제공하는 데 주된 목적이 있다.In order to solve the above-described problems, the present embodiment has a main purpose of providing a power / current collecting coil configured to receive relatively little influence on the attitude of the current collector and a wireless power transmission system using the same.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 실시예의 일 측면에 의하면, 단상교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 1차 코일을 구비한 급전부 및 상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 3개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일을 구성하는 각 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되, 상기 2차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l-평면상에 위치하고, 다른 하나는 m-평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n-평면상에 위치하고, 상기 l, m, n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus including a power feed unit including a primary coil generating an electromagnetic field by a single-phase AC current, and three coils receiving an electromagnetic induction power from the primary coil, And a current collecting part including a secondary coil including the secondary coil and a rectifying part for rectifying the output of each coil constituting the secondary coil and supplying the same to the load, wherein one of the coils included in the secondary coil is on the l- Plane, the other is located on the m-plane, and the other is located on the n-plane, and the l, m, n planes are not parallel to each other.
또한, 상기 정류부는 상기 2차 코일을 구성하는 각 코일에서 유기된 유도기전력에 의한 유도전류를 전파 배전압 정류 형태로 정류하는 3개의 단위정류회로가 직렬 또는 병렬 방식 중 어느 하나의 방식으로 결합한 것을 특징으로 한다.Further, the rectifying unit may be configured such that three unit rectifying circuits for rectifying the induction current induced by the induction electromotive force induced in each coil constituting the secondary coil in the form of a propagation voltage doubler rectifier are connected in a serial or parallel manner .
또한, 상기 단위정류회로는 상기 2차 코일을 구성하는 어느 한 코일과 공진 커패시터가 직렬로 연결된 회로의 양단자를 입력으로 하는 것을 특징으로 한다.The unit rectifier circuit is characterized in that both ends of a circuit in which a coil constituting the secondary coil and a resonance capacitor are connected in series are input.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 각각 서로 다른 주파수의 단상교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 3개의 코일을 포함하는 1차 코일을 구비한 급전부 및 상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 3개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일을 구성하는 각 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되, 상기 2차 코일에 포함된 3개의 코일들은 모두 하나의 평면상에 위치하고, 상기 1차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l평면상에 위치하고, 다른 하나는 m평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n평면상에 위치하고, 상기 l, m 및 n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus including a power feed unit having a primary coil including three coils for generating electromagnetic fields by respective single-phase alternating currents of different frequencies, And a current collecting portion having a secondary coil including three coils and a rectifying portion for rectifying an output of each coil constituting the secondary coil and supplying the same to a load, wherein the three coils included in the secondary coil are all One of the coils included in the primary coil is located on the l plane, the other is located on the m plane, and the other is located on the n plane, and the l, m, and n planes Are not parallel to each other.
또한, 상기 정류부는 상기 2차 코일을 구성하는 각 코일에서 유기된 유도기전력에 의한 유도전류를 전파 배전압 정류 형태로 정류하는 3개의 단위정류회로가 직렬 또는 병렬 방식 중 어느 하나의 방식으로 결합한 것을 특징으로 한다.Further, the rectifying unit may be configured such that three unit rectifying circuits for rectifying the induction current induced by the induction electromotive force induced in each coil constituting the secondary coil in the form of a propagation voltage doubler rectifier are connected in a serial or parallel manner .
또한, 상기 집전부는 상기 2차 코일을 구성하는 어느 한 코일과 상기 단위정류회로 사이에 직렬로 연결된 공진 커패시터를 각각 포함하고, 각각의 상기 공진 커패시터는 직렬로 연결된 상기 2차 코일과 결합하여, 상기 1차 코일을 구성하는 3개의 코일 각각에 인가되는 전류의 주파수에 일치하는 공진회로를 이루는 것을 특징으로 한다.Each of the resonance capacitors may be coupled to the secondary coil connected in series, and the resonance capacitor may be coupled to the secondary coil, And a resonance circuit coinciding with a frequency of a current applied to each of the three coils constituting the primary coil.
본 실시예의 또다른 측면에 의하면, 3상 교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 3개의 코일을 포함하는 1차 코일을 구비한 급전부 및 상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 3개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일을 구성하는 각각의 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되, 상기 1차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l평면상에 위치하고, 다른 하나는 m-평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n평면상에 위치하고, 상기 2차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l'평면상에 위치하고, 다른 하나는 m'평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n'평면상에 위치하고, 상기 l, m 및 n 평면은 서로 평행하지 않고, 상기 l', m' 및 n' 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송시스템을 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus including a power feed unit including a primary coil including three coils for generating an electromagnetic field by a three-phase alternating current, and three coils for receiving electric power from the primary coil through electromagnetic induction And a current collecting part including a secondary coil including a primary coil and a rectifying part for rectifying an output of each coil constituting the secondary coil and supplying the same to a load, One on the m-plane and the other on the n-plane, one of the coils included in the secondary coil is located on the l 'plane and the other is located on the m' plane , And the other is located on the n 'plane, the l, m and n planes are not parallel to each other, and the l', m 'and n' planes are not parallel to each other do.
또한, 상기 단위정류회로는 2개의 다이오드가 직렬 연결된 회로와 2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로가 상기 단위정류회로의 출력에 각각 병렬로 연결되고, 상기 2개의 다이오드 사이의 접점과 상기 단위정류회로의 입력단의 일측이 연결되고, 상기 2개의 커패시터 사이의 접점과 상기 단위정류회로의 입력단의 타측이 연결되고, 상기 2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로의 양 끝단을 출력 단자로 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the unit rectification circuit may be configured such that a circuit in which two diodes are connected in series and a circuit in which two capacitors are connected in series are connected in parallel to the output of the unit rectification circuit, and a contact between the two diodes, And the other end of the input end of the unit rectifying circuit is connected to the contact between the two capacitors and both ends of a circuit in which the two capacitors are connected in series are used as output terminals.
또한, 상기 단위정류회로는 상기 2차 코일을 구성하는 어느 한 코일과 공진 커패시터가 직렬로 결합된 양 끝단을 입력 단자로 하는 것을 특징으로 한다.The unit rectifier circuit is characterized in that both ends of a coil constituting the secondary coil and a resonance capacitor coupled in series are used as input terminals.
또한, 상기 1차 코일을 구성하는 3개의 코일은 3상 교류전류를 구성하는 각각의 다른 상의 전류에 의해 전자기장을 발생시키는 것을 특징으로 한다.The three coils constituting the primary coil are characterized by generating an electromagnetic field by currents of the respective other phases constituting the three-phase alternating current.
본 실시예의 또다른 측면에 의하면, 각각 서로 다른 주파수의 단상교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 3개의 코일로 구성된 1차 코일을 구비한 급전부 및 상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 1개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류회로를 구비한 집전부를 포함하되, 상기 1차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l평면상에 위치하고, 다른 하나는 m평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n평면상에 위치하고, 상기 l, m 및 n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a power supply system including: a power feeder having a primary coil composed of three coils for generating electromagnetic fields by respective single-phase alternating currents of different frequencies; And a current collecting part having a secondary coil including one coil and a rectifying circuit for rectifying an output of the secondary coil and supplying the same to a load, wherein one of the coils included in the primary coil is located on the l plane , The other is located on the m plane, and the other is located on the n plane, and the l, m and n planes are not parallel to each other.
또한, 상기 정류회로는 2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로 및 상기 2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로와 결합하여 전파 배전압 정류회로를 구성하는 2개의 다이오드가 직렬 연결된 회로 3개가 상기 정류회로의 출력에 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.The rectifying circuit is composed of a circuit in which two capacitors are connected in series and a circuit in which two capacitors are connected in series and three circuits in which two diodes are connected in series constituting a radio frequency voltage rectifying circuit are connected in parallel to the output of the rectifying circuit Are connected to each other.
또한, 상기 정류회로는 2개의 다이오드가 직렬 연결된 단위정류회로 3개 및 2개의 커패시터가 직렬 연결된 평활회로가 상기 정류회로의 출력에 병렬로 연결되고, 상기 단위정류회로를 구성하는 다이오드 사이의 접점과 상기 2차 코일의 일측 사이에는 공진 커패시터가 연결되고, 상기 평활회로를 구성하는 커패시터 사이의 접점과 상기 2차 코일의 타측이 연결되는 것을 특징으로 한다.The rectifying circuit includes three unit rectifying circuits in which two diodes are connected in series and a smoothing circuit in which two capacitors are connected in series are connected in parallel to the output of the rectifying circuit and the contacts between the diodes constituting the unit rectifying circuit A resonance capacitor is connected between one side of the secondary coil and a contact between the capacitors constituting the smoothing circuit is connected to the other side of the secondary coil.
또한, 상기 l, m 및 n 평면은 서로 수직인 것을 특징으로 한다.The l, m, and n planes are perpendicular to each other.
또한, 상기 l', m' 및 n' 평면은 서로 수직인 것을 특징으로 한다.In addition, the l ', m' and n 'planes are perpendicular to each other.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 서로 직교로 배치된 3차원 코일로 구성된 급/집전부를 이용함으로써, 집전부의 자세가 전력전송에 미치는 영향을 줄이고 무선전송 효율을 향상시키는 효과가 있다.As described above, according to the present embodiment, the use of the feed / collector unit composed of three-dimensional coils arranged orthogonally to one another has the effect of reducing the influence of the posture of the current collector on power transmission and improving the radio transmission efficiency .
도 1은 인덕터 모델에서의 무선전력 전송시스템의 등가회로이다.
도 2는 도 1의 등가회로를 커패시터로 보상한 후의 등가회로이다.
도 3은 1차 코일과 2차 코일 간의 공간상의 위치관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 급/집전부 코일의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 집전부 코일과 결합한 정류부 및 단위정류회로의 예시도이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 급/집전부로 구성된 무선전력 전송시스템에서 집전코일의 자세에 따른 출력전압의 시뮬레이션 결과이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 급/집전부의 코일의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 집전부 코일과 결합한 정류부 및 단위정류회로의 예시도이다.
도 9는 도 7 및 도 8의 급/집전부로 구성된 무선전력 전송시스템에서 집전부 코일의 자세에 따른 출력전압의 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 본 발명의 무선전력 전송시스템의 또다른 실시예에 따른 급/집전부의 코일의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 집전부 코일과 결합한 정류회로의 예시도이다.
도 12는 본 발명의 무선전력 전송시스템의 또다른 실시예에 따른 급/집전부의 코일의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 2차 코일과 결합한 정류부 및 단위정류회로의 예시도이다.1 is an equivalent circuit of a wireless power transmission system in an inductor model.
Fig. 2 is an equivalent circuit after the equivalent circuit of Fig. 1 is compensated by a capacitor.
3 is a view showing a positional relationship on the space between the primary coil and the secondary coil.
4 is a view schematically showing the configuration of a coil / collector coil of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view of a rectifying unit and a unit rectifying circuit combined with the current collector coil of FIG.
FIG. 6 is a simulation result of the output voltage according to the attitude of the current-collecting coil in the wireless power transmission system constituted of the feeder / collector of FIGS. 4 and 5. FIG.
7 is a diagram schematically showing the configuration of a coil of a feeder / collector of a wireless power transmission system according to another embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view of a rectifying unit and a unit rectifying circuit combined with the current collecting coil of Fig.
9 is a simulation result of the output voltage according to the attitude of the current collecting part in the wireless power transmission system constituted by the class / collecting part of FIG. 7 and FIG.
10 is a diagram schematically showing the configuration of a coil of a feeder / collector according to another embodiment of the wireless power transmission system of the present invention.
Fig. 11 is an illustration of a rectifier circuit coupled to the current collector coil of Fig. 10; Fig.
12 is a diagram schematically showing the configuration of a coil of a feeder / collector according to another embodiment of the wireless power transmission system of the present invention.
13 is an exemplary view of a rectifying unit and a unit rectifying circuit combined with the secondary coil of Fig.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. 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. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may 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. Throughout the specification, when an element is referred to as being "comprising" or "comprising", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise . When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected,""coupled," or "connected. &Quot;
우선 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 무선전력 전송시스템의 일 실시예를 설명하기로 한다.First, an embodiment of the wireless power transmission system of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 6. FIG.
본 실시예에서 무선전력 전송시스템은 단상교류전류에 의해 자기장을 유기하는 1차 코일을 구비한 급전부, 상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 3개의 코일로 구성된 2차 코일과 상기 2차 코일을 구성하는 각 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함한다. 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.In this embodiment, the wireless power transmission system includes a power supply unit having a primary coil for inducing a magnetic field by a single-phase AC current, a secondary coil composed of three coils for receiving electric power from the primary coil through electromagnetic induction, And a current collecting section having a rectifying section for rectifying an output of each coil constituting the secondary coil and supplying the rectified output to the load. Will be described in more detail with reference to the drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 급/집전부 코일의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.4 is a view schematically showing the configuration of a coil / collector coil of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 급전부의 코일(또는 1차 코일)은 1개의 코일로 구성된다. 반면, 집전부의 코일(또는 2차 코일)은 서로 직교하는 세 개의 코일로 구성된다. 즉, 2차 코일은 z-y 평면에 놓인 a코일, x-z 평면에 놓인 b코일 및 x-y 평면에 놓인 c코일로 구성된다. 도 4의 (b)에서는 각 코일의 1/4만을 도시하였음에 유의한다. 1차 코일에 의해 유기된 자속의 방향이 어떠하든지 집전부의 세 코일 모두와 평행이 될 수 없으므로, 세 코일 중 하나 이상의 코일에 자속 교차로 인한 유도 기전력이 유기됨을 알 수 있다.As shown in Fig. 4 (a), in this embodiment, the coil (or the primary coil) of the feeding part is constituted by one coil. On the other hand, the coil (or secondary coil) of the current collector is composed of three coils orthogonal to each other. That is, the secondary coil consists of an a coil lying in the z-y plane, a b coil lying in the x-z plane, and a c coil lying in the x-y plane. It should be noted that in Fig. 4 (b) only 1/4 of each coil is shown. It can be seen that no matter what the direction of the magnetic flux induced by the primary coil is, it can not be parallel to all three coils of the current collector, so that the induced electromotive force due to the flux crossing is induced in at least one coil of the three coils.
한편, 위 집전부의 3개의 코일이 공간적으로 평행하지 않다면, 다시 말해서 a코일이 놓인 평면을 l, b코일 놓인 평면을 m, c코일이 놓인 평면을 n이라고 할 때 l/m/n 평면들이 서로 평행한 경우만 아니라면, 2차 코일이 어떠한 자세로 놓인 경우라도 2차 코일에 유기되는 유도 기전력이 0이 되는 문제는 발생하지 않는다. 그러나 전송 효율을 고려할 때, l/m/n 평면들이 서로 직교하도록 구성되는 것이 바람직하다.On the other hand, if the three coils of the upper collector are not spatially parallel, that is, the plane on which the a coil is placed is denoted by m, and the plane on which the coil is placed is denoted by n. There is no problem that the induced electromotive force induced in the secondary coil becomes zero even if the secondary coil is placed in any posture, unless it is parallel to each other. However, considering the transmission efficiency, it is preferable that the 1 / m / n planes are configured to be orthogonal to each other.
도 4에서는 급/집전부의 코일의 형태를 고리 형태로 도시하였지만, 사각형이나 타원형 등으로도 구현될 수 있음은 자명하다.In FIG. 4, the shape of the coil of the power supply / collector is shown in the form of a ring, but it is obvious that the coil can be formed in a rectangular shape or an elliptical shape.
도 5는 도 4의 집전부 코일과 결합한 정류부 및 단위정류회로의 예시도이다.5 is an exemplary view of a rectifying unit and a unit rectifying circuit combined with the current collector coil of FIG.
집전부의 각 코일의 출력은 정류부에서 정류되어 직류로 변환된다. 도 5의 (a)는 집전부의 코일 각각에 단위정류회로를 구성한 후 직렬 접속하여 부하에 공급하는 정류부를 예시하고 있다. 각 코일의 출력을 직렬 접속하여 더한 후 정류하는 것보다는, 도 5의 (a)와 같이 각 코일의 출력을 정류한 후 직렬로 접속하는 것이 바람직하다. 위와 같은 직렬 접속 방법은 출력이 커지는 장점이 갖는 대신, 출력 전류가 정류회로 셋을 통해야 하므로 효율이 낮은 단점을 가진다.The output of each coil of the current collector is rectified at the rectifying section and converted into direct current. FIG. 5A illustrates a rectifying section for forming a unit rectifying circuit in each of the coils of the current collecting section and then connecting them in series to supply the same to the load. It is preferable that the outputs of the respective coils are rectified and then connected in series as shown in Fig. 5 (a), rather than connecting the outputs of the coils in series and then rectifying them. The above-described series connection method has a disadvantage in that the efficiency is low because the output current must be passed through the rectifier circuit set instead of the advantage that the output becomes large.
한편, 도 8의 (b)와 같이 단위정류회로의 출력을 병렬로 접속시키는 방법도 고려할 수 있는데, 이 경우 가장 높은 기전력이 발생한 코일만 전력을 내게 되므로, 직렬접속 방법에 비해 출력이 낮으나 효율은 높다.8 (b), the output of the unit rectifier circuit may be connected in parallel. In this case, since only the coil having the highest electromotive force is supplied with power, the output is lower than that of the series connection method, high.
도 5의 (c)에 도시된 단위정류회로(520)는 전파 배전압 정류회로(구성소자는 521, 522, 523, 524)로 구성된 실시예를 예시한 것이다. 배전압 정류회로에서는 충전 전류가 하나의 다이오드(523 또는 524)만을 통하게 되므로, 부하의 전류가 크지 않을 때 효과적인 정류방법으로 볼 수 있다. 다만, 위에서 예시한 단위정류회로는 하나의 실시예에 불과하고, 반파 정류 회로, 전파 정류 회로, 브리지 정류 회로 등 다양한 정류회로로 단위정류회로를 구성할 수 있다.The
2차 코일의 공진 커패시터, 즉 2차 코일에 의한 자기 인덕턴스를 상쇄하기 위한 공진 커패시터는 도 5의 (c)에 도시된 두 개의 커패시터(521, 522)가 담당할 수도 있고, 도 5의 (c)에 도시된 커패시터(510)와 같이 별도로 2차 코일(500)의 권선에 직렬로 설치할 수도 있다. 정류 후의 직류에 리플(Ripple)을 줄이기 위해서는 큰 정전용량의 커패시터(521, 522)가 필요한데, 그런 경우에는 별도의 공진 커패시터(510)를 두는 것이 유리하다.The resonance capacitor of the secondary coil, that is, the resonance capacitor for canceling the magnetic inductance due to the secondary coil may be taken by the two
도 6은 도 4 및 도 5의 급/집전부로 구성된 무선전력 전송시스템에서 집전코일의 자세에 따른 출력전압의 시뮬레이션 결과이다.FIG. 6 is a simulation result of the output voltage according to the attitude of the current-collecting coil in the wireless power transmission system constituted of the feeder / collector of FIGS. 4 and 5. FIG.
도 6의 시뮬레이션은 도 4 및 도 5의 급/집전부로 구성된 무선전력 전송시스템에서, 2차 코일의 자세에 따른 유도 기전력의 특성을 파악하기 위한 것으로, 2차 코일을 도 5의 (b)와 같이 세 개의 평면에 한 부분씩 일치하도록 두고 자속의 방향을 변화시켰다. 자속은 도 5의 (a)와 같이 두고, z축과 이루는 각은 θ, x-y 평면에 투사된 성분이 x축과 이루는 각은 φ로 두었다. 최종 출력은 도 5의 정류회로에 따라 각 코일의 평균전압을 더하여 구해졌다. 도 6의 (a)는 φ를 0˚으로 두고 θ를 0˚에서 90˚까지 변화시켰을 경우의 출력이고, 도 6의 (b)는 φ를 30˚로 두고 θ를 0˚에서 90˚까지 변화시켰을 경우의 출력이다. v1, v2, v3은 각각 L1, L2, L3 코일의 출력 전압이다. The simulation of FIG. 6 is for grasping the characteristics of the induced electromotive force according to the posture of the secondary coil in the wireless power transmission system constituted by the feed / collector units of FIGS. 4 and 5, And the direction of the magnetic flux was changed. 5 (a), the angle formed with the z axis is θ, and the angle formed by the component projected on the xy plane with the x axis is respectively. The final output was obtained by adding the average voltage of each coil according to the rectifying circuit of Fig. 6 (a) shows the output when φ is changed from 0 ° to 0 ° and θ is changed from 0 ° to 90 °. FIG. 6b shows the case where φ is changed to 30 ° and θ is changed from 0 ° to 90 ° Is the output when it is applied. v 1 , v 2 , and v 3 are the output voltages of the L 1 , L 2 , and L 3 coils, respectively.
도 6에 도시된 바와 같이, 최종 출력(vo)은 자속이 어느 한 코일에 수직일 때 가장 작게 나타나고, 모든 코일에 동일한 각을 이룰 때 가장 크게 나타남을 알 수 있다. 2차 코일의 자세에 따라 최댓값과 최솟값 사이에 약 1.7배의 차이를 보이는데, 이는 매우 만족할 만한 수치로, 정류된 직류가 얻어진 출력단에 스위칭 전원 장치를 두면 안정된 직류 전원을 만들어 낼 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the final output (v o ) is the smallest when the magnetic flux is perpendicular to any one coil, and is the largest when all the coils have the same angle. The difference between the maximum value and the minimum value is about 1.7 times according to the attitude of the secondary coil. This is a very satisfactory value. If a switching power supply is provided at the output terminal where rectified DC is obtained, a stable DC power can be produced.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 무선전력 전송시스템의 다른 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, another embodiment of the wireless power transmission system of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG.
본 실시예에서는 급전부가 서로 직교하는 세 개의 코일로 이루어지고, 각 코일에는 각기 다른 주파수의 교류 전류가 인가된다. 집전부는 동일 평면에 놓인 세 개의 코일로 이루어져 있고, 각 코일은 급전부에 사용된 전류의 주파수 각각에 일치하는 공진회로를 갖는다. 이렇게 급/집전부의 코일을 구성함으로써, 집전부의 자세에 관계없이 집전부의 코일 중 적어도 하나에 유도 기전력이 발생하는 것을 보장할 수 있다. 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.In the present embodiment, the feed parts are made up of three coils orthogonal to each other, and alternating currents of different frequencies are applied to the coils. The collector is composed of three coils lying on the same plane, and each of the coils has a resonant circuit which coincides with the frequency of the current used in the feed portion. By constituting the coil of the class / collector in this way, it is possible to ensure that the induction electromotive force is generated in at least one of the coils of the current collector irrespective of the attitude of the current collector. Will be described in more detail with reference to the drawings.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 급/집전부의 코일의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.7 is a diagram schematically showing the configuration of a coil of a feeder / collector of a wireless power transmission system according to another embodiment of the present invention.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이(각 코일의 1/4만을 도시함), 급전부는 서로 직교하는 3개의 코일로 구성된다. 즉, z-y 평면에 놓인 a코일, x-z 평면에 놓인 b코일 및 x-y 평면에 놓인 c코일로 구성된다. 한편, 위 3개의 코일이 공간적으로 평행하지 않다면, 다시 말해서 a코일이 놓인 평면을 l, b코일 놓인 평면을 m, c코일이 놓인 평면을 n이라고 할 때 l/m/n 평면들이 서로 평행한 경우만 아니라면, 2차 코일이 어떠한 자세로 놓인 경우라도 2차 코일에 유기되는 유도 기전력이 0이 되는 문제는 발생하지 않는다. 그러나 전송 효율을 고려할 때, l/m/n 평면들이 서로 직교하도록 구성되는 것이 바람직하다.As shown in Fig. 7 (a) (only one-fourth of each coil is shown), the power supply portion is composed of three coils orthogonal to each other. A coil in the z-y plane, a coil in the x-z plane, and a coil in the x-y plane. On the other hand, if the above three coils are not spatially parallel, that is, a plane on which the coil a lies is denoted by l, a plane on which the coil b is laid, and a plane on which the coil c lies is denoted by n. There is no problem that the induced electromotive force induced in the secondary coil becomes zero even if the secondary coil is placed in any posture. However, considering the transmission efficiency, it is preferable that the 1 / m / n planes are configured to be orthogonal to each other.
각각의 1차 코일(a, b, c)에 각기 다른 주파수의 전류를 인가하는 경우, 공간 내에 각기 다른 방향으로 세 개의 다른 교번 자속이 발생한다. 만일 동일 주파수의 전류를 인가하면, 각 코일에 발생된 자속이 하나의 자속으로 합성되어 그 기능을 수행하지 못한다. 또한 인가된 전류의 주파수 간의 차이가 너무 작으면 맥놀이 현상이 발생할 수 있다. 따라서 충분한 차이가 있는 주파수를 사용함으로써 집전부의 세 개의 코일에 각기 독립적인 기전력을 발생시키는 것이 바람직하다.When different currents of different frequencies are applied to the respective primary coils a, b, and c, three different alternating magnetic fluxes are generated in different directions in the space. If a current of the same frequency is applied, the magnetic flux generated in each coil is synthesized into a single magnetic flux and can not perform its function. Also, if the difference between the frequencies of the applied currents is too small, a beat phenomenon may occur. Therefore, it is desirable to generate independent electromotive force for each of the three coils of the current collector by using a frequency with a sufficient difference.
전술한 바와 같이 집전부도 세 개의 코일로 구성된다. 그러나 급전부와는 달리 집전부의 세 코일은 동일 평면에 배치된다. 즉, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 집전부의 코일 a', b', c'가 모두 동일 평면에 배치된다.As described above, the current collecting portion is also composed of three coils. However, unlike the feeding part, the three coils of the current collecting part are arranged on the same plane. That is, as shown in FIG. 7 (b), the coils a ', b', and c 'of the current collector are all disposed on the same plane.
한편, 도 7에서는 급/집전부의 코일의 형태를 고리 형태로 도시하였지만, 사각형이나 타원형 등으로도 구현될 수 있음은 자명하다.In FIG. 7, the shape of the coil of the power supply / collector is shown in the form of a ring, but it is obvious that the coil may be formed in a rectangular shape or an elliptical shape.
도 8은 도 7의 집전부 코일과 결합한 정류부 및 단위정류회로의 예시도이다.8 is an exemplary view of a rectifying unit and a unit rectifying circuit combined with the current collecting coil of Fig.
집전부의 각 코일은 급전부에 사용된 전류의 주파수 각각에 일치하는 공진회로를 갖는다. 즉, 집전부의 a', b', c' 코일은 각기 집전부의 a, b, c 코일에 인가된 교류전류의 주파수에 공진하도록 공진회로를 갖는다. 도 8의 (c)에서는 집전부의 코일(800)에 공진 커패시터(810)가 직렬로 연결된 공진회로를 예시하고 있다.Each coil of the current collector has a resonant circuit that coincides with the frequency of the current used in the power feeder. That is, the a ', b', and c 'coils of the current collector have a resonant circuit so as to resonate with the frequency of the alternating current applied to the a, b, and c coils of the current collector, respectively. 8C shows a resonance circuit in which a
공진회로로 구성한 후단에서는 다이오드 정류회로를 결합한다. 도 8의 (c)에 도시된 단위정류회로(820)는 전파 배전압 정류회로(구성소자는 821, 822, 823, 824)로 구성된 실시예를 예시한 것이다. 다만, 위에서 예시한 단위정류회로는 하나의 실시예에 불과하고, 반파 정류 회로, 전파 정류 회로, 브리지 정류 회로 등 다양한 정류회로로 단위정류회로를 구성할 수 있다.The diode rectifier circuit is connected at the rear end composed of the resonance circuit. The
단위정류회로(820)의 출력은 하나로 통합해야 하는데, 이때 두 가지 방법을 고려할 수 있다. 하나는 단위정류회로(820) 출력 셋을 직렬로 접속시키는 방법이고, 다른 하나는 단위정류회로(820) 출력 셋을 병렬로 접속시키는 방법이다. 직렬 접속 방법은 도 8의 (a)와 같이 구성되며, 출력이 커지는 장점이 있는 대신, 출력 전류가 단위정류회로(820) 셋을 통해야 하므로 효율이 낮은 단점이 있다. 병렬 접속 방법은 도 8의 (b)와 같이 구성되며, 가장 높은 기전력이 발생한 코일만 전력을 내게 되므로, 직렬접속 방법에 비해 출력이 낮으나 효율이 높다.The output of the
각 코일에서 전달되는 전력이 서로 독립적이라고 가정하면, 급/집전 장치의 전달특성은 급전부의 코일과 집전부의 코일 간의 이격거리와 상대적인 자세의 함수로 주어진다. 한 조의 급/집전부가 서로 충분히 떨어져 있다고 가정하면, 집전부 코일 중심을 지나는 자속의 시간적 변화율에 비례하는 유도 기전력이 각 코일에 발생한다.Assuming that the power delivered from each coil is independent of each other, the transfer characteristic of the feeder / collector is given as a function of the distance between the coil of the feeding part and the coil of the current collector and the relative posture. Assuming that a pair of windings / windings are sufficiently spaced from each other, an induction electromotive force is generated in each coil proportional to the rate of change of the magnetic flux passing through the center of the windings.
도 9는 도 7 및 도 8의 급/집전부로 구성된 무선전력 전송시스템에서 집전부 코일의 자세에 따른 출력전압의 시뮬레이션 결과이다.9 is a simulation result of the output voltage according to the attitude of the current collecting part in the wireless power transmission system constituted by the class / collecting part of FIG. 7 and FIG.
시뮬레이션은 2차 코일에 설치된 공진회로가 각기 정확하게 튜닝되고, 정류회로 출력을 직렬로 접속한 경우를 가정하였다. 이러한 조건 하에서 급/집전 코일 간의 거리를 일정하게 두고, 2차 코일의 자세는 2차 코일이 놓인 위치와 z축이 이루는 각도를 θ, x-y 평면에 사상하여 x축과 이루는 각을 φ로 두고 이 두 각도를 변화시켰다. 2차 코일이 놓인 면의 법선 성분은 
급전부의 3개의 코일에 급전 전류를 인가하여 얻은 출력은 도 9와 같다. 도 9의 (a)는 φ=π/4인 경우에 얻은 출력전압 그래프이고, (b)는 φ=π/4인 경우에 얻은 출력전압 그래프이다. 시뮬레이션 결과 얻은 출력전압은 비교적 자세에 따라 균일하고 최솟값에 대한 최댓값은 대략 1.7배가 된다. The output obtained by applying the feed current to the three coils of the feeding portion is shown in Fig. 9A is an output voltage graph obtained when? =? / 4, and FIG. 9B is an output voltage graph obtained when? =? / 4. The output voltage obtained from the simulation is relatively uniform according to the attitude and the maximum value for the minimum value is approximately 1.7 times.
정류회로 출력을 병렬로 접속하면 출력 전압은 세 정류회로 출력 중 가장 높은 쪽을 따라가는데, 이때의 최솟값에 대한 최댓값의 비도 대략 1.7배가 된다. 2차 코일 면의 법선 성분을 
이하에서는 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 무선전력 전송시스템의 또다른 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, another embodiment of the wireless power transmission system of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG.
본 실시예에서는 급전부가 서로 직교하는 세 개의 코일로 이루어지고, 각 코일은 각기 다른 주파수의 교류 전류가 인가된다. 집전부는 하나의 코일로 이루어져 있다. 도 7의 급/집전부의 코일의 구성과의 차이점은 집전부의 코일이 한 개의 코일로 구성되어 있다는 점이다. 위와 같이 급전부의 코일을 구성함으로써, 집전부의 자세에 관계없이 급전부의 코일 중 적어도 하나에 의해 집전부의 코일에 유도 기전력이 발생하는 것을 보장할 수 있다. 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.In the present embodiment, the power feeding parts are made up of three coils orthogonal to each other, and the alternating currents of different frequencies are applied to the coils. The whole part is made up of one coil. The difference from the configuration of the coil of the class / collector of Fig. 7 is that the coil of the current collector consists of one coil. By constituting the coil of the feeding part as described above, it is possible to ensure that at least one of the coils of the feeding part generates induction electromotive force in the coil of the current collecting part regardless of the attitude of the current collecting part. Will be described in more detail with reference to the drawings.
도 10은 본 발명의 무선전력 전송시스템의 또다른 실시예에 따른 급/집전부의 코일의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.10 is a diagram schematically showing the configuration of a coil of a feeder / collector according to another embodiment of the wireless power transmission system of the present invention.
도 10의 (a)에 도시된 바와 같이(각 코일의 1/4만을 도시함), 급전부는 서로 직교하는 3개의 코일로 구성된다. 즉 z-y 평면에 놓인 a코일, x-z 평면에 놓인 b코일 및 x-y 평면에 놓인 c코일로 구성된다.As shown in Fig. 10A (only one-fourth of each coil is shown), the power feeding portion is composed of three coils orthogonal to each other. A coil in the z-y plane, a coil in the x-z plane, and a coil in the x-y plane.
한편, 위 3개의 코일이 공간적으로 평행하지 않다면, 다시 말해서 a코일이 놓인 평면을 l, b코일 놓인 평면을 m, c코일이 놓인 평면을 n이라고 할 때 l/m/n 평면들이 서로 평행한 경우만 아니라면, 2차 코일이 어떠한 자세로 놓인 경우라도 2차 코일에 유기되는 유도 기전력이 0이 되는 문제는 발생하지 않는다. 그러나 전송 효율을 고려할 때, l/m/n 평면들이 서로 직교하도록 구성되는 것이 바람직하다.On the other hand, if the above three coils are not spatially parallel, that is, a plane on which the coil a lies is denoted by l, a plane on which the coil b is laid, and a plane on which the coil c lies is denoted by n. There is no problem that the induced electromotive force induced in the secondary coil becomes zero even if the secondary coil is placed in any posture. However, considering the transmission efficiency, it is preferable that the 1 / m / n planes are configured to be orthogonal to each other.
각각의 1차 코일(a, b, c)에 각기 다른 주파수의 전류를 인가하는 경우, 공간 내에 각기 다른 방향으로 세 개의 다른 교번 자속이 발생한다. 만일 동일 주파수의 전류를 인가하면, 각 코일에 발생된 자속이 하나의 자속으로 합성되어 그 기능을 수행하지 못한다. 또한 인가된 전류의 주파수 간의 차이가 너무 작으면 맥놀이 현상이 발생할 수 있다. 따라서 충분한 차이가 있는 주파수를 사용함으로써 집전부의 공진회로에 각기 독립적인 기전력을 발생시키는 것이 바람직하다.When different currents of different frequencies are applied to the respective primary coils a, b, and c, three different alternating magnetic fluxes are generated in different directions in the space. If a current of the same frequency is applied, the magnetic flux generated in each coil is synthesized into a single magnetic flux and can not perform its function. Also, if the difference between the frequencies of the applied currents is too small, a beat phenomenon may occur. Therefore, it is preferable to generate independent electromotive force in the resonance circuit of the current collecting unit by using a frequency with a sufficient difference.
또한, 전술한 바와 같이 집전부는 한 개의 코일로 구성된다(도 10의 (b) 참조).Further, as described above, the current collecting portion is composed of one coil (see Fig. 10 (b)).
한편, 도 10에서는 급/집전부의 코일의 형태를 고리 형태로 도시하였지만, 사각형이나 타원형 등으로도 구현될 수 있음은 자명하다.In FIG. 10, the shape of the coil of the power supply / collector portion is shown in the form of a ring, but it is obvious that the coil may be formed in a rectangular shape or an elliptical shape.
도 11은 도 10의 집전부 코일과 결합한 정류회로의 예시도이다.Fig. 11 is an illustration of a rectifier circuit coupled to the current collector coil of Fig. 10; Fig.
도 11에서 알 수 있듯이, 예시된 정류회로는 2개의 다이오드가 직렬 연결된 회로 3쌍(1130 및 1131, 1140 및 1141, 1150 및 1151)이 2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로(1120 및 1121)와 결합하여 각각 전파 배전압 정류회로를 이룬다. 다만, 위에서 예시한 단위정류회로는 하나의 실시예에 불과하고, 반파 정류 회로, 전파 정류 회로, 브리지 정류 회로 등 다양한 정류회로를 이용하여 다양하게 구성될 수 있을 것이다.11, the illustrated rectifying circuit is formed by combining three pairs of
집전부의 코일은 3개의 공진회로와 결합한 후 정류회로와 연결된다. 각 공진회로는 급전부의 a, b, c 코일에 인가된 각각의 교류전류의 주파수에 공진하도록 매칭된 커패시터(1110, 1111, 1112)를 가진다.The coil of the current collector is connected to the rectifier circuit after being combined with the three resonant circuits. Each resonant circuit has
이하에서는 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 무선전력 전송시스템의 일 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the wireless power transmission system of the present invention will be described with reference to FIG. 12 and FIG.
본 실시예에서는 급전부가 서로 직교하는 세 개의 코일로 이루어지고, 각 코일에는 3상의 교류가 인가된다. 집전부 역시 서로 직교하는 세 개의 코일로 이루어져 있고, 각 코일은 급전부에 사용된 전류의 주파수 각각에 일치하는 공진회로를 갖는다. 이렇게 급/집전부의 코일을 구성함으로써, 집전부의 자세에 관계없이 집전부의 코일 중 적어도 하나에 유도 기전력이 발생하는 것을 담보할 수 있다. 도면을 참조하여 보다 보다 상세히 설명하기로 한다.In the present embodiment, the power feeding portions are formed of three coils orthogonal to each other, and three-phase alternating current is applied to each coil. Each of the collectors is also made up of three coils orthogonal to each other, and each of the coils has a resonance circuit that coincides with the frequency of the current used in the feed portion. By constituting the coil of the class / current collector in this way, it is possible to ensure that the induction electromotive force is generated in at least one of the coils of the current collector irrespective of the attitude of the current collector. More detailed description will be made with reference to the drawings.
도 12는 본 발명의 무선전력 전송시스템의 또다른 실시예에 따른 급/집전부의 코일의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.12 is a diagram schematically showing the configuration of a coil of a feeder / collector according to another embodiment of the wireless power transmission system of the present invention.
도 12의 (a)에 도시된 바와 같이(각 코일의 1/4만을 도시함), 급전부는 서로 직교하는 3개의 코일로 구성된다. 즉 z-y 평면에 놓인 a코일, x-z 평면에 놓인 b코일 및 x-y 평면에 놓인 c코일로 구성된다. 한편, 위 3개의 코일이 공간적으로 평행하지 않다면, 다시 말해서 a코일이 놓인 평면을 l, b코일 놓인 평면을 m, c코일이 놓인 평면을 n이라고 할 때 l/m/n 평면들이 서로 평행한 경우만 아니라면, 2차 코일이 어떠한 자세로 놓인 경우라도 2차 코일에 유기되는 유도 기전력이 0이 되는 문제는 발생하지 않는다. 그러나 전송 효율을 고려할 때, l/m/n 평면들이 서로 직교하도록 구성되는 것이 바람직하다.As shown in Fig. 12 (a) (only one-fourth of each coil is shown), the feed portion is composed of three coils orthogonal to each other. A coil in the z-y plane, a coil in the x-z plane, and a coil in the x-y plane. On the other hand, if the above three coils are not spatially parallel, that is, a plane on which the coil a lies is denoted by l, a plane on which the coil b is laid, and a plane on which the coil c lies is denoted by n. There is no problem that the induced electromotive force induced in the secondary coil becomes zero even if the secondary coil is placed in any posture. However, considering the transmission efficiency, it is preferable that the 1 / m / n planes are configured to be orthogonal to each other.
각각의 1차 코일(a, b, c)에 3상의 교류전류가 인가된다. 즉, 각각의 1차 코일(a, b, c)에 3상의 교류전류를 구성하는 각 상의 전류가 인가되어, 공간 내에 각기 다른 방향으로 세 개의 다른 교번 자속이 발생한다. Three-phase alternating current is applied to each of the primary coils (a, b, c). That is, the currents of the respective phases constituting the three-phase alternating current are applied to the respective primary coils (a, b, c), and three different alternating magnetic fluxes are generated in different directions in the space.
전술한 바와 같이 집전부 역시 서로 직교하는 3개의 코일로 구성된다(도 12의 (b) 참조). 즉 z'-y' 평면에 놓인 a'코일, x'-z' 평면에 놓인 b'코일 및 x'-y' 평면에 놓인 c'코일로 구성된다. 한편, 위 3개의 코일이 공간적으로 평행하지 않다면, 다시 말해서 a'코일이 놓인 평면을 l, b'코일 놓인 평면을 m, c'코일이 놓인 평면을 n이라고 할 때 l'/m'/n' 평면들이 서로 평행한 경우만 아니라면, 2차 코일이 어떠한 자세로 놓인 경우라도 2차 코일에 유기되는 유도 기전력이 0이 되는 문제는 발생하지 않는다. 그러나 전송 효율을 고려할 때, l'/m'/n' 평면들이 서로 직교하도록 구성되는 것이 바람직하다.As described above, the current collecting part is also composed of three coils orthogonal to each other (see Fig. 12 (b)). The a 'coil lying on the z'-y' plane, the b 'coil lying on the x'-z' plane and the c 'coil lying on the x'-y' plane. On the other hand, if the above three coils are not spatially parallel to each other, that is, a plane where a 'coil lies is m and a plane on which a coil is placed is n' / m '/ n 'Plane is parallel to each other, there is no problem that the induced electromotive force induced in the secondary coil becomes zero even if the secondary coil is placed in any posture. However, considering the transmission efficiency, it is preferable that the l '/ m' / n 'planes are configured to be orthogonal to each other.
한편, 도 12에서는 급/집전부의 코일의 형태를 고리 형태로 도시하였지만, 사각형이나 타원형 등으로도 구현될 수 있음은 자명하다.On the other hand, in FIG. 12, the shape of the coils of the feeder / collector is shown in the form of a ring, but it is obvious that the coil can also be formed in a rectangular shape or an elliptical shape.
도 13은 도 12의 2차 코일과 결합한 정류부 및 단위정류회로의 예시도이다.13 is an exemplary view of a rectifying unit and a unit rectifying circuit combined with the secondary coil of Fig.
집전부의 각 코일(1300에 해당)은 급전부에 사용된 3상의 교류전류의 주파수에 일치하는 공진회로를 갖는다. 즉, 집전부의 a', b', c' 코일(1300에 해당)은 급전부의 a, b, c 코일에 인가된 3상의 교류전류의 주파수에 공진하도록 공진 커패시터(1310에 해당)와 결합한다.Each coil (corresponding to 1300) of the current collector has a resonant circuit coinciding with the frequency of the three-phase alternating current used in the power feeding portion. That is, the a ', b', and c 'coils (corresponding to 1300) of the current collector are coupled with the
공진회로로 구성한 후단에서는 다이오드 정류회로를 장착한다. 도 13의 (c)에 도시된 단위정류회로(1320)는 전파 배전압 정류회로(구성소자는 1321, 1322, 1323, 1324)로 구성된 실시예를 예시한 것이다. 다만, 위에서 예시한 단위정류회로는 하나의 실시예에 불과하고, 반파 정류 회로, 전파 정류 회로, 브리지 정류 회로 등 다양한 정류회로로 단위정류회로를 구성할 수 있다.A diode rectifier circuit is mounted at the rear end of the resonant circuit. The
다이오드 정류회로의 출력은 하나로 통합해야 하는데, 이때 두 가지 방법을 고려할 수 있다. 하나는 다이오드 정류회로(1320) 출력 셋을 직렬로 접속시키는 방법이고, 다른 하나는 다이오드 정류회로(1320) 출력 셋을 병렬로 접속시키는 방법이다. 직렬 접속 방법은 도 13(a)와 같이 구성되며, 출력이 커지는 장점이 있는 대신, 출력 전류가 정류회로(1320) 셋을 통해야 하므로 효율이 낮은 단점이 있다. 병렬 접속 방법은 도 13(b)와 같이 구성되며, 가장 높은 기전력이 발생한 코일만 전력을 내게 되므로, 직렬접속 방법에 비해 출력은 작으나 효율은 높다.
The output of the diode rectifier circuit must be integrated into one, but two methods can be considered. One is a method of connecting the output set of the
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and changes may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the embodiments. Therefore, the present embodiments are to be construed as illustrative rather than restrictive, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
500: 2차 코일을 구성하는 하나의 코일
510: 공진 커패시터
520: 단위정류회로
800: 2차 코일을 구성하는 하나의 코일
810: 공진 커패시터
820: 단위정류회로
800: 2차 코일을 구성하는 하나의 코일
810: 공진 커패시터
820: 단위정류회로
1100: 2차 코일
1110: 공진 커패시터
1111: 공진 커패시터
1112: 공진 커패시터
1300: 2차 코일을 구성하는 하나의 코일
1310: 공진 커패시터
1320: 단위정류회로500: one coil constituting the secondary coil
510: resonant capacitor
520: Unit rectification circuit
800: One coil constituting the secondary coil
810: resonant capacitor
820: Unit rectification circuit
800: One coil constituting the secondary coil
810: resonant capacitor
820: Unit rectification circuit
1100: Secondary coil
1110: Resonance capacitor
1111: resonant capacitor
1112: Resonant capacitor
1300: one coil constituting the secondary coil
1310: resonance capacitor
1320: Unit rectification circuit
Claims (17)
상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 3개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일을 구성하는 각 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되,
상기 2차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l-평면상에 위치하고, 다른 하나는 m-평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n-평면상에 위치하고,
상기 l, m, n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.A power feeder having a primary coil for generating an electromagnetic field by a single-phase alternating current; And
And a current collector having a secondary coil including three coils for receiving electric power from the primary coil in an electromagnetic induction manner and a rectifier for rectifying an output of each coil constituting the secondary coil and supplying the same to a load ,
One of the coils included in the secondary coil is located on the l-plane, the other is located on the m-plane, and the other is located on the n-plane,
Wherein the l, m, and n planes are not parallel to each other.
상기 정류부는,
상기 2차 코일을 구성하는 각 코일에서 유기된 유도기전력에 의한 유도전류를 전파 배전압 정류 형태로 정류하는 3개의 단위정류회로가 직렬 또는 병렬 방식 중 어느 하나의 방식으로 결합한 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.The method according to claim 1,
The rectifying unit includes:
And three unit rectifying circuits for rectifying the induction current induced by the induced electromotive force induced in each of the coils constituting the secondary coil in the form of a propagation voltage and a rectified voltage are connected in a serial or parallel manner. Transmission system.
상기 단위정류회로는,
상기 2차 코일을 구성하는 어느 한 코일과 공진 커패시터가 직렬로 연결된 회로의 양단자를 입력으로 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.3. The method of claim 2,
The unit rectifying circuit includes:
Wherein both ends of a circuit to which a resonant capacitor is connected in series with one of the coils constituting the secondary coil is input.
상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 3개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일을 구성하는 각 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되,
상기 2차 코일에 포함된 코일들은 모두 하나의 평면상에 위치하고,
상기 1차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l평면상에 위치하고, 다른 하나는 m평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n평면상에 위치하고,
상기 l, m 및 n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.A power feeder having a primary coil including three coils for generating electromagnetic fields by respective single-phase alternating currents of different frequencies; And
And a current collector having a secondary coil including three coils for receiving electric power from the primary coil in an electromagnetic induction manner and a rectifier for rectifying an output of each coil constituting the secondary coil and supplying the same to a load ,
The coils included in the secondary coil are all located on one plane,
One of the coils included in the primary coil is located on the l plane, the other is located on the m plane, and the other is located on the n plane,
Wherein the l, m, and n planes are not parallel to each other.
상기 정류부는,
상기 2차 코일을 구성하는 각 코일에서 유기된 유도기전력에 의한 유도전류를 전파 배전압 정류 형태로 정류하는 3개의 단위정류회로가 직렬 또는 병렬 방식 중 어느 하나의 방식으로 결합한 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.5. The method of claim 4,
The rectifying unit includes:
And three unit rectifying circuits for rectifying the induction current induced by the induced electromotive force induced in each of the coils constituting the secondary coil in the form of a propagation voltage and a rectified voltage are connected in a serial or parallel manner. Transmission system.
상기 집전부는 상기 2차 코일을 구성하는 어느 한 코일과 상기 단위정류회로 사이에 직렬로 연결된 공진 커패시터를 각각 포함하고,
각각의 상기 공진 커패시터는 직렬로 연결된 상기 2차 코일과 결합하여, 상기 1차 코일을 구성하는 3개의 코일 각각에 인가되는 전류의 주파수에 일치하는 공진회로를 이루는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the current collecting portion includes a resonant capacitor connected in series between any one coil constituting the secondary coil and the unit rectifying circuit,
Wherein each of the resonant capacitors is coupled with the secondary coil connected in series to form a resonant circuit coinciding with a frequency of a current applied to each of the three coils constituting the primary coil.
상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 3개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일을 구성하는 각각의 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되,
상기 1차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l평면상에 위치하고, 다른 하나는 m-평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n평면상에 위치하고,
상기 2차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l'평면상에 위치하고, 다른 하나는 m'평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n'평면상에 위치하고,
상기 l, m 및 n 평면은 서로 평행하지 않고, 상기 l', m' 및 n' 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.A power feeder having a primary coil including three coils for generating an electromagnetic field by a three-phase alternating current; And
A secondary coil including three coils receiving electric power from the primary coil in an electromagnetic induction manner, and a current collecting portion including a rectifier for rectifying an output of each coil constituting the secondary coil and supplying the same to a load However,
One of the coils included in the primary coil is located on the l plane, the other is located on the m-plane, and the other is located on the n plane,
One of the coils included in the secondary coil is located on the l 'plane, the other is located on the m' plane, and the other is located on the n 'plane,
Wherein the l, m and n planes are not parallel to one another and the l ', m' and n 'planes are not parallel to each other.
상기 정류부는,
상기 2차 코일을 구성하는 각 코일에서 유기된 유도기전력에 의한 유도전류를 전파 배전압 정류 형태로 정류하는 3개의 단위정류회로가 직렬 또는 병렬 방식 중 어느 하나의 방식으로 결합한 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.8. The method of claim 7,
The rectifying unit includes:
And three unit rectifying circuits for rectifying the induction current induced by the induced electromotive force induced in each of the coils constituting the secondary coil in the form of a propagation voltage and a rectified voltage are connected in a serial or parallel manner. Transmission system.
상기 단위정류회로는,
2개의 다이오드가 직렬 연결된 회로와 2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로가 상기 단위정류회로의 출력에 각각 병렬로 연결되고, 상기 2개의 다이오드 사이의 접점과 상기 단위정류회로의 입력단의 일측이 연결되고, 상기 2개의 커패시터 사이의 접점과 상기 단위정류회로의 입력단의 타측이 연결되고, 상기 2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로의 양 끝단을 출력 단자로 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.9. The method of claim 8,
The unit rectifying circuit includes:
A circuit in which two diodes are connected in series and a circuit in which two capacitors are connected in series are connected in parallel to an output of the unit rectifying circuit and a contact between the two diodes is connected to one end of an input end of the unit rectifying circuit, Wherein a contact between the two capacitors is connected to the other end of the input end of the unit rectification circuit and both ends of a circuit in which the two capacitors are connected in series are used as output terminals.
상기 단위정류회로는,
상기 2차 코일을 구성하는 어느 한 코일과 공진 커패시터가 직렬로 연결된 회로의 양 단자를 입력으로 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.9. The method of claim 8,
The unit rectifying circuit includes:
Wherein both of the coils constituting the secondary coil and both terminals of the circuit in which the resonant capacitor is connected in series are input.
상기 1차 코일을 구성하는 3개의 코일은 3상 교류전류를 구성하는 각각의 다른 상의 전류에 의해 전자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.8. The method of claim 7,
Wherein the three coils constituting the primary coil generate an electromagnetic field by the currents of the respective other phases constituting the three-phase alternating current.
상기 1차 코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 1개의 코일을 포함하는 2차 코일 및 상기 2차 코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류회로를 구비한 집전부를 포함하되,
상기 1차 코일에 포함된 코일 중 하나는 l평면상에 위치하고, 다른 하나는 m평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n평면상에 위치하고,
상기 l, m 및 n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송시스템.A power feeder having a primary coil including three coils for generating electromagnetic fields by respective single-phase alternating currents of different frequencies; And
And a current collector having a secondary coil including one coil for receiving electric power from the primary coil in an electromagnetic induction manner and a rectifier circuit for rectifying the output of the secondary coil and supplying the output to a load,
One of the coils included in the primary coil is located on the l plane, the other is located on the m plane, and the other is located on the n plane,
Wherein the l, m, and n planes are not parallel to each other.
상기 정류회로는,
2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로 및 상기 2개의 커패시터가 직렬 연결된 회로와 결합하여 전파 배전압 정류회로를 구성하는 2개의 다이오드가 직렬 연결된 회로 3개가 상기 정류회로의 출력에 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.13. The method of claim 12,
The rectifying circuit includes:
Three circuits in which two capacitors are connected in series and two circuits in which two diodes are connected in series are connected in parallel to the output of the rectifying circuit in combination with a circuit in which the two capacitors are connected in series, Wireless power transmission system.
상기 정류회로는,
2개의 다이오드가 직렬 연결된 단위정류회로 3개 및 2개의 커패시터가 직렬 연결된 평활회로가 상기 정류회로의 출력에 병렬로 연결되고, 상기 단위정류회로를 구성하는 다이오드 사이의 접점과 상기 2차 코일의 일측 사이에는 공진 커패시터가 연결되고, 상기 평활회로를 구성하는 커패시터 사이의 접점과 상기 2차 코일의 타측이 연결되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.14. The method of claim 13,
The rectifying circuit includes:
Three unit rectification circuits in which two diodes are connected in series and a smoothing circuit in which two capacitors are connected in series are connected in parallel to the output of the rectification circuit, and a contact between the diodes constituting the unit rectification circuit and one side And a contact between the capacitors constituting the smoothing circuit and the other side of the secondary coil are connected to each other.
상기 l, m 및 n 평면은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.15. The method according to any one of claims 1 to 14,
Wherein the l, m and n planes are perpendicular to each other.
상기 l', m' 및 n' 평면은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.12. The method according to any one of claims 7 to 11,
Wherein the l ', m' and n 'planes are perpendicular to each other.
상기 l, m 및 n 평면은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.17. The method of claim 16,
Wherein the l, m and n planes are perpendicular to each other.
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