KR101584800B1 - Magnetic resonant coupling WPT antenna for wireless charging of multiple mobile devices - Google Patents

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이병제
이창용
문병귀
위현호
윤용현
이현우
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a magnetic resonant coupling WPT antenna for wireless charging of multiple mobile devices, which comprises a transmission antenna consisting of a transmission resonant coil and a source coil connected to a wireless power transmission circuit; and a receiving antenna consisting of a load coil and an Rx resonant coil having a resonant frequency identical to the transmission resonant coil. The magnetic resonant coupling WPT antenna uses a frequency of 6.78 MHz, and a magnetic resonant coupling is generated between the resonant coils of the receiving antenna and the transmission antenna having the identical frequency, and thereby transmitting power wirelessly and applying current on a load by generating inductive coupling in a load coil. The transmission antenna and the receiving antenna used as a magnetic resonant coupling WPT antenna, are equipped with a rectangular loop antenna having multi turns, equipped with rectangular wires of the resonant coil, and an interval between wires of external turns (4 turns) and internal turns (3 turns) of the resonant coil is spaced relatively largely apart to suppress current attenuation, and thereby lowering a coupling coefficient(k) between wires composing a loop antenna, and reducing an impact of a proximity effect of wires. A magnetic field distribution area of WPT antenna having a relatively improved Q-factor is increased by having a reduced resistance and a transmission distance and a transmission area compared with a loop antenna with circular resonant coil structure are increased. The efficiency of charging is improved when wirelessly charging single and multiple WPT apparatus.

Description

다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나{ Magnetic resonant coupling WPT antenna for wireless charging of multiple mobile devices}[0001] The present invention relates to a magnetic resonance coupling WPT antenna for wireless charging of multiple mobile devices,

본 발명은 자기공진 방식 무선전력전송(WPT, Wireless Power Transfer) 안테나에 관한 것으로, 자기공진 방식 WPT 안테나에서 송신안테나와 수신안테나의 WPT 전송효율 개선을 통해 다중 수신안테나에서 무선 충전 성능을 개선한 것이다. 특히, 모바일 기기, 노트북 또는 태블릿 PC 등의 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진 방식 WPT 안테나에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-resonant wireless power transmission (WPT) antenna, and improves the wireless charging performance in a multi-receiving antenna by improving WPT transmission efficiency of a transmitting antenna and a receiving antenna in a self- . To a self-resonant WPT antenna for wireless charging of multiple mobile devices such as mobile devices, notebooks or tablet PCs.

이동통신 및 모바일 단말기는 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북, 핸드핼드 단말기 등 다양한 모바일 장치를 위한 근거리 무선전력전송(WPT, Wireless Power Transfer)를 사용하는 무선 충전 제품이 출시되고 있다. Mobile communication and mobile terminals are being launched wirelessly using wireless power transfer (WPT) for various mobile devices such as mobile phones, tablet PCs, notebooks, and handheld terminals.

무선전력전송 시스템은 크게 자기유도방식과 자기공진방식으로 구분된다. Wireless power transmission systems are largely classified into a magnetic induction type and a magnetic resonance type.

도 1은 전자기 유도 방식 무선전력 전송(Magnetic inductive coupling WPT) 시스템의 구성도이다. 1 is a block diagram of a magnetic inductive coupling WPT system.

자기유도 방식은 수 cm 이내의 근거리에서 동작한다. 송신코일에 시변 전류를 인가할 경우 이 시변 전류와 같은 주파수로 발생하는 비 방사형 전자기파에 의해 수신코일에 동일한 주파수로 유도전류가 발생하게 된다. 이러한 Inductive Coupling에 의해 동작하는 자기유도방식은 구현이 쉽고 비교적 자성체가 아닌 물질에 대한 투과력이 매우 우수하여 지중 또는 수중에서도 활용 가능한 장점이 있지만, 전송거리가 매우 짧고 코일 간의 정렬시 자유도가 낮은 단점이 있다.The magnetic induction method operates at a short distance within a few centimeters. When a time-varying current is applied to the transmitting coil, induction current is generated at the same frequency in the receiving coil due to nonradiative electromagnetic wave generated at the same frequency as the time-varying current. The magnetic induction method operated by such an inductive coupling is advantageous in that it is easy to implement and has excellent permeability to materials which are not relatively magnetic materials, so that it can be used in the underground or underwater. However, it has a short transmission distance and a low degree of freedom in alignment between coils have.

자기유도 방식은 WPC(Wireless Power Consortium)의 Qi 규정에 따라 모바일 기기의 무선 충전 기술이 상용화되고 있으며, 교통카드, RFID, NFC 시스템의 동작원리에 적용되고, 하나의 수신 안테나에 대하여 하나의 송신 안테나가 필요하며, 전력 송수신부가 수 cm 이상 떨어지거나 또는 송신 안테나의 송신 코일과 수신 안테나의 수신 코일이 중심이 정확히 일치하지 않으면, 무선 전력 전송 효율이 떨어지고, 충전 효율과 충전 시간이 늘어나는 되는 문제점이 있다. According to the Qi regulations of the Wireless Power Consortium (WPC), the wireless charging technology of the mobile device is commercialized and applied to the operation principle of the traffic card, the RFID, and the NFC system, and one transmission antenna If the power transmission / reception unit is less than several centimeters or the transmission coil of the transmission antenna and the reception coil of the reception antenna do not exactly coincide with each other, the wireless power transmission efficiency is lowered and the charging efficiency and the charging time are increased .

2007년 MIT Marin Soljacic 교수 팀이 공명의 원리를 적용한 자기공진 방식(자기공명 방식)을 사용한 WPT 시스템은 수 m까지 무선으로 전력을 전송하며, 자기유도 방식에 비해 무선 전력 전송거리가 크게 증가한다. 자기공진 방식은 1차 코일의 공진 주파수와 2차 코일의 공진 주파수가 동일하게 제작되고 1차 코일에서 발생한 에너지가 2차 코일로 전달되며, 공진기의 높은 Q-factor 값을 유지하기 위해 송신 안테나의 공진코일(1차 코일)과 수신 안테나의 공진 코일(2차 코일)의 각 코일의 크기가 크게 제작해야 되는 단점이 있다. In 2007, a team of MIT Marin Soljacic's WPT system using the self-resonance method (magnetic resonance method) applied the principle of resonance transmits power wirelessly up to several meters, and the wireless power transmission distance is greatly increased compared to the magnetic induction method. In the self-resonant mode, the resonance frequency of the primary coil is made equal to the resonance frequency of the secondary coil, and the energy generated in the primary coil is transmitted to the secondary coil. In order to maintain a high Q-factor value of the resonator, The size of each coil of the resonant coil (primary coil) and the resonant coil (secondary coil) of the receiving antenna must be made large.

Figure 112014065726117-pat00001
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도 2는 자기공진 방식(Magnetic resonant coupling WPT) 시스템의 구성도이다. 자기공진 방식은 송신부와 수신부 사이의 Magnetic resonant coupling에 의해 동작하게 된다. 송신 안테나의 경우 소스코일(Source coil)에서 인가된 시변 전류에 의해 발생한 자기장이 inductive coupling에 의해 송신 안테나의 공진코일(Resonance coil)에 인가된다. 그리고 같은 공진주파수를 갖는 송신 안테나와 수신 안테나의 공진코일 사이에 Magnetic resonant coupling이 발생하며, 이는 다시 로드코일(Load coil)에 inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가한다. 자기공진방식은 자기유도방식에 비해 수 m 거리까지 전력을 전송할 수 있으며, 하나의 무선충전기 본체에 여러 단말기들의 다중 충전이 가능하고 코일의 중심이 정확히 일치 않더라도 충전이 가능하다. 2 is a block diagram of a magnetic resonant coupling WPT system. The self-resonant mode operates by the magnetic resonant coupling between the transmitter and the receiver. In the case of a transmitting antenna, a magnetic field generated by a time-varying current applied from a source coil is applied to a resonance coil of a transmitting antenna by inductive coupling. Then, a magnetic resonant coupling occurs between the resonant coil of the transmitting antenna and the receiving antenna having the same resonant frequency, which in turn induces inductive coupling to the load coil to apply a current to the load. The self-resonant system can transmit electric power up to a few meters in comparison with the magnetic induction system, and it is possible to charge multiple terminals in one wireless charger body even when the center of the coil is not exactly the same.

자기공진방식 무선전력전송 시스템의 국제연합인 A4WP(Alliance for Wireless Power)는 Rezence Ver 1.0에 대한 시스템 규격을 발표하였다. Rezence 규격 내의 규정 주파수 6.78 MHz에서 동작하는 자기공진방식 무선전력전송 안테나는 다수의 턴(turn) 구조를 갖는 루프(loop) 안테나로 설계되고, 안테나의 공진 코일의 인덕턴스(Inductance), 저항(Resistance) 값에 따라 6.78 MHz의 자기공진주파수를 위한 정합소자를 가진다. 자기공진방식 무선전력전송 안테나의 최대 전력전송 거리는 안테나의 공진코일 반지름의 약 8배 내외로 가능하며, 하나의 송신안테나를 사용하여 다수의 수신안테나로 전력 전송이 가능하다. 안테나를 통해 전송되는 전력의 양은 입력되는 전력과 송수신 안테나의 효율에 따라 결정된다. Alliance for Wireless Power (A4WP), the international association of self-resonant wireless power transmission systems, has published system specifications for Rezence Ver 1.0. A self-resonant wireless power transmission antenna operating at a specified frequency of 6.78 MHz in the Rezence specification is designed as a loop antenna having a plurality of turn structures and is designed to have inductance, And a matching element for a self-resonant frequency of 6.78 MHz according to the value. The maximum power transmission distance of the self-resonant wireless power transmission antenna can be about 8 times the radius of the resonant coil of the antenna, and power transmission to multiple reception antennas is possible using one transmission antenna. The amount of power transmitted through the antenna is determined by the power input and the efficiency of the transmitting and receiving antenna.

도 3은 WPC의 Qi 규정의 WPT 시스템 구성(Type A)을 나타낸 도면이다. 3 is a diagram showing a WPT system configuration (Type A) of the Qi specification of the WPC.

WPC 시스템은 송신기(Transmitter)와 수신기(Power Receiver)로 구성된다. 송신기는 시스템 구성장치(System unit)과 전력변환장치(Power Conversion Unit) 그리고 통신 및 제어장치(Communication and Control Unit)로 구성되며, 수신기는 로드(Load)와 전력수집기(Power Pick-up Unit) 그리고 통신 및 제어장치(Communication and Control Unit)으로 구성된다. Qi 규정에서는 100~205 kHz의 주파수로 송신기에서 5 W (or 3 W)의 제한적인 전력을 공급하며, 송신기와 수신기의 통신이 이루어진 후, 무선으로 전력이 전송된다. The WPC system consists of a transmitter and a receiver. The transmitter is composed of a system unit, a power conversion unit and a communication and control unit. The receiver is composed of a load, a power pick-up unit, Communication and control unit (Communication and Control Unit). The Qi regulations provide a limited power of 5 W (or 3 W) at the transmitter at a frequency of 100 to 205 kHz, and after the transmitter and receiver are in communication, the power is transmitted wirelessly.

도 4는 A4WP WPT 시스템 기준 모델을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram showing a reference model of the A4WP WPT system.

A4WP WPT 모델은 기본적으로 단일 PTU(Power Transfer Unit)에서 여러 개의 PRU(Power Receiver Unit)들과의 관계로 이루어진다. PTU는 전원공급 장치(Power supply)와 제어장치(Control processor), 전력 증폭기 매칭 회로(Power amplifier matcing circuit), 전력전송 공진기(Power trasmitting resonator)로 구성되고, PRU는 전력송신 공진기(Power receiving resonator), 교류-직류 정류기(Rectifier), 조정기(Regulator), 제어 장치(Control processor)로 구성된다.The A4WP WPT model basically consists of a single Power Transfer Unit (PTU) in relation to several Power Receiver Units (PRUs). The PTU is composed of a power supply and a control processor, a power amplifier matting circuit, and a power transmission resonator. The PRU is a power receiving resonator, , An AC-DC rectifier, a regulator, and a control processor.

A4WP Version 1.0 BSS WPT의 동작 주파수 대역은 ISM 대역의 6.78 MHz으로 규정되었으며, 송신부에서 전송되는 파워(Power)는 사용되는 송신 전력(4W, 10W, 16W, 22W, 28W)과 Application에 따라 Class1 ~ Class 5로 나누어져 있다. A4WP Version 1.0 BSS WPT operation frequency band is defined as 6.78 MHz in ISM band and the power transmitted from the transmitter is classified into Class 1 ~ Class (Class 1 ~ Class 2) depending on the transmission power (4W, 10W, 16W, It is divided into five.

Figure 112014065726117-pat00002
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도 5는 자기공진 방식의 시스템 개념도이다.5 is a conceptual diagram of a system of a self resonance system.

A4WP에서 채택한 자기공진 방식의 무선전력전송 시스템의 송신 안테나는 기본적으로 소스코일(Source Coil)과 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)로 구성되고, 수신 안테나는 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 로드코일(Load Coil)로 구성된다. 대부분의 자기공진방식 WPT 안테나는 원형 또는 사각형 도선을 가진 루프 안테나 또는 헬리컬 안테나 형태로 구현한다. The transmission antenna of the self-resonant wireless power transmission system adopted in the A4WP basically consists of a source coil and a transmission resonant coil. The reception antenna is composed of a reception resonant coil (Rx Resonant Coil) (Load Coil). Most self-resonant WPT antennas are implemented in the form of a loop antenna or helical antenna with a circular or rectangular conductor.

6.78 MHz 주파수에서 공기 중의 근거리장 영역은 7.04 m 이내에서 루프 안테나로부터 자기장이 형성된다. At a frequency of 6.78 MHz, the magnetic field is formed from the loop antenna within 7.04 m of near-field range in air.

송신 공진코일과 수신 공진코일은 두 코일 사이의 커플링의 효율을 측정할 수 있도록 커플링 계수(Coupling Coefficient) k를 정의한다. The transmit resonant coil and the receive resonant coil define a coupling coefficient k so that the efficiency of the coupling between the two coils can be measured.

Figure 112014065726117-pat00003
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여기서, k는 커플링 계수, L1은 송신 코일의 인덕턴스(indutance), L2는 수신 코일의 인덕턴스, M은 상호 인덕턴스(Mutual inductance)이다. Here, k is the coupling coefficient, L 1 is the inductance of the transmitting coil, L 2 is the inductance of the receiving coil, and M is the mutual inductance.

커플링 계수(k)는 1에서 0 사이의 값을 갖는다. k=1일 때 Total Coupling 이고, k=0 일 때 Full Decoupling을 의미한다. Total Coupling의 경우, 두 코일은 같은 자속을 받는다고 할 수 있다. Full Decoupling은 두 코일 사이의 거리가 너무 멀거나 두 코일이 서로 수직일 경우에 발생할 수 있다. 커플링계수(k)는 자기공진방식 WPT의 효율과 밀접한 관계를 가진다. 코일 간의 커플링계수(k)에 따라 코일의 전력전송 효율 특성이 결정되며, 코일의 크기나 코일 간의 거리를 통해 커플링계수(k)를 조절하여 자기공진방식 WPT 시스템의 효율을 최적화할 수 있다.The coupling coefficient k has a value between 1 and 0. Total Coupling when k = 1 and Full Decoupling when k = 0. In the case of Total Coupling, it can be said that both coils receive the same magnetic flux. Full decoupling can occur when the distance between two coils is too far or the two coils are perpendicular to each other. The coupling coefficient (k) is closely related to the efficiency of the self-resonant WPT. The efficiency of the self-resonant WPT system can be optimized by adjusting the coupling coefficient (k) through the coil size and the distance between the coils. .

Q-factor(Quality Factor)는 모든 RF 시스템에서 성능 지표를 나타내는 매우 중요한 파라미터이다. 일반적으로 공진기의 Q-factor는 특정 주파수에서 공진기 내부에 자기장 또는 전기장의 형태로 저장되는 에너지와, 공진기 내부의 저항 손실 또는 공진기 외부로 빠져나가는 파워의 비율로 정의된다. 자기공진 WPT 시스템의 경우 원거리 장으로 안테나의 방사가 이뤄지지 않는 조건이며, 근거리 장에서 Loop 안테나로부터 발생되는 자기장과 형성된 자기장의 커플링에 의한 유도 전류로 전력전송이 된다. 즉, 루프 안테나의 인덕턴스 성분과, 코일 및 크리스탈 오실레이터, 공진회로의 손실 등 안테나를 포함하는 내부 손실의 비율로 나타낼 수 있으며, 수학식 2와 같이 정의된다.Q-factor (Quality Factor) is a very important parameter that represents a performance indicator in all RF systems. In general, the Q-factor of a resonator is defined as the ratio of the energy stored in the form of a magnetic field or electric field inside the resonator at a specific frequency to the resistance loss inside the resonator or the power exiting the resonator. In the case of the self-resonant WPT system, it is a condition that the antenna is not radiated in the far field, and the electric power is transmitted by induction current generated by the coupling between the magnetic field generated from the loop antenna and the formed magnetic field in the near field. That is, it can be expressed as a ratio of an inductance component of a loop antenna, an internal loss including an antenna, such as a coil, a crystal oscillator, and a loss of a resonant circuit.

Figure 112014065726117-pat00004
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여기서, f는 공진 주파수, L은 인덕턴스, Ra는 저항이다. Where f is the resonance frequency, L is the inductance, and R a is the resistance.

수학식 2에서와 같이 공진기에서 Q-factor는 전력 전송에 많은 영향을 미친다. 높은 Q-factor를 갖는 자기공진방식 WPT 공진코일은 Q-factor가 낮은 공진기에 비해 에너지 효율이 좋다. 또한 Q-factor가 높은 공진기는 유도되는 전류의 양을 증가시켜 높은 효율을 확보할 수 있다.  The Q-factor in the resonator has a great influence on the power transmission as in Equation (2). A self-resonant WPT resonant coil with a high Q-factor is more energy efficient than a resonator with a low Q-factor. In addition, a high Q-factor resonator can increase the amount of induced current to ensure high efficiency.

송신 공진코일과 수신 공진코일은 동일한 자기공진주파수(Magnetic resonance frequency)를 가지며, 두 코일 간에 공명현상에 의해 공진코일 간에 Path를 형성하여 전송효율을 높일 수 있다. 이러한 구조는 기존의 자기 유도 방식의 시스템에서 안테나 단의 측면에서 볼 때, 두 개의 공진코일이 추가된다. 자기 공진 방식의 무선 전력 전송은 소스코일과 송신 공진코일 사이의 커플링계수 kST와 송신 공진코일과 수신 공진코일 사이의 커플링계수 kTR, 그리고 수신 공진코일과 로드코일 사이의 커플링계수 kRD의 관계로 설명될 수 있다. The transmitting resonant coil and the receiving resonant coil have the same magnetic resonance frequency, and a path is formed between the resonant coils by resonance between the two coils, thereby improving the transmission efficiency. This structure adds two resonant coils as viewed from the side of the antenna end in a conventional magnetic induction system. The wireless power transmission in the self-resonant mode is based on the coupling coefficient k ST between the source coil and the transmitting resonant coil, the coupling coefficient k TR between the transmitting resonant coil and the receiving resonant coil, and the coupling coefficient k RD . ≪ / RTI >

도 6은 도 5의 자기공진 방식 무선전력 시스템의 등가회로(Equivalent circuit model of magnetic resonant WPT system)이다. FIG. 6 is an equivalent circuit model of a magnetic resonant WPT system of the self-resonant radio power system of FIG.

도 5의 자기공진 방식의 시스템 개념도는 도 6과 같이 등가 회로로 표현될 수 있다. 또한 각 커플링계수를 kST=k12와 kTR=k23, 그리고 kRD=k34로 정의하면, 수학식1로부터 수학식3을 아래와 같이 정의할 수 있다. 여기서, Mxy는 x번째 코일과 y번째 코일 간의 상호 인덕턴스를 의미하고, Lx 및 Ly는 x 또는 y번째 코일의 자기 인덕턴스를 의미한다. The system conceptual diagram of the self-resonant system of FIG. 5 can be expressed by an equivalent circuit as shown in FIG. Further, if each coupling coefficient is defined as k ST = k 12 , k TR = k 23 , and k RD = k 34 , Equation (3) can be defined as follows from Equation (1). Here, M xy denotes the mutual inductance between the x-th coil and the y-th coil, and L x and L y denotes the magnetic inductance of the x- or y-th coil.

자기공진 방식의 시스템을 회로 이론에 기초한 모델링 방식을 사용하면, 노드 방정식에 의해 수학식3과 같은 행렬 방정식을 구성할 수 있다. 이때 Z1~Z4는 각 코일의 임피던스를 나타낸다.Using a modeling method based on circuit theory of a system of a self resonance system, a matrix equation such as Equation 3 can be constructed by a node equation. Where Z 1 to Z 4 represent the impedance of each coil.

Figure 112014065726117-pat00005
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또한, 소스코일에 흐르는 전류 i1과 로드코일에 흐르는 전류 i4는 수학식4, 5와 같이 유도되며 Qx는 각 코일의 Q-factor를 나타낸다.The current i 1 flowing in the source coil and the current i 4 flowing in the load coil are derived as shown in equations (4) and (5), and Q x represents the Q-factor of each coil.

Figure 112014065726117-pat00006
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Figure 112014065726117-pat00007
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Figure 112014065726117-pat00008
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여기서, ω=2πf는 각 주파수, Lx은 인덕턴스, Rx은 저항성분을 나타낸다. Here,? = 2? F denotes angular frequency, L x denotes inductance, and R x denotes resistance component.

Figure 112014065726117-pat00009
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수학식 4~7을 통해 자기공진방식 WPT 시스템이 고효율의 시스템 성능을 만족하기 위해 높은 Q-factor값을 가지는 공진코일이 요구된다. 또한 최적의 자기공진방식 WPT 시스템을 구현하기 위해 kxy의 최적화가 필요하다. The self-resonant WPT system is required to have a resonant coil having a high Q-factor value in order to satisfy the high efficiency system performance through equations (4) to (7). Also, optimization of k xy is required to realize an optimal self-resonant WPT system.

하지만, 회로 이론에 기반을 둔 위와 같은 해석은 실제 적용에서 오류를 일으키기 때문에EM(Electro-magnetic) 툴 또는 수치 해석 툴을 이용하여 정확한 Q-factor 시뮬레이션이 요구된다. 또한 커플링계수 kxy는 코일 간의 거리와 크기에 의해 변하게 되므로, EM tool을 활용한 H-field 분석 및 커플링에 따른 시스템 효율을 최적화해야 한다.However, since the above-described circuit-based analysis causes errors in actual applications, accurate Q-factor simulation is required using an electromagnetism (EM) tool or a numerical analysis tool. Also, since the coupling coefficient k xy varies depending on the distance and size of the coils, it is necessary to optimize the system efficiency according to H-field analysis and coupling using the EM tool.

자기공진방식 무선전력전송 안테나는 크게 송신부와 수신부 안테나로 구분되며, 송신안테나는 소스코일(Source coil)과 공진코일(Resonant coil), 수신 안테나는 로드 코일(load coil)과 공진 코일(Resonant coil)로 구성된다. A self-resonant wireless power transmission antenna is divided into a transmitter and a receiver antenna. The transmission antenna includes a source coil and a resonant coil. A reception antenna includes a load coil and a resonant coil. .

기존의 자기공진방식 무선전력전송 안테나는 높은 전송효율 및 전송거리 향상을 위해 공진코일 크기 및 공진 코일과 소스/로드 코일 간의 간격이 크다. 이에 따라 기존의 안테나는 모바일 기기에 적용에 한계가 있었다. 공진 코일과 소스/로드 코일 간의 간격은 안테나의 두께이며, 안테나의 부피 감소 및 소형화를 위해 공진 코일과 소스/로드 코일의 간격을 고려해야 한다. 또한 자기공진방식 무선전력전송 안테나의 성능은 Q-factor(Quality factor)와 밀접한 관계가 있으며, 전송효율 및 전송거리 향상을 위해 높은 Q-factor를 만족해야 한다. The conventional self-resonant wireless power transmission antenna has a resonance coil size and a large gap between the resonance coil and the source / load coil in order to improve the transmission efficiency and the transmission distance. Therefore, existing antennas have a limited application to mobile devices. The distance between the resonant coil and the source / load coil is the thickness of the antenna. In order to reduce the volume and miniaturize the antenna, the spacing between the resonant coil and the source / load coil must be considered. In addition, the performance of the self-resonant wireless power transmission antenna is closely related to the Q-factor (Quality factor), and a high Q-factor must be satisfied to improve transmission efficiency and transmission distance.

6.78MHz 주파수에서 동작하는 자기공진방식 무선전력전송 안테나의 공진 코일은 코일을 구성하는 루프 안테나의 도선간의 간격이 일정하고 균등하게 설계된다. 공진코일에 생성된 자기장은 인접한 도선간에 커플링을 발생시키며, 도선에 흐르는 전류의 크기에 영향을 미친다. 이러한 현상을 근접효과(Proximity Effect)라 한다. The resonance coil of the self-resonant wireless power transmission antenna operating at the frequency of 6.78MHz is designed to have a uniform distance between the wires of the loop antenna constituting the coil. The magnetic field generated in the resonant coil induces coupling between adjacent conductors and affects the magnitude of the current flowing in the conductors. This phenomenon is called a proximity effect.

금속 도선에 흐르는 교류전류의 방향이 서로 같을 경우, 도선에서 발생되는 자기장의 방향이 서로 반대이고, 이는 두 자기장이 상쇄됨을 의미한다. 자기장의 상쇄는 도선에 흐르는 전류의 양을 저감시키는 문제가 존재한다. 따라서 근접효과에 의한 표면전류 감소는 저항성분의 증가와 관련성이 있다.If the directions of the alternating currents flowing in the metal leads are equal to each other, the directions of the magnetic fields generated in the conductors are opposite to each other, which means that the two magnetic fields are canceled. There is a problem that the amount of current flowing in the conductor is reduced by canceling the magnetic field. Therefore, the surface current reduction due to the proximity effect is related to the increase of the resistive component.

Q-factor는(Q=ωL/R) 식6을 통해 계산되며, ω는 각 주파수, L은 인덕턴스, R은 저항성분을 나타낸다. 루프 안테나가 가지는 자기장은 안테나가 가지는 인덕턴스(Inductance)와 저항(Resistance) 성분에 큰 영향을 받게 되고, 일반적으로 제한된 전력 내에서 효율적인 전력전송을 위해 높은 인덕턴스 값과 낮은 저항 값 즉 높은 Q-factor가 요구된다. 높은 Q-factor를 만족시키기 위해 저항성분을 감소시켜야 하며, 저항성분 감소를 위해 일반적인 코일 구조를 형성하는 도선 간에 발생하는 근접효과를 줄여야 한다.The Q-factor is calculated by (Q = ωL / R), where ω is the angular frequency, L is the inductance, and R is the resistance component. The magnetic field of the loop antenna is greatly influenced by the inductance and resistance components of the antenna. Generally, in order to efficiently transmit power within a limited power, a high inductance value and a low resistance value, that is, a high Q-factor Is required. In order to satisfy a high Q-factor, the resistance component must be reduced, and the proximity effect between the conductors forming a common coil structure must be reduced in order to reduce the resistance component.

자기공진방식 무선전력전송 루프(loop) 안테나의 경우, 근접한 영역에서 자기장의 분포와 서로간의 여기를 통하여 통신을 하는 시스템으로 얼마만큼 안정적으로 자기장이 넓고 멀리 분포하는지가 성능에 대한 주요한 관점이 된다. 따라서 송수신안테나의 넓은 자기장 분포가 요구되며, 넓은 자기장 분포를 가지는 안테나를 통해 다수의 수신안테나 조건에서 전송영역을 확장할 수 있다In the case of a self-resonant radio power transmission loop antenna, the main point of view is how much the magnetic field is wide and distant from the distribution of the magnetic field in close proximity to the system communicating with each other through excitation. Therefore, a wide magnetic field distribution of the transmitting and receiving antennas is required, and the transmitting region can be extended under a plurality of receiving antenna conditions through an antenna having a wide magnetic field distribution

일반적인 형태의 각각의 금속선이 일정 간격을 가진 원형 또는 사각형 루프 안테나는 턴(turn) 수가 증가함에 따라 증가하는 인덕턴스 성분과 함께 기하급수적으로 증가하는 저항 성분으로 인해 Q-factor가 낮아지며 전력전송 성능이 감소되는 문제점이 있다.
A circular or rectangular loop antenna having a regular interval of each metal line in a general form has a Q-factor lowered due to an exponentially increasing resistance component together with an increasing inductance component as the number of turns increases, .

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 자기공진 방식 무선전력전송(WPT) 안테나로 사용되는 송신 안테나와 수신 안테나의 공진코일 구조를 복수의 턴(7턴)을 가지는 사각형 루프 안테나로 설계하고 외곽의 4턴(금속선의 간격 0.5cm)과 내부의 3턴의 도선(금속선의 간격 0.5cm)간의 간격을 1.8cm 정도로 크게 이격하며, 이를 통해 도선간에 자기장 유도 현상을 저감시켜 근접 효과에 의한 안테나의 저항 성분을 저감하여 상쇄 전류 감소하였고, 또한 하나의 수신안테나를 통해 다수의 수신안테나로 전력전송이 가능한 자기공진방식 무선전력전송의 특징의 활용성을 증대시키기 위해 안테나의 공진 코일의 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 도선간의 간격을 크게 하여 무선전력전송 안테나가 가지는 자기장 분포영역을 확대시켜 일반적인 원형 공진코일 구조를 갖는 안테나에 비해 전송거리 및 전송 영역확대를 하였으며, 단일 및 다중 무선전력전송 장치에 무선 충전 시 우수한 시스템 성능을 갖는 모바일 기기 및 태블릿 PC의 충전을 위한 자기공진 방식 무선전력전송(Wireless Power Transfer, WPT) 안테나를 제공하는 것이다.
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to design a resonant coil structure of a transmitting antenna and a receiving antenna used as a self-resonant wireless power transmission (WPT) antenna as a rectangular loop antenna having a plurality of turns (seven turns) The gap between the four turns of the metal wire (0.5 cm of the metal wire) and the inner three turns of the wire (0.5 cm of the metal wire) is largely separated by 1.8 cm. In order to increase the utilization of the characteristic of the self-resonant type wireless power transmission capable of reducing the resistance component and reducing the offset current and transmitting power to a plurality of reception antennas through one reception antenna, And the internal three-turn conductor is enlarged to enlarge the magnetic field distribution region of the wireless power transmission antenna, so that a general circular resonance coil structure In addition, the transmission distance and the transmission area were enlarged compared with the antennas having a single antenna and a wireless power transmission device, and a self-resonant wireless power transfer (WPT) method for charging mobile devices and tablet PCs ) Antenna.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 다중 모바일 기기의 무선충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나는, 적어도 하나 이상의 모바일 기기들의 무선충전을 위한 자기공진 방식 무선전력전송(WPT, Wireless Power Transfer) 안테나에 있어서, 무선 전력 송신 회로와 연결되는 소스코일(Source Coil)과 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)로 구성되는 송신 안테나; 및 상기 송신 공진코일과 동일한 공진주파수를 갖는 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 로드 코일(Load Coil)로 구성되는 수신 안테나를 포함하고, In order to accomplish the object of the present invention, a self-resonant wireless power transmission antenna for wireless charging of multiple mobile devices includes a self-resonant wireless power transmission (WPT) antenna for wireless charging of at least one mobile device A transmission antenna comprising a source coil and a transmission resonance coil connected to a wireless power transmission circuit; And a receiving antenna composed of a receiving resonant coil (Rx Resonant Coil) and a load coil having the same resonance frequency as the transmitting resonance coil,

동일한 공진주파수를 갖는 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 공진코일 사이에 Magnetic resonant coupling이 발생하여 무선으로 전력을 전송하고 상기 로드 코일에 Inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가하며, A magnetic resonant coupling is generated between the transmission antenna having the same resonance frequency and the resonance coil of the reception antenna to transmit power wirelessly, induce inductive coupling to the load coil to apply a current to the load,

상기 동일한 공진주파수를 갖는 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 공진코일 사이에 Magnetic resonant coupling이 발생하여 무선으로 전력을 전송하여 상기 로드 코일에 Inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가하며,
상기 수신 안테나는
상기 송신 공진코일과 동일한 공진주파수를 갖고, 구리(Cu) 선으로 된 사각형 루프 안테나 구조의 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)(1); 소정 거리 내에서 동일한 공진주파수를 갖는 송신 안테나와 수신 안테나의 공진코일 사이에 Magnetic resonant coupling이 발생하면, 로드코일(Load coil)에 inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가하는 로드 코일(Load Coil)(2); 상기 자기공진 방식 WPT 안테나의 신호가 인가되는 안테나의 급전부(50Ω feed)(4); 및 자기공진 방식 WPT 안테나의 국제표준화된 자기공진 주파수에서 공진하도록 인덕턴스 값(L)과 커패시턴스 값(C)을 매칭하는 임피던스 정합부(5)를 구비하며,
상기 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)(1)은 구리(Cu) 선을 사용하여 외곽 4턴의 사각형 루프 형태로 구성된 외곽 turn 라인부(6); 및 구리 선을 사용하여 외곽 turn 라인부(6)의 내부에서 3턴의 사각형 루프 형태를 구성하는 내부 turn 라인부(7)를 포함하며, Magnetic resonant coupling is generated between the transmission antenna having the same resonance frequency and the resonance coil of the reception antenna to transmit power wirelessly to induce inductive coupling to the load coil to apply a current to the load,
The receiving antenna
A reception resonance coil (Rx Resonant Coil) 1 of a rectangular loop antenna structure having the same resonance frequency as the transmission resonance coil and made of copper (Cu) wire; When magnetic resonant coupling occurs between the resonant coil of the transmitting antenna and the resonant coil of the receiving antenna having the same resonance frequency within a predetermined distance, a load coil (load) which induces inductive coupling to the load coil and applies a current to the load, Coil) (2); A feeding part 50? Feed of an antenna to which a signal of the self-resonant WPT antenna is applied; And an impedance matching section 5 for matching the inductance value L and the capacitance value C so as to resonate at an international standardized self-resonant frequency of the self-resonant WPT antenna,
The RX Resonant Coil 1 includes an outer turn line portion 6 formed of a quadrangular loop of outer four turns using a copper (Cu) wire; And an inner turn line portion (7) constituting a three-turn rectangular loop shape inside the outer turn line portion (6) by using a copper wire,

상기 송신 안테나 및 수신 안테나는 공진 코일의 사각형 도선들을 구비하는 다수의 턴들(turns)을 가진 사각형 루프 안테나를 구비하고, 공진 코일의 외곽의 턴들과 내부의 턴들의 루프안테나를 구성하는 도선간의 간격을 상대적으로 크게 이격하여 전류 상쇄를 억제시켜 루프 안테나를 구성하는 도선 간의 커플링 계수(k, coupling coefficient)가 낮추고 도선 간의 근접 효과에 의한 영향을 감소시키며, 저감된 저항 값을 가져 상대적으로 향상된 Q-factor를 가진 무선전력전송 안테나의 자기장 분포영역을 확대시켜 원형 공진코일 구조의 루프 안테나에 비해 전송거리 및 전송 영역이 확대하여 충전 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
Wherein the transmission antenna and the reception antenna have a rectangular loop antenna having a plurality of turns having rectangular conductive lines of resonant coils and the spacing between the turns of the outer loop of the resonant coil and the wires constituting the loop antenna of the internal turns is The coupling coefficient (k) between the wires constituting the loop antenna is reduced, the influence due to the proximity effect between the wires is reduced, and the relatively improved Q- factor of the wireless power transmission antenna is enlarged so that the transmission distance and the transmission range are enlarged to improve the charging efficiency as compared with the loop antenna having the circular resonance coil structure.

본 발명에 따른 적어도 하나 이상의 모바일 기기 또는 태블릿 PC의 무선 충전을 위한 자기공진 방식 무선전력전송(Wireless Power Transfer, WPT) 안테나는 자기공진 방식 WPT 안테나로 사용되는 송신 안테나와 수신 안테나의 공진코일 구조를 복수의 턴(7턴)을 가지는 사각형 루프 안테나 구조의 외곽의 4턴(금속선간 간격 0.5cm)과 내부의 3턴의 도선간(금속선간 간격 0.5cm)의 간격을 1.8cm 정도로 크게 이격하여, 이를 통해 도선간에 자기장 유도 현상을 저감시켜 근접 효과에 의한 사각형 구조의 루프 안테나의 저항 성분을 저감하여 상쇄 전류 감소하였다. A self-resonant wireless power transfer (WPT) antenna for wireless charging of at least one mobile device or a tablet PC according to the present invention includes a resonant coil structure of a transmitting antenna and a receiving antenna used as a self- The distance between the outer four turns of the rectangular loop antenna structure having a plurality of turns (seven turns) (0.5 cm between metal lines) and the inner three turns of the wires (0.5 cm between metal lines) Through this, the induction phenomenon of the magnetic field between the conductors is reduced, and the offset current is reduced by reducing the resistance component of the rectangular antenna having the square structure by the proximity effect.

제안된 사각형 구조의 자기공진방식 WPT 안테나는 일반적인 원형코일 루프 안테나 및 같은 턴 수(number of turns)의 사각형 루프 안테나와 비교하여 루프 간에 발생되는 상쇄 전류 감소의 이유에 의해 더 낮은 인덕턴스 값을 가지며, 더 크게 감소된 저항 값의 영향에 의해 향상된 Q-factor를 가지는 특징이 있다. The proposed quadrature self-resonant WPT antenna has a lower inductance value due to the reason of the reduction of the offset current generated between the loops compared with the normal circular loop loop antenna and the square loop antenna of the same number of turns, There is a characteristic of having a Q-factor improved by the effect of the greatly reduced resistance value.

또한, 하나의 수신안테나를 통해 다수의 수신안테나로 전력전송이 가능한 자기공진방식 무선전력전송의 특징의 활용성을 증대시키기 위해 사각형 루프 안테나 구조의 송신 및 수신 안테나의 공진 코일의 7턴의 사각형 루프 안테나 구조의 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 도선간의 간격을 크게 이격하여 도선 간의 커플링 계수(coupling coefficient)를 낮아지게 하고, 도선 간의 근접 효과에 의한 영향을 감소시키며, 저감된 저항 값을 가져 상대적으로 향상된 Q-factor를 가진 무선전력전송 안테나가 가지는 자기장 분포영역을 확대시켜 일반적인 원형 공진코일 구조를 갖는 안테나에 비해 전송거리 및 전송 영역확대를 하였으며, 단일 및 다중 무선전력전송 장치 무선 충전 효율을 향상시켜 우수한 WPT 안테나 성능을 제공하는 효과가 있다.
In order to increase the utilization of the characteristic of the self-resonant wireless power transmission capable of transmitting power to a plurality of reception antennas through one reception antenna, a rectangle loop of seven turns of the resonant coils of the transmission and reception antennas of the rectangular- The coupling coefficient between the conductors is lowered by largely separating the gap between the outer four turns of the antenna structure and the inner three turns and the influence of the proximity effect between the conductors is reduced, The transmission distance and transmission area of the antenna are enlarged compared to the antenna having the general circular resonance coil structure by enlarging the magnetic field distribution area of the wireless power transmission antenna having a relatively improved Q factor. To provide an excellent WPT antenna performance.

도 1은 전자기 유도 방식 무선전력 전송(Magnetic inductive coupling WPT) 시스템의 구성도이다.
도 2는 자기공진 방식(Magnetic resonant coupling WPT) 시스템의 구성도이다.
도 3은 WPC의 Qi 규정의 WPT 시스템 구성(Type A)을 나타낸 도면이다.
도 4는 A4WP WPT 시스템 기준 모델을 나타낸 도면이다.
도 5는 자기공진 방식의 시스템 개념도이다.
도 6은 도 5의 자기공진 방식 무선전력 시스템의 등가회로(Equivalent circuit model of magnetic resonant WPT system)이다.
도 7은 본 발명에 따른 모바일 기기 또는 태블릿 PC의 무선충전을 위한 전류상쇄 억제 효과 및 확장된 자기장 분포 영역을 가지는 자기공진 방식 무선전력전송(WPT, Wireless Power Transfer) 안테나의 구조도이다.
도 8은 일반적인 원형 루프 안테나와 비교하여 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 도선 간의 간격을 크게 이격하여 7턴 사각형 루프 안테나로 설계된 전류상쇄 억제 효과 및 확장된 자기장 분포 영역을 가지는 자기공진 방식 무선전력전송(WPT) 안테나의 구조도이다.
도 9는 본 발명의 자기공진방식 WPT 안테나에서 흐르는 전류의 분포를 도시한다.
도 10은 (a) 일반적인 루프 안테나(사각형 4턴)와 (b) 제안된 형태의 루프 안테나(사각형 7턴)가 가지는 전류 분포를 비교한 도면이다.
도 11은 (c) 일반적인 루프 안테나(원형 6턴)와 (d) 제안된 형태의 루프 안테나(사각형 7턴)의 전류 분포를 비교한 도면이다.
도 12는 EM(Electro-magnetic) tool 시뮬레이션을 사용하여 측정된 일반적인 루프 안테나(사각형 4턴, 사각형 7턴, 원형 6턴)와 제안된 안테나의 공진 코일의 구조 및 턴 수에 따른 자기장 분포를 나타낸다.
도 13은 일반적인 루프 안테나(사각형 4턴, 사각형 7턴, 원형 6턴)와 제안된 안테나의 중심축(x축)에서 거리에 따른 자기장의 세기(H-field)를 표현한 도면이다.
도 14는 본 발명에서 제안된 자기공진방식 WPT 안테나의 성능검증을 위한 송수신 안테나의 구성 및 배치를 보여준다. 1 is a block diagram of a magnetic inductive coupling WPT system.
2 is a block diagram of a magnetic resonant coupling WPT system.
3 is a diagram showing a WPT system configuration (Type A) of the Qi specification of the WPC.
4 is a diagram showing a reference model of the A4WP WPT system.
5 is a conceptual diagram of a system of a self resonance system.
FIG. 6 is an equivalent circuit model of a magnetic resonant WPT system of the self-resonant radio power system of FIG.
FIG. 7 is a structural diagram of a self-resonance wireless power transmission (WPT) antenna having a current cancellation suppression effect and a magnetic field distribution region for wireless charging of a mobile device or a tablet PC according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the current canceling suppression effect and the self-resonance method radio wave having an extended magnetic field distribution area, which are designed by a 7-turn rectangular loop antenna with a large gap between the outer four turns and the inner three- Power transmission (WPT) antenna.
9 shows the distribution of the current flowing in the self-resonant WPT antenna of the present invention.
10 is a diagram comparing current distributions of (a) a general loop antenna (four rectangles) and (b) a loop antenna of the proposed type (seven rectangles).
11 is a diagram comparing current distributions of (c) a general loop antenna (circular six turns) and (d) a loop antenna of the proposed type (seven rectangles).
12 shows the magnetic field distribution according to the structure and the number of turns of a general loop antenna (four rectangles, seven rectangles, six rounds) measured by EM (electromagnetic-magnetic) tool simulation and the resonance coil of the proposed antenna .
FIG. 13 is a diagram showing the intensity (H-field) of a magnetic field according to a distance from a general loop antenna (four rectangular turns, seven rectangular turns, and six circular turns) and a central axis (x axis) of the proposed antenna.
FIG. 14 shows the configuration and arrangement of the transmitting and receiving antennas for verifying the performance of the self-resonant WPT antenna proposed in the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명에 따른 모바일 기기 또는 태블릿 PC의 무선충전을 위한 전류상쇄 억제 효과 및 확장된 자기장 분포 영역을 가지는 자기공진 방식 무선전력전송(WPT, Wireless Power Transfer) 안테나의 구조도이다. FIG. 7 is a structural diagram of a self-resonance wireless power transmission (WPT) antenna having a current cancellation suppression effect and a magnetic field distribution region for wireless charging of a mobile device or a tablet PC according to the present invention.

자기공진 방식은 송신 안테나의 1차 코일(송신 공진코일, 1차 공명체)에 흐르는 전류로부터 발생하는 자기장들이 수신 안테나의 2차 코일(수신 공진코일, 2차 공명체)을 통과하여 유도 전류가 발생하지만, 1차 코일의 공진 주파수와 2차 코일의 동일한 공진 주파수로 동작되도록 제작되고, 공진기의 높은 Q-factor 값이 요구되며, 송신 안테나의 송신 공진코일로부터 발생된 에너지를 수신 안테나의 수신 공진코일로 전달된다. 자기공진 방식은 또한 '자기공명 방식'이라고 불린다. In the self-resonant mode, the magnetic fields generated from the current flowing in the primary coil (transmitting resonant coil, primary resonator) of the transmitting antenna pass through the secondary coil (receiving resonant coil, secondary resonator) of the receiving antenna, A high Q-factor value of the resonator is required, and the energy generated from the transmission resonance coil of the transmission antenna is converted into a reception resonance coil of the reception antenna . Self resonant mode is also called 'magnetic resonance method'.

6.78 MHz 주파수를 사용하는 자기공진 방식의 무선전력전송(WPT) 안테나는 무선 전력 송신 회로와 연결되는 소스코일(Source Coil)과 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)로 구성되는 송신 안테나; 및 상기 송신 공진코일과 동일한 공진주파수를 갖는 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 로드 코일(Load Coil)로 구성되는 수신 안테나를 포함하며, A self-resonant wireless power transmission (WPT) antenna using a frequency of 6.78 MHz is composed of a transmission coil composed of a source coil and a transmission resonance coil connected to a wireless power transmission circuit. And a receiving antenna composed of a receiving coil (Rx Resonant Coil) and a load coil having the same resonance frequency as the transmitting resonance coil,

송신 안테나 및 수신 안테나는 사각형 도선들을 구비하는 사각형 루프 안테나를 구현하였으며, 동일한 공진주파수를 갖는 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 공진코일 사이에 자기 공명 커플링(Magnetic resonant coupling)이 발생하여 무선으로 전력을 전송하여 로드코일(Load coil)에 Inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가하며, The transmission antenna and the reception antenna implement a rectangular loop antenna having rectangular conductive lines and a magnetic resonant coupling is generated between the transmission antenna having the same resonance frequency and the resonance coil of the reception antenna, To induce inductive coupling in the load coil to apply a current to the load,

상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 공진코일 구조를 사각형 루프 안테나로 제작되고, 외곽의 4턴(금속선간 간격 0.5cm)과 내부의 3턴(금속선간 간격 0.5cm)의 도선간의 간격을 1.8cm 정도로 상대적으로 크게 이격하여 도선간에 자기장 유도 현상을 저감시켜 근접 효과에 의한 안테나의 저항 성분을 저감하여 상쇄 전류를 감소시키고 5 turn 원형 루프 안테나보다 Q-factor를 향상시키는 것을 특징으로 한다. The resonance coil structure of the transmission antenna and the reception antenna is made of a rectangular loop antenna and the distance between the outer four turns (0.5 cm between the metal lines) and the inner three turns (0.5 cm between the metal lines) And the Q-factor is improved compared with the 5 turn circular loop antenna by reducing the resistance component of the antenna due to the proximity effect by reducing the magnetic field induction phenomenon between the conductors.

무선 전력 송신 회로는 소스코일(Source Coil)과 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)와 연결된다. The wireless power transmission circuit is connected to a source coil and a transmission resonance coil.

수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 로드 코일(Load Coil)는 무선 전력 수신회로와 연결된다. The receiving resonant coil (Rx Resonant Coil) and the load coil (Load Coil) are connected to the wireless power receiving circuit.

수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 로드 코일(Load Coil)은 무선 전력 수신회로와 연결된다.
The receiving resonant coil (Rx Resonant Coil) and the load coil (Load Coil) are connected to the wireless power receiving circuit.

자기공진 방식 WPT 안테나의 6.78 MHz 공진 주파수에서 공기 중의 근거리장 영역은 7.04 m 이내에서 루프 안테나로부터 자기장이 형성된다. At the 6.78 MHz resonant frequency of the self-resonant WPT antenna, the magnetic field is formed from the loop antenna within 7.04 m of near-field range in air.

도 7을 참조하면, 전류상쇄 억제 효과 및 확장된 자기장 분포 영역을 가지는 자기공진 방식 무선전력전송(WPT) 안테나는 소스코일(Source Coil)과 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)로 구성되는 송신 안테나; 및 상기 송신 공진코일과 동일한 공진주파수를 갖는 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)(1)과 로드 코일(Load Coil)(2)로 구성되는 수신 안테나를 포함한다. Referring to FIG. 7, a self-resonant radio power transmission (WPT) antenna having a current cancellation suppression effect and an extended magnetic field distribution region includes a transmission antenna formed of a source coil and a transmission resonance coil (Tx Resonant Coil). And a receiving antenna composed of a receiving resonant coil (Rx Resonant Coil) 1 and a load coil 2 having the same resonance frequency as the transmission resonance coil.

자기공진 방식 무선전력전송(WPT) 안테나에서, 상기 수신 안테나는 상기 송신 공진코일과 동일한 공진주파수를 갖고, 구리(Cu) 선으로 된 사각형 루프 안테나로 설계된 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)(1); 소정 거리 내에서 동일한 공진주파수(f= 6.78MHz)를 갖는 송신 안테나와 수신 안테나의 공진코일 사이에 Magnetic resonant coupling이 발생하면, 이는 다시 로드코일(Load coil)에 inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가하는 로드 코일(Load Coil)(2); 자기공진 방식 WPT 안테나의 신호가 인가되는 안테나의 급전부(50Ω feed)(4); 자기공진 방식 WPT 안테나의 자기공진 주파수 6.78 MHz(

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)에서 공진하도록 인덕턴스 값(L)과 커패시턴스 값(C=68pF)을 매칭하는 임피던스 정합부(5)을 구비한다In a self-resonant wireless power transmission (WPT) antenna, the reception antenna has a reception resonant coil (Rx Resonant Coil) 1 designed as a rectangular loop antenna having the same resonance frequency as the transmission resonance coil and made of copper (Cu) ; When a magnetic resonant coupling occurs between the resonant coil of the transmitting antenna and the receiving antenna having the same resonance frequency (f = 6.78 MHz) within a predetermined distance, it induces inductive coupling to the load coil again, A load coil 2 for applying a current; A feeding part (50? Feed) 4 of an antenna to which a signal of a self-resonant WPT antenna is applied; Self Resonant Method Self Resonant Frequency of WPT Antenna 6.78 MHz (
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And an impedance matching unit 5 for matching the inductance value L and the capacitance value C = 68 pF so as to resonate at the resonance frequency

수신 공진코일(Rx Resonant Coil)(1)은 구리(Cu) 선을 사용하여 외곽 4턴의 사각형 루프 형태로 구성된 외곽 turn 라인부(6) 및 구리 선을 사용하여 외곽 turn 라인부(6)의 내부에서 3턴의 사각형 루프 형태를 구성하는 내부 turn 라인부(7)를 포함하며, 정사각형 루프 안테나의 가로와 세로의 크기가 20x20cm2이며, 도선 단면의 지름이 2.3mm 구리선을 사용하며, σ=5.8 x107 [S/m](conductivity)로 제작하였고, 수신 안테나의 공진 코일(1)의 정사각형 루프 안테나의 구조를 가진 도선 간의 간격(8)은 일정하게 0.5cm이며, 수신 안테나의 공진 코일(1)의 외곽 4턴 루프 구조와 내부 3턴 루프 구조 간의 간격(9)은 크게 이격하여 1.8cm로 설계하였다.The RX Resonant Coil 1 uses an outer turn line portion 6 formed in the form of a rectangular loop of four outer turns by using a copper (Cu) wire, And an inner turn line portion 7 constituting a rectangular loop shape of three turns inside. The square loop antenna has a width of 20 x 20 cm 2 and a copper wire having a diameter of 2.3 mm. 5.8 x 10 7 [S / m] (conductivity), and the spacing 8 between the conductors having the structure of the square loop antenna of the resonance coil 1 of the receiving antenna is constantly 0.5 cm, 1), the gap (9) between the outer four-turn loop structure and the inner three-turn loop structure is designed to be 1.8 cm.

로드 코일(Load Coil)(2)은 1 turn 의 정사각형 루프 안테나 가로와 세로의 크기가 7x7cm2이며, 도선 단면의 지름이 2.3mm 구리선, σ=5.8 x 107 [S/m](conductivity)로 설계하여 제작하였다. Load Coil (2) is a 1 turn square loop antenna measuring 7 x 7 cm 2 in length and width, with a wire diameter of 2.3 mm copper wire, σ = 5.8 x 10 7 [S / m] Designed and manufactured.

수신 안테나의 공진 코일(1)과 로드 코일(2) 간의 간격(3)은 1cm로 제작하여 실험하였다. The distance (3) between the resonance coil 1 and the load coil 2 of the receiving antenna was 1 cm.

본 발명에서는 자기공진방식 WPT 기술을 사용한 소형 안테나를 제안하였다. 안테나의 소형화는 기준 송신안테나의 크기에 따른 소형화를 진행하며, 소형화된 안테나는 LCD 크기가 10~11 inch인 태블릿 PC에 적용가능한 크기를 갖도록 한다. 먼저 크기의 기준을 마련하기 위해 태블릿 PC의 대표 제품인 갤럭시 노트 10.1의 크기를 분석하였다. 갤럭시 노트 10.1의 실측 크기는 가로 25 cm 세로 18 cm이며, 두께는 0.8 cm이다. 총 부피는 25 x 18 x 0.8 cm3로 360 cm3를 갖는다. 본 발명에서 제안된 안테나 크기는 자기공진방식 악세서리 타입의 무선충전 수신부를 가정하여 진행하였다. 따라서 10~11 inch의 LCD 면적의 크기를 만족하며, 최소한의 안테나 부피 갖고, 태블릿 PC에 적용 가능하도록 두께를 1 cm로 제한하여 총 안테나 부피를 400 cm3 이하를 목표로 하였다.
In the present invention, a small antenna using the self-resonant WPT technology is proposed. Miniaturization of the antenna progresses downsizing according to the size of the reference transmission antenna, and the miniaturized antenna has a size applicable to a tablet PC having an LCD size of 10 to 11 inch. We first analyzed the size of Galaxy Note 10.1, the representative product of Tablet PC, in order to set the standard of size. The actual size of Galaxy Note 10.1 is 25 cm by 18 cm and the thickness is 0.8 cm. Total volume has a 360 cm 3 to 25 x 18 x 0.8 cm 3. The antenna size proposed in the present invention is based on the assumption of a wireless charging receiver of the self-resonance accessory type. Therefore, it satisfies the size of LCD area of 10 ~ 11 inch, has minimum antenna volume, and limits the total antenna volume to 400 cm 3 or less by limiting the thickness to 1 cm to be applicable to tablet PC.

도 8은 일반적인 원형 루프 안테나와 비교하여 본 발명에서 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 루프 안테나를 구성하는 도선 간의 간격을 상대적으로 크게 이격하여 7턴 사각형 루프 안테나로 설계된 전류상쇄 억제 효과 및 확장된 자기장 분포 영역을 가지는 자기공진 방식 무선전력전송(WPT) 안테나의 구조도이다. FIG. 8 is a graph showing the current canceling suppression effect and the expansion effect of the 7-turn rectangular loop antenna in the present invention in comparison with a general circular loop antenna, in which the spacing between the four turns of the outer loop and the inner three- Resonance type wireless power transmission (WPT) antenna having a magnetic field distribution region.

자기공진방식 WPT 수신안테나의 소형화 및 충전 가용거리 개선을 위한 설계기준을 정하기 위해 소형화된 원형 루프 안테나를 설계하였다. 원형 루프 안테나의 크기는 20 x 20 x 1 cm3를 만족하며, 기준 송신안테나 대비 85% 소형화되었다. 소형화된 수신안테나의 크기는 10~11 inch LCD 크기를 같은 태블릿 PC에 적용 가능한 크기이다. 공진코일의 턴 수는 6턴이고, 이는 공진코일 2~7턴 중 가장 높은 Q 값을 갖는 코일의 턴 수이다. 6.78 MHz의 자기공진주파수를 만족시키기 위해 코일종단에 80 pF의 Capacitor를 삽입하였다. 안테나의 모든 코일은 지름 2.3 mm 구리선(Conductivity, S/m = 5.8x107)으로 설계되었다. 공진코일의 설계 스펙은 표 3에 정리하였다. 안테나 크기에서의 1 cm는 안테나 두께(d34)를 말하며, 최소한의 안테나의 두께를 고려한 크기이다. 로드코일은 지름 7 cm의 원형 루프 수신 안테나(circular loop receiving antenna)이다.A miniaturized circular loop antenna was designed to design the design criterion for miniaturization of the self - resonant WPT receive antenna and improvement of chargeable distance. The size of the circular loop antenna satisfies 20 x 20 x 1 cm 3 and is 85% smaller than the standard transmission antenna. The size of the miniaturized receive antenna is 10 ~ 11 inch LCD size, which can be applied to the same tablet PC. The number of turns of the resonant coil is 6 turns, which is the number of turns of the coil having the highest Q value of 2 to 7 turns of the resonant coil. A capacitor of 80 pF was inserted at the coil end to satisfy the self-resonant frequency of 6.78 MHz. All the coils of the antenna were designed with a 2.3 mm diameter copper wire (Conductivity, S / m = 5.8x10 7 ). The design specifications of the resonant coil are summarized in Table 3. 1 cm in the antenna size refers to the antenna thickness (d 34 ), which is the size considering the minimum antenna thickness. The load coil is a circular loop receiving antenna with a diameter of 7 cm.

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본 발명에서 제안된 자기공진방식 WPT 수신안테나의 구조는 도 7,8에 나타냈다. 기본적인 구조는 태블릿 PC에 적용이 용이하고, 동일 면적에서 원형 루프 안테나에 비해 인덕턴스를 높일 수 있는 사각형 루프 안테나 구조를 갖는다. 제안된 수신안테나의 크기는 20 x 20 x 1 cm3를 만족하며, 로드코일의 지름은 7 cm를 만족한다. 수신 공진코일의 코일 간 간격은 0.5 cm이고, 외각 4턴 내부 3턴 간의 간격은 1.8 cm이다. 수신 공진코일은 총 7턴이며, 6.78 MHz 공진 주파수에서 동작시키기 위해 68 pF의 정합 capacitor를 삽입하였다. 제안된 안테나의 두께는 1cm로 소형화된 기준 원형 루프 수신안테나와 동일하다. 안테나의 구성에 사용된 코일은 지름 2.3 mm 구리선(Conductivity, S/m = 5.8x107)으로 설계되었다. 제안된 안테나의 설계 스펙은 표 4에 정리하였다. The structure of the self-resonant WPT receive antenna proposed in the present invention is shown in Figs. The basic structure is easy to apply to tablet PC, and has a rectangular loop antenna structure that can increase the inductance compared to the circular loop antenna in the same area. The size of the proposed receiving antenna is 20 x 20 x 1 cm 3 and the diameter of the load coil is 7 cm. The spacing between the coils of the receiving resonant coil is 0.5 cm, and the spacing between the three turns inside the outer four turns is 1.8 cm. The receiving resonant coil has a total of 7 turns, and a matching capacitor of 68 pF is inserted to operate at the 6.78 MHz resonant frequency. The thickness of the proposed antenna is the same as that of the reference circular loop receiving antenna miniaturized to 1 cm. The coil used to construct the antenna was designed with a 2.3 mm diameter copper wire (Conductivity, S / m = 5.8 × 10 7 ). The design specifications of the proposed antenna are summarized in Table 4.

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자기공진 방식 WPT 안테나는 7턴(7 turns)을 가지는 사각형 루프안테나에 대하여 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 도선간의 간격을 크게 하였다. 총 7턴의 사각형 루프 안테나를 구성하는 외곽 4턴과 내부 3턴의 총 턴을 포함한 각각의 턴 수는 조절이 가능하다. 근접효과(Proximity Effect)에 의해 발생되는 저항의 성분을 감소시키기 위해 제안된 정사각형 루프 안테나 구조의 자기공진 방식 WPT 안테나는 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 도선간의 간격을 조절하여 도선간의 자기장 영향을 저감시키는 특징을 가지며, 전체적인 저항의 값을 감소시키도록 하였다. For a rectangular loop antenna with 7 turns (7 turns), the self-resonant WPT antenna increases the gap between the outer four turns and the inner three turns. The total number of turns, including the outer four turns and the inner three turns, which make up a total of seven turns of the rectangular loop antenna, is adjustable. In order to reduce the resistance component caused by the proximity effect, the self-resonant WPT antenna of the proposed square loop antenna structure adjusts the gap between the outer four turns and the inner three turns, And the total resistance value is decreased.

제안된 사각형 루프 구조의 수신 안테나(외곽 4턴과 내부 3턴)의 전송효율개선 및 충전가용거리 증가에 대한 성능비교를 위해 기준 안테나로 원형 루프 수신안테나의 설계 및 측정을 진행했음을 언급하였다. EM tool 시뮬레이션을 사용하여 측정결과에 따라 제안된 사각형 루프 구조의 수신안테나와 원형 루프 수신안테나의 전송성능을 비교하였다. 전송효율 및 충전가용거리 비교는 측정결과를 통해 진행하였으며, 그 결과는 안테나 성능 비교결과 제안된 수신안테나의 최저 전송효율 40 % 기준 이상을 만족하는 충전 가용거리가 33 cm로 약 14 % 증가함을 확인할 수 있다. 이는 제안된 수신안테나의 Q-factor가 원형 루프 수신안테나 보다 높고, 수신 공진코일의 자기장 분포가 상대적으로 균등하기 때문으로 분석된다.It is noted that the design and measurement of the circular loop receiving antenna have been carried out with the reference antenna for the comparison of the transmission efficiency of the proposed rectangular loop receiving antenna (four outer and three inner turns) The transmission performance of the proposed rectangular loop structure receiving antenna and circular loop receiving antenna was compared according to the measurement results using EM tool simulation. As a result of the comparison of the antenna performance, the charging available distance satisfying the minimum transmission efficiency standard of the proposed receiving antenna is increased by about 14% by 33 cm Can be confirmed. This is because the Q-factor of the proposed receiving antenna is higher than that of the circular loop receiving antenna and the magnetic field distribution of the receiving resonant coil is relatively uniform.

표 5는 원형 루프 안테나와 본 발명의 사각형 루프 구조의 자기공진 방식 WPT 안테나(외곽 4턴과 내부 3턴) 조건에서의 전송영역을 비교분석하였다. Table 5 compares the transmission area of the circular loop antenna and the self-resonant WPT antenna of the square loop structure of the present invention (four outer turns and three inner turns).

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도 9는 본 발명의 자기공진 방식 WPT 안테나에서 흐르는 전류의 분포를 도시한다. 도 9의 결과를 통해 제안된 자기공진 방식 WPT 안테나 구조는 특정 도선에서 강한 전류분포를 갖는 일반적인 일정한 도선 간격을 가진 루프 안테나의 구조와 달리 균일한 전류분포를 나타낸다. 이에 따라, 자기공진 방식 WPT 안테나 구조는 전류분포를 통해 근접효과에 의한 저항성분증가를 감소시켰음을 확인하였다. 9 shows the distribution of the current flowing in the self-resonant WPT antenna of the present invention. 9, the proposed self-resonant WPT antenna structure shows a uniform current distribution unlike the structure of a loop antenna having a general constant wire spacing having a strong current distribution in a specific wire. Therefore, it has been confirmed that the self - resonant WPT antenna structure reduces the increase of the resistance component due to the proximity effect through the current distribution.

제안된 사각형 구조의 자기공진방식 WPT 안테나는 일반적인 원형코일 루프 안테나 및 같은 턴 수(number of turns)의 사각형 루프 안테나와 비교하여 루프 간에 발생되는 상쇄 전류 감소의 이유에 의해 더 낮은 인덕턴스 값을 가지며, 더 크게 감소된 저항 값의 영향에 의해 향상된 Q-factor를 가지는 특징이 있다. The proposed quadrature self-resonant WPT antenna has a lower inductance value due to the reason of the reduction of the offset current generated between the loops compared with the normal circular loop loop antenna and the square loop antenna of the same number of turns, There is a characteristic of having a Q-factor improved by the effect of the greatly reduced resistance value.

도 10은 (a) 일반적인 루프 안테나(사각형 4턴)와 (b) 제안된 형태의 루프 안테나(사각형 7턴)가 가지는 전류 분포를 비교한 도면이다.10 is a diagram comparing current distributions of (a) a general loop antenna (four rectangles) and (b) a loop antenna of the proposed type (seven rectangles).

도 11은 (c) 일반적인 루프 안테나(원형 6턴)와 (d) 제안된 형태의 루프 안테나(사각형 7턴)의 전류 분포를 비교한 도면이다.11 is a diagram comparing current distributions of (c) a general loop antenna (circular six turns) and (d) a loop antenna of the proposed type (seven rectangles).

각각 안테나는 자기공진주파수 6.78MHz에 대하여 임피던스 매칭이 되어 있다. 임피던스 매칭된 상태에서 각각의 안테나가 가지는 전류 분포는 다수의 턴을 가지는 금속선에서 시계 또는 반시계 방향으로 동일한 방향으로 형성된다. 일반적인 루프 안테나의 경우 평행한 도선에서 전류분포에 의해 근접 효과를 통한 전류 감쇄 효과가 크게 발생되고 그에 따라 낮은 Q-factor의 값을 가지게 된다. Each of the antennas is impedance-matched to a self-resonant frequency of 6.78 MHz. In the impedance matched state, the current distribution of each antenna is formed in the same direction in the clockwise or counterclockwise direction on the metal wire having a plurality of turns. In the case of a typical loop antenna, the effect of current damping through the proximity effect is greatly generated by the current distribution in parallel conductors, and thus has a low Q-factor value.

도 10의 (a)의 사각형 4턴의 전류 분포는 금속선에 비교적 균일한 전류의 분포를 볼 수 있다. 이러한 특징에 의해 상대적으로 낮은 저항 값을 가진다. 하지만, 높은 전송 효율을 위한 향상된 자기장의 세기를 필요로 한다. 이를 위해 자기장을 형성하는 높은 인덕턴스(L) 값을 필요로 한다. 인덕턴스(L) 값은 금속선의 길이가 커짐에 따라 주요하게 커지는 특징을 가진다. 따라서, 인덕턴스(L) 값을 향상하기 위하여 사각형 7턴으로 코일의 턴 수를 증가시켰을 경우 도 4(b)와 같은 전류분포의 특징을 가진다. 도 10의 (b)를 참조하면, 코일의 턴 수가 증가됨에 따라 기존 (a)의 경우와 다르게 최내/외각의 금속선에 분포하는 전류가 우세함을 볼 수 있다. 이는 평행한 도선상에 발생하는 근접 효과에 의해 발생하고 코일의 저항(R) 값의 증가를 발생시킨다. 이러한 영향에 의해 증가된 턴(turn) 수로 인덕턴스(L) 값은 증가가 가능하지만, 증가된 저항(R) 값을 통하여 저감된 Q-factor의 값을 가지는 문제가 있다. 이는 또한 원형의 형태를 가지는 도 11의 (c)에서도 동일한 특징을 가진다.The current distribution of the quadrangular four turns of FIG. 10A shows a distribution of currents relatively uniform in the metal wire. With this feature, it has a relatively low resistance value. However, it requires an enhanced magnetic field strength for high transmission efficiency. For this, a high inductance (L) value is required to form a magnetic field. The inductance (L) value has a characteristic that it becomes larger as the length of the metal wire increases. Accordingly, when the number of turns of the coil is increased by seven turns of the rectangle in order to improve the inductance (L), the characteristic of the current distribution is as shown in FIG. 4 (b). Referring to FIG. 10 (b), as the number of turns of the coil increases, it can be seen that the current distributed in the innermost / outer metallic lines predominates, unlike the case of the conventional case (a). This is caused by the proximity effect that occurs on parallel leads and causes an increase in the value of the resistance (R) of the coil. There is a problem in that the inductance (L) value can be increased by an increased number of turns due to this influence, but has a Q-factor value reduced through an increased resistance (R) value. This also has the same characteristics in Fig. 11 (c) having a circular shape.

도 11의 (d)의 제안된 안테나는 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 도선간의 간격을 넓게 하여 도선간의 근접 효과의 영향을 저감시키는 구조를 갖는다. 이러한 원인은 도선간의 간격이 비 균등함에 따라 도선간의 커플링 계수(coupling coefficient)가 낮아지면서 근접 영향이 감소하기 때문이다. 이에 따라 저감된 저항 값을 가져 상대적으로 향상된 Q-factor를 가지고 자기공진방식 무선전력전송안테나의 성능을 가지게 된다. The proposed antenna of FIG. 11 (d) has a structure to reduce the influence of the proximity effect between the conductors by increasing the interval between the outer four turns and the inner three turns. This is because the coupling coefficient between the conductors decreases and the proximity effect decreases as the distance between the conductors becomes uneven. Therefore, it has the resistance value reduced and has the Q-factor that is relatively improved and the performance of the self-resonant type wireless power transmission antenna is obtained.

표 6은 일반적인 자기공진방식 무선전력전송 안테나의 원형 공진코일 턴 수와 턴 수에 따른 Q-factor를 보여준다. 원형공진코일은 도선간에 일정한 간격을 가지며 턴 수가 늘어날수록 L 값과 R 값이 증가함을 알 수 있다.Table 6 shows the Q-factor of the number of turns and the number of turns of a circular resonant coil of a general self-resonant wireless power transmission antenna. The circular resonance coil has a constant gap between the conductors. As the number of turns increases, the L value and the R value increase.

Circular     Circular L      L R       R Q(ωL/R)   Q (? L / R) 2 Turn cir.   2 Turn cir. 2.5μH   2.5 μH 0.24Ω    0.24Ω 441     441 3 Turn cir.   3 Turn cir. 4.0μH    4.0 μH 0.37Ω    0.37Ω 458     458 4 Turn cir.   4 Turn cir. 5.2μH   5.2 μH 0.47Ω    0.47Ω 466     466 5 Turn cir.   5 Turn cir. 6.1μH   6.1 μH 0.55Ω    0.55? 472     472 6 Turn cir.   6 Turn cir. 6.9μH   6.9 μH 0.62Ω    0.62Ω 477     477 7 Turn cir.   7 Turn cir. 7.2μH   7.2 μH 0.67Ω    0.67Ω 460     460 Proposed Ant.  Proposed Ant. 8.6μH   8.6 μH 0.76Ω    0.76Ω 485     485

Rectangular    Rectangular L      L R       R Q(ωL/R)   Q (? L / R) 2 Turn rec.   2 Turn rec. 2.9μH   2.9 μH 0.3Ω    0.3Ω 430     430 3 Turn rec.   3 Turn rec. 4.9μH    4.9 μH 0.49Ω    0.49Ω 435     435 4 Turn rec.   4 Turn rec. 6.5μH   6.5 μH 0.57Ω    0.57Ω 481     481 5 Turn rec.   5 Turn rec. 7.3μH   7.3 μH 0.66Ω    0.66Ω 476     476 6 Turn rec.   6 Turn rec. 9.1μH   9.1 μH 0.82Ω    0.82Ω 474     474 7 Turn rec.   7 Turn rec. 10.8μH   10.8 μH 0.98Ω    0.98Ω 471     471 Proposed Ant.  Proposed Ant. 8.6μH    8.6 μH 0.76Ω    0.76Ω 485     485

표 7은 일반적인 자기공진방식 무선전력전송 안테나의 사각형공진 코일 턴 수와 턴 수에 따른 Q-factor를 보여준다. 표 1과 표 2를 통해 제안된 안테나는 일반적인 구조의 공진코일을 갖는 자기공진방식 무선전력전송 안테나에 비해 높은 Q-factor를 가짐을 알 수 있다. Table 7 shows the number of square resonant coil turns and the Q-factor of the number of turns in a general self-resonant wireless power transmission antenna. Table 1 and Table 2 show that the proposed antenna has a higher Q-factor than a self-resonant wireless power transmission antenna with a resonant coil of a general structure.

도 11의 (c)와 (d)에서 설명한 인덕턴스, 저항, Q-factor의 값에 대하여 시뮬레이션을 통하여 얻어진 표 3,4의 값들을 통하여 구체적인 확인이 가능하다. 사각형 4턴의 경우 6.5μH의 인덕턴스, 0.57Ω의 저항을 통해 481의 Q-factor를 가진다. 높은 인덕턴스 값을 가지기 위한 사각형 7턴의 경우 10.8μH의 인덕턴스, 0.98Ω의 저항을 통해 사각형 4턴(Q-factor = 481)보다 낮은 471의 Q-factor를 가진다. 이는 평행한 도선간의 근접효과에 의한 문제점으로, 본 발명은 이를 개선하기 위한 구조적인 특징을 가진다. 제안된 자기공진방식 무선전력전송 안테나는 8.6μH의 인덕턴스, 0.76Ω의 저항을 통해 485의 Q-factor값을 가진다. 이를 통하여 향상된 인덕턴스 값과 Q-factor 값을 가지고 저감된 저항 값을 가진다.The inductance, resistance, and Q-factor values described in FIGS. 11 (c) and 11 (d) can be confirmed through the values of Tables 3 and 4 obtained through simulation. For quadrature four turns, it has an inductance of 6.5μH and a Q-factor of 481 through a resistance of 0.57Ω. For a rectangular inductor with a high inductance value, it has a Q-factor of 471, which is lower than the quadrature quadrant (Q-factor = 481) through an inductance of 10.8 μH and a resistance of 0.98 Ω. This is a problem due to the proximity effect between parallel leads, and the present invention has a structural characteristic for improving this. The proposed self-resonant wireless power transmission antenna has a Q-factor value of 485 through an inductance of 8.6 μH and a resistance of 0.76 Ω. It has a reduced resistance value with improved inductance value and Q-factor value.

위와 같은 결과를 가지는 제안된 안테나는 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 도선간의 간격을 조절된 구조적인 특징을 기반으로 전류 상쇄 억제 효과를 통해 향상된 Q-factor가 확보됨을 알 수 있다It can be seen that the proposed antenna has the improved Q-factor through the current cancellation suppression effect based on the structural characteristics adjusted by the spacing between the outer four turns and the inner three turns

도 12는 일반적인 루프 안테나(사각형 4턴, 사각형 7턴, 원형 6턴)와 제안된 안테나의 공진 코일의 구조 및 턴 수에 따른 자기장 분포를 나타낸다. 12 shows the magnetic field distribution according to the structure and the number of turns of a general loop antenna (four rectangles, seven rectangles, six turns) and a resonant coil of the proposed antenna.

자기공진방식 무선전력전송은 하나의 송신안테나를 사용하여 다수의 수신안테나로 전력전송이 가능하다. 이에 따라, 본 발명에서 제안된 자기공진방식 WPT 안테나는 자기장 분포의 영역을 확장하여 다중 수신안테나 조건에서의 더 넓은 자기장 분포 영역에서 송신 안테나와 수신 안테나의 전력전송 성능을 개선하였다. In the self-resonant mode wireless power transmission, power can be transmitted to a plurality of reception antennas using one transmission antenna. Accordingly, the self-resonant WPT antenna proposed by the present invention extends the range of the magnetic field distribution to improve the power transmission performance of the transmitting antenna and the receiving antenna in the broader magnetic field distribution region under the multiple receiving antenna condition.

도 12에 도시된 바와 같이, EM(Electro-magnetic) tool 시뮬레이션을 사용하여 측정된 시뮬레이션을 통해, 구조적인 측면에서, (a)의 사각형 4턴 루프 안테나의 자기장 분포, (b) 각각의 금속선이 일정 간격을 가진 사각형 7턴 루프 안테나의 자기장의 분포, (c) 각각의 금속선이 일정 간격을 가진 원형 6턴 루프 안테나 보다 본 발명에서 제안된 (d)의 외곽 4턴과 내부의 3턴의 간격이 상대적으로 크게 이격된 사각형 7턴 루프 안테나가 자기장 분포를 통해 일반적인 사각형 4턴의 자기장 분포보다 제안된 안테나 구조의 자기장 분포가 더 넓음을 확인하였다.As shown in Fig. 12, a simulation is performed using EM (Electro-magnetic) tool simulation. In the structural aspect, the magnetic field distribution of the rectangular four turn loop antenna of (a) (C) distribution of the magnetic field of the rectangular 7-turn loop antenna with constant intervals, (c) the interval between the outer four turns of the present invention and the inner three turns as compared with the circular six- This relatively large rectangular 7-turn loop antenna has a larger magnetic field distribution of the proposed antenna structure than the magnetic field distribution of a typical quadrangular four-turn through the magnetic field distribution.

본 발명의 WPT 안테나는 자기장 분포의 영역 확대를 통해 송수신 안테나 간의 자기장 유도를 강하게 하고, 수신 안테나의 위치에 따른 전송효율을 높여 전송성능 향상 및 수신안테나의 위치에 따른 자유도를 향상하였다. The WPT antenna of the present invention enhances the induction of the magnetic field between the transmitting and receiving antennas through the enlargement of the magnetic field distribution and improves the transmission efficiency according to the position of the receiving antenna and improves the degree of freedom according to the position of the receiving antenna.

도 13은 일반적인 루프 안테나(사각형 4턴, 사각형 7턴, 원형 6턴)와 제안된 안테나의 중심축(x축)에서 거리에 따른 자기장의 세기(H field)를 표현한 도면이다. 도면에 도시된 결과에 따라 제안된 안테나의 자기장의 세기는 일반적인 루프 안테나보다 상대적으로 강하고 먼 거리까지 분포함을 알 수 있다.FIG. 13 is a diagram showing a field strength (H field) according to a distance from a general loop antenna (four rectangles, seven turns, six turns) and a center axis (x axis) of the proposed antenna. According to the results shown in the figure, the strength of the magnetic field of the proposed antenna is relatively stronger than that of a conventional loop antenna, and it can be seen that it includes a distance up to a long distance.

도 14는 제안된 안테나의 성능검증을 위한 송수신 안테나의 구성 및 배치를 보여준다. 하나의 송신안테나와 하나의 수신안테나 조건에서는 송수신안테나간 거리 d23에 따른 성능 변화를 확인하였고, 다수의 수신안테나 조건에서는 송수신안테나간 거리 d23과 수신안테나간의 거리 dGap에 따른 성능을 검증하였다14 shows the configuration and arrangement of the transmitting and receiving antennas for verifying the performance of the proposed antenna. Was verified for one transmit antenna and one receive the antenna conditions was confirmed that the performance change according to an inter-transmission antenna distance d 23, a plurality of reception antennas conditions the performance of the distance d Gap between between transmission and reception antenna distance d 23 and a receiving antenna

도 14와 같은 배치 조건에 따라 제안된 구조를 수신안테나에 적용하여 무선전력전송 성능을 검증하였다. 제안된 안테나는 일반적인 구조의 안테나(6턴 원형 루프 수신안테나)에 비해 개선된 전송거리를 갖는다. 수신안테나가 1개일 경우 전송거리는 14%향상되었다. 수신안테나가 2개일 조건에서는 전송거리가 Case 1에서 7.7%, Case 2에서 13%, Case 3에서 25% 늘어났으며, 전력전송 영역이 확대되었다.The proposed structure is applied to the receiving antenna according to the arrangement condition shown in FIG. 14 to verify the wireless power transmission performance. The proposed antenna has an improved transmission distance compared to a general - purpose antenna (6 - turn circular loop receiving antenna). For a single receive antenna, the transmission distance was improved by 14%. In case of two receive antennas, transmission distance increased by 7.7% in Case 1, 13% in Case 2, and 25% in Case 3, and the power transmission range was expanded.

수신안테나의 개수가 3개와 4개일 경우에도 6턴 원형 루프 수신안테나 구조 대비 제안된 안테나의 전송거리 및 전송영역이 확대되었음을 확인할 수 있다. 제안된 도 7,8구조의 안테나를 통해 자기공진방식 무선충전 단말기의 위치에 대한 자유도를 개선할 수 있다. It can be confirmed that the transmission distance and the transmission range of the proposed antenna are enlarged compared to the 6 turn circular loop receiving antenna structure even when the number of receiving antennas is three or four. The degree of freedom of the position of the self-resonant wireless charging terminal can be improved through the antenna of FIG.

자기공진방식의 다중 충전 특징을 가지는 시스템에서 향상된 전력전송 영역은 무선전력전송 안테나의 향상된 Q-factor와 더 넓은 영역에서 고르게 분포하는 자기장과 가장 큰 영향을 가진다. 따라서, 제안된 자기공진방식 WPT 안테나는 안테나의 구조적인 특징에 의해 근접효과에 따른 전류 상쇄의 효과를 저감시키고, 향상된 Q-factor값과 더 넓은 영역에서 고르게 분포하는 자기장의 영역을 가지며, WPT 안테나는 개선된 무선 충전 성능을 확보하였다. In systems with multiple-charging features of self-resonant mode, the enhanced power transfer region has the greatest effect with the enhanced Q-factor of the wireless power transmission antenna and the uniformly distributed magnetic field over a wider area. Therefore, the proposed self-resonant WPT antenna reduces the effect of the current cancellation due to the proximity effect due to the structural characteristics of the antenna, has an improved Q-factor value and a magnetic field area evenly distributed over a wider area, Improved wireless charging performance.

표 8은 제안된 자기공진방식 무선전력전송(WPT) 안테나에서 수신 안테나의 전송 성능을 나타낸다. Table 8 shows the transmission performance of the receiving antenna in the proposed self-resonant wireless power transmission (WPT) antenna.

Figure 112014065726117-pat00014
Figure 112014065726117-pat00014

일반적인 형태의 원형 또는 사각형 루프 안테나는 턴(turn) 수가 증가함에 따라 증가하는 인덕턴스 성분과 함께 기하급수적으로 증가하는 저항 성분으로 인해 Q-factor가 낮아지며 전력전송 성능이 감소된다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 안테나의 공진코일 구조를 사각형 7턴 루프 안테나의 외곽의 턴들(4 turn)과 내부의 턴들(3 turn)의 도선간의 간격을 1.8cm 정도로 크게 이격하였다. 이를 통해 도선간에 자기장 유도 현상을 저감시켜 근접 효과에 의한 안테나의 저항 성분을 저감하여 상쇄 전류 감소하였다. 또한 하나의 수신안테나를 통해 다수의 수신안테나로 전력전송이 가능한 자기공진방식 무선전력전송의 특징의 활용성을 증대시키기 위해 안테나의 공진 코일의 외곽의 4 턴과 내부의 3턴의 도선간의 간격을 상대적으로 크게 이격하여 무선전력전송 안테나가 가지는 자기장 분포영역을 확대시켜 일반적인 4턴 사각형 또는 6턴의 원형 공진코일 구조를 갖는 루프 안테나에 비해 무선 충전시 무선 전력 전송거리 및 전송 영역확대를 하였다. 이러한 특징은 단일 및 다중 무선전력전송 장치 적용 시 우수한 시스템 성능을 갖는다. In a typical circular or rectangular loop antenna, the Q-factor is reduced and the power transmission performance is reduced due to the exponentially increasing resistance component with increasing inductance component as the number of turns increases. In order to solve this problem, the resonance coil structure of the antenna is separated by a distance of about 1.8 cm between the outer turn turns (4 turns) and the inner turn turns (3 turns) of the rectangular 7 turn loop antenna. Through this, the induction phenomenon between the conductors is reduced, and the offset current is reduced by reducing the resistance component of the antenna due to the proximity effect. In order to increase the utilization of the characteristic of the self-resonant radio power transmission capable of transmitting power to a plurality of reception antennas through one reception antenna, the interval between the outer four turns of the resonant coil of the antenna and the inner three- The wireless power transmission distance and the transmission range of the wireless power transmission antenna are widened compared with a loop antenna having a general four-turn square or six-turn circular resonance coil structure by enlarging the magnetic field distribution region of the wireless power transmission antenna. This feature has excellent system performance when applying single and multiple wireless power transmission devices.

수신안테나의 소형화는 무선전력전송 안테나의 성능 감소로 이어진다. 소형화된 수신안테나의 크기변화 없이 성능을 향상시키기 위해 공진코일의 구조적 개선을 해야 한다. 또한 다수의 모바일 기기의 원활한 충전을 위해 수신안테나들의 거리 및 위치에 대한 자유도가 높아야 한다. 제안된 WPT 안테나는 소형화된 안테나 면적 및 두께 증가 없이 공진코일의 사각형 루프 안테나의 구조에서 외곽의 4턴(금속선의 간격 0.5cm)과 내부의 3턴의 도선(금속선의 간격 0.5cm)간의 간격을 1.8Cm 정도로 크게 이격하여 동일한 크기 및 턴 수를 갖는 안테나 대비 송수신안테나가 각각 1개일 경우와 수신안테나가 다수일 경우에서 개선된 성능을 갖는다.The downsizing of the receive antenna leads to a reduction in performance of the wireless power transmission antenna. Structural improvement of the resonant coil should be made to improve the performance without changing the size of the miniaturized receiving antenna. Also, the degree of freedom of distance and position of receiving antennas must be high for smooth charging of many mobile devices. The proposed WPT antenna is designed to reduce the gap between the outer four turns (0.5 cm of metal wire spacing) and the inner three turns of wire (0.5 cm of metal wire spacing) in the rectangular loop antenna structure of the resonant coil without increasing the miniaturized antenna area and thickness And 1.8 cm, and has improved performance in the case where the number of transmit / receive antennas is one and the number of receive antennas is larger than that of antennas having the same size and number of turns.

제안된 자기공진방식 무선전력전송 안테나 및 공진코일의 구조는 다른 크기의 안테나로 변형이 가능하며 다양한 시스템의 구조적인 특징에 따라 변화가 가능하다. 또한 적용하고자 하는 경우에 따라, 무선전력전송 안테나의 코일의 종류나 적용의 형태(PCB, FPCB형태 등)를 변형이 가능하다. The proposed structure of the self - resonant wireless power transmission antenna and the resonant coil can be modified by different size antennas and can be changed according to the structural characteristics of various systems. Also, depending on the application, it is possible to change the type and application type (PCB, FPCB type, etc.) of the coil of the wireless power transmission antenna.

자기공진방식 무선전력전송 안테나는 상기 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 상기 로드 코일(Load Coil)은 적용하고자 하는 모바일 기기의 크기에 따라 크기적인 변화와 정사각형 외의 구조적인 변화가 가능하고, 루프 안테나를 구성하는 도선 간의 이격거리 변화에 따른 상기 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)의 턴 수의 변화가 가능하고, 송신 수신 코일(TX Resonant Coil)과 상기 로드 코일(Load coil)간의 이격 거리의 변화가 가능하고, 기본적으로 도선 단면의 지름이 2.3mm 구리선, σ=5.8 x 107 S/m 인 것 외의 금속의 특징을 가지는 도선이 사용가능하고, 상기의 변화 가능한 특징을 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)에도 적용 가능하다.
In the self resonance type wireless power transmission antenna, the reception resonance coil (Rx Resonant Coil) and the load coil can be structurally changed except for a size change and a square depending on the size of a mobile device to be applied, It is possible to change the number of turns of the reception resonance coil (Rx Resonant Coil) according to a change in the distance between the conductors constituting the transmission coil (TX resonant coil) and the change in the separation distance between the transmission resonance coil A conductor having the feature of a metal other than that of a conductor wire having a diameter of 2.3 mm and a sigma = 5.8 x 10 7 S / m can be used, and the above-mentioned changeable characteristic can be expressed by a Tx Resonant Coil ).

본 발명의 자기공진방식 WPT 안테나로 사용되는 송신 안테나 및 수신 안테나는 모바일 기기에 적용되는 것을 한정하지 않고, 전원공급이 필요한 전자기기의 무선 전원공급 안테나로 사용될 수 있다.The transmit antenna and the receive antenna used in the self-resonant WPT antenna of the present invention are not limited to the mobile device and can be used as a wireless power supply antenna of an electronic device that requires power supply.

전자기적 원리에서, 자기장 커플링의 가장 기본이 되는 전자기학의 법칙인 페러데이의 법칙을 이용하여 송신 안테나 및 수신 안테나의 공진 코일의 사각형 루프 안테나 구조의 외곽의 4턴과 내부의 3턴의 도선간의 간격을 크게 이격하는 단순한 특징을 통해 전류 상쇄를 억제시켜 전자기적 원리의 접근을 통해 문제를 해결하였다. 또한, 자기공진 방식 WPT 안테나로 사용되는 송신 안테나와 수신 안테나의 공진코일구조에 균일한 자기장 분포 및 넓은 자기장이 형성 되도록 하여 페러데이의 법칙을 통한 송신 안테나와 수신안테나의 자기장 커플링 세기를 강화한 장점이 있다.
In the electromagnetism principle, using the Faraday's law, which is the most basic rule of electromagnetic coupling of the magnetic field coupling, the gap between the outer four turns of the rectangular loop antenna structure of the resonant coil of the transmitting antenna and the receiving antenna, The problem is solved by approaching the electromagnetic principle by suppressing the current cancellation through the simple characteristic that it is largely separated. In addition, it has the advantage of strengthening the magnetic coupling strength of the transmitting and receiving antennas through the Faraday's law by forming a uniform magnetic field distribution and a large magnetic field in the resonant coil structure of the transmitting and receiving antennas used in the self-resonant WPT antenna have.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken in conjunction with the present invention. The present invention can be variously modified or modified.

1: 안테나의 공진 코일
2: 안테나의 로드 코일
3: 안테나의 공진 코일과 로드 코일 간의 간격
4: 안테나의 급전부
5: 안테나의 자기공진 동작주파수 임피던스 정합부
6: 안테나의 외곽에서 4턴의 형태로 구성된 외곽 turn 라인부
7: 안테나의 내부에서 3턴의 형태를 구성하는 내부 turn 라인부
8: 안테나의 루프 구조를 구성하는 금속선 간의 간격(0.5cm)
9: 안테나의 외곽 4턴 루프 구조와 내부 3턴 루프 구조 간의 간격(1.8cm)
1: Resonant coil of antenna
2: Load coil of the antenna
3: Space between resonance coil and load coil of antenna
4: feeding part of antenna
5: Self resonance operating frequency of the antenna Impedance matching part
6: an outer turn line part in the form of four turns at the outside of the antenna
7: An internal turn line part constituting three turns inside the antenna
8: The distance between the metal wires constituting the loop structure of the antenna (0.5 cm)
9: The distance between the antenna's outer four-turn loop structure and the inner three-turn loop structure (1.8 cm)

Claims (8)

적어도 하나 이상의 모바일 기기들의 무선충전을 위한 자기공진 방식 무선전력전송(WPT, Wireless Power Transfer) 안테나에 있어서,
무선 전력 송신 회로와 연결되는 소스코일(Source Coil)과 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)로 구성되는 송신 안테나; 및
상기 송신 공진코일과 동일한 공진주파수를 갖는 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 로드 코일(Load Coil)로 구성되는 수신 안테나를 포함하고,
상기 동일한 공진주파수를 갖는 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 공진코일 사이에 자기 공명 커플링(Magnetic resonant coupling)이 발생하여 무선으로 전력을 전송하여 상기 로드 코일에 Inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가하며,
상기 수신 안테나는
상기 송신 공진코일과 동일한 공진주파수를 갖고, 구리(Cu) 선으로 된 사각형 루프 안테나 구조의 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)(1); 소정 거리 내에서 동일한 공진주파수를 갖는 송신 안테나와 수신 안테나의 공진코일 사이에 Magnetic resonant coupling이 발생하면, 로드 코일(Load coil)에 inductive coupling을 일으켜 부하(load)에 전류를 인가하는 로드 코일(Load Coil)(2); 자기공진 방식 WPT 안테나의 신호가 인가되는 안테나의 급전부(50Ω feed)(4); 및 상기 자기공진 방식 WPT 안테나의 국제표준화된 자기공진 주파수에서 공진하도록 인덕턴스 값(L)과 커패시턴스 값(C)을 매칭하는 임피던스 정합부(5)를 구비하며,
상기 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)(1)은 구리(Cu) 선을 사용하여 외곽 4턴의 사각형 루프 형태로 구성된 외곽 turn 라인부(6); 및 구리 선을 사용하여 외곽 turn 라인부(6)의 내부에서 3턴의 사각형 루프 형태를 구성하는 내부 turn 라인부(7)를 포함하며,
상기 송신 안테나 및 수신 안테나는 공진 코일의 사각형 도선들을 구비하는 다수의 턴들(turns)을 가진 사각형 루프 안테나를 구비하고, 공진 코일의 외곽의 턴들과 내부의 턴들의 루프안테나를 구성하는 도선간의 간격을 상대적으로 크게 이격하여 전류 상쇄를 억제시켜 루프 안테나를 구성하는 도선 간의 커플링 계수(k, coupling coefficient)가 낮추고 도선 간의 근접 효과에 의한 영향을 감소시키며, 저감된 저항 값을 가져 상대적으로 향상된 Q-factor를 가진 무선전력전송 안테나의 자기장 분포영역을 확대시켜 원형 공진코일 구조의 루프 안테나에 비해 전송거리 및 전송 영역을 확대하여 충전 효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나.A self-resonant wireless power transmission (WPT) antenna for wireless charging of at least one mobile device,
A transmission antenna comprising a source coil and a transmission resonant coil connected to a wireless power transmission circuit; And
And a receiving antenna composed of a receiving resonant coil (Rx Resonant Coil) having the same resonance frequency as the transmitting resonance coil and a load coil,
A magnetic resonant coupling is generated between the resonant coil of the transmission antenna having the same resonance frequency and the reception antenna to transmit electric power in a wireless manner to induce inductive coupling to the load coil, Lt; / RTI >
The receiving antenna
A reception resonance coil (Rx Resonant Coil) 1 of a rectangular loop antenna structure having the same resonance frequency as the transmission resonance coil and made of copper (Cu) wire; When magnetic resonant coupling occurs between the resonant coil of the transmitting antenna and the resonant coil of the receiving antenna having the same resonance frequency within a predetermined distance, a load coil (load) which induces inductive coupling to the load coil and applies a current to the load, Coil) (2); A feeding part (50? Feed) 4 of an antenna to which a signal of a self-resonant WPT antenna is applied; And an impedance matching unit (5) for matching the inductance value (L) and the capacitance value (C) so as to resonate at an international standardized self-resonant frequency of the self-resonant WPT antenna,
The RX Resonant Coil 1 includes an outer turn line portion 6 formed of a quadrangular loop of outer four turns using a copper (Cu) wire; And an inner turn line portion (7) constituting a three-turn rectangular loop shape inside the outer turn line portion (6) by using a copper wire,
Wherein the transmission antenna and the reception antenna have a rectangular loop antenna having a plurality of turns having rectangular conductive lines of resonant coils and the spacing between the turns of the outer loop of the resonant coil and the wires constituting the loop antenna of the internal turns is The coupling coefficient (k) between the wires constituting the loop antenna is reduced, the influence due to the proximity effect between the wires is reduced, and the relatively improved Q- wherein the magnetic field distribution region of the wireless power transmission antenna having a factor of 1/4 is enlarged to increase the transmission distance and the transmission range compared to the loop antenna having the circular resonance coil structure to improve the charging efficiency. Mode wireless power transmission antenna. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)(1)은 구리(Cu) 선을 사용하여 외곽 4턴의 사각형 루프 형태로 구성된 외곽 turn 라인부(6); 및 구리 선을 사용하여 외곽 turn 라인부(6)의 내부에서 3턴의 사각형 루프 형태를 구성하는 내부 turn 라인부(7)를 포함하며, 정사각형 루프 안테나의 가로와 세로의 크기 20x20cm2, 도선 단면의 지름이 2.3mm 구리선을 사용하며, σ=5.8 x107 [S/m](conductivity)이며,
상기 수신 안테나의 상기 수신 공진 코일(1)의 정사각형 루프 안테나의 구조를 가진 금속선 간의 간격(8)은 일정하게 0.5cm이며, 상기 수신 안테나의 수신 공진 코일(1)의 외곽 4턴 루프 구조와 내부 3턴 루프 구조 간의 간격(9)은 상대적으로 크게 이격하여 1.8cm 정도 인 것을 특징으로 하는 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나.The method according to claim 1,
The RX Resonant Coil 1 includes an outer turn line portion 6 formed of a quadrangular loop of outer four turns using a copper (Cu) wire; And an inner turn line portion (7) constituting a three-turn rectangular loop shape inside the outer turn line portion (6) by using a copper wire, wherein the square turn loop antenna has a horizontal and vertical size of 20 x 20 cm 2 , (Diameter) of 2.3 mm is used, and σ = 5.8 × 10 7 [S / m] (conductivity)
The spacing 8 between the metal lines having the structure of the square loop antenna of the receiving resonant coil 1 of the receiving antenna is constantly 0.5 cm. The outer loop 4 turn loop structure of the receiving resonant coil 1 of the receiving antenna and the inner Wherein the gap (9) between the three turn loop structures is relatively large and about 1.8 cm. The self-resonant wireless power transmission antenna for wireless charging of multiple mobile devices. 제3항에 있어서,
상기 로드 코일(Load Coil)(2)은 1 turn 의 정사각형 루프 안테나 가로와 세로의 크기 7x7cm2, 도선 단면의 지름이 2.3mm 구리선, σ=5.8 x107 [S/m] 인 것을 특징으로 하는 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나.The method of claim 3,
Characterized in that the load coil (2) is a 1 turn square loop antenna having a size of 7 x 7 cm 2 in the width and height and a copper wire having a diameter of 2.3 mm in the conductor cross section, σ = 5.8 × 10 7 [S / m] A self - resonating wireless power transmission antenna for wireless charging of mobile devices. 제1항에 있어서,
상기 수신 안테나의 수신 공진 코일(1)과 로드 코일(2) 간의 간격(3)은 1cm 인 것을 특징으로 하는 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the distance (3) between the reception coil (1) and the load coil (2) of the reception antenna is 1 cm. 제1항에 있어서,
상기 무선 전력 송신 회로는 소스코일(Source Coil)과 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)와 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나. The method according to claim 1,
Wherein the radio power transmission circuit is connected to a source coil and a transmission resonance coil. 2. The self-resonant radio power transmission antenna for wireless charging of multiple mobile devices according to claim 1, 제1항에 있어서,
상기 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 상기 로드 코일(Load Coil)은 무선 전력 수신회로와 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the Rx Resonant Coil and the Load Coil are connected to a wireless power receiving circuit. ≪ RTI ID = 0.0 > [10] < / RTI > 제1항에 있어서,
상기 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 상기 로드 코일(Load Coil)은 적용하고자 하는 모바일 기기의 크기에 따라 크기적인 변화와 정사각형 외의 구조적인 변화가 가능하고, 루프 안테나를 구성하는 도선 간의 이격거리 변화에 따른 상기 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)의 턴 수의 변화가 가능하고, 송신 수신 코일(TX Resonant Coil)과 상기 로드 코일(Load coil)간의 이격 거리의 변화가 가능하고, 기본적으로 도선 단면의 지름이 2.3mm 구리선, σ=5.8 x107 [S/m] 인 것 외의 금속의 특징을 가지는 도선이 사용가능하고, 상기의 변화 가능한 특징을 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)에도 적용 가능한 것을 특징으로 하는 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나.The method according to claim 1,
The reception resonance coil (Rx Resonant Coil) and the load coil (Coil) can be structurally changed except for a size change and a square according to the size of a mobile device to be applied, It is possible to change the number of turns of the reception resonance coil (Rx Resonant Coil) according to the transmission coil (TX Resonant Coil) and the distance between the transmission reception coil (TX Resonant Coil) and the load coil A conductor having a feature of a metal other than that of a copper wire having a diameter of 2.3 mm and sigma = 5.8 x 10 7 [S / m] can be used, and the above-mentioned changeable characteristic is also applicable to a transmission resonance coil (Tx Resonant Coil) A self - resonant wireless power transmission antenna for wireless charging of multiple mobile devices.
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