KR101587546B1 - Wireless Power Transmission Apparatus and Method - Google Patents
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Abstract
무선 전력 전송 장치 및 그 방법이 제공된다. 일 측면에 따르면, 무선 전력 전송 장치는 제1타겟 수신기와 제2타겟 수신기에게 시분할 방식을 이용하여 무선 전력을 교번적으로 전송할 수 있다.A wireless power transmission apparatus and a method thereof are provided. According to an aspect, a wireless power transmission apparatus may alternately transmit wireless power using a time division scheme to a first target receiver and a second target receiver.
Description
기술분야는 무선 전력 전송 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 시분할 방식을 이용하여 복수의 타겟 수신기에게 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmission apparatus and method thereof, and more particularly, to a wireless power transmission apparatus and method for transmitting wireless power to a plurality of target receivers using a time division method.
휴대용 전자제품의 특성 상, 배터리 성능이 중요한 문제로 대두되고 있다. 일반적으로, 휴대용 전자제품은 전력선(Power Line)을 이용하여 전력(power)을 제공받는다. 반면, 무선 전력 전송 기술(Wireless Power Transmission)이 휴대용 전자제품에 적용되면, 휴대용 전자제품은 이동 중에도 전력선 없이 전력을 제공받을 수 있다. 무선 전력을 전송하는 송신기는 무선 전력을 수신하도록 허락된 휴대용 전자제품들에게 무선 전력을 제공할 수 있다. 그러나, 송신기 주변에 복수 개의 휴대용 전자제품들이 있는 경우, 송신기는 동시에 무선 전력을 전송하기 위하여 복수 개의 매칭 파라미터를 동시에 설정해야 한다.Due to the characteristics of portable electronic products, battery performance is becoming an important issue. Generally, a portable electronic device receives power using a power line. On the other hand, when Wireless Power Transmission is applied to portable electronic products, portable electronic products can be powered without power lines while on the move. A transmitter that transmits wireless power may provide wireless power to portable electronic products that are allowed to receive wireless power. However, if there are a plurality of portable electronic devices around the transmitter, the transmitter must simultaneously set a plurality of matching parameters to transmit the wireless power.
일 측면에 있어서, 제1타겟 수신기에게 무선 전력을 전송하는 소스부; 및 상기 제1타겟 수신기에게 무선 전력을 전송하는 중 제2타겟 수신기로부터 상기 무선 전력의 전송을 요청받으면, 상기 제2타겟 수신기의 공진 주파수 및 시분할 방식을 이용하여 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하도록 상기 소스부를 제어하는 제어부를 포함하는 무선 전력 전송 장치가 제공된다.In one aspect, there is provided a wireless communication system comprising: a source portion for transmitting wireless power to a first target receiver; And receiving a request for transmission of the radio power from a second target receiver transmitting radio power to the first target receiver, wherein the first target receiver and the second target receiver use the resonant frequency and time- And a control unit for controlling the source unit to transmit the wireless power to the target receiver.
상기 제2타겟 수신기의 주파수별 전송효율을 측정하는 측정부;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 교번적으로 전송하기 위한 상기 시분할 방식을 정할 수 있다.A measurement unit measuring a frequency-dependent transmission efficiency of the second target receiver ; And the control unit may determine the time division scheme for alternately transmitting the radio power to the first target receiver and the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 제어부는, 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 상기 공진 주파수를 정할 수 있다. The control unit may determine the resonant frequency required to transmit the wireless power to the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 제2타겟 수신기로부터 상기 제2타겟 수신기가 요구하는 상기 무선 전력의 전송 용량 및 충전 속도에 대한 정보를 수신하는 통신부;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제2타겟 수신기가 요구한 충전 속도 및 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 시분할 방식 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 상기 공진 주파수를 정할 수 있다.And a communication unit for receiving from the second target receiver information on a transmission capacity and a charging speed of the radio power requested by the second target receiver, And determine the resonant frequency required to transmit the wireless power to the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 공진 주파수 및 상기 시분할 방식이 결정되면, 가변하는 매칭 파라미터의 값에 대한 전송효율을 측정하는 측정부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하기 위한 최적 매칭 파라미터의 값을 정할 수 있다.Wherein the control unit further comprises a measurement unit for measuring a transmission efficiency with respect to a value of a matching matching parameter when the resonance frequency and the time division scheme are determined and based on the measured transmission efficiency, The value of the optimal matching parameter for transmitting the power can be determined.
상기 제어부는, 상기 제1타겟 수신기와 제2타겟 수신기의 공진 주파수가 동일하면, 상기 제1타겟 수신기와 상기 제2타겟 수신기의 최적 매칭 파라미터의 값을 교번적으로 변경하여 상기 무선 전력을 전송하도록 상기 소스부를 제어할 수 있다.Wherein the control unit alternately changes values of optimal matching parameters of the first target receiver and the second target receiver to transmit the radio power when the first target receiver and the second target receiver have the same resonance frequency The source unit can be controlled.
다른 측면에 따르면, 제1타겟 수신기에게 무선 전력을 전송하는 단계; 상기 제1타겟 수신기에게 무선 전력을 전송하는 중 제2타겟 수신기로부터 상기 무선 전력의 전송을 요청받는 단계; 및 상기 제2타겟 수신기의 공진 주파수 및 시분할 방식을 이용하여 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는 단계를 포함하는 무선 전력 전송 방법이 제공된다.According to another aspect, there is provided a method comprising: transmitting wireless power to a first target receiver; Receiving a request for transmission of the wireless power from a second target receiver transmitting wireless power to the first target receiver; And transmitting the wireless power to the first target receiver and the second target receiver using the resonant frequency and time-sharing scheme of the second target receiver.
상기 제2타겟 수신기의 주파수별 전송효율을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 교번적으로 전송하기 위한 상기 시분할 방식을 정하는 단계를 더 포함할 수 있다.Measuring a transmission efficiency for each frequency of the second target receiver; And determining the time division scheme for alternately transmitting the radio power to the first target receiver and the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 상기 공진 주파수를 정하는 단계를 더 포함할 수 있다. And determining the resonant frequency required to transmit the wireless power to the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 제2타겟 수신기로부터 상기 제2타겟 수신기가 요구하는 상기 무선 전력의 전송 용량 및 충전 속도에 대한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 제2타겟 수신기가 요구한 충전 속도 및 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 시분할 방식 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 상기 공진 주파수를 정하는 단계를 더 포함할 수 있다.Receiving information on a transmission capacity and a charging rate of the wireless power requested by the second target receiver from the second target receiver; And determining the resonant frequency required to transmit the radio power to the second target receiver based on the time-divisional scheme and the second target receiver, based on the charging rate requested by the second target receiver and the measured transmission efficiency .
상기 공진 주파수 및 상기 시분할 방식이 결정되면, 가변하는 매칭 파라미터의 값에 대한 전송효율을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하기 위한 최적 매칭 파라미터의 값을 정하는 단계를 더 포함할 수 있다.Measuring transmission efficiency with respect to a value of a matching matching parameter when the resonance frequency and the time division method are determined; And determining a value of an optimal matching parameter for transmitting the radio power to the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 전송하는 단계는, 상기 제1타겟 수신기와 제2타겟 수신기의 공진 주파수가 동일하면, 상기 제1타겟 수신기와 상기 제2타겟 수신기의 최적 매칭 파라미터의 값을 교번적으로 변경하여 상기 무선 전력을 전송할 수 있다.Wherein the transmitting step alternately changes the value of an optimal matching parameter between the first target receiver and the second target receiver so that the wireless power is changed when the first target receiver and the second target receiver have the same resonance frequency Lt; / RTI >
시분할 방식을 사용하지 않는 경우, WP 송신기는 제1타겟 수신기와 제2타겟 수신기의 전송효율을 가산한 결과가 최대가 되도록 하는 주파수를 제1타겟 수신기 및 제2타겟 수신기의 공진 주파수로 정할 수 있다.If the time division scheme is not used, the WP transmitter may set the frequency at which the result of adding the transmission efficiencies of the first target receiver and the second target receiver becomes the maximum to the resonant frequencies of the first target receiver and the second target receiver .
또는, 시분할 방식을 사용하지 않는 경우, WP 송신기는 기수신된 제1타겟 수신기가 요구한 충전 속도, 제2타겟 수신기가 요구한 충전 속도 및 측정된 제2타겟 수신기의 전송효율을 기초로, 제1타겟 수신기 및 제2타겟 수신기의 공진 주파수를 정할 수 있다.Alternatively, when the time division scheme is not used, the WP transmitter calculates the transmission rate of the second target receiver based on the charging rate requested by the first target receiver, the charging rate requested by the second target receiver, 1 < / RTI > target receiver and the second target receiver.
무선 전력 전송 장치 및 그 방법에 의하면, 무선 전력 전송 장치는 복수의 타겟 수신기에게 시분할 방식을 이용하여 무선 전력을 교번적으로 전송할 수 있다. 이로써, 동시에 복수의 타겟 수신기와 주파수 동기화 및 임피던스 매칭을 수행하지 않으면서, 효율적으로 무선 전력을 전송할 수 있다.According to the wireless power transmission apparatus and method thereof, the wireless power transmission apparatus can alternately transmit wireless power using a time division scheme to a plurality of target receivers. This allows wireless power to be efficiently transmitted without performing frequency synchronization and impedance matching with a plurality of target receivers at the same time.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 커패시터의 삽입 위치를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 6은 일 예에 따른 무선 전력 송수신을 위한 시스템을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 WP 송신기의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 8은 전송효율과 주파수의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 9는 시분할 방식에 따라 변하는 공진 주파수 및 전송 효율을 도시한 도면이다.
도 10은 전송효율과 매칭 파라미터의 관계를 도시한 그래프이다.
도 11은 무선 전력 전송 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.1 shows a wireless power transmission system according to an exemplary embodiment.
2 illustrates a meta-structured resonator according to one embodiment.
3 is a view showing an equivalent circuit of the resonator shown in Fig.
FIG. 4 illustrates a meta-structured resonator according to another embodiment.
5 is a view showing in detail the insertion position of the capacitor of FIG.
6 is a diagram illustrating a system for wireless power transmission and reception according to an example.
7 is a block diagram illustrating an example of a WP transmitter shown in FIG.
8 is a graph showing a relationship between transmission efficiency and frequency.
9 is a diagram showing a resonance frequency and a transmission efficiency that vary according to a time division method.
10 is a graph showing the relationship between the transmission efficiency and the matching parameter.
11 is a flowchart for explaining an example of a wireless power transmission method.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 무선 전력전송 시스템에 이용되는 무선 전력전송 기술을 설명한다. 무선전력전송 기술은 크게 전자기 유도 방식, 전파 수신 방식, 전장 혹은 자장의 공진방식 등 3가지 방식으로 구분할 수 있다. First, a wireless power transmission technique used in a wireless power transmission system will be described. Wireless power transmission technology can be classified into three types, electromagnetic induction type, radio reception type, and resonance type of electric field or magnetic field.
첫째, 전자기 유도 방식은 서로 다른 두 개의 코일을 가까이 접근 시킨 후 한쪽 코일에 교류 전류를 흐르게 하면 자속이 발생하게 되고 이를 통해 다른 코일 한쪽에도 기전력이 발생하는 현상을 이용한다. 전자기 유도방식은 전력 이용 효율이 대략 60~98%에 이르는 등 고효율 및 실용화가 가장 많이 진행되어 있다.First, in the electromagnetic induction method, a magnetic flux is generated when alternating current flows in one coil after approaching two different coils close to each other, and an electromotive force is generated in one of the other coils. In the electromagnetic induction method, the efficiency of electric power utilization is about 60% to 98%, and the most efficient and practical use is proceeding the most.
둘째, 전파 수신 방식은 전파 에너지를 안테나로 수신하여 이용하는 것으로 교류 전파 파형을 정류회로를 통해 직류로 변환하여 전력을 얻는다. 전파수신방식은 가장 긴 거리간(수 m 이상) 무선전력전송이 가능하다.Second, the radio wave reception method uses electric wave energy received by an antenna and converts the AC wave into a direct current through a rectifying circuit to obtain electric power. The radio reception system is capable of wireless power transmission over the longest distance (several meters or more).
셋째, 공진방식은 전장 혹은 자장의 공진을 이용한 것으로 기기간에 동일 주파수로 공진하여 에너지를 전달한다. 자장의 공진을 이용하는 경우 LC공진기 구조를 활용한 자계공진(magnetic resonance coupling)을 이용하여 전력을 발생시킨다. 자계공진방식은 사용 주파수의 파장에 비해 짧은 거리의 근접장(near field)효과를 이용하는 기술로써, 전파 수신 방식과는 달리 비방사형(non-radiative) 에너지 전송이며, 송수신부간의 공진주파수를 일치시켜 전력을 전송한다. 자계공진방식을 통해 전력 전송효율은 약 50~60% 정도로 높아지며, 이 정도의 효율은 전파 방사를 통한 전파 수신형 보다 상당히 높은 것이다. 송수신기간 거리는 약 수 m로써, 비록 전파 수신 방식보다는 근거리에서 사용되는 기술이나, 수 mm 이내의 전자 유도형 방식보다는 매우 먼 거리에서도 전력 전송이 가능하게 된다.Third, the resonance method uses resonance of electric field or magnetic field and resonates at the same frequency between devices to transmit energy. When the resonance of a magnetic field is used, a magnetic resonance coupling using an LC resonator structure is used to generate electric power. The magnetic field resonance method is a technique that utilizes a near field effect of a short distance compared to the wavelength of the used frequency. It is a non-radiative energy transmission unlike the radio wave receiving method. The resonance frequency of the transmitting / Lt; / RTI > The power transmission efficiency is increased to about 50 ~ 60% by the magnetic field resonance method, and this efficiency is considerably higher than the propagation type through the radio wave radiation. The distance between the transmitter and the receiver is about several meters. Although the technique is used in close proximity rather than the radio reception method, it is possible to transmit power even at a very long distance than the electromagnetic induction method within a few millimeters.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다. 1 shows a wireless power transmission system according to an exemplary embodiment.
도 1의 예에서, 무선 전력 전송 시스템을 통해 전송되는 무선 전력은 공진 전력(resonance power)이라 가정한다. In the example of FIG. 1, it is assumed that the wireless power transmitted through the wireless power transmission system is a resonance power.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 즉, 무선 전력 전송 시스템은 소스에 해당하는 공진 전력 전송 장치(110)와 타겟에 해당하는 공진 전력 수신 장치(120)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a wireless power transmission system is a source-target structure consisting of a source and a target. That is, the wireless power transmission system includes a resonant
공진 전력 전송 장치(110)는 외부의 전압 공급기로부터 에너지를 수신하여 공진 전력을 발생시키는 소스부(111) 및 소스 공진기(115)를 포함한다. 또한, 공진 전력 전송 장치(110)는 공진주파수 또는 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 제어부(Matching control)(113)를 더 포함하여 구성될 수 있다. The resonant
소스부(111)는 외부의 전압 공급기로부터 에너지를 수신하여 공진 전력을 발생시킨다. 소스부(111)는 외부 장치로부터 입력되는 교류 신호의 신호 레벨을 원하는 레벨로 조정하기 위한 AC-AC Converter, AC-AC Converter로부터 출력되는 교류 신호를 정류함으로써 일정 레벨의 DC 전압을 출력하는 AC-DC Converter, AC-DC Converter에서 출력되는 DC 전압을 고속 스위칭함으로써 수 MHz ~ 수십MHz 대역의 AC 신호를 생성하는 DC-AC Inverter를 포함할 수 있다.The
매칭 제어부(Matching control)(113)는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 소스 공진기(115)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 매칭 제어부(Matching control)(113)는 소스 공진 대역폭 설정부(도시 되지 않음) 또는 소스 매칭 주파수 설정부(도시 되지 않음) 중 적어도 하나를 포함한다. 소스 공진 대역폭 설정부는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth)을 설정한다. 소스 매칭 주파수 설정부는 소스 공진기(115)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 이때, 소스 공진기의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 소스 공진기의 임피던스 매칭 주파수 설정에 따라서 소스 공진기(115)의 Q-factor가 결정될 수 있다.The matching
소스 공진기(115)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 타겟 공진기로 전달(transferring)한다. 즉, 소스 공진기(115)는 타겟 공진기(121)와의 마그네틱 커플링(41)을 통해 공진 전력을 타겟 장치(120)로 전달한다. 이때, 소스 공진기(115)는 설정된 공진 대역폭 내에서 공진한다.The
공진 전력 수신 장치(120)는 타겟 공진기(121), 공진주파수 또는 임피던스 매칭을 수행하는 Matching control부(123) 및 수신된 공진 전력을 부하로 전달하기 위한 타겟부(125)를 포함한다. The resonance
타겟 공진기(121)는 소스 공진기(115)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 이때, 타겟 공진기(121)는 설정된 공진 대역폭 내에서 공진한다.The
Matching control부(123)는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수 중 적어도 하나를 설정한다. Matching control부(123)는 타겟 공진 대역폭 설정부(도시 되지 않음) 또는 타겟 매칭 주파수 설정부(도시 되지 않음) 중 적어도 하나를 포함한다. 타겟 공진 대역폭 설정부는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth)을 설정한다. 타겟 매칭 주파수 설정부는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수를 설정한다. 이때, 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 또는 타겟 공진기(121)의 임피던스 매칭 주파수 설정에 따라서 타겟 공진기(121)의 Q-factor가 결정될 수 있다.The matching
타겟부(125)는 수신된 공진 전력을 부하로 전달한다. 이때, 타겟부(125)는 소스 공진기(115)로부터 타겟 공진기(121)로 수신되는 AC 신호를 정류하여 DC 신호를 생성하는 AC-DC Converter와, DC 신호의 신호 레벨을 조정함으로써 정격 전압을 디바이스(device) 또는 부하(load)로 공급하는 DC-DC Converter를 포함할 수 있다. The
소스 공진기(115) 및 타겟 공진기(121)는 헬릭스(helix) 코일 구조의 공진기 또는 스파이럴(spiral) 코일 구조의 공진기, 또는 meta-structured 공진기로 구성될 수 있다.The
도 1을 참조하면, 큐-펙터의 제어 과정은, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭(Resonance Bandwidth) 및 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭을 설정하고, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 사이의 마그네틱 커플링을 통해 전자기(electromagnetic) 에너지를 상기 소스 공진기(115)로부터 상기 타겟 공진기(121)로 전달(transferring)하는 것을 포함한다. 이때, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭은 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭 보다 넓거나 좁게 설정될 수 있다. 즉, 소스 공진기(115)의 공진 대역폭이 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭 보다 넓거나 좁게 설정됨으로써, 소스 공진기의 BW-factor와 상기 타겟 공진기의 BW-factor는 서로 불평형(unbalance) 관계가 유지된다. 1, the process of controlling the cue-effector includes setting the resonance bandwidth of the
공진 방식의 무선 전력 전송에서, 공진 대역폭은 중요한 factor이다. 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 사이의 거리 변화, 공진 임피던스의 변화, 임피던스 미스 매칭, 반사 신호 등을 모두 고려한 Q-factor를 Qt라 할 때, Qt는 수학식 1과 같이 공진 대역폭과 반비례 관계를 갖는다. In resonant wireless power transmission, resonant bandwidth is an important factor. Qt is a Q-factor that takes into consideration both a change in distance between the
[수학식 1][Equation 1]
수학식 1에서, f0는 중심주파수, 는 대역폭, 는 공진기 사이의 반사 손실, BWS는 소스 공진기(115)의 공진 대역폭, BWD는 타겟 공진기(121)의 공진 대역폭을 나타낸다. 본 명세서에서 BW-factor는 1/ BWS 또는 1/BWD를 의미한다.In Equation (1), f 0 is the center frequency, Bandwidth, BW S is the resonant bandwidth of the
한편, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 간의 거리가 달라지거나, 둘 중 하나의 위치가 변하는 등의 외부 영향에 의하여, 소스 공진기(115)와 타겟 공진기(121) 간의 임피던스 미스 매칭이 발생할 수 있다. 임피던스 미스 매칭은 전력 전달의 효율을 감소시키는 직접적인 원인이 될 수 있다. 매칭 제어부(Matching control)(113)는 전송신호의 일부가 반사되어 돌아오는 반사파를 감지함으로써, 임피던스 미스 매칭이 발생한 것으로 판단하고, 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 또한, 매칭 제어부(Matching control)(113)는 반사파의 파형 분석을 통해 공진 포인트를 검출함으로써, 공진 주파수를 변경할 수 있다. 여기서, 매칭 제어부(Matching control)(113)는 반사파의 파형에서 진폭(amplitude)이 최소인 주파수를 공진 주파수로 결정할 수 있다. On the other hand, impedance mismatching occurs between the
도 2는 일 실시예에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.2 illustrates a meta-structured resonator according to one embodiment.
도 2을 참조하면, meta-structured 공진기는 전송 선로(210) 및 커패시터(220)를 포함한다. 여기서 커패시터(220)는 전송 선로(210)의 특정 위치에 직렬로 삽입되고, 전계(electric field)는 커패시터에 갇히게 된다. Referring to FIG. 2, the meta-structured resonator includes a transmission line 210 and a capacitor 220. Here, the capacitor 220 is inserted in series at a specific position of the transmission line 210, and the electric field is confined in the capacitor.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 meta-structured 공진기는 3차원 구조의 형태를 갖는다. 도 2에 도시된 것과 달리 공진기는 전송 선로가 x, z평면에 배치된 2차원 구조로의 구현될 수 있다.Also, as shown in FIG. 2, the meta-structured resonator has a three-dimensional structure. 2, the resonator can be implemented in a two-dimensional structure in which the transmission line is disposed in the x, z plane.
커패시터(220)는 집중 소자(lumped element 및 분산 소자(distributed element), 예를 들어 interdigital 커패시터나 높은 유전율을 갖는 기판을 가운데다 둔 gap 커패시터 등의 형태로 전송 선로(210)에 삽입된다. 커패시터(220)가 전송 선로(210)에 삽입됨에 따라 상기 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다.The capacitor 220 is inserted into the transmission line 210 in the form of a lumped element and a distributed element such as an interdigital capacitor or a gap capacitor centered on a substrate having a high dielectric constant. 220 are inserted into the transmission line 210, the resonator may have a metamaterial characteristic.
여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다. 대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 1보다 작은 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.Here, a metamaterial is a material having a special electrical property that can not be found in nature, and has an artificially designed structure. The electromagnetic properties of all materials present in nature have inherent permittivity or permeability, and most materials have a positive permittivity and a positive permeability. In most materials, the right-hand rule applies to electric fields, magnetic fields and pointing vectors, so these materials are called RHM (Right Handed Material). However, the meta-material is a material having a permittivity or permeability of less than 1, and may be an epsilon-negative (ENG) material, a mu negative material, a double negative material, a negative refractive index (NRI) Materials, and left-handed (LH) materials.
이 때, 집중 소자로서 삽입된 커패시터의 커패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 상기 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 커패시터의 커패시턴스를 적절히 조절함으로써, 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다.At this time, when the capacitance of the capacitor inserted as a lumped element is appropriately determined, the resonator can have the property of the metamaterial. In particular, by properly adjusting the capacitance of the capacitor, the resonator can have a negative magnetic permeability, so that the resonator according to an embodiment of the present invention can be referred to as an MNG resonator.
상기 MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 커패시터를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.The MNG resonator may have a zeroth-order resonance characteristic with a resonance frequency at a frequency when the propagation constant is zero. Since the MNG resonator may have a zero resonance characteristic, the resonance frequency may be independent of the physical size of the MNG resonator. That is, as will be described later, it is sufficient to appropriately design a capacitor in order to change the resonance frequency in the MNG resonator, so that the physical size of the MNG resonator can be changed.
또한, 근접 필드(near field)에서 전계는 전송 선로(210)에 삽입된 직렬 커패시터(220)에 집중되므로, 직렬 커패시터(220)로 인하여 근접 필드에서는 자계(magnetic field)가 도미넌트(dominant)해진다. Also, since the electric field in the near field is concentrated in the series capacitor 220 inserted in the transmission line 210, the magnetic field is dominant in the near field due to the series capacitor 220.
또한, MNG 공진기는 집중 소자로의 커패시터(220)을 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the MNG resonator can have a high Q-factor by using the capacitor 220 to the lumped element, the efficiency of power transmission can be improved.
또한, MNG 공진기는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(230)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기(230)는 MNG 공진기와의 결합을 위해 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기(230)에 의해 MNG 공진기의 임피던스는 조절된다. 그리고, 전류는 커넥터(240)를 통하여 MNG 공진기로 유입되거나 MNG 공진기로부터 유출된다.In addition, the MNG resonator may include a matching unit 230 for impedance matching. At this time, the matching unit 230 can appropriately adjust the intensity of the magnetic field for coupling with the MNG resonator, and the impedance of the MNG resonator is adjusted by the matching unit 230. Then, the current flows into the MNG resonator through the connector 240 or out of the MNG resonator.
또한, 도 2에 명시적으로 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다. Further, although not explicitly shown in Fig. 2, a magnetic core passing through the MNG resonator may be further included. Such a magnetic core can perform a function of increasing a power transmission distance.
본 발명의 MNG 공진기가 갖는 특성들에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.The characteristics of the MNG resonator of the present invention are described in detail below.
도 3은 도 2에 도시된 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.3 is a view showing an equivalent circuit of the resonator shown in Fig.
도 2에 도시된 공진기는 도 3에 도시된 등가 회로로 모델링될 수 있다. 도 3의 등가 회로에서 CL은 도 2의 전송 선로의 중단부에 집중 소자의 형태로 삽입된 커패시터를 나타낸다.The resonator shown in Fig. 2 can be modeled by the equivalent circuit shown in Fig. In the equivalent circuit of Fig. 3, C L represents a capacitor inserted in the form of a lumped element in the middle of the transmission line of Fig.
이 때, 도 2에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 영번째 공진 특성을 갖는다. 즉, 전파 상수가 0인 경우, 무선 전력 전송을 위한 공진기는 를 공진 주파수로 갖는다고 가정한다. 이 때, 공진 주파수 는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, MZR은 Mu Zero Resonator를 의미한다.At this time, the resonator for the radio power transmission shown in Fig. 2 has the zero-th resonance characteristic. That is, when the propagation constant is zero, the resonator for wireless power transmission Is assumed to have a resonant frequency. At this time, Can be expressed by the following equation (1). Here, MZR means Mu Zero Resonator.
상기 수학식 1을 참조하면, 공진기의 공진 주파수 는 에 의해 결정될 수 있고, 공진 주파수 와 공진기의 물리적인 사이즈는 서로 독립적일 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 공진 주파수 와 공진기의 물리적인 사이즈가 서로 독립적이므로, 공진기의 물리적인 사이즈는 충분히 작아질 수 있다.Referring to
도 4은 다른 일 실시예에 따른 meta-structured 공진기를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a meta-structured resonator according to another embodiment.
도 4을 참조하면, meta-structured 공진기는 전송선로부(410) 및 커패시터(420)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진기는, 피딩부(430)를 더 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 4, the meta-structured resonator includes a
전송선로부(410)는 복수의 전송 선로 쉬트(Sheet)가 병렬로 배치된다. 복수의 전송 선로 쉬트가 병렬로 배치되는 구성은, 도 11을 통하여 보다 상세하기 설명하기로 한다. In the
커패시터(420)는, 전송선로부(410)의 특정 위치에 삽입된다. 이때, 커패시터(420)는 전송선로부(410)의 중단에 직렬로 삽입될 수 있다. 이때, 공진기에 생성되는 전계(electric field)는 커패시터(420)에 갇히게 된다.The
커패시터(420)는 집중 소자(lumped element 및 분산 소자(distributed element), 예를 들어 interdigital 커패시터나 높은 유전율을 갖는 기판을 가운데다 둔 gap 커패시터 등의 형태로 전송 선로부(410)에 삽입될 수 있다. 커패시터(420)가 전송 선로부(410)에 삽입됨에 따라, 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다.The
피딩부(430)는 MNG 공진기에 전류를 공급(feeding)하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 피딩부(430)는, 공진기로 공급되는 전류를 복수의 전송 선로 쉬트로 균등하게 분배되도록 설계될 수 있다.The
도 5는 도 4의 커패시터(420)의 삽입 위치를 상세하게 나타내는 도면이다. 5 is a view showing in detail the insertion position of the
도 5를 참조하면, 커패시터(420)는 전송선로부(410)의 중단부에 삽입된다. 이때, 전송선로부(410)의 중단부는 커패시터(420)가 삽입될 수 있도록 오픈(open)된 형태일 수 있으며, 각각의 전송 선로 쉬트들(410-1, 410-2, 410-n)은 중단부에서 서로 병렬 연결된 형태로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the
도 6은 일 예에 따른 무선 전력 송수신을 위한 시스템을 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a system for wireless power transmission and reception according to an example.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송수신을 위한 시스템은 무선 전력(WP: Wireless Power) 송신기(600), 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)를 포함한다.Referring to FIG. 6, a system for wireless power transmission / reception includes a wireless power (WP)
WP 송신기(600), 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)는 도 1을 참조하여 설명한 무선 전력 전송 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 공진 전력 전송 장치(110)는 WP 송신기(600)의 소스부(610)이며, 도 1의 공진 전력 수신 장치(120)는 제1타겟 수신기(700) 또는 제2타겟 수신기(800)일 수 있다. 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)는 무선 전력 충전이 가능한 모든 디바이스이다.The
WP 송신기(600)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 무선 전력 송신 기술을 이용하여, 공진 주파수를 통해 무선 전력을 발생시킨다. 또한, WP 송신기(600)는 복수 개의 타겟 수신기들에게 동시에 또는 시분할 방식을 이용하여 무선 전력을 전송할 수 있다.The
제1타겟 수신기(700)는 WP 송신기(600)로부터 무선 전력을 수신하여 전력을 즉시 사용하거나 배터리를 충전한다.The
도 7은 도 6에 도시된 WP 송신기(600)의 일 예를 도시한 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of a
도 7을 참조하면, WP 송신기(600)는 소스부(610), 통신부(620), 측정부(630), 제어부(640) 및 저장부(650)를 포함한다.7, the
소스부(610)는 상호 정의된 주파수를 이용하여 제1타겟 수신기(700)와 공진 주파수를 동기화하고, 임피던스 매칭을 수행한다. 제1타겟 수신기(700)와 동기화된 공진 주파수를 제1공진 주파수(f1)이라 한다. 소스부(610)는 무선 전력을 제1타겟 수신기(700)에게 전송한다. 소스부(610)는 도 1의 공진 전력 전송 장치(110)일 수 있다. 따라서, 소스부(610)의 상세한 설명은 생략한다.The
통신부(620)는 제1타겟 수신기(700) 또는 제2타겟 수신기(800)와 유무선 통신할 수 있다. 통신부(620)는 제1타겟 수신기(700)로부터 제1타겟 수신기(700)가 요구하는 무선 전력의 전송 용량 및 충전 속도에 대한 정보를 수신한다.The
또한, 통신부(620)는 제2타겟 수신기(800)로부터 무선 전력의 전송을 요청하는 메시지를 수신할 수 있다. 상기 메시지는 제2타겟 수신기(800)가 요구하는 무선 전력의 전송 용량 및 충전 속도에 대한 정보를 포함한다. 전송 용량은 제2타겟 수신기(800)가 필요로 하는 무선 전력의 총 용량, 즉, 에너지를 의미한다. 전송 용량의 단위의 예로는 mWh, mAh 등이 있다. 충전 속도는 무선 전력의 순간 전송 용량, 즉, 파워를 의미하며, 단위로는 mW, mA 등이 있다.In addition, the
측정부(630)는 제1타겟 수신기(700) 또는 제2타겟 수신기(800)의 주파수별 전송효율을 측정한다. 또한, 측정부(630)는 제1타겟 수신기(700) 또는 제2타겟 수신기(800)의 매칭 파라미터의 값에 대한 전송효율을 측정한다. 측정되는 전송효율은 무선 전력의 전송효율이다.The
제어부(640)는 제1타겟 수신기(700)에게 무선 전력을 전송하는 중 제2타겟 수신기(800)로부터 무선 전력의 전송을 요청받으면, 제2타겟 수신기(800)의 공진 주파수 및 시분할 방식을 이용하여 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송하도록 소스부(610)를 제어한다.The
구체적으로 설명하면, 제어부(640)는 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송할 때 가장 효율이 우수한 주파수를 정하기 위하여, 주파수를 변경하면서 무선 전력을 제2타겟 수신기(800)에게 전송하도록 소스부(610)를 제어한다. 제어부(640)는 변경되는 주파수 별 전송효율을 측정하도록 측정부(630)를 제어한다. 제1타겟 수신기(700)의 주파수 별 전송효율은 기측정되어 저장부(650)에 저장되어 있거나, 또는 측정부(630)에서 새로 측정될 수 있다.In order to determine the most efficient frequency when transmitting the radio power to the
도 8은 전송효율과 주파수의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, e1(f)는 제1타겟 수신기(700)의 전송효율, e2(f)는 제2타겟 수신기(800)의 전송효율, f는 주파수이다. f 2는 제2공진 주파수로 결정된 주파수일 수 있다. 제2공진 주파수는 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송하는데 필요한 최적의 주파수이다.8 is a graph showing a relationship between transmission efficiency and frequency. Referring to FIG. 8, e 1 (f) is the transmission efficiency of the
그리고, 제어부(640)는, 측정된 전송효율을 기초로, 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 교번적으로 전송하기 위한 시분할 방식 및 제2공진 주파수 중 적어도 하나를 정할 수 있다.The
제어부(640)는 [수학식 2]를 이용하여 시분할 방식 및 제2공진 주파수를 산출할 수 있다.The
단, t1 + t2 = 1, 0≤t1, 0≤t2 However, t 1 + t 2 = 1 , 0≤
[수학식 2]를 참조하면, WPMAX는 'e1(f1)·t1 + e2(f2)·t2'의 최대값, f1은 제1공진 주파수로서, 제1타겟 수신기(700)에 할당된 주파수이다. f2는 제2공진 주파수로 제2타겟 수신기(800)에 할당된 주파수 이다. t1과 t2는 시분할에 의해, 각각 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에 할당된 시간이다. 제어부(640)는 'e1(f1)·t1 + e2(f2)·t2'가 최대값을 갖도록 하는 f1, f2, t1 및 t2를 산출 또는 결정한다. t1과 t2는 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에서 무선 전력을 교번적으로 전송하기 위한 전환 주기일 수 있다. 전환 주기는 오버헤드에 의해 무선 전력의 전송효율을 저하시킬 수 있으므로, 제어부(640)는 공진 주파수의 전환에 의한 오버헤드를 고려하여 f1, f2, t1및 t2를 결정한다. 이때, f1은 기존에 제1타겟 수신기(700)와 에너지 전송을 위해 사용하였던 값을 그대로 사용할 수도 있다.Referring to Equation (2), WP MAX is the maximum value of e 1 (f 1 ) · t 1 + e 2 (f 2) · t 2 ',
또는, 제어부(640)는 기수신된 제1타겟 수신기(700)가 요구한 충전 속도, 제2타겟 수신기(800)가 요구한 충전 속도 및 측정된 제2타겟 수신기(800)의 전송효율을 기초로, 시분할 방식, 제1공진 주파수 및 제2공진 주파수를 정할 수 있다. 이를 식으로 표현한 것이 [수학식 3]이다.Alternatively, the
단, t1 + t2 = 1, 0≤t1, 0≤t2 However, t 1 + t 2 = 1 , 0≤
[수학식 3]을 참조하면, WPMAX는 's1·e1(f1)·t1 + s2·e2(f2)·t2'의 최대값, f1은 제1공진 주파수로서, 제1타겟 수신기(700)에 할당된 주파수이다. f2는 제2공진 주파수로 제2타겟 수신기(800)에 할당된 주파수 이다. t1과 t2는 시분할에 의해, 각각 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에 할당된 시간이다. 또한, s1은 제1타겟 수신기(700)가 요구한 충전 속도, s2는 제2타겟 수신기(800)가 요구한 충전 속도이다.Referring to Equation (3), WP MAX is the maximum value of 's 1 · e 1 (f 1 ) · t 1 + s 2 · e 2 (f 2) · t 2 ',
제어부(640)는 's1·e1(f1)·t1 + s2·e2(f2)·t2'가 최대값을 갖도록 하는 f1, f2, t1 및 t2를 산출 또는 결정한다. 제어부(640)는 [수학식 2]를 참조하여 설명한 바와 같이, 공진 주파수의 전환에 의한 오버헤드를 고려하여 f1, f2, t1및 t2를 결정한다. 만약, 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)가 Delay Constraint인 T1과 T2를 각각 할당하면, [수학식 3]의 충전속도(si)=제i타겟 수신기가 요구한 전송용량/Ti, (i는 1, 2)이다.
한편, 제어부(640)는 제2타겟 수신기(800)가 필요로 하는 전송 용량, 배터리의 latency 및 제2타겟 수신기(800)가 제공하는 서비스의 품질 중 적어도 하나를 더 고려하여 시분할 방식을 결정할 수 있다. 이때 배터리의 latency는 배터리가 소진될까지 걸리는 시간을 의미한다. 예를 들어, 제1타겟 수신기(700)의 배터리 잔량이 20%이고 latency가 1시간이며, 제2타겟 수신기(800)의 배터리 잔량이 10%이고 latency가 10분이면, 제어부(640)는 제2타겟 수신기(800)에게 보다 많은 시간(t2)를 할당할 수 있다.Meanwhile, the
상술한 [수학식 2] 또는 [수학식 3]에 의해 시분할 방식 및 제2공진 주파수가 결정되면, 제어부(640)는 매칭 파라미터의 값을 가변하면서 전송효율을 측정하도록 측정부(630)를 제어한다. 이를 통해, 각각 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)와 가장 높은 효율이 나오는 매칭값을 결정한다. 이때 결정된 제i타겟 수신기(i=1,2)와의 매칭을 mi(i=1,2)로 한다. 이때 m1은 기존에 제1타겟 수신기(700)와 전송에 사용하였던 매칭값을 사용할 수도 있다.When the time division method and the second resonance frequency are determined by the above-described [Expression 2] or [Expression 3], the
이로써, 제어부(640)는 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송하는데 필요한 공진 주파수와 시분할 방식을 결정한다. Accordingly, the
통신부(620)는 상술한 과정에 의해 획득된 제1공진 주파수, 제2공진 주파수, 시분할 방식 및 임피던스 매칭 정보를 제1타겟 수신기(700)와 제2타겟 수신기(800)에게 각각 전송한다. 시분할 방식은 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송할 시간에 대한 정보를 포함한다. 제1공진 주파수, 제2공진 주파수 및 임피던스 매칭 정보는 무선 전력의 송수신에 필요한 정보이다.The
자세히 설명하면, 제1공진 주파수 및 제2공진 주파수는 WP 송신기(600)와 제2타겟 수신기(800) 사이의 주파수 동기화에 사용되는 공진 주파수이다. 임피던스 매칭 정보는 WP 송신기(600)와 제2타겟 수신기(800) 사이의 임피던스 매칭에 필요한 파라미터의 값이다. 임피던스 매칭에 대해서는 도1을 참조하여 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.More specifically, the first resonant frequency and the second resonant frequency are resonant frequencies used for frequency synchronization between the
소스부(610)는 제2공진 주파수 및 임피던스 매칭 정보를 이용하여 제2타겟 수신기(800)와 공진 주파수를 동기화하고 및 임피던스 매칭을 수행한다. 그리고, 소스부(610)는 무선 전력을 제2타겟 수신기(800)에게 전송한다.The
저장부(650)는 제1타겟 수신기(700)와 WP 송신기(600) 간에 형성된 공진 주파수의 정보와 제1임피던스 매칭 정보를 저장한다. 또한, 저장부(650)는 [수학식 2] 또는 [수학식 3]에 의해 결정되는 제1공진 주파수, 제2공진 주파수는, 시분할 방식 및 임피던스 매칭 정보를 저장한다.The
도 9는 시분할 방식에 따라 변하는 공진 주파수 및 전송 효율을 도시한 도면이다.9 is a diagram showing a resonance frequency and a transmission efficiency that vary according to a time division method.
도 9를 참조하면, 소스부(610)는 결정된 시분할 방식에 따라 공진 주파수를 변경하여 무선 전력을 제1타겟 수신기(700) 또는 제2타겟 수신기(800)로 전송한다. 예를 들어, 소스부(610)는 설정된 시간(t1)동안 제1공진 주파수(f1)를 이용하여 무선 전력을 제1타겟 수신기(700)에게 전송한다. 설정된 시간(t1)이 경과하면, 소스부(610)는 제2공진 주파수(f2)를 이용하여 무선 전력을 제2타겟 수신기(800)에게 전송한다. 이로써, 시간(t1) 동안 제1타겟 수신기(700)의 전송효율은 제2타겟 수신기(800)의 전송효율보다 높다. 이 때, 제2타겟 수신기(800)의 전송효율은 0 이상의 값을 가질 수 있다. 시분할 방식에 의해 시간(t2) 동안에는 제2타겟 수신기(800)의 전송효율이 제1타겟 수신기(700)의 전송효율보다 높다.
Referring to FIG. 9, the
본 발명의 또 다른 실시예를 따르면 제어부(640)은 [수학식 4]를 이용하여 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에서 함께 사용하는 공용 공진 주파수인 f를 산출할 수 있다. 공용 공진 주파수가 산출되면, 제어부(640)는 시분할 방식을 사용하지 않을 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the
[수학식 4]를 참조하면, WPMAX는 'e1(f) + e2(f)'의 최대값, f는 공용 공진 주파수, e1(f)는 제1타겟 수신기(700)의 전송효율, e2(f)는 제2타겟 수신기(800)의 전송효율이다. 제어부(640)는 시분할 방식을 사용하지 않는 경우, 'e1(f)·t1 + e2(f)·t2'가 최대값을 갖도록 하는 f를 산출 또는 결정한다. 이러한 경우 교번적인 전송이 없기 때문에 두 개의 타겟 수신기(700, 800)가 교번적으로 무선 전력을 사용하는 경우에 비해 전송 효율이 높게 나오는 경우가 존재한다. Referring to Equation 4], WP MAX is the transmission of 'e 1 (f) + e 2 (f)' a maximum value of, f is the common resonance frequency, e 1 (f) is the
또는, 제어부(640)는 기수신된 제1타겟 수신기(700)가 요구한 충전 속도, 제2타겟 수신기(800)가 요구한 충전 속도 및 측정된 제2타겟 수신기(800)의 전송효율을 기초로, 시분할 방식 또는 공용 공진 주파수를 정할 수 있다. 이를 식으로 표현한 것이 [수학식 5]이다.Alternatively, the
[수학식 5]를 참조하면, WPMAX는 s1·e1(f) + s2·e2(f)의 최대값, f는 공용 공진 주파수이다. 또한, s1은 제1타겟 수신기(700)가 요구한 충전 속도, s2는 제2타겟 수신기(800)가 요구한 충전 속도이다.Referring to Equation (5), WP MAX is a maximum value of s 1 · e 1 (f) + s 2 · e 2 (f), and f is a common resonance frequency. S 1 is the charging rate required by the
제어부(640)는 's1·e1(f)+s2·e2(f)'가 최대값을 갖도록 하는 f를 산출 또는 결정한다. 제어부(640)는 [수학식 5]를 참조하여 설명한 바와 같이, 공진 주파수의 전환에 의한 오버헤드를 고려하여 f 를 결정한다. 결정된 f는 제1공진 주파수 및 제2공진 주파수로 사용될 수 있다. 만약, 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)가 Delay Constraint인 T1과 T2를 각각 할당하면, [수학식 3]의 충전속도(si)=제i타겟 수신기가 요구한 전송용량/Ti, (i는 1, 2)이다.The
한편, 제어부(640)는 제2타겟 수신기(800)가 필요로 하는 전송 용량, 배터리의 latency 및 제2타겟 수신기(800)가 제공하는 서비스의 품질 중 적어도 하나를 더 고려하여 시분할 방식을 결정할 수 있다. 이때 배터리의 latency는 배터리가 소진될까지 걸리는 시간을 의미한다. 예를 들어, 제1타겟 수신기(700)의 배터리 잔량이 20%이고 latency가 1시간이며, 제2타겟 수신기(800)의 배터리 잔량이 10%이고 latency가 10분이면, 제어부(640)는 제2타겟 수신기(800)에게 보다 많은 시간(t2)를 할당할 수 있다.Meanwhile, the
상술한 [수학식 4] 또는 [수학식 5]에 의해 공진 주파수가 결정되면, 제어부(640)는 매칭 파라미터의 값을 가변하면서 전송효율을 측정하도록 측정부(630)를 제어한다. 사용되는 매칭 파라미터는 임피던스 매칭을 위한 파라미터로서, 실수(real)와 허수(imaginary)일 수 있다. When the resonance frequency is determined by the above-described [Equation 4] or [Equation 5], the
도 10은 전송효율과 매칭 파라미터의 관계를 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the relationship between the transmission efficiency and the matching parameter.
도 10을 참조하면, 실수와 허수는 임피던스 매칭 파라미터(m)이다. e1(m)은 제1타겟 수신기(700)의 전송효율, e2(m)은 제2타겟 수신기(800)의 전송효율, f는 주파수이다. e1(m)과 e2(m)은 [수학식 2] 내지 [수학식 5] 중 하나에 의해 결정된 공진 주파수를 고정값으로 사용하고, 매칭 파라미터의 값을 변경하면서 산출된 전송효율이다. 원으로 표시되는 각 전송효율(e1(m), e2(m))의 가운데가 가장 높은 전송효율을 갖는다. Referring to FIG. 10, the real number and the imaginary number are the impedance matching parameter (m). e 1 (m) is the transmission efficiency of the
임피던스 매칭 정보는 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송하는데 필요한 최적의 매칭 파라미터의 값을 나타낸다. 임피던스 매칭 정보와 최적의 매칭 파라미터의 값은 동일하며, 이하에서는 설명의 편의를 고려하여 혼용된다. The impedance matching information indicates the value of the best matching parameter required to transmit the radio power to the
제어부(640)는 측정된 무선 전력의 전송효율을 기초로, 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송하기 위한 최적 매칭 파라미터의 값을 결정할 수 있다. 이를 식으로 표현한 것이 [수학식 6]이다.The
[수학식 6]의 f는 [수학식 4] 또는 [수학식 5]에 의해 결정된 값을 갖는다. WPMAX는 'e1(m) + e2(m) '의 최대값이며, m은 매칭 파라미터로서 실수와 허수로 표현된다. 제어부(640)는 'e1(m) + e2(m)'가 최대값을 갖도록 하는 최적의 매칭 파라미터의 값을 산출 또는 결정한다. F in the equation (6) has a value determined by the equation (4) or (5). WP MAX is the maximum value of 'e 1 (m) + e 2 (m)', and m is a matching parameter expressed as a real number and an imaginary number. The
이로써, 제어부(640)는 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송하는데 필요한 공진 주파수를 결정한다.In this way, the
통신부(620)는 상술한 과정에 의해 획득된 공진 주파수 및 임피던스 매칭 정보를 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에게 전송한다. 시분할 방식은 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에게 무선 전력을 전송할 시간에 대한 정보를 포함한다. 공진 주파수 및 임피던스 매칭 정보는 무선 전력의 송수신에 필요한 정보이다.The
자세히 설명하면, 공진 주파수는 WP 송신기(600)와 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800) 사이의 주파수 동기화에 사용되는 공진 주파수이다. 임피던스 매칭 정보는 WP 송신기(600)와 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800) 사이의 임피던스 매칭에 필요한 파라미터의 값이다. 임피던스 매칭에 대해서는 도1을 참조하여 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.More specifically, the resonant frequency is a resonant frequency used for frequency synchronization between the
소스부(610)는 공진 주파수 및 임피던스 매칭 정보를 이용하여 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)와 공진 주파수를 동기화하고 및 임피던스 매칭을 수행한다. 그리고, 소스부(610)는 무선 전력을 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에게 전송한다.
The
도 11은 무선 전력 전송 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.11 is a flowchart for explaining an example of a wireless power transmission method.
도 11의 무선 전력 전송 방법은 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한 WP 송신기(600), 제1타겟 수신기(700) 및 제2타겟 수신기(800)에 의해 동작될 수 있다.The wireless power transmission method of FIG. 11 may be operated by the
1110단계에서, WP 송신기는 제1타겟 수신기에게 무선 전력을 전송한다.In
1120단계에서, WP 송신기는 제1타겟 수신기로 무선 전력을 전송하는 동안, 제2타겟 수신기로부터 무선 전력의 전송을 요청하는 메시지를 수신한다. 수신된 메시지는 제2타겟 수신기가 필요로 하는 전송 용량과 충전 속도에 대한 정보를 포함한다. In
1130단계에서, WP 송신기는 주파수를 변경하면서 무선 전력을 제2타겟 수신기에게 전송하고, 전송된 무선 전력의 전송효율을 각 주파수마다 측정한다. In
1140단계에서, WP 송신기는 측정된 전송효율을 기초로, 제1타겟 수신기 및 제2타겟 수신기에게 무선 전력을 교번적으로 전송하기 위한 시분할 방식 및 제2공진 주파수 중 적어도 하나를 결정한다. WP 송신기는 [수학식 2] 또는 [수학식 3]을 이용하여 시분할 방식 및 제2공진 주파수 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.In
시분할 방식 및 제2공진 주파수가 결정되면, 1150단계에서, WP 송신기는 매칭 파라미터의 값을 가변하면서 전송효율을 측정한다. 사용되는 매칭 파라미터는 임피던스 매칭을 위한 파라미터로서, 실수와 허수를 포함한다.When the time division manner and the second resonant frequency are determined, in
1160단계에서, WP 송신기는 측정된 무선 전력의 전송효율을 기초로, 제2타겟 수신기에게 무선 전력을 전송하기 위한 최적 매칭 파라미터의 값을 결정할 수 있다.In
1170단계에서, WP 송신기는 결정된 제2공진 주파수, 시분할 방식 및 최적 매칭 파라미터의 값을 제2타겟 수신기에게 전송하고, 제2공진 주파수의 동기화 및 임피던스 매칭을 수행한다.In
1180단계에서, WP 송신기는 시분할 방식에 의해 제1타겟 수신기와 제2타겟 수신기에게 교번적으로 무선 전력을 전송한다. 예를 들어, WP 송신기는 제1공진 주파수, 시분할 방식 및 제1임피던스 매칭 정보를 이용하여 시간(t1)동안 무선 전력을 제1타겟 수신기에게 전송한다. 그리고, WP 송신기는 제2공진 주파수, 시분할 방식 및 제2임피던스 매칭 정보를 이용하여 시간(t2)동안 무선 전력을 제2타겟 수신기에게 전송한다.In
또한, 1180단계에서, 제1공진 주파수와 제2공진 주파수가 동일하면, WP 송신기는 최적 매칭 파라미터의 값을 교번적으로 변경하여 무선 전력을 제1타겟 수신기 및 제2타겟 수신기에게 교번적으로 전송한다.In
한편, 시분할 방식을 사용하지 않는 경우, WP 송신기는 제1타겟 수신기와 제2타겟 수신기의 전송효율을 가산한 결과가 최대가 되도록 하는 주파수를 제1타겟 수신기 및 제2타겟 수신기의 공진 주파수로 정할 수 있다.On the other hand, when the time division scheme is not used, the WP transmitter sets the frequency at which the result obtained by adding the transmission efficiencies of the first target receiver and the second target receiver becomes the maximum to the resonant frequencies of the first target receiver and the second target receiver .
또는, 시분할 방식을 사용하지 않는 경우, WP 송신기는 기수신된 제1타겟 수신기가 요구한 충전 속도, 제2타겟 수신기가 요구한 충전 속도 및 측정된 제2타겟 수신기의 전송효율을 기초로, 제1타겟 수신기 및 제2타겟 수신기의 공진 주파수를 정할 수 있다.Alternatively, when the time division scheme is not used, the WP transmitter calculates the transmission rate of the second target receiver based on the charging rate requested by the first target receiver, the charging rate requested by the second target receiver, 1 < / RTI > target receiver and the second target receiver.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. The methods according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and configured for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
110: 공진 전력 전송 장치 120: 공진 전력 수신 장치
600: WP 송신기 700: 제1타겟 수신기
800: 제2타겟 수신기110: resonance power transmission device 120: resonance power reception device
600: WP transmitter 700: first target receiver
800: second target receiver
Claims (17)
상기 제1타겟 수신기에게 무선 전력을 전송하는 중 제2타겟 수신기로부터 상기 무선 전력의 전송을 요청받으면, 상기 제2타겟 수신기의 공진 주파수 및 시분할 방식을 이용하여 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하도록 상기 소스부를 제어하는 제어부
를 포함하는 무선 전력 전송 장치.A source portion for transmitting wireless power to a first target receiver; And
Wherein when receiving the request for transmission of the radio power from a second target receiver transmitting radio power to the first target receiver, the first target receiver and the second target, using the resonant frequency and time- And a control unit for controlling the source unit to transmit the radio power to the receiver
And a wireless power transmission device.
상기 제2타겟 수신기의 주파수별 전송효율을 측정하는 측정부;
를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 교번적으로 전송하기 위한 상기 시분할 방식을 정하는, 무선 전력 전송 장치.The method according to claim 1,
A measurement unit measuring a frequency-dependent transmission efficiency of the second target receiver;
Further comprising:
Wherein the control unit determines the time division manner for alternately transmitting the radio power to the first target receiver and the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 제어부는, 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 상기 공진 주파수를 정하는, 무선 전력 전송 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit determines the resonant frequency required to transmit the radio power to the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 제2타겟 수신기로부터 상기 제2타겟 수신기가 요구하는 상기 무선 전력의 전송 용량 및 충전 속도에 대한 정보를 수신하는 통신부;
를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 제2타겟 수신기가 요구한 충전 속도 및 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 시분할 방식 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 상기 공진 주파수를 정하는, 무선 전력 전송 장치. 3. The method of claim 2,
A communication unit for receiving from the second target receiver information on a transmission capacity and a charging speed of the wireless power requested by the second target receiver;
Further comprising:
Wherein the control unit determines the resonant frequency required to transmit the radio power to the second target receiver based on the charging rate requested by the second target receiver and the measured transmission efficiency, Device.
상기 공진 주파수 및 상기 시분할 방식이 결정되면, 가변하는 매칭 파라미터의 값에 대한 전송효율을 측정하는 측정부
를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하기 위한 최적 매칭 파라미터의 값을 정하는, 무선 전력 전송 장치.The method according to claim 1,
When the resonance frequency and the time division scheme are determined, the measurement unit measures transmission efficiency of the value of the matching matching parameter.
Further comprising:
Wherein the control unit determines a value of an optimal matching parameter for transmitting the radio power to the second target receiver based on the measured transmission efficiency.
상기 제어부는, 상기 제1타겟 수신기와 제2타겟 수신기의 공진 주파수가 동일하면, 상기 제1타겟 수신기와 상기 제2타겟 수신기의 최적 매칭 파라미터의 값을 교번적으로 변경하여 상기 무선 전력을 전송하도록 상기 소스부를 제어하는, 무선 전력 전송 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the control unit alternately changes values of optimal matching parameters of the first target receiver and the second target receiver to transmit the radio power when the first target receiver and the second target receiver have the same resonance frequency And controls the source unit.
상기 시분할 방식을 사용하지 않는 경우, 상기 제어부는, 상기 제1타겟 수신기와 상기 제2타겟 수신기의 전송효율을 가산한 결과가 최대가 되도록 하는 주파수를 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기의 공진 주파수로 정하는, 무선 전력 전송 장치.3. The method of claim 2,
The control unit sets a frequency at which the result obtained by adding the transmission efficiencies of the first target receiver and the second target receiver becomes the maximum is transmitted to the first target receiver and the second target receiver, Wherein the resonant frequency is defined as a resonant frequency.
상기 시분할 방식을 사용하지 않는 경우, 상기 제어부는 기수신된 상기 제1타겟 수신기가 요구한 충전 속도, 상기 제2타겟 수신기가 요구한 충전 속도 및 상기 측정된 제2타겟 수신기의 전송효율을 기초로, 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기의 공진 주파수를 정하는, 무선 전력 전송 장치.3. The method of claim 2,
If the time division scheme is not used, the control unit calculates the charging rate requested by the first target receiver, the charging rate requested by the second target receiver, and the transmission efficiency of the measured second target receiver And determines a resonant frequency of the first target receiver and the second target receiver.
상기 제1타겟 수신기에게 무선 전력을 전송하는 중 제2타겟 수신기로부터 상기 무선 전력의 전송을 요청받는 단계; 및
상기 제2타겟 수신기의 공진 주파수 및 시분할 방식을 이용하여 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는 단계
를 포함하는 무선 전력 전송 방법.Transmitting wireless power to a first target receiver;
Receiving a request for transmission of the wireless power from a second target receiver transmitting wireless power to the first target receiver; And
Transmitting the wireless power to the first target receiver and the second target receiver using the resonant frequency and time-sharing scheme of the second target receiver
/ RTI >
상기 제2타겟 수신기의 주파수별 전송효율을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 교번적으로 전송하기 위한 상기 시분할 방식을 정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.10. The method of claim 9,
Measuring a transmission efficiency for each frequency of the second target receiver; And
Determining the time division scheme for alternately transmitting the radio power to the first target receiver and the second target receiver based on the measured transmission efficiency
Further comprising the step of:
상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 상기 공진 주파수를 정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.11. The method of claim 10,
Determining the resonant frequency required to transmit the wireless power to the second target receiver based on the measured transmission efficiency
Further comprising the step of:
상기 제2타겟 수신기로부터 상기 제2타겟 수신기가 요구하는 상기 무선 전력의 전송 용량 및 충전 속도에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
상기 제2타겟 수신기가 요구한 충전 속도 및 상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 시분할 방식 및 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 상기 공진 주파수를 정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.11. The method of claim 10,
Receiving information on a transmission capacity and a charging rate of the wireless power requested by the second target receiver from the second target receiver; And
Determining the resonant frequency required to transmit the radio power to the second target receiver based on the time-divisional scheme and the second target receiver, based on the charging rate requested by the second target receiver and the measured transmission efficiency
Further comprising the step of:
상기 공진 주파수 및 상기 시분할 방식이 결정되면, 가변하는 매칭 파라미터의 값에 대한 전송효율을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 전송효율을 기초로, 상기 제2타겟 수신기에게 상기 무선 전력을 전송하기 위한 최적 매칭 파라미터의 값을 정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.10. The method of claim 9,
Measuring transmission efficiency with respect to a value of a matching matching parameter when the resonance frequency and the time division method are determined; And
Determining a value of an optimal matching parameter for transmitting the wireless power to the second target receiver based on the measured transmission efficiency
Further comprising the step of:
상기 전송하는 단계는,
상기 제1타겟 수신기와 제2타겟 수신기의 공진 주파수가 동일하면, 상기 제1타겟 수신기와 상기 제2타겟 수신기의 최적 매칭 파라미터의 값을 교번적으로 변경하여 상기 무선 전력을 전송하는, 무선 전력 전송 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the transmitting comprises:
And transmitting the wireless power by alternately changing values of optimal matching parameters of the first target receiver and the second target receiver when the first target receiver and the second target receiver have the same resonance frequency, Way.
상기 시분할 방식을 사용하지 않는 경우, 상기 제1타겟 수신기와 상기 제2타겟 수신기의 전송효율을 가산한 결과가 최대가 되도록 하는 주파수를 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기의 공진 주파수로 정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.11. The method of claim 10,
Dividing a frequency at which a result of adding the transmission efficiencies of the first target receiver and the second target receiver to a maximum is set to a resonant frequency of the first target receiver and the second target receiver when the time- step
Further comprising the step of:
상기 시분할 방식을 사용하지 않는 경우, 기수신된 상기 제1타겟 수신기가 요구한 충전 속도, 상기 제2타겟 수신기가 요구한 충전 속도 및 상기 측정된 제2타겟 수신기의 전송효율을 기초로, 상기 제1타겟 수신기 및 상기 제2타겟 수신기의 공진 주파수를 정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.11. The method of claim 10,
Division scheme is not used, based on the charging rate requested by the first target receiver, the charging rate requested by the second target receiver, and the transmission efficiency of the measured second target receiver, 1 < / RTI > target receiver and the second target receiver,
Further comprising the step of:
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