KR101714889B1 - Method and System for Layout Optimization of Secondary Coil for Wireless Power Transfer - Google Patents
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Abstract
무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 장치가 제시된다. 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법에 있어서, 설계 영역을 반영한 고정격자를 기반으로 2차 코일을 재구성하여 상기 고정격자 각각에 대한 상대 턴수를 설정하고, 상기 2차 코일의 질량과 유도 전압 중 적어도 하나 이상을 구하여 상기 2차 코일의 레이아웃(layout)을 최적화하는 단계; 최적화된 상기 2차 코일의 레이아웃에 실효 턴수(effective turn)를 적용하여 후처리를 수행하는 단계; 및 상기 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출하는 단계를 포함하고, 상기 실효 턴수는 동일 위치에 존재하는 상기 상대 턴수 간의 차를 반영한다. A method and apparatus for secondary coil layout optimization for wireless power transmission are presented. A secondary coil layout optimization method for wireless power transmission, the method comprising: reconstructing a secondary coil based on a fixed grid reflecting a design area to set a relative number of turns for each of the fixed grids; And optimizing a layout of the secondary coil; Performing post-processing by applying an effective turn to the layout of the optimized secondary coil; And deriving an actual coil layout for the secondary coil, wherein the number of effective turns reflects a difference between the number of relative turns present at the same position.
Description
아래의 실시예들은 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 시스템에 관한 것이다. The following embodiments relate to a method and system for secondary coil layout optimization for wireless power transmission.
무선전력전송은 1차 코일(송신부)에 공급된 전기에너지가 자계에너지를 유도하고, 유도된 자계에너지가 2차 코일(수신부)에서 다시 전기에너지를 유도하는 비접촉 전력전송 기술이다. 무선전력전송은 활발한 연구가 진행되고 있으며, 저전력 휴대용 전자기기부터 대전력 전기열차까지 다양한 제품 분야에 적용되고 있다. The wireless power transmission is a contactless power transmission technique in which the electric energy supplied to the primary coil (transmitter) induces magnetic field energy and the induced magnetic field energy induces electric energy again in the secondary coil (receiver). Wireless power transmission is under active research and is being applied to a variety of product fields, from low-power portable electronic devices to high-power electric trains.
최근, 무선전력전송의 효율성 향상과 안정성 보장을 위한 다수의 송신 코일 기반 무선전력전송 시스템 및 다수의 기기를 동시에 충전시키기 위한 다수의 수신 코일 기반 무선전력전송 시스템에 많은 관심이 기울여지고 있다. 이에, 많은 소비자들은 다수의 휴대용 전자기기를 동시에 빠른 속도로 충전하는 기능을 요구하고 있다. Recently, much attention has been paid to a plurality of transmission coil-based wireless power transmission systems for improving the efficiency of wireless power transmission and stability and a plurality of reception coil-based wireless power transmission systems for simultaneously charging a plurality of devices. Accordingly, many consumers are demanding the capability of simultaneously charging a large number of portable electronic devices at a high speed.
다수의 기기에 대한 무선전력전송의 성능을 충족시키기 위해서는, 1차 및 2차 코일에 대한 최적의 레이아웃 선정을 통해 자계 에너지의 효율적인 전송이 확보되어야 한다. In order to meet the performance of wireless power transmission for multiple devices, efficient transmission of magnetic field energy must be ensured through optimal layout selection for the primary and secondary coils.
기존의 무선전력전송 시스템용 코일 레이아웃 설계는 대부분 설계자의 경험과 직관에 의해 수행되어 왔다. 다만, 이는 다수의 송, 수신 시스템이 존재하고 다수의 요구 조건(전송용량, 전송효율, 시스템 질량, 인체 유해성 기준 등)을 만족시켜야 하는 최신의 무선전력전송 시스템의 코일 레이아웃 설계방법으로는 적합하지 않다. Coil layout designs for existing wireless power transmission systems have been performed mostly by the experience and intuition of the designer. However, this is not suitable for the coil layout design method of the latest wireless power transmission system in which a plurality of transmission and reception systems exist and a plurality of requirements (transmission capacity, transmission efficiency, system mass, human harmfulness criterion, etc.) not.
따라서, 최근 새로이 요구되고 있는 무선전력전송 기능(muti-source 및 multi-device 기반의 무선전력전송) 구현을 위해서는, 기존 설계 방식과는 차별화된 체계적이고 효율적인 코일 레이아웃 설계방법이 요구되고 있다.Therefore, a systematic and efficient method of designing a coil layout different from the conventional design method is required for implementing a newly required wireless power transmission function (muti-source and multi-device based wireless power transmission).
현재 활발히 연구가 진행되고 있는 무선전력전송 시스템의 효율성 향상은 인덕턴스, 커패시턴스, 입력주파수의 조정을 바탕으로 한 자기공진방식에 기반을 두고 있다. The efficiency improvement of the wireless power transmission system, which is under active research now, is based on self resonance based on adjustment of inductance, capacitance, and input frequency.
다만, 자기공진방식의 경우, 1차와 2차의 오정렬(misalignment)과 환경 변화(온도 등)에 따른 인덕턴스의 변화가 공진주파수의 변화(입력 주파수와 시스템 주파수의 불일치)를 야기할 수 있으며, 이에 따라 시스템의 급격한 효율 저하와 같은 불안정성이 발생할 수 있다. However, in the case of the self-resonant system, variations in inductance due to misalignment of primary and secondary and environmental changes (temperature, etc.) may cause a change in resonance frequency (inconsistency between input frequency and system frequency) As a result, instability such as a sudden drop in efficiency of the system may occur.
무선전력전송 시스템의 효율 향상과 안정성 확보 측면에서, 일정한 자기장(결합 계수 및 자기인덕턴스)을 생성 및 유지할 수 있는 1차 및 2차 코일의 레이아웃을 설계하기 위해 아래와 같은 접근법이 사용되어 왔다. In terms of improving the efficiency and stability of a wireless power transmission system, the following approach has been used to design the layout of primary and secondary coils that can generate and maintain a constant magnetic field (coupling coefficient and magnetic inductance).
경험적 설계 방법(empirical design approaches)에 따르면, 무선전력전송 시스템의 효율성 향상을 위해 코일의 형상 및 위상, 개수, 치수 등을 임의로 변경시키고, 이에 따른 영향을 분석하는 방향으로 연구가 진행되고 있다. According to empirical design approaches, studies are under way to change the shape, phase, number, and dimensions of a coil arbitrarily to improve the efficiency of a wireless power transmission system and to analyze the influence thereof.
종래 기술에 코일의 형상, 위상과 치수의 변경에 관한 기술을 기재하고 있으나, 경험적 설계 방법은 설계자의 지식과 직관에 의존하기 때문에 보다 체계적이고 효과적인 설계 방법론이 요구되고 있다.Although the prior art describes techniques for changing the shape, phase and dimensions of a coil, a more systematic and effective design methodology is required because the empirical design method relies on knowledge and intuition of the designer.
설계 영역 탐색 방법(design domain search)에 따르면, 다수의 설계 변수 중, 1개 또는 2개의 설계 변수에 대한 전 영역 탐색(full design domain search)을 통해 시스템의 성능을 파악하고, 이를 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다. According to the design domain search, the performance of the system can be grasped through full design domain search for one or two design variables among many design variables, .
종래 기술에 상호인덕턴스, 특성 임피던스, 내부 저항, 공진주파수의 전 영역 탐색에 관한 기술을 기재하고 있다. 설계 영역 탐색법은 경험적 설계 방법 대비 체계적인 설계를 수행하는 반면, 계산 상의 비효율성이 발생한다.Description of the Related Art [0002] Conventional techniques describe techniques for searching all areas of mutual inductance, characteristic impedance, internal resistance, and resonant frequency. While the design domain search method performs systematic design compared to the empirical design method, computational inefficiency arises.
이와 같이 경험적 설계 방법과 설계 영역 탐색 방법은 다수의 제한 조건(전송용량, 전송효율, 질량, 인체 유해성 기준 등)을 만족시키지 못하는 한계점을 가지고 있다. 그리고, 다수의 송, 수신 시스템을 포함한 무선전력전송 시스템과 같이 설계 변수가 많을 경우 상호 간의 결합 효과(Coupling effects)를 모두 고려하지 못한다. Thus, the empirical design method and the design domain search method have limitations that do not satisfy a number of constraints (transmission capacity, transmission efficiency, mass, and human hazard criteria). Also, when there are many design variables such as a wireless power transmission system including a plurality of transmission and reception systems, the coupling effects of each other can not be all considered.
실시예들은 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 시스템에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 무선전력전송 시스템을 위한 2차 코일 레이아웃의 최적화를 위해, 고정격자 기반의 코일 표현과 실효 턴수를 제시하는 기술을 제공한다. Embodiments describe a method and system for optimizing a secondary coil layout for wireless power transmission, and more particularly, to present a fixed grid based coil representation and an effective turn number for optimization of a secondary coil layout for a wireless power transmission system. Technology.
실시예들은 무선전력전송 시스템에 요구되는 모든 제한 조건(질량, 전송용량, 및 전송효율, 유도 전압, 인체 유해성 기준 등)을 만족시키면서 주어진 성능값(유도 전압, 전송용량 및 전송효율, 질량 등)을 최적화하는 최적의 2차 코일을 결정할 수 있는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.Embodiments can be applied to a given performance value (induced voltage, transmission capacity and transmission efficiency, mass, etc.) while satisfying all the constraints (mass, transmission capacity, and transmission efficiency, induced voltage, Which can determine an optimal secondary coil that optimizes the secondary coil layout for the wireless power transmission.
일 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법에 있어서, 설계 영역을 반영한 고정격자를 기반으로 2차 코일을 재구성하여 상기 고정격자 각각에 대한 상대 턴수를 설정하고, 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등) 중 적어도 하나 이상을 구하여 상기 2차 코일의 레이아웃(layout)을 최적화하는 단계; 최적화된 상기 2차 코일의 레이아웃에 실효 턴수(effective turn)와 경계 조건의 코일 재현(smooth boundary representation)을 적용하여 후처리를 수행하는 단계; 및 상기 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출하는 단계를 포함하고, 상기 실효 턴수는 동일 위치에 존재하는 상기 상대 턴수 간의 차를 반영한다. The secondary coil layout optimization method for wireless power transmission according to an exemplary embodiment of the present invention includes reconfiguring a secondary coil based on a fixed grid reflecting a design area to set a relative number of turns for each of the fixed grids, At least one of the electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) and physical measurements (mass, volume, size, etc.) of the secondary coil are optimized to optimize the layout of the secondary coil step; Performing post-processing by applying an effective turn number and a smooth boundary representation of a boundary condition to the optimized layout of the secondary coil; And deriving an actual coil layout for the secondary coil, wherein the number of effective turns reflects a difference between the number of relative turns present at the same position.
여기서, 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등) 중 적어도 하나 이상을 최대화 및 최소화 하는 목적 함수를 구하는 단계를 더 포함할 수 있다. Here, an objective function for maximizing and minimizing at least one of the electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) and physical measurements (mass, volume, size, etc.) The method comprising:
상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)의 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제한 조건을 구하는 단계를 더 포함할 수 있다. A constraint including at least one of the electromagnetic measurements (transmission efficiency, transfer capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) of the secondary coil and the upper and lower limits of the physical measurements (mass, volume, size, etc.) The method comprising:
상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 단계는, 상기 설계 영역을 반영하여 상기 고정격자를 형성하는 단계; 상기 2차 코일을 상기 고정격자 기반으로 재구성하여 상기 고정격자 각각에 대한 상기 상대 턴수를 설정하여 실제 코일 턴수를 구하는 단계; 및 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)를 구하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein optimizing the layout of the secondary coil includes: forming the fixed grating reflecting the design area; Reconstructing the secondary coil based on the fixed grating to set the relative number of turns for each of the fixed gratings to obtain an actual number of coil turns; And optimizing the layout of the secondary coil by obtaining electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) and physical measurements (mass, volume, size, etc.) of the secondary coil .
상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 단계는, 실효 턴수(effective turn)을 통해 상기 2차 코일의 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)을 계산하고, 맥스웰 방정식(비오-사바르의 법칙(Biot-Savart's law), 패러데이의 법칙(Faraday's law) 등)을 통해 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)을 계산하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화할 수 있다.
The optimization of the layout of the secondary coil may include calculating physical measurements (mass, volume, size, etc.) of the secondary coil through an effective turn and determining a Maxwell equation (Biot (Transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) of the secondary coil through the secondary coil (for example, Can be optimized.
상기 실효 턴수를 적용하여 후처리를 수행하는 단계는, 상기 실효 턴수를 적용하여 상기 2차 코일의 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)을 평가하는 단계; 및 상기 실효 턴수를 적용하여 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등) 중 적어도 하나 이상을 평가하는 단계를 포함할 수 있다. The step of applying post-processing by applying the effective number of turns may include: evaluating physical measurements (mass, volume, size, etc.) of the secondary coil by applying the number of effective turns; And evaluating at least one of the electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) of the secondary coil by applying the number of effective turns.
상기 실효 턴수를 적용하여 후처리를 수행하는 단계는, 고정 격자 기반의 코일 재현과 실제 코일 구현 사이의 오차를 최소화 하기 위해, 경계 조건의 코일 재현(smooth boundary representation)을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.The step of applying post-processing by applying the effective turn number may include calculating a smooth boundary representation of the boundary condition to minimize the error between the fixed lattice-based coil representation and the actual coil implementation. have.
다른 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템에 있어서, 설계 영역을 반영한 고정격자를 기반으로 2차 코일을 재구성하여 상기 고정격자 각각에 대한 상대 턴수를 설정하고, 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등) 중 적어도 하나 이상을 구하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 최적화 모듈; 및 최적화된 상기 2차 코일의 레이아웃에 동일 위치에 존재하는 상기 상대 턴수 간의 차를 반영한 실효 턴수(effective turn)와 경계 조건의 코일 재현(smooth boundary representation)을 적용하여 후처리를 수행하는 분석 모듈을 포함하고, 최적화된 상기 2차 코일의 레이아웃을 후처리하여 상기 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출한다. In a secondary coil layout optimization system for wireless power transmission according to another embodiment, a secondary coil may be reconstructed based on a fixed grid reflecting a design area to set the relative number of turns for each of the fixed grids, An optimization module for obtaining at least one of electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) and physical measurements (mass, volume, size, etc.) of the secondary coil to optimize the layout of the secondary coil; And an analysis module that performs post-processing by applying an effective turn number reflecting a difference between the number of relative turns in the same position in the layout of the optimized secondary coil and a smooth boundary representation of a boundary condition, And postprocessing the layout of the optimized secondary coil to derive the layout of the actual coil for the secondary coil.
여기서, 상기 최적화 모듈은, 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등) 중 적어도 하나 이상을 최대화 및 최소화하는 목적 함수를 구하는 목적 함수 설정부를 포함할 수 있다. Wherein the optimization module maximizes and / or optimizes at least one of the electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) and physical measurements (mass, volume, And an objective function setting unit for obtaining an objective function to be minimized.
상기 최적화 모듈은, 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)의 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제한 조건을 구하는 제한 조건 설정부를 포함할 수 있다. Wherein the optimization module is operable to determine at least one of an electromagnetic measurement (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) and an upper limit and a lower limit of physical measurements (mass, volume, size, etc.) And a constraint condition setting unit that obtains a constraint condition including the constraint condition.
상기 최적화 모듈은, 상기 설계 영역을 반영하여 상기 고정격자를 형성하는 고정격자 생성부; 상기 2차 코일을 상기 고정격자 기반으로 재구성하여 상기 고정격자 각각에 대한 상기 상대 턴수를 설정하여 실제 코일 턴수를 구하는 상대 턴수 설정부; 및 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)을 구하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 레이아웃부를 포함할 수 있다. Wherein the optimization module comprises: a fixed grid generator for generating the fixed grid by reflecting the design area; A relative number-of-turns setting unit for reconstructing the secondary coil based on the fixed grating to set the relative number of turns for each of the fixed gratings to obtain an actual number of coil turns; And a layout unit for optimizing the layout of the secondary coil by obtaining electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) and physical measurements (mass, volume, size, etc.) .
상기 최적화 모듈은, 실효 턴수(effective turn)을 통해 상기 2차 코일의 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)을 계산하고, 맥스웰 방정식(비오-사바르의 법칙(Biot-Savart's law), 패러데이의 법칙(Faraday's law) 등)을 통해 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)을 계산하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화할 수 있다. The optimization module calculates a physical measurement value (mass, volume, size, etc.) of the secondary coil through an effective turn, and calculates a value of the Maxwell equation (Biot-Savart's law, Faraday's law, (Transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) of the secondary coil can be calculated through the Faraday's law or the like to optimize the layout of the secondary coil.
상기 분석 모듈은, 상기 2차 코일의 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)을 계산하는 물리적 측정치 평가부; 및 상기 실효 턴수를 적용하여 상기 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등) 중 적어도 하나 이상을 평가하는 전자기적 측정치 평가부를 포함할 수 있다. Wherein the analysis module comprises: a physical measurement evaluation unit for calculating physical measurements (mass, volume, size, etc.) of the secondary coil; And an electromagnetic measurement evaluation unit for evaluating at least one of the electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) of the secondary coil by applying the number of effective turns.
상기 전자기적 측정치 평가부는, 상기 실효 턴수에 기반하여 등가의 코일을 나타내어 등가의 유도 전압을 계산할 수 있다. The electromagnetic measurement value evaluating unit may calculate an equivalent induced voltage by showing an equivalent coil based on the number of effective turns.
실시예들에 따르면 무선전력전송 시스템에 요구되는 모든 제한 조건(질량, 전송용량 및 효율, 인체 유해성 기준 등)을 만족시키면서 주어진 성능값(유도 전압, 질량 등)을 최적화하는 최적의 2차 코일을 결정할 수 있는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.According to embodiments, an optimal secondary coil that optimizes a given performance value (induced voltage, mass, etc.) while satisfying all the constraints (mass, transmission capacity and efficiency, human health criteria, etc.) required for a wireless power transmission system A secondary coil layout optimization method and system for determining wireless power transmission can be provided.
또한, 실시예들에 따르면 도출된 레이아웃을 실효 턴수(effective turn)와 경계 조건의 코일 재현(smooth boundary representation) 개념을 통해 후처리 함으로써, 실제 사용 가능한 코일 형태를 획득할 수 있는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.In addition, according to the embodiments, after the derived layout is post-processed through the concept of an effective turn and a smooth boundary representation, a wireless power transmission A secondary coil layout optimization method and system can be provided.
도 1은 일 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 고정격자 기반의 코일 표현을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 개별 선분(line segment)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 일 실시예에 따른 고정격자 기반의 코일 표현을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 실효 턴수의 개념을 기반으로 코일의 질량을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 실효 턴수에 기반한 등가의 코일을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 2차 코일 레이아웃 최적화의 적용 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 2차 코일 레이아웃 최적화의 결과를 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 2차 코일 레이아웃 최적화에 대한 실험 검증 결과를 나타내는 도면이다.
도 13 및 도 14는 다른 실시예에 따른 4개의 1차 코일 존재 시 공극 변화에 따른 2차 코일 레이아웃의 최적설계 결과를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram schematically illustrating a secondary coil layout optimization for a wireless power transmission in accordance with one embodiment.
2 is a diagram illustrating a fixed lattice-based coil representation in accordance with one embodiment.
3 is a diagram for explaining individual line segments according to an embodiment.
4 is a diagram for explaining a fixed lattice-based coil representation according to an embodiment.
FIG. 5 is a view for explaining the mass of a coil based on the concept of the effective turn number according to an embodiment.
6 is a diagram illustrating an equivalent coil based on the effective turn number according to one embodiment.
7 is a flow diagram illustrating a method for optimizing a secondary coil layout for wireless power transmission in accordance with one embodiment.
8 is a block diagram illustrating a secondary coil layout optimization system for wireless power transmission in accordance with one embodiment.
9 is a diagram showing an application example of secondary coil layout optimization according to an embodiment.
10 is a diagram showing a result of secondary coil layout optimization according to an embodiment.
11 and 12 are diagrams showing experimental verification results of secondary coil layout optimization according to an embodiment.
13 and 14 are views showing the results of optimal design of the secondary coil layout according to the variation of the air gap in the presence of four primary coils according to another embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
실시예들은 무선전력전송 시스템을 위한 2차 코일 레이아웃(layout)의 최적화를 위해 고정격자 기반의 코일 표현과 실효 턴수를 제시함으로써, 무선전력전송 시스템의 성능을 극대화시킬 수 있는 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 시스템을 제공한다. Embodiments provide a secondary coil layout optimization method that maximizes the performance of a wireless power transmission system by presenting a fixed grid based coil representation and an effective turn number for optimization of a secondary coil layout for a wireless power transmission system And a system.
또한, 실시예들은 최적설계를 무선전력전송 시스템에 적용하여, 다수의 설계 변수(코일과 페라이트의 구조 정보 등) 및 다양한 제한 조건(전송효율, 전송용량, 인체 유해성 기준 등)을 만족시키는 동시에 목적 함수(질량, 전송효율 등)를 최소화 또는 최대화함으로써, 주어진 조건하에서 무선전력전송 시스템의 성능을 극대화시킬 수 있다.
In addition, the embodiments can be applied to a wireless power transmission system by applying an optimum design to satisfy a plurality of design variables (structure information of coils and ferrites, etc.) and various restriction conditions (transmission efficiency, transmission capacity, By minimizing or maximizing the function (mass, transmission efficiency, etc.), the performance of the wireless power transmission system can be maximized under given conditions.
도 1은 일 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화를 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a diagram schematically illustrating a secondary coil layout optimization for a wireless power transmission in accordance with one embodiment.
도 1을 참조하면, 무선전력전송은 1차 코일(송신부)에 공급된 전기에너지가 자계에너지를 유도하고, 유도된 자계에너지가 2차 코일(수신부)에서 다시 전기에너지를 유도하는 비접촉 전력전송 기술이다. 다수의 기기에 대한 무선전력전송의 성능을 충족시키기 위해서는, 1차 및 2차 코일에 대한 최적 레이아웃 선정을 통해 자계 에너지의 효율적인 전송이 확보되어야 한다. Referring to FIG. 1, the wireless power transmission includes a non-contact power transmission technique in which the electric energy supplied to the primary coil (transmission portion) induces magnetic field energy and the induced magnetic field energy induces electric energy again in the secondary coil to be. In order to meet the performance of wireless power transmission for multiple devices, efficient transmission of magnetic field energy must be ensured through optimal layout selection for the primary and secondary coils.
실시예에 따르면 1차 코일에 대한 레이아웃은 기설정된 상태이고 2차 코일에 대한 레이아웃은 정해지지 않은 상태에서, 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃의 최적화를 구현할 수 있다. According to the embodiment, it is possible to implement optimization of the secondary coil layout for the wireless power transmission in a state where the layout for the primary coil is predetermined and the layout for the secondary coil is not specified.
단계(100)에서, 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃(layout) 최적화 시스템(아래에서 간단히 '최적화 시스템'이라 한다.)은 초기의 설계 변수 정보가 제공될 수 있다. 예를 들어, 초기의 설계 변수 정보는 1차 코일(101), 공극(Air-gap), 공간 좌표 정보(103), 코일의 질량(104), 전력의 전송효율 및 용량(105), EMF(electromagnetic field) 회로 정보(106) 등이 될 수 있다. 여기서, 공극(Air-gap)은 1차 코일(101)과 2차 코일(102) 사이의 이격된 공간을 의미할 수 있다. In
최적화 시스템을 통해 설계 영역 상의 개별 고정격자의 상대 턴수를 설정하여 설계 변수를 설정할 수 있다. The optimization system allows design variables to be set by setting the relative number of turns of individual fixed grids in the design area.
또한, 최적화 시스템은 목적 함수 및 제한 조건을 설정할 수 있다. 일례로, 2차 코일의 유도 전압의 최대화와 2차 코일의 질량의 최소화 등의 목적 함수를 설정할 수 있다. 다른 예로, 2차 코일 질량의 상한과 2차 유도전압의 하한 또는 정격 전압 유지, 자기장 세기(인체 유해성)의 상한 등의 제한 조건을 설정할 수 있다. In addition, the optimization system can set the objective function and constraint. For example, an objective function such as maximizing the induced voltage of the secondary coil and minimizing the mass of the secondary coil can be set. As another example, limiting conditions such as the upper limit of the secondary coil mass, the lower limit of the secondary induced voltage or the maintenance of the rated voltage, and the upper limit of the magnetic field strength (human hazard) can be set.
단계(110)에서, 최적화 시스템은 전체 설계 영역과 같은 형상과 크기를 가진 고정격자를 생성할 수 있다. At
단계(120)에서, 최적화 시스템은 고정격자에 코일을 재구성함으로써, 고정격자 기반의 코일 표현(Fixed grid-based coil representation)을 통해 최적화된 코일을 레이아웃 할 수 있다. In
단계(130)에서, 최적화 시스템은 도출된 최적화된 코일 레이아웃에 실효 턴수를 기반으로 등가의 코일 레이아웃을 획득할 수 있다. 즉, 실효 턴수에 의해 내부가 삭제되어 코일의 외부 루프(outer loop)만 남은 등가의 코일을 얻을 수 있다. In
마지막으로, 단계(140)에서, 최적화 시스템은 등가의 코일을 통해 2차 코일에 대한 설계안을 확보할 수 있고, 최종적으로 코일을 감은 형태를 구현할 수 있다. Finally, at
따라서, 최적으로 에너지를 전송 받을 수 있는 2차 코일의 형상을 구현할 수 있다. Therefore, it is possible to realize the shape of the secondary coil which can receive the optimum energy.
이와 같이 실시예들을 통해 무선전력전송 시스템에 요구되는 모든 제한 조건(질량, 전송용량 및 전송효율, 인체 유해성 기준 등)을 만족시키는 동시에, 주어진 목적 함수(유도 전압, 질량 등)를 최적화하는 최적의 2차 코일을 결정할 수 있는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
Thus, it is possible to satisfy all the constraints (mass, transmission capacity, transmission efficiency, human harmfulness criterion, etc.) required for the wireless power transmission system and to optimize A secondary coil layout optimization method and system for wireless power transmission that can determine a secondary coil can be provided.
아래에서는 고정격자 기반의 코일 표현(Fixed grid-based coil representation)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. Below, a fixed grid-based coil representation will be described in detail.
도 2는 일 실시예에 따른 고정격자 기반의 코일 표현을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a fixed lattice-based coil representation in accordance with one embodiment.
코일 레이아웃의 최적화를 위해, 전체 설계 영역을 같은 형상과 크기를 가지는 고정 격자로 세분화할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실제 코일의 형상은 고정격자 기반으로 재구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (a)와 같이 원형의 코일이 있는 경우, (b)에 도시된 바와 같이 고정격자 기반의 코일 표현(Fixed grid-based coil representation)으로 나타낼 수 있다. For optimization of the coil layout, the entire design area can be subdivided into fixed grids having the same shape and size. As shown in FIG. 2, the shape of the actual coil can be reconstructed on a fixed grid basis. For example, when a circular coil is provided as shown in FIG. 2A, it can be represented as a fixed grid-based coil representation as shown in (b).
고정격자의 크기를 충분히 작게 설정할 경우, 임의의 코일 레이아웃(형상, 크기 등)에 대해서도 고정격자 기반으로 재구성 가능하다.When the size of the fixed grid is set small enough, it is possible to reconstruct any coil layout (shape, size, etc.) based on the fixed grid.
고정격자 기반의 코일 표현(Fixed grid-based coil representation)을 위해, 아래와 같은 설계 변수를 설정할 수 있다. For a fixed grid-based coil representation, the following design variables can be set.
개별 고정격자의 실제 코일 턴수(Physical coil turn)(N (i, j) )는 상대 턴수(n (i, j) ), 기준 턴수(N 0 ), 페널티 지수(γ)를 기반으로 다음 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.The physical coil turn ( N (i, j) ) of the individual fixed grid is calculated based on the relative turn number n (i, j ), the reference turn number N 0 and the
여기서, n (i, j) 는 상대 턴수(relative turn)(i.e. 0 < n min = n (i, j) = 1)이고, N 0 는 기준 턴수(reference turn)이며, γ는 1 이상의 페널티 지수(penalty exponent)가 될 수 있다. Here, n (i, j) is a relative turn (i.e., 0 < n min = n (i, j) = 1), N 0 is a reference turn, and γ is a penalty index (penalty exponent).
고정격자를 표현하는 개별 선분(line segment)은 맥스웰 방정식(Maxwell equations)(비오-사바르의 법칙(Biot-Savart's law), 패러데이의 법칙(Faraday's law) 등)과 관련한 기본 구성 모듈이 될 수 있다.
Individual line segments representing fixed grids can be basic configuration modules related to Maxwell equations (Biot-Savart's law, Faraday's law, etc.) .
도 3은 일 실시예에 따른 개별 선분(line segment)을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram for explaining individual line segments according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 고정격자를 복수의 선분(line segment)으로 구성될 수 있으며, 이러한 고정격자를 나타내는 개별 선분(line segment)을 하나의 예를 이용하여 설명할 수 있다. Referring to FIG. 3, the fixed grid may be composed of a plurality of line segments, and the individual line segments representing the fixed grid may be described using an example.
예를 들어, 비오-사바르의 법칙(Biot-Savart's law)을 이용하여 개별 선분(line segment)을 설명할 수 있다. For example, individual line segments can be described using Biot-Savart's law.
이러한 개별 선분(line segment)에 대해 다음의 수학식 2와 같이 단위 벡터들(Unit vectors)로 나타낼 수 있다. The individual line segments can be represented by unit vectors as shown in Equation (2) below.
이 때, p에서의 자기장 강도는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. At this time, the magnetic field strength at p can be expressed by the following equation (3).
따라서, 모든 선분의 전체 자기장 강도는 수학식 4와 같이 표현할 수 있다. Therefore, the total magnetic field strength of all the line segments can be expressed by Equation (4).
도 4은 일 실시예에 따른 고정격자 기반의 코일 표현을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for explaining a fixed lattice-based coil representation according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 일례로 패러데이의 법칙(Faraday's law)을 이용하여 고정격자 기반의 코일 표현(Fixed grid-based coil representation)을 설명할 수 있다. 고정격자 기반의 코일 표현(Fixed grid-based coil representation)을 이용하여, 패러데이의 법칙에서 각 격자로 유도 전압을 결정할 수 있으며 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 4, for example, a fixed grid-based coil representation can be described using Faraday's law. Using the fixed grid-based coil representation, the induced voltage can be determined from the Faraday's law to each grid and can be expressed as: < EMI ID = 6.0 >
여기서, A는 고정격자의 면적이고, ds는 극소 영역의 표면 벡터를 나타낸다.Where A is the area of the fixed grating and ds is the surface vector of the minimum area.
이 때, 설계 영역은 미세하게 격자로 나누어져 있으므로, 각각의 개별 고정격자에서의 자기장은 균일한 것으로 가정할 수 있다. 예를 들어, 고정격자에서 각각의 격자 내 중심점(center point)과 주변부의 자기장의 차이가 크지 않으므로 중심점의 자기장의 구한 후 면적을 곱하여 표현할 수 있다. 따라서 유도 전압을 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다. At this time, since the design region is finely divided into grids, it can be assumed that the magnetic field in each individual fixed grating is uniform. For example, in a fixed lattice, the difference between the center point of each lattice and the magnetic field at the periphery is not large, so it can be expressed by multiplying the area after the magnetic field at the center point is obtained. Therefore, the induced voltage can be expressed by the following equation (6).
그리고, 총 유도 전압은 각 고정격자의 유도 전압의 합산에 의해 구할 수 있으며, 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.Then, the total induced voltage can be obtained by summing the induced voltages of the respective fixed gratings, and can be expressed by the following Equation (7).
계속해서 실효 턴수(effective turns)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. Next, the effective turns will be described in detail.
도 5는 일 실시예에 따른 실효 턴수의 개념을 기반으로 코일의 질량을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 5 is a view for explaining the mass of a coil based on the concept of the effective turn number according to an embodiment.
도 5를 참조하면, 역방향 전류를 가진 2개의 선분(line segment)이 같은 위치에 존재할 경우, 각각의 상대 턴수의 차이가 코일의 질량, 자기장 등의 결정시 실질적인 영향을 미칠 수 있다. 즉, 같은 위치에 전류 방향이 서로 다른 2개의 선분(line segment)가 위치하는 경우, 효과적인 면에서 전류가 서로 상쇄될 수 있다. 여기서, 실효 턴수는 동일 위치에 존재하는 상대 턴수 간의 차이를 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 5, when two line segments having a reverse current are present at the same position, the difference in the number of relative turns may substantially affect the determination of the coil mass, the magnetic field, and the like. That is, when two line segments having different current directions are located at the same position, the currents can be canceled each other effectively. Here, the number of effective turns may indicate a difference between the number of opponent turns at the same position.
이러한 실효 턴수를 활용하여 등가의 코일 질량 및 유도 전압을 계산할 수 있다. The equivalent coil mass and induced voltage can be calculated using this number of effective turns.
격자의 (i, j)에서 코일의 실효 질량은 실효 턴수의 관점에서 평가되고 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다. The effective mass of the coil at ( i , j ) of the grating is evaluated from the viewpoint of the number of effective turns and can be expressed by the following equation (8).
여기서, p는 코일의 선분 밀도를 나타내고, l은 고정격자의 측면 길이를 나타낸다.
Where p is the line segment density of the coil and l is the side length of the fixed lattice.
도 6은 일 실시예에 따른 실효 턴수에 기반한 등가의 코일을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating an equivalent coil based on the effective turn number according to one embodiment.
도 6을 참조하면, 실효 턴수에 기반하여 등가의 코일(Equivalent closed loop)을 나타낼 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 역방향 전류를 가진 2개의 선분(line segment)이 같은 위치에 존재할 경우, 각각의 상대 턴수의 차이가 코일의 질량, 자기장 등의 결정시 실질적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 실효 턴수를 활용하여 등가의 유도 전압을 계산할 수 있다. Referring to FIG. 6, an equivalent coil (equivalent closed loop) may be displayed based on the number of effective turns. As mentioned earlier, when two line segments with reverse currents are present at the same position, the difference in the number of relative turns may have a substantial effect on the determination of the coil mass, magnetic field, and the like. The equivalent induced voltage can be calculated by utilizing the number of effective turns.
고정격자 기반의 코일 표현(Fixed grid-based coil representation)에서의 유도 전압은 다음 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다. The induced voltage in the fixed grid-based coil representation can be expressed by the following equation (9).
상기의 값은 등가의 코일(Equivalent closed loop)에서의 유도 전압과 동일하며, 다음의 수학식 10과 같이 표현할 수 있다. The above value is the same as the induced voltage in the equivalent closed loop, and can be expressed by Equation (10).
이와 같이, 실효 턴수에 기반하여 유도 전압이 동일한 외부 루프(outer loop)만 남은 등가의 코일(Equivalent closed loop)로 나타낼 수 있다.
In this way, only the outer loop having the same induced voltage based on the number of effective turns can be represented as an equivalent equivalent closed loop.
도 7은 일 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법을 나타내는 흐름도이다. 7 is a flow diagram illustrating a method for optimizing a secondary coil layout for wireless power transmission in accordance with one embodiment.
2차 코일 레이아웃에 대한 최적설계를 위해서 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템이 사용될 수 있다. 이러한 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템은 최적화 모듈 및 분석 모듈을 포함할 수 있다. For optimal design for the secondary coil layout, a secondary coil layout optimization system for wireless power transmission may be used. The secondary coil layout optimization system for such wireless power transmission may include an optimization module and an analysis module.
단계(710)에서, 최적화 모듈은 설계 영역을 반영한 고정격자를 기반으로 2차 코일을 재구성하여 고정격자 각각에 대한 상대 턴수를 설정할 수 있다. 그리고, 2차 코일의 전자기적 측정치와 물리적 측정치 중 적어도 하나 이상을 구하여 2차 코일의 레이아웃을 최적화할 수 있다. 여기서, 전자기적 측정치는 상기 2차 코일의 전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 물리적 측정치는 상기 2차 코일의 질량, 부피, 크기 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. In
한편, 2차 코일의 레이아웃을 최적화 하기 이전에 초기 설계 변수의 정보가 제공될 수 있다(700). On the other hand, information of the initial design variables may be provided before optimizing the layout of the secondary coil (700).
최적화 모듈에서 2차 코일의 레이아웃을 최적화 하는 방법을 더 구체적으로 살펴보면, 먼저 최적화 모듈은 설계 영역을 반영하여 고정격자를 형성할 수 있다. 그리고 최적화 모듈은 상기의 고정격자에 2차 코일을 고정격자 기반으로 재구성할 수 있다. 여기서, 고정격자 각각에 대한 상대 턴수를 설정하고 실제 코일 턴수를 구할 수 있다. 이에 따라 최적화 모듈은 2차 코일의 질량과 유도 전압 등을 구하여 2차 코일의 레이아웃을 최적화할 수 있다. In more detail, a method of optimizing the layout of the secondary coil in the optimization module is described. First, the optimization module can form a fixed grid by reflecting the design area. And the optimization module can reconstruct the secondary coil on the fixed grid based on the fixed grid. Here, the relative number of turns for each of the fixed gratings can be set and the actual number of coil turns can be obtained. Accordingly, the optimization module can optimize the layout of the secondary coil by obtaining the mass and induced voltage of the secondary coil and the like.
일례로, 실효 턴수(effective turn)를 통해 2차 코일의 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)을 계산할 수 있다. 또한, 맥스웰 방정식(비오-사바르의 법칙(Biot-Savart's law), 패러데이의 법칙(Faraday's law) 등)을 통해 2차 코일의 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)를 계산함으로써, , 2차 코일의 레이아웃을 최적화할 수 있다. 여기서, 비오-사바르의 법칙 및 패러데이의 법칙은 전자기적 측정치를 계산하는 방법 중 하나로, 이에 한정되지는 않는다. For example, the physical measurements (mass, volume, size, etc.) of the secondary coil can be calculated through an effective turn. The electromagnetic measurements of the secondary coil (transmission efficiency, transfer capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) can be obtained through the Maxwell equation (Biot-Savart's law, Faraday's law, ), Etc.), the layout of the secondary coil can be optimized. Here, the Biot-Saber and Faraday's laws are one way of calculating electromagnetic measurements, but are not limited thereto.
단계(720)에서, 분석 모듈은 최적화된 2차 코일의 레이아웃에 동일 위치에 존재하는 상대 턴수 간의 차를 반영한 실효 턴수(effective turn)를 적용하여 후처리를 수행할 수 있다. In
더 구체적으로, 단계(721)에서 분석 모듈은 실효 턴수를 적용하여 2차 코일의 질량, 부피, 크기 등을 포함하는 물리적 측정치중 적어도 하나 이상을 평가할 수 있다. 그리고 단계(722)에서, 분석 모듈은 실효 턴수를 적용하여 2차 코일의 전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등을 포함하는 전자기적 측정치 중 적어도 하나 이상을 평가할 수 있다. More specifically, in
분석 모듈은 고정 격자 기반의 코일 재현과 실제 코일 구현 사이의 오차를 최소화하기 위해, 경계 조건의 코일 재현(smooth boundary representation)을 계산할 수 있다. The analysis module can calculate the smooth boundary representation of the boundary condition to minimize the error between the fixed grid based coil representation and the actual coil implementation.
그리고 후처리에 기반하여 등가의 코일을 나타내어 등가의 전자기적 측정치자기장 세기를 계산할 수 있다.Equivalent electromagnetically measured magnetic field strength can be calculated by representing equivalent coils based on post-processing.
예를 들어 실효 턴수와 경계 조건의 코일 재현을 적용하여 후처리를 수행하기 위해, 분석 모듈은 실효 턴수와 경계 조건의 코일 재현에 기반하여 등가의 코일을 나타내어 등가의 유도 전압을 계산함으로써 유도 전압을 분석할 수 있다. For example, to perform the post-processing by applying the coil count of the effective turn number and boundary condition, the analysis module calculates the equivalent induced voltage by calculating the equivalent coil based on the number of turns of the effective turns and the coil of the boundary condition, Can be analyzed.
분석 모듈에서 분석된 결과는 다음의 목적 함수 및 제약 조건(제한 조건)과 대응 감도를 계산하기 위해 최적화 모듈로 전달될 수 있다.The results analyzed in the analysis module can be passed to the optimization module to calculate the following objective functions and constraints (constraints) and corresponding sensitivities.
단계(730)에서, 최적화 모듈과 분석 모듈은 서로 연결되어 정보를 전달함으로써 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출할 수 있다. 다시 말하면, 최적화 모듈은 분석 모듈에서 평가한 정보를 전달 받아 목적 함수 및 제약 조건을 구하고(731), 대응 감도를 계산할 수 있다(732). 전자기적 측정치(전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등)와 물리적 측정치(질량, 부피, 크기 등)의 분석적 감도는 보다 높은 계산적 효율성을 얻을 수 있다.In step 730, the optimization module and the analysis module may be connected to each other to convey the information to derive the layout of the actual coils for the secondary coils. In other words, the optimization module receives the evaluation information from the analysis module, obtains an objective function and a constraint (731), and calculates the corresponding sensitivity (732). The analytical sensitivity of electromagnetic measurements (transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength (EMF), etc.) and physical measurements (mass, volume, size, etc.) yields higher computational efficiency.
그리고 실제 코일의 레이아웃을 도출하는 단계는, 고정격자로 구성된 상기 2차 코일을 상기 실효 턴수를 바탕으로 매끄러운 경계를 가진 코일로 후처리 하고, 이후, 매끄러운 경계로 표현된 상기 2차 코일의 물리적 특성치 및 전자기적 특성치를 계산할 수 있다. 여기서, 물리적 특성치는 2차 코일의 질량, 부피, 크기 등을 포함할 수 있고, 전자기적 특성치는 2차 코일의 전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 등을 포함할 수 있다. The step of deriving the layout of the actual coil may include post-processing the secondary coil constituted by the fixed grid with a coil having a smooth boundary based on the number of effective turns, and thereafter calculating a physical characteristic value And the electromagnetic characteristic value can be calculated. Here, the physical characteristic value may include the mass, volume, size, etc. of the secondary coil, and the electromagnetic characteristic value may include the transmission efficiency, the transmission capacity, the induced voltage, the magnetic field strength (EMF), and the like of the secondary coil.
한편, 최적화 모듈은 목적 함수 및 제한 조건을 설정할 수 있다. 예를 들어, 2차 코일의 유도 전압의 최대화와 2차 코일의 질량의 최소화 중 적어도 하나 이상 포함하는 목적 함수가 설정될 수 있다. 다른 예로, 2차 코일의 질량의 상한과 2차 코일의 유도 전압의 하한 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제한 조건이 설정될 수 있다. On the other hand, the optimization module can set the objective function and the constraint condition. For example, an objective function including at least one of maximizing the induced voltage of the secondary coil and minimizing the mass of the secondary coil can be set. As another example, a limiting condition including at least one of the upper limit of the mass of the secondary coil and the lower limit of the induced voltage of the secondary coil may be set.
그리고 목적 함수와 설계 변수를 분석하여 기설정된 값 이내일 경우 2차 코일 레이아웃 최적화 프로세스를 종료할 수 있다(733). 예를 들어, 두 개의 연속적인 반복 사이의 목적 함수 및 설계 변수의 상대적인 변화는 각각 0.001 및 0.0001 인 경우, 최적화 프로세스는 종료할 수 있다.If the objective function and the design variable are analyzed, the secondary coil layout optimization process can be terminated within a predetermined value (733). For example, if the relative changes in objective function and design variable between two successive iterations are 0.001 and 0.0001 respectively, then the optimization process can end.
그렇지 않은 경우에는 최적화 모듈은 설계 변수를 갱신하고, 절차를 반복한다. 최적화 프로세스가 종료되면 2차 코일의 최적화된 레이아웃을 결정할 수 있다.Otherwise, the optimization module updates the design variables and repeats the procedure. Once the optimization process has ended, an optimized layout of the secondary coil can be determined.
따라서 최적화 모듈에서 2차 코일의 질량과 유도 전압을 구하여 2차 코일의 레이아웃을 최적화하고, 분석 모듈에서 2차 코일의 질량과 유도 전압을 평가함으로써, 보다 정확한 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출할 수 있다. Therefore, by optimizing the layout of the secondary coil by obtaining the mass and induced voltage of the secondary coil in the optimization module, and evaluating the mass and induced voltage of the secondary coil in the analysis module, the layout of the actual coil .
이에 따라, 일 실시예에 따르면 무선전력전송 시스템에 요구되는 모든 제한 조건(질량, 전송용량, 전송효율, 인체 유해성 기준 등)을 만족시키는 동시에, 주어진 목적 함수(전송효율, 유도 전압, 질량 등)를 최적화하는 최적의 2차 코일을 결정할 수 있는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법을 제공할 수 있다.
Therefore, according to one embodiment, a given objective function (transmission efficiency, induced voltage, mass, etc.) can be obtained while satisfying all the restriction conditions (mass, transmission capacity, transmission efficiency, A secondary coil layout optimization method for a wireless power transmission that can determine an optimal secondary coil that optimizes the secondary coil layout.
아래에서는 일 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템을 하나의 예를 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, a secondary coil layout optimization system for wireless power transmission according to an exemplary embodiment will be described as an example.
도 8은 일 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템을 나타내는 블록도이다. 이러한 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템은 도 7에서 설명한 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법을 통해 구현될 수 있다. 8 is a block diagram illustrating a secondary coil layout optimization system for wireless power transmission in accordance with one embodiment. The secondary coil layout optimization system for such wireless power transmission can be implemented through the secondary coil layout optimization method for the wireless power transmission described in FIG.
도 8을 참조하면, 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템은 최적화 모듈(810)과 분석 모듈(820)로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 8, the secondary coil layout optimization system for wireless power transmission may include an optimization module 810 and an analysis module 820.
최적화 모듈(810)은 설계 영역을 반영한 고정격자를 기반으로 2차 코일을 재구성하여 고정격자 각각에 대한 상대 턴수를 설정하고, 2차 코일의 질량과 유도 전압 중 적어도 하나 이상을 구하여 2차 코일의 레이아웃을 최적화할 수 있다. The optimization module 810 reconstructs the secondary coil based on the fixed grid reflecting the design area to set the relative number of turns for each of the fixed grids and obtains at least one of the mass and the induced voltage of the secondary coil, The layout can be optimized.
이러한 최적화 모듈(810)은 고정격자 생성부(811), 상대 턴수 설정부(812), 및 레이아웃부(813)를 포함하여 이루어질 수 있다. The optimization module 810 may include a fixed
고정격자 생성부(811)는 설계 영역을 반영하여 고정격자를 형성할 수 있다. The fixed
상대 턴수 설정부(812)는 2차 코일을 고정격자 기반으로 재구성하여 고정격자 각각에 대한 상대 턴수를 설정하여 실제 코일 턴수를 구할 수 있다. The relative turn
레이아웃부(813)는 2차 코일의 질량과 유도 전압 등을 구하여 2차 코일의 레이아웃을 최적화할 수 있다. The
또한, 최적화 모듈(810)은 실효 턴수를 통해 2차 코일의 질량 등을 계산할 수 있다. 그리고, 최적화 모듈(810)은 맥스웰 방정식(Maxwell equations)(비오-사바르의 법칙(Biot-Savart's law), 패러데이의 법칙(Faraday's law) 등)을 통해 2차 코일의 유도 전압 등을 계산하여 2차 코일의 레이아웃을 최적화할 수 있다. Also, the optimization module 810 can calculate the mass of the secondary coil and the like through the number of effective turns. The optimization module 810 calculates the induced voltage of the secondary coil and the like through the Maxwell equations (Biot-Savart's law, Faraday's law, etc.) The layout of the car coils can be optimized.
최적화 모듈(810)은 분석 모듈(820)로부터 후처리 결과를 전달 받아, 2차 코일의 질량 등을 포함하는 물리적 측정치와 유도 전압을 포함하는 전자기적 측정치 중 적어도 하나 이상을 분석하여 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출할 수 있다. The optimization module 810 receives the post-processing result from the analysis module 820 and analyzes at least one of the electromagnetic measurement including the physical measurement including the mass of the secondary coil and the induced voltage, The layout of the actual coil can be derived.
즉, 최적화 모듈(810)은 분석 모듈(820)에서 평가한 정보를 전달 받아 목적 함수 및 제약 조건을 구하고, 대응 감도를 계산할 수 있다. 전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장의 세기, 코일의 질량 등의 분석적 감도는 보다 높은 계산적 효율성을 얻을 수 있다.That is, the optimization module 810 can receive the information evaluated by the analysis module 820, obtain the objective function and the constraint condition, and calculate the corresponding sensitivity. Analytical sensitivity such as transmission efficiency, transmission capacity, induced voltage, magnetic field strength, coil mass, etc., can provide higher computational efficiency.
예를 들어, 최적화 모듈(810)의 목적 함수 설정부(814)에서 2차 코일의 유도 전압의 최대화와 2차 코일의 질량 최소화 중 적어도 하나 이상 포함하는 목적 함수를 설정할 수 있다. For example, the objective function setting unit 814 of the optimization module 810 can set an objective function including at least one of maximizing the induced voltage of the secondary coil and minimizing the mass of the secondary coil.
그리고 최적화 모듈(810)은 2차 코일의 전자기적 측정치와 물리적 측정치의 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제한 조건을 구하는 제한 조건 설정부(815)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 최적화 모듈(810)의 제한 조건 설정부(815)에서 2차 코일의 질량 상한과 2차 코일의 유도 전압 하한 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제한 조건을 설정할 수 있다. The optimization module 810 may include a constraint
그리고, 최적화 모듈(810)은 목적 함수와 설계 변수를 분석하여 기설정된 값 이내일 경우 2차 코일 레이아웃 최적화 프로세스를 종료할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 연속적인 반복 사이의 목적 함수 및 설계 변수의 상대적인 변화는 각각 0.001 및 0.0001 인 경우, 최적화 프로세스는 종료할 수 있다.Then, the optimization module 810 analyzes the objective function and the design variable, and can terminate the secondary coil layout optimization process when the value is within a preset value. For example, if the relative changes in objective function and design variable between two successive iterations are 0.001 and 0.0001 respectively, then the optimization process can end.
그렇지 않은 경우에는 최적화 모듈(810)은 설계 변수를 갱신하고, 절차를 반복한다. 최적화 프로세스가 종료되면 2차 코일의 최적화된 레이아웃을 결정할 수 있다.Otherwise, the optimization module 810 updates the design variables and repeats the procedure. Once the optimization process has ended, an optimized layout of the secondary coil can be determined.
분석 모듈(820)은 최적화된 2차 코일의 레이아웃에 동일 위치에 존재하는 상대 턴수 간의 차를 반영한 실효 턴수(effective turn)를 적용하여 후처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 분석 모듈(820)은 그래프 등을 통해 유도 전압이 포화되는 지점을 확인하여 평가 및 시스템을 최적화할 수 있다. The analysis module 820 can perform the post-processing by applying an effective turn that reflects the difference between the relative number of turns existing at the same position in the layout of the optimized secondary coil. For example, analysis module 820 can evaluate and optimize the system by identifying where the induced voltage saturates, such as through a graph.
더 구체적으로, 분석 모듈(820)은 전자기적 측정치 평가부(821) 및 물리적 측정치 평가부(822)를 포함함으로써 이루어질 수 있다. More specifically, the analysis module 820 may be implemented by including an electromagnetic measurement evaluation unit 821 and a physical measurement value evaluation unit 822.
전자기적 측정치 평가부(821)는 실효 턴수를 적용하여 2차 코일의 전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기 중 적어도 하나 이상을 평가할 수 있다. The electromagnetic measurement value evaluation unit 821 can evaluate at least one of the transmission efficiency, the transmission capacity, the induced voltage, and the magnetic field strength of the secondary coil by applying the effective turn number.
이러한 전자기적 측정치 평가부(821)는 상기의 후처리에 기반하여 등가의 코일을 나타내어 등가의 전자기적 측정치를 계산할 수 있다. 또한, 전자기적 측정치 평가부는 전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기에 한정되지 않는다. The electromagnetic measurement value evaluation unit 821 can calculate an equivalent electromagnetic measurement value by showing an equivalent coil based on the post-processing described above. Further, the electromagnetic measurement evaluation unit is not limited to the transmission efficiency, the transmission capacity, the induced voltage, and the magnetic field strength.
물리적 측정치 평가부(822)는 실효 턴수를 적용하여 2차 코일의 실효 질량 등의 물리적 측정치를 평가할 수 있다. The physical measurement value evaluation unit 822 can evaluate the physical measurement such as the effective mass of the secondary coil by applying the effective turn number.
일례로, 분석 모듈(820)은 특정 위치에서 전자파 차단을 위해 특정 위치에서의 전자파의 제한 수치를 설정할 수 있다.For example, the analysis module 820 can set a limit value of the electromagnetic wave at a specific position for electromagnetic wave shielding at a specific position.
이와 같이 최적화 모듈(810)과 분석 모듈(820)은 서로 연결되어 정보를 전달함으로써, 최적화된 2차 코일의 레이아웃을 도출하고, 이러한 2차 코일의 레이아웃을 후처리 하여 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출할 수 있다.
As described above, the optimization module 810 and the analysis module 820 are connected to each other to transmit information, thereby deriving an optimized layout of the secondary coil, post-processing the layout of the secondary coil, Can be derived.
도 9는 일 실시예에 따른 2차 코일 레이아웃 최적화의 적용 예를 나타내는 도면이다. 9 is a diagram showing an application example of secondary coil layout optimization according to an embodiment.
도 9를 참조하면 2차 코일 레이아웃 최적화의 적용 예를 나타내는 것으로, 1차 코일 정보는 기 설정될 수 있다. 이 때, 2차 코일 레이아웃 최적화를 위해 초기의 설계 변수 정보가 제공될 수 있다. 예를 들어, 초기의 설계 변수 정보는 1차 코일의 사이즈 및 턴수에 대한 정보, 공진 주파수, 2차 코일을 위한 설계 영역 등을 포함할 수 있다.
Referring to Fig. 9, there is shown an application example of the secondary coil layout optimization, in which the primary coil information can be pre-set. At this time, initial design parameter information can be provided for secondary coil layout optimization. For example, the initial design parameter information may include information on the size and turn number of the primary coil, the resonance frequency, the design area for the secondary coil, and the like.
도 10은 일 실시예에 따른 2차 코일 레이아웃 최적화의 결과를 나타내는 도면이다. 10 is a diagram showing a result of secondary coil layout optimization according to an embodiment.
도 10을 참조하면, 제안 발명을 활용하여 동일한 최적설계 수식 하에서 3개의 공극(Air-gap) 조건에 대한 2차 코일 레이아웃의 설계안을 도출할 수 있다.Referring to FIG. 10, it is possible to derive a design of a secondary coil layout for three air-gap conditions under the same optimum design formula using the proposed invention.
도 10의 (a)는 3개의 공극 조건에서 반복 횟수에 따라 목적 함수 값을 비교하여 2차 코일 레이아웃의 설계안을 도출할 수 있고, (b)는 3개의 공극 조건에서 반복 횟수에 따라 질량 제한 조건을 비교하여 2차 코일 레이아웃의 설계안을 도출할 수 있다. 여기서, 질량 제한 조건은 음수로 주어질 수 있다. Fig. 10 (a) shows the design of the secondary coil layout by comparing the objective function values according to the number of repetitions in the three void conditions. Fig. 10 (b) The design of the secondary coil layout can be derived. Here, the mass limiting condition can be given as a negative number.
도 10의 (c)는 3개의 공극 조건에서의 계산적 결과를 나타내며, (d)에 도시된 바와 같이 3개의 공극 조건에서 반복에 따라 영역이 점차 최적을 찾아감으로써 2차 코일 레이아웃의 최적화 결과를 확인할 수 있다.
Fig. 10 (c) shows computational results in three void conditions. As shown in Fig. 10 (d), the optimization result of the secondary coil layout is obtained by gradually finding the optimum region according to the repetition in three void conditions Can be confirmed.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 2차 코일 레이아웃 최적화에 대한 실험 검증 결과를 나타내는 도면이다. 11 and 12 are diagrams showing experimental verification results of secondary coil layout optimization according to an embodiment.
도 11 및 도 12을 참조하면, 예를 들어 공극 10mm 및 40mm에서의 실험을 통한 검증을 할 수 있다. Referring to Figures 11 and 12, it is possible to conduct an experiment through experiments, for example, at 10 mm and 40 mm of pores.
도 11에 도시된 바와 같이, 2개의 공극(10mm, 40mm)에 대한 최적설계 결과를 후처리하여 실제 코일 형태를 도출하고, 이를 적용하여 동일한 조건 하에서 실험을 수행할 수 있다. 다시 말하면 각각의 공극 조건에서 최적설계를 수행하고, 실효 턴수를 적용함으로써 내부는 삭제되고 외부 루프(outer loop)만 남게 되어, 이를 통해 최종적인 실제 코일 형태를 도출할 수 있다. As shown in FIG. 11, an optimum design result for two voids (10 mm, 40 mm) is post-processed to derive an actual coil shape, and the experiment can be performed under the same conditions by applying this. In other words, by performing the optimum design in each pore condition and applying the effective turn number, the inside is deleted and only the outer loop is left, so that the final actual coil shape can be derived.
도 12에 도시된 바와 같이 실험 회로를 설계할 수 있으며, 각 공극 별로 수치 결과와 실험 결과의 전자기적 측정치 및 물리적 측정치를 비교하여 오차 범위를 확인할 수 있다. 이와 같이, 수치 결과와 실험 결과의 오차 범위를 고려함으로써 타당성 및 유효성이 검증될 수 있다.
The experimental circuit can be designed as shown in FIG. 12, and the error range can be confirmed by comparing the numerical results with the electromagnetic and physical measurements of the experimental results for each pore. Thus, validity and validity can be verified by considering the numerical results and the error ranges of the experimental results.
도 13 및 도 14는 다른 실시예에 따른 4개의 1차 코일 존재 시 공극 변화에 따른 2차 코일 레이아웃의 최적설계 결과를 나타내는 도면이다. 13 and 14 are views showing the results of optimal design of the secondary coil layout according to the variation of the air gap in the presence of four primary coils according to another embodiment.
도 13을 참조하면, 4개의 1차 코일 존재 시 공극 변화에 따른 2차 코일 레이아웃의 최적설계 결과를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, the optimum design result of the secondary coil layout according to the change of the air gap in the presence of four primary coils can be confirmed.
도 14를 참조하면, 4개의 1차 코일이 존재 하는 경우에도 2차 코일 레이아웃의 최적설계에 실효 턴수를 적용한 등가의 코일을 구할 수 있다. 여기서, 최적설계에서 내부는 삭제되고 외부 루프(outer loop)와 내부 루프(inner loop)가 남아, 이를 통해 최종적인 실제 코일 형태를 도출할 수 있다.Referring to FIG. 14, even when there are four primary coils, it is possible to obtain an equivalent coil applying the effective turn number to the optimum design of the secondary coil layout. Here, in the optimum design, the interior is deleted, and the outer loop and the inner loop remain, thereby obtaining the final actual coil shape.
실시예들은 고정격자 기반의 코일 표현과 실효 턴수 개념을 도입하여 무선전력전송 시스템의 코일 레이아웃을 최적화하는 방법으로서, 기존에 시도된 바 없었던 새로운 패러다임의 방법이다.Embodiments are new paradigm methods which have not been attempted in the past to optimize the coil layout of the wireless power transmission system by introducing the concept of the fixed lattice-based coil representation and the number of effective turns.
또한, 실시예들은 다수의 설계 변수를 포함하는 복잡한 무선전력전송 시스템을 대상으로, 다수의 제한 조건들을 만족시키면서 주어진 목적 함수를 최적화(혹은 최소화)시킬 수 있는 최적의 코일 레이아웃을 도출할 수 있다. 이를 통해 주어진 조건하에서 무선전력전송 시스템의 성능을 극대화시킬 수 있다.Embodiments can also derive an optimal coil layout that can target (or minimize) a given objective function to a complex radio power transmission system that includes a number of design variables while satisfying multiple constraints. This can maximize the performance of the wireless power transmission system under given conditions.
더욱이 강건 최적설계(robust optimization) 방법을 추가적으로 적용할 경우 송, 수신 시스템의 오정렬(misalignment)과 온도 변화에 따른 재질 특성 변화 등이 야기하는 인덕턴스 변화 및 이로 인한 시스템의 불안정성을 최소화할 수 있다. 이에 따라 무선전력전송 시스템의 안정성을 극대화시킬 수 있다.Furthermore, if robust optimization method is additionally applied, the inductance variation caused by misalignment of the transmission and reception system and the material property change due to the temperature change, and the instability of the system caused by the variation of the inductance can be minimized. Thus, the stability of the wireless power transmission system can be maximized.
실시예들은 설계자의 직관과 경험에 의존하는 기존 설계 방식과 달리, 최적설계에 기반하여 최적의 코일 레이아웃을 결정하기 때문에 제품 개발 과정에서 발생하는 시행착오(trial and error)를 대폭 줄일 수 있다. 이는 곧 제품 개발에 소요되는 시간 및 비용의 감소를 의미할 수 있다.Unlike conventional design methods, which depend on the designer's intuition and experience, the embodiments determine the optimum coil layout based on the optimum design, thereby greatly reducing trial and error in product development. This may mean a reduction in the time and cost of product development.
이러한 실시예들에 따른 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법 및 시스템은 저전력 휴대용 전자기기부터 대전력 전기자동차까지 다양한 무선전력전송 분야에 적용이 가능하며, 개별 제품의 경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 기대된다.
The secondary coil layout optimization method and system for wireless power transmission according to these embodiments can be applied to a variety of wireless power transmission fields ranging from low-power portable electronic devices to large-electric electric vehicles, and will greatly contribute to enhancing the competitiveness of individual products It is expected.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 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 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command 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 to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (15)
최적화된 상기 2차 코일의 레이아웃에 실효 턴수(effective turn)를 적용하여 후처리를 수행하는 단계; 및
상기 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출하는 단계
를 포함하고,
상기 전자기적 측정치는 상기 2차 코일의 전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 물리적 측정치는 상기 2차 코일의 질량, 부피, 크기 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 실효 턴수는 동일 위치에 존재하는 상기 상대 턴수 간의 차를 반영한 것을 특징으로 하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법. The secondary coil is reconstructed on the basis of the fixed grid reflecting the design area to set the relative number of turns for each of the fixed grids and at least one of the electromagnetic measurements and the physical measurements of the secondary coils is obtained, optimizing the layout;
Performing post-processing by applying an effective turn to the layout of the optimized secondary coil; And
Deriving an actual coil layout for the secondary coil
Lt; / RTI >
Wherein the electromagnetic measurement includes at least one of a transmission efficiency, a transmission capacity, an induced voltage, and a magnetic field strength (EMF) of the secondary coil, wherein the physical measurement includes at least one of a mass, a volume, / RTI >
Wherein the number of effective turns reflects a difference between the number of relative turns existing at the same position.
상기 실제 코일의 레이아웃을 도출하는 단계는,
상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치와 상기 물리적 측정치 중 적어도 하나 이상을 최대화 또는 최소화하는 목적 함수를 구하는 단계
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법. The method according to claim 1,
Wherein deriving the layout of the actual coils comprises:
Obtaining an objective function for maximizing or minimizing at least one of the electromagnetic measurement and the physical measurement of the secondary coil
/ RTI > for a wireless power transmission.
상기 실제 코일의 레이아웃을 도출하는 단계는,
상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치와 상기 물리적 측정치의 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제한 조건을 구하는 단계
를 더 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법. 3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein deriving the layout of the actual coils comprises:
Obtaining a limiting condition including at least one of the electromagnetic measurement of the secondary coil and the upper and lower limits of the physical measurement;
Wherein the secondary coil layout optimization method further comprises:
상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 단계는,
상기 설계 영역을 반영하여 상기 고정격자를 형성하는 단계;
상기 2차 코일을 상기 고정격자 기반으로 재구성하여 상기 고정격자 각각에 대한 상기 상대 턴수를 설정하여 실제 코일 턴수를 구하는 단계; 및
상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치와 상기 물리적 측정치를 구하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 단계
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법. The method according to claim 1,
Wherein optimizing the layout of the secondary coils comprises:
Forming the fixed grating reflecting the design area;
Reconstructing the secondary coil based on the fixed grating to set the relative number of turns for each of the fixed gratings to obtain an actual number of coil turns; And
Optimizing the layout of the secondary coil by obtaining the electromagnetic measurements and the physical measurements of the secondary coils
/ RTI > for a wireless power transmission.
상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 단계는,
상기 실효 턴수(effective turn)를 통해 상기 2차 코일의 상기 물리적 측정치를 계산하고, 맥스웰 방정식(Maxwell equations)을 통해 상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치를 계산하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 것
을 특징으로 하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법. The method according to claim 1,
Wherein optimizing the layout of the secondary coils comprises:
Calculating the physical measurements of the secondary coil through the effective turn and calculating the electromagnetic measurements of the secondary coil through Maxwell equations to optimize the layout of the secondary coils that
And a second coil layout optimization method for wireless power transmission.
상기 실효 턴수를 적용하여 후처리를 수행하는 단계는,
상기 실효 턴수를 적용하여 상기 2차 코일의 상기 물리적 측정치를 계산하는 단계; 및
상기 실효 턴수를 적용하여 상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치를 평가하는 단계
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법. The method according to claim 1,
The step of applying post-processing by applying the number of effective turns may include:
Calculating the physical measurement of the secondary coil by applying the effective turn number; And
Evaluating the electromagnetic measurement of the secondary coil by applying the effective turn number
/ RTI > for a wireless power transmission.
상기 실효 턴수를 적용하여 후처리를 수행하는 단계는,
상기 고정격자 기반의 코일 재현과 상기 실제 코일 구현 사이의 오차를 최소화하기 위해, 경계 조건의 코일 재현(smooth boundary representation)을 계산하는 단계
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법. The method according to claim 1,
The step of applying post-processing by applying the number of effective turns may include:
Calculating a smooth boundary representation of the boundary condition to minimize the error between the fixed grid based coil representation and the actual coil implementation,
/ RTI > for a wireless power transmission.
상기 실제 코일의 레이아웃을 도출하는 단계는,
상기 고정격자로 구성된 상기 2차 코일을 상기 실효 턴수를 바탕으로 매끄러운 경계를 가진 코일로 후처리 하는 단계; 및
매끄러운 경계로 표현된 상기 2차 코일의 물리적 특성치 및 전자기적 특성치를 계산하는 단계
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 방법. The method according to claim 1,
Wherein deriving the layout of the actual coils comprises:
Post-processing the secondary coil constituted by the fixed grid with a coil having a smooth boundary based on the effective turn number; And
Calculating a physical characteristic value and an electromagnetic characteristic value of the secondary coil represented by a smooth boundary
/ RTI > for a wireless power transmission.
최적화된 상기 2차 코일의 레이아웃에 동일 위치에 존재하는 상기 상대 턴수 간의 차를 반영한 실효 턴수(effective turn)를 적용하여 후처리를 수행하는 분석 모듈
을 포함하고,
상기 전자기적 측정치는 상기 2차 코일의 전송효율, 전송용량, 유도 전압, 자기장 세기(EMF) 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 물리적 측정치는 상기 2차 코일의 질량, 부피, 크기 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 최적화 모듈은 상기 분석 모듈로부터 후처리 결과를 전달 받아, 상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치와 상기 물리적 측정치 중 적어도 하나 이상을 분석하여 상기 2차 코일에 대한 실제 코일의 레이아웃을 도출하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템. The secondary coil is reconstructed on the basis of the fixed grid reflecting the design area to set the relative number of turns for each of the fixed grids and at least one of the electromagnetic measurements and the physical measurements of the secondary coils is obtained, An optimization module for optimizing the optimization module; And
An analysis module that performs post-processing by applying an effective turn that reflects a difference between the relative number of turns in the same position in the layout of the optimized secondary coil
/ RTI >
Wherein the electromagnetic measurement includes at least one of a transmission efficiency, a transmission capacity, an induced voltage, and a magnetic field strength (EMF) of the secondary coil, wherein the physical measurement includes at least one of a mass, a volume, / RTI >
The optimization module receives a post-processing result from the analysis module and analyzes at least one of the electromagnetic measurement value and the physical measurement value of the secondary coil to derive an actual coil layout for the secondary coil A secondary coil layout optimization system for wireless power transmission.
상기 최적화 모듈은,
상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치와 상기 물리적 측정치중 적어도 하나 이상을 최대화 및 최소화하는 목적 함수를 구하는 목적 함수 설정부
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템. 10. The method of claim 9,
The optimization module includes:
An objective function setting unit for obtaining an objective function for maximizing and minimizing at least one of the electromagnetic measurement value and the physical measurement value of the secondary coil,
A second coil layout optimization system for wireless power transmission.
상기 최적화 모듈은,
상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치와 상기 물리적 측정치의 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제한 조건을 구하는 제한 조건 설정부
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템. 10. The method of claim 9,
The optimization module includes:
A limiting condition setting unit for obtaining a limiting condition including at least one of the electromagnetic measurement of the secondary coil and the upper and lower limits of the physical measurement;
A second coil layout optimization system for wireless power transmission.
상기 최적화 모듈은,
상기 설계 영역을 반영하여 상기 고정격자를 형성하는 고정격자 생성부;
상기 2차 코일을 상기 고정격자 기반으로 재구성하여 상기 고정격자 각각에 대한 상기 상대 턴수를 설정하여 실제 코일 턴수를 구하는 상대 턴수 설정부; 및
상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치와 상기 물리적 측정치를 구하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 레이아웃부
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템. 10. The method of claim 9,
The optimization module includes:
A fixed grid generating unit for generating the fixed grid by reflecting the design area;
A relative number-of-turns setting unit that reconstructs the secondary coil based on the fixed grid to set the relative number of turns for each of the fixed grids to determine an actual number of coil turns; And
And a layout unit that obtains the electromagnetic measurement value and the physical measurement value of the secondary coil and optimizes the layout of the secondary coil,
A second coil layout optimization system for wireless power transmission.
상기 최적화 모듈은,
상기 실효 턴수(effective turn)을 통해 상기 2차 코일의 상기 물리적 측정치를 계산하고, 맥스웰 방정식(Maxwell equations)을 통해 상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치를 계산하여 상기 2차 코일의 레이아웃을 최적화하는 것
을 특징으로 하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템.10. The method of claim 9,
The optimization module includes:
Calculating the physical measurements of the secondary coil through the effective turn and calculating the electromagnetic measurements of the secondary through Maxwell equations to optimize the layout of the secondary coils that
A second coil layout optimization system for wireless power transmission.
상기 분석 모듈은,
상기 실효 턴수를 적용하여 상기 2차 코일의 상기 물리적 측정치를 계산하는 물리적 측정치 평가부; 및
상기 실효 턴수를 적용하여 상기 2차 코일의 상기 전자기적 측정치를 평가하는 전자기적 측정치 평가부
를 포함하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템. 10. The method of claim 9,
Wherein the analysis module comprises:
A physical measurement value evaluation unit for calculating the physical measurement value of the secondary coil by applying the effective turn number; And
An electromagnetic measurement evaluation unit for evaluating the electromagnetic measurement value of the secondary coil by applying the effective turn number,
A second coil layout optimization system for wireless power transmission.
상기 전자기적 측정치 평가부는,
상기 후처리에 기반하여 등가의 코일을 나타내어 등가의 상기 전자기적 측정치를 계산하는 것
을 특징으로 하는 무선전력전송을 위한 2차 코일 레이아웃 최적화 시스템. 15. The method of claim 14,
The electromagnetic measurement value evaluation unit may include:
Computing the equivalent electromagnetic measurements by showing the equivalent coils based on the post-processing
A second coil layout optimization system for wireless power transmission.
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Family Applications (1)
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2015
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| 휴대장치의 무선 전력전송 시스템에 대한 최적화(2014년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집, 이승법 외2인, 2014.7월 발행) |
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