KR101875974B1 - A wireless power transmission apparatus and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 복수의 코일, 교류 전력을 생성하는 전력 공급부, 제1 주파수로 상기 복수의 코일에 검출 신호를 인가하는 신호 발생부, 상기 복수의 코일에 인가된 검출 신호에 기초하여 가변되는 임피던스에 따른 전류값을 측정하는 전류 측정부, 상기 측정된 전류 값과 임계 값을 비교하고, 상기 측정된 전류 값이 임계 값을 초과하면 무선전력 수신장치의 위치를 판단하는 제어부;를 포함하고, 상기 임피던스는 무선전력 수신장치에 의해 가변된다.A wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention includes a plurality of coils, a power supply for generating AC power, a signal generator for applying a detection signal to the plurality of coils at a first frequency, A current measuring unit for measuring a current value according to a variable impedance based on a signal, comparing the measured current value with a threshold value, and determining a position of the wireless power receiving apparatus when the measured current value exceeds a threshold value And a control unit, wherein the impedance is varied by a wireless power receiving apparatus.

Figure R1020130096289
Figure R1020130096289

Description

무선 전력 송신 장치 및 그 방법{A WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND METHOD THEREOF}[0001] A WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히 자기 공진 현상을 이용하여 에너지를 효율적으로 전송하는 무선 전력 송신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wireless power transmission technology, and more particularly, to a wireless power transmission device and a method thereof that efficiently transmit energy using a self resonance phenomenon.

무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오 파(radio wave)나 레이저(laser)와 같은 전자기파를 방사해서 전기 에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동 칫솔이나 일부 무선 면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.In the 1800s, electric motors and transformers using electromagnetic induction principles began to be used, and then radio waves (radio waves) A method of transmitting electrical energy by radiating an electromagnetic wave such as a wave or a laser has also been tried. Our electric toothbrushes and some wireless shavers are actually charged with electromagnetic induction. Until now, the wireless energy transmission method is magnetic induction, self resonance, and remote transmission technology using short wavelength radio frequency.

최근에 이슈가 되고 있는 단거리 무선 전력 전송 기술의 응용 분야를 보면, 건물 내에 무선 전력 송신 장치를 설치하고, 건물 내부에서 사용자가 휴대폰이나 노트북 등과 같은 모바일 기기 내에 무선 전력 수신 장치를 사용하면 별도의 전원 케이블을 연결하지 않아도 계속해서 충전이 수행되는 경우가 대표적이다.The application of the short-range wireless power transmission technology, which has recently become an issue, involves installing a wireless power transmission device in a building, and when a user uses a wireless power reception device in a mobile device such as a mobile phone or a notebook, Typically, charging is continued without connecting cables.

그런데, 종래의 무선 전력 전송 기술에서는 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치의 존재 여부와 관계없이 항상 일정한 전력을 송신하여야 하므로 전력이 낭비되고 인체에 유해한 문제점이 있다.However, in the conventional wireless power transmission technology, since a constant power is always transmitted regardless of the presence or absence of a wireless power receiving apparatus receiving power, there is a problem that power is wasted and harmful to the human body.

이와 관련된 선행특허문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0077019호가 있다.A related patent document related thereto is Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0077019.

본 발명은 자기 공진 현상을 이용하여 에너지를 전송하는 무선 전력 송신 장치 및 그 방법을 제공한다.The present invention provides a wireless power transmission apparatus and method for transmitting energy using a self-resonant phenomenon.

또한, 본 발명은 무선 전력 수신 장치의 위치를 검출하는 무선 전력 송신 장치 및 그 방법을 제공한다.The present invention also provides a wireless power transmission apparatus and method for detecting the position of a wireless power receiving apparatus.

또한, 본 발명은 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 특정 전력 송신부를 통해 에너지를 전송하는 무선 전력 송신 장치 및 그 방법을 제공한다.
The present invention also provides a wireless power transmission apparatus and method for transmitting energy through a specific power transmission unit corresponding to a position of a wireless power reception apparatus.

본 발명은 복수의 코일, 교류 전력을 생성하는 전력 공급부, 제1 주파수로 상기 복수의 코일에 검출 신호를 인가하는 신호 발생부, 상기 복수의 코일에 인가된 검출 신호에 기초하여 가변되는 임피던스에 따른 전류값을 측정하는 전류 측정부, 상기 측정된 전류 값과 임계 값을 비교하고, 상기 측정된 전류 값이 임계 값을 초과하면 무선전력 수신장치의 위치를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 임피던스는 무선전력 수신장치에 의해 가변되는 자기 공진형 무선 전력 송신 장치를 제공한다.According to the present invention, there is provided a method of driving a motor including a plurality of coils, a power supply for generating AC power, a signal generator for applying a detection signal to the plurality of coils at a first frequency, And a controller for comparing the measured current value with a threshold value and determining a position of the wireless power receiving apparatus when the measured current value exceeds a threshold value, A self-resonant wireless power transmission apparatus which is variable by a power receiving apparatus.

또한, 본 발명은 복수의 코일에 제1 주파수로 신호를 인가하는 단계,상기 복수의 코일에 임피던스 가변에 기초하여 전류값을 측정하는 단계,상기 측정된 전류값과 임계값을 비교하는 단계,상기 비교 결과 상기 측정된 전류값이 임계값을 초과하면 무선전력 수신장치의 위치를 결정하는 단계;를 포함하고,,상기 임피던스는 상기 무선전력 수신장치에 의해 가변되고,,상기 1 주파수에 대응하여 감지된 복수의 코일은 제2 주파수로 상기 무선전력 수신장치에 전력을 공급하는 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an impedance of a coil, the method comprising: applying a signal to a plurality of coils at a first frequency; measuring a current value based on an impedance variable in the plurality of coils; And determining a position of the wireless power receiving apparatus when the measured current value exceeds a threshold value, wherein the impedance is varied by the wireless power receiving apparatus, and the impedance is detected Wherein the plurality of coils provide power to the wireless power receiving device at a second frequency.

본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 전력 송신부를 통해 에너지를 전송함으로써, 무선 전력 수신 장치로의 에너지 전송 효율을 향상할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the wireless power transmission apparatus can improve energy transfer efficiency to the wireless power reception apparatus by transmitting energy through the power transmission unit corresponding to the position of the wireless power reception apparatus.

또한, 무선 전력 송신 장치는 특정 전력 송신부를 통해 에너지 전송을 집중함으로써, 에너지 낭비를 감소할 수 있고 인체에 유해한 자기장의 발생을 감소시킬 수 있다.In addition, the wireless power transmission apparatus can reduce energy waste and reduce the occurrence of a harmful magnetic field to the human body by concentrating the energy transmission through the specific power transmission unit.

한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.Meanwhile, various other effects will be directly or implicitly disclosed in the detailed description according to the embodiment of the present invention to be described later.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 코일부의 등가 회로도;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 소스와 송신부의 등가 회로도;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 공진 코일부, 수신 코일부, 정류 회로 및 부하의 등가 회로도;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성도.1 is a diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention;
2 is an equivalent circuit diagram of a transmission coil part according to an embodiment of the present invention;
3 is an equivalent circuit diagram of a power source and a transmission unit according to an embodiment of the present invention;
4 is an equivalent circuit diagram of a receiving resonance coil part, a receiving coil part, a rectifying circuit, and a load according to an embodiment of the present invention;
5 is a configuration diagram of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention;

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may be changed according to the intention of the user, the operator, or the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다. 1 shows a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 전력 소스(10), 전력 송신부(20), 전력 수신부(30), 정류 회로(40) 및 부하(50)를 포함한다.1, a wireless power transmission system includes a power source 10, a power transmitter 20, a power receiver 30, a rectifier circuit 40, and a load 50.

전력 소스(10)에서 생성된 전력은 전력 송신부(20)로 전달되고, 자기 공진 현상에 의해 전력 송신부(20)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 전력 수신부(30)로 전달된다. 전력 수신부(30)로 전달된 전력은 정류 회로(40)를 거쳐 부하(50)로 전달된다. 이때, 상기 부하(50)는 충전지 또는 기타 전력을 필요로 하는 임의의 장치일 수 있다.The power generated by the power source 10 is transmitted to the power transmitter 20 and is transmitted to the power receiver 30 that resonates with the power transmitter 20 by the self resonance phenomenon. The power transmitted to the power receiving unit 30 is transmitted to the load 50 via the rectifying circuit 40. At this time, the load 50 may be any device requiring a rechargeable battery or other electric power.

좀 더 구체적으로, 전력 소스(10)는 소정의 주파수를 갖는 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스이다.More specifically, the power source 10 is an alternating current power source providing alternating current power having a predetermined frequency.

전력 송신부(20)는 송신 코일부(21)와 송신 공진 코일부(22)로 구성된다. 송신 코일부(21)는 전력 소스(10)와 연결되며, 교류 전류가 흐르게 된다. 송신 코일부(21)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일부(22)에도 교류 전류가 유도된다. 송신 공진 코일부(22)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 전력 송신부(20)와 공진 회로를 이루는 전력 수신부(30)로 전달된다.The power transmitting section 20 is composed of a transmitting coil section 21 and a transmitting resonance coil section 22. The transmitting coil part 21 is connected to the power source 10, and alternating current flows. When an alternating current flows in the transmitting coil part 21, an alternating current is also induced in the transmitting resonating coil part 22 physically spaced by the electromagnetic induction. The power transmitted to the transmitting resonance coil section 22 is transmitted to the power receiving section 30, which forms a resonant circuit with the power transmitting section 20, by self resonance.

자기 공진에 의한 전력 전송은 임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 간에 전력이 전송되는 현상으로써, 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 먼 거리까지 높은 효율로 전력을 전달할 수 있다.Power transmission by self-resonance is a phenomenon in which power is transmitted between two LC circuits whose impedances are matched. As a result, power can be transmitted at a higher efficiency than a power transmission by electromagnetic induction.

전력 수신부(30)는 수신 공진 코일부(31)과 수신 코일부(32)로 구성된다. 송신 공진 코일부(22)에 의해 송신된 전력은 수신 공진 코일부(31)에 의해 수신되어 수신 공진 코일부(31)에 교류 전류가 흐르게 된다. 수신 공진 코일부(31)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 코일부(32)로 전달된다. 수신 코일부(32)로 전달된 전력은 정류 회로(40)를 통해 정류되어 부하(50)로 전달된다.The power receiving unit 30 is composed of a receiving resonance coil unit 31 and a receiving coil unit 32. The power transmitted by the transmission resonance coil section 22 is received by the reception resonance coil section 31 and the AC current flows to the reception resonance coil section 31. [ The power transmitted to the reception resonance coil part 31 is transmitted to the reception coil part 32 by electromagnetic induction. The power delivered to the receiving coil part 32 is rectified through the rectifying circuit 40 and transferred to the load 50. [

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 코일부(21)의 등가 회로이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 송신 코일부(21)는 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 구성하게 된다.2 is an equivalent circuit of the transmission coil section 21 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the transmission coil section 21 may be constituted by an inductor L1 and a capacitor C1, thereby constituting a circuit having an appropriate inductance and capacitance value.

상기 캐패시터(C1)는 고정 캐패시터 또는 가변 캐패시터일 수 있다. 상기 캐패시터(C1)가 가변 캐패시터인 경우, 전력 송신부(20)는 가변 캐패시터를 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 한편, 송신 공진 코일부(22), 수신 공진 코일부(31), 수신 코일부(32)의 등가 회로도 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.The capacitor C1 may be a fixed capacitor or a variable capacitor. When the capacitor C1 is a variable capacitor, the power transmitter 20 may adjust impedance of the variable capacitor to perform impedance matching. On the other hand, the equivalent circuit of the transmission resonance coil section 22, the reception resonance coil section 31, and the reception coil section 32 may be the same as that shown in FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 소스(10)와 전력 송신부(20)의 등가 회로이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 송신 코일부(21)와 송신 공진 코일부(22)는 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.3 is an equivalent circuit of the power source 10 and the power transmitter 20 according to an embodiment of the present invention. 3, the transmission coil part 21 and the transmission resonance coil part 22 may be composed of inductors L1 and L2 and capacitors C1 and C2 having predetermined inductance and capacitance values, respectively .

특히, 송신 공진 코일부(22)의 캐패시터(C2)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 전력 송신부(20)는 상기 가변 캐패시터를 조절하여 자기 공진을 위한 공진 주파수 값을 조절할 수 있다.In particular, the capacitor C2 of the transmission resonance coil part 22 may be a variable capacitor, and the power transmitter 20 may adjust the resonance frequency value for self-resonance by adjusting the variable capacitor.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 공진 코일부(31), 수신 코일부(32), 정류 회로(40) 및 부하(50)의 등가 회로이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수신 공진 코일부(31)와 수신 코일부(32)는 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다.4 is an equivalent circuit of the receiving resonance coil part 31, the receiving coil part 32, the rectifying circuit 40 and the load 50 according to the embodiment of the present invention. 4, the reception resonance coil section 31 and the reception coil section 32 may be composed of inductors L3 and L4 and capacitors C3 and C4 having predetermined inductance and capacitance values, respectively .

정류 회로(40)는 다이오드(D1)와 평활 캐패시터(C5)로 구성될 수 있으며, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. 부하(50)는 1.3V의 직류 전원으로 표시되어 있으나, 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다.The rectifying circuit 40 may be composed of a diode D1 and a smoothing capacitor C5, and converts AC power into DC power and outputs it. The load 50 is indicated by a DC power supply of 1.3 V, but may be any rechargeable battery or device requiring DC power.

한편, 이하 본 발명의 실시 예에서는, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 전력 송신부를 통해 에너지를 전송하는 무선 전력 송신 장치 및 그 방법에 대해 설명한다.In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to a wireless power transmission apparatus for transmitting energy through a power transmission unit corresponding to a position of a wireless power reception apparatus, and a method thereof.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 나타낸다.5 shows a configuration of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 전력 공급부(11), 신호 발생부(12), 전류 측정부(13), 스위치 부(14), 제어부(15) 및 복수의 전력 송신부(20)를 포함한다. 여기서, 상기 복수의 전력 송신부(20)는 일체로 형성되어 송신 패드(25)를 구성한다.5, the wireless power transmission apparatus includes a power supply unit 11, a signal generation unit 12, a current measurement unit 13, a switch unit 14, a control unit 15, and a plurality of power transmission units 20 . Here, the plurality of power transmission units 20 are integrally formed to constitute a transmission pad 25.

한편, 도 5에서 상기 전력 송신부(20)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1의 전력 소스(10)에 포함될 수 있다.In FIG. 5, the remaining components except for the power transmitter 20 may be included in the power source 10 of FIG.

상기 송신 패드(25)는 규칙적으로 배열된 복수의 전력 송신부(20)를 포함한다. 여기서, 상기 송신 패드(25)는 사각형 모양으로 형성될 수 있으며, 이를 제한하지는 않는다.The transmission pad 25 includes a plurality of power transmission units 20 arranged in a regular order. Here, the transmission pad 25 may have a rectangular shape, but is not limited thereto.

이러한 송신 패드(25) 위에 무선 전력 수신 장치(60)가 위치하게 되면, 무선 전력 송신 장치는 송신 패드(25) 내의 특정 전력 송신부를 통해 무선 전력 수신 장치(60)로 에너지를 전송하게 된다.When the wireless power receiving apparatus 60 is positioned on the transmitting pad 25, the wireless power transmitting apparatus transmits energy to the wireless power receiving apparatus 60 through the specific power transmitting unit in the transmitting pad 25. [

전력 공급부(11)는 에너지 전송을 위한 특정 주파수의 교류 전력을 발생하고, 이를 스위치 부(14)로 제공한다.The power supply unit 11 generates AC power of a specific frequency for energy transmission and provides it to the switch unit 14. [

신호 발생부(12)는 무선 전력 수신 장치의 위치를 검출하기 위한 측정 신호를 발생하고, 이를 스위치 부(14)로 제공한다. 이때, 상기 측정 신호는 자체 공진 주파수를 갖는 전류 신호일 수 있다.The signal generating unit 12 generates a measurement signal for detecting the position of the wireless power receiving apparatus and provides it to the switch unit 14. At this time, the measurement signal may be a current signal having a self-resonant frequency.

스위치 부(14)는 신호 발생부(12)로부터 제공받은 측정 신호를 복수의 전력 송신부(20)에 순차적으로 제공하기 위해 스위칭하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 스위치 부(14)는 제어부(15)의 제어에 따라 제1 전력 송신부(20_1)부터 제12 전력 송신부(20_12)까지 순차적으로 신호를 스위칭하면서, 무선 전력 수신 장치의 위치를 검출하도록 한다. The switch unit 14 switches the measurement signal provided from the signal generator 12 to sequentially provide the measurement signals to the plurality of power transmitters 20. That is, under the control of the control unit 15, the switch unit 14 sequentially switches signals from the first power transmission unit 20_1 to the twelfth power transmission unit 20_12 to detect the position of the wireless power reception device .

또한, 스위치 부(14)는 전력 공급부(11)에서 발생한 전력을 복수의 전력 송신부(20) 중 특정 전력 송신부(20)로 제공하기 위해 스위칭하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 스위치 부(14)는 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 전력 송신부로 전력이 제공되도록 스위칭하고, 나머지 전력 송신부로는 전력이 제공되지 않도록 스위칭한다. 여기서, 상기 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 전력 송신부는 해당 무선 전력 수신 장치가 위치하는 송신 패드의 영역 아래에 배치된 전력 송신부를 의미한다.The switch unit 14 switches the power generated by the power supply unit 11 to provide power to the specific power transmission unit 20 among the plurality of power transmission units 20. That is, the switch unit 14 switches the power to be supplied to the power transmitting unit corresponding to the position of the wireless power receiving apparatus, and switches the power to the remaining power transmitting unit so that power is not supplied. Here, the power transmission unit corresponding to the position of the wireless power reception device means a power transmission unit disposed below the area of the transmission pad where the wireless power reception device is located.

복수의 전력 송신부(20)는 송신 패드(25) 내부에 격자 모양 또는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 즉, 상기 복수의 전력 송신부(20)는 송신 패드(25)의 영역을 복수 개의 균등한 영역들로 구분하도록 형성될 수 있다.The plurality of power transmission units 20 may be arranged in a lattice or matrix form within the transmission pad 25. That is, the plurality of power transmission units 20 may be formed to divide the area of the transmission pad 25 into a plurality of equal areas.

또한, 복수의 전력 송신부(20)는 동일한 크기와 모양을 갖도록 구성될 수 있으며, 이를 제한하지는 않는다. 한편, 본 실시 예에서, 상기 복수의 전력 송신부(20)는 총 12개의 전력 송신부(20_1~20_12)가 격자 모양으로 배열되는 것을 예시하고 있으나, 이를 제한하지는 않는다.In addition, the plurality of power transmission units 20 may be configured to have the same size and shape, but are not limited thereto. Meanwhile, in the present embodiment, the plurality of power transmitters 20 illustrate a total of twelve power transmitters 20_1 to 20_12 arranged in a lattice pattern, but the present invention is not limited thereto.

또한, 복수의 전력 송신부(20)는 각각 송신 코일부(21) 및 송신 공진 코일부(22)를 포함한다. Each of the plurality of power transmission sections 20 includes a transmission coil section 21 and a transmission resonance coil section 22, respectively.

송신 코일부(21)는 상기 스위치 부(14)와 연결되며, 그 내부에 교류 전류가 흘러 자기장을 발생한다. 그리고, 상기 송신 코일부(21)는 전자기 유도 현상을 통해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일부(22)로 자기장을 전송한다.The transmitting coil part 21 is connected to the switch part 14, and an alternating current flows therein to generate a magnetic field. Then, the transmission coil part 21 transmits a magnetic field to the transmission resonance coil part 22 physically spaced by electromagnetic induction.

송신 공진 코일부(22)가 송신 코일부(21)로부터 자기장을 수신하면, 그 내부에 교류 전류가 유도된다. 그리고, 송신 공진 코일부(22)는 자기 공진 현상을 이용하여 내부에 저장된 에너지를 무선 전력 수신 장치(60)로 제공한다. 이때, 자기 공진에 의한 무선 전력 전송을 위해, 송신 공진 코일부(22)의 자체 공진 주파수와 수신 공진 코일부(미도시)의 자체 공진 주파수는 서로 일치하여야 한다.When the transmission resonance coil section 22 receives a magnetic field from the transmission coil section 21, an alternating current is induced in the transmission coil section 21. Then, the transmission resonance coil section 22 provides the energy stored therein to the wireless power receiving apparatus 60 using the self-resonance phenomenon. At this time, the self-resonance frequency of the transmission resonance coil part 22 and the self-resonance frequency of the reception resonance coil part (not shown) must coincide with each other for wireless power transmission by self-resonance.

송신 공진 코일부(22)는 캐패시터(22a)를 포함하며, 상기 캐패시터(22a)는 고정 캐패시터 또는 가변 캐패시터일 수 있다.The transmission resonance coil part 22 includes a capacitor 22a, and the capacitor 22a may be a fixed capacitor or a variable capacitor.

상기 송신 공진 코일부(22)의 캐패시터(22a)가 가변 캐패시터인 경우, 제어부(15)는 송신 공진 코일부(22)의 캐패시터(22a)를 통해 자기 공진을 위한 공진 주파수를 조절할 수 있다.When the capacitor 22a of the transmission resonance coil part 22 is a variable capacitor, the controller 15 can adjust the resonance frequency for self-resonance through the capacitor 22a of the transmission resonance coil part 22.

가령, 무선 전력 수신 장치가 고정된 자체 공진 주파수를 갖는다고 가정하면, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 갖도록 송신 공진 코일부(22)의 가변 캐패시터(22a)를 조절하게 된다. 이때, 제어부(18)는 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수에 대한 정보를 미리 저장할 필요가 있다.For example, assuming that the wireless power receiving apparatus has a fixed self-resonant frequency, the wireless power transmitting apparatus may be configured such that the variable capacitor 22a of the transmitting resonant coil section 22 is set to have the same resonant frequency as the resonant frequency of the wireless power receiving apparatus . At this time, the controller 18 needs to store information on the resonance frequency of the wireless power receiving apparatus in advance.

한편, 상기 송신 공진 코일부(22)의 캐패시터(22a)가 고정 캐패시터인 경우, 상기 캐패시터는 송신 공진 코일부(22)의 공진 주파수가 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수와 동일하도록 미리 설정될 수 있다.On the other hand, when the capacitor 22a of the transmission resonance coil part 22 is a fixed capacitor, the capacitor can be set in advance so that the resonance frequency of the transmission resonance coil part 22 is equal to the resonance frequency of the wireless power reception device .

제어부(15)는 송신 패드(25) 위에 존재하는 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 특정 전력 송신부만 동작하도록 제어할 수 있다.The control unit 15 can control to operate only the specific power transmission unit corresponding to the position of the wireless power receiving device existing on the transmission pad 25. [

가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신 장치(60)가 제5 전력 송신부(20_5), 제6 전력 송신부(20_6), 제9 전력 송신부(20_9) 및 제10 전력 송신부(20_10) 위에 위치하는 경우, 제어부(15)는 스위치 부(14)를 통해 상기 제5 전력 송신부(20_5), 제6 전력 송신부(20_6), 제9 전력 송신부(20_9) 및 제10 전력 송신부(20_10)만 동작하도록 제어할 수 있다.5, when the wireless power receiving apparatus 60 is connected to the fifth power transmitting unit 20_5, the sixth power transmitting unit 20_6, the ninth power transmitting unit 20_9 and the tenth power transmitting unit 20_10 The control unit 15 controls only the fifth power transmission unit 20_5, the sixth power transmission unit 20_6, the ninth power transmission unit 20_9 and the tenth power transmission unit 20_10 through the switch unit 14 .

또한, 상기 제어부(15)는 상기 무선 전력 수신 장치(60)와 가장 많이 중첩되는 제6 전력 송신부(20_6)만 동작하도록 스위치 부(14)를 통해 제어할 수 있다. The control unit 15 may control the switch unit 14 to operate only the sixth power transmission unit 20_6 that overlaps the wireless power reception device 60 the most.

이러한 과정을 통해, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 전력 송신부(20)를 통해 상기 무선 전력 수신 장치로 에너지 전송을 집중할 수 있게 된다.Through this process, the wireless power transmission apparatus can concentrate the energy transmission to the wireless power reception apparatus through the power transmission unit 20 corresponding to the position of the wireless power reception apparatus.

전류 측정부(13)는 무선 전력 송신 장치의 내부 전류를 측정하고, 상기 측정 결과를 제어부(15)로 제공한다. 그러면, 상기 제어부(15)는 상기 전류 측정부(13)로부터 제공받은 전류 측정값을 기반으로 무선 전력 수신 장치의 위치를 검출한다.The current measuring unit 13 measures the internal current of the wireless power transmitting apparatus and provides the measurement result to the control unit 15. [ Then, the control unit 15 detects the position of the wireless power receiving apparatus based on the current measurement value supplied from the current measuring unit 13.

이때, 제어부(15)가 전류 측정값을 통해 무선 전력 수신 장치의 위치를 검출하는 원리는 다음과 같다.At this time, the principle that the controller 15 detects the position of the wireless power receiving apparatus through the current measurement value is as follows.

각 전력 송신부(20), 즉 송신 공진 코일부(22)는 병렬로 연결된 인덕터 및 캐패시터 성분에 의해 자체 공진 주파수(f1)를 갖는다. 그리고, 각 전력 송신부는 서로 동일한 자체 공진 주파수(f1)를 갖는다.Each power transmission section 20, that is, the transmission resonance coil section 22 has its own resonant frequency f 1 by the inductor and the capacitor component connected in parallel. Each of the power transmission units has the same self-resonant frequency f 1 .

이러한 자체 공진 주파수를 갖는 측정 신호를 특정 전력 송신부로 인가하게 되면, 무선 전력 송신 장치 내에서 측정되는 전류 값은 최소가 된다. 왜냐하면, 상기 전력 송신부의 인덕터 및 캐패시터는 자체 공진 주파수(f1)에서 개방(open) 상태로 보여져 임피던스가 최대로 되기 때문이다.When a measurement signal having such a self-resonant frequency is applied to a specific power transmission unit, the current value measured in the wireless power transmission apparatus is minimized. This is because the inductor and the capacitor of the power transmission unit are seen to be open at the resonance frequency f 1 , and the impedance is maximized.

그런데, 전력 송신부에 무선 전력 수신 장치가 근접하게 되면, 전력 송신부의 인덕터(L1) 성분과 수신 장치의 인덕터(L2) 성분이 서로 커플링되어 상호 간에 상호 인덕턴스 성분이 발생하게 된다. 이때, 상기 상호 인덕턴스 성분은 하기 수학식 1과 같이 정의된다.However, when the wireless power receiving apparatus is brought close to the power transmitting unit, the inductor (L1) component of the power transmitting unit and the inductor (L2) component of the receiving apparatus are coupled to each other to generate mutual inductance components. In this case, the mutual inductance component is defined by Equation (1).

Figure 112013073654283-pat00001
Figure 112013073654283-pat00001

여기서 k는 결합 계수(coupling coefficient), L1은 전력 송신부의 자기 인덕턴스, L2는 수신 장치의 자기 인덕턴스이다.Where k is the coupling coefficient, L 1 is the magnetic inductance of the power transmitter, and L 2 is the magnetic inductance of the receiver.

상기 전력 송신부와 수신 장치 사이에 발생된 상호 인덕턴스 성분(M)은 전력 송신부 또는 수신 장치의 자체 공진 주파수(f1)를 변화시키며, 상기 변화된 공진 주파수를 상호 공진 주파수(f2)라 지칭한다.The mutual inductance component M generated between the power transmitting unit and the receiving device changes the self resonant frequency f 1 of the power transmitting unit or the receiving unit and the changed resonant frequency is referred to as mutual resonant frequency f 2 .

이러한 상호 공진 주파수(f2)에서, 전력 송신부의 인덕터 및 캐패시터는 최대 임피던스 값을 갖지 못한다. 따라서, 수신 장치가 근접한 전력 송신부에 자체 공진 주파수(f1)를 갖는 측정 신호를 인가하게 되면, 무선 전력 송신 장치 내에서 측정되는 전류 값은 증가하게 된다.At this mutual resonance frequency f 2 , the inductors and capacitors of the power transmitter do not have a maximum impedance value. Therefore, when the receiving apparatus applies a measurement signal having its own resonance frequency (f 1 ) to a nearby power transmission unit, the current value measured in the wireless power transmission apparatus increases.

그리고, 수신 장치가 전력 송신부로 점점 가까이 근접할수록, 상기 상호 공진 주파수(f2) 또는 상기 무선 전력 송신 장치 내에서 측정되는 전류 값은 점점 증가하게 된다. 이러한 상호 공진 주파수(f2) 또는 전류 값의 변화를 통해, 제어부(15)는 특정 전력 송신부에 무선 전력 수신 장치가 근접하는지 여부를 판단할 수 있게 된다.And, as the receiving apparatus gets closer to the power transmitting unit, the mutual resonance frequency f 2 or the current value measured in the radio power transmitting apparatus gradually increases. Through the change in the mutual resonance frequency f 2 or the current value, the controller 15 can determine whether the wireless power receiving apparatus is close to the specific power transmitting unit.

한편, 제어부(15)는 전류 값에 따른 상호 공진 주파수 값을 룩업 테이블 형태로 미리 저장할 수 있다. 이러한 룩업 테이블을 통해, 제어부(15)는 전류 측정부(13)에서 검출된 전류 값을 기반으로 상호 공진 주파수(f2)를 파악할 수 있다.On the other hand, the control unit 15 may previously store the mutual resonance frequency values according to the current values in the form of a look-up table. Through the look-up table, the control unit 15 can grasp the mutual resonance frequency f 2 based on the current value detected by the current measuring unit 13.

또한, 제어부(15)는 복수의 전력 송신부(20)를 순차적으로 제어해가면서, 상기 전류 측정부(13)에서 제공된 전류 값에 대한 정보를 모니터링한다. 그리고, 상기 제어부(15)는 상기 전류 값에 대한 정보를 기반으로 송신 패드 상의 어느 영역에 무선 전력 수신 장치가 위치하는지를 검출하게 된다.The controller 15 sequentially monitors the plurality of power transmission units 20 and monitors information on the current value provided by the current measurement unit 13. [ The control unit 15 detects in which region on the transmission pad the wireless power receiving apparatus is located based on the information on the current value.

가령, 제어부(15)는 스위치 부(14)의 제어를 통해 제1 전력 송신부(20_1)에 자체 공진 주파수(f1)를 갖는 측정 신호를 인가한다. 그런 다음, 상기 전류 측정부(13)로부터 전류 값에 대한 정보를 수신하게 되면, 제어부(15)는 상기 제1 전력 송신부(20_1)가 위치하는 송신 패드의 영역 상에 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 인지하게 된다.For example, the control unit 15 applies the measurement signal having the self-resonant frequency f1 to the first power transmission unit 20_1 through the control of the switch unit 14. [ Then, when receiving information on the current value from the current measuring unit 13, the controller 15 determines whether a wireless power receiving apparatus exists on a region of the transmitting pad where the first power transmitting unit 20_1 is located .

제어부(15)는 이러한 과정을 나머지 전력 송신부들에 대해 순차적으로 실시하여 해당 전력 송신부가 위치하는 송신 패드의 영역 위에 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 인지하게 된다.The controller 15 sequentially performs this process for the remaining power transmitters and recognizes whether or not the wireless power receiver is present on the area of the transmission pad where the corresponding power transmitter is located.

또한, 상기 제어부(15)는 복수의 전력 송신부(20)에 대응하는 복수의 영역들 중 어느 영역에 무선 전력 수신 장치가 위치하는지를 판단하기 위한 임계값을 미리 설정할 필요가 있다. 왜냐하면, 무선 전력 수신 장치(60)가 복수의 영역들 상에 중첩되어 위치하는 경우, 해당 영역에 걸쳐있는 복수의 전력 송신부 모두에서 전류량 변화가 검출되기 때문이다.In addition, the control unit 15 needs to set a threshold value for determining in which area of the plurality of areas corresponding to the plurality of power transmitting units 20 the wireless power receiving apparatus is located. This is because, when the wireless power receiving apparatus 60 is placed over a plurality of regions, a change in the amount of current is detected in all of the plurality of power transmission sections that span the region.

이러한 임계값 설정을 통해, 상기 제어부(15)는 무선 전력 수신 장치와 가장 많이 중첩되는 영역에 위치하는 송신 코일부를 결정할 수 있게 된다. 따라서, 상기 제어부(15)는 상기 전류 측정부(13)로부터 수신한 전류 값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우에만, 해당 전력 송신부 상에 무선 전력 수신 장치가 위치하고 있음을 판단할 수 있다.Through the setting of the threshold value, the controller 15 can determine a transmission coil part located in the area which overlaps most with the wireless power reception device. Therefore, the control unit 15 can determine that the wireless power receiving apparatus is located on the power transmitting unit only when the current value received from the current measuring unit 13 exceeds a preset threshold value.

무선 전력 수신 장치의 위치에 대한 검출이 완료되면, 상기 제어부(15)는 상기 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 전력 송신부를 통해 에너지를 전송하게 된다. 즉, 상기 제어부(15)는 스위치 부(14)의 제어를 통해 해당 전력 송신부로 상기 전력 공급부(11)에서 발생된 교류 전력을 제공한다.When the detection of the position of the wireless power receiving apparatus is completed, the controller 15 transmits energy through the power transmitting unit corresponding to the position of the wireless power receiving apparatus. That is, the control unit 15 provides the AC power generated by the power supply unit 11 to the corresponding power transmission unit through the control of the switch unit 14.

무선 전력 송신 장치는 전력 공급부(11)를 통해 상호 공진 주파수(f2)를 갖는 교류 전력을 발생하여, 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 전력 송신부를 통해 에너지를 전송하게 된다. 즉, 실제 에너지 전송은 자체 공진 주파수(f1)가 아닌 상호 공진 주파수(f2)로 이루어진다. 이때, 상기 제어부(15)는 상호 공진 주파수(f2)를 갖는 교류 전력을 발생하도록 상기 전력 공급부(11)를 제어할 수 있다. The wireless power transmission apparatus generates AC power having the mutual resonance frequency f 2 through the power supply unit 11 and transmits energy through the power transmission unit corresponding to the position of the wireless power reception apparatus. That is, the actual energy transmission is not the self resonant frequency f 1 but the mutual resonant frequency f 2 . At this time, the control unit 15 may control the power supply unit 11 to generate AC power having a mutual resonance frequency f 2 .

한편, 본 실시 예에서, 무선 전력 송신 장치는 전류량 변화를 통해 무선 전력 수신 장치의 위치를 검출하는 방법을 예시하고 있으나, 이를 제한하지는 않는다. 즉, 상기 무선 전력 송신 장치는 전류량 변화를 이용한 검출 방법이 아닌, 송신 패드 상의 압력 센서를 이용한 검출 방법 등을 사용할 수도 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the wireless power transmission apparatus exemplifies a method of detecting the position of the wireless power receiving apparatus through a change in the amount of current, but it is not limited thereto. That is, the wireless power transmission apparatus may use a detection method using a pressure sensor on a transmission pad instead of a detection method using a change in amount of current.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 송신 패드 상에 존재하는 무선 전력 수신 장치의 위치에 대응하는 특정 전력 송신부를 통해 에너지를 전송함으로써, 상기 무선 전력 수신 장치로의 에너지 전송 효율을 향상할 수 있다.As described above, the wireless power transmission apparatus according to the embodiment of the present invention transmits energy through the specific power transmission unit corresponding to the position of the wireless power reception apparatus existing on the transmission pad, The transmission efficiency can be improved.

한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

10 : 전력 소스 11 : 전력 공급부
12 : 신호 발생부 13 : 전류 측정부
14 : 스위치 부 15 : 제어부
20 : 전력 송신부 21 : 송신 코일부
22 : 송신 공진 코일부 30 : 전력 수신부
31 : 수신 공진 코일부 32 : 수신 코일부
40 : 정류회로 50 : 부하
60 : 무선 전력 수신 장치10: Power source 11: Power supply
12: Signal generating part 13: Current measuring part
14: Switch part 15: Control part
20: power transmission unit 21:
22: transmitting resonance coil part 30: power receiving part
31: receiving resonance coil part 32: receiving coil part
40: rectifier circuit 50: load
60: Wireless power receiving device

Claims (16)

무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 송신하는 무선전력 송신장치에 있어서,
복수의 코일;
상기 복수의 코일 각각에 대응하게 병렬로 연결되는 가변 캐패시터;
제1 주파수로 상기 복수의 코일에 무선전력 수신장치 검출 신호를 인가하는 신호 발생부;
상기 복수의 코일에 인가된 검출 신호에 기초하여 가변되는 임피던스에 따른 각 코일의 전류값을 측정하는 전류 측정부;
상기 측정된 각 코일의 전류 값과 임계 전류값을 비교하고, 상기 측정된 각 코일의 전류 값 중 상기 임계 전류값을 초과하는 적어도 하나의 코일을 확인하고, 상기 확인된 적어도 하나의 코일에 대응하는 위치를 무선전력 수신장치의 위치로 감지하는 제어부;
상기 무선전력 수신장치의 위치에 대응하는 코일에 전력을 인가하는 전력 공급부;를 포함하고,
상기 임피던스는 무선전력 수신장치에 의해 가변되고,
상기 가변 캐패시터는 상기 무선전력 수신장치의 위치에 대응하는 코일의 주파수를 제2 주파수로 가변하고,
상기 무선전력 수신장치의 위치에 대응하는 코일은 상기 가변된 제2 주파수로 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전송하고,
상기 임계 전류값은 상기 무선전력 수신장치를 감지하기 위한 미리 설정된 최소 전류값인 무선전력 송신장치.A wireless power transmission apparatus for wirelessly transmitting power to a wireless power receiving apparatus,
A plurality of coils;
A variable capacitor connected in parallel to each of the plurality of coils;
A signal generator for applying a wireless power receiver detection signal to the plurality of coils at a first frequency;
A current measuring unit for measuring a current value of each coil according to a variable impedance based on a detection signal applied to the plurality of coils;
Comparing the measured current value of each coil with a threshold current value, identifying at least one coil among the current values of the measured coils exceeding the threshold current value, and determining at least one coil corresponding to the identified at least one coil A controller for sensing a position of the wireless power receiving apparatus as a position of the wireless power receiving apparatus;
And a power supply unit for applying power to a coil corresponding to a position of the wireless power receiving apparatus,
The impedance is varied by the wireless power receiving device,
Wherein the variable capacitor varies a frequency of a coil corresponding to a position of the wireless power receiving apparatus to a second frequency,
A coil corresponding to a position of the wireless power receiving apparatus transmits power to the wireless power receiving apparatus at the variable second frequency,
Wherein the threshold current value is a predetermined minimum current value for sensing the wireless power receiving apparatus. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수는 상이한 무선전력 송신장치.The method according to claim 1,
Wherein the first frequency and the second frequency are different. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
복수의 코일을 배치하는 패드를 포함하는 무선전력 송신장치.The method according to claim 1,
And a pad for placing a plurality of coils. 제8항에 있어서,
상기 복수의 코일은 패드로부터 하부에 배치되는 무선전력 송신장치.9. The method of claim 8,
Wherein the plurality of coils are disposed below the pads. 제9항에 있어서,
상기 복수의 코일은 상기 패드에 격자 또는 매트릭스 형태로 배열되는 무선전력 송신장치.10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of coils are arranged in a lattice or matrix form on the pad. 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치의 전력 전송 방법에 있어서,
복수의 코일에 제1 주파수로 무선전력 수신장치 검출 신호를 인가하는 단계;
상기 복수의 코일에 임피던스 가변에 기초하여 각 코일의 전류값을 측정하는 단계;
상기 측정된 각 코일의 전류값과 임계 전류값을 비교하는 단계;
상기 비교 결과 상기 측정된 각 코일의 전류값 중 임계 전류값을 가지는 적어도 하나의 코일을 감지하는 단계;
상기 감지된 적어도 하나의 코일에 대응하는 위치로 무선전력 수신장치의 위치를 결정하는 단계;
상기 무선전력 수신장치의 위치에 대응하는 적어도 하나의 코일의 주파수를 가변 캐패시터에 의해 상기 무선전력 수신장치의 무선전력 수신 주파수인 제2 주파수로 가변하는 단계;
상기 가변된 제2 주파수로 상기 무선전력 수신장치에 전력을 공급하는 단계;를 포함하고,
상기 임피던스는 상기 무선전력 수신장치에 의해 가변되고,
스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 복수의 코일에 검출 신호를 인가하거나, 상기 무선전력 수신장치의 위치에 대응하는 코일에 전력을 공급하고,
상기 임계 전류값은 상기 무선전력 수신장치를 감지하기 위한 미리 설정된 최소 전류값인 무선전력 송신방법.A power transmission method of a wireless power transmission apparatus for wirelessly transmitting power to a wireless power reception apparatus,
Applying a wireless power receiver detection signal at a first frequency to a plurality of coils;
Measuring a current value of each of the coils based on an impedance variable;
Comparing the measured current value of each coil with a threshold current value;
Detecting at least one coil having a critical current value among the measured current values of the coils as a result of the comparison;
Determining a location of the wireless power receiving device at a location corresponding to the sensed at least one coil;
Varying a frequency of at least one coil corresponding to a position of the wireless power receiving apparatus to a second frequency that is a wireless power receiving frequency of the wireless power receiving apparatus by using a variable capacitor;
And supplying power to the wireless power receiving apparatus at the variable second frequency,
Wherein the impedance is varied by the wireless power receiving apparatus,
A detection signal is applied to the plurality of coils according to a switching operation of the switch, a power is supplied to a coil corresponding to a position of the wireless power receiving apparatus,
Wherein the threshold current value is a preset minimum current value for sensing the wireless power receiving apparatus. 제11항에 있어서,
상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수는 상이한 무선전력 송신방법. 12. The method of claim 11,
Wherein the first frequency and the second frequency are different. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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