KR102091215B1 - Wireless power transmitting apparatus and wireless power receiving apparatus - Google Patents

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KR102091215B1 KR1020180059064A KR20180059064A KR102091215B1 KR 102091215 B1 KR102091215 B1 KR 102091215B1 KR 1020180059064 A KR1020180059064 A KR 1020180059064A KR 20180059064 A KR20180059064 A KR 20180059064A KR 102091215 B1 KR102091215 B1 KR 102091215B1
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Abstract

본 발명은 고출력을 요구하는 부하에 안정적으로 전력을 공급하기 위한 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다. 무선 전력 전송 과정에서 부하의 소비 전력이 급격하게 변화함으로 인해서 발생하는 문제점을 방지하기 위하여, 본 발명에서는 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수와 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수를 서로 다른 값으로 설정한다. 특히 본 발명에서는 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수가 구동 주파수보다 낮은 값으로 설정된다. 또한 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치의 구동 주파수는 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수에 기초하여 설정되는 구동 범위 내의 값으로 설정된다.The present invention relates to a wireless power transmission device and a wireless power reception device for stably supplying power to a load requiring high power. In order to prevent a problem caused by a sudden change in power consumption of a load in a wireless power transmission process, in the present invention, the resonance frequency of the wireless power transmission device and the resonance frequency of the wireless power reception device are set to different values. In particular, in the present invention, the resonance frequency of the wireless power transmission device is set to a value lower than the driving frequency. In addition, the driving frequency of the wireless power transmission apparatus according to the present invention is set to a value within a driving range that is set based on the resonance frequency of the wireless power receiving apparatus.

Figure R1020180059064
Figure R1020180059064

Description

무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치{WIRELESS POWER TRANSMITTING APPARATUS AND WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS}Wireless power transmission device and wireless power reception device {WIRELESS POWER TRANSMITTING APPARATUS AND WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS}

본 발명은 고출력을 요구하는 부하에 안정적으로 전력을 공급하기 위한 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmission device and a wireless power reception device for stably supplying power to a load requiring high power.

무선 전력 전송 기술(Wireless power transmission)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 전기 에너지를 전송하는 기술이다. 현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 전력 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.Wireless power transmission technology (wireless power transmission) is a technology that transmits electric energy wirelessly using the principle of induction of a magnetic field. Until now, the energy transmission method using wireless can be largely classified into a magnetic induction method, a magnetic resonance method, and a power transmission method using a short wavelength radio frequency.

이 중 자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 이용하는 기술이다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 전송 효율이 높아 최근 널리 사용되고 있다. 미국 공개특허공보 제2016-0322856호에는 자기 유도 방식을 이용하여 휴대용 전동 공구에 전력을 공급하는 기술이 개시되어 있다.Among them, the magnetic induction method is a technique that uses a phenomenon in which the magnetic flux generated at this time causes electromotive force in another coil when two coils are adjacent to each other and then current flows through one coil. The magnetic induction method can transmit power up to several hundred kilowatts (kW) and has high transmission efficiency, so it is widely used in recent years. US Patent Publication No. 2016-0322856 discloses a technique for supplying power to a portable power tool using a magnetic induction method.

도 1은 자기 유도 방식을 이용하는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 일부 회로 구성을 간략하게 나타낸다. 또한 도 2는 무선 전력 송신기의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 수신기에 전달되는 전압 값의 변화를 나타내는 그래프이다. 또한 도 3은 무선 전력 송신기의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 송신기의 송신 코일에 흐르는 전류 값의 변화를 나타내는 그래프이다.1 schematically illustrates a circuit configuration of a wireless power transmitter and a wireless power receiver using a magnetic induction method. 2 is a graph showing a change in a voltage value transmitted to a wireless power receiver according to a change in a driving frequency value of the wireless power transmitter. 3 is a graph showing a change in a current value flowing through a transmission coil of the wireless power transmitter according to a change in a driving frequency value of the wireless power transmitter.

도면을 참조하면, 무선 전력 송신기(10)는 무선 전력 수신기(12)로 무선 전력 신호를 송신하기 위한 송신 코일(L1) 및 송신 코일(L1)과 직렬로 연결되는 커패시터(C1)를 포함한다. 무선 전력 송신기(10)에 구비되며 구동 주파수에 기초하여 구동되는 인버터부(미도시)에 의해 생성되는 교류 전력이 송신 코일(L1)에 공급되면, 송신 코일(L1) 주변에 자기장이 형성된다. 이러한 자기장에 의해서 무선 전력 수신기(12)에 구비되는 수신 코일(L2)에 교류 전력이 유도됨으로써 무선 전력 송신기(10)로부터 무선 전력 수신기(12)로 전력이 전송된다. 무선 전력 수신기(12)에 의해서 수신된 전력은 내부 변환 회로를 통해 변환되어 무선 전력 수신기(12)와 전기적으로 연결되는 부하로 공급된다.Referring to the drawings, the wireless power transmitter 10 includes a transmitting coil L1 for transmitting a wireless power signal to the wireless power receiver 12 and a capacitor C1 connected in series with the transmitting coil L1. When AC power generated by the inverter unit (not shown) provided in the wireless power transmitter 10 and driven based on the driving frequency is supplied to the transmitting coil L1, a magnetic field is formed around the transmitting coil L1. AC power is induced to the receiving coil L2 provided in the wireless power receiver 12 by the magnetic field, thereby transmitting power from the wireless power transmitter 10 to the wireless power receiver 12. The power received by the wireless power receiver 12 is converted through an internal conversion circuit and supplied to a load electrically connected to the wireless power receiver 12.

무선 전력 송신기(10)는 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)과 캐패시터(C1)의 캐패시턴스 값(C1)에 의해서 정의되는 공진 주파수(

Figure 112018051027682-pat00001
)를 갖는다. 마찬가지로, 무선 전력 수신기(12)는 수신 코일(L2)의 인덕턴스 값(L2)과 캐패시터(C2)의 캐패시턴스 값(C2)에 의해서 정의되는 공진 주파수(
Figure 112018051027682-pat00002
)를 갖는다. 종래 기술에 따르면, 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수(fTx)와 무선 전력 수신기(12)의 공진 주파수(fRx)는 서로 동일한 값으로 설정된다.The wireless power transmitter 10 has a resonance frequency defined by an inductance value (L 1 ) of the transmitting coil (L1) and a capacitance value (C 1 ) of the capacitor (C1) (
Figure 112018051027682-pat00001
). Similarly, the wireless power receiver 12 has a resonance frequency defined by the inductance value L 2 of the receiving coil L2 and the capacitance value C 2 of the capacitor C2 (
Figure 112018051027682-pat00002
). According to the prior art, the resonant frequency (f Rx) of the resonance frequency (f Tx) with the wireless power receiver 12 of the wireless power transmitter 10 is set to a value equal to one another.

한편, 무선 전력 수신기(12)로부터 전력을 공급받는 부하가 사용하는 전력, 즉 소비 전력은 상황에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 무선 전력 수신기(12)와 연결된 부하와 무선 전력 수신기(12)와의 상대적인 위치 또는 무선 전력 송신기(10)와 무선 전력 수신기(12) 간의 상대적인 위치가 달라지면 부하의 소비 전력이 낮아지거나(경부하) 높아질(중부하) 수 있다. 또 다른 예로 무선 전력 송신기(10)와 무선 전력 수신기(12) 간의 거리가 갑자기 일정 거리 이상으로 멀어지게 될 경우, 부하의 소비 전력이 존재하지 않는 무부하 상태가 될 수도 있다.Meanwhile, power used by a load supplied with power from the wireless power receiver 12, that is, power consumption may vary depending on the situation. For example, if the load connected to the wireless power receiver 12 and the relative position between the wireless power receiver 12 or the relative position between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 12 are different, the power consumption of the load is lowered (the neck). Lower) can be high (heavy load). As another example, when the distance between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 12 suddenly becomes farther than a certain distance, the load power consumption may not be present.

도 2에는 무선 전력 수신기(12)와 연결된 부하의 소비 전력이 낮을 때, 즉 경부하일 때(202)와 높을 때, 즉 중부하일 때(204), 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 수신기에 전달되는 전압 값의 변화가 도시되어 있다.2, when the power consumption of the load connected to the wireless power receiver 12 is low, that is, when it is light load 202 and when it is high, that is, when it is heavy load 204, the change in the driving frequency value of the wireless power transmitter 10 The change in the voltage value delivered to the wireless power receiver according to is illustrated.

도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값이 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수 값(fTx)(또는 이와 동일하게 설정되는 무선 전력 수신기(12)의 공진 주파수 값(fRx))에 가까울수록, 무선 전력 수신기(12)로부터 전력을 공급받는 부하의 소비 전력 변화에 따른 무선 전력 수신기(12)에 전달되는 전압 값의 변화가 매우 크게 나타난다.2, the driving frequency value of the wireless power transmitter 10 is the resonance frequency value (f Tx ) of the wireless power transmitter 10 (or the resonance frequency value of the wireless power receiver 12 is set equal to this) (f Rx )), the change in voltage value transmitted to the wireless power receiver 12 according to a change in power consumption of a load supplied with power from the wireless power receiver 12 is very large.

예컨대 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값이 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수 값(fTx)과 동일하게 설정된 경우, 부하가 무선 전력 수신기(12)로부터 전력을 공급받던 도중에 무선 전력 송신기(10)와 무선 전력 수신기(12), 또는 부하와 무선 전력 수신기(12) 간의 상대적인 위치가 변경되어 부하의 소비 전력이 급격하게 감소하는 상황이 발생하면, 무선 전력 수신기(12)에 전달되는 전압 값이 급격하게 증가한다. 이와 같은 전압 값의 급격한 증가는 무선 전력 수신기(12)를 구성하는 소자의 소손을 유발하여 무선 전력 수신기(12)의 고장으로 이어질 수 있다.For example, when the driving frequency value of the wireless power transmitter 10 is set equal to the resonance frequency value (f Tx ) of the wireless power transmitter 10, the wireless power transmitter (W) while the load is receiving power from the wireless power receiver 12 10) when the relative position between the wireless power receiver 12 or the load and the wireless power receiver 12 is changed and a situation in which the power consumption of the load decreases rapidly occurs, a voltage value transmitted to the wireless power receiver 12 This increases sharply. Such a sudden increase in the voltage value may cause damage to the elements constituting the wireless power receiver 12 and lead to failure of the wireless power receiver 12.

한편, 도 3에는 무선 전력 수신기(12)와 연결된 부하의 소비 전력이 낮을 때, 즉 경부하일 때(302)와 높을 때, 즉 중부하일 때(304), 그리고 무선 전력 송신기(10)와 무선 전력 수신기(12) 간의 연결이 끊어진 무부하 상태일 때(306) 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 수신기에 전달되는 전압 값의 변화가 도시되어 있다.On the other hand, in Figure 3, when the power consumption of the load connected to the wireless power receiver 12 is low, that is, when light load 302 and high, that is, when heavy load 304, and wireless power transmitter 10 and wireless power The change in the voltage value transmitted to the wireless power receiver according to the change in the driving frequency value of the wireless power transmitter 10 when the connection between the receivers 12 is disconnected in the no-load state 306 is shown.

도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값이 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수 값(fTx)(또는 이와 동일하게 설정되는 무선 전력 수신기(12)의 공진 주파수 값(fRx))에 가까울수록, 무선 전력 수신기(12)로부터 전력을 공급받는 부하의 소비 전력 변화에 따른 무선 전력 송신기(10)의 송신 코일에 흐르는 전류 값의 변화가 매우 크게 나타난다.As shown in FIG. 3, the driving frequency value of the wireless power transmitter 10 is the resonance frequency value f Tx of the wireless power transmitter 10 (or the resonance frequency value of the wireless power receiver 12 that is set equal to this) (f Rx )), the change in current value flowing through the transmitting coil of the wireless power transmitter 10 according to the change in power consumption of the load supplied with power from the wireless power receiver 12 is very large.

예컨대 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값이 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수 값(fTx)과 동일하게 설정된 경우, 부하가 무선 전력 수신기(12)로부터 전력을 공급받던 도중에 무선 전력 송신기(10)와 무선 전력 수신기(12), 또는 부하와 무선 전력 수신기(12) 간의 상대적인 위치가 변경되어 부하의 소비 전력이 급격하게 감소하는 상황이 발생하면, 무선 전력 송신기(12)의 송신 코일에 흐르는 전류가 급격하게 증가한다. 이와 같은 전류 값의 급격한 증가는 송신 코일 또는 다른 소자의 소손을 유발하여 무선 전력 송신기(12)의 고장으로 이어질 수 있다.For example, when the driving frequency value of the wireless power transmitter 10 is set equal to the resonance frequency value (f Tx ) of the wireless power transmitter 10, the wireless power transmitter (W) while the load is receiving power from the wireless power receiver 12 10) and the wireless power receiver 12, or when the relative position between the load and the wireless power receiver 12 is changed, a situation in which the power consumption of the load rapidly decreases, flowing in the transmitting coil of the wireless power transmitter 12 The current increases rapidly. Such a rapid increase in the current value may cause the transmission coil or other elements to burn out, which may lead to failure of the wireless power transmitter 12.

이러한 현상을 방지하기 위하여, 종래에는 도 2 및 도 3과 같이 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수가 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수 값(fTx)(또는 이와 동일하게 설정되는 무선 전력 수신기(12)의 공진 주파수 값(fRx)) 보다 큰 값을 갖도록 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값의 범위(fo)를 설정한다. 구동 주파수 값이 도 2 또는 도 3과 같이 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수 값(fTx) 보다 큰 범위(fo) 내에서 설정되면, 무선 전력 수신기(12)로부터 전력을 공급받는 부하의 소비 전력 변화에 따른 무선 전력 수신기(12)에 전달되는 전압 값의 변화 및 무선 전력 송신기(10)의 송신 코일에 흐르는 전류 값의 변화가 작아지게 되므로 무선 전력 송신기(10) 및 무선 전력 수신기(12)의 안정성을 높일 수 있다.In order to prevent this phenomenon, conventionally, as shown in FIGS. 2 and 3, a wireless power receiver in which the driving frequency of the wireless power transmitter 10 is set equal to the resonance frequency value f Tx of the wireless power transmitter 10 (or the same) The range f o of the driving frequency value of the wireless power transmitter 10 is set to have a value greater than the resonance frequency value (f Rx ) of (12). When the driving frequency value is set within a range f o greater than the resonance frequency value f Tx of the wireless power transmitter 10 as shown in FIG. 2 or 3, the load of the power supplied from the wireless power receiver 12 Since the change in the voltage value transmitted to the wireless power receiver 12 according to the change in power consumption and the change in the current value flowing in the transmission coil of the wireless power transmitter 10 become smaller, the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 12 ) Can improve the stability.

그러나 도 3에 도시된 바와 같이 전력 전송 도중에 무선 전력 송신기(10)와 무선 전력 수신기(12)의 연결이 차단되어 무부하 상태가 될 경우, 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수 값(fTx)이 보다 높은 값(fTx')으로 증가한다. 이러한 무선 전력 송신기(10)의 공진 주파수 값의 변화로 인하여, 부하의 소비 전력 변화에 따른 무선 전력 송신기(10)의 송신 코일에 흐르는 전류 값의 변화가 다시 커지게 된다.However, as illustrated in FIG. 3, when the connection between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 12 is blocked during the power transmission, the resonance frequency value (f Tx ) of the wireless power transmitter 10 is reduced . It increases to a higher value (f Tx '). Due to the change in the resonance frequency value of the wireless power transmitter 10, the change in the current value flowing through the transmission coil of the wireless power transmitter 10 according to the change in power consumption of the load becomes large again.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래의 무선 전력 송신기(10)와 무선 전력 수신기(12)는 전력 전송 과정에서 미리 설정된 주기(예컨대, 3초)에 따라서 무선 통신을 통해 소비 전압의 변화나 주파수 특성 변화에 대한 정보를 주고받는다. 무선 전력 송신기(10)는 이와 같은 정보를 기초로 무선 전력 송신기(10) 및 무선 전력 수신기(12)의 안정성을 높이기 위하여 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수를 실시간으로 변경하는 구동 주파수 제어를 수행한다.In order to solve this problem, the conventional wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 12 change or consume a voltage or frequency characteristic through wireless communication according to a preset period (for example, 3 seconds) in a power transmission process. Send and receive information about change. The wireless power transmitter 10 performs driving frequency control to change the driving frequency of the wireless power transmitter 10 in real time to increase the stability of the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 12 based on this information. do.

그러나 이러한 방법에 따르면 이전 정보와 다음 정보의 전송 간격, 즉 정보의 전송 주기 사이에 부하의 소비 전력이 갑작스럽게 변화하게 될 경운 전압 또는 전류의 급격한 변화를 방지하기 어려운 문제가 있다. 또한 제품 규격에 따라서 구동 주파수의 범위에 제한이 존재하므로, 구동 주파수 제어만으로는 전술한 문제를 완전히 해결하기 어려운 문제가 있다.However, according to this method, there is a problem in that it is difficult to prevent a sudden change in the voltage or current when the power consumption of the load changes abruptly between the transmission interval of the previous information and the next information, that is, the transmission period of the information. In addition, since there is a limitation in the range of the driving frequency according to the product specification, there is a problem that it is difficult to completely solve the above-described problem only by driving frequency control.

또한 종래에는 부하의 소비 전력 변화에 따른 무선 전력 수신기(12)에 전달되는 전압 값의 급격한 변화 또는 무선 전력 송신기(10)의 송신 코일에 흐르는 전류 값의 급격한 변화에 따른 소자의 소손을 방지하기 위하여 무선 전력 송신기(10) 또는 무선 전력 수신기(12) 내부에 보호 회로를 구비하기도 한다. 그러나 보호 회로의 추가로 인하여 제품의 크기 및 제조 비용이 상승하는 문제가 있다. 또한 부하의 소비 전력이 50W 이상으로 커지게 되면 무선 전력 송신기(10) 또는 무선 전력 수신기(12)의 내부에 흐르는 전압 또는 전류의 크기도 커지게 되므로 보호 회로만으로는 소자의 소손을 방지하는데 한계가 있다.In addition, in the related art, in order to prevent the element from being burned out due to a rapid change in the voltage value transmitted to the wireless power receiver 12 according to the change in power consumption of the load or a rapid change in the current value flowing in the transmission coil of the wireless power transmitter 10, A protection circuit may be provided inside the wireless power transmitter 10 or the wireless power receiver 12. However, due to the addition of the protection circuit, there is a problem in that the product size and manufacturing cost increase. In addition, when the power consumption of the load increases to 50W or more, the size of the voltage or current flowing inside the wireless power transmitter 10 or the wireless power receiver 12 also increases, so there is a limit to prevent the device from being burned out by the protection circuit alone. .

본 발명은 무선 전력 전송 과정에서 송신 측과 수신 측 사이에 구동 주파수 제어를 위한 별도의 정보를 주고받는 과정 없이 구동 주파수를 고정된 값으로 사용하더라도 부하의 소비 전력 변화에 관계없이 안정적인 무선 전력 전송이 가능한 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides stable wireless power transmission regardless of changes in power consumption of a load even if the driving frequency is used as a fixed value without a process of transmitting and receiving separate information for controlling the driving frequency between the transmitting side and the receiving side in the wireless power transmission process. It is an object to provide a wireless power transmission device and a wireless power reception device that are possible.

또한 본 발명은 부하의 소비 전력 변화에 따른 전압 또는 전류의 급격한 변화로 인한 소자의 소손을 보호하기 위한 보호 회로를 구비할 필요가 없는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a wireless power transmission device and a wireless power reception device that do not need to have a protection circuit to protect the device from damage due to a rapid change in voltage or current according to the change in power consumption of the load. .

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means of the appended claims and combinations thereof.

전술한 바와 같이 무선 전력 전송 과정에서 부하의 소비 전력이 급격하게 변화함으로 인해서 발생하는 문제점을 방지하기 위하여, 본 발명에서는 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수와 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수를 서로 다른 값으로 설정한다.As described above, in order to prevent a problem caused by a sudden change in power consumption of a load in a wireless power transmission process, in the present invention, the resonance frequency of the wireless power transmission device and the resonance frequency of the wireless power reception device are set to different values. Set.

특히 본 발명에서는 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수를 구동 주파수보다 낮은 값으로 설정한다. 본 발명에서 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수는 다음과 같이 설정될 수 있다.In particular, in the present invention, the resonance frequency of the wireless power transmission device is set to a value lower than the driving frequency. In the present invention, the resonance frequency of the wireless power transmission device may be set as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018051027682-pat00003
Figure 112018051027682-pat00003

(여기서, fTx는 상기 송신부의 공진 주파수, a는 상수이며 0<a<1, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수)(Where f Tx is the resonant frequency of the transmitter, a is a constant, and 0 <a <1, f o is the drive frequency of the inverter)

본 발명에서는 a를 0.2 이하의 값으로 설정함으로써 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수를 구동 주파수보다 충분히 낮은 값으로 설정할 수 있다. 이에 따라서 부하의 소비 전력이 급격히 감소하거나 갑작스럽게 무부하 상태가 되어 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수가 증가하게 되더라도 무선 전력 송신 장치의 코일에 흐르는 전류의 크기가 급격하게 증가하는 현상이 방지되어 무선 전력 송신 장치의 안정적인 구동이 보장된다.In the present invention, by setting a to a value of 0.2 or less, the resonance frequency of the wireless power transmission device can be set to a value sufficiently lower than the driving frequency. Accordingly, even when the power consumption of the load is rapidly reduced or suddenly becomes no-load, and the resonance frequency of the wireless power transmitter increases, the phenomenon that the magnitude of the current flowing through the coil of the wireless power transmitter increases rapidly prevents wireless power transmission. Stable operation of the device is ensured.

한편, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치의 구동 주파수는 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수에 기초하여 설정되는 구동 범위 내의 값으로 설정된다. 본 발명에서 무선 전력 송신 장치의 구동 주파수는 다음과 같이 설정될 수 있다.Meanwhile, the driving frequency of the wireless power transmission apparatus according to the present invention is set to a value within a driving range that is set based on the resonance frequency of the wireless power reception apparatus. In the present invention, the driving frequency of the wireless power transmission device may be set as follows.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018051027682-pat00004
Figure 112018051027682-pat00004

(여기서, fRx는 상기 수신부의 공진 주파수, b는 상수이며 0<b<1, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수)(Where f Rx is the resonant frequency of the receiver, b is a constant and 0 <b <1, f o is the drive frequency of the inverter)

본 발명에서 b는 0.1 이하의 값으로 설정될 수 있다. 이처럼 본 발명에서는 무선 전력 송신 장치의 구동 주파수가 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수에 인접한 값으로 설정되며, 고정된 값으로 설정된다. In the present invention, b may be set to a value of 0.1 or less. As described above, in the present invention, the driving frequency of the wireless power transmission device is set to a value adjacent to the resonance frequency of the wireless power reception device, and is set to a fixed value.

또한 본 발명에서 무선 전력 송신 장치에 포함되는 송신 코일은 아래와 같은 인덕턴스 값을 갖도록 설정된다.In addition, the transmission coil included in the wireless power transmission apparatus in the present invention is set to have the following inductance value.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018051027682-pat00005
Figure 112018051027682-pat00005

(여기서, L1은 상기 송신 코일의 인덕턴스 값, VIN은 상기 인버터에 입력되는 입력 전압의 크기, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수, PMAX는 상기 무선 전력 수신 장치로 전송되는 전력의 최대 크기, n은 상수로서 상기 인버터부가 풀 브릿지 회로로 구성될 때 1로 설정되고 상기 인버터부가 하프 브릿지 회로로 구성될 때 2로 설정됨)(Where L 1 is the inductance value of the transmitting coil, V IN is the magnitude of the input voltage input to the inverter, f o is the drive frequency of the inverter unit, P MAX is the maximum magnitude of the power transmitted to the wireless power receiving device , n is a constant, which is set to 1 when the inverter portion is composed of a full bridge circuit and 2 when the inverter portion is composed of a half bridge circuit)

송신 코일의 인덕턴스 값을 위와 같이 설정함으로써, 전력 전송 과정에서 전력 전송 효율 및 고조파 억제 효과가 극대화될 수 있다.By setting the inductance value of the transmitting coil as above, the power transmission efficiency and the harmonic suppression effect can be maximized in the power transmission process.

본 발명에 따르면, 무선 전력 전송 과정에서 송신 측과 수신 측 사이에 구동 주파수 제어를 위한 별도의 정보를 주고받는 과정 없이 구동 주파수를 고정된 값으로 사용하더라도 부하의 소비 전력 변화에 관계없이 안정적인 무선 전력 전송이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, in the wireless power transmission process, even if the driving frequency is used as a fixed value without the process of transmitting and receiving separate information for controlling the driving frequency between the transmitting side and the receiving side, stable wireless power regardless of the change in power consumption of the load There is an advantage that transmission is possible.

또한 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치는 부하의 소비 전력 변화에 따른 전압 또는 전류의 급격한 변화로 인한 소자의 소손을 보호하기 위한 보호 회로를 구비할 필요가 없는 장점이 있다.In addition, the wireless power transmitting apparatus and the wireless power receiving apparatus according to the present invention have an advantage of not having to have a protection circuit to protect the device from damage due to a sudden change in voltage or current according to the change in power consumption of the load.

도 1은 자기 유도 방식을 이용하는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 일부 회로 구성을 간략하게 나타낸다.
도 2는 무선 전력 송신기의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 수신기에 전달되는 전압 값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 무선 전력 송신기의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 송신기의 송신 코일에 흐르는 전류 값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 수신기에 전달되는 전압 값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 무부하 상태일 때 송신 코일에 흐르는 전압 및 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 7은 경부하 상태일 때 송신 코일에 흐르는 전압 및 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 8은 중부하 상태일 때 송신 코일에 흐르는 전압 및 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 9는 부하의 소비 전력 변화에 따라서 무선 전력 송신 장치로부터 출력되는 출력 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.1 schematically illustrates a circuit configuration of a wireless power transmitter and a wireless power receiver using a magnetic induction method.
2 is a graph showing a change in a voltage value transmitted to a wireless power receiver according to a change in a driving frequency value of the wireless power transmitter.
3 is a graph showing a change in a current value flowing through a transmission coil of a wireless power transmitter according to a change in a driving frequency value of the wireless power transmitter.
4 shows the configuration of a wireless power transmission apparatus and a wireless power reception apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a change in a voltage value transmitted to a wireless power receiver according to a change in a driving frequency value of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing waveforms of voltages and currents flowing in the transmitting coil when in a no-load state.
7 is a graph showing waveforms of voltage and current flowing in the transmitting coil when in a light load state.
8 is a graph showing waveforms of voltages and currents flowing in the transmitting coil when in a heavy load state.
9 is a graph showing a change in output voltage output from the wireless power transmission apparatus according to a change in power consumption of the load.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical spirit of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타낸다.4 shows the configuration of a wireless power transmission apparatus and a wireless power reception apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(40)는 정류부(402), 인버터부(404), 송신부(406)를 포함한다.4, the wireless power transmission apparatus 40 according to an embodiment of the present invention includes a rectifying unit 402, an inverter unit 404, a transmitting unit 406.

정류부(402)는 외부 전원(44)으로부터 입력되는 교류 입력 전력을 정류하여 직류 전력을 출력한다. 정류부(402)는 하나 이상의 다이오드로 구성되는 정류 회로 및 하나 이상의 캐패시터 소자로 구성될 수 있다. 정류부(402)를 구성하는 정류 회로의 예시로는 반파 정류 회로, 전파 정류 회로, 브릿지 전파 정류 회로, 또는 PFC(Power Factor Correction) 회로 등을 들 수 있다.The rectifying unit 402 rectifies the AC input power input from the external power supply 44 to output DC power. The rectifying unit 402 may include a rectifying circuit composed of one or more diodes and one or more capacitor elements. Examples of the rectifying circuit constituting the rectifying unit 402 include a half-wave rectifying circuit, a full-wave rectifying circuit, a bridge full-wave rectifying circuit, or a PFC (Power Factor Correction) circuit.

인버터부(404)는 정류부(402)로부터 출력되는 직류 전력을 변환하여 교류 전력을 출력한다. 인버터부(404)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자(예컨대, IGBT 소자 또는 FET 소자 등)를 포함한다. 인버터부(404)에 포함되는 스위칭 소자는 미리 정해진 구동 주파수에 따라서 상보적인 턴 온 및 턴 오프 동작을 반복적으로 수행하는 스위칭 동작을 통해서 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.The inverter unit 404 converts DC power output from the rectifying unit 402 to output AC power. The inverter unit 404 includes one or more switching elements (eg, IGBT elements or FET elements) for converting DC power into AC power. The switching element included in the inverter unit 404 converts DC power into AC power through a switching operation that repeatedly performs complementary turn-on and turn-off operations according to a predetermined driving frequency.

인버터부(404)를 구성하는 스위칭 소자의 개수 및 연결 방법에 따라서 다양한 구성을 갖는 회로가 인버터부(404)에 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 인버터부(404)는 하프 브릿지(Half Bridge) 회로 또는 풀 브릿지 회로(Full Bridge) 회로로 구성될 수 있다.Circuits having various configurations may be applied to the inverter unit 404 according to the number of switching elements constituting the inverter unit 404 and a connection method. In an embodiment of the present invention, the inverter unit 404 may be configured as a half bridge circuit or a full bridge circuit.

송신부(406)는 인버터부(404)로부터 출력되는 교류 전력을 이용하여 무선 전력 수신 장치(42)로 전력을 송신한다. 송신부(406)는 서로 직렬로 연결되는 송신 코일(L1) 및 캐패시터(C1)를 포함한다.The transmitter 406 transmits power to the wireless power receiver 42 using AC power output from the inverter 404. The transmitting unit 406 includes a transmitting coil L1 and a capacitor C1 connected in series with each other.

인버터부(404)로부터 출력되는 교류 전류가 송신 코일(L1)에 흐르면 송신 코일(L1) 주변에 자기장이 형성되고, 이 자기장에 의해서 무선 전력 수신 장치(42)의 수신부(426)에 포함되는 수신 코일(L2)에 교류 전류가 유도되어 전력 전송이 이루어진다.When an alternating current output from the inverter unit 404 flows in the transmission coil L1, a magnetic field is formed around the transmission coil L1, and the reception included in the reception unit 426 of the wireless power receiving device 42 by the magnetic field AC current is induced to the coil L2 to transmit power.

무선 전력 송신 장치(40)는 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)과 캐패시터(C1)의 캐패시턴스 값(C1)에 의해서 정의되는 공진 주파수(fTx)를 갖는다. The wireless power transmission apparatus 40 has a resonance frequency f Tx defined by the inductance value L 1 of the transmission coil L1 and the capacitance value C 1 of the capacitor C1.

다시 도면을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(42)는 수신부(426), 정류부(422), 컨버터부(424)를 포함한다.Referring back to the drawings, the wireless power receiver 42 includes a receiver 426, a rectifier 422, and a converter 424.

수신부(426)는 무선 전력 송신 장치(40)의 송신부(406)로부터 전송되는 전력을 수신하여 교류 전력을 생성한다. 수신부(426)는 서로 직렬로 연결되는 수신 코일(L2) 및 캐패시터(C2)를 포함한다. 전술한 바와 같이 송신 코일(L1) 주변에 형성되는 자기장에 의해서 무선 전력 수신 장치(42)의 수신부(426)에 포함되는 수신 코일(L2)에 교류 전류가 유도된다.The reception unit 426 receives the power transmitted from the transmission unit 406 of the wireless power transmission apparatus 40 to generate AC power. The receiving unit 426 includes a receiving coil L2 and a capacitor C2 connected in series with each other. As described above, an alternating current is induced to the receiving coil L2 included in the receiving unit 426 of the wireless power receiving apparatus 42 by a magnetic field formed around the transmitting coil L1.

무선 전력 수신 장치(42)는 수신 코일(L2)의 인덕턴스 값(L2)과 캐패시터(C2)의 캐패시턴스 값(C2)에 의해서 정의되는 공진 주파수(fRx)를 갖는다.The wireless power receiving device 42 has a resonance frequency f Rx defined by the inductance value L 2 of the receiving coil L2 and the capacitance value C 2 of the capacitor C2.

정류부(422)는 수신부(426)로부터 출력되는 교류 전력을 변환하여 직류 전력을 출력한다. 정류부(422)는 하나 이상의 다이오드로 구성되는 정류 회로 및 하나 이상의 캐패시터 소자로 구성될 수 있다. 정류부(422)를 구성하는 정류 회로의 예시로는 반파 정류 회로, 전파 정류 회로, 브릿지 전파 정류 회로, 또는 PFC(Power Factor Correction) 회로 등을 들 수 있다.The rectifying unit 422 converts AC power output from the receiving unit 426 to output DC power. The rectifying unit 422 may include a rectifying circuit composed of one or more diodes and one or more capacitor elements. Examples of the rectifying circuit constituting the rectifying unit 422 include a half-wave rectifying circuit, a full-wave rectifying circuit, a bridge full-wave rectifying circuit, or a PFC (Power Factor Correction) circuit.

컨버터부(424)는 정류부(422)로부터 출력되는 직류 전력을 변환하여 부하(46)에 공급한다. 도 4의 실시예에서는 직류 전력을 사용하는 부하(46)가 연결되어 직류-직류(DC-DC) 컨버터부(424)가 사용되고 있으나, 실시예에 따라서 다른 종류의 컨버터가 사용될 수도 있다. 또한 실시예에 따라서는 컨버터부(424)가 생략되고 정류부(422)에 의해서 출력되는 전력이 직접 부하(46)로 공급될 수도 있다.The converter unit 424 converts DC power output from the rectifying unit 422 and supplies it to the load 46. In the embodiment of FIG. 4, a load 46 using DC power is connected to use a DC-DC converter unit 424, but other types of converters may be used depending on the embodiment. In addition, depending on the embodiment, the converter unit 424 is omitted and the power output by the rectifier 422 may be directly supplied to the load 46.

도 4에 도시된 무선 전력 송신 장치(40)는 외부 전원(44)이 인가됨에 따라서 송신부(406)를 통해서 무선 전력 송신 장치(42)로 전력을 송신한다. 무선 전력 수신 장치(42)는 무선 전력 송신 장치(40)를 통해서 전송되는 전력을 수신하여 부하(46)의 구동에 필요한 소비 전력을 공급한다.The wireless power transmission device 40 shown in FIG. 4 transmits power to the wireless power transmission device 42 through the transmission unit 406 as the external power source 44 is applied. The wireless power receiving device 42 receives power transmitted through the wireless power transmitting device 40 and supplies power required for driving the load 46.

본 발명의 일 실시예에서 무선 전력 수신 장치(42)는 부하(46)와 물리적으로 결합되거나, 부하(46) 내의 일부 모듈로서 구현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the wireless power receiving device 42 may be physically coupled to the load 46 or implemented as some modules within the load 46.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 수신기에 전달되는 전압 값의 변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing a change in a voltage value transmitted to a wireless power receiver according to a change in a driving frequency value of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5에는 무선 전력 수신 장치(42)와 연결된 부하(46)의 소비 전력이 상대적으로 낮을 때, 즉 경부하일 때 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 수신기에 전달되는 전압 값의 변화(502)가 도시되어 있다. 또한 도 5에는 무선 전력 수신 장치(42)와 연결된 부하(46)의 소비 전력이 상대적으로 높을 때, 즉 중부하일 때, 무선 전력 송신기(10)의 구동 주파수 값의 변화에 따른 무선 전력 수신기에 전달되는 전압 값의 변화(504)가 도시되어 있다.In FIG. 5, when the power consumption of the load 46 connected to the wireless power receiving device 42 is relatively low, that is, at a light load, the voltage delivered to the wireless power receiver according to the change in the driving frequency value of the wireless power transmitter 10 The change in value 502 is shown. In addition, in FIG. 5, when the power consumption of the load 46 connected to the wireless power receiving device 42 is relatively high, that is, under heavy load, it is delivered to the wireless power receiver according to a change in the driving frequency value of the wireless power transmitter 10. The change in voltage value 504 is shown.

앞서 설명된 바와 같이, 종래의 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 서로 동일한 공진 주파수를 갖도록 설계된다. 이로 인해 발생하는 문제점을 해결하고 무선 전력 전송 과정에서 보다 안정적인 동작을 보장하기 위하여, 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 무선 전력 송신 장치(40)의 공진 주파수(fTx)와 무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx)가 서로 다른 값으로 설정된다.As described above, conventional wireless power transmitters and wireless power receivers are designed to have the same resonant frequency with each other. In order to solve the problems caused by this and to ensure a more stable operation in the wireless power transmission process, in the present invention, as shown in FIG. 5, the resonance frequency (f Tx ) and the wireless power receiving device of the wireless power transmission device 40 The resonance frequency f Rx of 42 is set to different values.

특히 본 발명에서는 무선 전력 전송 중에 부하(46)에 공급되는 전력, 즉 소비 전력의 급격한 변화로 인해 발생하는 문제점인 무선 전력 수신 장치(42) 내의 급격한 전압 상승 및 무선 전력 송신 장치(40) 내의 급격한 전류 상승과 같은 문제점을 극복하기 위하여, 무선 전력 송신 장치(40)의 공진 주파수(fTx)를 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo), 즉 인버터부(404)의 구동 주파수보다 작은 값으로 설정한다.In particular, in the present invention, a sudden voltage rise in the wireless power receiving device 42 and a sudden increase in the wireless power transmission device 40, which are problems caused by a rapid change in power supplied to the load 46 during wireless power transmission, that is, power consumption In order to overcome the problems such as current rise, the resonance frequency f Tx of the wireless power transmission device 40 is greater than the driving frequency f o of the wireless power transmission device 40, that is, the driving frequency of the inverter unit 404. Set it to a small value.

본 발명에서 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수(fTx)는 다음과 같이 설정될 수 있다.In the present invention, the resonance frequency f Tx of the wireless power transmission device may be set as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018051027682-pat00006
Figure 112018051027682-pat00006

(여기서, fTx는 상기 송신부의 공진 주파수, a는 상수이며 0<a<1, fo는 상기 인버터부(404)의 구동 주파수)(Where, f Tx is the resonant frequency of the transmitter, a is a constant and 0 <a <1, f o is the driving frequency of the inverter unit 404)

특히 본 발명에서는 a를 0.2 이하의 값으로 설정함으로써 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수를 구동 주파수보다 충분히 낮은 값으로 설정할 수 있다. 예를 들어 a가 0.2로 설정될 경우, 무선 전력 송신 장치(40)의 공진 주파수(fTx)는 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo)의 1/5보다 작은 값으로 설정된다.In particular, in the present invention, by setting a to a value of 0.2 or less, the resonance frequency of the wireless power transmission device can be set to a value sufficiently lower than the driving frequency. For example, when a is set to 0.2, the resonance frequency f Tx of the wireless power transmission device 40 is set to a value less than 1/5 of the driving frequency f o of the wireless power transmission device 40. .

이처럼 무선 전력 송신 장치(40)의 공진 주파수(fTx)를 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo)보다 현저하게 작은 값으로 설정할 경우, 무선 전력 송신 장치(40)와 무선 전력 수신 장치(42)의 연결이 순간적으로 끊기거나 무선 전력 수신 장치(42)와 부하(46)의 연결이 순간적으로 끊김으로 인해서 부하의 소비 전력이 급격히 감소하거나 갑작스럽게 무부하 상태가 되어 무선 전력 송신 장치(40)의 공진 주파수가 기존의 주파수 값(fTx)보다 증가하게 되더라도, 무선 전력 수신 장치(42)에 인가되는 전압의 크기나 무선 전력 송신 장치의 코일에 흐르는 전류의 크기가 급격하게 증가하는 현상이 방지된다.As described above, when the resonance frequency f Tx of the wireless power transmission device 40 is set to a value significantly smaller than the driving frequency f o of the wireless power transmission device 40, the wireless power transmission device 40 and the wireless power reception The wireless power transmission device (when the power consumption of the load suddenly decreases or suddenly becomes no-load due to the momentary disconnection of the device 42 or the instantaneous disconnection of the wireless power receiving device 42 and the load 46) Even if the resonance frequency of 40) increases from the existing frequency value (f Tx ), the magnitude of the voltage applied to the wireless power receiving device 42 or the size of the current flowing through the coil of the wireless power transmitting device rapidly increases. This is prevented.

따라서 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(40) 및 무선 전력 수신 장치(42)는 무선 전력 전송 중 부하(46)의 소비 전력 감소로 인한 문제를 해결하기 위하여 무선 전력 전송 중에 소비 전압의 변화나 주파수 특성 변화에 대한 정보를 별도로 주고받거나, 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo)를 변경하는 제어를 수행할 필요가 없다.Therefore, the wireless power transmitting apparatus 40 and the wireless power receiving apparatus 42 according to the present invention change or frequency of the consumed voltage during wireless power transmission in order to solve the problem caused by the reduced power consumption of the load 46 during wireless power transmission. There is no need to separately transmit or receive information about the characteristic change or perform control to change the driving frequency f o of the wireless power transmission device 40.

또한 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(40) 및 무선 전력 수신 장치(42)는 종래와 같은 보호 회로를 구비할 필요가 없으므로 장치의 크기를 줄이는 동시에 제조 비용을 절감할 수 있다.In addition, the wireless power transmitting apparatus 40 and the wireless power receiving apparatus 42 according to the present invention do not need to have a conventional protection circuit, so that the size of the apparatus can be reduced while manufacturing costs can be reduced.

또한 본 발명에서 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo)는 무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx)에 기초하여 설정되는 구동 범위 내의 값으로 설정된다. 본 발명에서 무선 전력 송신 장치의 구동 주파수는 다음과 같이 설정되는 구동 범위 내의 값으로 설정된다.In addition, in the present invention, the driving frequency f o of the wireless power transmission device 40 is set to a value within a driving range that is set based on the resonance frequency f Rx of the wireless power receiving device 42. In the present invention, the driving frequency of the wireless power transmission apparatus is set to a value within a driving range set as follows.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018051027682-pat00007
Figure 112018051027682-pat00007

(여기서, fRx는 상기 수신부의 공진 주파수, b는 상수이며 0<b<1, fo는 상기 인버터부(404)의 구동 주파수)(Where, f Rx is the resonance frequency of the receiver, b is a constant and 0 <b <1, f o is the driving frequency of the inverter unit 404)

특히 본 발명에서 b는 0.1 이하의 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어 b가 0.1로 설정되고 무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx)가 고정되면, 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo)는 0.9fo<fRx<1.1fo의 범위를 만족하는 값 중에서 선택된 값으로 고정될 수 있다.In particular, b may be set to a value of 0.1 or less in the present invention. For example, when b is set to 0.1 and the resonance frequency f Rx of the wireless power receiving device 42 is fixed, the driving frequency f o of the wireless power transmitting device 40 is 0.9f o <f Rx <1.1 It may be fixed to a value selected from values satisfying the range of f o .

이처럼 본 발명에서는 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo)가 무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx)에 인접한 값으로 설정된다. 이에 따라서 무선 전력 송신 장치(40)의 공진 주파수(fTx)는 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo) 또는 무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx)보다 현저하게 낮은 값으로 설정된다.As described above, in the present invention, the driving frequency f o of the wireless power transmission device 40 is set to a value adjacent to the resonance frequency f Rx of the wireless power reception device 42. Accordingly, the resonance frequency f Tx of the wireless power transmission device 40 is significantly lower than the driving frequency f o of the wireless power transmission device 40 or the resonance frequency f Rx of the wireless power reception device 42. It is set to a value.

전술한 바와 같은 조건에 따라서 결정되는 무선 전력 송신 장치(40)의 공진 주파수(fTx), 무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx), 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수(fo)값에 기초하여, 송신부(406)를 구성하는 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)과 캐패시터(C1)의 캐패시턴스 값(C1), 그리고 수신부(426)를 구성하는 수신 코일(L2)의 인덕턴스 값(L2)과 캐패시터(C2)의 캐패시턴스 값(C2)이 각각 결정될 수 있다.Driving frequency of the wireless power transmission apparatus 40, the resonance frequency (f Tx), the wireless power receiving apparatus 42, the resonance frequency (f Rx), a wireless power transmission device 40 of which is determined according to the same conditions described above ( Based on the value of f o ), the inductance value L 1 of the transmitting coil L1 constituting the transmitter 406 and the capacitance value C 1 of the capacitor C1, and the receiving coil constituting the receiver 426 The inductance value (L 2 ) of (L2) and the capacitance value (C 2 ) of the capacitor (C2) may be respectively determined.

먼저 수신부(426)에서 발생하는 총 인덕턴스(LRX _TOTAL) 값을 구하기 위한 수식은 다음과 같이 정리될 수 있다.First, the formula for obtaining the total inductance (L RX _TOTAL ) value generated by the receiver 426 may be summarized as follows.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018051027682-pat00008
Figure 112018051027682-pat00008

(여기서, k는 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)의 결합 계수, L2는 수신 코일(L2)의 인덕턴스 값)(Where k is the coupling coefficient of the transmitting coil L1 and the receiving coil L2, L 2 is the inductance value of the receiving coil L2)

[수학식 3]을 정리하면, 무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx)는 다음과 같이 계산될 수 있다.Summarizing [Equation 3], the resonance frequency f Rx of the wireless power receiving device 42 may be calculated as follows.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018051027682-pat00009
Figure 112018051027682-pat00009

[수학식 4]를 C2에 관해 정리하면 다음과 같다.[Equation 4] is summarized as follows for C 2 .

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018051027682-pat00010
Figure 112018051027682-pat00010

따라서, 무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx)와 수신부(426)를 구성하는 수신 코일(L2)의 인덕턴스 값(L2)이 각각 결정되면 [수학식 5]에 따라서 캐패시터(C2)의 캐패시턴스 값(C2)이 산출될 수 있다. 수신 코일(L2)의 인덕턴스 값(L2)을 결정하는 방법에 대해서는 도 6 내지 8을 참조하여 후술한다.Accordingly, when the resonance frequency f Rx of the wireless power receiving device 42 and the inductance value L 2 of the receiving coil L2 constituting the receiving unit 426 are determined, respectively, the capacitor C2 according to [Equation 5] ), The capacitance value C 2 can be calculated. A method of determining the inductance value L 2 of the receiving coil L2 will be described later with reference to FIGS. 6 to 8.

또한 송신부(406)를 구성하는 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)과 캐패시터(C1)의 캐패시턴스 값(C1)은 아래 [수학식 6]을 만족하는 값으로 설정될 수 있다.In addition, the inductance value L 1 of the transmission coil L1 constituting the transmitter 406 and the capacitance value C 1 of the capacitor C1 may be set to values satisfying Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018051027682-pat00011
Figure 112018051027682-pat00011

무선 전력 수신 장치(42)의 공진 주파수(fRx)와 송신부(406)를 구성하는 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)이 결정되면 [수학식 6]을 이용하여 송신부(406)를 구성하는 캐패시터(C1)의 캐패시턴스 값(C1)을 산출할 수 있다. 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)을 결정하는 방법에 대해서는 도 6 내지 8을 참조하여 후술한다.When the resonance frequency f Rx of the wireless power receiving device 42 and the inductance value L 1 of the transmission coil L1 constituting the transmission unit 406 are determined, the transmission unit 406 is used using Equation (6). The capacitance value C 1 of the constituting capacitor C1 can be calculated. A method of determining the inductance value L 1 of the transmission coil L1 will be described later with reference to FIGS. 6 to 8.

도 6은 무부하 상태일 때 송신 코일에 흐르는 전압 및 전류의 파형을 나타내는 그래프이다. 또한 도 7은 경부하 상태일 때 송신 코일에 흐르는 전압 및 전류의 파형을 나타내는 그래프이다. 또한 도 8은 중부하 상태일 때 송신 코일에 흐르는 전압 및 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing waveforms of voltages and currents flowing in the transmitting coil when in a no-load state. 7 is a graph showing the waveforms of voltage and current flowing through the transmitting coil when in a light load state. 8 is a graph showing waveforms of voltage and current flowing in the transmission coil when in a heavy load state.

본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치(42)와 연결된 부하(46)의 소비 전력이 0일 때, 즉 무부하 상태일 때에는 도 6과 같이 무선 전력 송신 장치(40)는 공진 특성을 나타내지 않으며, 송신 코일(L1)은 일반적인 인덕터와 유사한 특성을 나타낸다. 이에 따라서 송신 코일(L1)에 인가되는 전압(VIN)은 구동 주파수(fo)를 주기로 갖는 구형파의 파형(602)을 나타낸다. 또한 송신 코일(L1)에 흐르는 전류는 피크값(Ipeak)을 갖는 삼각파의 파형(604)을 나타낸다.When the power consumption of the load 46 connected to the wireless power receiving device 42 according to the present invention is 0, that is, in a no-load state, the wireless power transmitting device 40 does not exhibit resonance characteristics, as shown in FIG. (L1) exhibits characteristics similar to a general inductor. Accordingly, the voltage V IN applied to the transmitting coil L1 represents a waveform 602 of a square wave having a driving frequency f o as a period. In addition, the current flowing through the transmitting coil L1 represents a waveform 604 of a triangular wave having a peak value (I peak ).

이와 같은 무부하 상태에서 무선 전력 송신 장치(40)에 의해서 무선 전력 수신 장치(42)로 전송되는 전력의 크기는 다음과 같이 표현될 수 있다.In such a no-load state, the size of the power transmitted by the wireless power transmission device 40 to the wireless power reception device 42 may be expressed as follows.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112018051027682-pat00012
Figure 112018051027682-pat00012

(여기서, P는 무선 전력 송신 장치(40)에 의해서 무선 전력 수신 장치(42)로 전송되는 전력의 크기, T는 송신 코일(L1)에 인가되는 전압의 주기, t1은 임의로 설정되는 전송 시점, v1은 송신 코일(L1)에 인가되는 전압, i1은 송신 코일(L1)에 인가되는 전류)(Wherein, P is the amount of power transmitted to the wireless power receiving device 42 by the wireless power transmitting device 40, T is the period of the voltage applied to the transmitting coil (L1), t 1 is a randomly set transmission time , v 1 is the voltage applied to the transmitting coil (L1), i 1 is the current applied to the transmitting coil (L1))

한편, 도 7에는 무선 전력 수신 장치(42)가 무선 전력 송신 장치(40)로부터 전송된 전력을 부하(46)에 공급함에 따라서 부하(46)의 소비 전력이 경부하 상태일 때 송신 코일(L1)에 인가되는 전압(VIN)의 파형(702) 및 송신 코일(L1)에 흐르는 전류의 파형(704)이 각각 도시되어 있다.Meanwhile, in FIG. 7, when the wireless power receiving device 42 supplies power transmitted from the wireless power transmitting device 40 to the load 46, the power consumption of the load 46 is in a light load state, and the transmitting coil L1 The waveform 702 of the voltage V IN applied to) and the waveform 704 of the current flowing through the transmitting coil L1 are respectively shown.

부하(46)의 소비 전력이 높아짐에 따라서 송신 코일(L1)에 인가되는 전압(VIN)과 송신 코일(L1)에 흐르는 전류 간의 위상차가 감소하기 시작한다. 이 경우 송신 코일(L1)에 흐르는 전류는 피크값(Ipeak)을 초과하지 않으며 송신 코일(L1)에 인가되는 전압(VIN)과 송신 코일(L1)에 흐르는 전류 간의 위상차만으로 전력이 발생한다.As the power consumption of the load 46 increases, the phase difference between the voltage V IN applied to the transmission coil L1 and the current flowing through the transmission coil L1 begins to decrease. In this case, the current flowing through the transmitting coil L1 does not exceed the peak value I peak and power is generated only by a phase difference between the voltage V IN applied to the transmitting coil L1 and the current flowing through the transmitting coil L1. .

도 7과 같은 경부하 상태에서 무선 전력 송신 장치(40)에 의해서 무선 전력 수신 장치(42)로 전송되는 전력의 크기는 다음과 같이 표현될 수 있다.The size of the power transmitted to the wireless power receiving device 42 by the wireless power transmitting device 40 in the light load state as shown in FIG. 7 may be expressed as follows.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112018051027682-pat00013
Figure 112018051027682-pat00013

이후 부하(46)의 소비 전력이 더욱 높아지는 중부하 상태가 되면 도 8과 같은 파형이 나타난다. 부하(46)의 소비 전력이 더욱 높아짐에 따라서 송신 코일(L1)에 인가되는 전압(VIN)과 송신 코일(L1)에 흐르는 전류 간의 위상차가 더욱 감소한다. 또한 송신 코일(L1)에 흐르는 전류는 무부하 상태에서의 피크값(Ipeak)을 초과하게 된다. 이 때 전류의 파형(804)은 정현파와 유사한 형상을 나타낸다.Thereafter, when the load 46 is in a heavy load state in which power consumption is further increased, a waveform as shown in FIG. 8 appears. As the power consumption of the load 46 becomes higher, the phase difference between the voltage V IN applied to the transmission coil L1 and the current flowing through the transmission coil L1 is further reduced. Also, the current flowing in the transmitting coil L1 exceeds the peak value I peak in the no-load state. At this time, the current waveform 804 exhibits a shape similar to a sinusoidal wave.

도 8과 같은 중부하 상태에서 무선 전력 송신 장치(40)에 의해서 무선 전력 수신 장치(42)로 전송되는 전력의 크기는 다음과 같이 표현될 수 있다.The size of the power transmitted to the wireless power receiving device 42 by the wireless power transmitting device 40 in the heavy load state as illustrated in FIG. 8 may be expressed as follows.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112018051027682-pat00014
Figure 112018051027682-pat00014

무선 전력 송신 장치(40)를 통해 무선 전력 수신 장치(42)로 전력을 송신할 때 전력 전송 효율을 높이는 동시에 고조파를 최대한으로 억제하기 위해서는, 무선 전력 송신 장치(40)에 의해서 무선 전력 수신 장치(42)로 전송되는 전력의 최대 크기(PMAX)가 [수학식 8] 또는 [수학식 9]를 만족하도록 설정되어야 한다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있다.When transmitting power to the wireless power receiving device 42 through the wireless power transmitting device 40, in order to increase power transmission efficiency and suppress harmonics to the maximum, wireless power receiving device 40 may be used by the wireless power transmitting device 40 ( 42) The maximum size of the power transmitted (P MAX ) must be set to satisfy [Equation 8] or [Equation 9]. This can be expressed as:

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112018051027682-pat00015
Figure 112018051027682-pat00015

[수학식 10]을 정리하여 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)의 적정 범위를 산출하면 다음과 같다.Summarizing [Equation 10] and calculating an appropriate range of the inductance value L 1 of the transmission coil L1 is as follows.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112018051027682-pat00016
Figure 112018051027682-pat00016

[수학식 11]에서 n은 상수로서, 인버터부(404)가 풀 브릿지 회로로 구성될 때 1로 설정되고, 인버터부(404)가 하프 브릿지 회로로 구성될 때 2로 설정되는 값이다.In [Equation 11], n is a constant, which is a value set to 1 when the inverter section 404 is composed of a full bridge circuit, and 2 when the inverter section 404 is composed of a half bridge circuit.

[수학식 11]을 정리하면 다음과 같이 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)의 최종 범위를 산출할 수 있다.Summarizing [Equation 11], the final range of the inductance value L 1 of the transmission coil L1 can be calculated as follows.

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112018051027682-pat00017
Figure 112018051027682-pat00017

이처럼 본 발명에서는 무선 전력 송신 장치(40)를 통해 무선 전력 수신 장치(42)로 전력을 송신할 때 전력 전송 효율을 높이는 동시에 고조파를 최대한으로 억제하기 위하여 [수학식 12]의 범위를 만족하도록 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)을 설정한다.As described above, in the present invention, when power is transmitted to the wireless power receiving device 42 through the wireless power transmitting device 40, the power transmission efficiency is increased and the harmonics are suppressed to the maximum, so that the range of Equation 12 is satisfied. Set the inductance value (L 1 ) of the coil (L1).

이와 같이 설정되는 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1)을 아래와 같이 전압 이득(VOUT/VIN)에 기초한 수학식에 대입하면 수신 코일(L2)의 인덕턴스 값(L2)이 산출된다.Substituting the inductance value L 1 of the transmitting coil L1 set as described above into a formula based on the voltage gain V OUT / V IN as shown below, the inductance value L 2 of the receiving coil L2 is calculated. .

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112018051027682-pat00018
Figure 112018051027682-pat00018

(여기서, VIN은 인버터부(404)에 인가되는 전압 값, VOUT은 정류부(422)로부터 출력되는 전압 값, k는 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)의 결합 계수)(Wherein, V IN is a voltage value applied to the inverter unit 404, V OUT is a voltage value output from the rectifier 422, k is a coupling coefficient of the transmitting coil (L1) and the receiving coil (L2))

이와 같이 [수학식 12] 및 [수학식 13]을 통해서 각각 산출되는 송신 코일(L1)의 인덕턴스 값(L1) 및 수신 코일(L2)의 인덕턴스 값(L2)을 [수학식 5] 및 [수학식 6]에 각각 대입하면 송신부(406)의 캐패시터(C1)의 캐패시턴스 값(C1) 및 수신부(426)의 캐패시터(C2)의 캐패시턴스 값(C2)을 각각 산출할 수 있다.As described above, the inductance value L 1 of the transmitting coil L1 and the inductance value L 2 of the receiving coil L2 calculated through Equation 12 and Equation 13 are respectively expressed by Equation 5 and Substituting in [Equation 6], the capacitance value C 1 of the capacitor C1 of the transmitter 406 and the capacitance value C 2 of the capacitor C2 of the receiver 426 can be calculated, respectively.

도 9는 부하의 소비 전력 변화에 따라서 무선 전력 송신 장치로부터 출력되는 출력 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing a change in output voltage output from the wireless power transmission apparatus according to a change in power consumption of the load.

도 9는 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수를 고정된 값(60kHz)으로 설정한 상태에서 부하(46)의 소비 전력이 0에서 80W까지 변화할 때, 무선 전력 수신 장치(42)로부터 출력되는 출력 전압(VOUT)의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.9 is a wireless power receiving device when the power consumption of the load 46 changes from 0 to 80 W in a state in which the driving frequency of the wireless power transmitting device 40 according to the present invention is set to a fixed value (60 kHz). It is a graph showing the magnitude change of the output voltage (V OUT ) output from 42).

도 9에서 ▲로 표시된 데이터는 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)의 결합 계수(k)가 0.7로 설정된 경우의 데이터이다. 그리고 ■로 표시된 데이터는 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)의 결합 계수(k)가 0.68로 설정된 경우의 데이터이다. 또한 ●로 표시된 데이터는 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)의 결합 계수(k)가 0.65로 설정된 경우의 데이터이다.The data indicated by ▲ in FIG. 9 is data when the coupling coefficient k of the transmitting coil L1 and the receiving coil L2 is set to 0.7. And the data indicated by ■ is data when the coupling coefficient k of the transmitting coil L1 and the receiving coil L2 is set to 0.68. In addition, the data denoted by ● is data when the coupling coefficient k of the transmitting coil L1 and the receiving coil L2 is set to 0.65.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(40) 및 무선 전력 수신 장치(42)를 사용할 경우, 무부하 상태에서 부하의 소비 전력이 80W까지 상승하더라도 무선 전력 수신 장치(42)로부터 출력되는 출력 전압(VOUT)의 감소량이 매우 작게 나타난다. 따라서 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(40) 및 무선 전력 수신 장치(42)는 고출력, 즉 50W 이상의 전력을 요구하는 부하에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.As shown in FIG. 9, when the wireless power transmission device 40 and the wireless power reception device 42 according to the present invention are used, the wireless power reception device 42 even when the power consumption of the load rises to 80 W in a no-load state The decrease in the output voltage (V OUT ) output from is very small. Therefore, the wireless power transmitting apparatus 40 and the wireless power receiving apparatus 42 according to the present invention have an advantage of stably supplying power to a load requiring high power, that is, 50W or more.

특히 본 발명에 따르면 전력 전송 중에 무선 전력 송신 장치(40)의 구동 주파수를 별도로 조절할 필요 없이 고정된 값으로 유지하더라도 도 9와 같이 고출력 부하에 대한 안정적인 전압 공급이 가능하다는 장점이 있다.In particular, according to the present invention, even if the driving frequency of the wireless power transmission device 40 is maintained at a fixed value without needing to be adjusted separately during power transmission, there is an advantage in that stable voltage supply to a high output load is possible as shown in FIG. 9.

또한 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)의 결합 계수(k) 값이 0.7, 0.68, 0.65로 각각 다르게 설정되더라도 무선 전력 수신 장치(42)로부터 출력되는 출력 전압(VOUT) 변화 경향은 유사하게 나타난다. 따라서 다양한 결합 계수(k)의 설정을 통해 무선 전력 송신 장치(40) 및 무선 전력 수신 장치(42)의 설계 자유도가 높아지는 장점이 있다.Also, even if the coupling coefficients k of the transmitting coil L1 and the receiving coil L2 are differently set to 0.7, 0.68, and 0.65, the tendency of the change of the output voltage V OUT output from the wireless power receiving device 42 is similar. Appears. Accordingly, there is an advantage in that design freedom of the wireless power transmission device 40 and the wireless power reception device 42 is increased through setting of various coupling factors k.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The above-described invention, the above-described embodiments and the accompanying drawings because it is possible for a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It is not limited by.

Claims (12)

입력 전력을 정류하여 직류 전력을 출력하는 정류부;
상기 정류부로부터 출력되는 직류 전압을 변환하여 교류 전력을 출력하는 인버터부;
상기 인버터부로부터 출력되는 교류 전력을 이용하여 무선 전력 수신 장치로 전력을 송신하는 송신부를 포함하고,
상기 송신부의 공진 주파수는 상기 무선 전력 수신 장치에 포함되는 수신부의 공진 주파수 또는 상기 인버터부의 구동 주파수보다 작은 값으로 설정되고,
상기 인버터부의 구동 주파수는 상기 수신부의 공진 주파수에 기초하여 설정되는 구동 범위 내의 값으로 설정되고,
상기 송신부는 송신 코일을 포함하고,
상기 송신 코일은 하기 [수학식 3]에 따른 인덕턴스 값을 갖도록 설정되는
무선 전력 송신 장치.

[수학식 3]
Figure 112019131174977-pat00034

(여기서, L1은 상기 송신 코일의 인덕턴스 값, VIN은 상기 인버터에 입력되는 입력 전압의 크기, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수, PMAX는 상기 무선 전력 수신 장치로 전송되는 전력의 최대 크기, n은 상수로서 상기 인버터부가 풀 브릿지 회로로 구성될 때 1로 설정되고 상기 인버터부가 하프 브릿지 회로로 구성될 때 2로 설정됨)
A rectifying unit rectifying the input power to output DC power;
An inverter unit converting the DC voltage output from the rectifying unit to output AC power;
It includes a transmitter for transmitting power to the wireless power receiver using the AC power output from the inverter unit,
The resonance frequency of the transmission unit is set to a value smaller than the resonance frequency of the reception unit included in the wireless power receiving device or the driving frequency of the inverter unit,
The driving frequency of the inverter unit is set to a value within a driving range that is set based on the resonance frequency of the receiving unit,
The transmitting unit includes a transmitting coil,
The transmitting coil is set to have an inductance value according to Equation 3 below.
Wireless power transmission device.

[Equation 3]
Figure 112019131174977-pat00034

(Where L 1 is the inductance value of the transmitting coil, V IN is the magnitude of the input voltage input to the inverter, f o is the drive frequency of the inverter unit, P MAX is the maximum magnitude of the power transmitted to the wireless power receiving device , n is a constant, which is set to 1 when the inverter portion is composed of a full bridge circuit and 2 when the inverter portion is composed of a half bridge circuit)
제1항에 있어서,
상기 인버터부의 구동 주파수는 하기 [수학식 1]에 따라서 설정되는
무선 전력 송신 장치.

[수학식 1]
Figure 112018051027682-pat00019

(여기서, fTx는 상기 송신부의 공진 주파수, a는 상수이며 0<a<1, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수)
According to claim 1,
The drive frequency of the inverter is set according to the following [Equation 1]
Wireless power transmission device.

[Equation 1]
Figure 112018051027682-pat00019

(Where f Tx is the resonant frequency of the transmitter, a is a constant, and 0 <a <1, f o is the drive frequency of the inverter)
제2항에 있어서,
상기 a는 0.2 이하로 설정되는
무선 전력 송신 장치.
According to claim 2,
A is set to 0.2 or less
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 구동 범위는 하기 [수학식 2]에 따라서 설정되는
무선 전력 송신 장치.

[수학식 2]
Figure 112018051027682-pat00020

(여기서, fRx는 상기 수신부의 공진 주파수, b는 상수이며 0<b<1, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수)
According to claim 1,
The driving range is set according to the following [Equation 2]
Wireless power transmission device.

[Equation 2]
Figure 112018051027682-pat00020

(Where f Rx is the resonant frequency of the receiver, b is a constant and 0 <b <1, f o is the drive frequency of the inverter)
제4항에 있어서,
상기 b는 0.1 이하로 설정되는
무선 전력 송신 장치.
According to claim 4,
B is set to 0.1 or less
Wireless power transmission device.
삭제delete 무선 전력 송신 장치의 송신부로부터 전송되는 전력을 수신하여 교류 전력을 출력하는 수신부;
상기 수신부로부터 출력되는 교류 전력을 정류하여 직류 전력을 출력하는 정류부;
상기 직류 전력을 변환하여 부하에 공급하는 컨버터부를 포함하고,
상기 무선 전력 송신 장치의 송신부의 공진 주파수는 상기 수신부의 공진 주파수 또는 상기 무선 전력 송신 장치의 인버터부의 구동 주파수보다 작은 값으로 설정되고,
상기 무선 전력 송신 장치의 인버터부의 구동 주파수는 상기 수신부의 공진 주파수에 기초하여 설정되는 구동 범위 내의 값으로 설정되고,
상기 송신부는 송신 코일을 포함하고,
상기 송신 코일은 하기 [수학식 3]에 따른 인덕턴스 값을 갖도록 설정되는
무선 전력 수신 장치.

[수학식 3]
Figure 112019131174977-pat00035

(여기서, L1은 상기 송신 코일의 인덕턴스 값, VIN은 상기 인버터에 입력되는 입력 전압의 크기, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수, PMAX는 상기 무선 전력 수신 장치로 전송되는 전력의 최대 크기, n은 상수로서 상기 인버터부가 풀 브릿지 회로로 구성될 때 1로 설정되고 상기 인버터부가 하프 브릿지 회로로 구성될 때 2로 설정됨)
A receiver configured to receive power transmitted from the transmitter of the wireless power transmitter and output AC power;
A rectifying unit rectifying AC power output from the receiving unit to output DC power;
And a converter unit that converts the DC power and supplies it to a load.
The resonant frequency of the transmitter of the wireless power transmitter is set to a value smaller than the resonant frequency of the receiver or the drive frequency of the inverter of the wireless power transmitter,
The driving frequency of the inverter unit of the wireless power transmission apparatus is set to a value within a driving range set based on the resonance frequency of the receiving unit,
The transmitting unit includes a transmitting coil,
The transmitting coil is set to have an inductance value according to Equation 3 below.
Wireless power receiving device.

[Equation 3]
Figure 112019131174977-pat00035

(Where L 1 is the inductance value of the transmitting coil, V IN is the magnitude of the input voltage input to the inverter, f o is the drive frequency of the inverter unit, P MAX is the maximum magnitude of the power transmitted to the wireless power receiving device , n is a constant, which is set to 1 when the inverter portion is composed of a full bridge circuit and 2 when the inverter portion is composed of a half bridge circuit)
제7항에 있어서,
상기 인버터부의 구동 주파수는 하기 [수학식 1]에 따라서 설정되는
무선 전력 수신 장치.

[수학식 1]
Figure 112018051027682-pat00022

(여기서, fTx는 상기 송신부의 공진 주파수, a는 상수이며 0<a<1, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수)
The method of claim 7,
The drive frequency of the inverter is set according to the following [Equation 1]
Wireless power receiving device.

[Equation 1]
Figure 112018051027682-pat00022

(Where f Tx is the resonant frequency of the transmitter, a is a constant, and 0 <a <1, f o is the drive frequency of the inverter)
제8항에 있어서,
상기 a는 0.2 이하로 설정되는
무선 전력 수신 장치.
The method of claim 8,
A is set to 0.2 or less
Wireless power receiving device.
제7항에 있어서,
상기 구동 범위는 하기 [수학식 2]에 따라서 설정되는
무선 전력 수신 장치.

[수학식 2]
Figure 112018051027682-pat00023

(여기서, fRx는 상기 수신부의 공진 주파수, b는 상수이며 0<b<1, fo는 상기 인버터부의 구동 주파수)
The method of claim 7,
The driving range is set according to the following [Equation 2]
Wireless power receiving device.

[Equation 2]
Figure 112018051027682-pat00023

(Where f Rx is the resonant frequency of the receiver, b is a constant and 0 <b <1, f o is the drive frequency of the inverter)
제10항에 있어서,
상기 b는 0.1 이하로 설정되는
무선 전력 수신 장치.
The method of claim 10,
B is set to 0.1 or less
Wireless power receiving device.
삭제delete
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