KR102211836B1 - Wireless power transmitter and method for controlling thereof - Google Patents

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KR102211836B1
KR102211836B1 KR1020180067821A KR20180067821A KR102211836B1 KR 102211836 B1 KR102211836 B1 KR 102211836B1 KR 1020180067821 A KR1020180067821 A KR 1020180067821A KR 20180067821 A KR20180067821 A KR 20180067821A KR 102211836 B1 KR102211836 B1 KR 102211836B1
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Abstract

본 발명은 안테나 어레이 및 타겟으로부터 위치검출용파를 상기 안테나 어레이를 통하여 수신하고, 각각의 패치 안테나에 수신되는 상기 위치검출용파의 수신전력의 크기를 미리 설정된 수신전력크기와 비교하여 타겟의 거리 및 빔폭을 판단하고, 상기 판단된 거리 및 빔폭에 따른 전력전송파를 방사하도록 제어하는 제어부를 포함하는 무선 전력 송신장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 위치검출파에 의하여 안테나 어레이를 통하여 타겟의 위치를 판단함에 따라 스캐닝파에 의한 불필요한 전력소모를 방지할 수 있으며, 복수의 통신용 안테나가 필요하지 않음으로 구조가 간단하다.
The present invention receives a position detection wave from an antenna array and a target through the antenna array, and compares the size of the reception power of the position detection wave received by each patch antenna with a preset reception power size to determine the distance and beam width of the target. It provides a wireless power transmission apparatus including a control unit to determine the power transmission wave according to the determined distance and beam width.
According to the present invention, by determining the position of the target through the antenna array by the position detection wave, unnecessary power consumption due to the scanning wave can be prevented, and the structure is simple because a plurality of communication antennas are not required.

Description

무선 전력 송신장치 및 그 제어방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}Wireless power transmitter and control method thereof {WIRELESS POWER TRANSMITTER AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}

본 발명은 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 타겟에 무선 전력을 송신할 수 있는 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless power transmission apparatus and a control method thereof, and more particularly, to a wireless power transmission apparatus capable of transmitting wireless power to a target and a control method thereof.

최근 정보 통신 기술의 발전에 따라 언제 어디서나 정보통신 기기를 통하여 다양한 서비스를 제공하고, 이러한 서비스를 구현하는 장치로 스마트폰, 노트북 컴퓨터 등 휴대기기의 보급이 늘어나면서 자연적으로 상기 휴대기기의 장시간 사용을 위한 전원공급의 요구가 있다. 이러한 휴대기기의 전원공급을 함에 있어 사용자는 상용전원에 의한 배터리를 매번 충전하여야 하는 불편함이 있다. 특히 4차산업으로 IoT발전과 스마트팩토리에서 스마트센서의 사용증가에 따라 IT 기술과 에너지 기술을 융합한 무선전력전송을 이용하여 휴대기기, 스마트센서 등에 전원을 공급하고자는 기술이 대두되고 있다. With the recent development of information and communication technology, various services are provided through information and communication devices anytime, anywhere, and as devices that implement these services, the spread of portable devices such as smartphones and notebook computers increases, and the use of the mobile devices for a long time is naturally reduced. There is a demand for power supply for this. In supplying power to such a portable device, the user is inconvenient in having to charge the battery using commercial power every time. In particular, with the development of IoT and the increase in use of smart sensors in smart factories as the fourth industry, technologies to supply power to portable devices and smart sensors using wireless power transmission that combines IT and energy technologies are emerging.

무선전력전송기술은 자기유도방식, 자기공진방식, 자기장 센서방식 및 전파수신방식 등으로 분류된다. 상기 전파수신방식은 송신기 안테나를 통하여 방사된 전파를 수신기 안테나를 통하여 수신한 전파를 정류회로를 이용하여 직류로 변환하여 전력을 수신하는 방식으로 비교적 원거리 전력 전송에 이용될 수 있다. Wireless power transmission technology is classified into magnetic induction method, magnetic resonance method, magnetic field sensor method, and radio wave reception method. The radio wave reception method is a method of receiving power by converting radio waves radiated through a transmitter antenna into direct current using a rectifier circuit, and may be used for relatively long distance power transmission.

전파수신방식을 이용한 무선전력전송과 관련된 기술로 대한민국공개특허공보 제10-2017-0128052호의 무선 전력 송신기 및 그 제어방법은 제 1 기간 동안에는 패치 안테나로 제 1 신호를 출력하고, 제 2 기간 동안에는 외부로부터 수신되는 수신파를 이용하여 패치 안테나로부터 출력되는 제 2 신호를 처리하는 무선 전력 송신기가 개시되어 있다. 그러나 상기 선행기술은 무선 전력을 전송하려는 타겟을 찾기 위하여 송신기의 패치 안테나를 통하여 트랙킹을 수행함에 따라 전력소모가 크다는 문제가 있다. 트랙킹시 소모되는 전력을 최소화하여 타겟의 위치를 파악하기 위한 기술로 대한민국공개특허공보 제10-2017-0112898호의 무선 전력 송신기 및 그 제어방법은 타겟으로부터 통신 신호를 수신하는 3개의 복수의 통신용 안테나를 통하여 타겟 위치를 판단함에 따라 구조가 복잡해지는 문제점이 있다. As a technology related to wireless power transmission using a radio wave receiving method, the wireless power transmitter of Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0128052 and its control method outputs a first signal to a patch antenna during the first period, and externally during the second period. Disclosed is a wireless power transmitter that processes a second signal output from a patch antenna using a received wave received from However, the prior art has a problem in that power consumption is large as tracking is performed through a patch antenna of a transmitter in order to find a target to transmit wireless power. As a technology for identifying the location of a target by minimizing power consumed during tracking, the wireless power transmitter of Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0112898 and its control method includes three antennas for receiving communication signals from the target. There is a problem in that the structure becomes complicated as the target position is determined through the method.

따라서 타겟의 위치를 파악하기 위한 스캐닝시 전력을 최소화할 수 있으며 타겟과의 정보전송을 위한 하나의 통신용 안테나를 구비하여 빠르고 신속하게 타겟의 위치를 파악하고, 장애물로인한 무선전력손실방지 및 무선전력전송에 의한 인체영향을 최소화할 수 있는 새로운 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법이 필요하다 할 것이다. Therefore, power can be minimized during scanning to determine the location of the target, and a single communication antenna for transmitting information with the target is provided to quickly and quickly determine the location of the target, preventing wireless power loss due to obstacles, and wireless power. There is a need for a new wireless power transmission device and a control method for minimizing the human body effect by transmission.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0128052호 (2017.11.22)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0128052 (2017.11.22) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0112898호 (2017.10.12)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0112898 (2017.10.12)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 타겟의 위치를 파악하기 위한 스캐닝시 전력을 최소화할 수 있으며 타겟과의 정보전송을 위한 하나의 통신용 안테나를 구비하여 빠르고 신속하게 타겟의 위치를 파악하고 전력을 효율적으로 전송할 수 있는 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention was conceived to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to minimize power during scanning to determine the location of a target, and to provide a single communication antenna for transmitting information with the target quickly and quickly. It is to provide a wireless power transmission apparatus and a control method thereof capable of efficiently identifying the location of a target and transmitting power efficiently.

또한 본 발명의 목적은 타겟의 위치를 판단하여 인체에 영항을 최소화할 수 있도록 소정의 빔폭을 가지고 적어도 두개 이상의 전력전송파를 타겟으로 전송하여 무선전력전송의 효율을 높일 수 있는 무선 전력 송신장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, an object of the present invention is a wireless power transmission device capable of increasing the efficiency of wireless power transmission by transmitting at least two or more power transmission waves to a target with a predetermined beam width so as to minimize the effect on the human body by determining the location of the target, and It is to provide the control method.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치는 안테나 어레이 및 상기 안테나 어레이를 통하여 타겟의 위치를 판단하기 위하여 미리 설정된 조사방향으로 스캐닝파를 방사하고, 상기 각각의 스캐닝파를 수신한 타겟으로부터 전송되는 수신전력크기를 미리 설정된 수신전력크기와 비교하여 타겟의 거리 및 빔폭을 판단하여, 상기 판단된 거리 및 빔폭에 따른 전력전송파를 방사하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. In order to solve the above problems, the wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention radiates a scanning wave in a preset irradiation direction to determine the position of a target through an antenna array and the antenna array, and each of the scanning It may include a control unit that compares the amount of received power transmitted from the target that has received the wave with the preset amount of received power to determine the distance and beam width of the target, and controls to emit a power transmission wave according to the determined distance and beam width. have.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치는 안테나 어레이 및 타겟으로부터 방사되는 위치검출용파를 상기 안테나 어레이를 통하여 수신하고, 각각의 패치 안테나에 수신되는 상기 위치검출용파의 수신전력의 크기를 미리 설정된 수신전력크기와 비교하여 타겟의 거리 및 빔폭을 판단하고, 상기 판단된 거리 및 빔폭에 따른 전력전송파를 방사하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. In order to solve the above problem, the wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention receives a position detection wave radiated from an antenna array and a target through the antenna array, and the position detection wave received by each patch antenna. It may include a control unit that compares the size of the received power of the received power with a preset received power size to determine a distance and a beam width of a target, and controls to emit a power transmission wave according to the determined distance and beam width.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 전력송신장치는 스캐닝파를 수신한 타겟으로부터 전송된 수신전력정보를 이용하여 타겟의 위치를 판단하고 미리 설정된 안테나 제어정보에 따른 빔포밍을 제어함으로써 타겟에 최대전력을 효율적으로 전송할 수 있다.According to the present invention as described above, the power transmission device determines the position of the target using the received power information transmitted from the target receiving the scanning wave and controls the beamforming according to the preset antenna control information, thereby increasing the maximum power to the target. It can be transmitted efficiently.

따라서 전력송신장치는 상기 타겟으로부터 전송된 수신전력이 미리 설정된 수신전력의 기준값보다 낮은 경우, 해당 스캐닝파의 조사범위(방향)는 장애물이 있는 것으로 판단하고 해당 방향으로는 전력전송파가 방사되지 않도록 전력전송파의 빔폭 및 전력전송파가 적어도 두개 이상의 다른 경로를 갖도록 제어함으로써 만약 장애물이 사람일 경우, 무선 전력 전송에 따른 인체에 영향을 최소화 할 수 있다.Therefore, when the reception power transmitted from the target is lower than the preset reception power reference value, the power transmission device determines that the irradiation range (direction) of the corresponding scanning wave is an obstacle and prevents the power transmission wave from radiating in the corresponding direction. By controlling the beam width of the power transmission wave and the power transmission wave to have at least two or more different paths, if an obstacle is a human, it is possible to minimize the influence on the human body due to wireless power transmission.

전력송신장치는 타겟으로부터 방사되는 위치검출파가 안테나 어레이를 통하여 입력되는 신호의 크기 및 위상을 검출하여 타겟의 위치를 판단함에 따라 스캐닝파에 의한 불필요한 전력소모를 방지할 수 있으며, 복수의 통신용 안테나가 필요하지 않음으로 구조가 간단하다.The power transmission device can prevent unnecessary power consumption by the scanning wave as the position detection wave radiated from the target detects the size and phase of the signal input through the antenna array and determines the position of the target. The structure is simple as it does not need.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치 및 타겟의 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치의 송수신처리부를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 블록구성도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝시 조사범위를 최소화하여 타겟을 찾는 과정을 설명하기 위한 개념도 및 흐름도이다. .
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신장치와 타겟 사이에 장애물을 감지하고 이를 회피하여 무선 전력 전송을 하기 위한 개념도 및 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 타겟에 대한 전력 전송을 하기 위한 개념도 및 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 이동시 전력 전송을 하기 위한 개념도 및 흐름도이다.
도 8은 각 패치 안테나에 공급되는 신호의 크기 및 위상 제어에 따른 전력전송파의 빔폭 및 크기가 변화되는 방사패턴을 도시한 도면이다.
1 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus and a target according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a transmission/reception processing unit of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a target according to an embodiment of the present invention.
4A to 4D are conceptual diagrams and flowcharts illustrating a process of finding a target by minimizing an irradiation range during scanning according to an embodiment of the present invention. .
5A and 5B are conceptual diagrams and flowcharts for wireless power transmission by detecting and avoiding an obstacle between a transmitting device and a target according to an embodiment of the present invention.
6A to 6B are conceptual diagrams and flowcharts for transmitting power to a plurality of targets according to an embodiment of the present invention.
7A to 7B are conceptual diagrams and flowcharts for transmitting power when a target moves according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a radiation pattern in which a beam width and a magnitude of a power transmission wave are changed according to a magnitude and phase control of a signal supplied to each patch antenna.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and a method of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described later in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms. In the following embodiments, terms such as first and second are not used in a limiting meaning, but are used for the purpose of distinguishing one component from another component. In addition, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, terms such as include or have means that the features or elements described in the specification are present, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or elements in advance. In addition, in the drawings, the size of components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to what is shown.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when describing with reference to the drawings, the same or corresponding constituent elements are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 이용한 무선 전력 송신장치 및 타겟의 블록구성도이다. 1 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus and a target using a camera according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 보는 바와 같이, 무선 전력 송신장치(100)는 다수의 패치 안테나로 이루어져 소정의 스캐닝파 또는 전력전송파를 발생시키는 안테나 어레이(130), 소정의 위치에 있는 타겟(200)에 전력을 전송하도록 스캐닝파 또는 전력전송파의 발생을 제어하는 제어부(110)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the wireless power transmission apparatus 100 is composed of a plurality of patch antennas and transmits power to an antenna array 130 that generates a predetermined scanning wave or a power transmission wave, and a target 200 at a predetermined position. It may include a control unit 110 that controls the generation of a scanning wave or a power transmission wave to be transmitted.

안테나 어레이(130)는 복수개의 패치가 다양한 방향으로 배열되는 형태로 전자파를 방사하기 위한 다양한 안테나 구조 및 형태로 이루어 질 수 있다. 송수신처리부(120)는 상기 안테나 어레이(130)의 각각의 패치에 공급되는 신호의 크기, 위상 및 동작여부 중 적어도 어느 하나 또는 둘이상을 제어부(110)의 제어에 의하여 조정함으로써 소정의 크기, 방향 및 빔폭을 갖는 스캐닝파 또는 전력전송파를 생성할 수 있다. 상기 동작여부는 안테나 패치에 신호가 공급되는 유무를 의미하며, 예를들어 해당 안테나 패치에 신호를 공급하지 않는 경우, 그 패치는 어떠한 신호도 방사하지 않는 상태이다. 여기서 전력전송파는 최종적으로 소정의 위치에 있는 타겟(200)에 전력을 전송하기 위한 전자파로 정의하며, 타겟(200)의 위치를 파악하기 위하여 안테나 어레이의 패치 전체 또는 패치 일부(안테나 그룹)를 통하여 방사되는 스캐닝파와는 구별된다. 스캐닝파는 제어부(110)의 제어에 의하여 미리 설정된 빔폭 및 크기를 가지고 -180°~ +180°의 범위에서 순차적으로 또는 미리 설정된 조사순서로 또는 위치검출용파에 의하여 결정되는 방향범위내에서 스캐닝파의 조사범위(각도)를 변경시켜 타겟에 스캐닝파의 전력을 전송할 수 있다. 전력전송파 또는 스캐닝파는 안테나 어레이(130)의 각각의 패치로부터 방사되는 전자파의 상호 보강 및 간섭에 의하여 생성되도록 제어하는 빔포밍 기술에 의하여 이루어질 수 있다(도 8참조). 다양한 형태의 안테나 구조 및 임피던스의 변화에 따른 빔포밍기술은 공지된 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 특정한 빔포밍기술로 제한하지 않는다. 제어부는 전력송신장치의 전반적인 동작을 제어하기 위하여 소정의 제어프로그램이 설치될 수 있으며, 마이크로컨트롤러 등으로 이루어질 수 있다. The antenna array 130 may have various antenna structures and shapes for radiating electromagnetic waves in a manner in which a plurality of patches are arranged in various directions. The transmission/reception processing unit 120 adjusts at least one or two or more of the size, phase, and operation status of the signal supplied to each patch of the antenna array 130 under the control of the control unit 110 to provide a predetermined size and direction. And a scanning wave or a power transmission wave having a beam width. The operation status means whether a signal is supplied to the antenna patch. For example, when a signal is not supplied to the antenna patch, the patch does not emit any signal. Here, the power transmission wave is defined as an electromagnetic wave for finally transmitting power to the target 200 at a predetermined location, and through the entire patch or part of the patch (antenna group) of the antenna array to determine the location of the target 200 It is distinct from the radiated scanning wave. The scanning wave has a preset beam width and size under the control of the controller 110 and is sequentially in the range of -180° to +180° or in a preset irradiation order, or within a direction range determined by the position detection wave. The power of the scanning wave can be transmitted to the target by changing the irradiation range (angle). The power transmission wave or the scanning wave may be formed by a beamforming technique that controls to be generated by mutual reinforcement and interference of electromagnetic waves radiated from each patch of the antenna array 130 (see FIG. 8). Beamforming techniques according to various types of antenna structures and changes in impedance may be performed by various known methods, and the present invention is not limited to a specific beamforming technique. The control unit may be installed with a predetermined control program to control the overall operation of the power transmission device, and may be formed of a microcontroller.

제어부(110)는 스캐닝파 또는 전력전송파가 무선전력을 전송할 수 있도록 메모리(150)에 미리 저장되어 있는 안테나 제어정보를 이용할 수 있다. 안테나 제어정보는 각각의 안테나 어레이의 각각의 패치에 공급되는 신호의 크기, 위상 및 동작여부에 대한 제어정보로 각 패치 안테나로부터 방사되는 전자파의 간섭 및 보강에 의하여 스캐닝파 또는 전력전송파를 발생시키기 위한 빔포밍 정보로 이해될 수 있다. 또한 상기 안테나 제어정보는 스캐닝파 또는 전력전송파를 수신한 타겟로부터 전송된 수신전력과 비교되어 거리를 판단할 수 있는 기준 전력크기에 대한 수신전력 거리정보를 포함할 수 있다. 예를들어 제어부(100)는 공간 어딘가에 있는 타겟(200)의 방향을 판단하기 위하여 미리 설정된 빔폭 및 크기를 가지고 조사각도를 순차적으로 변경시켜 형성된 제1 스캐닝파, 제2 스캐닝파 내지 제n 스캐닝파를 타겟에 전송할 수 있다. 이 경우, 타겟(200)은 상기 제1 스캐닝파, 제2 스캐닝파 내지 제n 스캐닝파에 의하여 수신된 각각의 수신전력정보를 통신부(240)를 통하여 전력송신장치(100)로 전송할 수 있다. 전력송신장치(100)는 예를 들어 40mW의 기준전력크기로 제1 스캐닝파, 제2 스캐닝파 내지 제n스캐닝파 각각을 -180°~ +180°의 범위에서 순차적 방사하여 아래 표 1와 같이 타겟(200)로부터 수신전력정보를 수신하였다고 가정한다. The control unit 110 may use antenna control information stored in advance in the memory 150 so that the scanning wave or the power transmission wave can transmit wireless power. The antenna control information is control information on the magnitude, phase, and operation of signals supplied to each patch of each antenna array, and generates a scanning wave or a power transmission wave by interference and reinforcement of electromagnetic waves radiated from each patch antenna. It can be understood as beamforming information for. In addition, the antenna control information may include reception power distance information on a reference power level capable of determining the distance by comparing the received power transmitted from the target receiving the scanning wave or the power transmission wave. For example, in order to determine the direction of the target 200 somewhere in space, the control unit 100 may have a first scanning wave, a second scanning wave, or an n-th scanning wave formed by sequentially changing the irradiation angle with a preset beam width and size. Can be transmitted to the target. In this case, the target 200 may transmit the received power information received by the first scanning wave, the second scanning wave to the n-th scanning wave to the power transmission device 100 through the communication unit 240. The power transmission device 100 sequentially radiates each of the first scanning wave, the second scanning wave to the n-th scanning wave in a range of -180° to +180° with a reference power size of 40 mW, for example, as shown in Table 1 below. It is assumed that reception power information is received from the target 200.


조사각도

Irradiation angle
타겟로부터 전송된
수신전력(mW)
Sent from the target
Receiving power (mW)
안테나 제어정보(메모리)Antenna control information (memory)
거리(m)Distance(m) 수신전력(mW)Receiving power (mW) 제1 스캐닝파First scanning wave -180°-180° 00 1One 18.5218.52 .
.
.
.
.
.

미리 설정된 기준값(10mW) 이하

Below the preset reference value (10mW)

2

2

15.57

15.57
제K-1 스캐닝파 K-1 scanning wave -10°-10° 13.5613.56 33 10.5310.53 제K 스캐닝파Kth scanning wave 15.2615.26 44 5.845.84 제K+1 스캐닝파K+1th scanning wave +10°+10° 14.0514.05 55 3.253.25 .
.
.
.
.
.

미리 설정된 기준값(10mW) 이하

Below the preset reference value (10mW)

6

6

2.15

2.15
제n 스캐닝파Nth scanning wave +180°+180° 00 77 1.121.12

상기 표 1을 참고하면, 제어부(110)는 타겟로부터 수신된 수신전력의 최대값(15.26mW)과 미리 설정된 안테나 제어정보에서 40mW의 기준전력크기에 대하여 수신전력이 15.57mW일 경우 안테나 어레이로부터 타겟간의 거리는 2m라고 판단할 수 있다. 동시에 제어부(110)는 미리 설정된 수신전력 기준값(10mW) 이상인 K-1, K 및 K+1의 스캐닝파의 조사각도인 -10°~ +10°를 빔폭정보로 판단할 수 있다. 따라서 스캐닝파에 의하여 타겟의 거리, 빔폭 및 방향(스캐닝파에 의하여 방향은 이미 결정됨)을 파악한 제어부(110)는 거리 2m, 빔폭 -10°~ +10°을 갖는 전력전송파를 생성하도록 미리 설정되어 있는 안테나 제어정보에 따라 송수신처리부(120)를 제어하여 판단된 위치에 있는 타겟(200)에 안테나 어레이(130)를 통하여 전력전송파를 전송할 수 있다. Referring to Table 1, the control unit 110 includes a maximum value (15.26mW) of received power received from a target and a reference power level of 40mW in preset antenna control information when the receiving power is 15.57mW from the target antenna array. It can be determined that the distance between them is 2m. At the same time, the control unit 110 may determine the beam width information, which is the irradiation angle of the scanning waves of K-1, K, and K+1 that are equal to or greater than a preset reception power reference value (10mW), -10° to +10°. Therefore, the control unit 110, which has determined the distance, beam width, and direction of the target by the scanning wave (the direction is already determined by the scanning wave), is preset to generate a power transmission wave having a distance of 2 m and a beam width of -10° to +10°. The power transmission wave may be transmitted to the target 200 at the determined position through the antenna array 130 by controlling the transmission/reception processing unit 120 according to the antenna control information.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치의 송수신처리부를 설명하기 위한 블록구성도이다. 2 is a block diagram illustrating a transmission/reception processing unit of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 송수신처리부(120)는 증폭부(124), 감쇠기(123), 위상쉬프터(122) 및 제1 제어부(121)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the transmission/reception processing unit 120 may include an amplification unit 124, an attenuator 123, a phase shifter 122, and a first control unit 121.

송수신처리부(120)는 각각의 패치(131 ~ 131n)에 공급되는 신호의 위상 및 크기를 제어하기 위하여 복수개로 이루어 질 수 있으며, 제어부(110)는 각각의 송수신처리부(120)를 각각 제어하기 위한 제1 제어부(121) 내지 제n 제어부(121n)을 포함할 수 있다. 제어부(110)는 타겟(200)으로부터 전송된 수신전력정보에 의하여 결정된 타겟의 거리, 빔폭 및 방향(스캐닝파에 의하여 방향은 이미 결정됨)에 대하여 미리 설정되어 있는 안테나 제어정보에 따라 각각의 패치에 대한 크기 및/또는 위상 정보를 제1 제어부(121) 내지 제n 제어부(121n)로 전송하여 무선전력 전송을 위한 전력전송파를 생성할 수 있다. The transmission/reception processing unit 120 may be formed in plural to control the phase and magnitude of the signal supplied to each of the patches 131 to 131n, and the control unit 110 is configured to control each transmission/reception processing unit 120, respectively. It may include a first control unit 121 to an n-th control unit 121n. The controller 110 controls each patch according to the antenna control information set in advance for the distance, beam width, and direction of the target determined by the received power information transmitted from the target 200 (the direction is already determined by the scanning wave). A power transmission wave for wireless power transmission may be generated by transmitting the size and/or phase information for the first control unit 121 to the nth control unit 121n.

전력소스(101)는 신호의 주파수를 일정하게 유지하기 위한 위상고정루프(PLL:phase locked loop), 전력증폭기, 인버터 및 전력분배기 등을 포함하여 이루어져 각각의 송수신처리부(120)에 소정의 주파수, 위상 및 크기를 갖는 전력을 공급할 수 있다. The power source 101 includes a phase locked loop (PLL) for maintaining a constant frequency of a signal, a power amplifier, an inverter, a power divider, etc. to each transmit/receive processing unit 120 with a predetermined frequency, It can supply power with phase and magnitude.

한편 송수신처리부(120)는 전력전송파 또는 스캐닝파를 생성하기 위하여 각 패치 안테나(131~131n)에 최종 공급되는 신호 크기 및 위상을 검출하거나 각 패치 안테나(131~131n)를 통하여 타겟로부터 전송되는 위치검출용파에 의하여 각 패치에입력되는 신호를 검출하기 위한 수신전력검출부(125)를 더 포함할 수 있다. 수신전력검출부(125)는 커플러(coupler)로 이루어질 수 있으며, 검출된 전력전송파 또는 스캐닝파를 생성하기 위하여 각 패치에 최종 공급되는 신호 또는 위치검출용파에 의하여 입력되는 신호는 제1 제어부(121)를 통하여 제어부(110)로 입력될 수 있다. 위치검출용파는 신호의 주파수를 일정하게 유지하기 위한 위상고정루프(PLL:phase locked loop), 전력증폭기, 필터 등을 포함하는 통신부(240)에 의하여 소정의 주파수, 크기(진폭) 및 위상을 가지고 제어부(210)의 제어에 의하여 전력수신안테나(230)를 통하여 전력송신장치(100)의 안테나 어레이(130)로 입력될 수 있다. 위치검출용파는 도 3에서 상세히 설명한다. Meanwhile, the transmission/reception processing unit 120 detects the magnitude and phase of a signal finally supplied to each of the patch antennas 131 to 131n in order to generate a power transmission wave or a scanning wave, or is transmitted from the target through each of the patch antennas 131 to 131n. It may further include a reception power detection unit 125 for detecting a signal input to each patch by the position detection wave. The reception power detection unit 125 may be formed of a coupler, and a signal finally supplied to each patch or a signal input by a position detection wave to generate the detected power transmission wave or scanning wave is the first control unit 121 ) Through the control unit 110. The position detection wave has a predetermined frequency, amplitude (amplitude), and phase by a communication unit 240 including a phase locked loop (PLL), a power amplifier, and a filter to keep the frequency of the signal constant. It may be input to the antenna array 130 of the power transmission device 100 through the power receiving antenna 230 under the control of the controller 210. The position detection wave will be described in detail in FIG. 3.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 블록구성도이다. 3 is a block diagram of a target according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 3을 참고하면, 타겟(200)는 스캐닝파 또는 전력전송파를 수신하는 전력수신안테나(230), 수신된 스캐닝파 또는 전력전송파를 정류한 후 직류로 변환하는 전력변환부(220), 변환된 직류를 충전하는 충전부(201) 및 충전을 제어하고, 스캐닝파 또는 전력전송파의 수신전력정보를 생성한 후 통신부(240)를 통하여 전력송신장치(100)로 전송하도록 제어하는 제어부(210)를 포함한다. 타겟(200)은 스마트폰, 태블릿, 가전기구, 스마트센서 등 전력으로 동작되는 모든 전자장치를 포함할 수 있다. 1 and 3, the target 200 includes a power receiving antenna 230 that receives a scanning wave or a power transmission wave, and a power conversion unit that rectifies the received scanning wave or power transmission wave and converts it to DC ( 220), the charging unit 201 for charging the converted direct current and controlling the charging, generating the received power information of the scanning wave or the power transmission wave, and then controlling the transmission to the power transmission device 100 through the communication unit 240 It includes a control unit 210. The target 200 may include all electronic devices operated by electric power, such as a smart phone, a tablet, a home appliance, and a smart sensor.

제어부(210)는 충전부(201)에 충전되어 있는 전력정보를 감시하고, 충전전력이 미리 설정된 최소 전력 이하인 경우, 충전이 필요하다고 판단하고 위치검출용파를 생성하여 통신부(240)를 통하여 전력송신장치(100)로 전송할 수 있다. 위치검출용파는 전력전송파와 동일한 주파수 대역이거나 별도의 통신 채널 주파수 대역으로 이루어질 수 있으며, 무선충전요청정보를 포함할 수 있다. 위치검출용파는 크기 및 위상을 가지고 미리 설정된 기준방사전력이 설정될 수 있으며, 상기 미리 설정된 기준방사전력은 전력송신장치(100)에서 위치검출용파의 수신전력에 따른 타겟의 거리를 판단하기 위하여 이용될 수 있도록 메모리(150)에 미리 저장되어 있는 안테나 제어정보에 포함될 수 있다. 타겟(200)은 위치검출용파를 전력수신안테나(230)를 통하여 안테나 어레이(130)로 전송하기 위하여 통신부(240)와 전력수신안테나(230)간 전송경로를 형성하기 위한 스위칭부(260)를 포함할 수 있다. 상기 스위칭부(260)는 전력전송파를 수신할 경우, 제어부(210)의 제어에 의하여 전력수신안테나(230)와 전력변환부(2220)를 연결할 수 있는 서큐레이터(circulator) 등으로 이루어질 수 있다. 위치검출용파가 통신부(240)의 안테나(미도시)를 통하여 방사되는 경우 또는 전력수신안테나(230)를 통하여 방사되는 경우 모두 전력송신장치의 안테나 어레이(130) 및 통신부(140)의 안테나(미도시)를 통하여 수신될 수 있다. 위치검출용파가 스위칭부(260)를 통하여 전력수신안테나(230)를 통하여 방사되어 안테나 어레이(130)로 입력되는 경우는 통신부(240)의 안테나(미도시)를 통하여 방사되는 경우보다 더 정확한 전력수신안테나(230)의 위치를 전력송신장치(100)가 감지함으로써 무선전력 전송효율을 높일 수 있다. The control unit 210 monitors the power information charged in the charging unit 201, and when the charging power is less than the preset minimum power, determines that charging is necessary, generates a position detection wave, and transmits the power through the communication unit 240. Can be transmitted to (100). The position detection wave may be formed in the same frequency band as the power transmission wave or a separate communication channel frequency band, and may include wireless charging request information. The position detection wave has a size and phase, and a preset reference radiation power may be set, and the preset reference radiation power is used by the power transmission device 100 to determine the distance of the target according to the received power of the position detection wave. It may be included in the antenna control information stored in advance in the memory 150 so as to be performed. The target 200 includes a switching unit 260 for forming a transmission path between the communication unit 240 and the power receiving antenna 230 in order to transmit the position detection wave to the antenna array 130 through the power receiving antenna 230. Can include. When receiving the power transmission wave, the switching unit 260 may be formed of a circulator that can connect the power receiving antenna 230 and the power conversion unit 2220 under the control of the control unit 210. . When the position detection wave is radiated through an antenna (not shown) of the communication unit 240 or through the power receiving antenna 230, the antenna array 130 of the power transmission device and the antenna of the communication unit 140 (not shown) City) can be received. When the position detection wave is radiated through the power receiving antenna 230 through the switching unit 260 and input to the antenna array 130, more accurate power than when radiated through the antenna (not shown) of the communication unit 240 The power transmission device 100 senses the location of the reception antenna 230, thereby improving wireless power transmission efficiency.

따라서 전력송신장치(100)는 스캐닝파를 수신한 타겟로부터 전송된 수신전력정보를 이용하여 타겟의 위치를 판단하고 미리 설정된 안테나 제어정보에 따른 빔포밍을 제어함으로써 타겟에 최대전력을 효율적으로 전송할 수 있다. 또한 전력송신장치(100)는 스캐닝파에 의하여 미리 설정된 수신전력의 기준값보다 낮은 수신전력이 수신되는 조사각(방향)은 장애물이 있는 것으로 판단하고 해당 방향으로는 전력전송파가 방사되지 않도록 전력전송파의 빔폭을 제어함으로써 만약 장애물이 사람일 경우, 무선 전력 전송에 따른 인체에 영향을 최소화 할 수 있다. Therefore, the power transmission device 100 can efficiently transmit the maximum power to the target by determining the location of the target using the received power information transmitted from the target receiving the scanning wave and controlling the beamforming according to the preset antenna control information. have. In addition, the power transmission device 100 determines that there is an obstacle at the irradiation angle (direction) at which the reception power lower than the reference value of the reception power set in advance by the scanning wave is received, and transmits power so that the power transmission wave is not radiated in that direction. By controlling the wave beam width, if an obstacle is a human, it is possible to minimize the effect on the human body due to wireless power transmission.

이하 무선전력전송에 있어 타겟의 위치를 판단함에 있어 전력 소비를 방지함과 동시에 빠르게 위치를 판단할 수 있도록 상기 위치검출용파를 이용한 다양한 실시예에 대하여 도 4a 내지 도 7b를 통하여 상세히 설명한다. Hereinafter, various embodiments using the position detection wave will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 7B to prevent power consumption and to quickly determine the position in determining the position of the target in wireless power transmission.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝시 조사범위를 최소화하여 타겟를 찾는 과정을 설명하기 위한 개념도 및 흐름도이다.4A to 4D are conceptual diagrams and flowcharts illustrating a process of finding a target by minimizing an irradiation range during scanning according to an embodiment of the present invention.

도 4a 및 4d를 참고하면, 전력송신장치(100)는 상술한 도 1 및 도 2에서 타겟(200)의 위치를 파악하기 위한 스캐닝파를 먼저 방사할 필요없이 타겟으로부터 방사되는 위치검출용파를 안테나 어레이(130)를 통하여 수신하여 정확하게 전력수신안테나(230)의 위치를 파악할 수 있다. 따라서 전력송신장치(100)는 스캐닝파 방사에 따른 전력소비를 할 필요가 없으며, 미리 설정된 적어도 하나 이상의 패치들로 이루어진 안테나 그룹에 입력되는 위치검출용파의 전력크기를 검출함으로써 빠르게 타겟(200)의 위치를 판단할 수 있다. 4A and 4D, the power transmission device 100 uses an antenna for a position detection wave radiated from a target without first radiating a scanning wave for determining the position of the target 200 in FIGS. 1 and 2 described above. By receiving through the array 130, the position of the power receiving antenna 230 can be accurately determined. Therefore, the power transmission device 100 does not need to consume power according to the scanning wave radiation, and quickly detects the power level of the position detection wave input to the antenna group consisting of at least one or more patches. You can determine the location.

먼저 전력송신장치(100)는 위치검출용파의 수신을 대기한 상태를 유지한다(S401). 타겟(200)은 무선충전이 필요하다고 판단되는 경우, 위치검출용파를 전력수신안테나(230)를 통하여 방사하여, W1, W2, W3, W4, W5의 경로로 안테나 어레이의 각각의 안테나 그룹(A1,A2,A3,A4)에 전송될 수 있다. 설명을 위하여 위치검출용파를 W1 내지 W5로 표시하였으나 안테나 어레이를 이루는 각각의 패치 안테나에 위치검출용파가 입력됨은 당연하다. 여기서 상기 안테나 그룹(A1,A2,A3,A4)은 메모리에 미리 설정되어 있는 안테나 제어정보에 의하여 미리 전력전송파를 방사할 방향은 미리 설정될 수 있다. 무선송신장치(100)는 수신전력검출부(125)를 통하여 입력된 위치검출용파의 수신전력이 미리 설정된 기준 전력보다 큰 경우, 무선송신장치는 안테나 그룹 A1, A2, A3 및 A4를 순차적으로 동작하도록 제어하여 각 안테나 그룹(A1,A2,A3,A4)별로 수신되는 수신전력크기를 감지할 수 있다(S402). 계속적으로 무선송신장치(100)는 감지된 각 안테나 그룹(A1,A2,A3,A4)별 수신전력의 크기, 위상 및 감지시간정보를 비교하여 위치검출용파의 수신전력크기가 가장 큰 안테나 그룹(A2)을 결정하고 미리 설정되어 있는 안테나 제어정보와 비교함으로써 전력전송파를 방사할 방향을 결정할 수 있다. 한편 무선송신장치(100)는 결정된 안테나 그룹(A2) 내의 다수의 패치 안테나에 수신되는 위치검출용파의 최대 수신전력크기와 미리 설정된 방사전력에 따른 거리정보를 이용하여 전력수신안테나의 거리를 판단할 수 있다(S403). 다음으로 무선송신장치(100)는 상기 안테나 그룹(A2)으로 이루어진 다수의 패치 안테나들을 통하여 판단된 방향 및 거리에 의한 전력전송파(B)를 형성하여 타겟(200)의 전력수신안테나에 빠르게 전력을 전송할 수 있다(S404).First, the power transmission device 100 maintains a state in which it waits for reception of the position detection wave (S401). When it is determined that wireless charging is necessary, the target 200 radiates the position detection wave through the power receiving antenna 230, and each antenna group A1 of the antenna array is routed through the paths of W1, W2, W3, W4, and W5. ,A2,A3,A4). For the sake of explanation, the position detection wave is indicated by W1 to W5, but it is natural that the position detection wave is input to each patch antenna constituting the antenna array. Here, the direction in which the antenna groups A1, A2, A3, and A4 radiate the power transmission wave may be set in advance according to antenna control information preset in the memory. When the reception power of the position detection wave input through the reception power detection unit 125 is greater than a preset reference power, the wireless transmission device 100 sequentially operates the antenna groups A1, A2, A3, and A4. By controlling, the amount of received power received for each antenna group A1, A2, A3, and A4 may be detected (S402). Continuously, the wireless transmission device 100 compares the size, phase, and detection time information of the received power for each detected antenna group (A1, A2, A3, A4), and the antenna group having the largest reception power size of the position detection wave ( By determining A2) and comparing it with preset antenna control information, the direction in which the power transmission wave is to be emitted can be determined. Meanwhile, the wireless transmission device 100 may determine the distance of the power receiving antenna by using the maximum received power size of the position detection wave received by the plurality of patch antennas in the determined antenna group A2 and distance information according to the preset radiation power. Can be (S403). Next, the wireless transmission device 100 forms a power transmission wave B according to the direction and distance determined through a plurality of patch antennas consisting of the antenna group A2 to quickly power the power receiving antenna of the target 200. Can be transmitted (S404).

도 4b는 도 4b의 (a) 및 도 4c의 S401,S402 및 S403에 의하여 전력수신안테나(230)의 방향 및 거리가 판단된 경우에도 무선송신장치(100)는 더욱 더 정확한 타겟(200)의 방향을 판단하기 위하여 제한된 조사범위를 갖는 스캐닝파(b1,b2,b3,b4,b5)를 전체 패치 안테나 또는 안테나 그룹(A2)에 의하여 생성하여 방사할 수 있다. 도 4b의 (b) 및 도 4d를 참고하면, 무선송신장치(100)는 -180°~ +180°의 전부 범위에서 스캐닝파의 조사각도를 변경시키는 스캐닝을 할 필요없이 안테나 그룹(A2)에 의하여 미리 특정된 방사방향의 제한된 조사범위에서만 스캐닝파(b1,b2,b3,b4,b5)를 방사하고 타겟으로부터 수신한 수신전력을 이용하여 더 정확하게 전력전송파의 방향, 거리를 재설정할 수 있다. 도 5a를 참고하면, 제한된 조사범위에서만 방사된 스캐닝파(b1,b2,b3,b4,b5)에 따른 각 스캐닝파의 수신전력의 크기를 비교하여 빔폭를 판단하고 전력전송파(B)의 빔폭을 결정하여 사람(1,2)라고 판단되는 방향으로는 전력전송파를 전송하지 않음으로써 인체에 영향을 최소화할 수 있다(S408). 이후 무선송신장치(100)는 재설정된 조사방향, 빔폭 및 거리에 따라 안테나 어레이를 통하여 전력전송파를 형성하여 전력수신안테나(230)에 빠르게 전력을 전송할 수 있다(S409). 4B shows that even when the direction and distance of the power receiving antenna 230 are determined by S401, S402 and S403 of FIGS. 4B and 4C, the wireless transmission device 100 is more accurate than the target 200. In order to determine the direction, scanning waves b1, b2, b3, b4, b5 having a limited irradiation range may be generated and radiated by the entire patch antenna or antenna group A2. Referring to FIGS. 4B(b) and 4D, the wireless transmission device 100 is connected to the antenna group A2 without the need to perform scanning to change the irradiation angle of the scanning wave in the entire range of -180° to +180°. By radiating the scanning waves (b1, b2, b3, b4, b5) only in the limited irradiation range in the predetermined radiation direction, the direction and distance of the power transmission wave can be more accurately reset by using the received power received from the target. . 5A, the beam width is determined by comparing the received power of each scanning wave according to the scanning waves (b1, b2, b3, b4, b5) radiated only in a limited irradiation range, and the beam width of the power transmission wave (B) is determined. It is possible to minimize the influence on the human body by not transmitting the power transmission wave in the direction determined as the person (1, 2) (S408). Thereafter, the wireless transmission apparatus 100 may rapidly transmit power to the power receiving antenna 230 by forming a power transmission wave through the antenna array according to the reset irradiation direction, beam width, and distance (S409).

도 5b를 참고하면, 한편 무선송신장치(100)는 미리 설정된 방향 또는 위치에 있는 안테나 어레이에 수신되는 위치검출파(W1,W2,W3)의 크기, 위상 및 시간을 검출할 수 있다. 무선송신장치(100)는 수신된 위치검출파(W1,W2,W3)의 크기 중 미리 설정된 수신전력크기와 비교하여 더 큰 W1(가장 짧은 경로를 통하여 T1 시간에 도착) 및 W2(외부 벽 등의 반사경로를 통하여 T2 시간에 도착, 여기서 T1 < T2)에 대하여 미리 설정된 방향을 판단할 수 있다. 여기서 위치검출파(W2)는 중간에 장애물(사람)의 영향으로 미리 설정된 수신전력크기보다 작음으로 무선송신장치는 W2 방향에 대하여는 전력전송파를 방사하지 않도록 제어할 수 있다. 무선송신장치(100)는 미리 설정된 안테나 제어정보를 이용하여 위치검출파(W1과 W2)에 의하여 판단된 두개의 서로 다른 경로(방향)을 갖는 두개의 전력전송파(B1,B2)를 방사시 B1을 전송한 후 (T2-T1)의 시간간격을 가지고 B2를 전송함으로써 타겟(200)에서는 같은 시간에 두개의 전력전송파가 상호 보강되어 도달하도록 하여 전력전송효율을 높일 수 있다. 도 5b에서는 위치검출파에 의한 서로다른 경로를 갖는 전력전송파에 대하여 설명하였으나, 스캐닝파에 의하여 타겟으로부터 수신된 수신전력정보에 의하여도 시간지연을 갖는 두개의 서로다른 경로를 갖는 전력전송파를 타겟에 전송할 수 있음은 당연하다 할 것이다. Referring to FIG. 5B, on the other hand, the wireless transmission apparatus 100 may detect the size, phase, and time of the position detection waves W1, W2, and W3 received by the antenna array in a predetermined direction or position. The wireless transmission device 100 has a larger W1 (arrives at time T1 through the shortest path) and W2 (outer wall, etc.) compared with a preset received power size among the sizes of the received position detection waves (W1, W2, W3). Arriving at time T2 through the reflection path of, it is possible to determine a preset direction for T1 <T2). Here, since the position detection wave W2 is smaller than a preset reception power level due to the influence of an obstacle (person) in the middle, the wireless transmission device may control not to emit the power transmission wave in the W2 direction. The wireless transmission device 100 radiates two power transmission waves (B1, B2) having two different paths (directions) determined by the position detection waves (W1 and W2) using preset antenna control information. By transmitting B1 and then transmitting B2 at a time interval of (T2-T1), the target 200 may enhance power transmission efficiency by reinforcing two power transmission waves to reach each other at the same time. In FIG. 5B, power transmission waves having different paths by the position detection wave have been described, but power transmission waves having two different paths having a time delay are also described by the received power information received from the target by the scanning wave. It would be natural to be able to transmit to the target.

도 4a내지 도 4d에서는 하나의 타겟에 대하여 설명하였으나 이에 한정하지 않고 두개 이상의 타겟에 대하여도 동시에 무선전력전송이 가능하며 이에 대하여는 도 6a 및 6b를 통하여 설명한다. In FIGS. 4A to 4D, one target has been described, but the present invention is not limited thereto, and wireless power transmission is possible for two or more targets at the same time, which will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 타겟에 대한 전력 전송을 하기 위한 개념도 및 흐름도이다. 6A to 6C are conceptual diagrams and flowcharts for transmitting power to a plurality of targets according to an embodiment of the present invention.

도 6a를 참고하면, 도 4b는 도 4b의 (a) 및 도 4c의 S401,S402 및 S403에 의하여 타겟(200)의 방향 및 거리가 판단된 경우에도 무선송신장치(100)는 복수의 타켓(200a, 200b)의 전력수신안테나(230)에 동시에 전송하기 위한 방향을 판단하기 위하여 제한된 조사범위를 갖는 다수의 스캐닝파(b)를 전체 패치안테나 또는 안테나 그룹(A2)에 의하여 생성하여 방사할 수 있다. 각 스캐닝파에 의하여 복수의 타켓(200a, 200b)으로부터 각각 수신된 수신전력을 이용하여 무선송신장치(100)는 빔폭정보를 판단하고 전력전송파(B)의 빔폭을 조정함으로써 복수의 타겟에 동시에 전력전송파를 전송할 수 있다. Referring to FIG. 6A, FIG. 4B shows that even when the direction and distance of the target 200 are determined by S401, S402, and S403 of FIGS. 4B and 4C, the wireless transmission device 100 may include a plurality of targets ( In order to determine the direction for simultaneous transmission to the power receiving antennas 230 of 200a and 200b), a plurality of scanning waves (b) having a limited irradiation range can be generated and radiated by the entire patch antenna or antenna group (A2). have. By using the received power received from the plurality of targets 200a and 200b respectively by each scanning wave, the wireless transmission device 100 determines the beam width information and adjusts the beam width of the power transmission wave B to simultaneously target multiple targets. Can transmit power transmission wave.

도 6b의 (a)를 참고하면, 타겟간 중심거리 정보를 전송하지 않은 경우, 무선송신장치(100)는 -180°~ +180°의 범위 또는 제한된 조사범위에서 조사각도를 변경시키는 다수의 스캐닝파(b1 내지 b6)을 통하여 스캐닝시 전력소모가 많을 뿐 아니라 스캐닝 시간도 오래 걸리는 문제가 있다. Referring to (a) of FIG. 6B, when the center distance information between targets is not transmitted, the wireless transmission device 100 is a plurality of scanning devices that change the irradiation angle in a range of -180° to +180° or a limited irradiation range. When scanning through the waves b1 to b6, there is a problem that not only power consumption is high, but also the scanning time is long.

도 6의 (b)를 참고하면,복수의 타겟(200a, 200b)들은 통신을 통하여 타겟간 거리를 계산하고, 계산된 거리를 이용하여 중심거리정보(291)를 생성하여 전력송신장치(100)로 전송할 수 있다. 따라서 무선송신장치(100)는 b1의 스캐닝파를 방사한 후 미리 설정된 조사각만큼 이동하여 방사된 b2 스캐닝파를 수신한 제1 타겟(200a)로부터 수신전력정보 및 중심거리정보를 수신받는 경우, 제2 타겟(200b)만이 제1 타겟(200a)로부터 중심거리만큼 떨어져 위치한다고 판단할 수 있다. 따라서 무선송신장치(100)는 상기 중심거리정보를 이용하여 이후 스캐닝범위는 도 6의 (a)의 b3, b4, b5, b6의 스캐닝파를 방사할 필요가 없이 제1 타겟(200a)을 중심으로 중심거리만큼 떨어진 위치에 조사각을 새로이 설정한 스캐닝파(b7)만을 방사하여 제2 타겟(200b)으로부터 수신전력정보를 빠르게 수신할 수 있다. 도 6의 (c)를 참고하면, 중심거리를 이용하여 최소한의 스캐닝파만을 방사하여 두 타겟의 위치를 판단하고 이에 따른 빔폭을 조절함으로써 전력소비를 최소화하고 빠르게 복수의 타겟에 동시에 무선 전력을 송신할 수 있는 전력전송파를 방사할 수 있다. Referring to (b) of FIG. 6, the plurality of targets 200a and 200b calculate the distance between targets through communication, and generate center distance information 291 using the calculated distance, and the power transmission device 100 Can be transferred to. Therefore, when the wireless transmission device 100 radiates the scanning wave of b1 and then moves by a preset irradiation angle and receives the received power information and center distance information from the first target 200a receiving the radiated b2 scanning wave, It may be determined that only the second target 200b is located away from the first target 200a by a center distance. Therefore, the wireless transmission device 100 uses the center distance information, and the subsequent scanning range is centered on the first target 200a without the need to radiate the scanning waves b3, b4, b5, and b6 of FIG. 6(a). As a result, it is possible to quickly receive received power information from the second target 200b by radiating only the scanning wave b7 for which the irradiation angle is newly set at a location separated by the center distance. Referring to Figure 6(c), by radiating only a minimum scanning wave using the center distance, the positions of the two targets are determined, and the beam width is adjusted accordingly to minimize power consumption and rapidly transmit wireless power to multiple targets simultaneously. It can emit power transmission waves that can do.

도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 이동시 전력 전송을 하기 위한 개념도 및 흐름도이다. 7A to 7B are conceptual diagrams and flowcharts for transmitting power when a target moves according to an embodiment of the present invention.

도 7a 및 도 7b를 참고하면, 무선송신장치(100)는 타겟(200)이 전력전송파에 의하여 충전이 진행되고 있는 상태에서 일정한 주기동안 타겟(200)으로부터 수신전력정보를 수신할 수 있다(S701). 무선송신장치(100)는 수신전력의 크기(도 7a의 (b)참고)가 변화하는 경우, 충전 중 타겟(200)이 이동하고 있다고 판단하고 4개의 방향으로 미리 설정된 이동 검출 스캐닝파를 형성하여 순차적으로 전송 타겟으로 전송할 수 있다(S702). 이동 검출 스캐닝파는 4개의 방향으로 미리 설정되어 있다고 설명하였으나 이에 한정하지 않으며 공간의 특성에 따라 다수의 방향으로 설정될 수 있다. 계속적으로 무선송신장치(100)는 상기 이동 검출 스캐닝파에 따른 카겟 수신 전력정보를 이용하여 타겟위치를 추종한다(S703). 마지막으로 상기 수신 전력정보가 소정의 시간동안 변하지 않는다고 판단하는 경우, 타겟은 멈추었다고 판단하고 멈춤시간에 방사하고 있는 이동 검출 스캐닝파의 미리 설정된 조사방향범위내에서 타겟위치를 판단하기 위한 스캐닝파(b1, b2, b3, b4, b5)를 순차적으로 방사할 수 있다. 마지막으로 상기 스캐닝파(b1, b2, b3, b4, b5)에 의한 각각의 수신전력을 비교하여 타겟과의 거리 및 빔폭을 결정하고 이에 따른 전력전송파를 방사하여 무선전력을 타겟으로 정확하게 전송할 수 있다(S704).7A and 7B, the wireless transmission device 100 may receive received power information from the target 200 for a certain period while the target 200 is being charged by the power transmission wave ( S701). When the size of the received power (refer to (b) of FIG. 7A) changes, the wireless transmission device 100 determines that the target 200 is moving during charging, and forms a preset movement detection scanning wave in four directions. It may be sequentially transmitted to the transmission target (S702). Although it has been described that the movement detection scanning wave is preset in four directions, the present invention is not limited thereto, and may be set in a plurality of directions according to the characteristics of the space. Continuously, the wireless transmission device 100 tracks the target position by using the cargo reception power information according to the movement detection scanning wave (S703). Finally, when it is determined that the received power information does not change for a predetermined time, the target is determined to be stopped and a scanning wave for determining the target position within a preset irradiation direction range of the movement detection scanning wave radiating at the pause time ( b1, b2, b3, b4, b5) can be sequentially emitted. Finally, by comparing the received power of each of the scanning waves (b1, b2, b3, b4, b5), the distance to the target and the beam width are determined, and the power transmission wave is radiated to accurately transmit the wireless power to the target. Yes (S704).

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail through exemplary embodiments, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains have found that various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. I will understand.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be determined, and should not be determined by the claims to be described later, but also by those equivalents to the claims.

100:전력송신장치 101:전력소스
110,210:제어부 120:송수신처리부
122:위상쉬프터 123:감쇠기
124:증폭부 125:수신전력검출부
130:안테나 어레이 131:패치 안테나
140,240:통신부 150,250:메모리
200:타겟 220:전력변환부
230:전력수신안테나 201:충전부
1000: 무선 전력 송수신시스템
100: power transmission device 101: power source
110,210: control unit 120: transmission/reception processing unit
122: phase shifter 123: attenuator
124: amplification unit 125: received power detection unit
130: antenna array 131: patch antenna
140,240: communication unit 150,250: memory
200: target 220: power conversion unit
230: power receiving antenna 201: charging unit
1000: wireless power transmission and reception system

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 무선 전력 송신장치에 있어서,
안테나 어레이 및
타겟으로부터 방사되는 위치검출용파를 상기 안테나 어레이를 통하여 수신하고, 각각의 패치 안테나에 수신되는 상기 위치검출용파의 수신전력의 크기를 미리 설정된 수신전력크기와 비교하여 타겟의 거리 및 빔폭을 판단하고, 상기 판단된 거리 및 빔폭에 따른 전력전송파를 방사하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 안테나 어레이는 다수의 패치 안테나로 이루어진 적어도 둘 이상의 안테나 그룹을 형성하고,
상기 제어부는 수신전력검출부를 통하여 입력된 위치검출용파의 수신전력이 미리 설정된 기준 전력보다 큰 경우, 각 안테나 그룹을 순차적으로 동작하도록 제어하여 각 안테나 그룹으로 수신되는 수신전력크기를 감지하여, 위치검출용파의 수신전력크기가 가장 큰 안테나 그룹을 결정하고, 결정된 안테나 그룹에 미리 설정된 방향으로 전력전송파를 발생하도록 상기 안테나 그룹을 제어하며,
상기 위치검출용파는 타겟이 무선충전이 필요하다고 판단되는 경우, 타겟의 전력수신안테나를 통하여 방사되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치.
In the wireless power transmitter,
Antenna array and
The position detection wave radiated from the target is received through the antenna array, and the amount of the reception power of the position detection wave received by each patch antenna is compared with a preset reception power level to determine the distance and the beam width of the target, And a control unit for controlling to emit power transmission wave according to the determined distance and beam width,
The antenna array forms at least two or more antenna groups consisting of a plurality of patch antennas,
When the reception power of the position detection wave input through the reception power detection unit is greater than a preset reference power, the control unit controls each antenna group to operate sequentially, detects the amount of received power received by each antenna group, and detects the position. Determining an antenna group having the largest reception power level of the wave, and controlling the antenna group to generate a power transmission wave in a predetermined direction to the determined antenna group,
The position detection wave is a wireless power transmission apparatus, characterized in that when the target is determined to need wireless charging, the target is radiated through the power receiving antenna.
삭제delete 제 4항에 있어서,
제어부는 제1 위치검출파의 도달 시간이 T1이고, 제2 위치검출파의 도달시간이 T2인 경우(여기서 T1 < T2), 제1 위치검출파에 따른 제1 전력전송파와 제2 위치검출파에 따른 제2 전력전송파는 (T2-T1)의 시간간격을 가지고 방사되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치.
The method of claim 4,
When the arrival time of the first position detection wave is T1 and the arrival time of the second position detection wave is T2 (here, T1 <T2), the control unit is the first power transmission wave and the second position detection wave according to the first position detection wave. The second power transmission wave according to the wireless power transmission device, characterized in that for controlling to be radiated at a time interval of (T2-T1).
제 4항에 있어서,
상기 제어부는
위치검출용파의 수신전력크기가 가장 큰 안테나 그룹에 미리 설정된 조사범위의 내에서 스캐닝파를 방사하고, 타겟으로부터 전송된 수신전력정보를 이용하여 전력전송파의 방향, 거리를 재설정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치.
The method of claim 4,
The control unit
It emits a scanning wave within a preset irradiation range to the antenna group having the largest reception power level of the position detection wave, and resets the direction and distance of the power transmission wave using the received power information transmitted from the target. Wireless power transmitter.
제 4항에 있어서,
상기 제어부는 타겟으로부터 복수의 타겟들간의 중심거리정보를 더 수신받은 경우, 상기 중심거리정보를 이용하여 스캐닝파의 조사범위 및 개수를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치.
The method of claim 4,
The control unit, when further receiving center distance information between a plurality of targets from a target, uses the center distance information to control the irradiation range and number of scanning waves.
제 4항에 있어서,
상기 제어부는 전력전송파에 의하여 타겟이 충전 중 타겟으로부터 전송되는 수신전력이 변화하는 경우, 타겟가 이동중이라고 판단하여 소정의 방향으로 이동 검출 스캐닝파를 방사하고,
상기 이동 검출 스캐닝파에 의하여 타겟으로부터 전송된 수신전력정보가 변하지 않은 경우, 타겟가 멈추었다고 판단하고 멈춘시간에 방사하고 있는 이동 검출 스캐닝파의 미리 설정된 조사방향 범위내에서 상기 스캐닝파를 순차적으로 방사하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치.
The method of claim 4,
The control unit determines that the target is moving when the received power transmitted from the target changes while the target is charging by the power transmission wave, and emits a movement detection scanning wave in a predetermined direction,
When the received power information transmitted from the target by the movement detection scanning wave does not change, it is determined that the target is stopped, and the scanning waves are sequentially radiated within a preset irradiation direction range of the movement detection scanning wave radiating at the stop time. Wireless power transmitter, characterized in that.
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