KR102231882B1 - 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치 - Google Patents

효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102231882B1
KR102231882B1 KR1020190092894A KR20190092894A KR102231882B1 KR 102231882 B1 KR102231882 B1 KR 102231882B1 KR 1020190092894 A KR1020190092894 A KR 1020190092894A KR 20190092894 A KR20190092894 A KR 20190092894A KR 102231882 B1 KR102231882 B1 KR 102231882B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resonant circuit
circuit unit
transmission
mutual inductance
determining
Prior art date
Application number
KR1020190092894A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210014888A (ko
Inventor
여태동
Original Assignee
에타일렉트로닉스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에타일렉트로닉스 주식회사 filed Critical 에타일렉트로닉스 주식회사
Priority to KR1020190092894A priority Critical patent/KR102231882B1/ko
Priority to US17/627,681 priority patent/US11848568B2/en
Priority to PCT/KR2020/009985 priority patent/WO2021020875A1/ko
Priority to EP20846217.6A priority patent/EP4007120A4/en
Publication of KR20210014888A publication Critical patent/KR20210014888A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102231882B1 publication Critical patent/KR102231882B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2611—Measuring inductance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H02J50/402—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices the two or more transmitting or the two or more receiving devices being integrated in the same unit, e.g. power mats with several coils or antennas with several sub-antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Transmitters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 송신 공진회로부와 적어도 하나의 수신 공진회로부를 포함하여 송신 공진회로부에 공급된 전력을 수신 공진회로부에 전송하는 공진회로부와; 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 송신 공진회로부는 전원 공급을 차단하여 전원이 공급된 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스 값을 결정하고, 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하여 전원이 공급된 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 제어부를 포함하는 장치에 관한 것이다.

Description

효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치{METHOD FOR DETERMINING MUTUAL INDUCTANCE FOR EFFICIENT WIRELESS POWER TRANSFER AND APPRATUS THEREOF}
본 발명은 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 무선 전력 전송의 최대 효율을 얻을 수 있는 상호 인덕턴스 값을 결정할 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
무선 전력 전송은 유선 대신 무선으로 전자기기에 전원을 공급하는 것을 말하며, 전원이 필요한 장치를 전원 콘센트에 연결하지 않고도 무선으로 충전이 가능하여 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 무선 전력 전송 기술은 자기유도방식, 자기공진방식 및 마이크로파 방식 등이 연구되고 있다.
무선 전력 전송 장치는 무선으로 전력을 전송하는 전력 송신부와 전력을 무선으로 수신하는 전력 수신부로 구성되며 전력 송신부와 전력 수신부는 코일을 이용하는데, 동일한 공진 주파수를 가질 때 무선 전력 전송 장치에서 최대의 전력 전송이 발생할 수 있다.
한편, 전력 송신부와 전력 수신부에 포함된 코일은 자기 인덕턴스 뿐만 아니라 상호 인덕턴스를 가진다. 상호 인덕턴스는 전력 전송에 큰 영향을 미치기 때문에 최대의 무선 전송 효율을 얻기 위해서는 최적의 상호 인덕턴스 값을 결정하는 것이 중요하다. 다만, 무선 전력 전송 장치는 다양한 회로 소자로 구성되어 있어 무선 전력 전송 장치의 상태에 따라 상호 인덕턴스 값을 결정하는 것이 용이하지 않은 문제가 있다.
본 발명은 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 무선 전력 전송의 최대 효율을 얻기 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 적어도 하나의 송신 공진회로부와 적어도 하나의 수신 공진회로부를 포함하여 상기 송신 공진회로부에 공급된 전력을 상기 수신 공진회로부에 전송하는 공진회로부와; 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 송신 공진회로부는 전원 공급을 차단하여 전원이 공급된 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스 값을 결정하고, 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하여 전원이 공급된 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 제어부를 포함하는 무선 전력 전송 장치에 관하 것이다.
여기서, 제어부는 [수학식 1]을 이용하여 상기 상호 인덕턴스 값을 결정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019078524055-pat00001
이때, Mtq : t번째 송신 공진회로부와 q번째 수신 공진회로부의 상호 인덕턴스
IPt : t번째 송신 공진회로부의 입력 전류
w : 동작 각주파수
RLq : q번째 수신 공진회로부의 부하 저항
VRq : q번째 수신 공진회로부의 수신 전압
ZSq : q번째 수신 공진회로부의 임피던스
Figure 112019078524055-pat00002
CSq : q번째 수신 공진회로부의 캐패시터
LSq : q번째 수신 공진회로부의 자기 인덕턴스
RSq : q번째 수신 공진회로부의 내부 저항
또한, 제어부는 상기 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에 동일 크기 및 동일 위상의 전류와 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 각각 공급한 후 각 수신 공진회로부의 수신 전압을 비교하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정할 수 있다.
또한, 제어부는 [수학식 2]를 이용하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019078524055-pat00003
의 경우 (+)
Figure 112019078524055-pat00004
의 경우 (-)
이때, VRq,in-phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 동일 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부의 수신 전압,
VRq,out of phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부의 수신 전압
한편, 본 발명은 적어도 하나의 송신 공진회로부와 적어도 하나의 수신 공진회로부를 포함하는 공진회로부에서 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 송신 공진회로부는 전원 공급을 차단하는 과정과; 상기 전원이 공급된 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스 값을 결정하는 과정과; 상기 적어도 하나의 송신 공진회로부 중에서 기준 송신 공진회로부를 결정하여 상기 기준 송신 공진회로부의 부호를 결정하는 과정과; 상기 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하여 전원이 공급된 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 과정을 포함하는 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법에 관한 것이다.
여기서, 상호 인덕턴스 값을 결정하는 과정은 [수학식 1]을 이용하여 상기 상호 인덕턴스 값을 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019078524055-pat00007
이때, Mtq : t번째 송신 공진회로부와 q번째 수신 공진회로부의 상호 인덕턴스
IPt : t번째 송신 공진회로부의 입력 전류
w : 동작 각주파수
RLq : q번째 수신 공진회로부의 부하 저항
VRq : q번째 수신 공진회로부의 수신 전압
ZSq : q번째 수신 공진회로부의 임피던스
Figure 112019078524055-pat00008
CSq : q번째 수신 공진회로부의 캐패시터
LSq : q번째 수신 공진회로부의 자기 인덕턴스
RSq : q번째 수신 공진회로부의 내부 저항
또한, 부호를 결정하는 과정은 상기 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급하여 각 수신 공진회로부의 제1 수신 전압을 결정하는 과정과; 상기 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 공급하여 각 수신 공진회로부의 제2 수신 전압을 결정하는 과정과; 상기 제1 수신 전압 및 상기 제2 수신 전압을 비교하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 과정은 [수학식 2]를 이용하여 부호를 결정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019078524055-pat00009
의 경우 (+)
Figure 112019078524055-pat00010
의 경우 (-)
이때, VRq,in-phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 동일 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부의 수신 전압,
VRq,out of phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부의 수신 전압.
본 발명은 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스를 빠르고 정확하게 결정할 수 있어 효과적으로 최대 효율의 무선 전력 전송을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치의 구성도를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치의 공진회로부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치의 등가 회로를 나타내는 도면.
도 4및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치의 상호 인덕턴스 값을 결정하는 방법의 실험예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치의 상호 인덕턴스 값을 결정하는 방법을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치(10)의 구성도를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 무선 전력 전송 장치(10)는 전원부(100), 공진회로부(120), 감지부(130) 및 제어부(140)를 포함하며, 통신부(110)를 더 포함할 수 있다.
전원부(100)는 본 발명의 무선 전력 전송 장치(10)에 전원을 공급하며, 일 예로 AC(Alternating current) 전원을 공급한다.
감지부(130)는 무선 전력 전송 장치(10)의 소정의 위치에서의 전압 등을 감지하며, 다양한 센서를 포함할 수 있다.
공진회로부(120)는 코일 사이의 공진 현상에 의해 전력이 전송되도록 하며, 캐패시터 및 인덕터를 포함하는 적어도 하나의 송신 공진회로부 및 적어도 하나의 수신 공진회로부를 포함한다.
통신부(110)는 외부 장치 또는 무선 전력 전송 장치 내부에서의 통신을 위한 것으로, 블루투스, 와이파이 등 근거리 통신 수단 또는 LTE, 5G(5th Generation) 등과 같은 다양한 이동 통신 규격에 따라 이동 통신망에 접속하여 통신할 수 있는 통신 수단을 포함할 수 있다.
제어부(140)는 최대 무선 전력 전송을 위해 공진회로부(120)의 상호 인덕턴스 값을 결정하는 등 본 발명의 무선 전력 전송 장치(10)를 전체적으로 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치(10)의 공진회로부(120)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 무선 전력 전송 장치(10)의 공진회로부(120)는 제1 내지 제t 송신 공진회로부(200,220,240) 및 제1 내지 제q 수신 공진회로부(210,230,250)를 포함한다. 제1 내지 제t 송신 공진회로부(200,220,240)는 자기 인덕턴스(LP1, LP2, LPt) 및 캐패시터(CP1, CP2, CPt)를 포함하며, 제1 내지 제q 수신 공진회로부(210,230,250)는 자기 인덕턴스(LS1, LS2, LSq) 및 캐패시터(CS1, CS2, CSq)를 포함한다. 또한, 제1 내지 제t 송신 공진회로부(200,220,240) 및 제1 내지 제q 수신 공진회로부(210,230,250)는 상호 인덕턴스(M11, M12, M21, M22, Mtq)를 포함한다. 제1 내지 제t 송신 공진회로부(200,220,240)는 공급된 전력을 통해 발생한 소정의 전력을 제1 내지 제q 수신 공진회로부(210,230,250)에 전송할 수 있으며, 공진 주파수(f0)에서 최대 전력을 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치(10)의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 등가 회로는 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 값을 결정하는 방법을 설명하기 위한 것으로, 감지부(130), 통신부(110) 및 제어부(140)에 관한 사항은 포함하지 않았다.
도3을 참조하면, 본 발명의 무선 전력 전송 장치(10)의 등가회로는 제1 내지 제t 송신 공진회로부(200,220,240)에 전원을 공급하는 제1 내지 제t 전원부(VS1, VS2, VSt), 공진회로부(120) 및 제1 내지 제q 수신 공진회로부(210,230,250) 측에 구비되는 부하 저항(RL1, RL2, RLq)을 포함한다.
도 3과 같이 구성된 경우, 제1 내지 제t 전원부(VS1, VS2, VSt)에서 제1 내지 제t 송신 공진회로부(200,220,240)에 전원을 공급하면, 제1 내지 제t 송신 공진회로부(200,220,240)에는 입력 전압(VP1, VP2, VPt)이 발생하고, 제1 내지 제q 수신 공진회로부(210,230,250)에는 수신 전압(VR1, VR2, VRq)이 발생한다.
이때, 효율적으로 제1 내지 제t 송신 공진회로부(200,220,240)에서 제1 내지 제q 수신 공진회로부(210,230,250)로 전력 전송을 하기 위한 상호 인덕턴스 값은 [수학식 1]과 같이 결정된다.
[수학식 1]
Figure 112019078524055-pat00013
이때, Mtq : t번째 송신 공진회로부와 q번째 수신 공진회로부의 상호 인덕턴스
IPt : t번째 송신 공진회로부의 입력 전류
w : 동작 각주파수
RLq : q번째 수신 공진회로부의 부하 저항
VRq : q번째 수신 공진회로부의 수신 전압
ZSq : q번째 수신 공진회로부의 임피던스
Figure 112019078524055-pat00014
CSq : q번째 수신 공진회로부의 캐패시터
LSq : q번째 수신 공진회로부의 자기 인덕턴스
RSq : q번째 수신 공진회로부의 내부 저항
본 발명은 상호 인덕턴스 값을 결정하기 위해서 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 공진회로부에는 전원 공급을 차단한 상태에서 [수학식 1]을 통해 상호 인덕턴스값을 결정한다.
일 예로, 제1 송신 공진회로부(200)에만 전류 IP1을 공급하고 제2 송신 공진회로부 내지 제t 송신 공진회로부(220,240)에는 전원 공급을 차단한 후 제1 송신 공진회로부(200)에 관련된 상호 인덕턴스(M11, M12내지 M1q)을 결정한다. 이후, 제2 송신 공진회로부(220)에만 전류 IP2을 공급하고 제1 송신 공진회로부(200) 및 제3 송신 공진회로부(미도시) 내지 제t 공진회로부(240)에는 전원 공급을 차단한 후 제2 송신 공진회로부(220)에 관련된 상호 인덕턴스(M21, M22 내지 M2q)를 결정한다. 동일한 방법으로 제t 송신 공진회로부(240)까지 진행하면 모든 상호 인덕턴스 값을 결정할 수 있다.
한편, 상호 인덕턴스 값이 결정되면 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는데, 상호 인덕턴스의 부호는 [수학식 2]와 같이 결정된다.
[수학식 2]
Figure 112019078524055-pat00015
-> (+)
Figure 112019078524055-pat00016
-> (-)
이때, VRq,in-phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 동일 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부에서 발생하는 전압이며,
VRq,out of phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부에서 발생하는 전압이다.
이때, 기준 송신 공진회로부 및 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부 이외에 다른 송신 공진회로부에는 전원 공급을 차단한다.
상호 인덕턴스의 부호가 (+)인 경우는 동일한 위상인 경우를 나타내며, (-)는 위상이 반대인 경우를 나타낸다. 또한, 기준 송신 공진회로부는 임의로 결정할 수 있으며, 기준 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호는 모두 (+)가 된다.
일 예로, 제1 송신 공진회로부(200)를 기준 송신 공진회로부로 결정하면, 제1 송신 공진회로부(200)와 관련된 상호 인덕턴스(M11내지 M1q)의 부호는 모두 (+)가 된다.
제2 송신 공진회로부(220)와 관련된 상호 인덕턴스(M21 내지 M2q)의 부호를 결정하기 위해 기준이 되는 제1 송신 공진회로부(200) 및 제2 송신 공진회로부(220)에 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(210,250)의 수신 전압을 측정한다. 이후, 제1 송신 공진회로부(200) 및 제2 송신 공진회로부(220)에 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(210,250)의 수신 전압을 측정한다. 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(210,250)의 수신 전압이 측정되면 [수학식 2]를 이용하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정한다.
제3 송신 공진회로부(미도시) 내지 제t 송신 공진회로부(240)에 대해서도 앞서 살펴본 방법으로 상호 인덕턴스의 부호를 결정할 수 있다. 일 예로, 기준이 되는 제1 송신 공진회로부(200)와 제t 송신 공진회로부(240)에 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급하고, 또한 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(210,250)의 수신 전압을 각각 측정한 후 [수학식 2]를 이용하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치(10)의 상호 인덕턴스 값을 결정하는 방법의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 4는 2개의 송신 공진회로부 및 2개의 수신 공진회로부로 구성된 경우를 나타내며, 앞서 설명한 내용을 적용하기 위해 Case 1 내지 Case 6까지 다양하게 구성하여 실험하였다.
무선 전력 전송 장치(10)의 시뮬레이션 환경을 살펴보면, 전원(AC) 8V, f=6.78MHz, CP1 = CP2 = 322pF, CS1 = CS2 = 330pF, LS1 = LS2 = 1.708Uh로 설정하였다.
또한, Case 1 내지 Case 6의 조건은 다음과 같다.
- Case 1 : f = f0, RL1 = RL2 = 10 Ohm
- Case 2 : f = f0, RL1 = 10 Ohm, RL2 = 100 Ohm
- Case 3 : f≠f0, ΔfTx = 35 kHz, RL1 = RL2 = 10 Ohm
- Case 4 : f≠f0, ΔfTx = 35 kHz, RL1 = 10 Ohm, RL2 = 100 Ohm
- Case 5 : f≠f0, ΔfTx = 35 kHz, ΔfRx = 25 kHz, RL1 = RL2 = 10 Ohm
- Case 6 : f≠f0, ΔfTx = 35 kHz, ΔfRx = 25 kHz, RL1 = 10 Ohm, RL2 = 100 Ohm
이때, ΔfTx = f-fo,Tx 로 송신 공진회로부에서 동작 주파수와 공진주파수의 차이
ΔfRx = f-fo,Rx 로 수신 공진회로부에서 동작 주파수와 공진주파수의 차이
실제 상호 인덕턴스를 M11 = 500 nH, M12 = 400 nH, M21 = 300 nH, M22 = (-)200 nH 로 설정하고, [수학식 1] 및 [수학식 2]를 적용하여 산출한 상호 인덕턴스의 시뮬레이션 결과는 도 5와 같다.
도 5에서 Real은 실제 상호 인덕턴스를 나타내며, Sim은 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 적용하여 산출한 상호 인덕턴스를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와같이 실제 상호 인덕턴스와 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 적용하여 산출한 상호 인덕턴스가 상당히 일치함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송 장치(10)의 상호 인덕턴스 값을 결정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 상호 인덕턴스 값을 결정하기 위한 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 송신 공진회로부에는 전원을 차단한다(600). 전원이 공급되면 [수학식 1]을 이용하여 전원이 공급된 송신 공진회로부에 관련된 상호 인덕턴스 값을 결정한다(610). 모든 상호 인덕턴스 값이 결정되면, 기준 송신 공진회로부를 결정하여 기준 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호를 결정한다(620). 이후 기준 송신 회로부와 어느 하나의 송신 공진 회로부에만 소정의 전류를 공급하고 [수학식 2]를 이용하여 전류가 공급된 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호를 결정한다(630). 이때, 전류는 동일 크기 및 동일 위상의 전류와 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 각각 공급한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 전원부 110: 통신부
120: 공진회로부 130: 감지부
140: 제어부

Claims (8)

  1. 무선 전력 전송 장치에 있어서,
    적어도 하나의 송신 공진회로부와 적어도 하나의 수신 공진회로부를 포함하여 상기 송신 공진회로부에 공급된 전력을 상기 수신 공진회로부에 전송하는 공진회로부와;
    어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 송신 공진회로부는 전원 공급을 차단하여 전원이 공급된 송신 공진회로부와 각 수신 공진회로부 사이의 상호 인덕턴스 값을 결정하고, 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에만 동일 크기 및 동일 위상의 전류와 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 각각 공급하고 다른 송신 공진회로부는 전원 공급을 차단한 상태에서 각 수신 공진회로부의 수신 전압을 비교하여 전원이 공급된 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부와 각 수신 공진회로부 사이의 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 제어부를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 [수학식 1]을 이용하여 상기 상호 인덕턴스 값을 결정하는 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112019078524055-pat00019

    이때, Mtq : t번째 송신 공진회로부와 q번째 수신 공진회로부의 상호 인덕턴스
    IPt : t번째 송신 공진회로부의 입력 전류
    w : 동작 각주파수
    RLq : q번째 수신 공진회로부의 부하 저항
    VRq : q번째 수신 공진회로부의 수신 전압
    ZSq : q번째 수신 공진회로부의 임피던스
    Figure 112019078524055-pat00020

    CSq : q번째 수신 공진회로부의 캐패시터
    LSq : q번째 수신 공진회로부의 자기 인덕턴스
    RSq : q번째 수신 공진회로부의 내부 저항
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 [수학식 2]를 이용하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112020129659749-pat00021
    의 경우 (+)
    Figure 112020129659749-pat00022
    의 경우 (-)
    이때, VRq,in-phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부의 수신 전압,
    VRq,out of phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부의 수신 전압.
  5. 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법에 있어서,
    적어도 하나의 송신 공진회로부와 적어도 하나의 수신 공진회로부를 포함하는 공진회로부에서 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 송신 공진회로부는 전원 공급을 차단하는 과정과;
    상기 전원이 공급된 송신 공진회로부와 각 수신 공진회로부 사이의 상호 인덕턴스 값을 결정하는 과정과;
    상기 적어도 하나의 송신 공진회로부 중에서 기준 송신 공진회로부를 결정하여 상기 기준 송신 공진회로부의 부호를 결정하는 과정과;
    상기 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급하고 다른 송신 공진회로부는 전원 공급을 차단한 상태에서 각 수신 공진회로부의 제1 수신 전압을 결정하는 과정과;
    상기 기준 송신 공진회로부 및 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부에 동일 크기 및 반대 위상의 전류를 공급하고 다른 송신 공진회로부는 전원 공급을 차단한 상태에서 각 수신 공진회로부의 제2 수신 전압을 결정하는 과정과;
    상기 제1 수신 전압 및 상기 제2 수신 전압을 비교하여 전원이 공급된 상기 기준 송신 공진회로부를 제외한 어느 하나의 송신 공진회로부와 각 수신 공진회로부 사이의 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상호 인덕턴스 값을 결정하는 과정은 [수학식 1]을 이용하여 상기 상호 인덕턴스 값을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112019078524055-pat00025

    이때, Mtq : t번째 송신 공진회로부와 q번째 수신 공진회로부의 상호 인덕턴스
    IPt : t번째 송신 공진회로부의 입력 전류
    w : 동작 각주파수
    RLq : q번째 수신 공진회로부의 부하 저항
    VRq : q번째 수신 공진회로부의 수신 전압
    ZSq : q번째 수신 공진회로부의 임피던스
    Figure 112019078524055-pat00026

    CSq : q번째 수신 공진회로부의 캐패시터
    LSq : q번째 수신 공진회로부의 자기 인덕턴스
    RSq : q번째 수신 공진회로부의 내부 저항
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는 과정은 [수학식 2]를 이용하여 부호를 결정하는 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112020129659749-pat00027
    의 경우 (+)
    Figure 112020129659749-pat00028
    의 경우 (-)
    이때, VRq,in-phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부의 수신 전압,
    VRq,out of phase 는 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부와 기준 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부의 수신 전압.
KR1020190092894A 2019-07-31 2019-07-31 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치 KR102231882B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190092894A KR102231882B1 (ko) 2019-07-31 2019-07-31 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치
US17/627,681 US11848568B2 (en) 2019-07-31 2020-07-29 Method and apparatus for determining mutual inductance for effective wireless power transmission
PCT/KR2020/009985 WO2021020875A1 (ko) 2019-07-31 2020-07-29 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치
EP20846217.6A EP4007120A4 (en) 2019-07-31 2020-07-29 METHOD FOR DETERMINING MUTUAL INDUCTANCE FOR EFFECTIVE WIRELESS POWER TRANSFER AND CORRESPONDING APPARATUS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190092894A KR102231882B1 (ko) 2019-07-31 2019-07-31 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210014888A KR20210014888A (ko) 2021-02-10
KR102231882B1 true KR102231882B1 (ko) 2021-03-25

Family

ID=74228725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190092894A KR102231882B1 (ko) 2019-07-31 2019-07-31 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11848568B2 (ko)
EP (1) EP4007120A4 (ko)
KR (1) KR102231882B1 (ko)
WO (1) WO2021020875A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012046453A1 (ja) 2010-10-08 2012-04-12 パナソニック株式会社 無線電力伝送装置、ならびに無線電力伝送装置を備える発電装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101782354B1 (ko) * 2010-08-30 2017-09-27 삼성전자주식회사 공진 전력 전송 및 수신 장치 및 방법
KR101428162B1 (ko) * 2012-05-04 2014-09-23 엘지이노텍 주식회사 전력 공급 장치, 무선전력 송신장치 및 공진 주파수 검출 방법
KR102227504B1 (ko) * 2013-08-07 2021-03-15 삼성전자주식회사 복수의 무선 전력 수신 장치에 대해 안정적으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 방법 및 장치
US9800076B2 (en) * 2014-02-14 2017-10-24 Massachusetts Institute Of Technology Wireless power transfer
WO2016108949A1 (en) * 2014-12-31 2016-07-07 Massachusetts Institute Of Technology Adaptive control of wireless power transfer
EP3319207B1 (en) * 2016-11-04 2020-09-09 Electronics and Telecommunications Research Institute Wireless power transmission device for transmitting power using magnetic field and electric field, and wireless power receiving device for receiving power from the wireless power transmission device
GB2556124A (en) * 2016-11-22 2018-05-23 Cambridge Consultants Wireless charging system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012046453A1 (ja) 2010-10-08 2012-04-12 パナソニック株式会社 無線電力伝送装置、ならびに無線電力伝送装置を備える発電装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20220247222A1 (en) 2022-08-04
US11848568B2 (en) 2023-12-19
EP4007120A4 (en) 2022-10-05
KR20210014888A (ko) 2021-02-10
WO2021020875A1 (ko) 2021-02-04
EP4007120A1 (en) 2022-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10493856B2 (en) System, apparatus and method for optimizing wireless charging alignment
KR101338654B1 (ko) 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법
CN107994685B (zh) 外物检测
EP3158622B1 (en) Wireless power transfer method, apparatus and system
KR101262615B1 (ko) 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법
US9843226B2 (en) Method and apparatus for periodically changing frequency in wireless power transfer
US9680336B2 (en) Wireless power repeater and method thereof
EP3031129B1 (en) Method for parameters identification, load monitoring and output power control in wireless power transfer systems
KR101991341B1 (ko) 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 전송 시스템
EP2898588A1 (en) Method and apparatus for wireless power transmission
US10511183B2 (en) System, apparatus and method for optimizing wireless charging via load modulation
GB2521694A (en) Wireless charging performance measurement
KR102563553B1 (ko) 효율적인 무선 전력 충전 장치 및 그 방법
KR102231882B1 (ko) 효율적인 무선 전력 전송을 위한 상호 인덕턴스 결정 방법 및 그 장치
KR102614277B1 (ko) 효율적인 무선 전력 충전 장치 및 그 방법
KR102502145B1 (ko) 효율적인 무선 전력 충전 장치 및 그 방법
KR20130096210A (ko) 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right