KR20100128395A - Devices and methods for non-contact power transmission - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A non-contact power transmitting device and a transmitting method thereof are provided to supply power to single or plural moving devices by simply making the moving device to approach a power transmission surface. CONSTITUTION: A plurality of primary coils(302,312,314,322,324,326) induce an electromagnetic field. The primary coils are two-directionally arranged on the power transmission surface. A driving circuit drives each primary coil. A main device includes a sensing unit which senses load impedance of each driving circuit, a unit for receiving a signal through a power transmission channel, and an AC or DC power source. A moving device includes secondary coils(300,310,320), a rectification circuit which generates DC, and a unit for transmitting a signal through a power transmission channel.

Description

비접촉 전력 전달 장치와 방법 {Devices and Methods for Non-contact Power Transmission}            Devices and Methods for Non-contact Power Transmission

본 발명은 전자기 유도 기전력을 이용하여 비접촉 방식으로 단수 또는 복수의 이동 장치에 전력을 효과적으로 전달하는 장치와 방법에 관한 것이다. 특히 전력을 전달하여 이동 장치의 배터리를 충전할 수 있는 방법과 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for effectively delivering power to a single or multiple mobile devices in a non-contact manner using electromagnetic induction electromotive force. In particular, the present invention relates to a method and an apparatus capable of transferring power to charge a battery of a mobile device.

휴대 전화기 (cellular phone), 노트북 컴퓨터, 휴대형 미디어 플레이어 등 충전 가능한 2차 전지로 작동하는 개인용 이동장치들이 점점 더 널리 쓰이고 있다. 한 사람이 이러한 장치를 2개 이상 휴대하는 경우도 흔하다. 이러한 이동장치들은 보통 전기적 접촉을 통해 내장된 2차 전지를 충전한다. 보통 이동장치마다 전기적 접촉 부분이 다르기 때문에 여러 개의 이동장치를 사용하려면 가정에서나 또는 여행 중에 이동장치 별로 여러 개의 충전 장치를 사용해야 한다. Personal mobile devices, powered by rechargeable secondary batteries, such as cellular phones, notebook computers, and portable media players, are increasingly used. It is also common for a person to carry more than one of these devices. These mobile devices usually charge the built-in secondary battery through electrical contact. Since the electrical contacts are usually different for each mobile device, the use of multiple mobile devices requires the use of multiple charging devices for each mobile device at home or while traveling.

이동장치들의 모양과 크기가 다르기 때문에 전기적인 접촉 부분을 통일하는 것은 쉽지 않다. 전기적인 접촉 부분을 통일하면 이동장치의 디자인이 제한을 받는다. 비접촉 방식으로 전력을 전달하면 이러한 제한 없이 하나의 충전 장치로 여러 가지 이동장치에 전력을 전달하여 이동장치에 내장된 2차 전지를 충전할 수 있다. Due to the different shapes and sizes of the moving devices, it is not easy to unify electrical contacts. Uniform electrical contact limits the design of the mover. When the power is transmitted in a non-contact manner, a single charging device may be used to charge power in a variety of mobile devices, thereby recharging a secondary battery embedded in the mobile device.

비접촉 전력 전달 방법에는 자기장 유도 (inductive coupling) 또는 전자기 공진 유도(electromagnetic resonance coupling), 라디오파 (rf) 전송 방식이 있다. 라디오파 전송 방식은 RFID, 교통 요금 선불 카드 등에, 자기장 유도 방식은 전기 면도기, 전동 칫솔 등에 상용화되어 있다. 라디오파 전송 방식으로는 전력 이동 장치와 다른 이물질을 구분하여 전력 이동 장치로만 전력을 보내기 어렵고, 라디오파로 송출할 수 있는 전력은 법률 등에 의해 제한을 받기 때문에 라디오파 전송 방식은 무선 전화기 등의 이동장치를 충전하는 용도에 사용하기 어렵다. Non-contact power transmission methods include magnetic field induction, electromagnetic resonance coupling, and radio wave (rf) transmission. Radio wave transmission methods are commercially available for RFID, toll cards, etc., and magnetic field induction methods are commercially available for electric shavers and electric toothbrushes. In the radio wave transmission method, it is difficult to separate the power mobile device from other foreign substances and transmit power only to the power mobile device, and the power that can be transmitted by the radio wave is restricted by law, so the radio wave transmission method is a mobile device such as a wireless telephone. It is difficult to use for charging purposes.

자기장 유도 또는 전자기 공명 유도 방식은 아주 짧은 거리에서 효과적으로 전력을 전달할 수 있다. 자기장을 발생시키는 자속(magnetic flux)의 방향에 따라서 수직 또는 수평 자기장 방식의 2종류가 있다. 도 1a는 수평 자기장 방식을 도 1b는 수직 자기장 방식을 나타낸다.Magnetic field induction or electromagnetic resonance induction can effectively transfer power over very short distances. There are two types of vertical or horizontal magnetic field methods depending on the direction of the magnetic flux generating the magnetic field. 1A shows a horizontal magnetic field method and FIG. 1B shows a vertical magnetic field method.

미국특허 6,906,495호와 국제특허출원 WO 03/096512호, 한국특허출원 10-2004-7018306에 수평 자기장 방식을 이용한 비접촉 전력 전달 장치와 방법의 예가 공개되었다. 수평 자기장 방식에서는 이동장치가 전력 전달 표면에 놓인 위치와 방향에 상관없이 전력을 전달할 수 있고 복수의 이동장치에도 전력을 전달할 수 있는 장점이 있다. 그러나 수평 자기장 방식에서는 전력 전달 표면에 이동장치와 금속성의 이물질이 동시에 존재하는 경우 이동장치에만 선택적으로 전력을 전달하기 어렵다. 이물질에 전력이 전달되면 불필요한 전력이 소모되고 이물질에 열이 발생한다. 이물질에 열이 많이 발생하면 화재 등의 위험이 있다. An example of a non-contact power transmission device and method using a horizontal magnetic field method has been disclosed in US Pat. No. 6,906,495, International Patent Application WO 03/096512, and Korean Patent Application 10-2004-7018306. In the horizontal magnetic field method, a mobile device can transmit power regardless of a position and a direction on a power transmission surface, and can transfer power to a plurality of mobile devices. However, in the horizontal magnetic field method, it is difficult to selectively transmit power only to the mobile device when both the mobile device and the metallic foreign body exist on the power transmission surface at the same time. When power is delivered to a foreign material, unnecessary power is consumed and heat is generated in the foreign material. If a large amount of heat is generated in the foreign material, there is a danger of fire.

복수의 1차 코일을 가로와 세로로 배열하고 1차 코일에 인접한 휴대 장치의 존재를 RFID로 감지하여 이동장치에 인접한 1차 코일에만 전력을 전달하는 수직 자기장 방식의 비접촉 전력 전달 장치가 미국특허 7,262,700호에 공개되었다. 도 2에 보인 것처럼 이동장치의 2차 코일(25) 과 겹치는(overlap) 1차 코일 4개(26a, 26b, 26c, 26d)에만 전력을 전달하고 다른 1차 코일에는 전력을 전달하지 않아서 이물질에는 전력을 전달하지 않고 이동장치에만 전력을 전달할 수 있다. 그러나 미국특허 7,262,700호에서는 휴대장치가 전력 전달 표면에 놓인 위치에 따라 1차 코일과 2차 코일이 일부만 겹치는 경우(partial overlap)와 전력 전달 표면에 2개 이상의 휴대장치가 존재하는 경우에 대해서는 해결책을 제시하지 않았다.A vertical magnetic field non-contact power transmission device that arranges a plurality of primary coils horizontally and vertically and detects the presence of a portable device adjacent to the primary coil with RFID to transfer power only to the primary coil adjacent to the mobile device is US Patent 7,262,700 Published in the issue. As shown in FIG. 2, only four primary coils 26a, 26b, 26c, and 26d overlapping the secondary coil 25 of the mobile device are transferred to the other coils. It can deliver power only to mobile devices without delivering power. However, US Pat. No. 7,262,700 does not provide a solution for the partial overlap of the primary and secondary coils and the presence of two or more portable devices on the power delivery surface, depending on where the portable device is placed on the power delivery surface. Did not present.

복수의 1차 코일을 2차원에 배열한 책상 모양의 비접촉 전력 전달 장치와 전력 전달 방법을 하타나카 등이 발표하였다 [K. Hatanaka, F. Sato, H. Matsuki, S. Kikuchi, J. Murakami, M. Kawase, and T. Satoh, "Power Transmission of a Desk With a Cord-Free Power Supply", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 38, No. 5, pp3329- 3331 (2002)]. 이 장치로 이동장치에 인접한 1차 코일들을 활성화하여 복수의 이동장치에 전력을 공급할 수 있었다. 하타나카 등은 이동장치의 2차 코일을 활성화시켜 1차 코일에 유도되는 전압을 검사하여 이동장치에 인접한 1차 코일들을 찾아내고 이렇게 찾은 1차 코일들을 활성화시켜 이동장치에 전력을 전달하였다. 이동장치의 배터리가 완전히 방전된 경우에는 2차 코일을 활성화시킬 수 없으므로 이 장치와 방법으로는 배터리가 완전히 방전된 이동 장치에 전력을 전달할 수 없다. Hatanaka et al. Have published a desk-shaped non-contact power transmission device and a power transmission method in which a plurality of primary coils are arranged in two dimensions [K. Hatanaka, F. Sato, H. Matsuki, S. Kikuchi, J. Murakami, M. Kawase, and T. Satoh, "Power Transmission of a Desk With a Cord-Free Power Supply", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 38, no. 5, pp 3329-3331 (2002)]. The device was able to energize multiple mobile devices by activating primary coils adjacent to the mobile device. Hatanaka et al. Activated the secondary coil of the mobile device to check the voltage induced in the primary coil to find the primary coils adjacent to the mobile device, and activated the primary coils thus found to transfer power to the mobile device. Since the secondary coil cannot be activated when the battery of the mobile device is completely discharged, this device and method cannot deliver power to the mobile device where the battery is fully discharged.

전자기 유도 비접촉 방식으로 여러 대의 로봇의 배터리를 동시에 충전할 수 있는 충전 장치의 통신 방법이 공개되었다 [M. Ryan and R. Coup, "An Universal, Inductively Coupled Battery Charger for Robot Power Supplies", Proceedings of the 2006 Australasian Conference on Robotics & Automation]. 이 장치와 방법에서는 전력을 공급하는 채널로 양방향으로 신호를 전달할 수 있어서 각 로봇의 배터리 상태를 파악하여 각 로봇의 배터리를 충전하기에 적절한 전압과 전류를 공급할 수 있다. 그러나 리안과 쿠프는 전자기 유도 전력 전달을 위한 1차 코일과 2차 코일의 크기와 배치 등은 설명하지 않았다. 로봇은 스스로 위치와 자세을 바꿀 수 있으므로 고정된 1차 코일과 로봇의 2차 코일을 공간적으로 정렬하는 것이 가능하지만 휴대폰과 같은 이동 장치는 스스로 움직여서 정렬하는 것이 불가능하다. A communication method of a charging device capable of simultaneously charging a battery of several robots by electromagnetic inductive contactless method has been disclosed [M. Ryan and R. Coup, "An Universal, Inductively Coupled Battery Charger for Robot Power Supplies", Proceedings of the 2006 Australasian Conference on Robotics & Automation. In this device and method, signals can be transmitted in both directions to a power supply channel, so that each robot's battery status can be determined and a voltage and current suitable for charging each robot's battery can be provided. However, Ryan and Coop did not explain the size and placement of the primary and secondary coils for electromagnetic inductive power transfer. Since the robot can change its position and posture itself, it is possible to spatially align the fixed primary coil and the secondary coil of the robot, but a mobile device such as a mobile phone cannot move and align itself.

본 발명의 목적은 이동장치와 전력 전달 표면의 상대적인 위치와 방향에 상관없이 이동장치에 효율적으로 전력을 전달하는 비접촉 전력 전달 장치와 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a non-contact power delivery device and method for efficiently delivering power to a mobile device regardless of the relative position and orientation of the mobile device and the power delivery surface.

본 발명의 다른 목적은 이동장치의 에너지 저장 상태에 상관없이 이동장치에 전력을 전달할 수 있는 비접촉 전력 전달 장치와 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a non-contact power transmission device and method capable of delivering power to a mobile device regardless of the energy storage state of the mobile device.

본 발명의 다른 목적은 전력을 전달할 이동장치와 금속성의 이물질을 구분하여 이동장치에는 전력을 전달하고 이물질에는 전력을 전달하지 않는 비접촉 전력 전달 장치와 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a non-contact power transmission device and method for distinguishing between a mobile device to transfer power and a metallic foreign material to transmit power to the mobile device, but does not transmit power to the foreign material.

본 발명의 또 다른 목적은 전력 전달 표면에 인접한 복수의 이동장치에 전달되는 전력을 각각 제어할 수 있는 비접촉 전력 전달 방법과 장치를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method and apparatus for contactless power transfer, each capable of controlling power delivered to a plurality of mobile devices adjacent to a power transfer surface.

본 발명의 다른 목적은 이동장치의 부품 수와 무게를 최소로 하는 비접촉 전력 전달 장치와 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a non-contact power transmission device and method for minimizing the number and weight of parts of a mobile device.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템은 복수의 1차 코일을 2차원에 배열한 주장치와 2차 코일을 구비한 이동장치로 구성된다. 이동장치가 전력 전달 표면에 어떻게 놓이더라도 2차 코일이 최소한 1개의 1차 코일과 완전히 겹칠 수 있는 크기로 이동 장치의 2차 코일을 구성한다. 2차 코일과 겹치는 하나의 1차 코일만을 활성화(activate)하여 이동장치에 전력을 전달한다. 별도의 통신 채널을 사용하지 않고 전력을 전달하는 자기장 유도 신호와 이것을 변조한 신호를 이용하여, 이동장치의 존재를 감지하여 이동장치에 전달되는 전력을 제어하고 이물질에는 전력을 전달하지 않는다.In order to achieve the above object, the system of the present invention comprises a main device having a plurality of primary coils arranged in two dimensions and a moving device having a secondary coil. No matter how the mobile device is placed on the power transfer surface, the secondary coil constitutes the secondary coil of the mobile device in such a size that it can fully overlap with at least one primary coil. Only one primary coil overlapping the secondary coil is activated to transfer power to the mobile device. By using a magnetic field induction signal that transmits power and a modulated signal without using a separate communication channel, the presence of the mobile device is sensed to control the power delivered to the mobile device, and does not transmit power to the foreign matter.

이동장치를 단순히 전력 전달 표면에 근접시켜 단수 또는 복수의 이동장치에 전력을 공급하거나 이동장치의 배터리를 충전할 수 있다. 이동장치와 전력 전달 표면에 놓인 위치와 방향에 상관없이 복수의 이동장치에 효율적으로 전력을 전달할 수 있다. 이동장치의 무게를 최소화하고도 각각의 이동장치에 전달되는 전력을 제어하고 이물질에는 전력을 전달하지 않을 수 있다. 주장치의 1차 코일과 구동회로의 수를 최소로 할 수 있다.The mobile device may simply be in close proximity to the power delivery surface to power single or multiple mobile devices or to charge the mobile device's battery. Power can be efficiently delivered to a plurality of mobile devices regardless of their position and orientation on the mobile device and the power delivery surface. It is possible to control the power delivered to each mobile device while minimizing the weight of the mobile device and not to deliver foreign materials. The number of primary coils and drive circuits in the main unit can be minimized.

전력 전달 표면에 이동장치를 특정한 위치나 방향으로 정렬해야 하는 불편 없이도 이동장치에 전력을 전달하려면 1차 코일과 2차 코일이 정렬되어 있지 않은 경우에도 전력을 전달할 수 있어야 한다. 이동장치의 크기와 무게를 줄이려면 이동장치에는 2차 코일을 1개만 구비하는 편이 바람직하다. 주장치의 대기 전력을 줄이려면 이동장치에 인접한 1차 코일만을 활성화시켜서 이동장치에 전력을 전달하는 편이 바람직하다. 본 발명에서는 복수의 1차 코일을 2차원에 배열한 주장치에서 이 동장치의 2차 코일에 전력을 가장 효과적으로 전달할 수 있는 1차 코일 하나를 활성화시켜서 주장치의 대기 전력을 최소로 하여 전력 손실을 막고 이동장치에 효과적으로 전력을 전달할 수 있는 장치와 방법을 제공한다. To deliver power to a mobile device without having to align the mobile device in a specific position or direction on the power delivery surface, it must be able to deliver power even if the primary and secondary coils are not aligned. In order to reduce the size and weight of the moving device, it is preferable to have only one secondary coil in the moving device. In order to reduce the standby power of the main unit, it is preferable to activate only the primary coil adjacent to the mobile unit to transfer power to the mobile unit. In the present invention, by activating a primary coil that can most effectively transfer power to the secondary coil of the mobile device in the main device arranged in a plurality of primary coils in two dimensions to minimize the standby power of the main device to prevent power loss Provided are an apparatus and method for effectively delivering power to a mobile device.

1차 코일과 2차 코일을 동일한 크기로 구성하면 1차 코일과 2차 코일이 정렬된 경우에는 전력 전송 효율이 높지만, 정렬되지 않아서 일부만 겹친 경우 전력 전달 효율이 크게 떨어진다. 전력을 효율적으로 전송하기 위하여 1차 코일보다 크기가 더 큰 2차 코일을 사용한다. 1차 코일을 1개만 활성화시키는 경우 1차 코일에서 거리가 멀어질수록 자기장의 세기가 감소하므로 2차 코일의 크기가 1차 코일보다 매우 크면 전력 전달 효율이 감소한다. 1차 코일과 2차 코일이 가능한 한 크기가 비슷하고 많이 겹칠수록 전력 송신 효율이 좋다. 1차 코일이 2차원적으로 배열된 전력 전달 표면에 2차 코일을 구비한 이동장치를 근접시킬 때 2차 코일과 거의 완전히 겹치는 1차 코일이 1개 이상 존재하도록 2차 코일의 크기를 선택한다. 전력 전달 효율을 높이기 위해 2차 코일은 전력 전달 표면에 대체로 평행하도록 이동장치에 고정한다. 전력 전달 표면이 대체로 수평이고 이동 장치를 전력 전달 표면에 올려 놓는 경우 이동장치가 전력 전달 표면과 접촉하는 면에 평행하도록 2차 코일을 이동장치에 고정한다. If the primary coil and the secondary coil are configured in the same size, the power transmission efficiency is high when the primary coil and the secondary coil are aligned, but the power transmission efficiency is greatly decreased when only a part of the primary coil and the secondary coil are not aligned. In order to transfer power efficiently, a secondary coil having a larger size than the primary coil is used. When only one primary coil is activated, the strength of the magnetic field decreases as the distance from the primary coil increases, so that the power transfer efficiency decreases when the size of the secondary coil is much larger than that of the primary coil. The primary coil and secondary coil are as similar in size as possible and the more they overlap, the better the power transmission efficiency. Select the size of the secondary coil so that when there are two or more primary coils that almost completely overlap with the secondary coil when the primary coil is placed close to the mobile device with the secondary coil on a two-dimensionally arranged power transfer surface. . To improve power transfer efficiency, the secondary coil is fixed to the mover so that it is generally parallel to the power transfer surface. When the power delivery surface is generally horizontal and the mobile device is placed on the power delivery surface, the secondary coil is secured to the mobile device so that the mobile device is parallel to the side in contact with the power delivery surface.

원형의 1차 코일과 2차 코일을 사용하고 1차 코일을 2차원에 최대한 인접하게 배치한 주 장치를 사용하는 경우 2차 코일의 외경을 1차 코일의 약 2.25(=1+2/SQRT(3))배로 할 수 있다. 도 3에 보인 것처럼 2차원으로 조밀하게 배열한 원형의 1차 코일들과 1차 코일보다 외경이 2.25배인 2차 코일을 3가지 방법으로 겹칠 수 있다. 첫째 2차 코일(300)과 온전하게 겹치는 1차 코일이 1개만 존재하는 경우는 이 1개의 1차 코일(302)의 전력 전달 효율이 주위의 다른 1차 코일들보다 훨씬 좋기 때문에 이 1차 코일만을 활성화시켜서 2차 코일(301)에 전력을 전달한다. 도 3의 둘째 경우처럼 2차 코일과 온전하게 겹치는 1차 코일이 2개 존재하는 경우는 이 2개의 1차 코일(312, 314) 중 전력 전달 효율이 더 좋은 1차 코일을 활성화시켜서 전력을 전달한다. 도 3의 셋째 경우처럼 2차 코일과 온전하게 겹치는 1차 코일이 3개 존재하는 경우는 이 3개의 1차 코일(322, 324, 326) 중 하나만을 활성화시켜서 전력을 전달한다.If you use a circular primary coil and a secondary coil, and the primary device with the primary coil placed as close as possible in two dimensions, the outer diameter of the secondary coil is approximately 2.25 (= 1 + 2 / SQRT ( 3)) You can double it. As shown in FIG. 3, circular primary coils densely arranged in two dimensions and secondary coils having an outer diameter of 2.25 times higher than the primary coils may be overlapped in three ways. If there is only one primary coil intimately overlapping with the first secondary coil 300, the primary coil 302 has a better power transfer efficiency than the other primary coils around it. Only by activating the power is delivered to the secondary coil (301). If there are two primary coils that completely overlap with the secondary coils as in the second case of FIG. 3, the two primary coils 312 and 314 activate a primary coil with better power transfer efficiency to transfer power. do. When there are three primary coils that completely overlap with the secondary coil as in the third case of FIG. 3, only one of the three primary coils 322, 324, and 326 is activated to transfer power.

1차 코일을 도 4처럼 사각 대칭으로 배열하여 전력 전달 표면을 구성하는 것도 가능하다. 그러나 도 3에 보인 것처럼 1차 코일을 삼각 대칭으로 배열하는 편이 1차 코일과 2차 코일의 크기를 더 비슷하게 할 수 있어서 전력 전달 효율을 높이기에 유리하다.It is also possible to configure the power transfer surface by arranging the primary coils in a square symmetry as shown in FIG. However, as shown in FIG. 3, it is advantageous to arrange the primary coils in triangular symmetry to make the sizes of the primary coil and the secondary coil more similar, which is advantageous in increasing power transmission efficiency.

1차 코일과 2차 코일의 모양을 반드시 원형으로 할 필요는 없다. 도 4에 사각형, 육각형, 팔각형 모양의 1차 코일과 2차 코일을 사용한 예를 보였다. 정사각형 2차 코일의 크기를 정사각형 1차 코일의 크기의 약 2.47(=7 X SQRT(2)/4)배로 하면 정사각형 1차 코일이 조밀하게 배열된 전력 전달 표면에 정사각형 2차 코일이 놓인 방향과 위치에 관계없이 온전히 겹치는 1차 코일이 1개 이상 존재한다 (도 5a). 정육각형 2차 코일의 크기를 정육각형 1차 코일의 크기의 약 2.31(=4/SQRT(3))배로 하면 정육각형 1차 코일이 조밀하게 배열된 전력 전달 표면에 정육각형 2차 코일이 놓인 방향과 위치에 관계없이 온전히 겹치는 1차 코일이 1 개 이상 존재한다 (도 5b). 이렇게 1차, 2차 코일이 원형이나 정다각형인 경우 2차 코일의 크기를 1차 코일의 약 2.25~2.47배로 하면 2차 코일을 구비한 이동장치를 정렬하지 않아도 2차 코일과 온전히 겹치는 1차 코일이 존재한다 (도 5c). The shape of the primary and secondary coils does not necessarily have to be circular. 4 shows an example in which a primary coil and a secondary coil of rectangular, hexagonal, and octagonal shapes are used. When the size of the square secondary coil is approximately 2.47 (= 7 X SQRT (2) / 4) times the size of the square primary coil, the square secondary coil is placed on the power transmission surface where the square primary coil is arranged closely. There is at least one primary coil that overlaps completely regardless of position (FIG. 5A). When the size of the regular hexagonal secondary coil is approximately 2.31 (= 4 / SQRT (3)) times the size of the regular hexagonal primary coil, the hexagonal secondary coil is placed in the direction and position where the regular hexagonal secondary coil is placed on the power transmission surface where the primary hexagonal coil is densely arranged. Regardless, there is at least one primary coil that overlaps completely (FIG. 5B). When the primary and secondary coils are circular or regular polygons, the size of the secondary coil is about 2.25 to 2.47 times larger than that of the primary coil, so that the primary coil completely overlaps with the secondary coil without the alignment of the moving device with the secondary coil. Is present (FIG. 5C).

원형과 사각형, 육각형, 팔각형 이외에 다른 모양의 1차 코일과 2차 코일을 사용할 수도 있고 1차 코일과 2차 코일의 모양이 같지 않을 수도 있다. 1차 코일과 2차 코일은 다양한 형태로 제작될 수 있다. 일정한 크기에 피복한 전선을 감은 권선 코일을 사용할 수도 있고 인쇄 회로 기판에 나선형의 패턴으로 구현한 코일을 사용할 수도 있다. 2차 코일을 인쇄 회로 기판의 한 층에 나선형 패턴으로 구현하면 이동장치의 무게와 부피를 줄이는 데에 유리하다. In addition to round, square, hexagonal, and octagonal shapes, primary and secondary coils of other shapes may be used, or the primary and secondary coils may not be the same shape. The primary coil and the secondary coil may be manufactured in various forms. Coils wound around wires of a certain size may be used, or coils formed in a spiral pattern on a printed circuit board may be used. Implementing a secondary coil in a spiral pattern on one layer of a printed circuit board is advantageous to reduce the weight and volume of the mover.

1차 코일과 2차 코일 사이의 자기장 유도 또는 전자기 유도에 수kHz에서 수MHz 대역의 공진 주파수를 사용할 수 있다. Resonant frequencies of several MHz to several MHz can be used for magnetic field induction or electromagnetic induction between the primary and secondary coils.

불필요한 전력 손실을 막으려면 이동장치에 인접하여 선택된 1차 코일 이외의 다른 1차 코일에는 전력을 차단하는 편이 가장 바람직하다. 또한 전력 전달 표면에 정상적으로 전력을 전달받을 이동장치가 아닌 이물질이 놓일 수 있다. 금속성의 이물질, 특히 얇은 판처럼 저항이 크거나 강자성을 띠는 이물질에는 큰 와전류가 흘러서 이물질이 높은 온도로 가열될 수 있으므로 정상적인 이동장치에만 전력을 전달하고 이물질에는 전력을 전달하지 않을 필요가 있다. In order to prevent unnecessary power loss, it is most desirable to cut off the power to the primary coil other than the primary coil selected adjacent to the mobile device. In addition, foreign matter may be placed on the power delivery surface instead of the mobile device to normally receive power. Metallic foreign materials, especially those with high resistance or ferromagnetic material, such as thin plates, may have a large eddy current that can be heated to high temperatures, so it is necessary to deliver power only to normal mobile devices and not to foreign materials.

1차 코일 주위에 전력을 흡수하는 부하가 존재하는지를 1차 코일에 전자기장을 유도하는 구동 회로의 부하 임피던스의 변화로 감지할 수 있다. 1차 코일 주위에 전력을 흡수하는 이동장치나 이물질이 없을 때 구동 회로의 부하 임피던스가 최 소가 된다. 1차 코일 주위에 전력을 흡수하는 이동장치나 이물질이 존재하면 구동 회로의 부하 임피던스가 증가한다. 부하 임피던스를 직접 측정하는 대신 부하 임피던스가 증가할 때 같이 증가하고 부하 임피던스가 감소할 때 같이 감소하는 다른 값을 검사하여 1차 코일 주위의 이동장치나 이물질의 존재를 감지할 수도 있다. 아래에서 부하 임피던스를 검사한다는 것은 부하 임피던스와 함께 변하는 다른 값을 검사하는 경우를 포함한다.Whether there is a load absorbing power around the primary coil can be detected by a change in the load impedance of the driving circuit inducing the electromagnetic field in the primary coil. The load impedance of the drive circuit is minimal when there are no moving devices or foreign matter absorbing power around the primary coil. The presence of a moving device or foreign material that absorbs power around the primary coil increases the load impedance of the drive circuit. Instead of measuring the load impedance directly, other values that increase as the load impedance increases and decrease as the load impedance decreases may be examined to detect the presence of moving devices or foreign objects around the primary coil. Checking the load impedance below includes checking for other values that change with the load impedance.

부하 임피던스를 측정하는 알려진 방법을 모두 사용할 수 있다. 작은 부피에 높은 효율로 자기장 유도 또는 전자기 공진을 이용하여 전력을 변환할 수 있는 LLC 회로가 알려져 있다. LLC 회로에서 위상차의 변화를 감지하여 부하의 크기를 알아낼 수 있다. 양(Yang)의 버지니아 폴리텍 대학 박사 학위 논문의 부록에 이것이 잘 설명되어 있다 [Bo Yang "Topology investigation of front end DC/DC converter for distributed power system", Virginia Polytechnic Institute, Electrical Engineering 박사학위 논문 (2003) http://www.scientificcommons.org/7766879]. 도 7에 보인 LLC 공진 전력 변환 회로에서 도 8a, 8b, 8c와 도 9a, 9b에 보인 것처럼 부하의 크기에 따라 Cr에 걸리는 전압의 위상이 바꾸기 때문에 VCr의 위상을 측정하여 부하 임피던스의 크기를 알 수 있다.Any known method of measuring load impedance can be used. LLC circuits are known that can convert power using magnetic field induction or electromagnetic resonance with small volume and high efficiency. The magnitude of the load can be determined by detecting a change in phase difference in the LLC circuit. This is well illustrated in the annex to Yang's doctoral dissertation at Virginia Polytechnic University [Bo Yang "Topology investigation of front end DC / DC converter for distributed power system", Virginia Polytechnic Institute, Ph.D. Dissertation (2003) http://www.scientificcommons.org/7766879]. Since Figure 7 showing LLC resonant power conversion circuit in Fig. 8a, 8b, 8c and Figure 9a, changing the phase of the voltage applied to the Cr according to the load, as shown in 9b to measure the phase of the V Cr the size of the load impedance Able to know.

도 3에 보인 1차 코일의 배열에서 각 1차 코일을 잠시 동안 활성화 시키고 부하 임피던스를 검사하여 그 1차 코일에 인접하여 전력을 흡수하는 물체가 존재하는지 판단할 수 있다. 충분히 짧은 시간 동안만 1차 코일을 활성화시키면 이물질이 가까이에 존재하더라도 이물질의 온도가 크게 상승하지 않는다. 부하 임피던스가 최소이면 전력을 흡수하는 물체가 주위에 없는 것이다. 주장치의 1차 코일들을 각각 이 방법으로 검사하여 각 1차 코일 주위에 전력을 흡수하는 물체가 있는지를 판단한다. 주장치의 모든 1차 코일들에 대해 검사를 마치면 전력 전달 표면의 어느 위치에 이동장치 또는 전력을 흡수하는 이물질이 존재하는지를 알 수 있다. In the arrangement of the primary coils shown in FIG. 3, each primary coil may be activated for a while and the load impedance may be inspected to determine whether there is an object absorbing power adjacent to the primary coil. Activating the primary coil only for a short enough time does not significantly increase the temperature of the foreign matter even if it is in close proximity. If the load impedance is minimal, there are no objects absorbing power around it. The primary coils of the main unit are each examined in this way to determine whether there is an object absorbing power around each primary coil. Inspection of all primary coils of the main unit reveals where the mobile unit or power-absorbing debris is present at any location on the power delivery surface.

1차 코일을 한 번에 1개만 활성화하여 이 검사를 진행할 수도 있고 한 번에 여러 개를 활성화하여 검사를 진행할 수도 있다. 1차 코일을 하나씩 검사하지 않고 여러 개를 동시에 검사하면 검사에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 2차 코일의 크기가 1차 코일의 3배를 초과하지 않는 경우 도 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h, 9i에 보인 것처럼 2칸 떨어진 1차 코일들을 동시에 활성화시켜서 검사를 진행하면 1개의 1차 코일을 검사하는 시간의 9 배 시간 동안 모든 1차 코일에 대해 검사를 마칠 수 있다. 도 4처럼 1차 코일이 사각 대칭으로 배열된 경우에도 마찬가지로 1개의 1차 코일을 검사하는 시간의 9 배 시간 동안 모든 1차 코일에 대해 검사를 마칠 수 있다.You can run this test by activating only one primary coil at a time, or you can activate multiple tests at a time. By inspecting multiple primary coils instead of one by one, you can reduce the time required for inspection. If the size of the secondary coil does not exceed three times that of the primary coil, the test is performed by simultaneously activating the primary coils spaced two spaces apart, as shown in FIGS. 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, 9F, 9G, 9H, 9i By proceeding, all primary coils can be inspected for nine times the time of inspecting one primary coil. Even when the primary coils are arranged in a square symmetry as shown in FIG. 4, all primary coils can be inspected for 9 times the time of inspecting one primary coil.

도 3처럼 육각대칭으로 1차 코일들을 배열한 주장치를 사용하는 경우, 모든 1차 코일의 부하 임피던스를 검사한 후에 선택한 각 1차 코일의 부하 임피던스를 주위의 6개의 1차 코일의 부하 임피던스와 비교한다. 도 4처럼 사각대칭으로 1차 코일들을 배열한 주장치를 사용하는 경우, 각 1차코일의 부하 임피던스를 주위의 8개의 1차코일의 부하 임피던스와 비교한다. 선택한 1차 코일 주위에 부하 임피던스가 더 큰 1차 코일이 존재하지 않으면 선택한 1차 코일을 '활성'으로 분류한다. 선 택한 1차 코일 주위에 '활성'으로 분류된 1차 코일이 존재하면 선택한 1차 코일을 '비활성'으로 분류한다. 어떤 경우에도 인접한 두 1차 코일이 동시에 '활성'으로 분류되지 않도록 한다. 선택한 1차 코일 주위에 부하 임피던스가 더 큰 1차 코일이 존재하면 부하 임피던스가 더 큰 1차 코일에서 전력전달 효율이 더 높은 것이므로 선택한 1차 코일을 '비활성'으로 분류한다. 도 3의 첫째 2차 코일(300) 근처에는 1차 코일 302의 부하 임피던스가 가장 크므로 이것을 '활성'으로 분류한다. 도 3의 둘째 2차 코일(310) 근처에는 두 개의 1차 코일(312, 314)의 부하 임피던스가 주위의 다른 1차 코일보다 두드러지게 더 클 것이고 이 중 부하 임피던스가 더 큰 1차 코일을 '활성'으로 분류한다. 두 1차 코일의 부하 임피던스가 동일하다면 임의로 둘 중 하나의 1차 코일을 '활성'으로, 다른 하나의 1차 코일을 '비활성'으로 분류한다. 도 3의 셋째 2차 코일(320) 근처에는 세 개의 1차 코일(322, 324, 326)의 부하 임피던스가 주위의 다른 1차 코일보다 두드러지게 더 클 것이고 이 중 부하 임피던스가 가장 큰 1차 코일을 '활성'으로 분류한다. 세 1차 코일의 부하 임피던스가 동일하다면 임의로 셋 중 하나의 1차 코일을 '활성'으로, 다른 두 1차 코일을 '비활성'으로 분류한다. In the case of using the claim values in which the primary coils are arranged in hexagonal symmetry as shown in FIG. 3, the load impedance of each selected primary coil is compared with the load impedances of the surrounding six primary coils after checking the load impedance of all primary coils. do. In the case of using the claim values in which the primary coils are arranged in a square symmetry as shown in FIG. 4, the load impedance of each primary coil is compared with the load impedances of eight primary coils. If there is no primary coil with a higher load impedance around the selected primary coil, the selected primary coil is classified as 'active'. If there is a primary coil classified as 'active' around the selected primary coil, the selected primary coil is classified as 'inactive'. In no case should two adjacent primary coils be classified as 'active' at the same time. If there is a primary coil with a higher load impedance around the selected primary coil, then the primary coil with the higher load impedance will have higher power transfer efficiency and classify the selected primary coil as 'inactive'. Since the load impedance of the primary coil 302 is greatest near the first secondary coil 300 of FIG. 3, this is classified as 'active'. Near the second secondary coil 310 of FIG. 3, the load impedances of the two primary coils 312 and 314 will be significantly greater than the other primary coils around, and the primary coil with the higher load impedance will be ' Active '. If the load impedances of the two primary coils are the same, one of the two primary coils is classified as 'active' and the other primary coil is classified as 'inactive'. Near the third secondary coil 320 of FIG. 3, the load impedances of the three primary coils 322, 324, 326 will be significantly larger than the other primary coils around and the primary coil with the largest load impedance. Classify as 'active'. If three primary coils have the same load impedance, one of the three primary coils is classified as 'active' and the other two primary coils are classified as 'inactive'.

이렇게 하여 전력 전달 표면에 놓인 이동장치 각각에 대해 그 이동장치에 전력 전달 효율이 가장 높은 1개의 1차 코일을 '활성'으로 분류한다. 이동장치가 한 개 놓인 경우 하나의 1차 코일을 선택하여 '활성'으로 분류하고 이동 장치가 2 개 놓인 경우에는 두 개의 1차 코일을 선택하여 '활성'으로 분류한다.In this way, for each mobile device placed on the power delivery surface, the primary coil having the highest power delivery efficiency for that mobile device is classified as 'active'. If there are one mobile device, one primary coil is selected and classified as 'active'. If there are two mobile devices, two primary coils are selected and classified as 'active'.

이 다음 '활성'으로 분류된 1차 코일을 사용하여 주장치는 디지털 통신을 시 도한다. 전자기 유도로 유도된 전력을 사용하는 통신 방식을 사용하면 이동장치의 배터리가 완전히 방전되어 있어도 주장치와 이동장치 사이에 통신이 가능하다. 이런 방식은 신체에 삽입하여 신체 신호를 원격 검사하는 장치에 전력을 공급하는 동시에 신호를 주고 받기 위해 개발되었던 것이다. [Z. Tang, B. Smith, J. H. Schild, and P. H. Peckham, "Data Transmission from an Implantable Biotelemeter byLoad-Shift Keying Using Circuit Configuration Modulator", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 42, No. 5, pp524-528 (1995); Y. Hu, J.-F. Gervais, and M. Sawan, "High power efficiency inductive link with full-duplex data communication", Proceeding of the 2002 9th International Conference on Electronics, Circuits and Systems, Vol. 1, pp359-362]. 아날로그 신호를 전송하는 주파수 변조(frequency modulation, FM) 방식 이외에 디지털 신호를 전송하기 위해 진폭 편이 변조(amplitude shift keying, ASK), 주파수 편이 변조(frequency shift keying, FSK), 위상 편이 변조(phase shift keying, PSK)를 사용할 수 있다. 리안과 쿠프는 매우 간단한 회로로 ASK의 일종인 부하 편이 변조(load shift keying, LSK) 방식을 구현하였고 이 방식도 사용 가능하다. [M. Ryan and R. Coup "An Universal, Inductively Coupled Battery Charger for Robot Power Supplies", Proceedings of the 2006 Australasian Conference on Robotics & Automation]. The claim then attempts digital communication using a primary coil classified as active. The communication method using electric power induced by electromagnetic induction enables communication between the main device and the mobile device even when the battery of the mobile device is completely discharged. This approach was developed to both send and receive signals while inserting power into a device that remotely monitors body signals. [Z. Tang, B. Smith, J. H. Schild, and P. H. Peckham, "Data Transmission from an Implantable Biotelemeter by Load-Shift Keying Using Circuit Configuration Modulator", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 42, no. 5, pp 524-528 (1995); Y. Hu, J.-F. Gervais, and M. Sawan, "High power efficiency inductive link with full-duplex data communication", Proceeding of the 2002 9th International Conference on Electronics, Circuits and Systems, Vol. 1, pp 359-362. Amplitude shift keying (ASK), frequency shift keying (FSK), and phase shift keying to transmit digital signals in addition to frequency modulation (FM), which transmits analog signals. , PSK) can be used. Lian and Coop have implemented a very simple circuit, a load shift keying (LSK) method, which is a type of ASK. [M. Ryan and R. Coup "An Universal, Inductively Coupled Battery Charger for Robot Power Supplies", Proceedings of the 2006 Australasian Conference on Robotics & Automation.

도 10에 이렇게 전력 전달과 통신을 동시에 할 수 있는 회로를 블록 다이어그램으로 나타내었다. In FIG. 10, a circuit diagram capable of simultaneous power transfer and communication is shown in a block diagram.

미리 정한 시간 안에 규정된 인식 신호를 수신하면 주장치는, 이동장치가 '활성' 1차 코일 주위에 있다는 것과 이동장치의 종류에 대한 정보를 알 수 있다. RFID의 ISO15693의 통신 규약 같은 표준화된 인식 신호를 사용할 수도 있고 독자적인 인식 신호를 사용할 수도 있다. 주장치는 이동장치와 계속 통신하여 이동장치 배터리의 종류, 충전상태, 온도 등의 정보를 얻을 수도 있다. 이동장치에 다른 센서가 구비되어 있다면 그 센서에서 얻은 신호를 주장치로 전달할 수도 있다. 미리 정한 시간 안에 규정된 인식 신호가 수신되지 않으면 1차 코일을 '비활성'으로 분류하고 전력을 차단한다. 통신을 위해 1차 코일을 활성화하는 시간은 충분히 짧게 하여 전력을 흡수하는 이물질이 있더라도 과열되지 않게 한다. 디지털 통신을 위해 '활성'으로 분류된 1차 코일을 활성화시키는 시간은 1차 코일의 부하 임피던스를 검사하기 위해 1차 코일을 활성화시키는 시간보다 길 수 있다.Receiving a prescribed recognition signal within a predetermined time, the assertion can tell that the mobile device is around the 'active' primary coil and information about the type of mobile device. You can use standardized recognition signals, such as RFID's ISO15693 communication protocol, or you can use your own recognition signals. The assertion may continue to communicate with the mobile device to obtain information such as the type, charge state and temperature of the mobile battery. If the mobile device is equipped with another sensor, the signal from that sensor may be transmitted to the host device. If the specified recognition signal is not received within a predetermined time, the primary coil is classified as 'inactive' and the power is cut off. The time to activate the primary coil for communication is short enough to prevent overheating even if there is a foreign object that absorbs power. The time to activate the primary coil classified as 'active' for digital communication may be longer than the time to activate the primary coil to check the load impedance of the primary coil.

이동장치와 주장치 사이의 통신 채널을 통해 이동장치는 주장치에 이동장치에 유도되는 전압 또는 전류 신호를 전송할 수 있다. 주장치는 이 신호를 피드백하여 이동장치에 적절한 전압 또는 전류를 유도되도록 1차 코일을 통해 전력을 전달할 수 있다. 물론 이러한 피드백 조절을 각 이동장치마다 별도로 할 수 있다. 이러한 피드백 회로를 이용하면 이동장치에서 배터리 충전을 위한 전압 변환 장치를 생략할 수 있어서 이동장치의 부피와 무게를 줄일 수 있다. Through the communication channel between the mobile device and the host device, the mobile device can transmit a voltage or current signal to the mobile device that is directed to the mobile device. The assertion can feed this signal through the primary coil to induce an appropriate voltage or current to the mobile device. Of course, this feedback adjustment can be made separately for each mobile device. Using this feedback circuit, the voltage converter for charging the battery can be omitted from the mobile device, thereby reducing the volume and weight of the mobile device.

이동장치와 주장치 사이의 통신 채널을 통해 상태를 송신부에서 실시간으로 모니터할 수 있으므로 만충전, 과부하 또는 이상 온도 상승의 경우 전력 전달을 차단한다. 도 11에 이러한 과정을 순서도로 나타내었다. The communication channel between the mobile unit and the host unit monitors the status in real time at the transmitter, which cuts off power delivery in case of full charge, overload, or abnormal temperature rise. This process is shown in a flow chart in FIG.

또한 배터리를 충전하는 경우 배터리의 충전 정도를 주장치에서 인식하여 주장치의 디스플레이에 표시할 수 있다. 필요하다면 이동장치의 배터리 충전 상태를 주 장치에서 다른 컴퓨터로 전달할 수도 있다.In addition, when the battery is being charged, the charge level of the battery may be recognized by the host device and displayed on the display of the host device. If necessary, the battery status of the mobile device can also be transferred from the main device to another computer.

전력 전달 표면에 이동장치가 새로 놓이거나, 놓여 있던 이동장치가 전력 전달 표면으로부터 분리될 수 있으므로 모든 1차 코일들의 부하 임피던스를 검사하는 단계를 일정한 시간 간격으로 반복하여 각 1차 코일의 '활성', '비활성' 상태를 재분류할 수 있다. 부하 임피던스 검사에 필요한 시간보다 충분히 긴 시간 간격을 두고 부하 임피던스 검사를 되풀이하면 배터리 충전 시간에는 거의 영향이 없다. 예를 들어 100kHz 공진 신호를 사용하고 하나의 1차 코일의 부하 임피던스를 측정하기 위해 공진 신호의 10주기가 필요하다면 모든 1차 코일의 부하 임피던스를 최소 10 마이크로초 X 10주기 X 9회=0.9밀리초에 측정할 수 있다. 모든 1차 코일의 부하 임피던스를 측정하고 '활성', '비활성'을 분류하고 인식 신호를 확인하는 데에 10밀리초가 걸리는 경우에 2초마다 이 일을 되풀이한다면 99.5% 이상의 시간 동안 유효하게 전력을 전달할 수 있으므로 실제 배터리 충전 시간에는 영향을 거의 주지 않는다. New movers can be placed on the power delivery surface, or existing movers can be separated from the power delivery surface, so checking the load impedance of all primary coils is repeated at regular time intervals to 'activate' each primary coil. In this case, the 'inactive' state can be reclassified. Repeating the load impedance test with a time interval longer than necessary for the load impedance test has little effect on battery charge time. For example, if you use a 100 kHz resonant signal and you need 10 cycles of the resonant signal to measure the load impedance of one primary coil, then the load impedance of all primary coils must be at least 10 microseconds X 10 cycles X 9 times = 0.9 milliseconds. It can be measured in seconds. If it takes 10 milliseconds to measure the load impedance of all primary coils, classify 'active', 'inactive', and check for a recognition signal, and repeat this every 2 seconds, then the power will be effective for more than 99.5% of the time. Because it can be delivered, it has little effect on actual battery charge time.

1차 코일을 각각 활성화시킬 수 있어야 하므로 1차 코일 각각에 별도의 구동 회로가 필요하다. 따라서 일정한 면적의 전력 전달 표면을 구성할 때 전체 회로의 구성을 간단하게 하기 위해서는 1차 코일의 개수를 최소로 하는 것이 바람직하다. 이동장치의 2차 코일 크기가 일정하다면 1차 코일의 크기가 최대일 때 1차 코일의 개수를 최소로 할 수 있다. 따라서 본 발명에서 제시한 크기의 비로 1차 코일과 2 차 코일을 구성하면 1차 코일의 개수를 최소로 하여 주장치의 회로 구성을 간단하게 할 수 있고, 이동장치에 별도의 전력 변환 회로가 필요 없어서 이동장치의 회로 구성을 간단하게 하면서 효과적으로 비접촉 방식으로 전력을 전달할 수 있다.Since the primary coils must be able to be activated separately, a separate driving circuit is required for each primary coil. Therefore, it is desirable to minimize the number of primary coils in order to simplify the construction of the entire circuit when constructing a constant area power transfer surface. If the size of the secondary coil of the mobile device is constant, the number of primary coils can be minimized when the size of the primary coil is maximum. Therefore, if the primary coil and the secondary coil are configured at the ratio of the size proposed in the present invention, the circuit configuration of the main apparatus can be simplified by minimizing the number of primary coils, and a separate power conversion circuit is not required for the mobile apparatus. The circuit configuration of the mobile device can be simplified while effectively delivering power in a non-contact manner.

도 1a와 도 1b는 자기장 유도 방식의 종류를 나타낸 것으로, 도 1a는 수평 자기장 방식(horizontal magnetic flux distribution)을 도 1b는 수직 자기장 방식(vertical magnetic flux distribution)을 나타낸다.1A and 1B illustrate a type of magnetic field induction scheme, in which FIG. 1A illustrates a horizontal magnetic flux distribution and FIG. 1B illustrates a vertical magnetic flux distribution.

도 2는 기존 기술에 따른 수직 자기장 방식의 비접촉 전력 전달시스템의 한 예이다. 2 is an example of a non-contact power transmission system of a vertical magnetic field method according to the prior art.

도 3은 본 발명의 한 실시예에서 원형의 1차 코일과 2차 코일이 겹치는 3가지 경우를 나타낸 것이다. FIG. 3 illustrates three cases in which a circular primary coil and a secondary coil overlap in one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에서 1차 코일의 배열을 나타낸 것이다.4 shows an arrangement of a primary coil in another embodiment of the present invention.

도 5a는 정사각형 모양의 1차 코일과 2차 코일이 겹치는 경우를 나타낸 것이다. 5a illustrates a case where a square primary coil and a secondary coil overlap.

도 5b는 정육각형 모양의 1차 코일과 2차 코일이 겹치는 경우를 나타낸 것이다. 5B illustrates a case where the primary coil and the secondary coil of the regular hexagon shape overlap each other.

도 5c는 정팔각형 모양의 1차 코일과 2차 코일이 겹치는 경우를 나타낸 것이다. Figure 5c shows a case where the primary coil and the secondary coil of the octagonal shape overlaps.

도 6은 LLC 공진 변환기를 나타낸 것이다. 6 shows an LLC resonant transducer.

도 7a와 7b와 7c는 각각 도 6의 LLC 회로 동작 영역 1과 3에서 무거운 부하, 가벼운 부하, 매우 가벼운 부하 상태에서 회로의 전압과 전류를 보인 것이다 (Bo Yang의 박사 학위 논문 부록 참조). 부하의 크기에 따라 Cr에 걸리는 전압의 위상이 바뀐다.7A, 7B and 7C show the voltage and current of the circuit under heavy load, light load and very light load in the LLC circuit operating regions 1 and 3 of FIG. 6, respectively (see Bo Yang's doctoral dissertation appendix). The phase of the voltage across Cr changes according to the size of the load.

도 8a와 8b는 각각 도 6의 LLC 회로 동작 영역 2에서 전부하(full load)와 가벼운 부하 상태에서 회로의 전압과 전류를 보인 것이다 (Bo Yang의 박사 학위 논문 부록 참조). 부하의 크기에 따라 Cr에 걸리는 전압의 위상이 바뀐다.8A and 8B show the voltage and current of the circuit at full load and light load, respectively, in the LLC circuit operating region 2 of FIG. 6 (see Bo Yang's PhD Thesis appendix). The phase of the voltage across Cr changes according to the size of the load.

도 9a에서 9i까지는 본 발명에서 모든 1차 코일의 부하 임피던스를 측정하는 순서를 나타낸 것이다.9a to 9i show the order of measuring the load impedance of all primary coils in the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 선택된 '활성' 1차 코일을 사용하여 전력을 전달하는 단계를 나타내는 순서도이다. 10 is a flow chart illustrating the step of delivering power using an 'active' primary coil selected in accordance with an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 전력 전달과 신호 전달을 하는 주장치와 이동장치의 회로를 블록 다이어그램으로 나타낸 것이다. 11 is a block diagram of a circuit of a main device and a mobile device for power transmission and signal transmission according to an embodiment of the present invention.

Claims (9)

(i) 전자기장을 유도할 수 있는 1차 코일 여러 개가 2차원으로 배열된 전력 전달 표면과 각 1차 코일을 구동할 수 있는 구동회로와, 각 구동회로의 부하 임피던스를 감지할 수 있는 수단과, 전력 전달 채널을 통해 신호를 수신할 수 있는 수단과, 교류 또는 직류 전원을 구비한 주장치 및;(i) a power transmission surface in which several primary coils capable of inducing electromagnetic fields are arranged in two dimensions, a driving circuit capable of driving each primary coil, means for sensing the load impedance of each driving circuit, A main unit having means for receiving a signal via a power transmission channel, and an alternating current or direct current power source; (ii) 1차 코일보다 크기가 약 2 내지 3배인 2차 코일과, 2차 코일에 유도된 전자기파를 정류하여 직류를 발생시키는 정류 회로와, 전력 전달 채널을 통해 신호를 송신할 수 있는 수단을 구비한 최소한 하나의 이동장치로 이루어지고 상기 이동장치가 상기 주장치의 전력전달 표면 위나 그 가까이에 위치할 때 주장치의 1차 코일과 이동장치의 2차 코일 사이의 전자기 유도에 의해 이동장치로 전력을 전달하는 비접촉 전력 전달 시스템(ii) a secondary coil about 2 to 3 times larger than the primary coil, a rectifier circuit for rectifying electromagnetic waves induced in the secondary coil to generate direct current, and means for transmitting a signal through a power transmission channel. Consisting of at least one moving device, and when the moving device is located on or near the power transfer surface of the main device, power is transferred to the moving device by electromagnetic induction between the primary coil of the main device and the secondary coil of the moving device. Contactless power delivery system 제 1항에 있어서 2차 코일의 크기가 1차 코일의 약 2.1 내지 2.6배인 시스템.The system of claim 1, wherein the size of the secondary coil is about 2.1 to 2.6 times the primary coil. 제 2항에 있어서 2차 코일의 크기가 1차 코일의 약 2.1 내지 2.4배인 시스템.The system of claim 2, wherein the size of the secondary coil is about 2.1 to 2.4 times the primary coil. 제 1항 내지 3항에 있어서 이동장치가 배터리를 구비한 시스템.The system of claim 1, wherein the mobile device is equipped with a battery. 제 1항 내지 3항에 있어서 이동장치의 센서에서 읽은 값을 주장치로 송신하는 시스 템.The system according to any one of claims 1 to 3, which transmits the value read by the sensor of the mobile device to the main device. 제 1항 내지 3항에 있어서 이동장치에서 주장치로 송신하는 신호를 피드백하여 이동장치에 유도되는 전압 또는 전류를 제어하는 시스템.4. A system according to claim 1, 3 or 3, which feeds back a signal transmitted from the mobile device to the main device to control the voltage or current induced in the mobile device. 제 1항 내지 3항에 있어서 신호를 송신하는 방법이 ASK, FSK, PSK, LSK로 이루어진 군에서 선택된 방법.The method of claim 1, wherein the method for transmitting a signal is selected from the group consisting of ASK, FSK, PSK, and LSK. 전자기장을 유도할 수 있는 1차 코일 여러 개가 2차원으로 배열된 전력 전달 표면과 각 1차 코일을 구동할 수 있는 구동회로와, 각 구동회로의 부하 임피던스를 감지할 수 있는 수단과, 전력 전달 채널을 통해 신호를 수신할 수 있는 수단과, 교류 또는 직류 전원을 구비한 주장치 및 1차 코일보다 크기가 약 2 내지 3배인 2차 코일과, 2차 코일에 유도된 전자기파를 정류하여 직류를 발생시키는 정류 회로와,전력 전달 채널을 통해 신호를 송신할 수 있는 수단을 구비한 최소한 하나의 이동장치로 이루어진 비접촉 전력 전달 시스템을 사용하여 상기 이동장치가 상기 주장치의 전력전달 표면 위나 그 가까이에 위치할 때 주장치의 1차 코일과 이동장치의 2차 코일 사이의 전자기 유도에 의해 이동장치로 전력을 전달하는 비접촉 전력 전달 방법에 있어서A power transmission surface in which several primary coils capable of inducing electromagnetic fields are arranged in two dimensions, a driving circuit capable of driving each primary coil, means for sensing a load impedance of each driving circuit, and a power transmission channel Means for receiving a signal, a primary device having an alternating current or direct current power source, and a secondary coil about 2 to 3 times larger than the primary coil, and rectifying electromagnetic waves induced in the secondary coil to generate direct current. When the mobile device is located on or near the power delivery surface of the host device using a non-contact power delivery system comprising a rectifying circuit and at least one mobile device having means for transmitting signals through the power delivery channel. In the non-contact power transfer method for transferring power to the mobile device by electromagnetic induction between the primary coil of the main device and the secondary coil of the mobile device (i) 모든 1차 코일의 부하 임피던스를 검사하는 단계;(i) checking the load impedance of all primary coils; (ii) 각 1차 코일의 부하 임피던스를 주위의 1차 코일의 부하 임피던스와 비교하 여 주위보다 부하 임피던스가 더 큰 1차 코일을 '활성'으로 분류하는 단계;(ii) classifying the primary coil having a greater load impedance than the surroundings as 'active' by comparing the load impedance of each primary coil with the load impedance of the surrounding primary coil; (iii) '활성'으로 분류된 1차 코일을 활성화하여 규정된 인식 신호의 수신을 기다리는 단계;(iii) activating a primary coil classified as 'active' and waiting for reception of a defined recognition signal; (iv) 규정된 인식 신호가 수신된 1차 코일을 활성화하여 전력을 공급하는 단계를(iv) activating and supplying power to the primary coil on which the prescribed recognition signal has been received. 포함하는 비접촉 전력 전달 방법. Non-contact power delivery method comprising. 제 8항의 단계들을 일정한 시간 주기로 반복하는 비접촉 전력 전달 방법.9. The method of claim 8, wherein the steps of claim 8 are repeated at regular time intervals.
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