KR20110061657A

KR20110061657A - How to lower sensitivity by using lumped c and l

Info

Publication number: KR20110061657A
Application number: KR1020090118117A
Authority: KR
Inventors: 지현호; 서대건; 강재모
Original assignee: 지현호
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-10

Abstract

PURPOSE: A method for lowering sensitivity using lumped C and L is provided to drastically lower sensitivity by a magnetic resonance coil. CONSTITUTION: The efficiency of wireless power using magnetic resonance is determined by Q-factor and figure of merit. The more a Q-factor value increase, the more the efficiency increases. The Q-factor value decreases if a lump device is added. Therefore the efficiency decreases. The efficiency decreased due to the lump device is supplemented.

Description

Solve Wireless Power Sensitivity Using Lumped Devices {how to lower sensitivity by using lumped C and L}

기존에 알려진 전자기유도 방법과 자기공명방법을 함께 이용하여 작품을 만든다. 자기공명을 이용한 무선전력전송은 아직 소형화에 문제가 있으므로 코일의 크기를 줄이는 대신에 초근거리에서 높은 효율을 가지는 전자기 유도방법을 사용하고 중거리에서는 자기공명현상을 접목한 무선전력전송을 응용한 작품을 제작한다. 즉, 소스와 수신 사이는 자기공명방식을 이용하여 높은 전력효율을 유지시키고 수신에서 받았던 전력을 전자기 유도방식을 통해 모바일 기기 및 기타 여러 전자/전기 기기에 전력전송을 하는 시스템을 만들 예정이다. The work is made by using the known electromagnetic induction method and magnetic resonance method together. Since wireless power transmission using magnetic resonance is still a problem in miniaturization, instead of reducing the size of the coil, it uses an electromagnetic induction method having high efficiency at super short distances and applies a wireless power transmission incorporating magnetic resonance at medium distances. To make. In other words, between the source and the reception will be using a magnetic resonance method to maintain a high power efficiency, and the power received from the reception through the electromagnetic induction method will be to create a system for power transmission to mobile devices and many other electronic / electrical devices.

그리고 인덕터와 커패시터 소자를 사용하여 구조적으로만 만들었던 기존의 자기공명을 이용한 무선전력전송시스템의 문제점을 보완할 예정이다. 이로 인해 현재시스템의 문제점인 민감도 문제를 해결할 수 있을 것이라 예상되어진다. 현재 대부분의 시스템은 구조적으로 생기는 커패시턴스 성분을 이용해서 공진주파수를 결정하는 데, 이때 생기는 문제점으로는 구조적 커패시턴스의 크기가 작아 인해서 주위환경에 너무 민감하다. 이로 인해 다양한 적용이 어려움이 발생한다. 따라서 우리 팀은 MIT 논문을 바탕으로 새로운 아이디어에 도출하였다. 먼저 구조적 커패시턴스에 높은 값을 갖는 커패시턴스를 달아 커패시턴스로 인한 민감도 문제를 해결할 것이다. 이로 인해 높은 커패시턴스로 인해 Q값이 낮아지게 되는데 이를 다시 인덕터 소자를 사용하여 Q값을 보완할 것이다. 따라서 Q값은 유지하게 되고 민감도가 낮아지게 되어 다양한 적용이 가능할 것이라 예상된다.In addition, it will supplement the problem of the conventional wireless power transmission system using magnetic resonance, which was made only structurally using inductor and capacitor elements. This is expected to solve the sensitivity problem of the current system. Currently, most systems use the structurally generated capacitance component to determine the resonant frequency. The problem is that the size of the structural capacitance is so sensitive to the environment. This leads to difficulties in various applications. So our team came up with a new idea based on the MIT paper. First, we will solve the sensitivity problem due to capacitance by attaching a high value capacitance to the structural capacitance. This results in a lower Q value due to higher capacitance, which in turn will be used to compensate for the Q value. Therefore, Q value is maintained and sensitivity is expected to be variously applicable.

기존의 전력선을 이용한 전력공급 또는 충전방식은 공간적인 제약 문제 및 사용의 불편함이 많았다. 이를 해결하기 위하여 무선전력전송 기술 연구가 오랫동안 수행되었고 다양한 방식의 무선전력전송 기술이 소개되었다. 이 중에서 가장 많은 연구가 수행되었던 마이크로파를 이용한 원거리 전력전송 기술은 전자파 장애 문제와 전력 전달의 효율성 문제 등의 이유로 응용 분야를 찾지 못하고 있으며, 수 cm 이내의 근거리에서 사용되는 전자기 유도를 이용한 방식은 수 미터 이상 떨어져 있는 디지털 전자/전기 기기에는 전력을 공급할 수 없는 단점이 있다. Power supply or charging method using the existing power line has a lot of space constraint problems and inconvenience of use. To solve this problem, wireless power transmission technology research has been conducted for a long time, and various methods of wireless power transmission technology have been introduced. The long-distance power transmission technology using microwave, which has been researched the most, has not found an application field due to the problem of electromagnetic interference and the efficiency of power transmission, and the method using the electromagnetic induction used in the short distance within several cm Digital electronics / electrical devices that are more than one meter apart have the disadvantage of not being able to supply power.

이러한 상황 속에서 2007년에 미국 MIT 물리학과 Marin Soljacic 교수팀에서 세계 최초로 자기 공명 현상을 이용한 무선전력전송을 발표하였고, 이를 이용하여 수 미터 이내에서 수십 와트의 전력을 인체에 무해하게 전송한 바 있다. 현재는 기술의 가능성만을 제시하였고 기술 응용을 위한 다양한 요소 기술에 대한 개발 및 개선이 요구되는 단계로 선진국과의 기술 격차가 크지 않다. Under these circumstances, in 2007, the United States MIT Physics Department, Marin Soljacic's team announced the world's first wireless power transmission using magnetic resonance, which used to transmit tens of watts harmlessly to humans within a few meters. At present, only the possibility of technology is presented, and the development and improvement of various element technologies for technology application is required.

더욱이 무선전력전송 기술은 향후 디지털 전자/전기 기기의 전력공급 시장에 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다. 이러한 자기공명을 이용한 무선전력전송은 민감도란 커다란 문제점을 가지고 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고자 위해 다양한 각도의 해결 방안이 모색되어야 한다.In addition, wireless power transmission technology is expected to have a significant impact on the power supply market of digital electronic / electrical equipment in the future. Wireless power transmission using such magnetic resonance has a big problem of sensitivity. Therefore, in order to solve this problem, various angle solutions should be sought.

자기공명을 이용한 무선전력의 경우 높은 민감도로 인해서 실생활에 사용되기 미약한 분야가 있다. 특히 구조적으로만 만들어지는 경우 낮은 커패시턴스로 인해 주위 환경에 매우 민감하게 반응한다. 이러한 문제점을 해결하고자 한다.In the case of wireless power using magnetic resonance, there is a weak field to be used in real life because of high sensitivity. Especially when made only structurally, the low capacitance makes it very sensitive to the environment. This problem is solved.

자기공명을 이용한 무선전력의 높은 민감도 문제를 해결하기 위해 Lumped 소자 인덕터와 커패시터를 함께 사용하고자 한다. 구조적으로만 만들어진 자기공명 공진코일의 경우 낮은 커패시턴스를 가지게 되는데 그 문제점을 높은 값을 갇는 커패시터 소자를 사용하여 해결하려고 한다. 높은 커패시터 소자를 사용하게 되면 Q-factor값이 높아지게 되는데, 이 문제점을 다시 인덕터 소자를 사용하여 보완해줌으로써 문제점을 해결하려고 한다. In order to solve the high sensitivity of wireless power using magnetic resonance, a Lumped device inductor and a capacitor are used together. In the case of a structurally resonant magnetic resonance coil, it has a low capacitance. The problem is solved by using a capacitor that traps a high value. The use of a high capacitor device results in a high Q-factor, and this problem is solved by supplementing this problem with an inductor device.

Lumped 소자를 사용하여 자기공진 코일을 만들게 되면 민감도 문제를 급격히 낮출 수 있다. 그 뿐만 아니라 lumped소자를 사용하여 설계자가 원하는 공진 주파 수를 설정해 줄 수 있고, 공진코일의 소형화 또한 가능하다. 이로 인해 무선전력전송시스템의 소형화가 가능하고, 낮은 민감도로 다양한 부하에 대해서 적용이 가능하다.Creating a resonant coil using a lumped device can dramatically reduce the sensitivity problem. In addition, the lumped device can be used to set the desired resonant frequency, and the resonant coil can be miniaturized. This makes it possible to miniaturize the wireless power transmission system and to apply to various loads with low sensitivity.

본 발명을 위해서는 자기공명을 이용한 무선전력 전송 시스템의 전반적인 이해가 필요하다. 자기공명을 이용한 무선전력은 Q-factor와 figure of merit라는 두 가지 수식에 의해 효율이 결정되는데, 특히 Q-factor의 경우 그 수식이

로 유도되어 진다. Q-factor 값이 높을 수록 높은 효율이 이루어 지는데 민감도 감소를 위해 lumped 소자 C만 달게 되면 Q-factor값이 낮아져서 효율이 떨어지는 문제점을 가지게 된다. 따라사 lumped 소자 L을 떨어진 C값만큼 보완해줘야 한다.The present invention requires an overall understanding of a wireless power transfer system using magnetic resonance. The efficiency of wireless power using magnetic resonance is determined by two equations, Q-factor and figure of merit.

Is induced. The higher the Q-factor value, the higher the efficiency. However, if only the lumped device C is attached to reduce the sensitivity, the Q-factor value is lowered, which causes a problem of inefficient efficiency. Therefore, the lumped element L must be compensated for by the value of the fallen C.

무선전력을 이용한 산업분야는 아직 미비하다. 특히 자기공명을 이용한 무선전력의 경우 현재 연구실 수준의 시제품만이 나와있는 상황이다. 자기공명을 이용한 무선전력은 높은 효율성으로 인해 다양한 분야에서 응용되리라 예상된다.The industrial sector using wireless power is still incomplete. In particular, in the case of wireless power using magnetic resonance, only a prototype of a laboratory level is currently available. Wireless power using magnetic resonance is expected to be applied in various fields due to high efficiency.

Claims

Sensitivity problem solved using lumped device and miniaturization of resonant coil.