KR20110068621A - Device for recharging batteries on electric vehicle or hybrid vehicle wirelessly by means of electromagnetic coupled resonance and method thereof - Google Patents

Device for recharging batteries on electric vehicle or hybrid vehicle wirelessly by means of electromagnetic coupled resonance and method thereof Download PDF

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KR20110068621A
KR20110068621A KR1020090125670A KR20090125670A KR20110068621A KR 20110068621 A KR20110068621 A KR 20110068621A KR 1020090125670 A KR1020090125670 A KR 1020090125670A KR 20090125670 A KR20090125670 A KR 20090125670A KR 20110068621 A KR20110068621 A KR 20110068621A
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이기범
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

PURPOSE: A device and method for wirelessly charging a battery of an electric vehicle or hybrid vehicle by an electromagnetic coupled resonance are provided to transmit and receive power without a wired cable by using the electromagnetic coupled resonance. CONSTITUTION: A high frequency generator(22) generates a high frequency. A high frequency power amplifier(24) amplifies the high frequency from the high frequency generator and transmits the high frequency to a transmission loop antenna(21). A transmission loop antenna generates an electromagnetic wave by receiving high frequency amplified by the high frequency power amplifier. A transmission resonator(23) transmits power by generating an evanescent wave. A reception resonator generates the electromagnetic wave by mutually resonating with the transmission resonator.

Description

전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치 및 그 방법{DEVICE FOR RECHARGING BATTERIES ON ELECTRIC VEHICLE OR HYBRID VEHICLE WIRELESSLY BY MEANS OF ELECTROMAGNETIC COUPLED RESONANCE AND METHOD THEREOF}DEVICE FOR RECHARGING BATTERIES ON ELECTRIC VEHICLE OR HYBRID VEHICLE WIRELESSLY BY MEANS OF ELECTROMAGNETIC COUPLED RESONANCE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 무선전력전송에 의한 충전장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기감응공명의 원리를 이용하여 무선전력송신장치로부터 전송되는 전력을 주파수가 동일한 무선전력수신장치에서 수신받아 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 무선으로 충전하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a charging device and a method using a wireless power transmission, and more particularly, by receiving the power transmitted from the wireless power transmission device using the principle of electromagnetic sensitive resonance in a wireless power receiver having the same frequency electric vehicle Or an apparatus and method for wirelessly charging a battery of a hybrid vehicle.

종래의 자동차에는 휘발유, 경유와 같이 석유연료를 사용하였으나, 최근에는 전기로 운전이 가능한 전기자동차가 등장했다. 전기자동차는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말하는데, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 자동차를 말한다. 이는 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근에 공해문제가 심각해지면서 다시 개발되기 시작하였다.Conventional cars used petroleum fuel, such as gasoline and diesel, but in recent years, electric vehicles that can be driven by electricity have emerged. An electric vehicle refers to a vehicle that uses an electric battery and an electric motor without using petroleum fuel and an engine, and refers to a vehicle that drives a vehicle by rotating the motor with electricity accumulated in the battery. This has not been put to practical use due to the heavy weight of the battery and the time required for charging, but has recently been re-developed due to the serious pollution problem.

나아가, 전기 모터와 내부 연소 엔진을 사용하는 하이브리드 자동차도 등장 하였는데, 이는 내연 엔진과 전기자동차의 배터리 엔진을 동시에 장착하거나, 차체의 무게를 획기적으로 줄여 공기의 저항을 최소화하는 등 기존의 일반 차량에 비해 연비 및 유해가스 배출량을 줄인 자동차를 말한다. 이는 전기에너지를 배터리에 충전시켜 사용함으로써 자동차의 에너지 사용에서 가솔린 연료사용 부분을 부분적으로 대체하고 있는데, 가솔린 엔진과 전기 엔진의 장점만을 결합해 운전하면서 도로와 주변 환경에 알맞게 자동으로 가솔린 엔진과 전기 엔진의 변환이 가능하도록 설계 되어 있다. In addition, hybrid vehicles using electric motors and internal combustion engines have emerged, which can be installed at the same time as conventional combustion vehicles such as simultaneously installing internal combustion engines and battery engines of electric vehicles or minimizing air resistance by dramatically reducing the weight of the vehicle body. Compared to cars that have reduced fuel consumption and harmful gas emissions. It replaces gasoline fuel use part of car energy use by charging electric energy with battery. It combines the advantages of gasoline engine and electric engine, and operates the gasoline engine and electricity automatically to suit the road and surrounding environment. It is designed to convert the engine.

종래에는 전기자동차와 하이브리드 자동차의 배터리를 유선 플러그를 사용하여 케이블로 전력을 전달함으로써 배터리를 충전하였다. 이는 전기자동차를 주차장에 세우고 전력을 공급할 수 있는 유선케이블을 자동차의 배터리 플러그에 연결하여 전기를 충전하는 방식이다. 이와 같은 방식은 반드시 사람이 케이블을 직접 연결시켜주어야만 하는 번거로움이 있었다. Conventionally, the battery of an electric vehicle and a hybrid vehicle is charged by transferring power to a cable using a wired plug. This is a way to charge the electric car by connecting the electric cable to the car's battery plug to stop the electric car in the parking lot. This method was cumbersome for people to connect the cable directly.

따라서, 무선으로 전력을 송수신하는 방법을 강구하게 되었는데, 종래의 근거리 무선전력전송기술은 3가지로 나눌 수 있다. 첫째, 코일을 여러번 감아서 고주파수의 전류를 코일에 흘려주면 한 방향으로 강하게 자계가 유기되는데, 비슷한 주파수에서 공진하는 코일이 아주 근접하게 되면 커플링이 일어나서 전력이 전송된다. 그러나, 이러한 자계 커플링 방식은 전송 효율이 나빠서 아주 근접한 거리에서만 전력 전송이 가능하고 각도가 조금만 틀어져도 전송이 어렵다는 단점이 있다. 둘째, 모노폴이나 혼 안테나 등의 안테나를 이용하여 시간에 따라 변화하는 전계와 자계가 서로 영향을 주면서 방사가 일어나는 전자계 방사 방식이다. 이러한 방법은 같은 주파수의 안테나가 있을 경우 입사파의 극 특성에 맞게 전력을 수신할 수 있다. 그러나, 전자계 방사 방식은 모든 방향으로 전력을 전송하므로 전력전송 효율이 매우 낮고, 방사 전력을 강하게 하면 인체에 해가 되는 단점이 있다. 셋째, 유전체 공진기를 사용하는 자계 커플링 방식은 자계 커플링 방식보다 다소 먼 거리 전력 전송이 가능하고 효율적인 무선 전력 전송방식이나, 비싼 유전체 공진기를 제작하여 사용하여야 하고, 커플링 코일 공진기 방식에 비하여 전송 효율이 다소 떨어지는 단점이 있다.Accordingly, a method of transmitting and receiving power wirelessly has been devised, and the conventional short-range wireless power transmission technology can be divided into three types. First, when the coil is wound several times and a high frequency current flows to the coil, the magnetic field is strongly induced in one direction. When the coil resonating at a similar frequency is very close, coupling occurs and power is transmitted. However, such a magnetic coupling method has a disadvantage in that transmission efficiency is poor and power transmission is possible only at a very close distance, and transmission is difficult even when the angle is slightly changed. Secondly, it is an electromagnetic radiation method in which radiation occurs while an electric field and a magnetic field that change with time influence each other using an antenna such as a monopole or a horn antenna. This method can receive power according to the polar characteristics of the incident wave when there is an antenna of the same frequency. However, since electromagnetic radiation transmits power in all directions, power transmission efficiency is very low, and strong radiation power has a disadvantage of harming the human body. Third, the magnetic field coupling method using the dielectric resonator is capable of transmitting power farther than the magnetic field coupling method, and the efficient wireless power transmission method should be used, but the expensive dielectric resonator should be manufactured and used, compared to the coupling coil resonator method. There is a disadvantage that the efficiency is somewhat reduced.

따라서, 무선전력전송 방식으로는 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 충전하기에는 곤란하였다. Therefore, it is difficult to charge a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle by the wireless power transmission method.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 주파수가 동일한 무선전력송수신 장치를 사용하여 전자기감응공명에 의해 전력을 송수신함으로써 유선 케이블이 없이도 전력의 송수신이 가능하여 사람이 직접 전원케이블을 연결시키지 않고도 자동차의 배터리를 자동으로 충전하는 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, by using a wireless power transmission and reception device with the same frequency to transmit and receive power by electromagnetic sensitive resonance, it is possible to send and receive power without wired cable directly connect the power cable It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for automatically recharging a battery of a vehicle without using the same.

본 발명은 고주파를 공급받아 전자기파를 발생시키는 송신 루프 안테나와, 상기 송신 루프 안테나의 일측에 형성되어 감쇠파를 발생시켜 전력을 전송하는 송신 공진기를 포함하여 구성되는 무선전력송신장치와; 상기 무선전력송신장치와 이격설치되면서 상기 송신 공진기와 상호 공진하여 전자기파를 유기시키는 수신 공진기와, 상기 수신 공진기의 일측에 위치하여 전력을 수신하는 수신 루프 안테나를 포함하여 구성되는 무선전력수신장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치를 제공한다.The present invention provides a wireless power transmitter comprising a transmission loop antenna for receiving electromagnetic waves and generating electromagnetic waves, and a transmission resonator formed at one side of the transmission loop antenna to generate attenuated waves to transmit power; A wireless power receiver comprising a reception resonator which is spaced apart from the wireless power transmission device and mutually resonates with the transmission resonator to induce electromagnetic waves, and a reception loop antenna positioned at one side of the reception resonator to receive power. Provided is a wireless power charging device for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle according to the electromagnetic sensitive resonance.

또한, 본 발명의 무선전력송신장치는 고주파를 발생시키는 고주파 발생기와, 상기 고주파 발생기와 연결되어 발생된 고주파를 증폭시켜 상기 송신 공진기에 전송하는 고주파 전력 증폭기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the wireless power transmitter of the present invention is characterized in that it further comprises a high-frequency generator for generating a high frequency, and a high-frequency power amplifier to amplify the high frequency generated in connection with the high frequency generator to transmit to the transmission resonator.

또한, 본 발명의 무선전력수신장치는 상기 수신 루프 안테나와 연결되어 수 신된 전력을 전송받는 전력수신부와, 상기 전력수신부와 연결되어 수신된 전력을 직류로 변환하여 변환된 전류를 충전하는 정류기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The wireless power receiver of the present invention further includes a power receiver connected to the receiving loop antenna to receive the received power, and a rectifier connected to the power receiver to convert the received power into direct current to charge the converted current. Characterized in that it comprises a.

나아가, 본 발명의 송신 공진기 또는 수신 공진기는 동선으로 코일형 또는 달팽이형으로 제작하거나, 유전체로 제작하는 것을 특징으로 한다.In addition, the transmission resonator or the reception resonator of the present invention is characterized in that the copper wire or coil form or snail or made of a dielectric.

게다가, 본 발명의 송신 공진기 또는 수신 공진기의 직경은 3m이내인 것을 특징으로 한다.In addition, the diameter of the transmission resonator or the reception resonator of the present invention is characterized in that less than 3m.

그리고, 본 발명은 고주파의 주파수 범위는 4MHz ~ 600MHz인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the frequency range of the high frequency is 4MHz ~ 600MHz.

또한, 본 발명의 무선전력송신장치는 주차장의 바닥, 천장, 벽에 설치한 후, 러버로 덮어 방수처리하는 것을 특징으로 하고, 무선전력수신장치는 자동차 하부 바닥, 천장 또는 트렁크에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the wireless power transmitter of the present invention is installed on the floor, the ceiling, the wall of the parking lot, characterized in that it is covered with a rubber waterproofing, the wireless power receiver is installed on the floor, ceiling or trunk of the car It is done.

뿐만 아니라, 본 발명은 고주파를 공급받은 송신 루프 안테나에서 전자기파를 발생시키는 단계와, 상기 발생된 전자기파에 의해 상기 송신 루프 안테나의 일측에 위치한 송신 공진기에 의해 감쇠파를 발생시켜 전력을 전송하는 단계와, 상기 전송된 전력을 상기 송신 공진기와 이격설치된 수신 공진기와의 상호 공진에 의해 전자기파를 유기시키는 단계와, 상기 유기된 전자기파를 수신 공진기의 일측에 위치하는 수신 루프 안테나에서 수신하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of generating an electromagnetic wave in a transmission loop antenna supplied with a high frequency, and transmitting power by generating an attenuation wave by a transmission resonator located on one side of the transmission loop antenna by the generated electromagnetic wave; And inducing electromagnetic waves by mutual resonance between the transmission power and the reception resonator spaced apart from the transmission resonator, and receiving the induced electromagnetic waves in a reception loop antenna located at one side of the reception resonator. It provides a wireless power charging method for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle according to the electromagnetic sensitive resonance.

또한, 본 발명의 전자기파를 발생시키는 단계는 고주파 발생기에서 고주파를 발생시키는 단계와, 고주파 전력 증폭기에 의해 상기 발생된 고주파를 전력 증폭시켜 송신 루프 안테나에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of generating the electromagnetic wave of the present invention is characterized in that it further comprises the step of generating a high frequency in the high frequency generator, the step of power amplifying the generated high frequency by a high frequency power amplifier and transmits to the transmit loop antenna.

또한, 본 발명의 수신 루프 안테나에서 수신하는 단계는 상기 수신 루프 안테나와 연결된 정류기에 의해 수신된 전력을 직류로 변환하여 배터리에 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The receiving of the reception loop antenna may further include converting power received by a rectifier connected to the reception loop antenna into direct current and charging the battery.

본 발명은 전자기감응공명의 기술에 기초하여 무선전력송신장치가 설치된 주차장에 무선전력수신장치가 설치된 자동차가 정차하면, 무선전력송신장치는 무선으로 전력을 전송하고, 전송된 전력은 자동차에 설치된 무선전력수신장치에 대전력이 자동으로 수신되고, 수신된 전력은 정류과정을 거쳐 배터리를 충전하게 되므로 사람이 직접 유선케이블을 플러그에 연결해야 하는 번거로움이 없어, 사람이 신경쓰지 않아도 자동으로 충전되는 효과가 있다. According to the present invention, when a vehicle having a wireless power receiver is installed in a parking lot in which a wireless power transmitter is installed, the wireless power transmitter wirelessly transmits power, and the transmitted power is wirelessly installed in the vehicle. The large power is automatically received by the power receiving device, and the received power is charged to the battery through the rectification process, so that there is no need for a person to directly connect a wired cable to a plug. It works.

본 발명은 운전자가 전원 케이블을 직접 연결시키지 않고 자동차가 주차장에 정차되어 있는 동안 무선전력전송 방식으로 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle by a wireless power transmission method while a vehicle is stopped in a parking lot without a driver directly connecting a power cable.

이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 송수신 공진기의 구조로서 코일형, 달팽이형, 유전체 공진기의 구조를 나타낸 것이고, 도 2는 송신 공진기를 포함한 전자기파의 형성 구 조, 도 3a는 본 발명에 따른 2개의 근접한 코일형 공진기에 의한 전력전송 구조, 도 3b는 본 발명에 따른 2개의 근접한 달팽이형 공진기에 의한 전력전송 구조, 도 4는 본 발명에 따른 무선전력송신장치의 구성과 주차장 배치도, 도 5a는 본 발명에 따른 무선수신장치가 장착된 자동차, 도 5b는 본 발명에 따른 무선수신장치의 구성도를 나타낸 것이다.1 shows a structure of a coil type, a snail type, and a dielectric resonator as a structure of a transmission / reception resonator according to the present invention, FIG. 2 shows a structure of electromagnetic waves including a transmission resonator, and FIG. 3B is a power transmission structure by two adjacent snail resonators according to the present invention, FIG. 4 is a configuration of a wireless power transmission apparatus and a parking lot arrangement according to the present invention, and FIG. 5A is an embodiment of the present invention. Vehicle equipped with a wireless receiving apparatus according to the present invention, Figure 5b shows a configuration of a wireless receiving apparatus according to the present invention.

먼저, 본 발명의 기초가 되는 전자기감응공명(ECR, Electromagnetic Coupled Resonance)이란 주파수 크기가 같은 두 물체 사이에서 한 쪽에 전기를 공급하면 동일한 자기장이 형성되면서 다른 쪽으로 전기가 전달되는 것을 말한다. 이는 마치, 한쪽 소리굽쇠를 때리면 근처에 있는 다른 소리굽쇠도 함께 울리는 현상과 유사하다.First, Electromagnetic Coupled Resonance (ECR), which is the basis of the present invention, means that electricity is transferred to the other side while the same magnetic field is formed when electricity is supplied between two objects having the same frequency magnitude. It is similar to the phenomenon that when you hit one tuning fork, the other tuning fork is nearby.

도 2는 커플링 공진기를 포함한 전자기파 형성 구조를 보여주고 있는데, 코일 공진기(13,23)와 루프 안테나(11,21)의 전자기파의 필드 형태가 유사하므로 코일 공진기(13,23)의 내부에서 공진이 일어나고, 코일 공진기(13,23) 밖에서는 코일 공진기(13,23)와 수평한 방향으로 신호가 지수적으로 감소하는 감쇠파(Evanescent Wave)가 발생한다. 따라서, 근거리 무선전력전송을 위하여 코일 공진기(13,23)에서 발생하는 감쇠파를 이용하여 무선전력전송이 효율적으로 가능하게 된다. 이는 원통형의 유전체를 깎아서 만든 유전체 공진기에서도 동일하다. 2 shows an electromagnetic wave forming structure including a coupling resonator. Since the field shapes of the electromagnetic waves of the coil resonators 13 and 23 and the loop antennas 11 and 21 are similar, the coil resonators 13 and 23 resonate inside the coil resonators 13 and 23. This occurs, and outside the coil resonators 13 and 23, an attenuating wave is generated in which the signal decreases exponentially in the direction parallel to the coil resonators 13 and 23. Therefore, the wireless power transmission can be efficiently performed by using the attenuation waves generated by the coil resonators 13 and 23 for the short range wireless power transmission. The same is true of dielectric resonators made by cutting a cylindrical dielectric.

도 3a는 2개의 근접한 코일형 공진기에 의한 전력전송 구조를 보여주고 있는데, 송신 루프 안테나(11)에서 발생한 전자기파는 송신 공진기(13)를 통하여 감쇠파를 발생시키며, 근거리에 다른 수신 공진기(33)가 존재하면 두 개의 커플링 공진 기(13,33)는 상호 공진을 하여 수신 공진기(33)에 전자기파가 유기되고, 수신 루프 안테나(31)에 전력이 수신되게 된다. 이러한 방법은 전자기 감응공명을 사용하는 방법으로 2개의 커플링 공진기(13,23)가 상호 공진이 일어날 때 전력이 전송된다.FIG. 3A shows a power transmission structure by two adjacent coil resonators. The electromagnetic waves generated by the transmission loop antenna 11 generate attenuation waves through the transmission resonator 13, and another receiving resonator 33 at a short distance. If is present, the two coupling resonators 13 and 33 resonate with each other, electromagnetic waves are induced in the reception resonator 33, and power is received by the reception loop antenna 31. This method uses electromagnetic sensitive resonance, and power is transmitted when two coupling resonators 13 and 23 mutually resonate.

또한, 도 3b는 2개의 근접한 달팽이형 공진기에 의한 전력전송 구조를 보여주고 있는데, 상기 코일형 공진기에서와 동일하게 송신 루프 안테나(21)에서 발생한 전자기파는 공진기(23)를 통하여 감쇠파를 발생시키며, 근거리에 다른 수신 공진기(43)가 존재하면 두 개의 커플링 공진기(23,43)는 상호 공진을 하여 수신 공진기(43)에 전자기파가 유기되고, 수신 루프 안테나(41)에 전력이 수신되게 된다. 상기의 코일형 또는 달팽이형 공진기에 의한 전력전송 구조는 유전체로 만든 공진기에서도 동일하다. In addition, Figure 3b shows a power transmission structure by two adjacent snail resonator, the same as the coil type resonator, the electromagnetic wave generated in the transmission loop antenna 21 generates attenuation wave through the resonator 23 If there are other receiving resonators 43 at a short distance, the two coupling resonators 23 and 43 may mutually resonate to induce electromagnetic waves in the receiving resonator 43 and receive power to the receiving loop antenna 41. . The power transmission structure of the coil or snail resonator is the same in the resonator made of a dielectric.

다시 말해, 송신 루프 안테나(11,21)에서 발생된 무선전력이 송신 공진기(13,23)를 통해 방사되면 근거리에 위치한 동일한 공진주파수를 갖는 수신 공진기(33,43)는 전자기장에 의해 공명이 발생하면서 전력이 송수신되는 것이다. 이 때, 송수신 공진기가 서로 원거리에 위치한다면 전력전송은 곤란하다. 따라서, 전자기감응공명 기술은 수십 m이내의 거리에 있는 무선수신장치에 대전력를 전송할 수 있는 기법으로 활용될 수 있다. 송신 공진기(13,23)를 통해 증폭된 고주파가 방사되면, 송신 공진기(33,43)와 크기가 같아 진동주파수도 동일한 수신 공진기(33,43)는 송신 공진기(13,23)의 자기장 영역 내에 있으면 전자기감응공명(ECR)현상이 일어나고, 전력이 송수신되게 되는 것이다.In other words, when the wireless power generated by the transmission loop antennas 11 and 21 is radiated through the transmission resonators 13 and 23, the reception resonators 33 and 43 having the same resonant frequency located at near distances generate resonances due to electromagnetic fields. Power is being sent and received. At this time, if the transmission and reception resonators are located at a long distance from each other, power transmission is difficult. Therefore, electromagnetic sensitive resonance technology can be utilized as a technique for transmitting a large power to a wireless receiving device at a distance of several tens of meters. When the high frequency amplified through the transmission resonators 13 and 23 is radiated, the reception resonators 33 and 43 which are the same size as the transmission resonators 33 and 43 and have the same vibration frequency are in the magnetic field region of the transmission resonators 13 and 23. If so, electromagnetic resonance resonance (ECR) occurs and power is transmitted and received.

이와 같은 원리는 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 하부 바닥, 천장 또 는 트렁크에 무선전력수신장치를 설치하고 주차장 바닥, 천장 또는 벽에는 무선전력송신장치를 설치하면 전력이 쉽게 송수신되고, 배터리에 저장할 수 있으며 본 발명은 이와 관련된 것이다.The same principle can be achieved by installing a wireless power receiver on the bottom, ceiling, or trunk of an electric or hybrid vehicle, and installing a wireless power transmitter on the floor, ceiling, or wall of a parking lot. The present invention relates to this.

이하, 본 발명의 구성에 대해 설펴본다.Hereinafter, the configuration of the present invention.

본 발명에서의 송수신 공진기에는 코일형, 달팽이형, 유전체 공진기가 사용되는데, 유전체 공진기는 코일형 또는 달팽이형 공진기와 동일한 작용효과를 가지는 바, 이하에서는 코일형 공진기와 달팽이형 공진기를 중심으로 설명한다. 상기에서 유전체 공진기는 원통형의 유전체를 깎아서 만든 공진기를 말한다. Coil, snail, and dielectric resonators are used for the transmission and reception resonators of the present invention. The dielectric resonators have the same effects as the coil or snail resonators, and will be described below with reference to the coil and snail resonators. . The dielectric resonator is a resonator made by cutting a cylindrical dielectric.

본 발명은 전자기감응공명에 의해 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 무접점 방식에 의한 무선전력전송방식으로 충전하는 기술에 관한 것으로서,The present invention relates to a technique for charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle by a wireless power transmission method by a contactless method by electromagnetic sensitive resonance,

고주파를 발생시키는 고주파 발생기(22)와, 상기 고주파 발생기(22)와 연결되어 발생된 고주파를 증폭시켜 송신 루프 안테나(21,31)에 전송하는 고주파 전력 증폭기(24)와, 상기 고주파 전력 증폭기(24)와 연결되어 증폭된 고주파를 공급받아 전자기파를 발생시키는 송신 루프 안테나(21,31)와, 상기 송신 루프 안테나(21,31)와 수 mm정도의 간격을 두고 일측에 위치하여 감쇠파를 발생시켜 전력을 전송하는 송신 공진기(13,23)로 구성되어 주차장의 바닥이나 천장 또는 벽에 설치되는 무선전력송신장치(10,20)와, 상기 무선전력송신장치(10,20)와 이격되어 송신 공진기(13,23)와 상호 공진을 함으로써 전자기파를 발생시키는 수신 공진기(33,43)와, 상기 수신 공진기(33,43)와 수 mm정도의 간격을 두고 일측에 위치하여 발생된 전자기파를 수신하는 수신 루프 안테나(31,41)와, 상기 수신 루프 안테나(31,41)와 연 결되어 수신된 전력을 전송받는 전력수신부(45)와, 상기 전력수신부(45)와 연결되어 수신된 전력을 직류로 변환하여 변환된 전류를 배터리(49)에 충전하는 정류기(48)로 구성되어 자동차(1)의 바닥, 천장, 트렁크에 설치되는 무선전력수신장치(30,40)로 구성된다. A high frequency generator 22 for generating a high frequency, a high frequency power amplifier 24 for amplifying a high frequency generated in connection with the high frequency generator 22 and transmitting the amplified high frequency to the transmission loop antennas 21 and 31, and the high frequency power amplifier ( 24 are connected to the transmission loop antennas 21 and 31 for generating electromagnetic waves by receiving the amplified high frequency, and attenuated waves are generated at one side of the transmission loop antennas 21 and 31 at intervals of several mm. And a wireless power transmitter (10, 20) and a wireless power transmitter (10, 20) installed on the floor, the ceiling or the wall of the parking lot and transmit the power to the transmission resonator (13, 23) for transmitting power Receiving resonators 33 and 43 for generating electromagnetic waves by mutual resonance with the resonators 13 and 23, and receiving electromagnetic waves generated by being located at one side with a distance of several mm from the receiving resonators 33 and 43. Receive loop antennas 31 and 41, and The power receiver 45 is connected to the reception loop antennas 31 and 41 to receive the received power, and is connected to the power receiver 45 to convert the received power into direct current to convert the current converted into a battery 49. It is composed of a rectifier (48) to charge in a) is composed of a wireless power receiver 30, 40 installed on the floor, ceiling, trunk of the vehicle (1).

이 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 커플링 공진기의 구조는 동선으로 코일형, 달팽이형으로 제작할 수 있고, 유전체를 이용하여 제작이 가능하고, 전력전송에 사용하는 주파수에 따른 회전 턴수(코일길이)도 가변적으로 설계 가능하여, 필요에 따라 원하는 코일 공진기를 제작할 수 있다. 다만, 주차장 바닥 및 자동차 하부 바닥, 천장 또는 트렁크에 납작하게 설치하기 위해서는 달팽이형 공진기 구조가 더 유리하다. At this time, as shown in FIG. 1, the structure of the coupling resonator may be manufactured in the form of a coil or a snail with a copper wire, may be manufactured using a dielectric, and the number of rotation turns according to the frequency used for power transmission (coil Length) can be designed to be variable, and a desired coil resonator can be manufactured as needed. However, the snail resonator structure is more advantageous for flat installation on the floor of the parking lot and the bottom of the car, the ceiling or the trunk.

공진기의 직경은 3m이내로 제작한다. 만약, 3m를 초과하는 경우에는 공간상의 제약으로 인해 장착이 곤란해진다. 바람직하게는 50cm정도로 제작하여 사용하는 것이 좋다. 그리고, 본 발명에 사용되는 고주파의 주파수는 4MHz ~ 600MHz의 범위인 것을 사용하는데, 고주파의 주파수가 4MHz미만인 경우에는 안테나의 크기가 커져야 하는 문제가 있고, 600MHz를 초과하는 경우에는 전송거리가 짧아져서 안테나가 작동되지 않는 경우가 있기 때문이다. 또한, 무선전력송신장치는 외부에 노출되면 물과 같은 외부의 영향에 의해 고장의 원인이 되므로 주차장의 바닥이나 천장 또는 벽에 장치하고, 그 무선전력송신장치 표면을 러버(rubber)로 덮어 방수처리를 한다. The diameter of the resonator should be less than 3m. If it exceeds 3m, mounting becomes difficult due to space limitations. Preferably it is good to use to produce about 50cm. And, the frequency of the high frequency used in the present invention is used in the range of 4MHz ~ 600MHz, when the frequency of the high frequency is less than 4MHz, the size of the antenna has to be large, if the frequency exceeds 600MHz the transmission distance is shortened This is because the antenna may not work. In addition, since the wireless power transmitter is exposed to the outside causing damage due to external influences such as water, the wireless power transmitter is installed on the floor, ceiling, or wall of the parking lot, and the surface of the wireless power transmitter is covered with rubber to be waterproofed. Do

그리고, 송수신 공진기(13,23,33,43)와 송수신 루프 안테나(11,21,31,41)는 각각 수 mm정도의 간격을 두고 위치하는데, 송수신 루프 안테나(11,21,31,41)와 송수신 공진기(13,23,33,43)의 간격을 조정하여 전송 효율을 조정할 수 있다. 따라서, 설계자가 원하는 주파수나 무선전력 시스템의 특성에 따라 공진기와 안테나의 간격을 다양하게 변경할 수 있으며, 공진기의 감은회수는 무선전력을 위해 사용하는 발신 주파수에 따라 정해진다. 따라서, 이와 같은 사항을 고려하여 원하는 크기의 코일을 제작할 수 있다. 즉, 작은 크기의 코일이 필요한 경우에는 감은회수를 크게 하거나 코일간격을 좁게 하면 된다. The transmit / receive resonators 13, 23, 33, 43 and the transmit / receive loop antennas 11, 21, 31, and 41 are positioned at intervals of several mm, respectively. The transmission efficiency can be adjusted by adjusting the interval between the transmission and reception resonators 13, 23, 33, 43. Therefore, the designer can change the distance between the resonator and the antenna in accordance with the desired frequency or the characteristics of the wireless power system, and the number of turns of the resonator is determined according to the transmission frequency used for the wireless power. Therefore, in consideration of these matters, a coil having a desired size can be manufactured. In other words, when a coil of small size is required, the number of turns may be increased or the coil interval may be narrowed.

또한, 송신 공진기(13,23)와 수신 공진기(33,43) 사이의 거리가 5m이내의 거리에서도 작동가능한데, 이는 주파수의 크기와 안테나의 크기와 밀접한 관련이 있다. In addition, the distance between the transmission resonators 13 and 23 and the reception resonators 33 and 43 can be operated even within a distance of 5 m, which is closely related to the size of the frequency and the size of the antenna.

이하에서는 본 발명의 달팽이형 공진기를 중심으로 작동순서를 설명한다. 다만, 이는 코일형 공진기 또는 유전체 공진기에 대해서도 동일하다.Hereinafter, the operation sequence will be described based on the snail resonator of the present invention. However, this also applies to the coil type resonator or the dielectric resonator.

도 4는 전자기감응공명 방식에 의한 무선전력송신장치(20)의 송신 공진기(23) 및 송신 루프 안테나(21)를 자동차 주차장 바닥에 설치한 구조를 나타낸 것인데, 주차장 주차선(3) 사이에 무선전력송신장치를 구성하는 송신 공진기(23) 및 송신 루프 안테나(21)가 바닥에 납작하게 방수 처리되어 설치되고, 그 위에 자동차(1)가 정차하면 고주파 발생기(22)에서 만들어진 고주파는 고주파 전력 증폭기(24)에서 증폭되어 송신 루프 안테나(21)로 전송된다. 송신 공진기(23)와 송신 루프 안테나(21)에 의해 강한 전력을 무선으로 방출하게 된다. 4 shows a structure in which the transmission resonator 23 and the transmission loop antenna 21 of the wireless power transmitter 20 by the electromagnetic sensitive resonance method are installed on the floor of a car parking lot. The transmission resonator 23 and the transmission loop antenna 21 constituting the power transmission device are installed on the floor by waterproofing flatly. When the vehicle 1 is stopped thereon, the high frequency generated by the high frequency generator 22 is a high frequency power amplifier. Amplified by 24 is transmitted to the transmit loop antenna 21. The transmission resonator 23 and the transmission loop antenna 21 emit strong power wirelessly.

도 5는 전기자동차에 설치된 전자기감응공명 방식에 의한 무선전력수신장 치(40)가 설치된 자동차(1)와, 무선전력수신장치(40)에 관한 것으로 자동차가 전력송신장치가 설치되어 있는 주차장에 정차를 하면 다음과 같은 순서로 충전을 하게 된다. 전력 송신 공진기(23)에 의해 전송된 전력이 자동차 하부 바닥, 천장 또는 트렁크에 설치된 수신 공진기(41)와 상호 공진을 하여 전자기파를 유기시킨다. 유기된 전자기파는 수신 루프 안테나(41)로 전송된다. 전송된 전자기파는 전력수신부(47)로 전송된다. 전력수신부(47)로 전송된 전력은 AC/DC 정류기(48)에서 직류로 정류된다. 그리고 정류된 전류는 충전용 배터리(49)로 전달되어 충전을 하게 된다. 즉 자동차가 주차장에 정차되어 있는 동안 자동차 충전용 배터리(49)는 무선 전력전송 방식으로 자동으로 충전되며, 운전자는 배터리 충전에 대하여 신경을 쓸 필요가 없게 된다. FIG. 5 relates to a vehicle 1 and a wireless power receiver 40 in which a wireless power receiver 40 is installed by an electromagnetic sensitive resonance method installed in an electric vehicle. When you stop, you will be charged in the following order. Power transmitted by the power transmission resonator 23 mutually resonates with the reception resonator 41 installed on the floor, the ceiling, or the trunk of the vehicle, thereby inducing electromagnetic waves. The induced electromagnetic waves are transmitted to the receive loop antenna 41. The transmitted electromagnetic wave is transmitted to the power receiver 47. Power transmitted to the power receiver 47 is rectified to DC in the AC / DC rectifier 48. The rectified current is transferred to the rechargeable battery 49 to be charged. That is, while the vehicle is stopped in the parking lot, the vehicle rechargeable battery 49 is automatically charged by the wireless power transmission method, and the driver does not need to worry about charging the battery.

도 1은 본 발명에 사용되는 송수신 공진기의 구조,1 is a structure of a transmission and reception resonator used in the present invention,

도 2는 송신 공진기를 포함한 전자기파 형성 구조,2 is an electromagnetic wave forming structure including a transmission resonator,

도 3a는 본 발명에 따른 2개의 근접한 코일형 공진기에 의한 전력전송 구조,3a is a power transmission structure by two adjacent coil resonators in accordance with the present invention;

도 3b는 본 발명에 따른 2개의 근접한 달팽이형 공진기에 의한 전력전송 구조,3b is a power transmission structure by two adjacent snail resonators according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 무선전력송신장치의 구성과 주차장 배치도,4 is a configuration and parking lot layout of the wireless power transmitter according to the present invention;

도 5a는 본 발명에 따른 무선수신장치가 장착된 자동차,Figure 5a is a vehicle equipped with a wireless receiving apparatus according to the present invention,

도 5b는 본 발명에 따른 무선수신장치의 구성도이다.5b is a block diagram of a wireless receiving apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1: 자동차 3: 주차선 1: car 3: parking line

10: 코일형 무선전력송신장치 11: 송신 루프 안테나10: coil type wireless power transmitter 11: transmit loop antenna

13: 코일형의 송신 공진기 15: 전력공급부13: coil resonator 15: power supply

20: 달팽이형 무선전력송신장치 21: 송신 루프 안테나20: cochlear wireless power transmitter 21: transmission loop antenna

22: 고주파 발생기 23: 달팽이형 송신 공진기 22: high frequency generator 23: cochlear transmission resonator

24: 고주파 증폭기 25: 전원공급부24: high frequency amplifier 25: power supply

30: 코일형 무선전력수신장치 31: 수신 루프 안테나30: coil type wireless power receiver 31: receiving loop antenna

33: 코일형 수신 공진기 35: 전력수신기33: coil-type receiving resonator 35: power receiver

40: 달팽이형 무선전력수신장치 41: 수신 루프 안테나40: snail-type wireless power receiver 41: receiving loop antenna

43: 달팽이형 수신 공진기 45: 전력수신기43: cochlear receiving resonator 45: power receiver

47: 전력수신부 48: 정류기47: power receiver 48: rectifier

49: 배터리49: battery

Claims (11)

고주파를 공급받아 전자기파를 발생시키는 송신 루프 안테나와, 상기 송신 루프 안테나의 일측에 형성되어 감쇠파를 발생시켜 전력을 전송하는 송신 공진기를 포함하여 구성되는 무선전력송신장치와;A wireless power transmitter comprising a transmission loop antenna for receiving electromagnetic waves and generating electromagnetic waves, and a transmission resonator formed at one side of the transmission loop antenna to generate attenuated waves to transmit power; 상기 무선전력송신장치와 이격설치되면서 상기 송신 공진기와 상호 공진하여 전자기파를 유기시키는 수신 공진기와, 상기 수신 공진기의 일측에 위치하여 전력을 수신하는 수신 루프 안테나를 포함하여 구성되는 무선전력수신장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치.A wireless power receiver comprising a reception resonator which is spaced apart from the wireless power transmission device and mutually resonates with the transmission resonator to induce electromagnetic waves, and a reception loop antenna positioned at one side of the reception resonator to receive power. Wireless power charging device for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle according to the electromagnetic sensitive resonance. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무선전력송신장치는 고주파를 발생시키는 고주파 발생기와, 상기 고주파 발생기와 연결되어 발생된 고주파를 증폭시켜 상기 송신 공진기에 전송하는 고주파 전력 증폭기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치.The wireless power transmitter further comprises a high frequency generator for generating a high frequency, and a high frequency power amplifier for amplifying the high frequency generated in connection with the high frequency generator and transmitting to the transmission resonator. Wireless power charging device that automatically charges the battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무선전력수신장치는 상기 수신 루프 안테나와 연결되어 수신된 전력을 전송받는 전력수신부와, 상기 전력수신부와 연결되어 수신된 전력을 직류로 변환하여 변환된 전류를 충전하는 정류기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치.The wireless power receiver further comprises a power receiver connected to the receiving loop antenna to receive the received power, and a rectifier connected to the power receiver to convert the received power into direct current to charge the converted current. Wireless power charging device for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle according to the electromagnetic sensitive resonance. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 송신 공진기 또는 수신 공진기는 동선으로 코일형 또는 달팽이형으로 제작하거나, 유전체로 제작하는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치.The transmission resonator or the reception resonator is a wireless power charging device for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle by electromagnetic sensitive resonance, characterized in that the copper wire or snail-shaped or made of a dielectric. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 송신 공진기 또는 수신 공진기의 직경은 3m이내인 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치.And a diameter of the transmission resonator or the reception resonator is 3 m or less, wherein the wireless power charging device automatically charges a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle according to electromagnetic resonance. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고주파의 주파수 범위는 4MHz ~ 600MHz인 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치.The high frequency frequency range of 4MHz ~ 600MHz wireless power charging device for automatically charging the battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle by electromagnetic sensitive resonance. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무선전력송신장치는 주차장의 바닥, 천장, 벽에 설치한 후, 러버로 덮어 방수처리하는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치.The wireless power transmitter is installed on the floor, ceiling, wall of the parking lot, the wireless power charging device for automatically charging the battery of the electric vehicle or hybrid vehicle according to the electromagnetic sensitive resonance, characterized in that the waterproofing covered with a rubber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무선전력수신장치는 자동차 하부 바닥, 천장 또는 트렁크에 설치되는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전장치.The wireless power receiver is a wireless power charging device for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle by electromagnetic sensitive resonance, characterized in that installed on the lower floor, ceiling or trunk of the vehicle. 고주파를 공급받은 송신 루프 안테나에서 전자기파를 발생시키는 단계와,Generating an electromagnetic wave from a high frequency supplied transmission loop antenna, 상기 발생된 전자기파에 의해 상기 송신 루프 안테나의 일측에 위치한 송신 공진기에 의해 감쇠파를 발생시켜 전력을 전송하는 단계와,Generating attenuation waves by a transmission resonator located at one side of the transmission loop antenna by the generated electromagnetic waves, and transmitting power; 상기 전송된 전력을 상기 송신 공진기와 이격설치된 수신 공진기와의 상호 공진에 의해 전자기파를 유기시키는 단계와,Inducing the electromagnetic wave by mutual resonance of the transmitted power with the reception resonator spaced apart from the transmission resonator; 상기 유기된 전자기파를 수신 공진기의 일측에 위치하는 수신 루프 안테나에서 수신하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전방법.Wireless charging method for automatically charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle according to the electromagnetic sensitive resonance, characterized in that it comprises the step of receiving the induced electromagnetic wave in the receiving loop antenna located on one side of the receiving resonator. 제9항에 있어서, 10. The method of claim 9, 상기 전자기파를 발생시키는 단계는 고주파 발생기에서 고주파를 발생시키는 단계와, 고주파 전력 증폭기에 의해 상기 발생된 고주파를 전력 증폭시켜 송신 루프 안테나에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전방법.The generating of the electromagnetic wave may further include generating a high frequency in a high frequency generator, and amplifying the generated high frequency by a high frequency power amplifier and transmitting the generated high frequency to a transmission loop antenna. Wireless power charging method that automatically charges the battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 수신 루프 안테나에서 수신하는 단계는 상기 수신 루프 안테나와 연결된 정류기에 의해 수신된 전력을 직류로 변환하여 배터리에 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명에 의한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 자동으로 충전시키는 무선전력충전방법.Receiving at the receive loop antenna of the electric vehicle or hybrid vehicle according to the electromagnetic sensitive resonance, characterized in that further comprising the step of converting the power received by the rectifier connected to the receive loop antenna into a direct current to charge the battery Wireless power charging method to automatically charge the battery.
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