KR20130007173A - Wireless power transmission apparatus and method - Google Patents

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KR20130007173A
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정우길
배수호
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A wireless power transmission device and a wireless power transmission method are provided to perform impedance matching by confirming distance and angle with a wireless power reception device according to phase difference of voltage and current. CONSTITUTION: A transmission condition setting device(100) includes an impedance matching unit(110), an impedance controlling unit(120), and a storing unit(130). The impedance matching unit includes at least one variable capacity. The impedance controlling unit recognizes a transmission environment of power by confirming a state of power. The impedance controlling unit determines a capacitance value applied to the impedance matching unit. The impedance controlling unit includes a confirming unit, an obtaining unit and a determining unit. [Reference numerals] (110) Impedance matching unit; (121) Confirmation unit; (122) Acquiring unit; (123) Determining unit; (130) Storing unit

Description

무선 전력 송신 장치 및 그의 무선 전력 송신 방법{Wireless power transmission apparatus and method}Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission method thereof

본 발명은 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로, 특히 무선 전력 송신 장치의 전압과 전류의 위상 차 분석을 통해 전력 송신 효율을 개선할 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 그의 무선 전력 송신 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmission apparatus, and more particularly, to a wireless power transmission apparatus and a wireless power transmission method thereof that can improve the power transmission efficiency through the phase difference analysis of the voltage and current of the wireless power transmission apparatus.

최근 들어 IT기술 발전과 함께 다양한 휴대용 전자제품이 출시되었고, 이들의 보급도 늘고 있다. 휴대용 전자 제품의 특성상, 해당 휴대용 전자제품의 배터리 성능이 중요한 문제로 대두되고 있다. 휴대용 전자제품뿐 아니라 생활가전제품에서 데이터를 무선으로 송신하는 기능이 제공되고 있으나, 전력(power)은 전력선(power line)을 통하여 제공받는다.Recently, with the development of IT technology, various portable electronic products have been released, and their spread is also increasing. Due to the characteristics of portable electronic products, battery performance of the portable electronic products has emerged as an important problem. In addition to portable electronics, household appliances are provided with a function of wirelessly transmitting data, but power is provided through a power line.

최근 들어 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술 (wireless power transmission)이 연구되고 있다. Recently, a wireless power transmission technology (wireless power transmission) that can supply power wirelessly has been studied.

이러한 무선 전력 송신은 무선 환경의 특성상, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 거리나 각도가 시간에 따라 변할 가능성이 높고, 양 장치 간의 매칭(matching) 조건 역시 변할 수 있다. In the wireless power transmission, due to the characteristics of a wireless environment, a distance or an angle between the wireless power transmitter and the wireless power receiver is likely to change with time, and a matching condition between the two devices may also change.

본 명세서에서는 이러한 가변 상황에서 무선 송신의 효율의 높일 수 있는 새로운 방안이 제시된다.In this specification, a new method for increasing the efficiency of wireless transmission in such a variable situation is proposed.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 거리나 각도에 따라 변화하는 임피던스를 매칭시킬 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 이의 무선 전력 송신 방법을 제공하도록 한다.According to an embodiment of the present invention, to provide a wireless power transmitter and a method for transmitting the wireless power that can match the impedance that changes according to the distance or angle between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 적어도 하나의 가변 커패시터를 포함하는 임피던스 매칭부; 및 수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 어느 하나를 획득하고, 상기 획득한 거리 및 각도 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 조정하는 임피던스 조정부를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, an apparatus for transmitting power wirelessly includes an impedance matching unit including at least one variable capacitor; And an impedance adjusting unit obtaining at least one of a distance and an angle with the receiver, and adjusting a capacitance value of the variable capacitor using at least one of the obtained distance and angle.

또한, 전력 소스와 연결되어 자기장을 형성하는 송신 코일부; 및 상기 송신 코일부와 커플링되어 전력을 송신하는 공진 코일부를 더 포함한다.In addition, the transmitting coil unit is connected to the power source to form a magnetic field; And a resonant coil unit coupled to the transmitting coil unit to transmit power.

또한, 상기 임피던스 조정부는, 상기 공진 코일부를 통해 송신되는 전력의 상태를 확인하는 확인부와, 상기 확인된 전력 상태에 따라 상기 수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 획득하는 획득부와, 상기 획득된 정보에 의거하여 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 결정하는 결정부를 포함한다.The impedance adjusting unit may further include: a confirmation unit confirming a state of power transmitted through the resonance coil unit, an acquisition unit obtaining information of at least one of a distance and an angle with the receiver according to the identified power state; And a determining unit determining a capacitance value of the variable capacitor based on the obtained information.

또한, 상기 확인부는, 상기 수신기로 송신되는 전력에 따른 전압 및 전류의 위상 차를 확인한다.In addition, the identification unit checks the phase difference between the voltage and the current according to the power transmitted to the receiver.

또한, 상기 획득부는, 상기 무선 전력 송신 장치와 수신기 사이의 거리, 상기 수신기의 설치 각도에 따른 전력 수신 각도 및 상기 수신기의 위치에 따른 무선 전력 송신 장치의 전력 송신 각도 중 적어도 하나를 획득한다.The acquiring unit acquires at least one of a distance between the wireless power transmitter and the receiver, a power reception angle according to an installation angle of the receiver, and a power transmission angle of the wireless power transmitter according to the position of the receiver.

또한, 상기 확인부를 통해 확인되는 위상 차에 대응되는 수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 저장하고 있는 저장부를 더 포함한다.The apparatus may further include a storage unit that stores at least one piece of information of a distance and an angle with respect to the receiver corresponding to the phase difference identified through the identification unit.

또한, 상기 획득부를 통해 획득되는 거리, 수신 각도 및 송신 각도 중 적어도 어느 하나에 대응되는 커패시턴스 값을 저장하고 있는 저장부를 더 포함한다.The apparatus may further include a storage unit storing a capacitance value corresponding to at least one of a distance, a reception angle, and a transmission angle obtained through the acquisition unit.

또한, 상기 임피던스 결정부는, 상기 결정된 커패시턴스 값을 적용하여 상기 전력이 재송신되도록 하고, 상기 재송신되는 전력의 상태에 따라 상기 커패시턴스 값을 재결정한다.The impedance determiner may be configured to retransmit the power by applying the determined capacitance value, and re-determine the capacitance value according to the state of the retransmitted power.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 송신기에서 수신기로 송신되는 전력의 상태를 확인하는 단계; 상기 확인된 전력의 상태에 따라 상기 송신기와 수신기 사이의 거리 및 각도 중 적어도 어느 하나를 획득하는 단계; 및 상기 획득한 거리 및 각도 중 어느 하나를 이용하여 임피던스 매칭을 수행하는 단계를 포함한다.Wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention, the step of checking the state of the power transmitted from the transmitter to the receiver; Acquiring at least one of a distance and an angle between the transmitter and the receiver according to the identified state of power; And performing impedance matching using any one of the obtained distances and angles.

또한, 상기 전력의 상태를 확인하는 단계는; 상기 수신기로 송신되는 전력에 따른 전압 및 전류의 위상 차를 확인하는 단계를 포함한다.In addition, the step of checking the state of the power; Determining the phase difference between the voltage and the current according to the power transmitted to the receiver.

또한, 상기 획득하는 단계는, 상기 송신기와 수신기 사이의 거리, 상기 수신기의 위치에 따른 수신 각도 및 상기 수신기의 위치에 따른 송신기의 송신 각도 중 적어도 하나를 획득하는 단계를 포함한다.The acquiring may include acquiring at least one of a distance between the transmitter and the receiver, a reception angle according to the position of the receiver, and a transmission angle of the transmitter according to the position of the receiver.

또한, 상기 확인되는 위상 차에 대응되는 수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 저장하는 단계가 더 포함되며, 상기 획득하는 단계는, 상기 저장된 정보를 이용하여 상기 위상 차에 대응되는 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 획득하는 단계를 포함한다.The method may further include storing at least one information of a distance and an angle with a receiver corresponding to the checked phase difference, wherein the obtaining comprises: a distance corresponding to the phase difference by using the stored information; Obtaining information of at least one of the angles.

또한, 상기 임피던스 매칭을 수행하는 단계는, 상기 획득되는 거리, 수신 각도 및 송신 각도 중 적어도 어느 하나에 대응되는 커패시턴스 값을 결정하고, 상기 결정된 커패시턴스 값을 적용하는 단계를 포함한다.The performing of the impedance matching may include determining a capacitance value corresponding to at least one of the obtained distance, reception angle, and transmission angle, and applying the determined capacitance value.

또한, 상기 임피던스 매칭이 수행됨에 따라 상기 전력을 재송신하는 단계; 및 상기 재송신되는 전력의 전송 효율에 따라 상기 임피던스 매칭을 재수행하는 단계를 더 포함한다.The method may further include retransmitting the power as the impedance matching is performed; And re-performing the impedance matching according to the transmission efficiency of the retransmitted power.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 무선 전력 송신 장치에서 송신되는 전력에 대한 전압과 전류의 위상 차에 따라 무선 전력 수신 장치와의 거리 및 각도를 확인하여 임피던스 매칭을 수행함으로써, 무선 전력 송신 장치의 안정된 전력 송수신으로 전력 변환 회로를 안정화할 수 있을 뿐만 아니라, 안정되고 효율적인 전력을 송신 및 수신할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by checking the distance and angle with the wireless power receiver according to the phase difference between the voltage and the current with respect to the power transmitted from the wireless power transmitter, by performing impedance matching, The stable power transmission and reception not only stabilizes the power conversion circuit, but also transmits and receives stable and efficient power.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 송신 코일(21)의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 전력 소스(10)와 송신부(20)의 등가회로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 수신용 공진 코일(31), 수신 코일(32), 평활 회로(40) 및 부하(50)의 등가 회로를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 코일의 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 조건 설정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7 및 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 환경을 확인하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무전 전력 송신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.1 illustrates a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram of a transmitting coil 21 according to an embodiment of the present invention.
3 is an equivalent circuit of the power source 10 and the transmitter 20 according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates equivalent circuits of the reception resonant coil 31, the reception coil 32, the smoothing circuit 40, and the load 50, according to an embodiment of the present disclosure.
5 shows a configuration of a coil according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the configuration of a transmission condition setting apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 illustrate a process of confirming a transmission environment according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a step-by-step method of transmitting radio power according to an embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다. 1 illustrates a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

전력 소스(10)에서 생성된 전력은 송신 장치(20)로 전달되고, 자기 공진 현상에 의해 송신 장치(20)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 수신 장치(30)로 전달된다. The power generated by the power source 10 is transmitted to the transmission device 20, and is transmitted to the reception device 30 that is in resonance with the transmission device 20 by the self resonance phenomenon, that is, the resonance frequency values are the same.

상기 송신 장치(20)에서 수신 장치(30)로 전달된 전력은 정류회로(40)를 거쳐 부하(50)로 전달된다. 부하(50)는 충전지 또는 기타 전력을 필요로 하는 임의의 장치일 수 있다.Power transmitted from the transmitting device 20 to the receiving device 30 is transmitted to the load 50 via the rectifier circuit 40. The load 50 may be a rechargeable battery or any device that requires power.

보다 구체적으로 살펴보면, 전력 소스(10)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스이다. More specifically, the power source 10 is an AC power source providing AC power at a predetermined frequency.

송신 장치(20)는 송신 코일(21)과 송신용 공진 코일(22)로 구성된다. 송신 코일(21)은 전력 소스(10)와 연결되며, 교류 전류가 흐르게 된다. 송신 코일(21)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신용 공진 코일(22)에도 교류 전류가 유도된다. 송신용 공진 코일(22)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 송신 장치(20)와 공진 회로를 이루는 수신 장치(30)로 전달된다. The transmission device 20 is composed of a transmission coil 21 and a transmission resonant coil 22. The transmission coil 21 is connected to the power source 10, the alternating current flows. When an alternating current flows through the transmission coil 21, an alternating current is also induced in the transmission resonant coil 22 which is physically spaced by electromagnetic induction. The power delivered to the transmission resonant coil 22 is transferred to the reception device 30 which forms a resonance circuit with the transmission device 20 by magnetic resonance.

자기 공진에 의한 전력 전송은 임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 간에 전력이 전송되는 현상으로써, 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 먼 거리까지 높은 효율로 전력을 전달할 수 있다.Power transmission by magnetic resonance is a phenomenon in which power is transmitted between two LC circuits with matching impedances, and thus power can be transmitted with greater efficiency up to a far distance than power transmission by electromagnetic induction.

수신 장치(30)는 수신용 공진 코일(31)과 수신 코일(32)로 구성된다. 송신용 공진 코일(22)에 의해 송신된 전력은 수신용 공진 코일(31)에 의해 수신되어 수신용 공진 코일(31)에 교류 전류가 흐르게 된다. 수신용 공진 코일(31)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 코일(32)로 전달된다. 수신코일(32)로 전달된 전력은 정류 회로(40)를 통해 정류되어 부하(50)로 전달된다.The receiving device 30 is composed of a receiving resonant coil 31 and a receiving coil 32. The electric power transmitted by the transmitting resonant coil 22 is received by the receiving resonant coil 31 so that an alternating current flows to the receiving resonant coil 31. The power transmitted to the receiving resonant coil 31 is transmitted to the receiving coil 32 by electromagnetic induction. The power transmitted to the receiving coil 32 is rectified through the rectifying circuit 40 and transferred to the load 50. [

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 송신 코일(21)의 등가 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 송신 코일(21)은 인덕터(L1)와 커패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 커패시턴스 값을 갖는 회로를 구성하게 된다. 커패시터(C1)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이는 임피던스 매칭부일 수 있다.2 is an equivalent circuit diagram of a transmitting coil 21 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the transmission coil 21 may be composed of an inductor L1 and a capacitor C1, thereby forming a circuit having appropriate inductance and capacitance values. The capacitor C1 may be a variable capacitor, and impedance matching may be performed by adjusting a capacitance value of the variable capacitor. This may be an impedance matching unit.

송신용 공진 코일(22), 수신용 공진 코일(31), 수신 코일(32)의 등가 회로도 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.The equivalent circuit of the transmitting resonant coil 22, the receiving resonant coil 31, and the receiving coil 32 may be the same as that shown in Fig.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 전력 소스(10)와 송신 장치(20)의 등가 회로도이다. 3 is an equivalent circuit diagram of the power source 10 and the transmission device 20 according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 송신 코일(21)과 송신용 공진 코일(22)은 각각 소정 인덕턴스 값과 커패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1,L2)와 커패시터(C1,C2)로 구성될 수 있다. As illustrated in FIG. 3, the transmitting coil 21 and the transmitting resonant coil 22 may be formed of inductors L1 and L2 and capacitors C1 and C2 having predetermined inductance values and capacitance values, respectively.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 수신용 공진 코일(31), 수신 코일(32), 평활 회로(40) 및 부하(50)의 등가 회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram of the reception resonant coil 31, the reception coil 32, the smoothing circuit 40, and the load 50 according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이 수신용 공진 코일(31)과 수신 코일(32)은 각각 소정 인덕턴스 값과 커패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3,L4)와 커패시터(C3,C4)로 구성될 수 있다. 평활 회로(40)는 다이오드(D1)와 평활 커패시터(C5)로 구성될 수 있으며, 교류 전력을 직류 전력을 변환하여 출력한다. 부하(50)는 1.3V의 직류 전원으로 표시되어 있으나, 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다.As shown in FIG. 4, the receiving resonant coil 31 and the receiving coil 32 may be formed of inductors L3 and L4 and capacitors C3 and C4 having predetermined inductance values and capacitance values, respectively. The smoothing circuit 40 may be composed of a diode D1 and a smoothing capacitor C5, and converts AC power into DC power and outputs the DC power. The load 50 is indicated by a DC power supply of 1.3 V, but may be any rechargeable battery or device requiring DC power.

도 5는 코일의 구성을 나타낸다. 도 5의(a)와 같이 와이어를 단순하게 권선하여 코일을 형성하거나, 커패시턴스 값을 확보하기 위해서 도 5의 (b)와 같이 커패시터를 추가로 연결하여 구성할 수 있다.5 shows the configuration of the coil. As shown in FIG. 5 (a), a coil may be simply wound to form a coil, or in order to secure a capacitance value, the capacitor may be further connected as shown in FIG. 5 (b).

도 5와 같이 구성된 코일은 송신 코일(21), 송신용 공진 코일(22), 수신용 공진 코일(31) 또는 수신 코일(32)로 사용할 수 있다.The coil configured as shown in FIG. 5 may be used as the transmitting coil 21, the transmitting resonant coil 22, the receiving resonant coil 31, or the receiving coil 32.

실질적으로, 도 5에 도시된 코일은 솔레노이드 타입으로 권선될 수도 있고, 이와 다르게 스파이럴 타입으로 권선될 수도 있다. 솔레노이드 타입 코일은 코어 상에 보빈을 장착하고, 보빈의 길이 방향으로 와이어를 권선하여 형성된다. 스파이럴 타입 코일은 코어를 중심으로 안에서 밖으로 와이어를 권선하여 형성된다.Substantially, the coil shown in FIG. 5 may be wound in a solenoid type or alternatively in a spiral type. The solenoid type coil is formed by mounting a bobbin on a core and winding a wire in the longitudinal direction of the bobbin. Spiral type coils are formed by winding wires outward from the core.

이때, 상기 송신 장치(20)에서 수신 장치(30)로 송신되는 전력은 송신 환경에 영향을 받으며, 상기 송신 환경에 따라 전력의 전송 효율이 결정된다.At this time, the power transmitted from the transmitting device 20 to the receiving device 30 is affected by the transmission environment, and the transmission efficiency of the power is determined according to the transmission environment.

상기 송신 환경에는 다양한 조건을 포함할 수 있는데, 특히 여기에는 상기 송신 장치(20)와 수신 장치(30) 사이의 거리나 각도일 수 있다.The transmission environment may include various conditions, and in particular, may be a distance or an angle between the transmission device 20 and the reception device 30.

즉, 상기 송신 장치(20)와 수신 장치(30) 사이의 거리나 각도가 변하였을 경우, 이에 맞게 전력의 송신 조건을 변경하여 상기 전력의 전송 효율을 높여야 한다. 그러나, 상기와 같은 송신 환경을 파악하기에는 어려움이 있으며, 종래에서는 이러한 송신 환경에 따른 송신 조건 변경을 수행하지 못했다.That is, when the distance or angle between the transmitting device 20 and the receiving device 30 is changed, it is necessary to change the transmission condition of the power to increase the transmission efficiency of the power accordingly. However, it is difficult to grasp the transmission environment as described above, and conventionally, the transmission condition change according to the transmission environment has not been performed.

따라서, 본 발명에서는 송신 환경이 변경되는 경우, 이에 맞게 송신 조건을 변경하여, 현재의 송신 환경에 최적화된 송신 조건을 설정할 수 있도록 한다.Therefore, in the present invention, when the transmission environment is changed, the transmission conditions are changed accordingly, so that the transmission conditions optimized for the current transmission environment can be set.

상기 송신 환경에 따른 송신 조건 변경 내용을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.The change of the transmission condition according to the transmission environment will be described in more detail.

도 6은, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 조건 설정 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 여기에서, 상기 송신 조건 설정 장치는, 상기 송신 장치(20)에 포함되는 구성일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 송신 장치(20)와 별도로 구성될 수도 있고, 이와 다르게 상기 수신 장치(30) 내에 포함시킬 수도 있을 것이다.6 is a diagram illustrating a configuration of a transmission condition setting apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, the transmission condition setting device may be a configuration included in the transmission device 20. However, the present invention is not limited thereto, and may be configured separately from the transmitting device 20 or alternatively, may be included in the receiving device 30.

도 6을 참조하면, 송신 조건 설정 장치(100)는 임피던스 매칭부(110), 임피던스 조정부(120) 및 저장부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the transmission condition setting apparatus 100 includes an impedance matching unit 110, an impedance adjusting unit 120, and a storage unit 130.

임피던스 매칭부(110)는 적어도 하나의 가변 커패시터를 포함하며, 상기 가변 커패시터의 값(커패시턴스 값)을 변경 적용함으로써 임피던스 매칭 동작을 수행한다.The impedance matching unit 110 includes at least one variable capacitor and performs an impedance matching operation by changing and applying a value (capacitance value) of the variable capacitor.

임피던스 조정부(120)는 송신 장치(20)에서 송신되는 전력의 상태를 확인하여, 전력의 송신 환경을 파악하고, 상기 파악된 송신 환경에 의거하여 상기 임피던스 매칭부(110)에 적용되는 커패시턴스 값을 결정한다.The impedance adjusting unit 120 checks the state of the power transmitted from the transmitting device 20, determines the power transmission environment, and calculates a capacitance value applied to the impedance matching unit 110 based on the identified transmission environment. Decide

또한, 임피던스 조정부(120)는 상기 결정한 커패시턴스 값에 의해 상기 임피던스 매칭부(110)를 통해 임피던스 매칭 동작이 수행되도록 한다.In addition, the impedance adjusting unit 120 allows the impedance matching operation to be performed through the impedance matching unit 110 based on the determined capacitance value.

이때, 상기 임피던스 조정부(120)는 확인부(121), 획득부(122) 및 결정부(123)를 포함한다.In this case, the impedance adjusting unit 120 includes a checking unit 121, an obtaining unit 122, and a determining unit 123.

상기 확인부(121)는 상기 송신되는 전력을 상태를 확인한다.The confirmation unit 121 confirms the state of the transmitted power.

이때, 상기 확인부(121)는 상기 송신 장치(20)의 출력단에 설치되어, 상기 출력단을 통해 상기 수신장치(30)로 송신되는 전력의 상태를 확인한다.In this case, the checking unit 121 is installed at the output terminal of the transmitting device 20 to check the state of the power transmitted to the receiving device 30 through the output terminal.

보다 구체적으로는, 상기 확인부(121)는 상기 송신되는 전력의 전류 및 전압의 위상 차를 확인한다.More specifically, the confirmation unit 121 confirms the phase difference between the current and the voltage of the transmitted power.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 전력의 송신 환경에 따라 상기 송신 장치(20)의 전력 송신 단의 전압과 전류의 위상 값은 변하게 된다. 예를 들어, 송신 장치(20)와 수신 장치(30) 사이의 거리에 따라 상기 전압과 전류의 위상 값은 변하게 된다. 또한, 송신 장치(20)와 수신 장치(30) 사이의 수신 각도 및 송신 각도에 따라 상기 전류의 위상 값은 변하게 된다.That is, as shown in FIG. 7, the phase values of the voltage and current of the power transmission stage of the transmission device 20 change according to the power transmission environment. For example, the phase values of the voltage and current change according to the distance between the transmitter 20 and the receiver 30. In addition, the phase value of the current is changed according to the reception angle and the transmission angle between the transmission device 20 and the reception device 30.

이에 따라, 상기 확인부(121)는 상기 송신 전력에 따른 전압의 위상과 전류의 위상에 차이를 확인하고, 이에 대해 확인한 정보를 획득부(22)로 전달한다.Accordingly, the identification unit 121 confirms the difference between the phase of the voltage and the phase of the current according to the transmission power, and transfers the information confirmed to the acquisition unit 22.

획득부(122)는 상기 확인부(121)에서 확인한 전압과 전류의 위상 차이에 따라 상기 송신 장치(20)와 수신 장치(30) 사이의 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 획득하고, 상기 획득한 정보를 결정부(123)로 전달한다.The acquirer 122 acquires at least one information of a distance and an angle between the transmitting device 20 and the receiving device 30 according to the phase difference between the voltage and the current checked by the checking unit 121, and obtaining the information. The information is transmitted to the decision unit 123.

이때, 상기 거리 및 각도는 다음과 같이 정의될 수 있다.In this case, the distance and angle may be defined as follows.

도 8을 참조하면, (a)에서와 같이 상기 송신 장치(20)와 수신 장치(30)의 직선 거리(D)는 상기 송신 장치(20)와 수신 장치(30) 사이의 거리로 정의될 수 있다.Referring to FIG. 8, as in (a), the straight line distance D between the transmitting device 20 and the receiving device 30 may be defined as the distance between the transmitting device 20 and the receiving device 30. have.

또한, 상기 각도에는 수신 각도와 송신 각도가 존재할 수 있다. 상기 수신 각도는 수신 장치(30)를 기준점으로 송신 장치(20)와의 각도를 의미하고, 상기 송신 각도는 상기 송신 장치(20)를 기준으로 상기 수신 장치(30)와의 각도를 의미한다.In addition, the angle may be a reception angle and a transmission angle. The reception angle refers to an angle with the transmission device 20 based on the reception device 30, and the transmission angle refers to an angle with the reception device 30 based on the transmission device 20.

즉, (b)에서와 같이 상기 수신 장치(30)와 송신 장치(20) 사이를 연결하는 제 1 직선과, 상기 수신 장치(30)의 설치 상태에 따른 기울기를 의미하는 제 2 직선 사이의 각도(θ1)를 상기 수신 각도로 정의할 수 있다.That is, as shown in (b), an angle between the first straight line connecting the receiving device 30 and the transmitting device 20 and the second straight line representing the inclination according to the installation state of the receiving device 30. (θ1) may be defined as the reception angle.

또한, (c)에서와 같이 상기 송신 장치(20)의 설치 상태에 따라 전력이 전송되는 제 1 직선과, 상기 송신 장치(20)와 수신 장치(30)를 연결하는 제 2 직선 사이의 각도(θ2)를 상기 송신 각도로 정의할 수 있다.In addition, as shown in (c), the angle between the first straight line through which power is transmitted and the second straight line connecting the transmitting device 20 and the receiving device 30 according to the installation state of the transmitting device 20 ( θ2) may be defined as the transmission angle.

결정부(123)는 상기 획득부(122)를 통해 획득된 정보에 의거하여 상기 임피던스 매칭부(110)에 적용될 커패시턴스 값을 결정한다.The determination unit 123 determines a capacitance value to be applied to the impedance matching unit 110 based on the information obtained through the acquisition unit 122.

즉, 결정부(123)는 상기 송신 장치(20)와 수신 장치(30) 사이의 거리, 송신 각도 및 수신 각도에 따라 임피던스가 틀어지는 현상을 상기 커패시턴스 값 조정을 통해 원하는 임피던스로 매칭한다.That is, the determination unit 123 matches a phenomenon in which impedance is changed according to a distance, a transmission angle, and a reception angle between the transmitter 20 and the receiver 30 to a desired impedance through the capacitance value adjustment.

또한, 상기 임피던스 조정부(120)는 상기에서 임피던스 매칭이 수행되면, 그에 따라 상기 전력을 재전송하고, 상기 재전송된 송신 전력의 상태(전력 전송 효율)에 따라 상기 임피던스 재매칭을 수행할 수 있다.In addition, when impedance matching is performed, the impedance adjusting unit 120 may retransmit the power according to the impedance matching, and perform the impedance re-matching according to the state (power transmission efficiency) of the retransmitted transmission power.

저장부(130)에는 상기 임피던스 매칭 동작을 수행하기 위해 필요한 다양한 정보가 저장될 수 있다.The storage unit 130 may store various information necessary to perform the impedance matching operation.

먼저, 저장부(130)에는 상기 거리, 수신각도 및 송신 각도를 획득하기 위한 정보가 저장될 수 있다. 즉, 상기 저장부(130)에는 전압과 전류에서 발생할 수 있는 모든 경우의 수의 위상 차에 대응되는 상기 거리, 수신 각도 및 송신 각도 정보를 저장할 수 있다. 이에 따라, 상기 획득부(122)는 상기 저장부(130)에 저장된 정보를 이용하여 상기 거리, 수신 각도 및 송신 각도를 획득하고, 이를 결정부(123)로 제공한다.First, the storage 130 may store information for obtaining the distance, the reception angle, and the transmission angle. That is, the storage unit 130 may store the distance, the reception angle, and the transmission angle information corresponding to the phase difference of the number of cases that may occur in voltage and current. Accordingly, the acquisition unit 122 obtains the distance, the reception angle, and the transmission angle by using the information stored in the storage unit 130, and provides it to the determination unit 123.

또한, 저장부(130)에는 상기 획득한 거리, 수신 각도 및 송신 각도 중 적어도 어느 하나에 대응되는 커패시턴스 값을 저장할 수 있다. 이에 따라, 상기 결정부(123)는 상기 저장부(130)에 저장되어 있는 정보를 이용하여 상기 획득부(122)를 통해 획득된 정보에 대응되는 커패시턴스 값을 결정할 수 있다.In addition, the storage 130 may store a capacitance value corresponding to at least one of the acquired distance, reception angle, and transmission angle. Accordingly, the determination unit 123 may determine the capacitance value corresponding to the information obtained through the acquisition unit 122 using the information stored in the storage unit 130.

상기와 같이 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 무선 전력 송신 장치에서 송신되는 전력에 대한 전압과 전류의 위상 차에 따라 무선 전력 수신 장치와의 거리 및 각도를 확인하여 임피던스 매칭을 수행함으로써, 무선 전력 송신 장치의 안정된 전력 송수신으로 전력 변환 회로를 안정화할 수 있을 뿐만 아니라, 안정되고 효율적인 전력을 송신 및 수신할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, by performing impedance matching by checking the distance and angle with the wireless power receiver according to the phase difference between the voltage and the current with respect to the power transmitted from the wireless power transmitter, wireless power The stable power transmission and reception of the transmitting device not only stabilizes the power conversion circuit, but also transmits and receives stable and efficient power.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.9 is a flowchart for explaining a wireless power transmission method step by step according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신 방법은, 먼저 송신 장치(20)에서 수신 장치(30)로 전송되는 전력에 대한 전류와 전압의 위상 차를 확인한다(110단계).Referring to FIG. 9, in the wireless power transmission method, first, a phase difference between a current and a voltage with respect to power transmitted from the transmitter 20 to the receiver 30 is checked (step 110).

이후, 상기 확인한 전류와 전압의 위상 차를 이용하여 상기 송신 장치(20)와 수신 장치(30) 사이의 거리 및 각도(수신 각도, 송신 각도)를 획득한다(120단계).Thereafter, a distance and an angle (a reception angle and a transmission angle) between the transmitter 20 and the receiver 30 are obtained using the checked phase difference between the current and the voltage (step 120).

이후, 상기 거리 및 각도가 획득되면, 상기 획득한 거리 및 각도가 이전에 획득한 거리 및 각도와 동일한지, 아니면 상이한지를 확인한다.Then, if the distance and angle are obtained, it is checked whether the acquired distance and angle is the same as or different from the previously obtained distance and angle.

그리고, 상기 현재 획득한 거리 및 각도가 이전에 획득한 거리 및 각도와 동일하다면, 이전에 설정한 커패시턴스 값을 그대로 유지시킨다.In addition, if the currently obtained distance and angle are the same as the previously obtained distance and angle, the previously set capacitance value is maintained as it is.

또한, 상기 현재 획득한 거리 및 각도가 이전에 획득한 거리 및 각도와 상이하다면, 상기 현재 획득한 거리 및 각도에 따른 커패시턴스 값을 결정한다(130단계).In addition, if the currently obtained distance and angle are different from the previously obtained distance and angle, the capacitance value according to the currently obtained distance and angle is determined (step 130).

그리고, 상기 결정한 커패시턴스 값을 적용하여 임피던스 매칭을 수행한다(140단계).In operation 140, impedance matching is performed by applying the determined capacitance value.

또한, 상기에서 임피던스 매칭이 수행되면, 그에 따라 상기 전력을 재전송하고, 상기 재전송된 송신 전력의 상태(전력 전송 효율)에 따라 상기 임피던스 재매칭을 수행할 수 있다.In addition, when impedance matching is performed in the above, the power may be retransmitted accordingly, and the impedance re-matching may be performed according to the state (power transmission efficiency) of the retransmitted transmission power.

이와 같이, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 무선 전력 송신 장치에서 송신되는 전력에 대한 전압과 전류의 위상 차에 따라 무선 전력 수신 장치와의 거리 및 각도를 확인하여 임피던스 매칭을 수행함으로써, 무선 전력 송신 장치의 안정된 전력 송수신으로 전력 변환 회로를 안정화할 수 있을 뿐만 아니라, 안정되고 효율적인 전력을 송신 및 수신할 수 있다.As described above, according to an exemplary embodiment of the present invention, the impedance and the impedance are determined by checking the distance and angle with the wireless power receiver according to the phase difference between the voltage and the current with respect to the power transmitted from the wireless power transmitter. The stable power transmission and reception of the transmitting device not only stabilizes the power conversion circuit, but also transmits and receives stable and efficient power.

10 : 전력 소스
20 : 송신기
21 : 송신 코일
22 : 송신용 공진 코일
30 : 수신기
31 : 수신용 공진 코일
32 : 수신 코일
40 : 정류회로
50 : 부하10: power source
20: Transmitter
21: transmitting coil
22: resonant coil for transmission
30: receiver
31: resonant coil for reception
32: receiving coil
40: rectification circuit
50: load

Claims (14)

적어도 하나의 가변 커패시터를 포함하는 임피던스 매칭부; 및
수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 어느 하나를 획득하고, 상기 획득한 거리 및 각도 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 조정하는 임피던스 조정부를 포함하는 무선 전력 송신 장치.An impedance matching unit including at least one variable capacitor; And
And an impedance adjuster for acquiring at least one of a distance and an angle from a receiver, and adjusting a capacitance value of the variable capacitor using at least one of the acquired distance and angle. 제 1항에 있어서,
전력 소스와 연결되어 자기장을 형성하는 송신 코일부; 및
상기 송신 코일부와 커플링되어 전력을 송신하는 공진 코일부를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.The method of claim 1,
A transmission coil unit connected to the power source to form a magnetic field; And
And a resonant coil unit coupled to the transmitting coil unit to transmit power. 제2항에 있어서,
상기 임피던스 조정부는,
상기 공진 코일부를 통해 송신되는 전력의 상태를 확인하는 확인부와,
상기 확인된 전력 상태에 따라 상기 수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 획득하는 획득부와,
상기 획득된 정보에 의거하여 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 결정하는 결정부를 포함하는 무선 전력 송신 장치.The method of claim 2,
Wherein the impedance adjusting unit comprises:
A confirmation unit for checking a state of power transmitted through the resonance coil unit;
An acquisition unit for obtaining at least one information of a distance and an angle with the receiver according to the identified power state;
And a determiner configured to determine a capacitance value of the variable capacitor based on the obtained information. 제 3항에 있어서,
상기 확인부는,
상기 수신기로 송신되는 전력에 따른 전압 및 전류의 위상 차를 확인하는 무선 전력 송신 장치.The method of claim 3,
The verification unit,
And a phase difference between the voltage and the current according to the power transmitted to the receiver. 제 3항에 있어서,
상기 획득부는,
상기 무선 전력 송신 장치와 수신기 사이의 거리, 상기 수신기의 설치 각도에 따른 전력 수신 각도 및 상기 수신기의 위치에 따른 무선 전력 송신 장치의 전력 송신 각도 중 적어도 하나를 획득하는 무선 전력 송신 장치.The method of claim 3,
Wherein the obtaining unit comprises:
And at least one of a distance between the wireless power transmitter and the receiver, a power reception angle according to an installation angle of the receiver, and a power transmission angle of the wireless power transmitter according to the position of the receiver. 제 4항에 있어서,
상기 확인부를 통해 확인되는 위상 차에 대응되는 수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 저장하고 있는 저장부를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.5. The method of claim 4,
And a storage unit which stores at least one of a distance and an angle with respect to the receiver corresponding to the phase difference identified through the identification unit. 제 5항에 있어서,
상기 획득부를 통해 획득되는 거리, 수신 각도 및 송신 각도 중 적어도 어느 하나에 대응되는 커패시턴스 값을 저장하고 있는 저장부를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.6. The method of claim 5,
And a storage unit storing a capacitance value corresponding to at least one of a distance, a reception angle, and a transmission angle obtained through the acquisition unit. 제 2항에 있어서,
상기 임피던스 결정부는,
상기 결정된 커패시턴스 값을 적용하여 상기 전력이 재송신되도록 하고, 상기 재송신되는 전력의 상태에 따라 상기 커패시턴스 값을 재결정하는 무선 전력 송신 장치. The method of claim 2,
The impedance determiner,
And the power is retransmitted by applying the determined capacitance value, and re-determining the capacitance value according to the state of the retransmitted power. 송신기에서 수신기로 송신되는 전력의 상태를 확인하는 단계;
상기 확인된 전력의 상태에 따라 상기 송신기와 수신기 사이의 거리 및 각도 중 적어도 어느 하나를 획득하는 단계; 및
상기 획득한 거리 및 각도 중 어느 하나를 이용하여 임피던스 매칭을 수행하는 단계를 포함하는 무선 전력 송신 방법.Confirming a state of power transmitted from the transmitter to the receiver;
Acquiring at least one of a distance and an angle between the transmitter and the receiver according to the identified state of power; And
And performing impedance matching using any one of the obtained distances and angles. 제 9항에 있어서,
상기 전력의 상태를 확인하는 단계는;
상기 수신기로 송신되는 전력에 따른 전압 및 전류의 위상 차를 확인하는 단계를 포함하는 무선 전력 송신 방법.The method of claim 9,
Identifying the state of power;
And determining a phase difference between the voltage and the current according to the power transmitted to the receiver. 제 9항에 있어서,
상기 획득하는 단계는,
상기 송신기와 수신기 사이의 거리, 상기 수신기의 위치에 따른 수신 각도 및 상기 수신기의 위치에 따른 송신기의 송신 각도 중 적어도 하나를 획득하는 단계를 포함하는 무선 전력 송신 방법.The method of claim 9,
The obtaining step,
And obtaining at least one of a distance between the transmitter and the receiver, a reception angle according to the position of the receiver, and a transmission angle of the transmitter according to the position of the receiver. 제 10항에 있어서,
상기 확인되는 위상 차에 대응되는 수신기와의 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 저장하는 단계가 더 포함되며,
상기 획득하는 단계는,
상기 저장된 정보를 이용하여 상기 위상 차에 대응되는 거리 및 각도 중 적어도 하나의 정보를 획득하는 단계를 포함하는 무선 전력 송신 방법.The method of claim 10,
Storing at least one information of a distance and an angle with a receiver corresponding to the checked phase difference;
The obtaining step,
And obtaining at least one of a distance and an angle corresponding to the phase difference by using the stored information. 제 11항에 있어서,
상기 임피던스 매칭을 수행하는 단계는,
상기 획득되는 거리, 수신 각도 및 송신 각도 중 적어도 어느 하나에 대응되는 커패시턴스 값을 결정하고, 상기 결정된 커패시턴스 값을 적용하는 단계를 포함하는 무선 전력 송신 방법.12. The method of claim 11,
Performing the impedance matching,
Determining a capacitance value corresponding to at least one of the obtained distance, a reception angle, and a transmission angle, and applying the determined capacitance value. 제 9항에 있어서,
상기 임피던스 매칭이 수행됨에 따라 상기 전력을 재송신하는 단계; 및
상기 재송신되는 전력의 전송 효율에 따라 상기 임피던스 매칭을 재수행하는 단계를 더 포함하는 무선 전력 송신 방법.The method of claim 9,
Retransmitting the power as the impedance matching is performed; And
And performing the impedance matching again according to the transmission efficiency of the retransmitted power.
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