KR20130020150A - Wireless power transmission system using position alignment of inductor and device for detecting alignment error - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200) 사이의 비정렬을 위치 보정 인덕터(300)에 흐르는 전류를 통해 감지하여, 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)가 정렬상태일 때 전력을 전송을 하는 인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템 및 비정렬감지 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a wireless power transmission system, and more particularly, by detecting a misalignment between the
유비쿼터스 시대가 도래하면서 전자기기들의 모바일화 경향이 증대하고 이에 발맞추어 전자기기에 무선으로 전력을 공급하는 방안에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 전력을 공급하는 송전단과 공급받는 전자기기(수전단) 간에 물리적인 접촉이 없이 자기 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling) 또는 안테나 등의 공진구조를 이용하여 공간을 통해 전력을 공급(전송)하는 것이다.With the advent of the ubiquitous era, the tendency of electronic devices to be mobile has been increasing, and the research on the method of supplying electric power wirelessly to electronic devices has been actively conducted. It uses a resonant structure such as inductive coupling, capacitive coupling, or antenna to supply power through space without physical contact between the power supply terminal and the supplied electronic device (receiver). Transmission).
무선 전력의 공급 방식은 주로 자기 결합 원리를 이용하는데, 이는, 도 1에 제시된 바와 같이, 간단한 코일(coil) 구조를 통해 구현할 수 있다. 즉, 송전단에 해당하는 1차 코일(1)과 수전단에 해당하는 2차 코일(2)간 상호 인덕턴스(Mutual inductance, M)로 인해 발생하는 자기 결합에 의해 유도 전류(I2)가 발생되며, 이 유도 전류(I2)에 의해 수전단에 전력이 공급된다.The method of supplying wireless power mainly uses a magnetic coupling principle, which can be implemented through a simple coil structure, as shown in FIG. 1. That is, induction current I 2 is generated by magnetic coupling generated due to mutual inductance (M) between the
이때 유도 전류(I2)의 크기는 1차 코일(1)의 중심부와 2차 코일(2)의 중심부와의 거리(O, misalignment), 양 코일의 분리 간격(d, separation)에 따라 변화하는데, 전자기학의 일반원칙에 따르면 이들 두 거리가 커질수록 작아진다. 왜냐하면 전원 소스로부터 1차 코일(1)에 인가되는 전류(I1, 송출 전류)에 의해 1차 코일(1) 주변에 자기장이 형성되고, 형성되는 자기장의 세기는 거리에 따라 감소하기 때문이다. 따라서 앙페르의 법칙(Ampere's law) 내지는 비오-사바르의 법칙(Biot-Savart's law)에 의해 상기 두 거리가 커질수록 1차 코일(1) 주변에 형성되는 자기장의 세기는 감소하며, 이렇게 형성되는 자기장으로부터 상호 인덕턴스에 의해 2차 코일(2) 주변에 유도되는 자기장의 세기도 감소하며, 2차 코일(2) 주변에 유도되는 자기장에 의해 유도되는 유도 전류(I2)의 크기도 작아지는 것이다.At this time, the magnitude of the induced current (I 2 ) changes depending on the distance (O, misalignment) between the center of the primary coil (1) and the center of the secondary coil (2), the separation distance (d, separation) of both coils. However, according to the general principles of electromagnetism, these two distances get smaller as they get larger. This is because the magnetic field is formed around the
이러한 자기 유도 원리를 통한 전력 공급 기술은 생체 삽입형 의료기기에도 적용되고 있다. 특히 인체에 삽입되어야 하는 특성상 무선전력전송 방식이 주로 사용되고 있는데 이는 유선 방식과 달리 피부를 관통하는 전선 및 기구를 필요로 하지 않으므로 일상생활에 미치는 제약을 최소화할 수 있기 때문이다. The power supply technology through the magnetic induction principle is also applied to bio-invasive medical devices. In particular, the wireless power transmission method is mainly used due to the nature to be inserted into the human body, because unlike wired methods, wires and devices that penetrate the skin are not required, thereby minimizing the restrictions on daily life.
체내 삽입형 신경 소자의 역할이 증대됨에 따라 충분한 전력을 효율적으로 공급하기 위한 기술, 생체의 움직임으로 인한 코일 사이의 위치 변화에 따른 효율 저하를 해결하기 위한 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 또한 전기 소자 및 전자기장의 유해성에 따른 생체의 피해를 방지하기 위한 기술들에 대한 연구가 이루어지고 있다. As the role of the implantable neural device in the body increases, researches on a technology for efficiently supplying sufficient electric power and a technique for solving a decrease in efficiency due to a change in position between coils due to movement of a living body are being conducted. In addition, researches have been made on techniques for preventing damage to living bodies due to the harmfulness of electrical devices and electromagnetic fields.
체내 삽입된 소자에 전력의 안정적인 공급을 위한 기술은 인체의 움직임으로 인하여 공진 코일 사이의 간격이 벌어지거나 정렬 위치에서 벗어나게 될 경우 전체적인 효율이 저하되는 문제점을 해결하려는 데에 중점을 두고 있다. 이와 동시에 체내 삽입된 무선전력전송 소자의 위치를 체외에서 정확히 파악하는 기술의 개발도 활발히 이루어지고 있다. 체내 삽입된 소자의 위치를 파악하기 위한 기술로는 Zoubir Hamici 가 제안한 방법이 대표적이다. 체내 삽입된 소자와 체외 소자간 ASK(amplitude shift keying) 방식을 사용하여 전력전송 및 위치정보를 확인하는 기술이다. 하지만 이 경우, 체내소자 및 체외소자 모두 ASK 을 위한 별도의 통신모듈을 구성해야 하는 번거로움이 있다. The technology for the stable supply of power to the device inserted into the body is focused on solving the problem that the overall efficiency is degraded when the gap between the resonant coils due to the human body movement or move out of the alignment position. At the same time, the development of a technique for accurately identifying the location of the wireless power transmission device inserted in the body has been actively made. The technique proposed by Zoubir Hamici is a representative technique for locating the inserted device. It is a technology for confirming power transmission and position information by using an amplitude shift keying (ASK) method between a device inserted in a body and an external device. However, in this case, both the internal device and the external device has a need to configure a separate communication module for the ASK.
그리고 전자기 유도 방식의 무선전력전송 기술은 유선방식에 비해 전력의 전송 효율이 낮은 단점이 있다. 특히, 체내에 삽입된 인덕터와 체외에서 전력을 공급해주는 인덕터간의 비정렬 문제는 전자기유도방식의 전력 전송효율을 떨어트리는 가장 큰 요인이다.In addition, the electromagnetic induction wireless power transmission technology has a disadvantage of lower power transmission efficiency than the wired method. In particular, the misalignment problem between the inductor inserted into the body and the inductor that supplies the power outside the body is the biggest factor in reducing the power transmission efficiency of the electromagnetic induction method.
종래에는 인덕터간의 정렬여부보다는 문헌 1과 같이 공진주파수가 동일할 때 전력이 전송되도록 하여 전송효율을 높이고자 하였다.
Conventionally, rather than alignment between inductors, as shown in
본 발명의 실시예들은 위치 보정 인덕터(300)를 이용하여 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200) 사이의 비정렬을 감지하여 전송 효율을 높이며 별도의 통신 모듈 없이도 정렬을 수행하고자 한다. Embodiments of the present invention improve the transmission efficiency by detecting misalignment between the
또한, 위치 보정 인덕터(300)에 저항부(400)를 연결하여 위치 보정 인덕터(300)에서 발생하는 전력전송효율감소를 해결하고자 한다.
In addition, the
본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 전력을 공급하는 전력 발신부 인덕터(100); 상기 전력 발신부 인덕터(100)에서 공급하는 전력을 수신하는 전력 수신부 인덕터(200); 상기 전력 발신부 인덕터(100)와 상기 전력 수신부 인덕터(200)의 비정렬 여부를 감지하는 위치 보정 인덕터(300); 및 상기 위치 보정 인덕터(300)와 직렬로 연결된 저항부(400)를 포함하며, 상기 전력 발신부 인덕터(100)와 상기 전력 수신부 인덕터(200)가 정렬되었을 때 상기 전력 발신부 인덕터(100)로부터 상기 전력 수신부 인덕터(200)로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템이 제공될 수 있다. According to an aspect of the invention, the
또한, 상기 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)는 전류가 흐르는 루프(loop) 안쪽 및 외곽이 강자성체로 둘러 싸인 CMC(closed magnetic circuit) 구조인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the
또한, 상기 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)는 강자성체가 인덕터를 이루는 패턴 내각에만 도금된 MC(중앙자기회로구조)인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the
또한, 상기 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)는 생체삽입형 의료기기에 사용하기 위해 유연인쇄회로기판에 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 위치 보정 인덕터(300)는 상기 전력 발신부 인덕터(100)의 후면에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 위치 보정 인덕터(300)에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정 장치를 더 포함할 수 있다. In addition, the
본 발명의 다른 측면에 의하면, 무선 전력을 공급하는 전력 발신부 인덕터(100); 상기 전력 발신부 인덕터(100) 후면에 설치되며, 상기 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)에 의해 유도된 전류가 흐르는 위치 보정 인덕터(300); 및 상기 위치 보정 인덕터(300)와 직렬로 연결된 저항부(400);를 포함하는 전자기 유도 방식의 인덕터 비정렬 감지 장치가 제공될 수 있다. According to another aspect of the invention, the
또한, 상기 위치 보정 인덕터(300)에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정 장치를 더 포함할 수 있다. In addition, the
또한, 상기 전력 발신부 인덕터(100)는 전류가 흐르는 루프(loop) 안쪽 및 외곽이 강자성체로 둘러 싸인 CMC(closed magnetic circuit) 구조인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the
또한, 상기 전력 발신부 인덕터(100)는 강자성체가 인덕터를 이루는 패턴 내각에만 도금된 MC(중앙자기회로구조)인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the
또한, 상기 전력 발신부 인덕터(100)는 인체에 부착하는 것이 용이하도록 유연인쇄회로기판에 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.
In addition, the
본 발명의 실시예들은 전자기 유도 방식을 이용하여 무선으로 전력을 전송하며, 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200) 사이의 비정렬여부를 감지하여 정렬상태일 때 전력을 공급함으로써 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 또한 인체 삽입형 의료기기에 이용될 때, 체외에서 체내에 삽입된 인덕터의 위치를 확인할 수 있어 보다 정확한 위치에 인덕터의 부착이 가능하다. Embodiments of the present invention transmit the power wirelessly by using an electromagnetic induction method, and detects the misalignment between the
그리고 강자성체를 인덕터의 패턴 내부 또는 외부에 도금하여 자기장의 밀집도를 높여 전송효율을 향상할 수 있다. In addition, the ferromagnetic material is plated inside or outside the inductor pattern to increase the density of the magnetic field, thereby improving transmission efficiency.
그리고 저항부(400)를 연결하여 위치 보정 인덕터(300)에 의해 발생하는 전력 전송 효율 감소를 해결할 수 있다.
In addition, the
도 1은 자기 결합 원리는 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전자기 유도 방식에 의한 무선전력 전송 및 비정렬 감지 원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 위치 보정 인덕터(300)에 유도된 전류가 흐르는 방향을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 CMC구조의 인덕터 사용에 의한 자기장 분포를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 인덕터에 인가되는 교류 주파수에 따른 유도전류세기를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 인덕터에 인가되는 교류 주파수에 따른 전송효율을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 비정렬 거리에 따른 전송효율을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200) 사이의 비정렬 오차를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 비정렬 오차에 따른 비정렬 감도를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 인덕터 구조의 실시예를 나타낸 도면이다. 1 is a diagram for explaining the principle of magnetic coupling.
2 is a view showing the principle of wireless power transmission and misalignment detection by the electromagnetic induction method according to the present invention.
3 is a diagram illustrating a direction in which a current induced in the
4 is a diagram showing the results of simulation of the magnetic field distribution by using the inductor of the CMC structure of the present invention.
5 is a view showing a simulation result of the induced current strength according to the AC frequency applied to the inductor of the present invention.
6 is a diagram showing a result of simulating a transmission efficiency according to an alternating frequency applied to an inductor of the present invention.
7 is a diagram illustrating transmission efficiency according to unaligned distance of the present invention.
8 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the
9 is a diagram illustrating an unalignment error between the
10 is a view showing the misalignment sensitivity according to the misalignment error of the present invention.
11 is a view showing an embodiment of the inductor structure of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation according to the embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 전자기 유도 방식에 의한 무선전력 전송 및 비정렬 감지 원리를 나타낸 도면이다. 2 is a view showing the principle of wireless power transmission and misalignment detection by the electromagnetic induction method according to the present invention.
도 2에서 보는 바와 같이 전자기 유도방식의 무선전력전송은 무선 전력을 공급하는 전력 발신부 인덕터(100)와 상기 전력 발신부 인덕터(100)에서 공급하는 전력을 수신하는 전력 수신부 인덕터(200)사이의 전자기 유도 작용에 의해 이루어 진다.As shown in FIG. 2, the wireless power transmission of the electromagnetic induction method is performed between a
이때 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200) 사이의 비정렬 오차는 전자기 현상의 변화를 통해 감지할 수 있는데, 이는 전력 발신부 인덕터(100) 후면에 설치된 위치 보정 인덕터(300)를 통해 감지할 수 있다. At this time, the misalignment error between the
전력 수신부와 마주 보고 있는 전력 발신부 인덕터(100)에 전류 I1이 공급되면 전력 수신부 인덕터(200)로 향하는 자기장 B1이 발생하게 되고, 전력 수신부 인덕터(200)에서는 자기장 B1을 감쇄하기 위한 전류 I2가 유도된다. 이와 동시에 전력 발신부 인덕터(100)의 뒷면에 위치한 위치 보정 인덕터(300)에도 자기장 B1에 의한 전류 I3가 유도된다. 또한 전력 수신부 인덕터(200)에 유도된 전류 I2에 의해 전력 발신부 인덕터(100) 방향으로 향하는 자기장 B2가 발생하며, 이 자기장 B2는 전력 발신부 인덕터(100) 뒷면에 설치된 위치 보정 인덕터(300)에 유도전류 I4를 발생시킨다. 그리고 도 3에서 보는 바와 같이 위치 보정 인덕터(300)에 흐르는 전류 I3와 I4는 서로 반대방향이다. 이는 자기장 B1 과 B2는 반대의 방향을 갖는 벡터이므로 위치 보정 인덕터(300)에도 전력 발신부 인덕터(100)에서 유도된 전류와 전력 수신부 인덕터(200)에서 유도된 전류가 서로 반대방향으로 흐르게 된다. When the current I1 is supplied to the
따라서 위치 보정 인덕터(300)에는 전력 발신부 인덕터(100)에서 유도된 전류값과 전력 수신부 인덕터(200)에서 유도된 전류값의 차이만큼인 I3-I4 의 전류가 흐르게 된다. Therefore, the current of I3-I4 flows through the
전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)의 비정렬 상태인 경우 전력 수신부 인덕터(200)의 전류 I2 및 자기장 B2 가 감소하게 되면 전력 발신부 인덕터(100) 뒷면의 설치된 위치 보정 인덕터(300)에 흐르는 전류(I3-I4)는 증가하게 된다. 왜냐하면 비정렬에 따라 I2가 감소하면 I2에 의한 자기장 B2가 감소하게 되고, 그 결과 위치 보정 인덕터(300)에 유도되는 전류 I4도 감소하기 때문이다. When the
따라서 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)가 정렬이 되었을 경우 위치 보정 인덕터(300)의 전류는 최소값을 가지며, 비정렬 오차가 커질수록 위치 보정 인덕터(300)의 전류는 증가하게 된다. 그러므로 위치 보정 인덕터(300)에 흐르는 전류값을 측정함으로서 정렬 여부를 판단할 수 있다. Therefore, when the
이러한 방식으로 정렬 여부를 판단한 후, 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)가 서로 정렬되었을 때 전력을 전송함으로써 전력전송효율을 높일 수 있다. After determining the alignment in this manner, the power transmission efficiency can be improved by transmitting power when the
또한, 이러한 원리를 이용하여 체내 삽입형 의료기기에 있어서, 체외 소자만으로 체내 소자의 위치를 파악할 수 있다. In addition, in the implantable medical device using the above principle, it is possible to determine the position of the internal device using only the external device.
그러나, 위치 보정 인덕터(300)가 추가됨에 따라, 위치 보정 인덕터(300)에서도 전자기 유도 현상이 발생하며, 이에 따라 전력 수신부 인덕터(200)에 흐르는 전류가 감소되는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점은 위치 보정 인덕터(300)에 저항부(400)를 직렬로 연결하여, 전력 수신부 인덕터(200)에 흐르는 전류의 크기가 감소되는 양을 줄임으로써 해결할 수 있다. 이는 위치 보정 인덕터(300) 양단에 걸리는 전압이 일정하므로, 저항부(400)를 연결하여 유도되는 전류값을 줄일 수 있기 때문이다. However, as the
전류값 측정을 위해서는 전류계등의 전류 측정 장치가 사용될 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 정렬된 경우만을 판단할 수 있으면 족하므로, 정렬 위치에서 경고음이 울리거나, 시각으로 감지 가능한 신호를 발생할 수 있는 장치가 사용될 수 있다. An electric current measuring device such as an ammeter may be used to measure the electric current, and the present invention is not limited thereto. Therefore, only an aligned case can be determined. Therefore, a device may generate a warning sound or generate a visually detectable signal at the alignment position. Can be used.
본 발명에 사용되는 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)는 CMC(Closed Magnetic Circuit) 구조를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. The
CMC 구조 인덕터는 전류가 흐르는 loop 안쪽 및 외곽이 강자성체로 둘러싸여있는 것을 특징으로 한다. The CMC structure inductor is characterized by being surrounded by a ferromagnetic material inside and outside the loop through which the current flows.
CMC 구조를 가지게 됨에 따라 전력 발신부 인덕터(100)에 인가된 전류로 인한 자기장이 전력 수신부 인덕터(200)의 중앙에 집중되어 유도전류가 최대가 되도록 할 수 있다. With the CMC structure, the magnetic field due to the current applied to the
CMC 구조에 의해 전력 수신부 인덕터(200)의 중앙에 자기장이 집중되는 것은 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다. The concentration of the magnetic field in the center of the
전자기 해석 tool 인 Maxwell 을 사용하여 전력 발신부 인덕터(100)에 인가되는 교류의 주파수에 따른 전자기유도 시뮬레이션을 하였다. 이때 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200) 사이에는 relative permittivity 와 relative permeability 가 일반적인 합성수지들의 평균값을 갖는 재질이 삽입되어있는 것으로 가정하였다.The electromagnetic induction simulation according to the frequency of the alternating current applied to the
도 4는 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 시뮬레이션 결과를 통해 전력 발신부 인덕터(100)의 인가전류로 인한 자기장이 전력 수신부 인덕터(200)의 중앙에 밀집되는 것을 확인할 수 있다. 4 shows the simulation results. It can be seen from the simulation result that the magnetic field due to the applied current of the
또한 도 5에 나타난 주파수에 따른 유도 전류 세기에 대한 시뮬레이션 결과를 통해 전력 발신부 인덕터(100)에 인가되는 교류 전류의 주파수가 증가할수록 전력 수신부 인덕터(200)에 유도되는 전류의 크기가 대체적으로 증가함을 알 수 있다.In addition, as the frequency of the AC current applied to the
아울러 본 발명은 CMC 구조에 한정하지 않고, 필요에 따라 강자성체가 인덕터를 이루는 패턴 내각에만 도금된 MC(중앙자기회로구조), 강자성체가 도금되지 않은 개방형 구조로도 제작될 수 있다. In addition, the present invention is not limited to the CMC structure, and if necessary, the ferromagnetic material may be manufactured in an open structure in which MC (central magnetic circuit structure) plated only in the pattern cabinet forming the inductor and the ferromagnetic material are not plated.
도 11은 본 발명의 인덕터 구조의 다양한 실시예를 나타낸 것으로 인덕터 패턴 내외곽에 강자성체를 도금한 경우, 내곽에만 도금한 경우, 도금을 하지 않은 경우를 각각 도시한 것이다. 11 illustrates various embodiments of the inductor structure according to the present invention. In the case where the ferromagnetic material is plated inside and outside the inductor pattern, only the inside is plated and the case where the plating is not performed is shown.
또한 인덕터 소자는 필요에 따라 사각형, 육각형, 팔각형, 원형등으로 다양한 모양으로 제작될 수 있다. Inductor devices can also be fabricated in a variety of shapes, including square, hexagonal, octagonal and circular, as required.
그리고 무선 전력 전송 소자가 인체 내에 삽입 되었을 경우, 생체의 움직임과 상처 가능성에 대한 영향을 고려해야 하므로 유연성을 갖는 합성수지(폴리머)를 기반으로 제작된 회로기판에 제조되는 것을 특징으로 한다. 유연인쇄회로기판에 제작된 인덕터는 움직임이 자유롭고 재질이 부드러워 세포의 움직임에 대처가 가능하며 상처 가능성이 적어 인체 내 삽입을 가능하게 한다. 이를 위한 합성수지 기반의 MEMS 기술을 이용하여 평면 인덕터 구조를 제작할 수 있다.In addition, when the wireless power transmission device is inserted into the human body, the influence on the movement of the living body and the possibility of injury must be taken into consideration, so that the circuit board is manufactured based on a flexible resin (polymer). The inductor fabricated in the flexible printed circuit board is free to move and soft in material to cope with the movement of the cells and to be inserted into the human body because of the possibility of injury. The planar inductor structure can be fabricated using synthetic resin-based MEMS technology.
평면형태의 인덕터는 체외 피부에 부착을 한 상태로 사용이 가능하기 때문에 사용자 편의성을 증가 시켜준다. 또한 본 발명에서 제안하는 인덕터는 체내에 삽입된 인덕터의 위치를 체외에서 확인하여 주기 때문에, 보다 정확한 위치에 인덕터를 부착할 수 있다. 따라서 이를 통해 높은 효율의 안정적인 전력공급을 연속적으로 가능하게 할 수 있다.The planar inductor increases user convenience because it can be used while attached to the external skin. In addition, since the inductor proposed by the present invention checks the position of the inductor inserted in the body, the inductor can be attached at a more accurate position. Therefore, it is possible to continuously enable high efficiency and stable power supply.
도 6은 전력 발신부 인덕터(100)에 인가되는 교류 주파수에 따른 전송효율을 실험한 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating a result of experimenting with transmission efficiency according to an AC frequency applied to the
이를 위해 양면 유연인쇄회로기판에 Ni-Fe(81:19) 합금이 인덕터 루프(loop) 의 안쪽 및 외곽에 도금된 CMC 구조 평면 인덕터를 제작하여 실험을 수행하였다. To this end, an experiment was conducted to fabricate a CMC structure planar inductor plated with Ni-Fe (81:19) alloy on the inside and the outside of an inductor loop on a double-sided flexible printed circuit board.
Ni-Fe(81:19) 합금은 강자성체로서 일반적으로 사용된다.Ni-Fe (81:19) alloys are commonly used as ferromagnetic materials.
전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200) 사이에 인공피부를 사이에 두고 전력 발신부 인덕터(100)에 인가되는 교류의 주파수에 따른 전력전송효율 구하였다. The power transmission efficiency according to the frequency of the alternating current applied to the
도 6에서 보는 바와 같이 전력 발신부 인덕터(100)에 인가되는 전류의 교류주파수가 증가할수록 전송효율도 대체적으로 증가하는 경향을 보여주는데 이는 시뮬레이션 결과와도 유사하다. 특히 전력 발신부 인덕터(100)에 인가되는 전류의 주파수가 35MHz 일때 36.88%의 전송효율을 나타내었다.As shown in FIG. 6, as the AC frequency of the current applied to the
도 7은 본 발명의 비정렬 거리에 따른 전송효율을 나타낸 도면이다. 7 is a diagram illustrating transmission efficiency according to unaligned distance of the present invention.
전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)사이의 비정렬거리에 따라 전송효율이 어떻게 달라지는 지 알 수 있다. 도 7은 전력 수신부 인덕터(200)가 합성수지재질 6mm 안쪽 피하에 삽입된 상태에서 전력 발신부 인덕터(100)와 무선 전력 전송 실험을 한 결과이다. It can be seen how the transmission efficiency varies depending on the misalignment distance between the
고주파 작동시 발생하는 잡음의 영향을 줄이기 위해 1MHz 의 발신주파수에서 비정렬 실험이 이루어졌다. 실험 결과는 도 7에서도 보는 바와 같이 비정렬 오차가 증가할수록 전송효율이 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다.In order to reduce the influence of noise generated during high frequency operation, an unalignment experiment was conducted at the 1MHz transmission frequency. As shown in FIG. 7, it can be seen that the transmission efficiency decreases as the misalignment error increases.
이러한 실험 결과는 도 8에 나타난 전력 발신부 인덕터(100) 및 전력 수신부 인덕터(200)간 상호 인덕턴스의 변화로 설명할 수 있다. 두 인덕터간 상호 인덕턴스 M 은 (식 1)과 같이 나타낼 수 있다.This experimental result may be explained by a change in mutual inductance between the
M=
(M= 상호 인덕턴스, k=결합계수, L1: primary 인덕터의 인덕턴스, L2: secondary 인덕터의 인덕턴스)(M = mutual inductance, k = coupling coefficient, L 1 : inductance of primary inductor, L 2 : inductance of secondary inductor)
전력 발신부 인덕터(100)에 인가된 전류에 의해 전력 수신부 인덕터(200)에 유도되는 전류는 M 에 비례한다. 따라서, 비정렬 오차에 의한 k 의 감소는 전력 수신부 인덕터(200)에 유도되는 전류의 감소로 이어진다.The current induced in the
그 결과 비정렬 오차가 커질수록 전송효율은 감소하게 된다. As a result, the transmission efficiency decreases as the misalignment error increases.
도 9는 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200) 사이의 비정렬 오차를 나타낸 도면이다. 9 illustrates a misalignment error between the
전력 발신부 인덕터(100) 뒷면의 위치 보정 인덕터(300)를 통한 비정렬 오차 감지 결과는 도 10에 나타내었다. 전력 발신부 인덕터(100) 및 전력 수신부 인덕터(200)가 정렬이 되었을 때와 비정렬 오차 발생시에 각각 발생하는 위치 보정 인덕터(300)의 유도전류를 감도의 개념을 사용한 값으로 (식 2)와 같이 표현하였다.The misalignment error detection result of the
f = 
(f=비정렬감도, Io=정렬되었을때의 전류값, Ix =비정렬거리 오차가 x mm 일때의 전류값)(f = unalignment sensitivity, I o = current value when aligned, I x = Current value when the misalignment distance error is x mm)
비정렬 오차가 증가함에 따라 비정렬감도 f 도 증가함을 확인할 수 있다. 이를 통해 전력 발신부 인덕터(100) 및 전력 수신부 인덕터(200)의 정확한 정렬이 가능하다.
As the misalignment error increases, the misalignment sensitivity f also increases. This allows accurate alignment of the
100 : 전력 발신부 인덕터
200 : 전력 수신부 인덕터
300 : 위치 보정 인덕터
400 : 저항부100: power transmitter inductor
200: power receiver inductor
300: Position Corrected Inductor
400: resistance
Claims (11)
상기 전력 발신부 인덕터(100)에서 공급하는 전력을 수신하는 전력 수신부 인덕터(200);
상기 전력 발신부 인덕터(100)와 상기 전력 수신부 인덕터(200)의 비정렬 여부를 감지하는 위치 보정 인덕터(300); 및
상기 위치 보정 인덕터(300)와 직렬로 연결된 저항부(400)를 포함하며,
상기 전력 발신부 인덕터(100)와 상기 전력 수신부 인덕터(200)가 정렬되었을 때, 상기 전력 발신부 인덕터(100)로부터 상기 전력 수신부 인덕터(200)로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템.A power transmitter inductor 100 for supplying wireless power;
A power receiver inductor 200 for receiving power supplied from the power transmitter inductor 100;
A position correction inductor 300 for detecting whether the power transmitter inductor 100 and the power receiver inductor 200 are unaligned; And
It includes a resistor 400 connected in series with the position correction inductor 300,
When the power transmitter inductor 100 and the power receiver inductor 200 are aligned, inductor position alignment may be performed by supplying power from the power transmitter inductor 100 to the power receiver inductor 200. Wireless power transmission system using.
상기 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)는 전류가 흐르는 루프(loop) 안쪽 및 외곽이 강자성체로 둘러 싸인 CMC(closed magnetic circuit) 구조인 것을 특징으로 하는 인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1,
The power transmitter inductor 100 and the power receiver inductor 200 have a closed magnetic circuit (CMC) structure surrounded by a ferromagnetic material inside and outside a loop through which a current flows. Transmission system.
상기 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)는 강자성체가 인덕터를 이루는 패턴 내각에만 도금된 MC(중앙자기회로구조)인 것을 특징으로 하는 인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1,
The power transmitter inductor (100) and the power receiver inductor (200) is a wireless power transmission system using an inductor position alignment, characterized in that the ferromagnetic material is plated only MC (central magnetic circuit structure) plated in the inner cabinet.
상기 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)는 생체삽입형 의료기기에 사용하기 위해 유연인쇄회로기판에 제조되는 것을 특징으로 하는 인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1,
The power transmitter inductor 100 and the power receiver inductor 200 are manufactured on a flexible printed circuit board for use in a bio-insertable medical device.
상기 위치 보정 인덕터(300)는 상기 전력 발신부 인덕터(100)의 후면에 설치되는 것을 특징으로 하는 인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1,
The position correction inductor 300 is a wireless power transmission system using the inductor position alignment, characterized in that installed on the back of the power transmitter inductor (100).
상기 위치 보정 인덕터(300)에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정 장치를 더 포함하는 인덕터 위치 정렬을 이용한 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1,
Wireless power transmission system using the inductor position alignment further comprises a current measuring device for measuring the current flowing in the position correction inductor (300).
상기 전력 발신부 인덕터(100) 후면에 설치되며, 상기 전력 발신부 인덕터(100)와 전력 수신부 인덕터(200)에 의해 유도된 전류가 흐르는 위치 보정 인덕터(300); 및 상기 위치 보정 인덕터(300)와 직렬로 연결된 저항부(400);를 포함하는 전자기 유도 방식의 인덕터 비정렬 감지 장치.A power transmitter inductor 100 for supplying wireless power;
A position correction inductor 300 installed at a rear surface of the power transmitter inductor 100 and flowing current induced by the power transmitter inductor 100 and the power receiver inductor 200; And a resistor unit (400) connected in series with the position correction inductor (300).
상기 위치 보정 인덕터(300)에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정 장치를 더 포함하는 전자기 유도 방식의 인덕터 비정렬 감지 장치.The method of claim 7, wherein
Electromagnetic induction inductor misalignment detection apparatus further comprises a current measuring device for measuring the current flowing in the position correction inductor (300).
상기 전력 발신부 인덕터(100)는 전류가 흐르는 루프(loop) 안쪽 및 외곽이 강자성체로 둘러 싸인 CMC(closed magnetic circuit) 구조인 것을 특징으로 하는 전자기 유도 방식의 인덕터 비정렬 감지 장치.The method of claim 7, wherein
The power transmitter inductor (100) is an electromagnetic inductor misalignment detection apparatus of the electromagnetic induction method characterized in that the closed magnetic circuit (CMC) structure is surrounded by a ferromagnetic material inside and outside the loop (flow).
상기 전력 발신부 인덕터(100)는 강자성체가 인덕터를 이루는 패턴 내각에만 도금된 MC(중앙자기회로구조)인 것을 특징으로 하는 전자기 유도 방식의 인덕터 비정렬 감지 장치.The method of claim 7, wherein
The power transmitter inductor (100) is an electromagnetic induction inductor misalignment detection apparatus, characterized in that the ferromagnetic material is the MC (central magnetic circuit structure) plated only in the pattern cabinet forming the inductor.
상기 전력 발신부 인덕터(100)는 인체에 부착하는 것이 용이하도록 유연인쇄회로기판에 제조되는 것을 특징으로 하는 전자기 유도 방식의 인덕터 비정렬 감지 장치.
The method of claim 7, wherein
The power transmitter inductor 100 is an electromagnetic induction inductor misalignment detection apparatus, characterized in that is manufactured on a flexible printed circuit board to be easily attached to the human body.
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