KR20130070450A - Apparatus for transmitting wireless power, apparatus for receiving wireless power, system for transmitting wireless power and method for transmitting wireless power - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling

Abstract

PURPOSE: A wireless power transmission device, a wireless power receiving device, a wireless power transmission system, and a wireless power transmission method are provided to increase availability in an electronic device by making a configuration simple. CONSTITUTION: A wireless power transmission device, a wireless power receiving device, a wireless power transmission system, and a wireless power transmission method comprise the following steps: a transmission unit(210) is provided with an electricity from a power source; the transmission unit transmits the electricity with a non-radiative mode through a transmission cavity coil; a receiver(310) receives the electricity through a receive coil; the receive coil is coupling with the transmission cavity coil; and a detection unit(230) detects a coupling coefficient value of the receive coil and the transmission cavity coil. [Reference numerals] (230) Detection unit; (240) Voltage control unit

Description

무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법{APPARATUS FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER, APPARATUS FOR RECEIVING WIRELESS POWER, SYSTEM FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER AND METHOD FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER}WIRELESS POWER AND METHOD FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER}

본 발명은 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmitter, a wireless power receiver, a wireless power transmission system and a wireless power transmission method.

무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.In the 1800s, electric motors and transformers using electromagnetic induction principles began to be used, and then radio waves and lasers were used to transmit the electric energy to the desired devices wirelessly. A method of transmitting electrical energy by radiating the same electromagnetic wave has also been attempted. Our electric toothbrushes and some wireless shavers are actually charged with electromagnetic induction. To date, energy transmission methods using wireless methods include magnetic induction, magnetic resonance, and long-distance transmission technology using short wavelength radio frequencies.

최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 송신 측은 자기 공진 방식, 수신 측은 자기 유도 방식을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다.Recently, among the wireless power transmission technologies, energy transmission methods using a magnetic resonance method and a magnetic induction method have been widely used for a transmitting side.

그러나, 상기와 같은 에너지 전달 방식은 송신 공진 코일과 수신 코일 간의 결합계수가 변경에 따라 수신 측에 일정한 전력을 공급하지 못하는 문제가 있다.However, the energy transfer scheme as described above has a problem in that constant power cannot be supplied to the receiving side as the coupling coefficient between the transmitting resonance coil and the receiving coil changes.

본 발명은 송신 공진 코일과 수신 코일 간의 결합계수가 변경되어도 수신 측에 일정한 전력의 공급이 가능하도록 하는 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법의 제공을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a wireless power transmitter, a wireless power receiver, a wireless power transmission system and a wireless power transmission method for supplying a constant power to a receiving side even if the coupling coefficient between the transmission resonance coil and the receiving coil is changed. do.

본 발명의 실시 예에 따른 자기 공진형의 무선전력 송신장치가 자기 유도형의 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 무선전력 전송 시스템은, 전력소스로부터 전력을 공급받아 송신 공진 코일을 통해 비방사 방식으로 전력을 전송하는 송신부; 상기 송신 공진 코일과 커플링되는 수신 코일을 통해 전력을 수신하는 수신부; 및 상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일의 결합계수 값을 검출하는 검출부를 포함한다.In a wireless power transmission system in which a magnetic resonance type wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention transmits power to a magnetic induction type wireless power receiver, power is supplied from a power source, and a non-radiative method is provided through a transmission resonance coil. Transmission unit for transmitting power to the; A receiver configured to receive power through a receiver coil coupled with the transmission resonance coil; And a detector configured to detect a coupling coefficient value of the transmission resonance coil and the reception coil.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수신 코일을 포함하는 자기 유도형의 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 자기 공진형의 무선전력 송신장치는, 전력소스로부터 전력을 공급받아 송신 공진 코일을 통해 비방사 방식으로 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 송신부; 및 상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일의 결합계수 값을 검출하는 검출부를 포함한다.A magnetic resonance type wireless power transmitter for transmitting power to a magnetic induction type wireless power receiver including a receiving coil according to another embodiment of the present invention receives power from a power source and slanders through a transmission resonance coil. A transmitter for transmitting power to the wireless power receiver in four ways; And a detector configured to detect a coupling coefficient value of the transmission resonance coil and the reception coil.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기 공진형의 무선전력 송신장치로부터 전력을 수신하는 자기 유도형의 무선전력 수신장치로서, 상기 무선전력 송신장치는, 전력소스로부터 전력을 공급받아 송신 공진 코일을 통해 비방사 방식으로 수신 코일에 전력을 전송하는 송신부와 상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일의 결합계수 값을 검출하는 검출부 및 상기 검출된 결합계수 값을 기초로 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 조절하는 전력 조절부를 포함하고, 상기 무선전력 수신장치는, 상기 수신 코일을 통해 상기 검출된 결합계수 값에 기초하여 조절된 전력을 수신하는 수신부; 및 상기 수신된 전력을 정류하는 정류회로를 포함한다. A magnetic induction type wireless power receiver for receiving power from a magnetic resonance type wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention, wherein the wireless power transmitter receives power from a power source to generate a transmission resonance coil. Transmitter for transmitting power to the receiving coil in a non-radiative manner, a detector for detecting the coupling coefficient value of the transmission resonance coil and the receiving coil and the power delivered to the wireless power receiver based on the detected coupling coefficient value And a power adjusting unit for adjusting the wireless power receiver, wherein the wireless power receiver comprises: a receiving unit receiving power adjusted based on the detected coupling coefficient value through the receiving coil; And a rectifier circuit for rectifying the received power.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 무선전력 전송 방법에 있어서, 상기 무선전력 전송 시스템은, 전력소스로부터 전력을 공급받아 송신 공진 코일을 통해 비방사 방식으로 전력을 전송하는 송신부와 상기 송신 공진 코일과 커플링되는 수신 코일을 통해 전력을 수신하는 수신부 및 상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일의 결합계수 값을 검출하는 검출부를 포함하고, 상기 전력소스에서 상기 송신부를 바라본 제1 입력 임피던스를 측정하는 단계; 상기 측정된 제1 입력 임피던스를 이용하여 상기 결합계수 값을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 결합계수 값에 따라 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 조절하는 단계를 포함한다.In a wireless power transmission method of a wireless power transmission system according to another embodiment of the present invention, the wireless power transmission system, the transmission unit for receiving power from a power source and transmitting power in a non-radiative manner through a transmission resonance coil; A receiver configured to receive power through a receiver coil coupled to the transmitter resonance coil, and a detector configured to detect a coupling coefficient value of the transmitter resonance coil and the receiver coil, the first input impedance viewed from the power source by the transmitter; Measuring; Detecting the coupling coefficient value using the measured first input impedance; And adjusting the power delivered to the wireless power receiver according to the detected coupling coefficient value.

본 발명의 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.

첫째, 무선전력 수신장치의 구성이 간단하므로 모바일 기기와 같은 소형화가 필요한 전자기기에 활용도를 높일 수 있다.First, since the configuration of the wireless power receiver is simple, it is possible to increase the utilization of electronic devices that require miniaturization such as mobile devices.

둘째, 송신 공진 코일과 수신 코일 간의 결합계수가 변경되더라도 무선전력 수신장치에 일정한 전력을 공급할 수 있다.Second, even if the coupling coefficient between the transmission resonance coil and the reception coil is changed, it is possible to supply a constant power to the wireless power receiver.

한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.Meanwhile, various other effects will be directly or implicitly disclosed in the detailed description according to the embodiment of the present invention to be described later.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선전력 전송 시스템의 등가회로도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 방법의 흐름도이다.1 is a block diagram of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)의 구성도이다.1 is a block diagram of a wireless power transmission system 1000 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 무선전력 전송 시스템(1000)은 전력 소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300), 부하단(400)을 포함한다. 송신장치(300)로 전달된 전력은 정류회로(미도시)를 거쳐 부하단(400)으로 전달된다. 부하단(400)은 충전지 또는 기타 전력을 필요로 하는 임의의 장치를 의미할 수 있고, 본 발명의 실시 예에서는 부하저항을 RL로 나타낸다. 일 실시 예에서 부하단(400)은 무선전력 수신장치(300)에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 1, the wireless power transmission system 1000 includes a power source 100, a wireless power transmitter 200, a wireless power receiver 300, and a load stage 400. Power delivered to the transmitter 300 is delivered to the load stage 400 via a rectifier circuit (not shown). The load stage 400 may refer to any device requiring a rechargeable battery or other power, and in the embodiment of the present invention, the load resistance is represented by RL. In one embodiment, the load stage 400 may be included in the wireless power receiver 300.

무선전력 송신장치(200)는 송신부(210), 검출부(220), 전력 조절부(230)를 포함한다.The wireless power transmitter 200 includes a transmitter 210, a detector 220, and a power controller 230.

송신부(210)는 송신 유도 코일부(211), 송신 공진 코일부(212)를 포함한다.The transmitter 210 includes a transmission induction coil unit 211 and a transmission resonant coil unit 212.

무선전력 송신장치(300)는 수신부(310), 정류회로(320)를 포함한다.The wireless power transmitter 300 includes a receiver 310 and a rectifier circuit 320.

수신부(310)는 수신 공진 코일부(311), 수신 유도 코일부(312)를 포함한다.The receiver 310 includes a reception resonance coil unit 311 and a reception induction coil unit 312.

전력 소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 무선전력 송신장치(200)에 전달된 전력은 전자기 유도 현상에 의해 무선전력 수신장치(300)로 전달된다. Power generated by the power source 100 is transferred to the wireless power transmitter 200, and the power delivered to the wireless power transmitter 200 is transferred to the wireless power receiver 300 by an electromagnetic induction phenomenon.

보다 구체적으로 살펴보면, 전력 소스(100)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스이다. More specifically, the power source 100 is an AC power source providing AC power at a predetermined frequency.

송신부(210)는 전력 소스(100)와 연결되며, 전력소스(100)로부터 전력을 공급받아 교류 전류가 흐르게 흐른다. 송신 유도 코일부(211)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일부(212)에도 교류 전류가 유도된다. 송신 공진 코일부(212)로 전달된 전력은 자기 유도에 의해 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.The transmitter 210 is connected to the power source 100 and receives power from the power source 100 so that an AC current flows. When an alternating current flows through the transmission induction coil unit 211, an alternating current is also induced in the transmission resonance coil unit 212 which is physically spaced by electromagnetic induction. Power transmitted to the transmission resonant coil unit 212 is transferred to the wireless power receiver 300 by magnetic induction.

수신부(310)는 수신 코일부(311)를 통해 전력을 수신하고, 수신 코일부(311)로 전달된 전력은 정류 회로(320)를 통해 정류되어 부하(400)로 전달된다.The receiving unit 310 receives power through the receiving coil unit 311, and the power delivered to the receiving coil unit 311 is rectified through the rectifying circuit 320 and transmitted to the load 400.

자기 공진형의 무선전력 송신장치(200)와 자기 유도형의 무선전력 수신장치(300)를 포함하는 무선전력 전송 시스템(1000)은 무선전력 수신장치(300)의 구성이 간단하므로 모바일 기기와 같은 소형화가 필요한 전자기기에 활용도를 높일 수 있다.
The wireless power transmission system 1000 including the magnetic resonance type wireless power transmitter 200 and the magnetic induction type wireless power receiver 300 has a simple configuration of the wireless power receiver 300, such as a mobile device. It can increase the utilization of electronic devices that need miniaturization.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선전력 전송 시스템(1000)의 등가회로도 이다.2 is an equivalent circuit diagram of a wireless power transmission system 1000 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 송신 유도 코일부(211)는 송신 유도 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 포함한다. 여기서, 캐패시터(C1)의 캐패시턴스는 고정된 값일 수 있다.Referring to FIG. 2, the transmission induction coil unit 211 includes a transmission induction coil L1 and a capacitor C1. Here, the capacitance of the capacitor C1 may be a fixed value.

캐패시터(C1)의 일단은 전력소스(100)의 일단에 연결되고, 캐패시터(C1)의 타단은 송신 유도 코일(L1)의 일단에 연결된다. 송신 유도 코일(L1)의 타단은 전력소스(100)의 타단에 연결된다. One end of the capacitor C1 is connected to one end of the power source 100, and the other end of the capacitor C1 is connected to one end of the transmission induction coil L1. The other end of the transmission induction coil L1 is connected to the other end of the power source 100.

송신 공진 코일부(212)는 송신 공진 코일(L2), 캐패시터(C2), 저항(R2)를 포함한다. 송신 공진 코일(L2)은 캐패시터(C2)의 일단에 연결된 일단과 저항(R2)의 일단에 연결된 타단을 포함한다. 저항(R2)의 타단은 캐패시터(C2)의 타단에 연결된다. 저항(R2)는 송신 공진 코일(L2)에서 전력손실로 발생하는 양을 저항으로 나타낸 것이다.The transmission resonant coil unit 212 includes a transmission resonant coil L2, a capacitor C2, and a resistor R2. The transmission resonant coil L2 includes one end connected to one end of the capacitor C2 and the other end connected to one end of the resistor R2. The other end of the resistor R2 is connected to the other end of the capacitor C2. The resistance R2 represents the amount generated by the power loss in the transmission resonance coil L2 as a resistance.

검출부(220)는 송신 공진 코일(L2)과 수신 코일(L3)의 결합계수 값을 검출할 수 있다. 결합계수는 송신 공진 코일(L2)과 수신 코일(L3)간의 전자기적 결합의 정도를 표시하는 것으로, 송신 공진 코일부(212)와 수신 코일부(311)의 거리, 방향, 위치 중 적어도 어느 하나에 의해 달라질 수 있는 값이다.The detector 220 may detect a coupling coefficient value of the transmission resonance coil L2 and the reception coil L3. The coupling coefficient indicates the degree of electromagnetic coupling between the transmission resonant coil L2 and the reception coil L3 and includes at least one of a distance, a direction, and a position of the transmission resonant coil part 212 and the reception coil part 311. The value can vary by.

검출부(220)는 전력소스(100)에서 송신부(210)를 바라본 제1 입력 임피던스(Z1)를 측정하고, 측정된 제1 입력 임피던스(Z1)에 기초하여 결합계수 값을 검출할 수 있다.The detector 220 may measure the first input impedance Z1 viewed by the power source 100 from the power source 100 and detect a coupling coefficient value based on the measured first input impedance Z1.

검출부(220)는 송신부(210)에서 수신부(310)를 바라본 제2 입력 임피던스(Z2)를 측정하고, 제2 입력 임피던스(Z2)를 이용하여 제1 입력 임피던스(Z1)를 측정한 후, 측정된 제1 입력 임피던스(Z1)에 기초하여 결합계수 값을 검출할 수 있다.The detector 220 measures the second input impedance Z2 viewed by the transmitter 210 from the receiver 310, measures the first input impedance Z1 using the second input impedance Z2, and then measures the second input impedance Z1. The coupling coefficient value may be detected based on the first input impedance Z1.

전력 조절부(230)는 상기 검출된 결합계수 값을 기초로 무선전력 수신장치(300)에 전달되는 전력을 조절할 수 있다. The power controller 230 may adjust the power delivered to the wireless power receiver 300 based on the detected coupling coefficient value.

전력 조절부(230)는 전력소스(100)를 제어하여 무선전력 송신장치(200)에 전달하는 전력을 조절하고, 이에 따라 무선전력 수신장치(300)에 전달하는 전력을 조절한다.The power controller 230 controls the power source 100 to adjust the power delivered to the wireless power transmitter 200, and accordingly adjusts the power delivered to the wireless power receiver 300.

전력 조절부(230)는 결합계수 값의 변경에 따라 무선전력 수신장치(300)에 전달되는 전력이 일정하도록 전력소스(100)를 제어할 수 있다.The power controller 230 may control the power source 100 so that the power delivered to the wireless power receiver 300 is constant according to the change of the coupling coefficient value.

이하에서는, 검출부(220)를 통해 송신 공진 코일(L2)과 수신 코일(L3)의 결합계수 값을 검출하고, 전력 조절부(230)를 통해 검출된 결합계수 값에 따라 무선전력 수신장치(300)에 전력이 전송되는 과정을 설명한다.Hereinafter, the coupling coefficient value of the transmission resonance coil L2 and the reception coil L3 is detected through the detector 220, and the wireless power receiver 300 is detected according to the coupling coefficient value detected by the power controller 230. Next, the process of transmitting power is described.

먼저, 송신 공진 코일(L2)과 수신 코일(L3)의 결합계수 값을 검출하는 과정을 살펴본다.First, a process of detecting a coupling coefficient value of the transmission resonance coil L2 and the reception coil L3 will be described.

먼저, 검출부(220)는 무선전력 송신장치(200)에서 무선전력 수신장치(300)를 바라보았을 때 측정되는 제2 입력 임피던스(Z2)를 측정할 수 있다. 제2 입력 임피던스(Z2)는 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.First, the detector 220 may measure the second input impedance Z2 measured when the wireless power transmitter 200 views the wireless power receiver 300. The second input impedance Z2 may be expressed as shown in [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, w는 공진주파수이고, [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.Here, w is the resonant frequency and can be expressed as shown in [Equation 2].

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, C2는 송신 공진 코일부(212)를 등가회로로 변환시 표현되는 캐패시터를 의미한다.Here, C2 means a capacitor that is expressed when the transmission resonant coil unit 212 is converted into an equivalent circuit.

[수학식 1]에서 M2는 송신 공진 코일(L2)와 수신 코일(L3)간 상호 인덕턴스를 의미하고, RL은 부하저항을 의미한다. [수학식 1]은 주파수 영역을 기준으로 한 수식이고, 이하의 수식들도 주파수 영역을 기준으로 한다. 상호 인덕턴스 M2는 송신 공진 코일(L2)와 수신 코일(L3)간의 결합계수(K2)에 따라 변화될 수 있는 값이다.In Equation 1, M2 means mutual inductance between the transmission resonance coil L2 and the reception coil L3, and RL means load resistance. Equation 1 is an expression based on the frequency domain, and the following equations are also based on the frequency domain. The mutual inductance M2 is a value that can vary depending on the coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception coil L3.

결합계수(K2)는 송신 공진 코일(L2)와 수신 코일(L3)간의 전자기적 결합의 정도를 표시하는 것으로, 송신 공진 코일(L2) 및 수신 코일(L3)간의 거리, 방향, 위치 중 적어도 어느 하나에 의해 달라질 수 있는 값이다.The coupling coefficient K2 indicates the degree of electromagnetic coupling between the transmission resonant coil L2 and the reception coil L3 and includes at least any one of a distance, a direction, and a position between the transmission resonant coil L2 and the reception coil L3. A value that can vary by one.

검출부(220)는 측정된 제2 입력 임피던스(Z2)를 이용해 제1 입력 임피던스(Z1)를 측정할 수 있다. 제1 입력 임피던스(Z1)는 전력소스(100)에서 송신부(210)를 바라본 임피던스이다. 제1 입력 임피던스(Z1)는 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.The detector 220 may measure the first input impedance Z1 using the measured second input impedance Z2. The first input impedance Z1 is an impedance seen by the power source 100 from the transmitter 210. The first input impedance Z1 may be expressed as shown in [Equation 3].

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, M1은 송신 유도 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)간의 상호 인덕턴스를 의미하고, 또한, R2는 송신 공진 코일(L2)에서 전력손실로 발생하는 량을 저항으로 나타낸 것이다.Here, M1 means mutual inductance between the transmission induction coil L1 and the transmission resonant coil L2, and R2 represents the amount generated by the power loss in the transmission resonant coil L2 as a resistance.

캐패시터(C2), 누설저항(R2)는 고정된 값일 수 있으나, 상호 인덕턴스 M1은 송신 유도 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)간의 결합계수(K1)에 따라 변화될 수 있는 값이다. 결합계수(K1)는 고정된 값을 갖는다.The capacitor C2 and the leakage resistance R2 may be fixed values, but the mutual inductance M1 may be changed according to the coupling coefficient K1 between the transmission induction coil L1 and the transmission resonance coil L2. Coupling coefficient K1 has a fixed value.

[수학식 3]은 [수학식 2]를 통해 다음의 [수학식 4]로 표현될 수 있다.[Equation 3] can be expressed by the following [Equation 4] through [Equation 2].

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00004
Figure pat00004

송신 공진 코일부(212)에서 양호도(Q)가 우수하다고 가정하여, R2의 값을 0으로 놓고, [수학식 1]을 [수학식 4]에 대입하면, [수학식 5]와 같이 정리될 수 있다.Assuming good transmittance (Q) in the transmission resonant coil unit 212, the value of R2 is set to 0, and when [Equation 1] is substituted into [Equation 4], it is summarized as in [Equation 5]. Can be.

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, 상호 인덕턴스 M1과 M2는 각각 [수학식 6]과 [수학식 7]과 같이 표현될 수 있다.Here, the mutual inductances M1 and M2 may be expressed as Equation 6 and Equation 7, respectively.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure pat00006
Figure pat00006

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00007
Figure pat00007

[수학식 5]에 [수학식 6] 및 [수학식 7]을 대입하면, [수학식 8]과 같이 정리될 수 있다.Substituting [Equation 6] and [Equation 7] into [Equation 5], can be arranged as shown in [Equation 8].

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, 다시 공진주파수 w를 [수학식 9]처럼 정한다.Here, the resonance frequency w is determined again as shown in [Equation 9].

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure pat00009
Figure pat00009

[수학식 9]을 [수학식 8]에 대입하면, [수학식 10]과 같이 정리될 수 있다.Substituting [Equation 9] into [Equation 8], it can be arranged as shown in [Equation 10].

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure pat00010
Figure pat00010

결합계수(K1)는 고정된 값이고, 결합계수(K2)는 송신 공진 코일(L2)과 수신 코일(L3) 간의 거리, 위치, 방향에 따라 가변 되는 값이다. L1, L3, RL의 값은 회로 설계 시 정해지는 고정된 값을 갖는다. 결합계수(K2)는 제1 입력 임피던스(Z1)를 측정하면, [수학식 10]을 통해 결합계수(K2) 값이 검출될 수 있다. 검출부(220)는 제1 입력 임피던스(Z1)를 측정할 수 있다. 제1 입력 임피던스(Z1)는 전력소스(100)로부터 무선전력 송신장치(200)에 입력되는 입력전압과 입력전류의 rms 값을 측정하면, [수학식 11]을 이용해 계산될 수 있다.The coupling coefficient K1 is a fixed value, and the coupling coefficient K2 is a value that varies depending on a distance, a position, and a direction between the transmission resonance coil L2 and the reception coil L3. The values of L1, L3, and RL have fixed values determined during circuit design. When the coupling coefficient K2 measures the first input impedance Z1, the coupling coefficient K2 may be detected through Equation 10. The detection unit 220 can measure the first input impedance Z1. The first input impedance Z1 may be calculated using Equation 11 when the rms values of the input voltage and the input current input from the power source 100 to the wireless power transmitter 200 are measured.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서, Vrms는 전력소스(100)로부터 무선전력 송신장치(200)에 입력되는 rms 입력전압이고, Irms는 전력소스(100)로부터 무선전력 송신장치(200)에 입력되는 rms 입력전류이다.Here, Vrms is an rms input voltage input from the power source 100 to the wireless power transmitter 200, and Irms is an rms input current input from the power source 100 to the wireless power transmitter 200.

만약, 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 거리가 멀어져 결합계수(K2)값이 작아지면, 제1 입력 임피던스(Z1)가 커지고, 그에 따라 입력전류가 작아지게 되어 전력소스(100)에서 무선전력 송신장치(200)에 전달되는 송신전력이 작아진다. 송신전력이 작아지면, 무선전력 수신장치(300)가 수신하는 전력도 작아지므로 무선전력 수신장치(300)에 일정한 전력을 공급하도록 입력전압을 조절할 필요가 있다. If the distance between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300 increases so that the coupling coefficient K2 decreases, the first input impedance Z1 increases, thereby reducing the input current. The transmission power transmitted from the source 100 to the wireless power transmitter 200 is reduced. When the transmission power decreases, the power received by the wireless power receiver 300 also decreases, so it is necessary to adjust the input voltage to supply a constant power to the wireless power receiver 300.

이하에서는 입력전압을 조절하여 무선전력 수신장치(300)에 일정한 전력을 공급하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of supplying constant power to the wireless power receiver 300 by adjusting the input voltage will be described.

먼저, 결합계수(K2)에 따른 송신전력은 [수학식 12]와 같이 표현될 수 있고,First, the transmission power according to the coupling coefficient (K2) can be expressed as shown in [Equation 12],

[수학식 12]&Quot; (12) "

Figure pat00012
Figure pat00012

[수학식 12]를 통해 입력전압에 관한 [수학식 13]을 얻을 수 있다.Through Equation 12, Equation 13 regarding the input voltage can be obtained.

[수학식 13]&Quot; (13) "

Figure pat00013
Figure pat00013

또한, 무선전력 수신장치(300)가 수신하는 수신전력은 송신전력과 전송효율의 곱으로 표현된다. 전력 조절부(230)는 무선전력 수신장치(300)에 일정한 전력이 공급되도록 [수학식 13]의 입력전압을 변경시킬 수 있다. 입력전압이 변경되면, 송신전력 또한, 변경되어 수신전력 또한 일정하게 유지될 수 있다.
In addition, the reception power received by the wireless power receiver 300 is expressed as a product of the transmission power and the transmission efficiency. The power controller 230 may change the input voltage of [Equation 13] to supply a constant power to the wireless power receiver 300. When the input voltage is changed, the transmission power is also changed so that the reception power can also be kept constant.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템(1000)의 무선전력 전송 방법의 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method of the wireless power transmission system 1000 according to an embodiment of the present invention.

먼저, 검출부(220)는 제1 입력 임피던스를 측정한다(S101). 제1 입력 임피던스는 전력소스(100)에서 송신부(210)를 바라보았을 때 측정되는 임피던스이다.First, the detector 220 measures the first input impedance (S101). The first input impedance is an impedance measured when the power source 100 looks at the transmitter 210.

그 후, 검출부(220)는 측정된 제1 입력 임피던스에 기초하여 결합계수 값을 검출할 수 있다(S103). 구체적으로, 검출부(220)는 송신부(210)에서 수신부(310)를 바라본 제2 입력 임피던스(Z2)를 측정하고, 제2 입력 임피던스(Z2)를 이용하여 제1 입력 임피던스(Z1)를 측정한 후, 측정된 제1 입력 임피던스(Z1)에 기초하여 결합계수 값을 검출할 수 있다.Thereafter, the detector 220 may detect a coupling coefficient value based on the measured first input impedance (S103). Specifically, the detector 220 measures the second input impedance Z2 viewed by the transmitter 210 from the receiver 310, and measures the first input impedance Z1 using the second input impedance Z2. Then, the coupling coefficient value may be detected based on the measured first input impedance Z1.

그 후, 전력 조절부(230)는 검출된 결합계수 값을 기초로 전력소스(100)를 제어하여 무선전력 수신장치(300)에 전달되는 전력을 조절할 수 있다(S105). 일 실시 예에서 전력 조절부(230)는 결합계수 값의 변경에 따라 무선전력 수신장치(300)에 전달되는 전력이 일정하도록 전력소스(100)를 조절할 수 있다.Thereafter, the power control unit 230 may control the power source 100 based on the detected coupling coefficient value to adjust the power delivered to the wireless power receiver 300 (S105). In one embodiment, the power controller 230 may adjust the power source 100 so that the power delivered to the wireless power receiver 300 is constant according to the change of the coupling coefficient value.

그 후, 송신부(310)는 전력 조절부(230)에 의해 조절된 전력을 무선전력 수신장치(300)에 전송할 수 있다(S107). 전력전송 방식은 자기 공진 현상에 기초할 수 있다.
Thereafter, the transmitter 310 may transmit the power adjusted by the power controller 230 to the wireless power receiver 300 (S107). The power transmission scheme may be based on a magnetic resonance phenomenon.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It should be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.

100: 전력 소스
200: 무선전력 송신장치
210: 송신 유도 코일부
220: 송신 공진 코일부
300: 무선전력 수신장치
310: 수신 코일부
320: 정류회로
400: 부하단100: Power source
200: Wireless power transmitting device
210: transmission induction coil unit
220: transmission resonance coil portion
300: Wireless power receiving device
310: receiving coil part
320: rectifier circuit
400: load stage

Claims (22)

자기 공진형의 무선전력 송신장치가 자기 유도형의 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 무선전력 전송 시스템으로서,
전력소스로부터 전력을 공급받아 송신 공진 코일을 통해 비방사 방식으로 전력을 전송하는 송신부;
상기 송신 공진 코일과 커플링되는 수신 코일을 통해 전력을 수신하는 수신부; 및
상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일의 결합계수 값을 검출하는 검출부를 포함하는 무선전력 전송 시스템.A wireless power transmission system in which a magnetic resonance type wireless power transmitter transmits power to a magnetic induction wireless power receiver,
A transmitter for receiving power from a power source and transmitting power in a non-radiative manner through a transmission resonance coil;
A receiver configured to receive power through a receiver coil coupled with the transmission resonance coil; And
And a detector configured to detect a coupling coefficient value of the transmission resonance coil and the reception coil. 제1항에 있어서,
상기 검출된 결합계수 값을 기초로 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 조절하는 전력 조절부를 더 포함하는 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1,
And a power controller configured to adjust power delivered to the wireless power receiver based on the detected coupling coefficient value. 제2항에 있어서, 상기 전력 조절부는,
상기 결합계수 값의 변경에 따라 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력이 일정하도록 상기 전력소스를 조절하는 무선전력 전송 시스템.The method of claim 2, wherein the power control unit,
And controlling the power source so that the power delivered to the wireless power receiver is constant according to the change of the coupling coefficient value. 제1항에 있어서, 상기 결합계수 값은,
상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일 간의 거리, 위치, 방향 중 적어도 어느 하나에 의해 변하는 값인 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1, wherein the coupling coefficient value,
And a value changed by at least one of a distance, a position, and a direction between the transmitting resonance coil and the receiving coil. 제1항에 있어서, 상기 검출부는,
상기 전력소스에서 상기 송신부를 바라본 제1 입력 임피던스를 측정하고, 상기 측정된 제1 입력 임피던스에 기초하여 상기 결합계수 값을 검출하는 무선전력 전송 시스템.The apparatus according to claim 1,
And measuring a first input impedance viewed from the power source as viewed from the transmitter, and detecting the coupling coefficient value based on the measured first input impedance. 제1항에 있어서, 상기 송신부는,
상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일; 및
상기 송신 유도 코일로부터 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 상기 수신부에 전력을 전달하는 송신 공진 코일을 포함하는 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1, wherein the transmitting unit,
A transmission induction coil receiving power from the power source; And
And a transmission resonant coil configured to transfer power received from the transmission induction coil to the reception unit by electromagnetic induction. 제1항에 있어서, 상기 수신부는,
상기 송신부의 송신 공진 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 공진 코일을 포함하는 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1, wherein the receiving unit,
And a reception resonance coil configured to receive power by electromagnetic induction from the transmission resonance coil of the transmitter. 제1항에 있어서,
상기 무선전력 수신장치로부터 전력을 공급받는 부하단을 더 포함하는 무선전력 전송 시스템.The method of claim 1,
And a load end receiving power from the wireless power receiver. 수신 코일을 포함하는 자기 유도형의 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 자기 공진형의 무선전력 송신장치로서,
전력소스로부터 전력을 공급받아 송신 공진 코일을 통해 비방사 방식으로 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 송신부; 및
상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일의 결합계수 값을 검출하는 검출부를 포함하는 무선전력 송신장치.A magnetic resonance type wireless power transmitter for transmitting power to a magnetic induction type wireless power receiver including a receiving coil,
A transmitter for receiving power from a power source and transmitting power to the wireless power receiver in a non-radiative manner through a transmission resonant coil; And
And a detector configured to detect a coupling coefficient value of the transmission resonance coil and the reception coil. 제9항에 있어서,
상기 검출된 결합계수 값을 기초로 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 조절하는 전력 조절부를 더 포함하는 무선전력 송신장치.10. The method of claim 9,
And a power controller configured to adjust power delivered to the wireless power receiver based on the detected coupling coefficient value. 제10항에 있어서, 상기 전력 조절부는,
상기 결합계수 값의 변경에 따라 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력이 일정하도록 상기 전력소스를 조절하는 무선전력 송신장치.The method of claim 10, wherein the power control unit,
And controlling the power source so that the power delivered to the wireless power receiver is constant according to the change of the coupling coefficient value. 제9항에 있어서, 상기 결합계수 값은,
상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일 간의 거리, 위치, 방향 중 적어도 어느 하나에 의해 변하는 값인 무선전력 송신장치.The method of claim 9, wherein the coupling coefficient value,
And a value changed by at least one of a distance, a position, and a direction between the transmission resonance coil and the reception coil. 제9항에 있어서, 상기 검출부는,
상기 전력소스에서 상기 송신부를 바라본 제1 입력 임피던스를 측정하고, 상기 측정된 제1 입력 임피던스에 기초하여 상기 결합계수 값을 검출하는 무선전력 송신장치.The method of claim 9, wherein the detection unit,
And measuring a first input impedance of the power source as viewed from the power source, and detecting the coupling coefficient value based on the measured first input impedance. 제9항에 있어서, 상기 송신부는,
상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일; 및
상기 송신 유도 코일로부터 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 상기 수신부에 전력을 전달하는 송신 공진 코일을 포함하는 무선전력 송신장치.The method of claim 9, wherein the transmitting unit,
A transmission induction coil receiving power from the power source; And
And a transmission resonant coil configured to transfer power received from the transmission induction coil to the reception unit by electromagnetic induction. 자기 공진형의 무선전력 송신장치로부터 전력을 수신하는 자기 유도형의 무선전력 수신장치로서,
상기 무선전력 송신장치는,
전력소스로부터 전력을 공급받아 송신 공진 코일을 통해 비방사 방식으로 수신 코일에 전력을 전송하는 송신부와 상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일의 결합계수 값을 검출하는 검출부 및 상기 검출된 결합계수 값을 기초로 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 조절하는 전력 조절부를 포함하고,
상기 무선전력 수신장치는,
상기 수신 코일을 통해 상기 검출된 결합계수 값에 기초하여 조절된 전력을 수신하는 수신부; 및
상기 수신된 전력을 정류하는 정류회로를 포함하는 무선전력 수신장치.A magnetic induction type wireless power receiver for receiving power from a magnetic resonance type wireless power transmitter,
The wireless power transmitter,
A transmitter that receives power from a power source and transmits power to a receiver coil in a non-radiative manner through a transmitter resonance coil, a detector that detects a coupling coefficient value of the transmitter resonance coil and the receiver coil, and based on the detected coupling coefficient value And including a power control unit for adjusting the power delivered to the wireless power receiver,
The wireless power receiver,
A receiver configured to receive power adjusted based on the detected coupling coefficient value through the receiving coil; And
Wireless power receiver comprising a rectifier circuit for rectifying the received power. 제15항에 있어서, 상기 전력 조절부는,
상기 결합계수 값의 변경에 따라 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력이 일정하도록 상기 전력소스를 조절하는 무선전력 수신장치.The method of claim 15, wherein the power control unit,
And controlling the power source so that the power delivered to the wireless power receiver is constant according to the change of the coupling coefficient value. 제15항에 있어서, 상기 결합계수 값은,
상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일 간의 거리, 위치, 방향 중 적어도 어느 하나에 의해 변하는 값인 무선전력 수신장치.The method of claim 15, wherein the coupling coefficient value,
And a value changed by at least one of a distance, a position, and a direction between the transmitting resonance coil and the receiving coil. 제15항에 있어서, 상기 검출부는,
상기 전력소스에서 상기 송신부를 바라본 제1 입력 임피던스를 측정하고, 상기 측정된 제1 입력 임피던스에 기초하여 상기 결합계수 값을 검출하는 무선전력 수신장치.The method of claim 15, wherein the detection unit,
And measuring a first input impedance of the power source as viewed from the power source, and detecting the coupling coefficient value based on the measured first input impedance. 제15항에 있어서, 상기 송신부는,
상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일; 및
상기 송신 유도 코일로부터 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 상기 수신부에 전력을 전달하는 송신 공진 코일을 포함하는 무선전력 수신장치.The method of claim 15, wherein the transmitting unit,
A transmission induction coil receiving power from the power source; And
And a transmission resonant coil configured to transfer power received from the transmission induction coil to the reception unit by electromagnetic induction. 무선전력 전송 시스템의 무선전력 전송 방법에 있어서,
상기 무선전력 전송 시스템은,
전력소스로부터 전력을 공급받아 송신 공진 코일을 통해 비방사 방식으로 전력을 전송하는 송신부와, 상기 송신 공진 코일과 커플링되는 수신 코일을 통해 전력을 수신하는 수신부 및 상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일의 결합계수 값을 검출하는 검출부를 포함하고,
상기 전력소스에서 상기 송신부를 바라본 제1 입력 임피던스를 측정하는 단계;
상기 측정된 제1 입력 임피던스를 이용하여 상기 결합계수 값을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 결합계수 값에 따라 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 조절하는 단계를 포함하는 무선전력 전송 방법.In the wireless power transmission method of the wireless power transmission system,
The wireless power transmission system,
A transmitter that receives power from a power source and transmits power in a non-radiative manner through a transmission resonant coil, a receiver that receives power through a receiving coil coupled to the transmission resonant coil, and the transmission resonant coil and the receiving coil. A detection unit for detecting a coupling coefficient value,
Measuring a first input impedance viewed from the power source at the transmitter;
Detecting the coupling coefficient value using the measured first input impedance; And
And adjusting the power delivered to the wireless power receiver according to the detected coupling coefficient value. 제20항에 있어서, 상기 검출된 결합계수 값에 따라 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 조절하는 단계는,
상기 결합계수 값의 변경에 따라 상기 무선전력 수신장치에 전달되는 전력이 일정하도록 상기 전력소스를 조절하는 단계를 포함하는 무선전력 전송 방법.The method of claim 20, wherein adjusting the power delivered to the wireless power receiver according to the detected coupling coefficient value comprises:
And adjusting the power source so that the power delivered to the wireless power receiver is constant according to the change of the coupling coefficient value. 제20항에 있어서, 상기 결합계수 값은,
상기 송신 공진 코일과 상기 수신 코일 간의 거리, 위치, 방향 중 적어도 어느 하나에 의해 변하는 값인 무선전력 전송 방법.

The method of claim 20, wherein the coupling coefficient value,
And a value changed by at least one of a distance, a position, and a direction between the transmission resonance coil and the reception coil.

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