KR20130102511A - 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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Abstract

PURPOSE: A wireless power transmitting device, a wireless power receiving device, a wireless power transmitting system, and a wireless power transmitting method are provided to improve power transmission efficiency by detecting a coupling coefficient between a transmission resonant coil and a reception resonant coil. CONSTITUTION: A wireless power transmitting device (200) includes a transmitting unit (210) and a detecting unit (220). The transmission induction coil receives AC power with a preset frequency from a power source (100). The detecting unit detects a coupling coefficient between a transmission resonant coil and a reception resonant coil. A wireless power receiving device(300) includes a receiving unit (310) and a detecting unit (320). The receiving unit includes a reception resonant coil (311) and a reception induction coil (312). The reception resonant coil transmits the power from the transmission resonant coil to the reception induction coil. [Reference numerals] (220,320) Detecting 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. 보다 상세하게는, 무선전력 송신장치 및 무선전력 수신장치 간 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있는 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. More specifically, the present invention relates to a wireless power transmitter, a wireless power receiver, a wireless power transmitter, and a wireless power transmitter capable of maximizing power transfer efficiency between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.

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 시도 되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 전자기 유도 방식은 소형 기기를 중심으로 상용화가 빠르게 진행되고 있으나, 전력의 전송 거리가 짧은 문제가 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. Electromagnetic induction is a phenomenon in which a voltage is induced and a current flows when a magnetic field is changed around a conductor. Electromagnetic induction method is rapidly commercialized around small devices, but there is a problem that the transmission distance of power is short.

현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 전자기 유도 이외에 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.Up to now, the energy transmission system by radio system includes electromagnetic induction, self-resonance and remote transmission using short-wave radio frequency.

최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 자기 공진을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다.In recent years, among such wireless power transmission techniques, energy transmission using self resonance is widely used.

자기 공진을 이용한 무선전력 전송 시스템은 송신 측과 수신 측에 형성된 전기신호가 코일을 통해 무선으로 전달되기 때문에 사용자는 휴대용 기기와 같은 전자기기를 손쉽게 충전할 수 있다.In the wireless power transmission system using self-resonance, since the electric signals formed on the transmission side and the reception side are wirelessly transmitted through the coil, the user can easily charge electronic devices such as portable devices.

그러나, 종래에는 전력 전송 효율을 높이는데 한계가 있었다.However, in the past, there was a limit in increasing the power transmission efficiency.

이와 관련한 선행특허문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0031526호가 있다.As a related prior patent document there is Republic of Korea Patent Publication No. 10-2006-0031526.

본 발명은 송신 공진 코일과 수신 공진 코일 간 결합계수를 검출하여 전력전송 효율을 증가시킬 수 있는 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 capable of detecting a coupling coefficient between a transmission resonance coil and a reception resonance coil to increase power transmission efficiency.

본 발명은 송신 공진 코일과 수신 공진 코일 간 결합계수를 검출하고, 검출된 결합계수에 따라 수신 유도 코일의 인덕턴스를 가변시켜 전력전송 효율을 극대화시킬 수 있는 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법의 제공을 목적으로 한다.The present invention detects a coupling coefficient between a transmission resonance coil and a reception resonance coil, and changes a inductance of a reception induction coil in accordance with the detected coupling coefficient. An object of the present invention is to provide a power transmission system and a wireless power transmission method.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치는 상기 무선전력 송신장치의 송신 코일로부터 공진을 이용하여 교류 전력을 수신하는 수신 코일 및 상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합상태에 기초하여 상기 수신 코일과 커플링되어 전력을 수신하는 코일의 임피던스를 변경시키는 임피던스 가변부를 포함한다.A wireless power receiver for wirelessly receiving power from a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention includes a receiver coil for receiving AC power using resonance from a transmission coil of the wireless power transmitter and the transmission coil and the And an impedance varying unit coupled to the receiving coil to change the impedance of the coil receiving the power based on the coupling state of the receiving coil.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치는 교류전력을 생성하는 전력 소스와 상기 교류전력을 공진을 이용하여 상기 무선전력 수신장치의 수신 코일로 전송하는 송신 코일 및In a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention, a power source for generating AC power and the AC power are transmitted to a receiving coil of the wireless power receiver using resonance. Transmitting coil and

상기 수신 코일과 커플링되어 전력을 수신하는 코일의 인덕턴스를 변경하기 위해 상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합상태를 검출하는 검출부를 포함한다.And a detector configured to detect a coupling state of the transmitting coil and the receiving coil to change an inductance of the coil coupled to the receiving coil to receive power.

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

첫째, 송신 공진 코일과 수신 공진 코일 간 결합계수를 검출하여 전력전송 효율을 증가시킬 수 있다.First, the power transmission efficiency may be increased by detecting a coupling coefficient between the transmission resonance coil and the reception resonance coil.

둘째, 송신 공진 코일과 수신 공진 코일 간 결합계수를 검출하고, 검출된 결합계수에 따라 수신 유도 코일의 인덕턴스를 가변시켜 전력전송 효율을 극대화시킬 수 있다.Second, the coupling coefficient between the transmission resonance coil and the reception resonance coil may be detected, and the inductance of the reception induction coil may be varied according to the detected coupling coefficient to maximize the power transmission efficiency.

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 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)의 등가 회로도이다.
도 3은 결합계수(K2)가 0.1인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.
도 4는 결합계수(K2)가 0.05인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 결합계수(K2)가 0.03인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.
도 6은 결합계수(K2)가 0.01인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템(1000)의 등가 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인덕턴스 가변부(313)의 예시이다.
도 9는 결합계수(K2)가 0.1이고, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 20uH인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.
도 10은 결합계수(K2)가 0.05이고, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 5uH인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.
도 11은 결합계수(K2)가 0.03이고, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 4uH인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.
도 12는 도 11은 결합계수(K2)가 0.03이고, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 1.5uH인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.
도 13은 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스를 고정시킨 경우와 가변시킨 경우, 각각의 결합계수(K2)에 따른 전력전송 효율(E)의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 무선전력 전송 방법에 대한 흐름도이다.1 is a block diagram of a self-resonant wireless power transmission system 1000 according to an embodiment of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram of a self-resonant wireless power transmission system 1000 according to a first embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.1.
4 is a graph showing a frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.05.
5 is a diagram illustrating a graph between frequency and power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.03.
FIG. 6 is a diagram illustrating a graph between frequency and power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.01.
7 is an equivalent circuit diagram of a wireless power transmission system 1000 according to a second embodiment of the present invention.
8 is an illustration of an inductance variable part 313 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph illustrating frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.1 and the inductance of the inductance variable part 313 is 20 uH.
FIG. 10 is a graph illustrating frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.05 and the inductance of the inductance variable part 313 is 5 uH.
FIG. 11 is a graph illustrating a frequency-power transmission efficiency graph when the coupling coefficient K2 is 0.03 and the inductance of the inductance variable part 313 is 4 uH.
FIG. 12 is a graph illustrating frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.03 and the inductance of the inductance variable unit 313 is 1.5 uH.
FIG. 13 is a view for explaining a change in power transmission efficiency E according to each coupling coefficient K2 when the inductance of the inductance variable unit 313 is fixed and variable.
14 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method of a wireless power transmission system 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 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)의 구성도이다.1 is a block diagram of a self-resonant wireless power transmission system 1000 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)은 전력소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300), 부하단(400)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the self-resonant wireless power transmission system 1000 according to an embodiment of the present invention may include a power source 100, a wireless power transmitter 200, a wireless power receiver 300, and a load terminal ( 400).

전력소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 무선전력 송신장치(200)로 전달된 전력은 자기 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다. 무선전력 수신장치(300)로 전달된 전력은 정류회로(미도시)를 거쳐 부하단(400)으로 전달된다.The power generated by the power source 100 is transmitted to the wireless power transmitter 200, and the power delivered to the wireless power transmitter 200 is resonant with the wireless power transmitter 200 by a magnetic resonance phenomenon. It is delivered to the power receiver 300. Power delivered to the wireless power receiver 300 is delivered to the load stage 400 via a rectifier circuit (not shown).

일 실시 예에서 부하단(400)은 무선전력 수신장치(300)에 포함될 수도 있으나, 이하에서 부하단(400)은 무선전력 수신장치(300)와 별도로 구비되는 것을 가정하여 설명한다. 부하단(400)은 충전지 또는 기타 전력을 필요로 하는 임의의 장치를 의미할 수 있다.In an exemplary embodiment, the load stage 400 may be included in the wireless power receiver 300, but the load stage 400 will be described below on the assumption that the load stage 400 is provided separately from the wireless power receiver 300. Load stage 400 may refer to any device that requires a rechargeable battery or other power.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)의 등가 회로도이다.2 is an equivalent circuit diagram of a self-resonant wireless power transmission system 1000 according to a first embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)은 전력소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300), 부하단(400)을 포함한다. Referring to FIG. 2, the self-resonant wireless power transmission system 1000 according to the first embodiment of the present invention includes a power source 100, a wireless power transmitter 200, a wireless power receiver 300, and a load end. 400.

전력 소스(100)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스일 수 있다.The power source 100 may be an alternating current power source providing alternating current power of a predetermined frequency.

무선전력 송신장치(200)는 송신부(210), 검출부(220)를 포함할 수 있다.The wireless power transmission apparatus 200 may include a transmitting unit 210 and a detecting unit 220.

송신부(210)는 송신 유도 코일부(211), 송신 공진 코일부(212)를 포함할 수 있다.The transmission unit 210 may include a transmission inductive coil part 211 and a transmission resonant coil part 212.

송신 유도 코일부(211)는 전력소스(100)의 일단과 타단에 연결된다. The transmission induction coil unit 211 is connected to one end and the other end of the power source 100.

송신 유도 코일부(211)은 송신 유도 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 포함한다. 여기서, 캐패시터(C1)의 캐패시턴스는 고정된 값일 수 있다. 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)을 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 resonance coil section 212 includes a transmission resonance 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.

송신 유도 코일부(211)는 전력소스(100)로부터 소정 주파수를 갖는 교류전력을 공급받을 수 있다.The transmission induction coil unit 211 may receive AC power having a predetermined frequency from the power source 100.

송신 공진 코일부(212)는 전자기 유도에 의해 송신 유도 코일부(211)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 즉, 송신 공진 코일부(212)는 송신 유도 코일부(211)에 교류전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일부(212)에도 교류전류가 유도되어 전력을 공급받을 수 있다.The transmission resonance coil unit 212 may receive power from the transmission induction coil unit 211 by electromagnetic induction. That is, when an AC current flows through the transmission induction coil unit 211, the transmission resonant coil unit 212 may receive an AC current to be supplied to the transmission resonance coil unit 212 that is physically spaced by electromagnetic induction. have.

송신 공진 코일부(212)는 공급받은 전력을 자기 공진을 이용하여 무선전력 수신장치(300)로 전송할 수 있다. 자기 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 전력 전송이 가능하고, 더 높은 전력 전송 효율로 전력 전송이 가능한 이점이 있다.The transmission resonant coil unit 212 may transmit the received power to the wireless power receiver 300 by using magnetic resonance. Power transmission by magnetic resonance has the advantage that the power can be transmitted over a longer distance than the power transmission by electromagnetic induction, and the power can be transmitted with higher power transmission efficiency.

검출부(220)는 제1 입력 임피던스(Z1) 및 제2 입력 임피던스(Z2)를 검출할 수 있다. 제1 입력 임피던스(Z1)는 전력소스(100)에서 무선전력 송신장치(200) 측을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미할 수 있고, 제2 입력 임피던스(Z2)는 무선전력 송신장치(200)에서 무선전력 수신장치(300) 측을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미할 수 있다.The detector 220 may detect the first input impedance Z1 and the second input impedance Z2. The first input impedance Z1 may refer to an impedance measured when the power source 100 faces the wireless power transmitter 200, and the second input impedance Z2 is a wireless power transmitter 200. This may refer to the impedance measured when looking toward the wireless power receiver 300.

후술하겠지만, 제1 입력 임피던스(Z1) 및 제2 입력 임피던스(Z2)는 무선전력 수신장치(300) 내에 있는 검출부(320)를 통해 검출될 수도 있다.As will be described later, the first input impedance Z1 and the second input impedance Z2 may be detected by the detector 320 in the wireless power receiver 300.

검출부(220)는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)를 검출할 수 있다.The detector 220 may detect a coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3.

후술하겠지만, 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)는 무선전력 수신장치(300) 내에 있는 검출부(320)를 통해 검출될 수도 있다.As will be described later, the coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3 may be detected through the detector 320 in the wireless power receiver 300.

결합계수(K2)는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간의 전자기적 결합의 정도를 표시하는 것으로, 무선전력 송신장치(200) 및 무선전력 수신장치(300) 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 resonant coil L3. The coupling coefficient K2 is a distance, a direction, between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300. A value that can vary by at least one of the positions.

무선전력 수신장치(300)는 수신부(310), 검출부(320)를 포함할 수 있다.The wireless power receiver 300 may include a receiver 310 and a detector 320.

수신부(310)는 수신 공진 코일부(311)와 수신 유도 코일부(312)를 포함할 수 있다.The reception unit 310 may include a reception resonance coil unit 311 and a reception induction coil unit 312.

수신 공진 코일부(311)는 수신 공진 코일(L3), 캐패시터(C3), 저항(R3)을 포함한다. 수신 공진 코일(L3)은 캐패시터(C3)의 일단에 연결된 일단과 저항(R3)의 일단에 연결된 타단을 포함한다. 저항(R3)의 타단은 캐패시터(C2)의 타단에 연결된다. 저항(R3)은 수신 공진 코일(L3)에서 전력손실로 발생하는 양을 나타낸 것이다.The reception resonance coil portion 311 includes a reception resonance coil L3, a capacitor C3, and a resistor R3. The reception resonance coil L3 includes one end connected to one end of the capacitor C3 and the other end connected to one end of the resistor R3. The other end of the resistor R3 is connected to the other end of the capacitor C2. The resistor R3 represents the amount generated by the power loss in the reception resonance coil L3.

수신 유도 코일부(312)는 양단이 각각 부하단(400)의 양단에 연결되는 수신 유도 코일(L4) 및 캐패시터(C4)를 포함할 수 있다. 수신 유도 코일(L4)의 인덕턴스 및 캐패시터(C4)의 캐패시턴스는 고정된 값일 수 있다.The reception induction coil unit 312 may include a reception induction coil L4 and a capacitor C4 having both ends connected to both ends of the load terminal 400, respectively. The inductance of the receiving induction coil L4 and the capacitance of the capacitor C4 may be fixed values.

수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)와 공진주파수에서 자기 공진 상태를 유지한다. 즉, 수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)와 커플링(coupling)되어 비방사(Non-Radiative) 방식으로 전력을 수신할 수 있다.The reception resonance coil portion 311 maintains the self resonance state at the resonance frequency with the transmission resonance coil portion 212. [ That is, the reception resonant coil unit 311 may be coupled to the transmission resonant coil unit 212 to receive power in a non-radiative manner.

수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)로부터 수신한 전력을 수신 유도 코일부(321)에 전달한다.The reception resonant coil unit 311 transfers the power received from the transmission resonant coil unit 212 to the reception induction coil unit 321.

수신 유도 코일부(312)는 전자기 유도에 의해 수신 공진 코일부(311)로부터 전력을 전달받는다.The reception induction coil unit 312 receives power from the reception resonance coil unit 311 by electromagnetic induction.

수신 유도 코일부(312)로 전달된 전력은 정류회로(미도시)를 거쳐 부하단(400)으로 전달된다. The power delivered to the reception induction coil unit 312 is transferred to the load stage 400 via a rectifier circuit (not shown).

정류회로는 수신 유도 코일부(312)로부터 전달받은 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있다.The rectifier circuit may convert AC power received from the reception induction coil unit 312 into DC power.

정류회로는 정류기 및 평활회로를 포함할 수 있다.The rectifier circuit may include a rectifier and a smoothing circuit.

정류기는 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기능을 수행한다. 본 발명의 실시 예에서 전력은 전압 또는 전류와 비례하므로 편의상 전력과 전압, 전류는 같은 개념임을 가정한다. 정류기능은 전류를 한 방향으로만 통과시키는 기능을 의미한다. 즉, 정류기는 순방향 저항은 작고, 역방향 저항은 충분히 커서 한쪽 방향으로만 전류를 통과시킬 수 있다.The rectifier performs a rectifying function for converting the received AC power into DC power. In the embodiment of the present invention, power is proportional to voltage or current, and therefore, it is assumed that power, voltage, and current are the same concept for convenience. The rectifying function means the function of passing the current in one direction only. That is, the rectifier has a small forward resistance and a large reverse resistance, so that the current can pass only in one direction.

평활 회로는 정류기에서 출력된 직류전력에서 리플 성분을 제거하여 완전한 직류전력을 출력할 수 있다.The smoothing circuit removes the ripple component from the DC power output from the rectifier and outputs a complete DC power.

검출부(320)는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)를 검출할 수 있다.The detector 320 may detect a coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3.

결합계수(K2)는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간의 전자기적 결합의 정도를 표시하는 것으로, 무선전력 송신장치(200) 및 무선전력 수신장치(300) 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 resonant coil L3. The coupling coefficient K2 is a distance, a direction, between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300. A value that can vary by at least one of the positions.

송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)를 검출하는 이유를 설명한다.The reason for detecting the coupling coefficient K2 between the transmission resonant coil L2 and the reception resonant coil L3 will be described.

자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)에서는 결합계수(K2)의 변화로 인해 전력전송 효율이 변화될 수 있다. 즉, 무선전력 송신장치(200)가 고정이 되어 있다 하더라도, 전력을 수신하는 무선전력 수신장치(300)의 위치, 방향, 거리가 항상 변할 수 있으므로, 결합계수(K2)는 항상 변화될 수 있다. In the self-resonant wireless power transmission system 1000, the power transmission efficiency may change due to a change in the coupling coefficient K2. That is, even if the wireless power transmitter 200 is fixed, the position, direction, and distance of the wireless power receiver 300 that receives power may always change, and thus, the coupling coefficient K2 may always change. .

따라서, 결합계수(K2)를 검출하여 그에 따라 적절한 조치를 취하는 것이 중요하다.Therefore, it is important to detect the coupling coefficient K2 and take appropriate measures accordingly.

이하에서는, 결합계수(K2)에 따라 전력전송 효율이 변할 수 있음을 수식과 그래프를 통해 살펴본다.Hereinafter, the power transmission efficiency may vary according to the coupling coefficient K2.

우선, 제1,2,3 입력 임피던스(Z1, Z2, Z3) 및 제1,2,3 전류(I1, I2, I3)에 관한 수학식을 표현해 보기로 한다.First, the equations for the first, second and third input impedances Z1, Z2 and Z3 and the first, second and third currents I1, I2 and I3 will be described.

제3 입력 임피던스(Z3)는 수신 공진 코일부(311)에서 부하단(400)을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.The third input impedance Z3 may refer to an impedance measured when the reception resonance coil unit 311 looks at the load terminal 400 and may be expressed as shown in [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, w는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)간 공진될 때의 공진주파수이고, M3는 수신 공진 코일(L3)와 수신 유도 코일(L4)간 상호 인덕턴스를 의미한다. 또한, ZL은 출력 임피던스이고, 출력 임피던스는 수신 유도 코일부(312)에서 부하단(400)을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미할 수 있다. 송신 공진 코일(L2)의 인덕턴스, 수신 공진 코일(L3)의 인덕턴스 및 상호 인덕턴스 M3의 값은 설계 시 고정된 값이다.Here, w is the resonance frequency when the resonance between the transmission resonant coil L2 and the reception resonant coil L3 is resonant, and M3 means mutual inductance between the reception resonant coil L3 and the reception induction coil L4. In addition, ZL is an output impedance, and the output impedance may refer to an impedance measured when the receiving induction coil unit 312 looks at the load terminal 400. The inductance of the transmission resonant coil L2, the inductance of the reception resonant coil L3, and the mutual inductance M3 are fixed values in design.

검출부(320)는 제3 입력 임피던스(Z3) 및 출력 임피던스(ZL)를 검출할 수 있다. 또한, 검출부(320)는 제1 입력 임피던스(Z1) 및 제2 입력 임피던스(Z2)를 검출할 수도 있다. The detector 320 may detect the third input impedance Z3 and the output impedance ZL. In addition, the detector 320 may detect the first input impedance Z1 and the second input impedance Z2.

[수학식 1]은 주파수 영역을 기준으로 한 수식이고, 이하의 수식들도 주파수 영역을 기준으로 한다. Equation 1 is an expression based on the frequency domain, and the following equations are also based on the frequency domain.

제2 입력 임피던스(Z2)는 무선전력 송신장치(200)에서 무선전력 수신장치(300)를 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.The second input impedance Z2 means an impedance measured when the wireless power transmission apparatus 200 looks at the wireless power reception apparatus 300 and can be expressed as Equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, M2는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)간의 상호 인덕턴스를 의미하고, C3는 수신 공진 코일부(311)를 등가회로로 변환시 표현되는 캐패시터를 의미한다. 또한, R3는 수신 공진 코일(L3)에서 전력손실로 발생하는 량을 저항으로 나타낸 것을 의미한다.Here, M2 denotes a mutual inductance between the transmission resonant coil L2 and the reception resonant coil L3, and C3 denotes a capacitor expressed when the reception resonant coil unit 311 is converted into an equivalent circuit. In addition, R3 means that the amount generated by the power loss in the reception resonance coil (L3) represented by the resistance.

캐패시터(C3), 누설저항(R3)는 고정된 값일 수 있으나, 상호 인덕턴스(M2)는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)간의 결합계수(K2)에 따라 변화될 수 있는 값이다. The capacitor C3 and the leakage resistance R3 may be fixed values, but the mutual inductance M2 may be a value that may vary depending on the coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3. .

검출부(320)는 제2 입력 임피던스(Z2)를 검출할 수 있다.The detector 320 may detect the second input impedance Z2.

제1 입력 임피던스(Z1)는 전력소스(100)에서 무선전력 송신장치(200) 측을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.The first input impedance Z1 means an impedance measured when the power source 100 is viewed from the side of the wireless power transmission apparatus 200 and can be expressed as Equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, M1은 송신 유도 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)간 상호 인덕턴스를 의미한다. Here, M1 denotes mutual inductance between the transmission induction coil L1 and the transmission resonance coil L2.

검출부(320)는 제1 입력 임피던스(Z1)를 검출할 수 있다.The detector 320 may detect the first input impedance Z1.

[수학식 1]을 [수학식 2]에 대입한 후, [수학식 2]를 [수학식 3]에 대입하면 제1 입력 임피던스(Z1)는 상호 인덕턴스(M2)에 관한 식으로 표현될 수 있다.Substituting [Equation 1] into [Equation 2] and then substituting [Equation 2] into [Equation 3], the first input impedance Z1 can be expressed as an expression of mutual inductance M2. have.

검출부(320)는 상호 인덕턴스(M2)에 관한 식으로 정리된 [수학식 3]과 후술할 [수학식 10]을 이용하여 결합계수(K2)를 계산하여, 검출할 수 있다.The detector 320 may calculate and detect the coupling coefficient K2 by using Equation 3 and Equation 10 to be described later, which are summarized in terms of mutual inductance M2.

수신 공진 코일부(311)에 흐르는 전류를 I3라고 하면, I3는 [수학식 4]와 같이 표현될 수 있다.If the current flowing through the reception resonant coil unit 311 is I3, I3 may be expressed as shown in [Equation 4].

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, RL은 부하단(400)의 부하저항을 의미하고, IL은 부하저항(RL)에 흐르는 전류를 의미한다.Here, RL denotes a load resistance of the load stage 400, and IL denotes a current flowing through the load resistor RL.

검출부(320)는 전류(I3)를 검출할 수 있다.The detector 320 may detect the current I3.

송신 공진 코일부(212)에 흐르는 전류를 I2라고 하면, I2는 [수학식 5]와 같이 표현될 수 있다.If the current flowing in the transmission resonant coil unit 212 is I2, I2 may be expressed as shown in [Equation 5].

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure pat00005
Figure pat00005

검출부(320)는 전류(I2)를 검출할 수 있다.The detector 320 may detect the current I2.

송신 유도 코일부(211)에 흐르는 전류를 I1이라고 하면, I1은 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.If the current flowing in the transmission induction coil unit 211 is I1, I1 may be expressed as shown in [Equation 6].

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, M1은 송신 유도 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)간의 상호 인덕턴스를 의미하고, C2는 송신 공진 코일부(212)를 등가회로로 변환시 표현되는 캐패시터를 의미한다. 또한, R2는 송신 공진 코일(L2)에서 전력손실로 발생하는 량을 저항으로 나타낸 것을 의미한다.Here, M1 means mutual inductance between the transmission induction coil (L1) and the transmission resonant coil (L2), and C2 means a capacitor expressed when the transmission resonant coil unit 212 is converted into an equivalent circuit. In addition, R2 means that the amount generated by the power loss in the transmission resonant coil (L2) represented by the resistance.

검출부(320)는 전류(I1)를 검출할 수 있다.The detector 320 may detect the current I1.

무선전력 전송 시스템(1000)의 전력전송 효율을 측정하기 위해서는 입력 전력(P1)과 부하저항(RL)에서 소모하는 출력 전력(PL)을 구해야 한다.In order to measure the power transmission efficiency of the wireless power transmission system 1000, the output power PL consumed by the input power P1 and the load resistance RL must be obtained.

입력 전력(P1)은 [수학식 7]과 같이 표현될 수 있다.The input power P1 may be expressed as shown in [Equation 7].

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00007
Figure pat00007

전류(I1)는 [수학식 4]을 [수학식 5]에 대입하고, 그 후, [수학식 5]를 [수학식 6]에 대입한 후, 얻어진 결과이다. 전류(I1)는 부하저항(RL)에 흐르는 전류(IL) 및 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3) 간 상호 인덕턴스(M2)에 관한 식으로 표현될 수 있다.The current I1 is obtained by substituting [Equation 4] into [Equation 5] and then substituting [Equation 5] into [Equation 6]. The current I1 may be expressed by an expression relating to the current IL flowing through the load resistor RL and the mutual inductance M2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3.

제1 입력 임피던스(Z1)는 [수학식 1]을 [수학식 2]에 대입하고, 그 후, [수학식 2]를 [수학식 3]에 대입한 후, 얻어진 결과이다. 제1 입력 임피던스(Z1)는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3) 간 상호 인덕턴스(M2)에 관한 식으로 표현될 수 있다.The first input impedance Z1 is obtained by substituting [Equation 1] into [Equation 2] and then substituting [Equation 2] into [Equation 3]. The first input impedance Z1 may be expressed by an expression relating to mutual inductance M2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3.

전류(I1)와 제1 입력 임피던스(Z1)를 [수학식 7]에 대입하면, 입력 전력(P1)을 구할 수 있다.When the current I1 and the first input impedance Z1 are substituted into Equation 7, the input power P1 can be obtained.

검출부(320)는 입력 전력(P1)을 검출할 수 있다.The detector 320 may detect the input power P1.

부하저항(RL)에서 소모하는 출력 전력(PL)은 [수학식 8]과 같이 표현될 수 있다.The output power PL consumed by the load resistor RL may be expressed by Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00008
Figure pat00008

검출부(320)는 출력 전력(PL)을 검출할 수 있다.The detector 320 may detect the output power PL.

전력전송 효율(E)은 입력 전력(P1)과 출력 전력(PL)을 통해 [수학식 9]와 같이 계산될 수 있다.The power transmission efficiency E may be calculated as shown in Equation 9 through the input power P1 and the output power PL.

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure pat00009
Figure pat00009

송신 유도 코일부(211)에 흐르는 전류(I1) 및 제1 입력 임피던스(Z1)는 위에서 살펴보듯 상호 인덕턴스(M2)에 관한 식으로 표현될 수 있고, 상호 인덕턴스(M2)가 변함에 따라 가변될 수 있다. 상호 인덕턴스(M2)이외의 나머지 변수들은 고정된 값이기 때문이다.The current I1 and the first input impedance Z1 flowing in the transmission induction coil unit 211 may be expressed in terms of mutual inductance M2 as described above, and may vary as the mutual inductance M2 changes. Can be. This is because the remaining variables other than the mutual inductance M2 are fixed values.

상호 인덕턴스(M2)는 [수학식 10]과 같이 표현될 수 있다.The mutual inductance M2 may be expressed as shown in [Equation 10].

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure pat00010
Figure pat00010

결과적으로, 전력전송 효율(E)는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3) 간 결합계수(K2)에 의해서 변화될 수 있다.As a result, the power transmission efficiency E may be changed by the coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3.

이번에는 결합계수(K2)에 따라 전력전송 효율(E)이 가변할 수 있음을 실험 그래프를 통해 살펴본다.This time, the power transmission efficiency (E) can be varied according to the coupling coefficient (K2) through the experimental graph.

다음으로 도 3 내지 도 6에서 결합계수(K2)의 변화에 따른 주파수-전력전송 효율간 그래프를 설명한다.Next, the graph of the frequency-power transmission efficiency according to the change of the coupling coefficient K2 in FIGS. 3 to 6 will be described.

도 3 내지 도 6에서 수신 유도 코일(L4)의 인덕턴스는 5uH이고, 공진주파수는 308MHz이다. 공진주파수는 송신 공진 코일부(212)와 수신 공진 코일부(311)가 자기 공진을 이룰 때의 주파수를 의미한다.3 to 6, the inductance of the receiving induction coil L4 is 5 uH, and the resonance frequency is 308 MHz. The resonant frequency refers to a frequency when the transmission resonance coil portion 212 and the reception resonance coil portion 311 achieve self resonance.

또한, 도 3 내지 도 6에서 가로축은 주파수(단위: MHz), 세로축은 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 전력 전송 효율을 의미한다.3 to 6, the horizontal axis represents frequency (unit: MHz), and the vertical axis represents power transmission efficiency between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300.

도 3은 결합계수(K2)가 0.1인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.3 is a graph showing a frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.1.

도 3을 참고하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력전송 효율은 대략 58%임을 보여주고 있다.Referring to FIG. 3, the power transmission efficiency is about 58% at the resonance frequency (308 MHz).

도 4는 결합계수(K2)가 0.05인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.4 is a graph showing a frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.05.

도 4를 참고하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율은 대략 75%임을 보여주고 있다. 공진 주파수(308MHz)보다 작은 주파수에서 주파수가 커짐에 따라 전력 전송 효율이 증가되고 있고, 공진 주파수(308MHz)이후에도 전력 전송 효율이 일정하게 유지되고 있다.
Referring to FIG. 4, the power transmission efficiency is about 75% at the resonance frequency (308 MHz). As the frequency increases at a frequency smaller than the resonance frequency (308 MHz), the power transmission efficiency increases, and the power transmission efficiency remains constant even after the resonance frequency (308 MHz).

도 5는 결합계수(K2)가 0.03인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a graph between frequency and power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.03.

도 5를 참고하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율은 대략 68%임을 보여주고 있다. 또한, 주파수가 커짐에 따라 전력 전송 효율이 증가하나, 공진 주파수(308MHz)를 기준으로 주파수가 커지면, 전력 전송 효율이 감소한다.Referring to FIG. 5, the power transmission efficiency is about 68% at the resonance frequency (308 MHz). In addition, as the frequency increases, the power transmission efficiency increases, but when the frequency increases based on the resonance frequency (308 MHz), the power transmission efficiency decreases.

도 6은 결합계수(K2)가 0.01인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a graph between frequency and power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.01.

도 6을 참고하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율은 대략 27%임을 보여주고 있다. 또한, 주파수가 커짐에 따라 전력 전송 효율이 증가하나, 공진 주파수(308MHz)를 기준으로 주파수가 커지면, 전력 전송 효율이 감소한다. 다만, 이 경우, 전력 전송 효율은 전반적으로 낮다.Referring to FIG. 6, the power transmission efficiency is approximately 27% at the resonance frequency (308 MHz). In addition, as the frequency increases, the power transmission efficiency increases, but when the frequency increases based on the resonance frequency (308 MHz), the power transmission efficiency decreases. In this case, however, the power transmission efficiency is generally low.

도 3 내지 도 6의 그래프를 비교해 보면, 도 4의 결합계수(K2)가 0.01인 경우, 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율이 가장 크다.Comparing the graphs of FIGS. 3 to 6, when the coupling coefficient K2 of FIG. 4 is 0.01, the power transmission efficiency is greatest at the resonance frequency (308 MHz).

그러나, 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3) 간 결합계수(K2)은 항상 변할 수 있으므로, 결합계수(K2)가 변하더라도 전력 전송 효율을 높일 수 있는 방법이 필요하다.However, since the coupling coefficient K2 between the transmission resonant coil L2 and the reception resonant coil L3 may always change, there is a need for a method of increasing power transmission efficiency even if the coupling coefficient K2 changes.

다음으로 도 7에서 결합계수(K2)가 변화되더라도 수신 유도 코일부(313)의 인덕턴스를 가변시켜 전력 전송 효율을 높일 수 있는 방법에 대해 설명한다.Next, a method of increasing power transmission efficiency by varying the inductance of the reception induction coil unit 313 even if the coupling coefficient K2 is changed in FIG. 7 will be described.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템(1000)의 등가 회로도이다.7 is an equivalent circuit diagram of a wireless power transmission system 1000 according to a second embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)은 전력소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300), 부하단(400)을 포함한다.Referring to FIG. 7, the self-resonant wireless power transmission system 1000 according to the second embodiment of the present invention includes a power source 100, a wireless power transmitter 200, a wireless power receiver 300, and a load end. 400.

전력소스(100), 무선전력 송신장치(200), 부하단(400)은 도 1 및 도 2에서 설명한 내용과 같으므로 자세한 설명은 생략한다.Since the power source 100, the wireless power transmitter 200, and the load terminal 400 are the same as those described with reference to FIGS. 1 and 2, a detailed description thereof will be omitted.

무선전력 수신장치(300)는 수신부(310), 검출부(320), 저장부(330), 제어부(340)를 포함할 수 있다.The wireless power receiver 300 may include a receiver 310, a detector 320, a storage 330, and a controller 340.

검출부(320)는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3) 간 결합계수를 검출할 수 있다.The detector 320 may detect a coupling coefficient between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3.

수신부(310)는 수신 공진 코일부(311)와 인덕턴스 가변부(313)를 포함할 수 있다. The receiver 310 may include a reception resonance coil unit 311 and an inductance variable unit 313.

수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)와 공진주파수에서 자기 공진 상태를 유지한다. 즉, 수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)와 커플링(coupling)되어 비방사(Non-Radiative) 방식으로 전력을 수신할 수 있다.The reception resonance coil portion 311 maintains the self resonance state at the resonance frequency with the transmission resonance coil portion 212. [ That is, the reception resonant coil unit 311 may be coupled to the transmission resonant coil unit 212 to receive power in a non-radiative manner.

인덕턴스 가변부(313)는 전자기 유도에 의해 수신 공진 코일부(311)로부터 전력을 전달받는다.The inductance variable part 313 receives electric power from the reception resonance coil part 311 by electromagnetic induction.

인덕턴스 가변부(313)는 복수의 인덕터 및 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 인덕터의 개수가 4개인 경우, 스위치의 개수는 4개일 수 있다. 여기서, 4개는 예시에 불과하다. 4개의 인덕터 각각은 4개의 스위치 각각과 병렬로 연결될 수 있다. The inductance variable part 313 may include a plurality of inductors and a plurality of switches. According to an embodiment, when the number of inductors is four, the number of switches may be four. Here, four are only examples. Each of the four inductors may be connected in parallel with each of the four switches.

인덕턴스 가변부(313)는 검출부(320)에서 검출된 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)에 대응하는 인덕턴스를 갖도록 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스를 가변시킬 수 있다. 즉, 인덕턴스 가변부(313)는 복수의 스위치 중 적어도 하나 이상의 스위치를 개방 또는 단락시켜 인덕턴스 가변부(313)의 전체 인덕턴스를 가변시킬 수 있다.The inductance variable unit 313 may vary the inductance of the inductance variable unit 313 to have an inductance corresponding to the coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3 detected by the detector 320. Can be. That is, the inductance variable unit 313 may vary the overall inductance of the inductance variable unit 313 by opening or shorting at least one switch among the plurality of switches.

인덕턴스 가변부(313)는 결합계수(K2)에 대응하는 적절한 값을 갖도록 인덕턴스를 가변시켜 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있다.The inductance variable unit 313 may maximize the power transmission efficiency between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300 by varying the inductance to have an appropriate value corresponding to the coupling coefficient K2.

저장부(330)는 결합계수(K2)와 인덕턴스를 대응시켜 저장할 수 있다. 저장부(330)는 결합계수(K2)와 인덕턴스를 대응관계를 룩업 테이블의 형태로 저장할 수 있다.The storage unit 330 may store the coupling coefficient K2 and the inductance in correspondence. The storage unit 330 may store the coupling coefficient K2 and the inductance in the form of a lookup table.

제어부(340)는 무선전력 수신장치(300)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.The controller 340 may control the overall operation of the wireless power receiver 300.

제어부(340)는 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 검출부(320)에서 검출된 결합계수(K2)에 대응하는 값을 갖도록 인덕턴스 가변부(313)의 스위치에 제어신호를 인가할 수 있다. 일 실시 예에서 상기 제어신호는 적어도 하나의 스위치에 전달하는 개방 또는 단락 신호일 수 있다.The controller 340 may apply a control signal to the switch of the inductance variable unit 313 so that the inductance of the inductance variable unit 313 has a value corresponding to the coupling coefficient K2 detected by the detector 320. In one embodiment, the control signal may be an open or short signal transmitted to at least one switch.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인덕턴스 가변부(313)의 예시이다.8 is an illustration of an inductance variable part 313 according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 인덕턴스 가변부(313)는 4개의 인덕터(313a) 및 4개의 스위치(313b)를 포함할 수 있다. 여기서, 4개는 예시에 불과하다. 인덕터(313a)는 소정의 인덕턴스를 갖도록 설계될 수 있다.Referring to FIG. 8, the inductance variable part 313 may include four inductors 313a and four switches 313b. Here, four are only examples. Inductor 313a may be designed to have a predetermined inductance.

4개의 인덕터(313a) 각각은 직렬 연결될 수 있고, 스위치(313b)는 각 인덕터(313a)와 병렬 연결될 수 있다.Each of the four inductors 313a may be connected in series, and the switch 313b may be connected in parallel with each of the inductors 313a.

검출부(320)는 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)를 검출할 수 있고, 제어부(340)는 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 검출된 결합계수(K2)에 대응하는 값을 갖도록 스위치(313b)에 개방 또는 단락 신호를 전송할 수 있다. 적어도 하나 이상의 스위치(313b)는 상기 제어신호에 의해 개방 또는 단락될 수 있고, 그에 따라 인덕턴스 가변부(313)의 전체 인덕턴스는 가변될 수 있다.The detector 320 may detect a coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3, and the controller 340 may detect the coupling coefficient K2 from which the inductance of the inductance variable unit 313 is detected. The open or short signal may be transmitted to the switch 313b to have a value corresponding to. At least one switch 313b may be opened or shorted by the control signal, and thus the overall inductance of the inductance variable part 313 may be varied.

다음으로 도 9 내지 도 12에서 결합계수(K2)의 변화에 따라 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스를 가변시킨 경우, 주파수-전력전송 효율 간 그래프를 도시한 도면이다.Next, when the inductance of the inductance variable part 313 is varied according to the change of the coupling coefficient K2 in FIGS. 9 to 12, a graph between frequency and power transmission efficiency is shown.

도 9 내지 도 12에서 공진주파수는 308MHz이고, 공진주파수는 송신 공진 코일부(212)와 수신 공진 코일부(311)가 자기 공진을 이룰 때의 주파수를 의미한다.9 to 12, the resonant frequency is 308 MHz, and the resonant frequency means a frequency when the transmission resonance coil unit 212 and the reception resonance coil unit 311 achieve self-resonance.

또한, 도 9 내지 도 12에서 가로축은 주파수(단위: MHz), 세로축은 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 전력 전송 효율을 의미한다.9 to 12, the horizontal axis indicates frequency (unit: MHz), and the vertical axis indicates power transmission efficiency between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300.

도 9는 결합계수(K2)가 0.1이고, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 20uH인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.FIG. 9 is a graph illustrating frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.1 and the inductance of the inductance variable part 313 is 20 uH.

도 9를 참고하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율은 대략 85%임을 보여주고 있고, 공진 주파수(308MHz) 근처의 주파수 대역에서의 전력 전송 효율 또한, 거의 일정하게 유지되고 있다. 도 3의 그래프와 비교하면, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 5uH에서 20uH로 변경됨에 따라 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율이 대략 58%에서 대략 85%로 증가함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, the power transmission efficiency is about 85% at the resonance frequency (308 MHz), and the power transmission efficiency in the frequency band near the resonance frequency (308 MHz) is also maintained substantially constant. Compared with the graph of FIG. 3, it can be seen that as the inductance of the inductance variable unit 313 is changed from 5 uH to 20 uH, the power transmission efficiency increases from about 58% to about 85% at the resonance frequency (308 MHz).

도 10은 결합계수(K2)가 0.05이고, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 5uH인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.FIG. 10 is a graph illustrating frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.05 and the inductance of the inductance variable part 313 is 5 uH.

도 10을 참고하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율은 대략 75%임을 보여주고 있다. 공진 주파수(308MHz)보다 작은 주파수에서 주파수가 커짐에 따라 전력 전송 효율이 증가되고 있고, 공진 주파수(308MHz)이후에도 전력 전송 효율이 일정하게 유지되고 있다.Referring to FIG. 10, the power transmission efficiency is approximately 75% at the resonant frequency (308 MHz). As the frequency increases at a frequency smaller than the resonance frequency (308 MHz), the power transmission efficiency increases, and the power transmission efficiency remains constant even after the resonance frequency (308 MHz).

이 경우는 도 4의 경우와 같다.This case is the same as the case of FIG.

도 11은 결합계수(K2)가 0.03이고, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 4uH인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a graph illustrating a frequency-power transmission efficiency graph when the coupling coefficient K2 is 0.03 and the inductance of the inductance variable part 313 is 4 uH.

도 11을 참고하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력전송 효율은 대략 68%임을 보여주고 있다. 도 5의 그래프와 비교하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력전송 효율은 큰 차이가 없다.Referring to FIG. 11, the power transmission efficiency is about 68% at the resonance frequency (308 MHz). Compared with the graph of FIG. 5, the power transmission efficiency is not significantly different at the resonance frequency (308 MHz).

도 12는 도 11은 결합계수(K2)가 0.03이고, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 1.5uH인 경우, 주파수-전력전송 효율간 그래프를 도시한 도면이다.FIG. 12 is a graph illustrating frequency-power transmission efficiency when the coupling coefficient K2 is 0.03 and the inductance of the inductance variable unit 313 is 1.5 uH.

도 12를 참고하면, 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율은 대략 34%임을 보여주고 있다. 도 6의 그래프와 비교하면, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 5uH에서 1.5uH로 변경됨에 따라 공진 주파수(308MHz)에서 전력 전송 효율이 대략 27%에서 대략 34%로 증가함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, the power transmission efficiency is approximately 34% at the resonance frequency (308 MHz). 6, it can be seen that as the inductance of the inductance variable unit 313 is changed from 5 uH to 1.5 uH, the power transmission efficiency increases from about 27% to about 34% at the resonance frequency (308 MHz).

도 13은 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스를 고정시킨 경우와 가변시킨 경우, 각각의 결합계수(K2)에 따른 전력전송 효율(E)의 변화를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 13 is a view for explaining a change in power transmission efficiency E according to each coupling coefficient K2 when the inductance of the inductance variable unit 313 is fixed and variable.

그래프(A)의 경우, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 5uH로 고정된 경우, 결합계수(K2)가 변화됨에 따른 전력전송 효율(E)의 변화를 보여주고 있고, 그래프(B)의 경우, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스가 결합계수(K2)에 따라 가변되는 경우, 결합계수(K2)에 따른 전력전송 효율(E)의 변화를 보여주고 있다.In the case of the graph A, when the inductance of the inductance variable unit 313 is fixed at 5 uH, the change of the power transmission efficiency E is shown as the coupling coefficient K2 is changed. In the case where the inductance of the inductance variable unit 313 varies according to the coupling coefficient K2, the change in power transmission efficiency E according to the coupling coefficient K2 is shown.

도 13에서 볼 수 있듯, 결합계수(K2)가 변화됨에 따라 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스를 가변시킨 경우, 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스를 고정시킨 경우에 비해 전력전송 효율(E)이 더 좋아 짐을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 13, when the inductance of the inductance variable part 313 is varied as the coupling coefficient K2 is changed, the power transmission efficiency E is lower than that of the case where the inductance of the inductance variable part 313 is fixed. You can check the load better.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 무선전력 전송 방법에 대한 흐름도이다.14 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

무선전력 전송 시스템(1000)의 구성은 도 7에서 설명한 것과 같으므로 자세한 설명은 생략한다.Since the configuration of the wireless power transmission system 1000 is the same as that described with reference to FIG. 7, a detailed description thereof will be omitted.

먼저, 무선전력 송신장치(200)는 전력소스(100)로부터 공급받은 전력을 송신 공진 코일(L2)을 통해 비방사 방식으로 수신 공진 코일(L3)에 전송한다. 송신 공진 코일(L2)은 자기 공진을 이용해 정해진 공진 주파수에서 수신 공진 코일(L3)에 전력을 전송한다.First, the wireless power transmitter 200 transmits the power supplied from the power source 100 to the reception resonance coil L3 in a non-radiative manner through the transmission resonance coil L2. The transmission resonant coil L2 transfers power to the reception resonant coil L3 at a predetermined resonant frequency using magnetic resonance.

그 후, 검출부(320)는 입력 임피던스를 측정한다(S101). 일 실시 예에서 입력 임피던스는 전력소스(100)에서 무선전력 송신장치(200)를 바라본 임피던스를 의미할 수 있고, 또는 전력소스(100)에서 부하단(400)을 바라본 임피던스를 의미할 수 있다. 위 두 가지는 같은 값을 갖는다.Thereafter, the detector 320 measures the input impedance (S101). In one embodiment, the input impedance may refer to an impedance viewed by the wireless power transmitter 200 in the power source 100, or may refer to an impedance viewed in the load terminal 400 by the power source 100. The two above have the same value.

그 후, 검출부(320)는 측정된 입력 임피던스를 기초로 송신 공진 코일(L2)과 수신 유도 코일(L3)간 결합계수(K2)를 검출한다(S103). 결합계수(K2)를 검출하는 방법은 도 2에서 설명한 것과 같다.Thereafter, the detector 320 detects the coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception induction coil L3 based on the measured input impedance (S103). The method of detecting the coupling coefficient K2 is the same as described with reference to FIG. 2.

그 후, 인덕턴스 가변부(313)는 검출된 결합계수에 따른 인덕턴스를 갖도록 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스를 가변시킨다(S105). 인덕턴스 가변부(313)는 복수의 인덕터 및 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 인덕터의 개수가 4개인 경우, 스위치의 개수는 4개일 수 있다. 여기서, 4개는 예시에 불과하다. 4개의 인덕터 각각은 4개의 스위치 각각과 병렬로 연결될 수 있다. Thereafter, the inductance variable part 313 varies the inductance of the inductance variable part 313 to have an inductance according to the detected coupling coefficient (S105). The inductance variable part 313 may include a plurality of inductors and a plurality of switches. According to an embodiment, when the number of inductors is four, the number of switches may be four. Here, four are only examples. Each of the four inductors may be connected in parallel with each of the four switches.

인덕턴스 가변부(313)는 검출부(320)에서 검출된 송신 공진 코일(L2)과 수신 공진 코일(L3)간 결합계수(K2)에 대응하는 인덕턴스를 갖도록 인덕턴스 가변부(313)의 인덕턴스를 가변시킬 수 있다. 즉, 인덕턴스 가변부(313)는 복수의 스위치 중 적어도 하나 이상의 스위치를 개방 또는 단락시켜 인덕턴스 가변부(313)의 전체 인덕턴스를 가변시킬 수 있다.The inductance variable unit 313 may vary the inductance of the inductance variable unit 313 to have an inductance corresponding to the coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3 detected by the detector 320. Can be. That is, the inductance variable unit 313 may vary the overall inductance of the inductance variable unit 313 by opening or shorting at least one switch among the plurality of switches.

인덕턴스 가변부(313)는 결합계수(K2)에 대응하는 적절한 값을 갖도록 인덕턴스를 가변시켜 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300) 간 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있다.The inductance variable unit 313 may maximize the power transmission efficiency between the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 300 by varying the inductance to have an appropriate value corresponding to the coupling coefficient K2.

그 후, 인덕턴스 가변부(313)는 가변된 인덕턴스를 기초로 수신 공진 코일(L3)로부터 전자기 유도에 의해 수신한 전력을 부하단(400)에 전달한다(S107).Thereafter, the inductance variable unit 313 transfers the power received by the electromagnetic induction from the reception resonance coil L3 to the load stage 400 based on the variable inductance (S107).

상술한 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템의 무선전력 전송 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.The wireless power transmission method of the wireless power transmission system according to the present invention described above may be stored in a computer-readable recording medium that is produced as a program to be executed in a computer, and examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and also include those implemented in the form of carrier waves (for example, transmission over the Internet).

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The computer readable recording medium may be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner. And, functional programs, codes and code segments for implementing the above method can be easily inferred by programmers of the technical field to which the present invention belongs.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 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: 송신부
211: 송신 공진 코일부
212: 송신 유도 코일부
220: 검출부
300: 무선전력 수신장치
310: 수신부
311: 수신 공진 코일부
312: 수신 유도 코일부
313: 인덕턴스 가변부
320: 검출부
330: 제어부
400: 부하단100: Power source
200: Wireless power transmitting device
210:
211: transmission resonance coil portion
212: transmission induction coil part
220:
300: Wireless power receiving device
310:
311: receiving resonance coil part
312: reception induction coil part
313: inductance variable part
320: detector
330:
400: load stage

Claims (11)

무선전력 송신장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치로서,
상기 무선전력 송신장치의 송신 코일로부터 공진을 이용하여 교류 전력을 수신하는 수신 코일; 및
상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합상태에 기초하여 상기 수신 코일과 커플링되어 전력을 수신하는 코일의 임피던스를 변경시키는 임피던스 가변부를 포함하는
무선전력 수신장치.A wireless power receiver for wirelessly receiving power from a wireless power transmitter,
A receiving coil which receives AC power by using resonance from a transmitting coil of the wireless power transmitter; And
An impedance varying unit coupled to the receiving coil to change an impedance of a coil receiving power based on a coupling state of the transmitting coil and the receiving coil;
Wireless power receiving device. 제1항에 있어서,
상기 결합상태는 상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합계수에 해당하는
무선전력 수신장치.The method of claim 1,
The coupling state corresponds to a coupling coefficient of the transmitting coil and the receiving coil.
Wireless power receiving device. 제2항에 있어서,
상기 임피던스 가변부는,
상기 결합계수에 대응되도록 상기 수신 코일과 커플링되어 전력을 수신하는 코일의 인덕턴스를 변경시키는
무선전력 수신장치.The method of claim 2,
The impedance variable part,
The inductance of the coil receiving the power coupled to the receiving coil so as to correspond to the coupling coefficient
Wireless power receiving device. 제2항에 있어서,
상기 임피던스 가변부는,
직렬로 연결된 복수의 인덕터 및
각 인덕터에 병렬 연결된 스위치를 포함하는
무선전력 수신장치.The method of claim 2,
The impedance variable part,
A plurality of inductors connected in series
A switch connected in parallel to each inductor
Wireless power receiving device. 제4항에 있어서,
상기 임피던스 가변부는,
상기 스위치를 개방 또는 단락시켜 상기 인덕턴스를 변경시키는
무선전력 수신장치.5. The method of claim 4,
The impedance variable part,
Opening or shorting the switch to change the inductance
Wireless power receiving device. 제2항에 있어서,
상기 결합계수와 상기 인덕턴스를 대응시켜 저장하는 저장부를 더 포함하는 무선전력 수신장치.The method of claim 2,
And a storage unit for storing the coupling coefficient in correspondence with the inductance. 제6항에 있어서,
상기 무선전력 수신장치는
상기 결합계수와 대응되는 인덕턴스를 상기 저장부에서 검색하고, 상기 검색된 인덕턴스에 따라 상기 인덕턴스를 변경하도록 상기 인덕턴스 가변부를 제어하는
무선전력 수신장치.The method according to claim 6,
The wireless power receiver
Searching the inductance corresponding to the coupling coefficient in the storage unit and controlling the inductance variable unit to change the inductance according to the found inductance;
Wireless power receiving device. 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치로서,
교류전력을 생성하는 전력 소스;
상기 교류전력을 공진을 이용하여 상기 무선전력 수신장치의 수신 코일로 전송하는 송신 코일; 및
상기 수신 코일과 커플링되어 전력을 수신하는 코일의 인덕턴스를 변경하기 위해 상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합상태를 검출하는 검출부를 포함하는
무선전력 송신장치.A wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver,
A power source for generating AC power;
A transmission coil for transmitting the AC power to a reception coil of the wireless power receiver by using resonance; And
And a detector configured to detect a coupling state of the transmitting coil and the receiving coil to change an inductance of the coil coupled to the receiving coil to receive power.
Wireless power transmitter. 제8항에 있어서,
상기 검출부는,
상기 무선전력 송신장치의 입력 전류를 이용하여 상기 결합상태를 검출하는
무선전력 송신장치.9. The method of claim 8,
Wherein:
Detecting the combined state by using an input current of the wireless power transmitter;
Wireless power transmitter. 제8항에 있어서,
상기 검출부는
상기 무선전력 송신장치의 입력 임피던스를 이용하여 상기 결합상태를 검출하는
무선전력 송신장치.9. The method of claim 8,
The detection unit
Detecting the coupling state by using an input impedance of the wireless power transmitter;
Wireless power transmitter. 제8항에 있어서,
상기 결합상태는,
상기 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합계수에 해당하는
무선전력 송신장치.9. The method of claim 8,
The bonding state is,
Corresponding to the coupling coefficient of the transmitting coil and the receiving coil
Wireless power transmitter.
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