KR20150107949A - System and method for detecting resonance frequency - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 공진주파수 탐색 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 채널의 변화, 전송 거리, 외란에 의해 변화된 시스템 운영 주파수를 탐색 가능한 공진주파수 탐색 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a resonant frequency search system and method. More particularly, to a resonant frequency search system and method capable of searching for a system operating frequency that is changed by a channel change, a transmission distance, and a disturbance.
최근 들어 전선을 사용하지 않고 전력을 공급할 수 있는 무선전력전송기술 (wireless power transmission)이 관심을 받고 있다. 무선 전력전송기술이 실용화가 된다면 현재 사용되고 있는 유선 충전 시스템에 대해서 에너지를 쉽게 공급할 수 있게 된다. In recent years, wireless power transmission technology capable of supplying power without using wires has been attracting attention. If the wireless power transmission technology becomes practical, energy can be easily supplied to the currently used wired charging system.
무선 전력은, 마그네틱 커플링을 통해 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 전달되는 에너지를 의미한다. 따라서, 무선 전력 충전 시스템은, 전력을 무선으로 전송하는 소스 장치와 전력을 무선으로 수신하는 타겟 장치를 포함한다. 이때, 소스 장치는 무선 전력 전송 장치라 칭할 수 있으며, 타겟 장치는 무선 전력 수신 장치라 칭할 수 있다.Wireless power refers to the energy delivered from a wireless power transmission device to a wireless power reception device through magnetic coupling. Thus, the wireless power charging system includes a source device for wirelessly transmitting power and a target device for receiving power wirelessly. At this time, the source apparatus may be referred to as a wireless power transmission apparatus, and the target apparatus may be referred to as a wireless power reception apparatus.
소스 장치는 소스 공진기(source resonator)를 구비하고, 타겟 장치는 타겟 공진기(target resonator)를 구비한다. 소스 공진기와 타겟 공진기 사이에 마그네틱 커플링 또는 공진 커플링이 형성될 수 있다.The source device has a source resonator, and the target device has a target resonator. A magnetic coupling or a resonant coupling may be formed between the source resonator and the target resonator.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 채널의 변화, 전송 거리, 외란에 의해 변화된 시스템 운영주파수에 캐패시터 보상 등을 이용하여 적합한 최적의 공진주파수를 탐색함으로써, 전송 효율을 최대화시키며 안전성을 보장할 수 있는 공진주파수 탐색 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a resonance circuit which maximizes transmission efficiency and ensures safety by searching for an optimum resonance frequency using a capacitor compensation or the like at a system operating frequency changed by a channel change, Frequency search system and method.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 공진주파수 탐색 시스템은 초기 설계변수 값을 설정하며, 유한 차분법(finite difference method)을 이용하여 상기 설계변수 값의 민감도를 계산하고 미리 설정된 수렴 조건을 만족하여 공진주파수와 매칭 여부를 검사하는 최적설계부; 상기 설계변수 값을 이용하여 인덕턴스 값을 계산하며, 상기 인덕턴스 값을 상기 회로 해석부로 전달하는 전자기장 해석부; 상기 인덕턴스 값을 이용하여 유도 전압과 유도 전류 값을 계산하며, 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 상기 최적설계부에 전달하는 회로 해석부를 포함한다.In one aspect, the resonance frequency search system proposed in the present invention sets the initial design parameter value, calculates the sensitivity of the design parameter value using a finite difference method, and satisfies a preset convergence condition An optimum design part for checking resonance frequency and matching; An electromagnetic field analyzer for calculating an inductance value using the design parameter value and transmitting the inductance value to the circuit analyzer; And a circuit analyzer for calculating the induced voltage and the induced current value using the inductance value and transmitting the induced voltage and the induced current value to the optimum design part.
상기 전자기장 해석부는 상기 유도 전류 값으로 와전류 해석(Eddy current analysis)을 수행하여, 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 계산할 수 있다.The electromagnetic field analyzing unit may calculate an electromagnetic field (EMF) value by performing an eddy current analysis with the induced current value.
상기 최적설계부는 상기 설계변수 값을 전자기장 해석부와 회로 해석부로 전달하며, 상기 전자기장 해석부로부터 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 전달받고, 상기 회로 해석부로부터 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 전달받을 수 있다.Wherein the optimum design part transmits the design parameter value to the electromagnetic field analysis part and the circuit analysis part, receives the induced voltage and the induced current value from the electromagnetic field analysis part, and calculates an electromagnetic field (EMF) value from the circuit analysis part Can be delivered.
상기 최적설계부는 상기 유도 전압과 상기 전자기장 값을 이용하여 유한 차분법(finite difference method)에 의한 상기 설계변수 값의 민감도를 계산할 수 있다.The optimum design unit may calculate the sensitivity of the design parameter value by a finite difference method using the induced voltage and the electromagnetic field value.
상기 전자기장 해석부는 상기 설계변수 값으로 과도 해석(transient analysis)을 수행하여 상기 인덕턴스 값을 계산할 수 있다.The electromagnetic field analysis unit may calculate the inductance value by performing a transient analysis on the design parameter value.
상기 최적설계부는 최적화를 위해 미리 설정된 상기 수렴 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 설계변수 값을 재설정할 수 있다.The optimal design unit may reset the design parameter value if the predetermined convergence condition is not satisfied for optimization.
다른 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 공진주파수 탐색 방법은 최적화 설계부에서 초기 설계변수 값을 설정하여, 상기 설계변수 값을 전자기장 해석부와 회로 해석부로 전달하는 단계; 상기 전자기장 해석부로부터 유도 전압과 유도 전류 값을 획득하며, 상기 회로 해석부로부터 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 획득하는 단계; 상기 유도 전압과 상기 전자기장 값을 이용하여 유한 차분법(finite difference method)에 의한 상기 설계변수 값의 민감도를 계산하는 단계; 및 미리 설정된 수렴 조건을 만족하여 공진주파수의 매칭 여부를 검사하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a resonance frequency search method comprising: setting an initial design parameter value in an optimization design section and transmitting the design variable value to an electromagnetic field analysis section and a circuit analysis section; Obtaining an induced voltage and an induced current value from the electromagnetic field analysis unit and obtaining an electromagnetic field (EMF) value from the circuit analysis unit; Calculating a sensitivity of the design parameter value by a finite difference method using the induced voltage and the electromagnetic field value; And checking whether the resonance frequency is matched by satisfying a preset convergence condition.
상기 전자기장 해석부는 상기 설계변수 값을 이용하여 과도 해석(transient analysis)을 수행하여, 인덕턴스 값을 계산하며, 상기 인덕턴스 값을 상기 회로 해석부에 전달할 수 있다. The electromagnetic field analyzing unit may perform a transient analysis using the design parameter value to calculate an inductance value, and may transmit the inductance value to the circuit analyzing unit.
상기 회로 해석부는 전달 받은 상기 인덕턴스 값을 이용하여 회로 해석을 수행하여, 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 획득하며, 상기 유도 전압 값을 상기 최적설계부에 전달할 수 있다The circuit analysis unit may perform a circuit analysis using the received inductance value to obtain the induced voltage and the induced current value and may transmit the induced voltage value to the optimum design unit
상기 전자기장 해석부는 상기 유도 전류 값으로 와전류 해석(Eddy current analysis)을 수행하여, 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 계산할 수 있다.The electromagnetic field analyzing unit may calculate an electromagnetic field (EMF) value by performing an eddy current analysis with the induced current value.
상기 미리 설정된 수렴 조건을 만족하여 공진주파수의 매칭 여부를 검사하는 단계는 최적화를 위해 미리 설정된 상기 수렴 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 설계변수 값들을 재설정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of checking the matching of the resonance frequency satisfying the predetermined convergence condition may include a step of resetting the design parameter values when the predetermined convergence condition is not satisfied for the optimization.
본 발명의 실시예들에 따르면 채널의 변화, 전송 거리, 외란에 의해 변화된 시스템 운영주파수에 캐패시터 보상 등을 이용하여 적합한 최적의 공진주파수를 탐색함으로써, 전송 효율을 최대화시키며 안전성을 보장할 수 있는 공진주파수 탐색 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, by searching for an optimum resonance frequency suitable for a system operating frequency changed by a channel change, a transmission distance, or a disturbance by using a capacitor compensation or the like, it is possible to maximize a transmission efficiency, A frequency search system and method can be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 싱글 시스템을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 싱글 시스템을 나타낸 등가회로이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 시스템의 2차 코일을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공진주파수 탐색 시스템의 2차 코일을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공진주파수 탐색 시스템의 2차 코일을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 방법을 나타낸 전체 흐름도이다.1 is a diagram illustrating a single resonant frequency search system according to an embodiment of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram illustrating a single resonant frequency search system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a secondary coil of a resonant frequency search system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a secondary coil of a resonant frequency search system according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a secondary coil of a resonant frequency search system according to another embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a resonant frequency search system according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of searching for a resonant frequency according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of searching for a resonance frequency according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
무선전력전송 자기공진을 위한 기존의 1차 코일과 2차 코일을 각각 하나씩 구성하여 공진주파수를 탐색하는 것과 달리, 본 발명에 따르면 복수 개의 2차 코일이 마련되는 등의 채널(여러 코일, 병렬 연결 등)의 변화 발생, 또는 전송 거리, 외부 외란 등에 의해 시스템 상의 운영 주파수가 변화되는데, 이때 매칭되는 공진주파수를 검출 가능하고, 전송효율을 극대화시키며 안전성을 보장할 수 있는 공진주파수 탐색 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
Unlike the conventional method of searching for the resonance frequency by constructing one of the primary coil and the secondary coil for the wireless power transmission self-resonance one by one, according to the present invention, a plurality of coils, Etc.), or transmission distances and external disturbances. In this case, a resonant frequency search system and method capable of detecting matched resonant frequencies, maximizing transmission efficiency, and ensuring safety are provided. .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 싱글 시스템을 나타낸 도이다.1 is a diagram illustrating a single resonant frequency search system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 일반적으로 공진주파수 시스템은 하나의 1차 코일과, 또 다른 하나의 2차 코일로 이루어지며, 전자기 유도를 통해 전류를 흐르게 하여, 송신부 1차 코일에서 발생된 자기장이 수신부 2차 코일에 유도되어 전류를 공급할 수 있다.Referring to FIG. 1, a resonance frequency system generally comprises a primary coil and another secondary coil, and a current is flowed through electromagnetic induction, so that a magnetic field generated in the primary coil of the transmitter is transmitted to the receiver 2 It can be induced in the car coil to supply the current.
자기공진 방식은 송신 코일에 일정한 자기장을 유도하여, 수신 코일과 공진시키는 구조이다. 두 개의 소리굽쇠가 서로 공명해 소리를 내듯, 두 개의 코일을 같은 자장에서 공명이 되도록 파장을 맞춰 전력을 전송하는 것이다. 송신부와 수신부에 전송 주파수에서 공진을 일으키는 공진 코일을 적어도 하나 이상이 포함되고, 이 두 공진 코일의 공진 주파수가 정확히 일치해야 높은 효율의 전송이 가능하다.The self-resonance system induces a constant magnetic field in the transmission coil and resonates with the reception coil. As the two tuning bells resonate and sound, the two coils are tuned to the same magnetic field to resonate and transmit power. At least one resonance coil that causes resonance at the transmission frequency is included in the transmission part and the reception part and the resonance frequency of the two resonance coils must be exactly the same so that high efficiency transmission is possible.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 싱글 시스템을 나타낸 등가회로이다.2 is an equivalent circuit diagram illustrating a single resonant frequency search system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 전력 변환 함수(Power transfer function (k))는 <수학식 1>과 같이 표현할 수 있다.Referring to FIG. 2, the power transfer function (k) can be expressed by Equation (1).
여기에서, PL은 수신부(load)의 전력을 나타내며, PS는 송신부(source)의 전력을 나타낸다. 그리고, w는 송신 공진 코일과 수신 공진 코일이 공진할 때의 공진주파수이고, M은 수신 공진 코일과 수신 유도 코일간 상호 인덕턴스를 의미한다. 또한, C는 캐패시터이며, L은 코일의 인덕턴스이고, R은 코일자체에서 발생하는 전력손실의 양에 해당하는 저항을 의미한다.Where P L represents the power of the receiver and P S represents the power of the source. W is the resonant frequency when the transmitting resonant coil and the receiving resonant coil resonate, and M is the mutual inductance between the receiving resonant coil and the receiving induction coil. C is the capacitor, L is the inductance of the coil, and R is the resistance corresponding to the amount of power loss occurring in the coil itself.
이때, 캐패시터, 누설 저항은 고정된 값이나, 상호 인덕턴스 M은 송신 공진 코일과 수신 공진 코일간의 결합계수(거리, 방향 위치 등)에 따라 변화될 수 있는 값이다.At this time, the capacitor and the leakage resistance are fixed values, and the mutual inductance M is a value that can be changed according to the coupling coefficient (distance, direction position, etc.) between the transmission resonance coil and the reception resonance coil.
또한, 공진 주파수(Resonance frequency)는 <수학식 2>와 같이 표현할 수 있다. In addition, the resonance frequency can be expressed by Equation (2).
공진주파수 탐색 시스템 및 방법이 개시된다.A resonant frequency search system and method are disclosed.
공진주파수 탐색 시스템은 초기 설계변수 값을 설정하며, 유한 차분법(finite difference method)을 이용하여 상기 설계변수 값의 민감도를 계산하고 미리 설정된 수렴 조건을 만족하여 공진주파수와 매칭 여부를 검사하는 최적설계부; 상기 설계변수 값을 이용하여 인덕턴스 값을 계산하며, 상기 인덕턴스 값을 상기 회로 해석부로 전달하는 전자기장 해석부; 상기 인덕턴스 값을 이용하여 유도 전압과 유도 전류 값을 계산하며, 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 상기 최적설계부에 전달하는 회로 해석부를 포함한다.The resonance frequency search system sets an initial design parameter value, calculates the sensitivity of the design parameter value using a finite difference method, and determines whether the resonance frequency matches with a preset optimum convergence condition, ; An electromagnetic field analyzer for calculating an inductance value using the design parameter value and transmitting the inductance value to the circuit analyzer; And a circuit analyzer for calculating the induced voltage and the induced current value using the inductance value and transmitting the induced voltage and the induced current value to the optimum design part.
여기에서, w는 송신부(source)과 수신부(load)의 공진주파수이다.
Where w is the resonant frequency of the source and the load.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 시스템의 2차 코일을 나타낸 도이다. 3 is a diagram illustrating a secondary coil of a resonant frequency search system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 2차 코일과 같이, 하나의 시스템에 다수 개의 코일이 존재할 때, 또는 시스템이 다수 개 존재할 때에도 공진주파수를 매칭할 수 있다.Referring to FIG. 3, the resonance frequency can be matched when a plurality of coils exist in one system or a plurality of systems exist, such as the secondary coil.
기존 방법에 따르면, 2차 코일이 다수개 존재하거나, 새로운 물질(페라이트)들이 추가될 경우에는 공진주파수를 찾을 수 없었다.According to the existing method, when there are a plurality of secondary coils or new materials (ferrites) are added, the resonant frequency can not be found.
따라서, 본 발명의 최적설계를 바탕으로 다수의 2차 코일이 존재하여도 시스템에 적합한 최적의 공진주파수를 찾아주고, 캐패시터 보상 등을 이용하여 전송효율을 최대화할 수 있는 최적설계 방법을 구축할 수 있다.
Therefore, even if there are a plurality of secondary coils based on the optimum design of the present invention, it is possible to find an optimum resonant frequency suitable for the system and to construct an optimal design method for maximizing the transmission efficiency by using a capacitor compensation or the like have.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공진주파수 탐색 시스템의 2차 코일을 나타낸 도이다.4 is a view showing a secondary coil of a resonant frequency search system according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 평행한 동일한 위상뿐만 아니라 위상이 다른 다수 개의 코일이 존재할 때에도 공진주파수를 매칭할 수 있다. 여기서, 채널이 많아지거나, 코일의 형상이 변형되는 형태 또는 위상이 바뀐 상태는 인덕턴스가 바뀌게 되어, 공진주파수가 변경될 수 있다. 따라서, 변경된 동작 주파수(Operating frequency)를 LC 임피던스를 조절하여 매칭되는 공진주파수를 탐색할 수 있다.Referring to FIG. 4, the resonance frequency can be matched even when there are a plurality of coils having the same phase but also different phases. Here, in the state where the number of channels is increased, the shape of the coil is deformed, or the phase is changed, the inductance is changed, and the resonance frequency can be changed. Therefore, it is possible to search the resonance frequency matching the changed operating frequency by adjusting the LC impedance.
도 4와 같이, 다수의 2차 코일의 위상이 변할 경우 또는 새로운 물질(페라이트)들이 추가될 경우에, 기존의 이론으로 공진주파수를 찾을 수 없었다.As shown in Fig. 4, when the phase of a plurality of secondary coils is changed or new materials (ferrites) are added, the resonance frequency can not be found by conventional theory.
따라서, 최적설계를 바탕으로 다수의 2차 코일 존재 및 코일의 위상이 변하여도 시스템에 적합한 최적의 공진주파수를 탐색할 수 있으며, 캐패시터 보상 등을 이용하여 전송 효율을 최대화할 수 있다.
Therefore, it is possible to search the optimal resonance frequency suitable for the system even if the presence of a plurality of secondary coils and the phase of a coil is changed based on the optimum design, and the transmission efficiency can be maximized by using a capacitor compensation or the like.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공진주파수 탐색 시스템의 2차 코일을 나타낸 도이다.5 is a diagram illustrating a secondary coil of a resonant frequency search system according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 평행한 동일한 위상뿐만 아니라 위상이 다른 다수 개의 코일이 존재할 때에도 공진주파수를 매칭할 수 있다. 여기에서, 다수의 2차 코일의 위상이 변하거나, 새로운 물질들이 추가될 경우에 최적설계를 바탕으로 캐패시터 보상 등을 이용하여 시스템에 적합한 최적의 공진주파수를 탐색할 수 있다.
Referring to FIG. 5, the resonance frequency can be matched even when there are a plurality of coils having the same phase but also different phases. Here, when the phases of a plurality of secondary coils are changed or new materials are added, an optimal resonance frequency suitable for the system can be searched by using a capacitor compensation or the like based on the optimum design.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 시스템을 나타낸 블럭도이다.6 is a block diagram illustrating a resonant frequency search system according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 공진주파수 탐색 최적화 시스템은 최적설계부(110), 전자기장 해석부(120), 그리고 회로 해석부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the resonant frequency search optimization system according to the present invention may include an
최적설계부(110)는 초기 설계변수 값을 설정하며, 초기 설계변수 값을 전자기장 해석부(120)와 회로 해석부(130)로 전달할 수 있다. The
이후에, 최적설계부(110)는 상기 전자기장 해석부(120)로부터 설계변수 값을 바탕으로 값을 얻은 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 전달받을 수 있다. 마찬가지로, 최적설계부(110)는 설계변수 값을 바탕으로 값을 얻은 상기 회로 해석부(130)로부터 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 전달받을 수 있다.Then, the
그리고, 최적설계부(110)는 상기 유도 전압 값과 상기 전자기장 값을 바탕으로 유한 차분법(finite difference method)을 이용하여 상기 설계변수 값의 민감도를 계산할 수 있다. Based on the induced voltage value and the electromagnetic field value, the
여기서, 유한 차분법은 편미분 방정식을 차분 방정식으로 근사시켜 수치 해석을 하는 방법으로, 선형(線形) 문제뿐만 아니라 비선형 문제에도 비교적 쉽게 대응할 수 있다. Here, the finite difference method is a method of numerically analyzing a partial differential equation by approximating it with a differential equation, and it is relatively easy to cope with a nonlinear problem as well as a linear problem.
또한, 상기 최적설계부(110)는 미리 설정된 수렴 조건을 만족하여 공진주파수와 매칭 여부를 검사할 수 있다. 이때, 미리 설정된 수렴 조건을 만족하지 않아 공진주파수와 매칭되지 않는 경우에는 상기 설계변수 값을 재설정하도록 할 수 있다.In addition, the
전자기장 해석부(120)는 상기 설계변수 값을 이용하여 인덕턴스 값을 계산하며, 상기 인덕턴스 값을 상기 회로 해석부(130)로 전달할 수 있다. 여기서, 전자기장 해석부(120)는 상기 설계변수 값으로 과도 해석(transient analysis)을 수행하여 상기 인덕턴스 값을 계산할 수 있다.The electromagnetic
여기서, 과도 해석은 시간에 따른 파형 변화를 확인할 수 있다.Here, the transient analysis can confirm the waveform change over time.
그리고, 전자기장 해석부(120)는 상기 회로 해석부(130)로부터 전달받은 상기 유도 전류 값으로 와전류 해석(Eddy current analysis)을 수행하여, 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 계산할 수 있으며, 이 전자기장 값을 상기 최적설계부(110)로 전송하게 할 수 있다. The electromagnetic
여기서, 와전류는 자성체 중에서 자속이 변화하면 기전력이 발생하고, 이 기전력에 의해 자성체 중에 소용돌이 모양의 전류가 흐르는 것이다. Here, in the eddy current, an electromotive force is generated when the magnetic flux changes in the magnetic body, and a swirling current flows in the magnetic body by this electromotive force.
회로 해석부(130)는 상기 전자기장 해석부(120)에서 구한 상기 인덕턴스 값을 이용하여 유도 전압과 유도 전류 값을 계산하며, 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 상기 최적설계부에 전송할 수 있다.The
여기에서, 회로 해석부(130)는 상기 인덕턴스 값으로 회로 해석을 수행하여 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 계산할 수 있다.
Here, the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 방법을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of searching for a resonant frequency according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 단계(210)에서 최적설계부는 초기 설계변수 값을 설정하여, 상기 설계변수 값을 전자기장 해석부와 회로 해석부로 전달할 수 있다.Referring to FIG. 7, in
여기에서, 상기 전자기장 해석부는 상기 설계변수 값을 이용하여 과도 해석(transient analysis)을 수행하여, 인덕턴스 값을 계산하며, 상기 인덕턴스 값을 상기 회로 해석부에 전달할 수 있다.Here, the electromagnetic field analyzing unit may perform transient analysis using the design parameter value to calculate an inductance value, and may transmit the inductance value to the circuit analyzing unit.
또한, 상기 회로 해석부는 전달 받은 상기 인덕턴스 값을 이용하여 회로 해석을 수행하여, 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 획득하며, 상기 유도 전압 값을 상기 최적설계부에 전달할 수 있다.The circuit analyzing unit may perform a circuit analysis using the received inductance value to obtain the induced voltage and the induced current value, and may transmit the induced voltage value to the optimum design unit.
그리고, 상기 전자기장 해석부는 상기 회로 해석부로부터 상기 유도 전류 값을 전달받아, 상기 유도 전류 값으로 와전류 해석(Eddy current analysis)을 수행하여, 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 계산할 수 있다.The electromagnetic field analyzing unit receives the induced current value from the circuit analyzing unit and performs an eddy current analysis on the induced current value to calculate an electromagnetic field (EMF) value.
단계(220)에서 최적설계부는 상기 전자기장 해석부로부터 설계변수 값을 바탕으로 값을 얻은 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 전달받을 수 있다. 마찬가지로, 최적설계부는 설계변수 값을 바탕으로 값을 얻은 상기 회로 해석부로부터 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 전달받을 수 있다.In
여기서, 전자기장 해석부에서는 상기 설계변수 값으로 상기 설계변수 값으로 과도 해석(transient analysis)을 수행하여 인덕턴스 값을 계산하며, 상기 인덕턴스 값을 상기 회로 해석부로 전달할 수 있다. Here, the electromagnetic field analyzing unit may calculate the inductance value by performing transient analysis using the design variable value as the design parameter value, and may transmit the inductance value to the circuit analyzing unit.
또한, 회로 해석부는 상기 전자기장 해석부에서 구한 상기 인덕턴스 값으로 회로 해석을 수행하여 유도 전압과 유도 전류 값을 계산하며, 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 상기 최적설계부에 전송할 수 있다.The circuit analyzing unit may perform a circuit analysis with the inductance value obtained by the electromagnetic field analyzing unit to calculate an induced voltage and an induced current value, and may transmit the induced voltage and the induced current value to the optimum design unit.
단계(230)에서 최적설계부는 상기 유도 전압과 상기 전자기장 값을 이용하여 유한 차분법(finite difference method)에 의한 상기 설계변수 값의 민감도를 계산할 수 있다.In
단계(240)에서 최적설계부는 미리 설정된 수렴 조건을 만족하여 공진주파수의 매칭 여부를 검사할 수 있다. 여기에서, 최적화를 위해 미리 설정된 상기 수렴 조건을 만족하지 않는 경우에는, 상기 설계변수 값들을 재설정할 수 있다.
In
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진주파수 탐색 방법을 나타낸 전체 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of searching for a resonance frequency according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 공진주파수 탐색 시스템은 최적설계부(110), 전자기장 해석부(120), 그리고 회로 해석부(130)를 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은, 도 5 및 도 6에서 설명하였으므로 생략하기로 한다.
Referring to FIG. 8, the resonant frequency search system according to the present invention may include an
이에 따라, 산업, 과학, 의료분야에서 할당해준 주파수 범위 안에서, 설계하고자 하는 시스템에 요구하는 다양한 설계변수들과 제한조건(전송거리, 전송용량, EMF 등)을 고려하여 무선전력 전송효율을 최대화할 수 있는 최적화된 공진주파수를 신속하고 정확하게 도출할 수 있다.
Therefore, in order to maximize the wireless power transmission efficiency in consideration of various design parameters and constraints (transmission distance, transmission capacity, EMF, etc.) required for the system to be designed within the frequency range allocated in the industrial, It is possible to quickly and accurately derive an optimized resonant frequency.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, controller, arithmetic logic unit (ALU), digital signal processor, microcomputer, field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing apparatus may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.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. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
110: 최적설계부
120: 전자기장 해석부
130: 회로 해석부110: Optimum design section
120: electromagnetic field analysis section
130: circuit analysis section
Claims (11)
상기 설계변수 값을 이용하여 인덕턴스 값을 계산하며, 상기 인덕턴스 값을 상기 회로 해석부로 전달하는 전자기장 해석부;
상기 인덕턴스 값을 이용하여 유도 전압과 유도 전류 값을 계산하며, 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 상기 최적화 설계부에 전달하는 회로 해석부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 시스템.Calculating an initial design parameter value, calculating sensitivity of the design parameter value using a finite difference method, and searching for a resonance frequency satisfying a preset convergence condition;
An electromagnetic field analyzer for calculating an inductance value using the design parameter value and transmitting the inductance value to the circuit analyzer;
Calculating an induced voltage and an induced current value using the inductance value and transmitting the induced voltage and the induced current value to the optimized design section;
Wherein the resonant frequency search system comprises:
상기 전자기장 해석부는
상기 유도 전류 값으로 와전류 해석(Eddy current analysis)을 수행하여, 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 계산하는 것
을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 시스템.The method according to claim 1,
The electromagnetic field analysis unit
Calculating an electromagnetic field (EMF) value by performing an eddy current analysis on the induced current value
Wherein the resonant frequency search system comprises:
상기 최적설계부는
상기 설계변수 값을 전자기장 해석부와 회로 해석부로 전달하며,
상기 전자기장 해석부로부터 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 전달받고, 상기 회로 해석부로부터 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 전달받는 것
을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 시스템.3. The method of claim 2,
The optimum design part
The design parameter value is transmitted to the electromagnetic field analysis unit and the circuit analysis unit,
Receiving the induced voltage and the induced current value from the electromagnetic field analysis unit and receiving an electromagnetic field (EMF) value from the circuit analysis unit
Wherein the resonant frequency search system comprises:
상기 최적설계부는
상기 유도 전압과 상기 전자기장 값을 이용하여 유한 차분법(finite difference method)에 의한 상기 설계변수 값의 민감도를 계산하는 것
을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 시스템.The method of claim 3,
The optimum design part
Calculating the sensitivity of the design parameter value by a finite difference method using the induced voltage and the electromagnetic field value
Wherein the resonant frequency search system comprises:
상기 전자기장 해석부는
상기 설계변수 값으로 과도 해석(transient analysis)을 수행하여 상기 인덕턴스 값을 계산하는 것
을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 시스템.The method according to claim 1,
The electromagnetic field analysis unit
Calculating the inductance value by performing a transient analysis with the design variable value
Wherein the resonant frequency search system comprises:
상기 최적설계부는
최적화를 위해 미리 설정된 상기 수렴 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 설계변수 값을 재설정하여 반복 수행하는 것
을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 시스템.The method according to claim 1,
The optimum design part
If the convergence condition preset for optimization is not satisfied, the design parameter value is reset and repeatedly performed
Wherein the resonant frequency search system comprises:
상기 전자기장 해석부로부터 유도 전압과 유도 전류 값을 획득하며, 상기 회로 해석부로부터 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 획득하는 단계;
상기 유도 전압과 상기 전자기장 값을 이용하여 유한 차분법(finite difference method)에 의한 상기 설계변수 값의 민감도를 계산하는 단계; 및
미리 설정된 수렴 조건을 만족하여 공진주파수의 매칭 여부를 검사하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 방법.Setting an initial design parameter value in an optimum design section and transmitting the design parameter value to an electromagnetic field analysis section and a circuit analysis section;
Obtaining an induced voltage and an induced current value from the electromagnetic field analysis unit and obtaining an electromagnetic field (EMF) value from the circuit analysis unit;
Calculating a sensitivity of the design parameter value by a finite difference method using the induced voltage and the electromagnetic field value; And
Checking whether a resonance frequency is matched by satisfying a predetermined convergence condition
And a resonant frequency of the resonant frequency.
상기 전자기장 해석부는
상기 설계변수 값을 이용하여 과도 해석(transient analysis)을 수행하여, 인덕턴스 값을 계산하며, 상기 인덕턴스 값을 상기 회로 해석부에 전달하는 것
을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 방법.8. The method of claim 7,
The electromagnetic field analysis unit
Performing a transient analysis using the design parameter value to calculate an inductance value, and transmitting the inductance value to the circuit analysis unit
And a resonance frequency of the resonance frequency of the resonance frequency.
상기 회로 해석부는
전달 받은 상기 인덕턴스 값을 이용하여 회로 해석을 수행하여, 상기 유도 전압과 상기 유도 전류 값을 획득하며, 상기 유도 전압 값을 상기 최적설계부에 전달하는 것
을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 방법.8. The method of claim 7,
The circuit analysis unit
Performing circuit analysis using the received inductance value to obtain the induced voltage and the induced current value, and transmitting the induced voltage value to the optimum design section
And a resonance frequency of the resonance frequency of the resonance frequency.
상기 전자기장 해석부는
상기 유도 전류 값으로 와전류 해석(Eddy current analysis)을 수행하여, 전자기장(electromagnetic field; EMF) 값을 계산하는 것
을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 방법.8. The method of claim 7,
The electromagnetic field analysis unit
Calculating an electromagnetic field (EMF) value by performing an eddy current analysis on the induced current value
And a resonance frequency of the resonance frequency of the resonance frequency.
상기 미리 설정된 수렴 조건을 만족하여 공진주파수의 매칭 여부를 검사하는 단계는
최적설계 과정에서 미리 설정된 상기 수렴 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 설계변수 값들을 재설정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진주파수 탐색 방법.
8. The method of claim 7,
The step of checking the matching of the resonance frequency satisfying the predetermined convergence condition
If the predetermined convergence condition is not satisfied in the optimum design process, resetting the design parameter values
And a resonant frequency of the resonant frequency.
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| JP2010200571A (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Toko Inc | Noncontact power transmission circuit |
| KR20120010652A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-06 | 한국전자통신연구원 | Wireless energy transfer apparatus and making method therefor |
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- 2014-03-14 KR KR1020140029953A patent/KR101579675B1/en active IP Right Grant
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