KR20160063004A - Apparatus for wireless power transmission - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 전력 송신 및 수신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 유도 및 자기 공진을 이용하여 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 무선 전력 송신 및 수신 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wireless power transmission and reception apparatus, and more particularly, to a wireless power transmission and reception apparatus that wirelessly transmits or receives power using magnetic induction and self-resonance.
전통적으로 무선 전력 수신장치들에게 유선으로 전기 에너지를 공급하는 방법 대신에, 최근에는 접촉 없이 무선으로 전기 에너지를 공급하는 방법이 사용된다.[0002] Instead of a method of supplying electrical energy to a wireless power receiving apparatus by wire, a method of wirelessly supplying electric energy without contact has been used.
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.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.
도 1 및 도 2는 종래 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.1 and 2 are circuit diagrams schematically showing a configuration of a conventional wireless power transmission apparatus.
도 1을 참조하면, 자기 유도를 이용한 무선 전력 송신 장치(12)는 벅 컨버터(120), 인버터(122) 및 자기 유도 송신기(124)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a wireless
벅 컨버터(120)는 입력 전압보다 낮은 직류 전압을 출력하고, 인버터(122)는 벅 컨버터(120)에 연결되어 상기 출력된 직류 전압을 교류 전력으로 변환하며, 자기 유도 송신기(124)는 자기 유도 방식으로 전력을 송신한다.The
여기에서, 자기 유도 방식이란, 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 이용하여 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 방식이다.Here, the magnetic induction method is a method of inducing a current from one coil to another by using a phenomenon that a voltage is induced and a current flows when a magnetic field is changed around a conductor.
한편, 자기 유도 방식은 소형 기기를 중심으로 상용화가 빠르게 진행되고 있으나, 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어지고, 와전류에 의한 불필요하고 위험한 발열을 일으킬 수 있는 문제점이 있다.On the other hand, the magnetic induction method has been rapidly commercialized mainly in small-sized devices, but it is very sensitive to the distance between the coils and the relative position thereof, so that the transmission efficiency drops rapidly even if the distance between the two coils is slightly reduced or not. And there is a problem that can cause a dangerous heat.
도 2를 참조하면, 자기 공진을 이용한 무선 전력 송신 장치(11)는 부스트 컨버터(110), 인버터(112) 및 자기 공진 송신기(114)를 포함한다.2, the wireless
부스트 컨버터(110)는 입력 전압보다 높은 직류 전압을 출력하고, 인버터(112)는 부스트 컨버터(110)에 연결되어 상기 출력된 직류 전압을 교류 전력으로 변환하며, 자기 공진 송신기(114)는 자기 공진 방식으로 전력을 송신한다.The
여기에서, 자기 공진 방식이란, 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우 전자파가 근거리 전자장을 통하여 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합에 기반을 두어 두 매체 사이의 공진 주파수가 동일할 때 에너지가 전달되는 방식이다.Here, the self-resonance method is based on the combination of attenuation waves in which electromagnetic waves travel from one medium to another medium through a near-field electromagnetic field when the two media resonate at the same frequency, It is how it is delivered.
한편, 자기 공진 방식은 자기 유도 방식에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있어 수 미터의 거리에서도 높은 전송 효율을 얻을 수 있으나, 송신 또는 수신 유도기의 부피가 크고 많은 열이 발생하는 문제점이 있다.On the other hand, the self-resonance method can transmit energy to a far distance as compared with the magnetic induction method, so that a high transmission efficiency can be obtained even at a distance of a few meters, but the volume of the transmitting or receiving induction unit is large and a lot of heat is generated.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 자기 유도 방식과 자기 공진 방식을 혼합하여 사용하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, in order to solve the above problems, development of a technique for using a magnetic induction system and a magnetic resonance system in combination is required.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 자기 유도 방식과 자기 공진 방식을 혼합하여 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 무선 전력 송신 및 수신 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a wireless power transmission and reception apparatus that wirelessly transmits or receives power by mixing a magnetic induction method and a magnetic resonance method.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치에 있어서, 입력전압을 변환하여 직류 전압을 출력하는 컨버터; 상기 컨버터에 연결되어 상기 컨버터에서 출력된 직류 전압을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 상기 인버터에 연결되어 자기 공진 방식으로 상기 교류 전력을 송신하는 송신 공진기; 상기 송신 공진기에 연결되고, 자기 유도 방식으로 상기 교류 전력을 송신하는 송신 유도기; 및 상기 인버터를 제어하여 활성 주파수를 생성하며, 상기 활성 주파수에 의해 상기 송신 공진기와 상기 송신 유도기 중 하나를 활성화시키는 송신 제어부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wireless power transmission apparatus for wirelessly transmitting power to a wireless power reception apparatus, the wireless power transmission apparatus comprising: a converter for converting an input voltage to output a direct current voltage; An inverter connected to the converter for converting the DC voltage output from the converter into AC power; A transmission resonator connected to the inverter for transmitting the AC power in a self-resonant manner; A transmission inducer connected to the transmission resonator and configured to transmit the AC power in a magnetic induction manner; And a transmission control unit for controlling the inverter to generate an active frequency and activating one of the transmission resonator and the transmission induction unit by the active frequency.
또한, 상기 송신 공진기는, 상기 송신 공진기를 도통 또는 비도통시키는 송신 스위치를 포함할 수 있다.The transmission resonator may include a transmission switch for conducting or non-conducting the transmission resonator.
또한, 상기 컨버터는, 상기 입력 전압보다 높은 제1 직류 전압 또는 상기 입력 전압보다 낮은 제2 직류 전압을 출력하는 벅-부스트 컨버터를 포함할 수 있다.In addition, the converter may include a buck-boost converter that outputs a first DC voltage higher than the input voltage or a second DC voltage lower than the input voltage.
또한, 상기 송신 제어부는, 상기 무선 전력 수신 장치가 자기 공진 방식인 경우, 상기 제1 직류 전압을 출력시키도록 상기 벅-부스트 컨버터를 제어하고, 상기 무선 전력 수신 장치가 자기 유도 방식인 경우, 상기 제2 직류 전압을 출력시키도록 상기 벅-부스트 컨버터를 제어할 수 있다.The transmission control unit may control the buck-boost converter to output the first DC voltage when the wireless power receiving apparatus is a self resonance system, and when the wireless power receiving apparatus is a magnetic induction system, The buck-boost converter can be controlled to output the second DC voltage.
또한, 상기 송신 제어부는, 상기 무선 전력 수신 장치가 자기 공진 방식인 경우, 상기 컨버터에서 출력된 직류 전압을 통해 제1 활성 주파수를 생성하도록 상기 인버터를 제어하고, 상기 송신 스위치를 ON시켜 상기 송신 공진기를 활성화시키고, 상기 무선 전력 수신 장치가 자기 유도 방식인 경우. 상기 컨버터에서 출력된 직류 전압을 통해 제2 활성 주파수를 생성하도록 상기 인버터를 제어하고, 상기 송신 스위치를 OFF시켜 상기 송신 유도기를 활성화시킬 수 있다.The transmission control unit may control the inverter to generate the first active frequency through the DC voltage output from the converter when the wireless power receiving apparatus is a self resonance system, And the wireless power receiving apparatus is a magnetic induction system. The inverter controls the inverter to generate the second active frequency through the DC voltage output from the converter, and turns off the transmission switch to activate the transmission inducing unit.
또한, 상기 제1 활성 주파수는 6.78MHz이고, 상기 제2 활성 주파수는 110kHz 이상 357kHz 이하일 수 있다.In addition, the first active frequency may be 6.78 MHz, and the second active frequency may be 110 kHz or more and 357 kHz or less.
또한, 상기 송신 공진기는, 제1 공진 커패시터 및 상기 제1 공진 커패시터와 직렬 연결된 제1 공진 코일을 포함할 수 있다.The transmission resonator may include a first resonant capacitor and a first resonant coil connected in series with the first resonant capacitor.
또한, 상기 송신 유도기는, 상기 송신 공진기에 직렬 연결된 제1 유도 커패시터 및 상기 송신 공진기에 병렬 연결된 제2 유도 코일을 포함할 수 있다.The transmission inducing unit may include a first inductive capacitor connected in series to the transmission resonator and a second inductive coil connected in parallel to the transmission resonator.
또한, 상기 송신 공진기는, 상기 송신 유도기에 비해 고주파에 적합하도록 임피던스 매칭될 수 있다.Also, the transmission resonator may be impedance matched to the high frequency in comparison with the transmission induction unit.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에 있어서, 자기 유도 방식으로 전력을 수신하는 수신 유도기; 상기 수신 유도기에 연결되고, 자기 공진 방식으로 전력을 수신하는 수신 공진기; 및 상기 전력 송신 장치의 활성 주파수에 따라 상기 수신 유도기와 상기 수신 공진기 중 하나를 활성화시키는 수신 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wireless power receiving apparatus for wirelessly receiving power from a wireless power transmission apparatus, the wireless power receiving apparatus comprising: a receiving induction unit for receiving power in a magnetic induction manner; A reception resonator connected to the reception inducing unit and receiving power in a self-resonant manner; And a reception controller for activating one of the reception inductor and the reception resonator according to an active frequency of the power transmission device.
또한, 상기 수신 공진기는, 상기 수신 공진기를 도통 또는 비도통시키는 수신 스위치를 포함할 수 있다.The reception resonator may include a reception switch for conducting or non-conducting the reception resonator.
또한, 상기 수신 제어부는, 상기 무선 전력 송신 장치가 자기 공진 방식인 경우, 상기 수신 스위치를 ON시켜 상기 수신 공진기를 활성화시키고, 상기 무선 전력 송신 장치가 자기 유도 방식인 경우, 상기 스위치를 OFF시켜 상기 수신 유도기를 활성화시킬 수 있다.When the radio power transmission apparatus is of the self-resonance type, the reception control unit activates the reception resonator by turning on the reception switch. When the radio power transmission apparatus is of a magnetic induction type, the reception control unit turns off the switch, The reception inducing unit can be activated.
또한, 상기 수신 공진기는, 제2 공진 커패시터 및 상기 제2 공진 커패시터와 직렬 연결된 제2 공진 코일을 포함할 수 있다.In addition, the reception resonator may include a second resonant capacitor and a second resonant coil connected in series with the second resonant capacitor.
또한, 상기 수신 유도기는, 상기 수신 공진기와 직렬 연결된 제2 유도 커패시터 및 상기 수신 공진기와 병렬 연결된 제2 유도 코일을 포함할 수 있다.The reception inducing unit may include a second induction capacitor connected in series with the reception resonator, and a second induction coil connected in parallel with the reception resonator.
또한, 상기 수신 공진기는, 상기 수신 유도기에 비해 고주파에 적합하도록 임피던스 매칭될 수 있다.In addition, the reception resonator may be impedance matched to the high frequency in comparison with the reception induction unit.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
상기와 같은 본 발명의 무선 전력 송신 및 수신 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.The above-described wireless power transmitting and receiving apparatus of the present invention has one or more of the following effects.
본 발명에 따르면, 자기 유도 방식과 자기 공진 방식을 혼합하여 무선으로 전력을 송신 또는 수신할 수 있다.According to the present invention, it is possible to transmit or receive power wirelessly by mixing a magnetic induction method and a self-resonance method.
도 1 및 도 2는 종래 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 공진기 및 송신 유도기의 주파수에 대한 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.1 and 2 are circuit diagrams schematically showing a configuration of a conventional wireless power transmission apparatus.
3 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram schematically showing a configuration of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 and FIG. 7 are graphs showing changes in impedance with respect to frequencies of a transmission resonator and a transmission inductor according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram schematically showing a configuration of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Also, terms used herein are for the purpose of illustrating embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It should be understood that the terms comprising and / or comprising the terms used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps and / or operations in addition to the stated elements, steps and / use. And "and / or" include each and any combination of one or more of the mentioned items.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 개략도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.FIG. 3 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram of a wireless power transmission apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Fig. 3 is a circuit diagram schematically showing a configuration of a wireless power transmission apparatus. Fig.
또한, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 공진기 및 송신 유도기의 주파수에 대한 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.6 and 7 are graphs showing changes in impedance with respect to frequencies of a transmission resonator and a transmission inductor according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(20)는 컨버터(converter, 210), 인버터(Inverter, 220), 송신 공진기(230), 송신 유도기 및 송신 제어부(250)를 포함하나, 이외 추가적인 구성을 배제하지 않는다.3 to 5, a wireless
무선 전력 송신 장치(20)는 무선 전력 수신 장치(30)에게 필요한 전력을 무선으로 전달할 수 있으며, 이 때, 무선 전력 송신 장치(20)는 무선 전력 수신 장치(30)를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 무선 전력 송신 장치(20)는 무선 전력 수신 장치(30)와 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 무선 전력 수신 장치(30)에 전력을 전달하는 여러가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.The wireless
컨버터(210)는 입력전압을 변환하여 직류 전압을 출력한다.The
이 때, 컨버터(210)는 벅-부스트 컨버터(Buck-boost converter, 210)를 포함할 수 있다.At this time, the
벅-부스트 컨버터(210)는 입력 직류 전원을 강압하거나 승압하는 것으로써, 입력전압보다 높은 제1 직류 전압 또는 상기 입력전압보다 낮은 제2 직류 전압을 출력할 수 있다.The buck-
인버터(220)는 컨버터(210)에 연결되어 상기 컨버터에서 출력된 직류 전압을 교류 전력으로 변환할 수 있다.The
이 때, 인버터(220)는 컨버터(210)에서 출력된 직류 전압을 고주파인 제1 활성 주파수 또는 저주파인 제2 활성주파수를 가지는 교류 전력으로 변환할 수 있다.At this time, the
또한, 컨버터(210)가 벅-부스트 컨버터인 경우, 인버터(220)는 벅-부스트 컨버터(210)에서 출력된 제1 직류 전압을 고주파인 제1 활성 주파수를 가지는 교류 전력으로 변환하거나, 벅-부스트 컨버터(210)에서 출력된 제2 직류 전압을 저주파인 제2 활성 주파수를 가지는 교류 전력으로 변환할 수 있다.When the
여기에서, 제1 활성 주파수는 6.78MHz이고, 제2 활성 주파수는 110kHz 이상 357kHz 이하일 수 있으나, 제1 활성 주파수가 제2 활성주파수에 비해 고주파라면 상기 수치에 제한되지 않고 다양하게 변경되어 적용될 수 있다.Here, the first active frequency may be 6.78 MHz and the second active frequency may be 110 kHz or more and 357 kHz or less. However, if the first active frequency is a higher frequency than the second active frequency, .
송신 공진기(230)는 인버터(220)에 연결되어 자기 공진 방식으로 인버터(220)에서 변환된 교류 전력을 무선 전력 수신 장치에 송신한다.The
도 5를 참조하면, 송신 공진기(230)는 제1 공진 커패시터(), 제1 공진 코일() 및 송신 스위치()를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
이 때, 제1 공진 커패시터() 및 제1 공진 코일()은 송신 공진기(230)가 제1 활성 주파수에 적합하도록 임피던스 매칭 설계될 수 있다.At this time, the first resonance capacitor ( And the first resonant coil ( May be designed to match the impedance of the transmitting
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 공진 커패시터() 및 제1 공진 코일()은 송신 공진기(230)가 6.78MHz 주파수에 적합하도록 임피던스를 매칭 설계될 수 있다. 즉, 송신 공진기(230)는 6.78MHz 주파수 부근에서 가장 낮은 임피던스를 가질 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, the first resonant capacitor And the first resonant coil ( May be designed to match the impedance so that the
다만, 송신 공진기(230)가 제1 활성 주파수에 적합하도록 임피던스 매칭될 수 있다면, 송신 공진기(230)에 구비되는 제1 공진 커패시터() 및 제1 공진 코일()은 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자가 적용 가능한 수치를 가지는 커패시터 및 코일을 포함한다.However, if the
여기에서 자기 공진 방식이란, 송신 공진기(230)와 무선 전력 수신 장치가 같은 주파수로 공진함으로써 전자파가 근거리 전자장을 통해 송신 공진기(230)에서 무선 전력 수신 장치로 이동하는 것을 의미한다.Here, the self resonance method means that the electromagnetic wave is moved from the
송신 스위치()는 송신 공진기(230)를 도통 또는 비도통시킬 수 있다. 자세한 동작에 대하여는 후술한다.Transmission switch ( May turn on or off the
송신 유도기(240)는 송신 공진기(230)에 연결되고, 자기 유도 방식으로 상기 교류 전력을 송신한다.The
예를 들어, 도 4를 참조하면, 송신 유도기(240)가 송신 공진기(230)의 내부에 위치하는 동시에 송신 유도기(240)와 송신 공진기(230)가 연결되어 공간 효율성을 향상시킬 수 있으나, 이는 일 예에 불과할 뿐 다양하게 변경하여 적용될 수 있다.For example, referring to FIG. 4, the
도 5를 참조하면, 송신 유도기(240)은 송신 공진기(230)에 직렬 연결된 제1 유도 커패시터() 및 송신 공진기(230)에 병렬 연결된 제1 유도 코일()을 포함한다.Referring to FIG. 5, the transmit
예를 들어, 제1 유도 커패시터() 및 제1 유도 코일()은 송신 유도기(240)가 110kHz 이상 357kHz 이하 주파수에 적합하도록 임피던스 매칭 설계될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 송신 유도기(240)는 110kHz 주파수 부근에서 가장 낮은 임피던스를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the first inductive capacitor ( ) And the first induction coil ( May be designed to be impedance matching such that the
다만, 송신 유도기(240)가 제2 활성 주파수에 적합하도록 임피던스 매칭될 수 있다면, 송신 유도기(240)에 구비되는 제1 유도 커패시터() 및 제1 유도 코일() 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자가 적용 가능한 수치를 가지는 커패시터 및 코일을 포함한다.However, if the
이 때, 제1 공진 커패시터()는 제1 유도 커패시터()보다 큰 임피던스를 갖도록 설계될 수 있다.At this time, the first resonance capacitor ( Is connected to the first inductive capacitor ( ). ≪ / RTI >
여기에서 자기 유도 방식이란, 송신 유도기(240) 주변의 자기장을 변화시켰을 때 무선 전력 수신 장치에 전압이 유도되어 전류가 흐르는 것을 의미한다.Here, the magnetic induction method means that when a magnetic field around the
송신 제어부(250)는 인버터(220)를 제어하여 활성 주파수를 생성하며, 상기 활성 주파수에 의해 송신 공진기(230)와 송신 유도기(240) 중 하나를 활성화시킨다.The transmission controller 250 controls the
이 때, 송신 제어부(250)는 무선 전력 송신 장치(20)와 무선 전력 수신 장치(30)의 거리 및/또는 무선 전력 수신 장치(30)의 유무나 종류(예를 들어, 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식)를 판단하여 이에 따라 인버터(220) 및 송신 공진기(230)를 제어한다.At this time, the transmission control unit 250 controls the distance between the wireless
예를 들어, 무선 전력 수신 장치(30)가 자기 공진 방식을 이용하여 전력을 수신하는 장치인 경우, 송신 제어부(250)는 컨버터(210)에서 출력된 직류 전압을 통해 제1 활성 주파수를 생성하도록 인버터(220)를 제어하고, 송신 스위치()를 ON시켜 송신 공진기(230)를 도통시킨다.For example, when the wireless
이 경우, 송신 공진기(230)가 송신 유도기(240)에 비해 고주파에 적합하도록 임피던스 매칭되므로, 송신 유도기(240)의 제1 유도 코일()이 오픈(open)되는 것과 동일한 현상이 일어나 제1 유도 코일()의 특성은 무시되고, 송신 유도기(240)의 제1 유도 커패시터()의 임피던스가 송신 공진기(230)의 제1 공진 커패시터()의 임피던스보다 작게 설계되어 제1 유도 커패시터()의 특성이 무시될 수 있으므로, 송신 공진기(230)만 활성화된다.In this case, since the
이와 반대로, 무선 전력 수신 장치(30)가 자기 유도 방식을 이용하여 전력을 수신하는 장치인 경우, 송신 제어부(250)는 컨버터(210)에서 출력된 직류 전압을 통해 제2 활성 주파수를 생성하도록 인버터(220)를 제어하고, 송신 스위치()를 OFF시켜 송신 유도기(240)를 활성화 시킨다.Conversely, when the wireless
이 때, 송신 제어부(250)는 인버터(220)에서 제1 활성 주파수 또는 제2 활성 주파수를 가지는 교류 전력을 생성하기 위해 인버터(220) 내부에 위치한 스위치(M1, M2)의 ON/OFF 속도를 조절할 수 있으나, 송신 제어부(250)가 제1 활성 주파수 또는 제2 활성 주파수를 출력하도록 인버터(220)를 제어할 수 있다면 인버터(220)의 제어 방법은 이에 제한되지 않는다.At this time, the transmission controller 250 controls the ON / OFF speed of the switches M1 and M2 located in the
또한, 컨버터(210)가 벅-부스트 컨버터인 경우, 송신 제어부(250)는 벅-부스트 컨버터(210)를 제어할 수 있다.In addition, when
즉, 무선 전력 수신 장치(30)가 자기 공진 방식을 이용하여 전력을 수신하는 장치인 경우 송신 제어부(250)는 제1 직류 전압을 출력시키도록 벅-부스트 컨버터(210)를 제어하고, 무선 전력 수신 장치(30)가 자기 유도 방식을 이용하여 전력을 수신하는 장치인 경우 송신 제어부(250)는 제2 직류 전압을 출력시키도록 벅-부스트 컨버터(210)를 제어한다.That is, when the wireless
따라서, 자기 공진 방식으로 전력을 송신하는 경우 입력 전압보다 높은 제1 직류 전압을 통해 인버터(220)에서 출력되는 전력의 피크치를 높여 비교적 먼 거리에 전력을 송신할 수 있도록 하고, 비교적 가까운 거리에 전력을 송신하는 자기 유도 방식으로 전력을 송신하는 경우 입력 전압보다 낮은 제2 직류 전압을 통해 전력 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, when power is transmitted by the self-resonance method, the peak value of the power output from the
다만, 제1 직류 전압은 자기 공진 방식으로 전력을 송신하기 위해 인버터(220)로 입력되는 직류 전압의 수치이고, 제2 직류 전압은 자기 유도 방식으로 전력을 송신하기 위해 인버터(220)로 입력되는 직류 전압의 수치에 부합하다면 제1 직류 전압 및 제2 직류 전압의 크기는 제한되지 않는다.The first DC voltage is a value of a DC voltage input to the
또한, 송신 제어부(250)는 송신 공진기(230) 및/또는 송신 유도기(240)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나 별도로 구비된 센서 또는 무선 전력 수신 장치의 식별정보 등에 의해 무선 전력 송신 장치(20)와 무선 전력 수신 장치(30)의 거리 및/또는 무선 전력 수신 장치(30)의 유무나 종류를 판단할 수 있다.The transmission control unit 250 may control the transmission power of the wireless
다만, 무선 전력 송신 장치(20)와 무선 전력 수신 장치(30)의 거리 및/또는 무선 전력 수신 장치(30)의 유무나 종류를 판단할 수 있다면, 송신 제어부(250)의 구성 및 동작은 이에 제한되지 않고 사용자가 직접 무선 전력 수신 장치(30)의 종류 등을 송신 제어부(230)에 입력해주는 등 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자가 적용 가능한 모든 구성 및 동작을 포함할 수 있다.However, if the distance between the wireless
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(20)는 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정 주파수의 무선 전력 신호에 의하여 발생하는 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Electromagnetic Resonance Coupling) 방식을 혼합하여 무선 전력 수신 장치(30)에 전력을 송신할 수 있으므로, 공간 효율성이 향상되며 회로 부품이 감소되어 제작 비용을 줄일 수 있다.Therefore, the wireless
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 블록도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로도이다.FIG. 8 is a block diagram of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a circuit diagram schematically illustrating a configuration of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(30)는 수신 유도기(310), 수신 공진기(320) 및 수신 제어부(330)를 포함하나, 이외 추가적인 구성을 배제하지 않는다.8 and 9, a wireless
본 발명의 일 실시예에서 설명되는 무선 전력 수신 장치(30)는 휴대가 가능한 모든 전자 기기, 예컨대 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 출력장치 등의 입출력장치를 비롯하여, 휴대폰, 셀룰러폰, 스마트 폰(smart phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player)와, 태블릿, 혹은 멀티 미디어 기기 등을 포괄하는 의미로 해석될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The wireless
수신 공진기(320)는 자기 공진 방식으로 무선 전력 송신 장치(20)로부터 전력을 수신한다.The
도 9를 참조하면, 수신 공진기(320)는 제2 공진 커패시터(), 제2 공진 코일() 및 수신 스위치()를 포함할 수 있다.9, the
이 때, 제2 공진 커패시터() 및 제2 공진 코일()은 수신 공진기(320)가 수신 유도기(310)에 비해 높은 주파수에 적합하도록 임피던스 매칭 설계될 수 있다.At this time, the second resonant capacitor ( And the second resonant coil ( May be designed so that the
예를 들어, 제2 공진 커패시터() 및 제2 공진 코일()은 수신 공진기(320)가 6.78MHz의 주파수에 적합하도록 임피던스 매칭 설계될 수 있다.For example, the second resonant capacitor ( And the second resonant coil ( May be designed to be impedance matching so that the
수신 스위치()는 수신 공진기(320)를 도통 또는 비도통 시킬 수 있으며, 이에 대한 자세한 동작에 대하여는 후술한다.Receive switch ( May turn on or off the
수신 유도기(310)는 수신 공진기(320)에 연결되고, 자기 유도 방식으로 무선 전력 송신 장치(20)로부터 전력을 수신한다.The receiving
도 9를 참조하면, 수신 유도기(310)는 수신 공진기(320)와 직렬 연결된 제2 유도 커패시터() 및 수신 공진기(320)와 병렬 연결된 제2 유도 코일()을 포함할 수 있다.9, the receiving
이 때, 제2 유도 커패시터() 및 제2 유도 코일()은 수신 유도기(310)가 110kHz 이상 357kHz 이하 주파수에 적합하도록 임피던스 매칭 설계될 수 있다.At this time, the second inductive capacitor ( ) And the second induction coil ( May be designed so that the
또한, 제2 공진 커패시터()는 제2 유도 커패시터()에 비해 큰 임피던스를 갖도록 설계될 수 있다.Also, the second resonant capacitor ( Is connected to the second inductive capacitor ( The impedance can be designed to have a large impedance as compared with the case of FIG.
다만, 수신 공진기(320)가 수신 유도기(310)에 비해 고주파에 적합하도록 임피던스 매칭될 수 있다면, 제1 공진 커패시터(), 제1 공진 코일(), 제2 유도 커패시터() 및 제2 유도 코일()은 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자가 적용 가능한 수치를 가지는 커패시터 및 코일을 포함한다.However, if the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(30)는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(20)와 같이 수신 유도기(310)가 수신 공진기(320)의 내부에 위치하는 동시에 수신 유도기(310)와 수신 공진기(320)가 연결되어 공간 효율성을 향상시킬 수 있으나, 이는 일 예에 불과할 뿐 다양하게 변경하여 적용될 수 있다.In the wireless
수신 제어부(330)는 전력 송신 장치의 활성 주파수에 따라 수신 유도기(310)와 수신 공진기(320) 중 하나를 활성화 시킨다.The
이 때, 수신 제어부(330)는 무선 전력 송신 장치(20)와 무선 전력 수신 장치(30)의 거리 및/또는 무선 전력 송신 장치(30)의 유무나 종류(예를 들어, 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식)를 판단하여 이에 따라 수신 공진기(320) 및 수신 유도기(310)를 제어한다.The
예를 들어, 무선 전력 송신 장치(20)가 자기 공진 방식을 이용하여 전력을 송신하는 장치인 경우, 수신 제어부(330)는 수신 스위치()를 ON시켜 수신 공진기(320)를 도통시킨다.For example, when the wireless
이 경우, 수신 공진기(320)가 수신 유도기(310)에 비해 고주파에 적합하도록 임피던스 매칭되므로, 수신 유도기(310)의 제2 유도 코일()이 오픈(open)되는 것과 동일한 현상이 일어나 제2 유도 코일()의 특성은 무시되고, 수신 유도기(310)의 제2 유도 커패시터()의 임피던스가 수신 공진기(320)의 제2 공진 커패시터()의 임피던스보다 작게 설계되어 제2 유도 커패시터()의 특성이 무시될 수 있으므로, 수신 공진기(320)만 활성화된다.In this case, since the
이와 반대로, 무선 전력 송신 장치(20)가 자기 유도 방식을 이용하여 전력을 송신하는 장치인 경우, 수신 제어부(330)는 수신 스위치()를 OFF시켜 수신 공진기(320)를 비도통시키고 수신 유도기(310)만을 활성화시킬 수 있다.On the other hand, when the wireless
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(30)는 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정 주파수의 무선 전력 신호에 의하여 발생하는 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Electromagnetic Resonance Coupling) 방식을 혼합하여 무선 전력 수신 장치(30)에 전력을 송신할 수 있으므로, 공간 효율성이 향상되며 회로 부품이 감소되어 제작 비용을 줄일 수 있다.Therefore, the wireless
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
11, 12: 종래 무선 전력 송신 장치
20: 무선 전력 송신 장치
30: 무선 전력 수신 장치
210: 벅-부스트 컨버터
220: 인버터
230: 송신 공진기
240: 송신 유도기
250: 송신 제어부
310: 수신 유도기
320: 수신 공진기
330: 수신 제어부11, 12: Conventional wireless power transmission device
20: Wireless power transmitter
30: Wireless power receiving device
210: Buck-Boost Converter
220: Inverter
230: transmitting resonator
240:
250: Transmission control section
310:
320: receiving resonator
330:
Claims (9)
입력전압을 변환하여 직류 전압을 출력하는 컨버터;
상기 컨버터에 연결되어 상기 컨버터에서 출력된 직류 전압을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
상기 인버터에 연결되어 자기 공진 방식으로 상기 교류 전력을 송신하는 송신 공진기;
상기 송신 공진기에 연결되고, 자기 유도 방식으로 상기 교류 전력을 송신하는 송신 유도기; 및
상기 인버터를 제어하여 활성 주파수를 생성하며, 상기 활성 주파수에 의해 상기 송신 공진기와 상기 송신 유도기 중 하나를 활성화시키는 송신 제어부를 포함하는, 무선 전력 송신 장치.A wireless power transmission apparatus for wirelessly transmitting power to a wireless power receiving apparatus,
A converter for converting an input voltage to output a DC voltage;
An inverter connected to the converter for converting the DC voltage output from the converter into AC power;
A transmission resonator connected to the inverter for transmitting the AC power in a self-resonant manner;
A transmission inducer connected to the transmission resonator and configured to transmit the AC power in a magnetic induction manner; And
And a transmission control section for controlling the inverter to generate an active frequency and to activate one of the transmission resonator and the transmission inductor by the active frequency.
상기 송신 공진기는,
상기 송신 공진기를 도통 또는 비도통시키는 송신 스위치를 포함하는, 무선 전력 송신 장치.The method according to claim 1,
The transmission resonator includes:
And a transmission switch for conducting or non-conducting the transmission resonator.
상기 컨버터는,
상기 입력 전압보다 높은 제1 직류 전압 또는 상기 입력 전압보다 낮은 제2 직류 전압을 출력하는 벅-부스트 컨버터를 포함하는, 무선 전력 송신 장치.3. The method of claim 2,
The converter includes:
And a buck-boost converter outputting a first DC voltage higher than the input voltage or a second DC voltage lower than the input voltage.
상기 송신 제어부는,
상기 무선 전력 수신 장치가 자기 공진 방식인 경우, 상기 제1 직류 전압을 출력시키도록 상기 벅-부스트 컨버터를 제어하고,
상기 무선 전력 수신 장치가 자기 유도 방식인 경우, 상기 제2 직류 전압을 출력시키도록 상기 벅-부스트 컨버터를 제어하는, 무선 전력 송신 장치.The method of claim 3,
The transmission control unit,
The buck-boost converter controlling the buck-boost converter to output the first DC voltage when the wireless power receiving apparatus is a self resonance system,
And controls the buck-boost converter to output the second DC voltage when the wireless power receiving apparatus is of a self-induction type.
상기 송신 제어부는,
상기 무선 전력 수신 장치가 자기 공진 방식인 경우, 상기 컨버터에서 출력된 직류 전압을 통해 제1 활성 주파수를 생성하도록 상기 인버터를 제어하고, 상기 송신 스위치를 ON시켜 상기 송신 공진기를 활성화시키고,
상기 무선 전력 수신 장치가 자기 유도 방식인 경우. 상기 컨버터에서 출력된 직류 전압을 통해 제2 활성 주파수를 생성하도록 상기 인버터를 제어하고, 상기 송신 스위치를 OFF시켜 상기 송신 유도기를 활성화시키는, 무선 전력 송신 장치.3. The method of claim 2,
The transmission control unit,
Controlling the inverter to generate a first active frequency through a direct current voltage output from the converter when the wireless power receiving apparatus is a self resonant system, activating the transmission resonator by turning on the transmission switch,
And the wireless power receiving apparatus is a magnetic induction system. Controls the inverter to generate a second active frequency through a DC voltage output from the converter, and turns off the transmit switch to activate the transmit inducer.
상기 제1 활성 주파수는 6.78MHz이고,
상기 제2 활성 주파수는 110kHz 이상 357kHz 이하인, 무선 전력 송신 장치.6. The method of claim 5,
The first active frequency is 6.78 MHz,
And the second active frequency is between 110 kHz and 357 kHz.
상기 송신 공진기는,
제1 공진 커패시터 및 상기 제1 공진 커패시터와 직렬 연결된 제1 공진 코일을 포함하는, 무선 전력 송신 장치.The method according to claim 1,
The transmission resonator includes:
And a first resonant coil connected in series with the first resonant capacitor and the first resonant capacitor.
상기 송신 유도기는,
상기 송신 공진기에 직렬 연결된 제1 유도 커패시터 및 상기 송신 공진기에 병렬 연결된 제2 유도 코일을 포함하는, 무선 전력 송신 장치.The method according to claim 1,
Wherein the transmission inducing unit comprises:
A first inductive capacitor coupled in series with the transmit resonator, and a second inductive coil in parallel with the transmit resonator.
상기 송신 공진기는,
상기 송신 유도기에 비해 고주파에 적합하도록 임피던스 매칭되는, 무선 전력 송신 장치.The method according to claim 1,
The transmission resonator includes:
And impedance matching is performed so as to be suitable for a high frequency as compared with the transmission inducing unit.
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