KR20210034282A - Efficient wireless power charging apparatus and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 효율적인 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 최대 효율로 충전이 가능한 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an efficient wireless power charging device and method thereof, and to a wireless power charging device and method capable of charging with maximum efficiency.
무선 전력 전송은 유선 대신 무선으로 전자기기에 전원을 공급하는 것을 말하며, 전원이 필요한 장치를 전원 콘센트에 연결하지 않고도 무선으로 충전이 가능하여 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 무선 전력 전송 기술은 자기유도방식, 자기공진방식 및 마이크로파 방식 등이 연구되고 있다.Wireless power transmission refers to supplying power to electronic devices wirelessly instead of wired, and related research is actively being conducted since devices requiring power can be charged wirelessly without connecting them to a power outlet. As for wireless power transmission technology, magnetic induction method, magnetic resonance method, and microwave method are being studied.
무선 전력 전송 장치는 무선으로 전력을 전송하는 송신단과 송신된 전력을 수신하는 수신단으로 구성된다. 송신단은 자기장을 생성하여 수신단에 복사하는 방식으로 전력을 수신단에 전달한다. 전력 전송을 위해 송신단과 수신단은 코일을 이용하는데, 동일한 공진 주파수를 가질 때 무선 전력 전송 장치에서 최대의 전력 전송이 발생할 수 있다.The wireless power transmission apparatus is composed of a transmitter that transmits power wirelessly and a receiver that receives the transmitted power. The transmitting end transmits power to the receiving end by generating a magnetic field and copying it to the receiving end. For power transmission, the transmitting end and the receiving end use a coil. When they have the same resonance frequency, maximum power transmission may occur in the wireless power transmission device.
송신단과 수신단에 포함된 코일은 자기 인덕턴스 뿐만 아니라 상호 인덕턴스를 가진다. 상호 인덕턴스는 전력 전송에 큰 영향을 미치기 때문에 최대의 무선 전송 효율을 얻기 위해서는 최적의 상호 인덕턴스 값을 결정하는 것이 중요하다. 또한, 전력을 수신한 수신단에서는 충전 인프라가 갖추어지면 무선으로 전력 충전이 가능하다. 다만, 무선 충전 효율은 충전 환경에 영향을 크게 받고 충전 환경은 다양한 환경적 요인이 존재하기 때문에 최대의 무선 충전 효율을 얻는 것이 어려운 문제가 있다.The coils included in the transmitting end and the receiving end have mutual inductance as well as self inductance. Since mutual inductance has a great influence on power transmission, it is important to determine an optimal mutual inductance value in order to obtain maximum wireless transmission efficiency. In addition, if the charging infrastructure is equipped at the receiving end receiving power, power can be charged wirelessly. However, since the wireless charging efficiency is greatly affected by the charging environment and various environmental factors exist in the charging environment, it is difficult to obtain the maximum wireless charging efficiency.
본 발명은 효율적인 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an efficient wireless power charging apparatus and method thereof.
또한, 본 발명은 최대 효율로 전력을 충전할 수 있는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a wireless power charging apparatus and method capable of charging electric power with maximum efficiency.
본 발명은 전원을 공급하는 전원부 및 상기 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터 및 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 포함하는 송신단과; 공진 현상을 이용하여 상기 송신 공진부로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터 및 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 복수의 수신단과; 상기 송신 공진부와 상기 각각의 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스 및 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스를 결정하고, 상기 각각의 상호 인덕턴스 및 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스를 이용하여 상기 송신단의 출력 전류를 결정하는 제어부를 포함하는 장치에 관한 것이다.The present invention includes a transmission terminal including a power supply supplying power and a transmission resonator including a capacitor and an inductor and transmitting power by using the power provided from the power supply; A plurality of reception terminals each including a reception resonator including one capacitor and one inductor, and a load for performing charging using the received power, receiving power transmitted from the transmission resonator using a resonance phenomenon; Determine the mutual inductance between the transmitting resonator and each of the receiving resonators and the equivalent load impedance of each receiving end, and determine the output current of the transmitting end using the respective mutual inductance and the equivalent load impedance of each receiving end. It relates to a device including a control unit.
여기서, 본 발명은 송신단은 상기 전원부로부터 제공된 전원을 증폭하여 상기 송신 공진부에 공급하는 증폭부를 더 포함하고, 상기 복수의 수신단 각각은 상기 수신 공진부로부터 발생한 전류를 정류하는 정류부와 상기 부하에 공급되는 전압을 일정하게 유지하기 위한 변환부를 더 포함할 수 있다.Here, the present invention further comprises an amplifying unit for amplifying the power provided from the power supply unit and supplying the power to the transmission resonator, and each of the plurality of receiving ends supplies a rectifier unit for rectifying the current generated from the receiving resonator unit and the load. It may further include a conversion unit for maintaining a constant voltage.
또한, 제어부는 상기 복수의 수신단 각각에 대하여 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 결정하고, 상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 이용하여 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스를 결정하며, 상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스는 상기 각 수신단의 미리 결정된 등가 부하 임피던스에 관한 제1 등가 부하 임피던스와 소정의 방법으로 결정되는 제2 등가 부하 임피던스를 포함할 수 있다.In addition, the control unit determines a plurality of equivalent load impedances for each receiving end for each of the plurality of receiving ends, and determines the equivalent load impedance of each receiving end using a plurality of equivalent load impedances for each receiving end, and The plurality of equivalent load impedances for the receiving end may include a first equivalent load impedance with respect to a predetermined equivalent load impedance of each receiving end and a second equivalent load impedance determined by a predetermined method.
또한, 제어부는 상기 각 수신단의 제2 등가 부하 임피던스가 상기 각 수신단의 제1 등가 부하 임피던스 보다 크거나 같으면 상기 제2 등가 부하 임피던스를 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스로 결정하고, 상기 각 수신단의 제2 등가 부하 임피던스가 상기 각 수신단의 제1 등가 부하 임피던스 보다 작으면 상기 제1 등가 부하 임피던스를 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스로 결정할 수 있다.In addition, when the second equivalent load impedance of each receiving end is greater than or equal to the first equivalent load impedance of each receiving end, the control unit determines the second equivalent load impedance as the equivalent load impedance of each receiving end, and determines the second equivalent load impedance of each receiving end. 2 If the equivalent load impedance is less than the first equivalent load impedance of each receiving end, the first equivalent load impedance may be determined as the equivalent load impedance of each receiving end.
또한, 각 수신단에 대한 제1 등가 부하 임피던스는 상기 각 수신단의 부하 임피던스와 동일하게 할 수 있다.In addition, the first equivalent load impedance for each receiving end may be the same as the load impedance of each receiving end.
또한, 제어부는 아래 수학식을 이용하여 상기 각 수신단에 대한 제2 등가 부하 임피던스를 결정할 수 있다.In addition, the control unit may determine the second equivalent load impedance for each receiving end using the following equation.
이때, ZC,q 는 제q 수신단의 제2 등가 부하 임피던스At this time, Z C,q is the second equivalent load impedance of the qth receiving end
RS,q : 제q 수신단의 수신 공진부의 등가 내부 저항R S,q : Equivalent internal resistance of the receiving resonant part of the qth receiving end
RP : 송신 공진부의 등가 내부 저항R P : Equivalent internal resistance of the transmission resonant part
w0 : 공진 각주파수w 0 : resonance angular frequency
M1q : 제q 수신단과 송신단 사이의 상호 인덕턴스M 1q : Mutual inductance between the qth receiving end and the transmitting end
또한, 제어부는 아래 수학식을 이용하여 상기 복수의 수신단 각각에 대응하는 복수의 송신단의 출력 전류를 결정할 수 있다.In addition, the control unit may determine the output currents of the plurality of transmitting terminals corresponding to each of the plurality of receiving terminals by using the following equation.
이때, Iopt,q는 제q 수신단에 대응하는 송신단의 출력 전류At this time, I opt,q is the output current of the transmitting end corresponding to the qth receiving end
Zopt,q 는 제q 수신단의 등가 부하 임피던스Z opt,q is the equivalent load impedance of the qth receiving end
RS,q : 제q 수신단의 수신 공진부의 등가 내부 저항R S,q : Equivalent internal resistance of the receiving resonant part of the qth receiving end
VOut,q : 제q 수신단의 부하의 충전 전압V Out,q : Charging voltage of the load at the qth receiving end
w0 : 공진 각주파수w 0 : resonance angular frequency
M1q : 제q 수신단과 송신단 사이의 상호 인덕턴스M 1q : Mutual inductance between the qth receiving end and the transmitting end
RL,q : 제q 수신단의 부하 임피던스R L,q : load impedance of the qth receiving end
또한, 제어부는 상기 복수의 송신단의 출력 전류 중에서 가장 큰 전류를 상기 복수의 수신단을 위한 상기 송신단의 출력 전류로 결정할 수 있다.In addition, the control unit may determine the largest current among the output currents of the plurality of transmitting terminals as the output currents of the transmitting terminals for the plurality of receiving terminals.
한편, 하나의 캐패시터 및 하나의 인덕터를 포함하여 전력을 송신하는 송신 공진부 및 공진 현상을 이용하여 상기 송신 공진부로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터 및 하나의 인덕터를 각각 포함하는 복수의 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 과정과; 각각의 수신단이 하나의 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 포함하는 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정과; 상기 상호 인덕턴스 및 상기 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 이용하여 전원을 공급하는 전원부 및 상기 송신 공진부를 포함하는 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정을 포함하는 방법에 관한 것이다.Meanwhile, a transmission resonator that transmits power including one capacitor and one inductor, and a plurality of receptions each including one capacitor and one inductor, respectively, receive the power transmitted from the transmission resonator using a resonance phenomenon. Determining mutual inductance between the resonance units; A process in which each receiving end determines an equivalent load impedance for each of a plurality of receiving ends including one receiving resonator and a load performing charging using the received power; The present invention relates to a method including a process of determining an output current of a transmission terminal including a power supply unit for supplying power and the transmission resonator using the mutual inductance and the equivalent load impedance for each of the plurality of reception terminals.
여기서, 본 발명은 전원으로부터 제공된 전원을 증폭하여 상기 송신 공진부에 공급하는 과정과; 상기 복수의 수신단 각각에서 상기 수신 공진부로부터 발생한 전류를 정류하는 과정과; 상기 복수의 수신단 각각에서 상기 정류된 전류를 이용하여 발생한 전압을 일정하게 상기 부하에 공급하는 과정을 더 포함할 수 있다.Here, the present invention comprises a step of amplifying power provided from a power source and supplying the power to the transmission resonator; Rectifying a current generated from the reception resonator at each of the plurality of reception terminals; The step of constantly supplying a voltage generated by using the rectified current at each of the plurality of receiving terminals to the load may be further included.
또한, 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정은, 상기 복수의 수신단 각각에 대하여 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정과; 상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 이용하여 상기 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정을 포함하며,In addition, the process of determining the equivalent load impedance for each of the plurality of receiving ends may include determining a plurality of equivalent load impedances for each receiving end for each of the plurality of receiving ends; And determining an equivalent load impedance for each of the plurality of receiving ends by using a plurality of equivalent load impedances for each receiving end,
상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스는 상기 각 수신단의 미리 결정된 등가 부하 임피던스에 관한 제1 등가 부하 임피던스와 소정의 방법으로 결정되는 제2 등가 부하 임피던스를 포함할 수 있다.The plurality of equivalent load impedances for each receiving end may include a first equivalent load impedance related to a predetermined equivalent load impedance of each receiving end and a second equivalent load impedance determined by a predetermined method.
또한, 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 이용하여 상기 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정은, 상기 각 수신단의 제2 등가 부하 임피던스가 상기 각 수신단의 제1 등가 부하 임피던스 보다 크거나 같으면 상기 제2 등가 부하 임피던스를 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스로 결정하고, 상기 각 수신단의 제2 등가 부하 임피던스가 상기 각 수신단의 제1 등가 부하 임피던스 보다 작으면 상기 제1 등가 부하 임피던스를 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스로 결정할 수 있다.In addition, in the process of determining the equivalent load impedance for each of the plurality of reception terminals using a plurality of equivalent load impedances for each reception terminal, the second equivalent load impedance of each reception terminal is greater than the first equivalent load impedance of each reception terminal. If greater than or equal to, the second equivalent load impedance is determined as the equivalent load impedance of each receiving end, and if the second equivalent load impedance of each receiving end is less than the first equivalent load impedance of each receiving end, the first equivalent load impedance is determined. It can be determined by the equivalent load impedance of each receiving end.
또한, 제1 등가 부하 임피던스는 상기 각 수신단의 부하 임피던스와 동일하게 할 수 있다.In addition, the first equivalent load impedance may be the same as the load impedance of each receiving end.
또한, 제2 등가 부하 임피던스는 아래 수학식을 이용하여 결정하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the second equivalent load impedance may include a process of determining using the following equation.
이때, ZC,q 는 제q 수신단의 제2 등가 부하 임피던스At this time, Z C,q is the second equivalent load impedance of the qth receiving end
RS,q : 제q 수신단의 수신 공진부의 등가 내부 저항R S,q : Equivalent internal resistance of the receiving resonant part of the qth receiving end
RP : 송신 공진부의 등가 내부 저항R P : Equivalent internal resistance of the transmission resonant part
w0 : 공진 각주파수w 0 : resonance angular frequency
M1q : 제q 수신단과 송신단 사이의 상호 인덕턴스M 1q : Mutual inductance between the qth receiving end and the transmitting end
또한, 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정은, 아래 수학식을 이용하여 상기 복수의 수신단 각각에 대응하는 복수의 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the process of determining the output current of the transmitter may include determining the output current of the plurality of transmitters corresponding to each of the plurality of receivers using the following equation.
이때, Iopt,q는 제q 수신단에 대응하는 송신단의 출력 전류At this time, I opt,q is the output current of the transmitting end corresponding to the qth receiving end
Zopt,q 는 제q 수신단의 등가 부하 임피던스Z opt,q is the equivalent load impedance of the qth receiving end
RS,q : 제q 수신단의 수신 공진부의 등가 내부 저항R S,q : Equivalent internal resistance of the receiving resonant part of the qth receiving end
VOut,q : 제q 수신단의 부하의 충전 전압V Out,q : Charging voltage of the load at the qth receiving end
w0 : 공진 각주파수w 0 : resonance angular frequency
M1q : 제q 수신단과 송신단 사이의 상호 인덕턴스M 1q : Mutual inductance between the qth receiving end and the transmitting end
RL,q : 제q 수신단의 부하 임피던스R L,q : load impedance of the qth receiving end
또한, 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정은, 상기 복수의 송신단의 출력 전류 중에서 가장 큰 전류를 상기 복수의 수신단을 위한 상기 송신단의 출력 전류로 결정하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the process of determining the output current of the transmitter may include determining the largest current among the output currents of the plurality of transmitters as the output current of the transmitter for the plurality of receivers.
본 발명은 전력을 송신하는 송신단의 출력 전류를 제어하여 충전 효율을 제어하므로 최대 효율로 무선 충전을 진행할 수 있다.In the present invention, since the charging efficiency is controlled by controlling the output current of the transmitting end that transmits power, wireless charging can be performed with maximum efficiency.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 구성도를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 송신단 및 수신단을 설명하기 위한 도면.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 하나의 송신단 및 복수의 수신단의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 3b는 도 3a에서 설명한 무선 전력 충전 장치의 등가 회로를 나타내는 도면.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 실험예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 전력 충전 방법을 설명하기 위한 순서도.1 is a diagram showing the configuration of a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a transmitting end and a receiving end of a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a diagram illustrating a connection relationship between one transmitting end and a plurality of receiving ends of a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram showing an equivalent circuit of the wireless power charging device described in FIG. 3A .
4A to 4F are diagrams showing experimental examples of a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a power charging method of a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 구성도를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a wireless
도 1을 참조하면, 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)는 전원부(100), 증폭부(110), 통신부(120), 감지부(130), 공진부(140), 정류부(150), 변환부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.1, the wireless
전원부(100)는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)에 전원을 공급하며, 일 예로 AC(Alternating current) 또는 DC(Direct current) 전원을 공급한다.The
증폭부(110)는 전원부(100)에서 공급된 전원을 증폭하며, 파워 앰프(Power amp)로 구성할 수 있다.The
통신부(120)는 외부 장치 또는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)의 내부에서의 통신을 위한 것으로, 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-fi) 등 근거리 통신 수단 또는 LTE, 5G(5th Generation) 등과 같은 다양한 이동 통신 규격에 따라 이동 통신망에 접속하여 통신할 수 있는 통신 수단을 포함할 수 있다.The
감지부(130)는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)의 소정의 위치에서의 전압 또는 전류 등을 감지하며, 다양한 센서를 포함할 수 있다.The
공진부(140)는 코일 사이의 공진 현상에 의해 전력이 전송되도록 하며, 캐패시터 및 인덕터를 각각 포함하는 하나의 송신 공진부 및 복수의 수신 공진부를 포함한다.The
정류부(150)는 교류 전류를 직류 전류로 변화하기 위한 것으로, 정류기(Rectifier)로 구성할 수 있다. 정류부(150)는 수신 공진부에서 발생한 전류를 정류한다.The
변환부(160)는 충전을 위한 전압 조건을 충족하기 위해 충전을 위해 제공되는 전압을 일정하게 유지하기 위한 것으로, DC-DC 컨버터(Converter)로 구성할 수 있다. 변환부(160)는 전환 비율(conversion ratio)에 따라 전압을 조정할 수 있다.The
제어부(140)는 무선 전력 충전이 최대 효율로 진행될 수 있도록 상호 인덕턴스, 수신단(210)의 등가 부하 임피던스, 전류 또는 전압 등을 결정하는 등 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)를 전체적으로 제어한다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 송신단(200) 및 수신단(210)을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the transmitting
도 2를 참조하면, 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)는 전력을 전송하는 송신단(200) 및 충전이 가능하도록 전력을 수신하는 수신단(210)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the wireless
송신단(200)은 제어부(170), 전원부(100), 증폭부(110) 및 송신 공진부(220)를 포함하며, 수신단(210)은 수신 공진부(230), 정류부(150), 변환부(160) 및 부하(RL)를 포함한다. 도 2에서는 제어부(170)를 송신단(200)에 도시하였으나, 제어부(170)는 송신단(200) 뿐만 아니라 수신단(210)을 포함하여 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)를 전체적으로 제어하도록 구성할 수 있다.The transmitting
또한, 도 2에서는 도시하지 않았으나 송신단(200) 및 수신단(210)은 감지부(130)를 통해 소정의 위치에서의 전압 또는 전류의 크기를 감지하며, 통신부(120)를 통해 상호 통신할 수 있다. 일 예로, 블루투스 통신을 통해 감지된 전류 또는 전압을 송수신하거나, 제어 정보를 송수신할 수 있다.In addition, although not shown in FIG. 2, the transmitting
도 2에 도시된 각 문자에 대한 설명은 다음과 같다.A description of each character shown in FIG. 2 is as follows.
VP : 증폭부(110)의 출력 전압, IP : 송신단(200)의 출력 전류V P : output voltage of the
CP : 송신 공진부(220)의 캐패시턴스, LP : 송신 공진부(220)의 자기 인덕턴스C P : capacitance of the
M : 상호 인덕턴스, IS : 수신단(210)의 수신 전류M: mutual inductance, I S : receiving current of the receiving
CS : 수신 공진부(230)의 캐패시턴스, LS : 수신 공진부(230)의 자기 인덕턴스C S : capacitance of the
VR : 정류부(150)의 출력 전압, VOut : 수신단(210)의 부하의 충전 전압V R : output voltage of the
RL : 수신단(210)의 부하 임피던스R L : Load impedance of
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 하나의 송신단(200) 및 복수의 수신단(210a,210b,210c)의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 3b는 도 3a에서 설명한 무선 전력 충전 장치(10)의 등가 회로를 나타내는 도면이다.3A is a view for explaining a connection relationship between one transmitting
도 3a를 참조하면, 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)는 하나의 송신단(200) 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)으로 구성되어 하나의 송신단(200)에서 송신한 전력을 이용하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에서 전력 충전이 진행될 수 있도록 한다. 이때, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각은 도2 에서 살펴본 수신단(201)과 동일 또는 유사한 구성을 포함할 수 있다. 또한, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각은 캐패시턴스, 인덕턴스, 임피던스 등 각 구성 소자의 크기를 다른 수신단과 동일하게 구성하거나 서로 상이하게 구성할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the wireless
도 3b는 도 3a와 같이 구성된 무선 전력 충전 장치(10)의 등가 회로를 나타내는 도면이다.3B is a diagram showing an equivalent circuit of the wireless
도 3b를 참조하면, 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)의 등가 회로는 송신단(200)이 전류원(IP), 복수의 저항(RTx, RP), 캐패시턴스(CP)를 가지는 캐패시터 및 자기 인덕턴스( )를 가지는 인덕터 및 상호 인덕턴스(M11,M12,M1q)를 가지는 인덕터를 포함하여 구성된다. 이때, 전류원(IP), 복수의 저항(RTx, RP), 캐패시턴스(CP)를 가지는 캐패시터 및 자기 인덕턴스( )를 가지는 인덕터는 직렬 연결되며, 상호 인덕턴스(M11,M12,M1q)를 가지는 인덕터는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 3B, the equivalent circuit of the wireless
또한, 제1 수신단(210a)은 자기 인덕턴스(LS1-M11)를 가지는 인덕터, 캐패시턴스(CS1)를 가지는 캐패시터, 저항(RS1), 임피던스(ZL1) 및 상호 인덕턴스(M11)을 가지는 인덕터를 포함하여 구성된다. 또한, 제2 수신단(210b)은 자기 인덕턴스(LS2-M12)를 가지는 인덕터, 캐패시턴스(CS2)를 가지는 캐패시터, 저항(RS2), 임피던스(ZL2) 및 상호 인덕턴스(M12)을 가지는 인덕터를 포함하여 구성된다. 또한, 제q 수신단(210c)은 자기 인덕턴스(LSq-M1q)를 가지는 인덕터, 캐패시턴스(CSq)를 가지는 캐패시터, 저항(RSq), 임피던스(ZLq) 및 상호 인덕턴스(M1q)을 가지는 인덕터를 포함하여 구성된다. 이때, 제1 수신단(210a)은 자기 인덕턴스(LS1-M11)를 가지는 인덕터, 캐패시턴스(CS1)를 가지는 캐패시터, 저항(RS1) 및 임피던스(ZL1)가 직렬 연결되며, 제2 수신단(210b)은 자기 인덕턴스(LS2-M12)를 가지는 인덕터, 캐패시턴스(CS2)를 가지는 캐패시터, 저항(RS2) 및 임피던스(ZL2)가 직렬 연결되고, 제q 수신단(210c)은 자기 인덕턴스(LSq-M1q)를 가지는 인덕터, 캐패시턴스(CSq)를 가지는 캐패시터, 저항(RSq) 및 임피던스(ZLq)가 직렬 연결될 수 있다.In addition, the first receiving
도 3b에 도시된 각 문자에 대한 설명은 다음과 같다.A description of each character shown in FIG. 3B is as follows.
VT : 송신단(200)의 제어부(170)의 출력 전압, IP : 송신단(200)의 출력 전류V T : output voltage of the
CP : 송신 공진부(220)의 캐패시턴스, LP : 송신 공진부(220)의 자기 인덕턴스C P : capacitance of the
RP : 송신 공진부(220)의 등가 내부 저항, RTx : 증폭부(110)의 등가 내부 저항R P : equivalent internal resistance of the
w : 동작 각주파수, w0 : 공진부(140)의 공진 각주파수w: operating angular frequency, w 0 : resonant angular frequency of the
f : 동작 주파수, f0 : 공진부(140)의 공진 주파수f: operating frequency, f 0 : resonance frequency of the
M1q : 제q 수신단(210c)과 송신단(200) 사이의 상호 인덕턴스M 1q : Mutual inductance between the
ISq : 제q 수신단(210c)의 수신 전류,I Sq : the receiving current of the
LSq : 제q 수신단(210c)의 자기 인덕턴스L Sq : self inductance of the
CSq : 제q 수신단(210c)의 캐패시턴스C Sq : capacitance of the
VRq : 제q 수신단(210c)의 정류부(150)의 출력 전압V Rq : the output voltage of the
RSq : 제q 수신단(210c)의 수신 공진부(230)의 등가 내부 저항R Sq : equivalent internal resistance of the receiving
ZLq : 제q 수신단(210c)의 등가 부하 임피던스, Z Lq : equivalent load impedance of the
RLq : 제q 수신단(210c)의 부하 임피던스R Lq : load impedance of the
VOut,q : 제q 수신단(210c)의 부하의 충전 전압V Out,q : charging voltage of the load of the
ZCoil.SIMO : 송신단(200)의 증폭부(110)로부터 바라보는 임피던스Z Coil.SIMO : Impedance viewed from the
Zref,q : 송신단(200)의 송신 공진부(220)로부터 제q 수신단(210c)을 바라보는 임피던스Z ref,q : Impedance facing the q-
본 발명은 도 3a 및 도3b와 같이 구성된 상태에서 최대 효율로 무선 전력 충전이 진행될 수 있도록 한다. 무선 전력 충전을 진행함에 있어서는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각의 위치, 충전이 필요한 부하의 용량 등과 같은 충전 환경에 대응하여 송신단(200)의 출력 전류(IP) 값을 최적의 상태로 유지하는 것이 중요하다. 이에 본 발명은 충전 환경에 대응하여 송신단(200)의 출력 전류(IP) 값을 최적의 상태로 유지하여 최대 효율로 무선 충전이 진행될 수 있도록 한다.The present invention enables wireless power charging to proceed with maximum efficiency in a state configured as shown in FIGS. 3A and 3B. In performing wireless power charging, the output current (I P ) of the transmitting
본 발명에서 충전 환경에 대응하여 출력 전류(IP) 값을 최적의 상태로 유지하기 위한 방법을 살펴보면 다음과 같다.In the present invention, a method for maintaining the output current I P in an optimal state in response to the charging environment is as follows.
이하에서, 편의상 제q수신단(210)에 관한 전류, 저항, 임피던스 등에 ','를 표시한 경우,','를 생략한 경우와 동일한 것으로 본다. 일예로 Isq = Is,q 등과 같다.Hereinafter, for convenience, when',' is indicated in the current, resistance, impedance, etc. of the
먼저, [수학식 1] 내지 [수학식 3]을 살펴보면 시스템 효율(η)은 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각의 상호 인덕턴스 및 등가 부하 임피던스에 의해 변하게 되는 것을 알 수 있다.First, looking at [Equation 1] to [Equation 3], it can be seen that the system efficiency η is changed by the mutual inductance and equivalent load impedance of each of the first to qth receiving
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3][Equation 3]
제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각은 각 수신단 자체의 최대의 효율을 위한 최적의 임피던스가 존재하지만, 해당 임피던스는 송신단(200)의 출력 전류에 영향을 받기 때문에 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각이 자체의 최대 효율을 위한 임피던스를 동시에 만족한 상태에서 충전을 진행하기는 어렵다. 따라서, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 전체적으로 최대 효율을 발생시킬 수 있는 송신단(200)의 출력 전류를 결정하는 것이 중요하다. 이를 위해 제어부(170)는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각이 최대의 효율을 가질 수 있는 크리티컬 포인트(Critical point)가 되는 각 수신단의 등가 부하 임피던스(ZC,q)를 [수학식 4]와 같이 결정한다.Each of the first to qth receiving
[수학식 4][Equation 4]
이때, ZC,q 는 제q 수신단(210c)의 크리티컬 포인트가 되는 등가 부하 임피던스At this time, Z C,q is the equivalent load impedance that becomes the critical point of the
다음으로 제어부(170)는 무선 충전 장치의 제한 조건을 고려한다. 일 예로, 제한 조건으로는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각은 충전을 수행하기 위한 최소의 전력이 필요하며, 각 수신단(210a,210b,210c)은 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,q)를 가진다는 것을 고려할 수 있다. 이때, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,q)는 [수학식 5]와 같이 결정되며, 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,q)는 미리 결정될 수 있다.Next, the
[수학식 5][Equation 5]
이때, ZL,min,q는 제q 수신단(210c)의 최소 등가 부하 임피던스At this time, Z L,min,q is the minimum equivalent load impedance of the
이와 같은 제한 조건을 고려하여 제어부(170)는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각이 최대의 효율을 가질 수 있는 최적의 등가 부하 임피던스(Zopt,q)를 [수학식 6]과 같이 결정한다.In consideration of such a limiting condition, the
[수학식 6][Equation 6]
이때, Zopt,q 는 제q 수신단(210c)의 제한 조건을 고려한 최적의 등가 부하임피던스At this time, Z opt,q is the optimal equivalent load impedance considering the limiting condition of the
제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 대한 최적의 등가 부하임피던스(Zopt,q)가 결정되면, 제어부(170)는 [수학식 7]을 이용하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 최대의 효율을 제공할 수 있는 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,q)를 결정한다. When the optimal equivalent load impedance (Z opt,q ) for each of the first to qth receiving ends 210a, 210b, 210c is determined, the
[수학식 7][Equation 7]
이때, Iopt,q는 제q 수신단(210c)의 최대의 효율을 제공할 수 있는 송신단(200)의 출력 전류At this time, I opt,q is the output current of the transmitting
RS,q : 제q 수신단(210c)의 수신 공진부의 등가 내부 저항R S,q : equivalent internal resistance of the receiving resonator of the
RL,q : 제q 수신단(210c)의 부하 임피던스R L,q : load impedance of the
앞서 살펴본 바와같이 송신단(200)에서는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 대한 최대의 효율을 제공하기 위한 전류를 동시에 공급하는 것이 어렵기 때문에 제어부(170)는 [수학식 8]과 같이 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 최대의 효율을 제공할 수 있는 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,q) 중에서 가장 큰 전류를 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,SIMO)로 결정한다.As described above, since it is difficult for the
[수학식 8][Equation 8]
이때, Iopt,SIMO는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 대해 전체적으로 최대의 효율을 제공할 수 있는 송신단(200)의 출력 전류At this time, I opt, SIMO is the output current of the transmitting
한편, 제어부(170)는 출원번호 10-2019-0092894(출원일 : 2019.07.31)에서 설명한 방법을 통해 상호 인덕턴스를 결정할 수 있으며, 본 발명은 출원번호 10-2019-0092894에서 설명한 방법을 통해 결정된 상호 인덕턴스를 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, the
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 실험예를 나타내는 도면이다.4A to 4F are diagrams showing experimental examples of the wireless
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예로서 송신단(200), 제1 수신단(210a) 및 제2 수신단(210b)인 경우에 대한 것이다. 또한, 상호 인덕턴스 M11=700nH, M12=400nH, f=f0=1MHz 인 경우이다.4A to 4F illustrate the case of the transmitting
도 4a를 참조하면, 수신단(210a,210b)의 개수만큼 등가 부하 임피던스가 존재하고, 이에 따라 효율이 변하며 최대의 효율을 가지는 임피던스가 존재하는 것을 나타내고 있다.Referring to FIG. 4A, it is shown that there exist equivalent load impedances as many as the number of receiving
도 4b를 참조하면, 각 수신단(210a,210b)의 최대의 효율을 제공하는 최적의 임피던스가 송신단(200)의 출력 전류에 종속되어 있어서 각 수신단(210a,210b)의 최적의 임피던스를 동시에 만족하기 어렵다는 것을 나타내고 있다.Referring to FIG. 4B, since the optimal impedance providing the maximum efficiency of each receiving
도 4c는 제1 수신단(210a)의 크리티컬 포인트가 되는 등가 부하 임피던스(ZC,1)가 제1 수신단(210a)의 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,1) 보다 크고, 제2 수신단(210b)의 크리티컬 포인트가 되는 등가 부하 임피던스(ZC,2)이 제2 수신단(210b)의 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,2) 보다 큰 경우 송신단(200)의 출력 전류(Iopt)를 결정하는 것을 나타내고 있다.4C shows that the equivalent load impedance Z C,1 that is the critical point of the first receiving
도 4d는 제1 수신단(210a)의 크리티컬 포인트가 되는 등가 부하 임피던스(ZC,1)가 제1 수신단(210a)의 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,1) 보다 작고, 제2 수신단(210b)의 크리티컬 포인트가 되는 등가 부하 임피던스(ZC,2)가 제2 수신단(210b)의 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,2) 보다 작은 경우 송신단(200)의 출력 전류(Iopt)를 결정하는 것을 나타내고 있다.4D shows that the equivalent load impedance Z C,1 that is the critical point of the first receiving
도 4e는 수신단(210a,210b)의 충전 환경 변화에 따라 수신단(210a,210b)의 최대 효율을 위한 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,SIMO)를 결정하는 것을 나타내고 있다. 실험 조건은 LP = 6.53uH, LS = 9.17uH, RP = 0.9Ω, RS1 = RS2 = 0.7Ω, f0=1MHz 인 경우이다. 도 4e에서 MEPT(Maximum Efficiency Point Tracking)는 수신단(210a,210b)의 최대 효율을 위해 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,SIMO)를 결정하는 것으로, 충전 환경 변화에 대응하여 적응적으로 결정되는 것을 나타내고 있다. 4E shows that the output currents I opt and SIMO of the
도 4f는 수신단(210a,210b)의 충전 환경 변화를 나타내는 것으로, 일 예로, 부하의 상태 및 개수 변화, 수신단의 위치 변화를 나타내고 있다.4F shows a change in the charging environment of the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 전력 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a power charging method of the wireless
도 5를 참조하면, 본 발명은 전력 충전이 진행되지 않는 상태에서는 최소한의 전력 소모를 위하여 제어부(170)가 펄스 신호를 송신하여 부하의 존재 여부를 모니터링하는 대기모드를 진행한다(500). 부하의 존재를 확인하면(510의 예), 제어부(170)는 출원번호 10-2019-0092894(출원일 : 2019.07.31)에서 설명한 방법을 통해 상호 인덕턴스를 결정한다(520). 이후, 최대의 충전 효율을 제공하기 위하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각이 최대의 효율을 가질 수 있는 최적의 등가 부하 임피던스(Zopt,q)를 [수학식 6]을 이용하여 결정한다(430). 구체적으로, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에서 충전을 수행하기 위해 필요한 최소한의 전력 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 각각의 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,q)와 관계없이 무선 충전을 위한 최대 효율을 제공할 수 있는 크리티컬 포인트가 되는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 등가 부하 임피던스(ZC,q)를 [수학식 4]를 통해 결정하고, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 최소 등가 부하 임피던스(ZL,min,q)를 [수학식 5]를 통해 결정하여 상호 비교한다.Referring to FIG. 5, in the present invention, in a state in which power is not charged, the
최대의 충전 효율을 제공하기 위하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 등가 부하 임피던스(ZOpt,q)가 결정되면, 제어부(170)는 [수학식 8]를 이용하여 최대 효율을 제공하기 위한 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,SIMO)를 결정한다(540). 구체적으로, 제어부(170)는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 최대의 효율을 제공할 수 있는 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,q)를 [수학식 7]을 통해 결정하고, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 최대의 효율을 제공할 수 있는 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,q) 중에서 가장 큰 전류를 송신단(200)의 출력 전류(Iopt,SIMO)로 결정한다. When the equivalent load impedance (Z Opt,q ) of the first to qth receiving
또한, 충전 환경은 수많은 인자들이 작용할 수 있지만 [수학식 8]은 모든 환경적 요인을 적용하기 어렵기 때문에 제어부(170)는 결정된 송신단(200)의 출력 전류(IOpt,SIMO)를 조정한다(550). 일 예로, Hill-Climbing 최적화 기법을 이용할 수 있는데, 결정된 출력 전류(IOpt,SIMO)를 기준으로 소정 범위 내에 있는 전류를 이용하여 효율을 결정하고 결정된 출력 전류(IOpt,SIMO)에 대한 효율과 비교하여 최대의 효율을 제공할 수 있도록 결정된 출력 전류(IOpt,SIMO)를 조정한다.In addition, a number of factors may act in the charging environment, but since [Equation 8] is difficult to apply all environmental factors, the control unit 170 adjusts the determined output current (I Opt, SIMO ) of the transmitter 200 ( 550). For example, Hill-Climbing there optimization techniques can be used, the efficiency of the determined output current (I Opt, SIMO) for the determining the efficiency by using a current and the output current (I Opt, SIMO) determined within a predetermined range based on the Compare and adjust the determined output current (I Opt,SIMO) to provide maximum efficiency.
송신단(200)의 출력 전류(IOpt,SIMO)가 확정되면 송신단(200)은 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 전력을 공급하여 충전이 진행될 수 있도록 한다(560). 이때, 충전 진행 중에 부하의 위치가 변경되는 등으로 충전 환경이 변화될 수 있으므로 제어부(170)는 주기적으로 충전 환경에 대해 모니터링을 진행하여 충전 환경에 변화가 있는 경우(570의 예) 상호 인덕턴스를 결정하는 과정부터 송신단(200)의 출력 전류(IOpt,SIMO)를 조정하는 과정까지 다시 진행한다.When the output current (I Opt, SIMO ) of the
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, although specific embodiments have been described in the detailed description of the present invention, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be determined by the scope and equivalents of the claims as well as the claims to be described later.
100: 전원부 110: 증폭부
120: 통신부
130: 감지부
140: 공진부
150: 정류부
160: 변환부
170: 제어부100: power supply unit 110: amplification unit
120: communication unit 130: detection unit
140: resonance unit 150: rectification unit
160: conversion unit 170: control unit
Claims (16)
전원을 공급하는 전원부 및 상기 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터 및 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 포함하는 송신단과;
공진 현상을 이용하여 상기 송신 공진부로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터 및 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 복수의 수신단과;
상기 송신 공진부와 상기 각각의 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스 및 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스를 결정하고, 상기 각각의 상호 인덕턴스 및 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스를 이용하여 상기 송신단의 출력 전류를 결정하는 제어부를 포함하는 장치.
In the wireless power charging device,
A transmission terminal including a power supply unit for supplying power and a transmission resonator unit including a capacitor and an inductor for transmitting power using power provided from the power supply unit;
A plurality of receiving terminals each including a receiving resonator including one capacitor and one inductor, and a load performing charging using the received power, receiving power transmitted from the transmitting resonator using a resonance phenomenon;
Determine the mutual inductance between the transmitting resonator and each of the receiving resonators and the equivalent load impedance of each receiving end, and determine the output current of the transmitting end using the respective mutual inductance and the equivalent load impedance of each receiving end. An apparatus comprising a control unit.
상기 송신단은 상기 전원부로부터 제공된 전원을 증폭하여 상기 송신 공진부에 공급하는 증폭부를 더 포함하고,
상기 복수의 수신단 각각은 상기 수신 공진부로부터 발생한 전류를 정류하는 정류부와 상기 부하에 공급되는 전압을 일정하게 유지하기 위한 변환부를 더 포함하는 장치.
The method of claim 1,
The transmitting end further includes an amplifying unit for amplifying the power provided from the power supply and supplying the amplifying power to the transmission resonator,
Each of the plurality of receiving terminals further includes a rectifying unit for rectifying a current generated from the receiving resonator and a conversion unit for maintaining a constant voltage supplied to the load.
상기 제어부는 상기 복수의 수신단 각각에 대하여 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 결정하고, 상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 이용하여 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스를 결정하며,
상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스는 상기 각 수신단의 미리 결정된 등가 부하 임피던스에 관한 제1 등가 부하 임피던스와 소정의 방법으로 결정되는 제2 등가 부하 임피던스를 포함하는 장치.
The method of claim 1,
The control unit determines a plurality of equivalent load impedances for each receiving end for each of the plurality of receiving ends, and determines the equivalent load impedance of each receiving end using a plurality of equivalent load impedances for each receiving end,
The plurality of equivalent load impedances for each receiving end includes a first equivalent load impedance related to a predetermined equivalent load impedance of each receiving end and a second equivalent load impedance determined by a predetermined method.
상기 제어부는 상기 각 수신단의 제2 등가 부하 임피던스가 상기 각 수신단의 제1 등가 부하 임피던스 보다 크거나 같으면 상기 제2 등가 부하 임피던스를 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스로 결정하고, 상기 각 수신단의 제2 등가 부하 임피던스가 상기 각 수신단의 제1 등가 부하 임피던스 보다 작으면 상기 제1 등가 부하 임피던스를 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스로 결정하는 장치.
The method of claim 3,
When the second equivalent load impedance of each receiving end is greater than or equal to the first equivalent load impedance of each receiving end, the control unit determines the second equivalent load impedance as the equivalent load impedance of each receiving end, and the second equivalent load impedance of each receiving end is equal to or greater than the first equivalent load impedance of each receiving end. When the equivalent load impedance is less than the first equivalent load impedance of each receiving end, the first equivalent load impedance is determined as the equivalent load impedance of each receiving end.
상기 각 수신단에 대한 제1 등가 부하 임피던스는 상기 각 수신단의 부하 임피던스와 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 3,
The device, characterized in that the first equivalent load impedance for each receiving end is the same as the load impedance of each receiving end.
상기 제어부는 아래 수학식을 이용하여 상기 각 수신단에 대한 제2 등가 부하 임피던스를 결정하는 장치.
이때, ZC,q 는 제q 수신단의 제2 등가 부하 임피던스
RS,q : 제q 수신단의 수신 공진부의 등가 내부 저항
RP : 송신 공진부의 등가 내부 저항
w0 : 공진 각주파수
M1q : 제q 수신단과 송신단 사이의 상호 인덕턴스
The method of claim 3,
The control unit determines a second equivalent load impedance for each receiving end by using the following equation.
At this time, Z C,q is the second equivalent load impedance of the qth receiving end
R S,q : Equivalent internal resistance of the receiving resonant part of the qth receiving end
R P : Equivalent internal resistance of the transmission resonant part
w 0 : resonance angular frequency
M 1q : Mutual inductance between the qth receiving end and the transmitting end
상기 제어부는 아래 수학식을 이용하여 상기 복수의 수신단 각각에 대응하는 복수의 송신단의 출력 전류를 결정하는 장치.
이때, Iopt,q는 제q 수신단에 대응하는 송신단의 출력 전류
Zopt,q 는 제q 수신단의 등가 부하 임피던스
RS,q : 제q 수신단의 수신 공진부의 등가 내부 저항
VOut,q : 제q 수신단의 부하의 충전 전압
w0 : 공진 각주파수
M1q : 제q 수신단과 송신단 사이의 상호 인덕턴스
RL,q : 제q 수신단의 부하 임피던스
The method of claim 1,
The control unit determines the output currents of the plurality of transmitting terminals corresponding to each of the plurality of receiving terminals by using the following equation.
At this time, I opt,q is the output current of the transmitting end corresponding to the qth receiving end
Z opt,q is the equivalent load impedance of the qth receiving end
R S,q : Equivalent internal resistance of the receiving resonant part of the qth receiving end
V Out,q : Charging voltage of the load at the qth receiving end
w 0 : resonance angular frequency
M 1q : Mutual inductance between the qth receiving end and the transmitting end
R L,q : load impedance of the qth receiving end
상기 제어부는 상기 복수의 송신단의 출력 전류 중에서 가장 큰 전류를 상기 복수의 수신단을 위한 상기 송신단의 출력 전류로 결정하는 장치.
The method of claim 7,
The control unit determines the largest current among the output currents of the plurality of transmitters as the output currents of the transmitters for the plurality of receivers.
하나의 캐패시터 및 하나의 인덕터를 포함하여 전력을 송신하는 송신 공진부 및
공진 현상을 이용하여 상기 송신 공진부로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터 및 하나의 인덕터를 각각 포함하는 복수의 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 과정과;
각각의 수신단이 하나의 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 포함하는 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정과;
상기 상호 인덕턴스 및 상기 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 이용하여 전원을 공급하는 전원부 및 상기 송신 공진부를 포함하는 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
In the wireless power charging method,
A transmission resonator for transmitting power including one capacitor and one inductor, and
Determining mutual inductance between a plurality of reception resonators each including one capacitor and one inductor, receiving power transmitted from the transmission resonator using a resonance phenomenon;
A process in which each receiving end determines an equivalent load impedance for each of a plurality of receiving ends including one receiving resonator and a load performing charging using the received power;
And determining an output current of a transmission terminal including a power supply unit for supplying power and the transmission resonator using the mutual inductance and the equivalent load impedance for each of the plurality of reception terminals.
상기 전원으로부터 제공된 전원을 증폭하여 상기 송신 공진부에 공급하는 과정과;
상기 복수의 수신단 각각에서 상기 수신 공진부로부터 발생한 전류를 정류하는 과정과;
상기 복수의 수신단 각각에서 상기 정류된 전류를 이용하여 발생한 전압을 일정하게 상기 부하에 공급하는 과정을 더 포함하는 방법.
The method of claim 9,
Amplifying power provided from the power source and supplying the power to the transmission resonator;
Rectifying a current generated from the reception resonator at each of the plurality of reception terminals;
The method further comprising the step of constantly supplying a voltage generated by using the rectified current in each of the plurality of receiving terminals to the load.
상기 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정은,
상기 복수의 수신단 각각에 대하여 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정과;
상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 이용하여 상기 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정을 포함하며,
상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스는 상기 각 수신단의 미리 결정된 등가 부하 임피던스에 관한 제1 등가 부하 임피던스와 소정의 방법으로 결정되는 제2 등가 부하 임피던스를 포함하는 방법.
The method of claim 9,
The process of determining the equivalent load impedance for each of the plurality of receiving terminals,
Determining a plurality of equivalent load impedances for each receiving end for each of the plurality of receiving ends;
And determining an equivalent load impedance for each of the plurality of receiving ends by using a plurality of equivalent load impedances for each receiving end,
The plurality of equivalent load impedances for each receiving end includes a first equivalent load impedance related to a predetermined equivalent load impedance of each receiving end and a second equivalent load impedance determined by a predetermined method.
상기 각 수신단에 대한 복수의 등가 부하 임피던스를 이용하여 상기 복수의 수신단 각각에 대한 등가 부하 임피던스를 결정하는 과정은,
상기 각 수신단의 제2 등가 부하 임피던스가 상기 각 수신단의 제1 등가 부하 임피던스 보다 크거나 같으면 상기 제2 등가 부하 임피던스를 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스로 결정하고, 상기 각 수신단의 제2 등가 부하 임피던스가 상기 각 수신단의 제1 등가 부하 임피던스 보다 작으면 상기 제1 등가 부하 임피던스를 상기 각 수신단의 등가 부하 임피던스로 결정하는 방법.
The method of claim 11,
The process of determining the equivalent load impedance for each of the plurality of receiving ends using a plurality of equivalent load impedances for each receiving end,
If the second equivalent load impedance of each receiving end is greater than or equal to the first equivalent load impedance of each receiving end, the second equivalent load impedance is determined as the equivalent load impedance of each receiving end, and the second equivalent load impedance of each receiving end If is less than the first equivalent load impedance of each receiving end, the first equivalent load impedance is determined as the equivalent load impedance of each receiving end.
상기 제1 등가 부하 임피던스는 상기 각 수신단의 부하 임피던스와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 11,
The first equivalent load impedance is characterized in that the same as the load impedance of each receiving end.
상기 제2 등가 부하 임피던스는 아래 수학식을 이용하여 결정하는 과정을 포함하는 방법.
이때, ZC,q 는 제q 수신단의 제2 등가 부하 임피던스
RS,q : 제q 수신단의 수신 공진부의 등가 내부 저항
RP : 송신 공진부의 등가 내부 저항
w0 : 공진 각주파수
M1q : 제q 수신단과 송신단 사이의 상호 인덕턴스
The method of claim 11,
And determining the second equivalent load impedance using the following equation.
At this time, Z C,q is the second equivalent load impedance of the qth receiving end
R S,q : Equivalent internal resistance of the receiving resonant part of the qth receiving end
R P : Equivalent internal resistance of the transmission resonant part
w 0 : resonance angular frequency
M 1q : Mutual inductance between the qth receiving end and the transmitting end
상기 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정은,
아래 수학식을 이용하여 상기 복수의 수신단 각각에 대응하는 복수의 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
이때, Iopt,q는 제q 수신단에 대응하는 송신단의 출력 전류
Zopt,q 는 제q 수신단의 등가 부하 임피던스
RS,q : 제q 수신단의 수신 공진부의 등가 내부 저항
VOut,q : 제q 수신단의 부하의 충전 전압
w0 : 공진 각주파수
M1q : 제q 수신단과 송신단 사이의 상호 인덕턴스
RL,q : 제q 수신단의 부하 임피던스
The method of claim 9,
The process of determining the output current of the transmitting end,
And determining output currents of a plurality of transmitting terminals corresponding to each of the plurality of receiving terminals by using the following equation.
At this time, I opt,q is the output current of the transmitting end corresponding to the qth receiving end
Z opt,q is the equivalent load impedance of the qth receiving end
R S,q : Equivalent internal resistance of the receiving resonant part of the qth receiving end
V Out,q : Charging voltage of the load at the qth receiving end
w 0 : resonance angular frequency
M 1q : Mutual inductance between the qth receiving end and the transmitting end
R L,q : load impedance of the qth receiving end
상기 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정은,
상기 복수의 송신단의 출력 전류 중에서 가장 큰 전류를 상기 복수의 수신단을 위한 상기 송신단의 출력 전류로 결정하는 과정을 포함하는 방법.
The method of claim 15,
The process of determining the output current of the transmitting end,
And determining the largest current among the output currents of the plurality of transmitters as the output currents of the transmitters for the plurality of receivers.
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