KR20210158247A - Wireless charging system for electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 충전 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 용량성 무선 전력 전송 방식을 사용하여 전기 자동차 등을 충전하는 무선 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless charging system. Specifically, the present invention relates to a wireless charging system for charging an electric vehicle or the like using a capacitive wireless power transmission method.
무선 전력 전송은 크게 유도성 방식(inductive wireless power transfer)과 용량성 방식(capacitive wireless power transfer)으로 구분될 수 있다. Wireless power transfer may be largely divided into an inductive wireless power transfer and a capacitive wireless power transfer.
유도성 무선 전력 전송 방식은 송신부와 수신부가 서로 자기적으로 결합(magnetic coupling)되어 무선으로 전력을 전송하는 방식이다. 이를 위해, 유도성 무선 전력 전송 방식은 송신부와 수신부에 각각 코일을 사용할 필요가 있다. 유도성 무선 전력 전송 방식에서 송신부 코일과 수신부 코일 사이의 자기적 결합을 높이기 위해 자성체(페라이트 코어 등)를 사용할 경우 부피와 무게의 증가 및 가격 상승이 문제가 될 수 있다. 자성체를 사용하지 않을 경우 투자율이 낮은 공극(air gap)을 통해 자기적 결합이 이루어지므로 결합 계수가 낮아 에너지 전달의 효율성이 낮아지는 문제가 있다.The inductive wireless power transmission method is a method in which a transmitter and a receiver are magnetically coupled to each other to wirelessly transmit power. To this end, in the inductive wireless power transmission method, it is necessary to use coils for the transmitter and the receiver, respectively. When a magnetic material (ferrite core, etc.) is used to increase the magnetic coupling between the transmitter coil and the receiver coil in the inductive wireless power transmission method, an increase in volume and weight and an increase in price may become problems. If a magnetic material is not used, magnetic coupling occurs through an air gap with low magnetic permeability, so there is a problem in that the coupling coefficient is low, thereby reducing the efficiency of energy transfer.
용량성 무선 전력 전송 방식은 송신부의 도체판과 수신부의 도체판을 서로 마주보게 하고, 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이에 형성되는 전기장의 결합을 이용하여 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이에 형성되는 커패시턴스(capacitance)를 이용하여 에너지를 전달할 수 있다. 용량성 무선 전력 전송 방식은 유도성 무선 전력 전송 방식과는 달리 부피가 크고 무거운 코일이나 자성체를 사용하지 않아도 되므로 구조가 간단하고 저가로 설계가 가능하며 와전류나 표피 효과에 의한 손실이 발생하지 않는다는 장점이 있다. In the capacitive wireless power transmission method, the conductor plate of the transmitter and the conductor plate of the receiver face each other, and power can be transmitted wirelessly by using a combination of an electric field formed between the conductor plate of the transmitter and the conductor plate of the receiver. That is, energy may be transferred using a capacitance formed between the transmitter conductive plate and the receiver conductive plate. Unlike the inductive wireless power transmission method, the capacitive wireless power transmission method has a simple structure and low-cost design because it does not need to use a bulky and heavy coil or magnetic material, and there is no loss due to eddy current or skin effect. There is this.
그러나 용량성 무선 전력 전송 방식에서 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이의 거리가 멀거나 정렬이 잘 이루어지지 않는 경우 전달되는 전력의 양이나 전력 전달 효율 등의 성능이 저하될 수 있으므로 이에 대한 대책이 필요하다. However, in the case of capacitive wireless power transmission, if the distance between the transmitting part and the receiving part conductor plate is long or poorly aligned, the amount of transmitted power or performance such as power transmission efficiency may be reduced. Therefore, countermeasures are required do.
본 발명은, 실시예에 따라, 차량용 무선 충전 시스템에서 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이의 오정렬(misalignment)을 줄이는 것을 일 목적으로 한다.According to an embodiment, an object of the present invention is to reduce misalignment between a transmitter conductor plate and a receiver conductor plate in a wireless charging system for a vehicle.
본 발명은, 실시예에 따라, 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이의 오정렬에도 불구하고 무선 전력 전송의 성능 저하를 줄이는 것을 일 목적으로 한다.According to an embodiment, an object of the present invention is to reduce performance degradation of wireless power transmission despite misalignment between the transmitter conductor plate and the receiver conductor plate.
본 발명은, 실시예에 따라, 간단한 회로를 사용하여 오정렬에 의한 성능 저하를 줄이는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to reduce performance degradation due to misalignment by using a simple circuit according to an embodiment.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 적어도 두 개의 수신부 도체판을 포함하는 수신부에 정전용량 결합을 통해 무선으로 전력을 제공하는 무선 충전 송신부로서, 상기 수신부 도체판과 정전용량 결합(capacitively coupled)되는, 상기 수신부 도체판의 개수보다 많은 수의 도체판를 포함하는 패드부; 및 상기 도체판의 각각을 직류 전원과 선택적으로 연결하는 스위칭 회로;를 포함하는 무선 충전 송신부이다. One aspect of the present invention for achieving the above object is a wireless charging transmitter that wirelessly provides power through capacitive coupling to a receiver including at least two receiver conductive plates, wherein the receiver conductive plate and capacitive coupling ( a pad portion comprising a number of conductive plates greater than the number of conductive plates of the receiver, which is capacitively coupled; and a switching circuit selectively connecting each of the conductor plates to a DC power supply.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 도체판의 각각은 인접하지 않은 다른 하나의 도체판과 쌍을 이루고, 상기 스위칭 회로는, 상기 쌍을 이루는 두 도체판 중의 어느 하나가 상기 직류 전원의 고전위측에 연결될 때, 나머지 하나는 상기 직류 전원의 저전위측에 연결되도록 동작할 수 있다. In the wireless charging transmitter, each of the conductor plates is paired with another non-adjacent conductor plate, and in the switching circuit, any one of the two conductor plates forming the pair is connected to the high potential side of the DC power supply. In this case, the other one may operate to be connected to the low potential side of the DC power supply.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 쌍을 이루는 두 도체판 사이에는 커패시터가 연결될 수 있다. In the wireless charging transmitter, a capacitor may be connected between the two conductor plates forming the pair.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 도체판의 각각은 다른 도체판 중에서 기준 거리와 가장 유사한 거리에 배치된 도체판과 쌍을 이룰 수 있다. In the wireless charging transmitter, each of the conductive plates may be paired with a conductive plate disposed at a distance most similar to the reference distance among other conductive plates.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 기준 거리는 상기 수신부의 두 도체판 사이 거리일 수 있다. In the wireless charging transmitter, the reference distance may be a distance between the two conductor plates of the receiver.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 도체판의 각각은 제1 도체판 그룹, 제2 도체판 그룹, 제3 도체판 그룹 중의 어느 하나에 속하고, 상기 제1 도체판 그룹의 도체판은 상기 직류 전원의 고전위측에만 연결이 가능하고, 상기 제3 도체판 그룹의 도체판은 상기 직류 전원의 저전위측에만 연결이 가능하며, 상기 제2 도체판 그룹의 도체판은 상기 고전위측과 상기 저전위측에 선택적으로 연결될 수 있다. In the wireless charging transmitter, each of the conductor plates belongs to any one of a first conductor plate group, a second conductor plate group, and a third conductor plate group, and the conductor plate of the first conductor plate group is the DC power supply. can be connected only to the high potential side of the third conductor plate group, the conductor plate of the third conductor plate group can be connected only to the low potential side of the DC power supply, and the conductor plate of the second conductor plate group is connected to the high potential side and the low potential side can be optionally connected to.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 제1 도체판 그룹의 도체판은 각각 하나의 스위치를 통해 상기 고전위측에 연결될 수 있고, 상기 제3 도체판 그룹의 도체판은 각각 하나의 스위치를 통해 상기 저전위측에 연결될 수 있으며, 상기 제2 도체판 그룹의 도체판은 각각 두 개의 스위치를 통해 상기 고전위측과 상기 저전위측에 선택적으로 연결될 수 있다. In the wireless charging transmitter, the conductor plates of the first conductor plate group may each be connected to the high potential side through one switch, and the conductor plates of the third conductor plate group may each be connected to the low potential side through one switch. side, and the conductor plates of the second conductor plate group may be selectively connected to the high potential side and the low potential side through two switches, respectively.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 도체판 중에서 상기 수신부 도체판과 정렬된 도체판이 활성화될 수 있다. In the wireless charging transmitter, a conductive plate aligned with the receiver conductive plate among the conductive plates may be activated.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 활성화 대상 도체판은 임피던스 측정 결과에 기초하여 결정될 수 있다. In the wireless charging transmitter, the activation target conductor plate may be determined based on an impedance measurement result.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 송신부는 상기 수신부로부터 상기 수신부의 두 도체판 사이의 거리와 상기 수신부가 수신한 전력 정보를 제공받고, 상기 수신부의 두 도체판 사이의 거리 정보로부터 상기 패드부의 도체판 쌍을 매칭하고, 상기 수신부가 수신한 전력 정보에 기초하여 최대 전력을 전달할 수 있는 도체판을 결정하여 활성화할 수 있다. In the wireless charging transmitter, the transmitter receives the distance between the two conductor plates of the receiver and the power information received by the receiver from the receiver, and the conductor plate of the pad part from the distance information between the two conductor plates of the receiver The pair may be matched, and a conductor plate capable of transmitting maximum power may be determined and activated based on the power information received by the receiver.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 활성화된 도체판 쌍은 복수이고, 상기 복수의 도체판 쌍에서 서로 인접한 도체판들은 서로 실질적으로 동일한 주파수와 위상으로 구동될 수 있다. In the wireless charging transmitter, the activated pair of conductive plates may be plural, and conductive plates adjacent to each other in the plurality of pairs of conductive plates may be driven at substantially the same frequency and phase with each other.
상기 무선 충전 송신부에 있어서, 상기 송신부는 주차장의 충돌방지블록에 설치될 수 있다. In the wireless charging transmission unit, the transmission unit may be installed in the anti-collision block of the parking lot.
본 발명의 다른 일 측면은, 두 개의 수신부 도체판을 포함하는 수신부; 및 상기 수신부 도체판에 정전용량 결합을 통해 무선으로 전력을 제공하는 송신부;를 포함하되, 상기 송신부는, 상기 수신부 도체판과 정전용량 결합(capacitively coupled)되는, 상기 수신부 도체판의 개수보다 많은 수의 도체판를 포함하는 패드부; 및 직류 전원과 상기 도체판의 각각을 선택적으로 연결하는 스위칭 회로;를 포함하는 무선 충전 시스템이다.Another aspect of the present invention, a receiver including two receiver conductor plates; and a transmitter for wirelessly providing power to the receiver conductor plate through capacitive coupling, wherein the transmitter is capacitively coupled to the receiver conductor plate. a pad portion including a conductive plate of and a switching circuit selectively connecting each of the DC power source and the conductive plate to each other.
본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 차량용 무선 충전 시스템에서 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이의 오정렬을 줄일 수 있다. According to the present invention, according to an embodiment, it is possible to reduce misalignment between the transmitter conductor plate and the receiver conductor plate in the wireless charging system for a vehicle.
또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이의 오정렬에도 불구하고 무선 전력 전송의 성능 저하를 줄일 수 있다. In addition, according to an embodiment, according to the present invention, performance degradation of wireless power transmission can be reduced despite misalignment between the transmitter conductor plate and the receiver conductor plate.
또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 간단한 회로를 사용하여 오정렬에 의한 성능 저하를 줄일 수 있다. In addition, according to the embodiment, according to the present invention, performance degradation due to misalignment can be reduced by using a simple circuit.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량성 무선 충전 회로의 기본 구조를 예시한다.
도 2는 두 개의 송신부 도체판과 두 개의 수신부 도체판을 사용하는 경우에 형성되는 커패시턴스를 예시한다.
도 3은 도 1의 용량성 무선 충전 회로의 등가 회로를 예시한다.
도 4와 도 5는 일 실시예에 따른 송신부 패드부와 수신부 패드부의 배치를 예시한다.
도 6은 도 5에 대비되는 비교예에 따른 송신부 패드부와 수신부 패드부의 배치를 예시한다.
도 7은 다른 일 실시예에 따른 송신부 패드부와 수신부 패드부의 배치를 예시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 용량성 무선 충전 시스템을 예시한다.
도 9는 도 8의 송신부 회로를 구체적으로 예시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 스위칭 회로의 동작 상태를 예시한다.
도 11과 도 12는 도 9의 보상 회로를 예시한다.
도 13은 일 실시예에 따른 활성화 도체판의 결정을 위한 회로를 예시한다.
도 14와 도 15는 일 실시예에 따른 활성화 도체판의 결정 방법을 예시한다.
도 16은 일 실시예에 따른 용량성 무선 충전 시스템을 예시한다.
도 17과 도 18은 일 실시예에 따른 전동 킥보드의 무선 충전 시스템을 예시한다.1 illustrates a basic structure of a capacitive wireless charging circuit according to an embodiment of the present invention.
2 exemplifies capacitance formed in the case of using two transmitter conductor plates and two receiver conductor plates.
3 illustrates an equivalent circuit of the capacitive wireless charging circuit of FIG. 1 ;
4 and 5 illustrate the arrangement of the transmitter pad part and the receiver pad part according to an embodiment.
6 exemplifies the arrangement of the transmitter pad part and the receiver pad part according to the comparative example compared to FIG. 5 .
7 illustrates an arrangement of a transmitter pad unit and a receiver pad unit according to another exemplary embodiment.
8 illustrates a capacitive wireless charging system according to an embodiment.
FIG. 9 specifically illustrates the transmitter circuit of FIG. 8 .
10 illustrates an operating state of a switching circuit according to an embodiment.
11 and 12 illustrate the compensation circuit of FIG. 9 .
13 illustrates a circuit for the determination of an active conductor plate according to an embodiment.
14 and 15 illustrate a method of determining an active conductor plate according to an embodiment.
16 illustrates a capacitive wireless charging system according to an embodiment.
17 and 18 illustrate a wireless charging system for an electric kickboard according to an embodiment.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is formed between each component. It should be understood that elements may also be “connected,” “coupled,” or “connected.”
도 1은 용량성 무선 충전 회로의 기본 구조를 예시한다. 1 illustrates the basic structure of a capacitive wireless charging circuit.
도 1을 참조하면, 용량성 무선 충전 회로는 송신부 회로(110), 송신부 패드부(140), 수신부 패드부(160) 및 수신부 회로(150)를 포함할 수 있다. 송신부 회로(110)는 송신부 스위칭 회로(120)와 송신부 보상 회로(130)를 포함할 수 있다. 수신부 회로(150)는 수신부 보상 회로(170)와 수신부 정류 회로(180)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the capacitive wireless charging circuit may include a
용량성 무선 충전 회로는 외부의 전원(10)으로부터 수신한 전력을 용량성 결합을 통한 무선 전력 전송 방식으로 외부의 배터리(20)로 전달할 수 있다. 전원(10)은 직류 전원일 수 있으나, 교류 전원을 정류하여 사용할 수도 있다. The capacitive wireless charging circuit may transfer power received from the
송신부 스위칭 회로(120)는 전원(10)과 송신부 도체판(141, 142)의 각각을 선택적으로 연결할 수 있다. 실시예에 따라, 송신부 스위칭 회로(120)에 포함된 스위칭 소자는 스위칭 주파수에서 온/오프를 반복하며 송신부 보상회로(130)에 교류 전압(예, 구형파 전압)을 인가할 수 있다. 송신부 스위칭 회로(120)에는 통상의 풀-브리지(Full-Bridge) 스위칭 회로 또는 하프-브리지(Half-Bridge) 스위칭 회로가 사용될 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 송신부 스위칭 회로(120)에는 MOSFET, IGBT, MCT, BJT 등의 통상의 반도체 스위칭 소자가 사용될 수 있다.The
송신부 보상 회로(130)는 송신부 스위칭 회로(120)와 송신부 패드부(140) 사이에서 전력 전달의 효율성을 높이기 위해 필요에 따라 사용될 수 있다. 실시예에 따라, 송신부 보상 회로(130)는 인덕터와 커패시터 등을 포함할 수 있다. 예시적으로, 송신부 보상 회로(130)는 송신부 스위칭 회로(120)의 스위칭 주파수 부근에서 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)가 형성하는 커패시턴스와의 공진을 야기하여 전력 전달의 효율성을 높일 수 있다.The
송신부 패드부(140)는 복수의 송신부 도체판(141, 142)을 포함할 수 있다. 복수의 송신부 도체판(141, 142)은 복수의 수신부 도체판(161, 162)과 전기장을 통해 결합될 수 있다. 예를 들어, 송신부 제1 도체판(141)은 수신부 제1 도체판(161)과 커패시터를 형성하고, 송신부 제2 도체판(142)은 수신부 제2 도체판(162)과 커패시터를 형성하는 것으로 개략적으로 이해될 수 있다. The
실시예에 따라, 송신부 제1 도체판(141)과 송신부 제2 도체판(142)은 서로 쌍으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 송신부 제1 도체판(141)으로부터 수신부 제1 도체판(161) 방향으로 흐르는 전류와 송신부 제2 도체판(142)으로부터 수신부 제2 도체판(162) 방향으로 흐르는 전류가 서로 실질적으로 반대 위상을 가질 때, 송신부 제1 도체판(141)과 송신부 제2 도체판(142)은 서로 쌍으로 동작하는 것으로 이해될 수 있다. According to an embodiment, the first
수신부 패드부(160)는 복수의 수신부 도체판(161, 162)을 포함할 수 있다. 복수의 수신부 도체판(161, 162)은 복수의 송신부 도체판(141, 142)과 전기장을 통해 결합될 수 있다.The
수신부 보상 회로(170)는 수신부 패드부(160)와 수신부 정류 회로(180) 사이에서 전력 전달의 효율성을 높이기 위해 필요에 따라 사용될 수 있다. 실시예에 따라, 수신부 보상 회로(170)는 인덕터와 커패시터 등을 포함할 수 있다. 예시적으로, 수신부 보상 회로(170)는 송신부 스위칭 회로(120)의 스위칭 주파수 부근에서 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)가 형성하는 커패시턴스와의 공진을 야기하여 전력 전달의 효율성을 높일 수 있다.The
수신부 정류 회로(180)는 수신부 보상 회로(170)를 통해 전송되는 교번(또는 교류) 전압/전류를 정류하여 직류 전압/전류를 출력할 수 있다. 정류 회로(180)가 출력하는 직류 전압/전류는 배터리(20)를 충전하는데 사용될 수 있다. 정류 회로(180)에는 반도체 다이오드를 사용하는 통상의 풀-브리지 정류 회로 또는 하프-브리지 정류 회로 등이 사용될 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 도 1에는 정류 회로(180)의 출력이 배터리(20)에 바로 연결된 것으로 예시되어 있으나, 실시예에 따라 정류 회로(180)의 출력은 추가적인 처리를 거친 후에 배터리(20)로 공급될 수 있다. The
아래에서는 송신부 회로(110), 송신부 스위칭 회로(120), 송신부 보상 회로(130), 송신부 패드부(140) 등과 같이 송신부의 구성에 대해서는 혼동의 우려가 없는 경우 설명의 편의를 위해 '송신부'라는 표현은 생략하기도 한다. 수신부의 구성에 대해서는 '수신부'를 병기하기로 한다. 예를 들어, '도체판'이라는 표현은 송신부 도체판을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.In the following, when there is no fear of confusion about the configuration of the transmitter such as the
도 2는 두 개의 송신부 도체판(P1, P2)과 두 개의 수신부 도체판(P3, P4)을 사용하는 경우에 형성되는 커패시턴스를 예시한다.2 exemplifies the capacitance formed when two transmitter conductor plates P1 and P2 and two receiver conductor plates P3 and P4 are used.
서로 마주 보는 두 도체판 사이에 형성되는 두 커패시턴스(C13, C24)가 상대적으로 가장 큰 값을 가질 것이고 서로 위치가 어긋나 있거나 마주보지 않는 커패시턴스들(C12, C34, C14, C23)은 상대적으로 작은 커패시턴스를 가질 것이다. The two capacitances (C 13 , C 24 ) formed between the two facing each other will have the largest relative value, and the capacitances (C 12 , C 34 , C 14 , C 23 ) that are displaced from each other or do not face each other ) will have a relatively small capacitance.
도 2에 예시된 기생 커패시턴스들을 이용하여 상호 커패시턴스(CM), 제1 셀프 커패시턴스(Cin1), 제2 셀프 커패시턴스(Cin2)를 아래 수학식 1 내지 수학식 3과 같이 정의할 수 있다. 여기서, 상호 커패시턴스(CM)는 송신부와 수신부 사이의 결합에 관련되어 전력 전송에 유효하게 작용하는 커패시턴스로 이해될 수 있고, 제1 셀프 커패시턴스(Cin1)와 제2 셀프 커패시턴스(Cin2)는 각각 송신부와 수신부 내부에서 주로 작용하는 커패시턴스로 이해될 수 있다.Using the parasitic capacitances illustrated in FIG. 2 , the mutual capacitance C M , the first self capacitance C in1 , and the second self capacitance C in2 may be defined as in
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3][Equation 3]
도 2에서 제1 도체판(P1)과 제2 도체판(P2)의 마주보는 면적 및 제3 도체판(P3)과 제4 도체판(P4)의 마주보는 면적이 서로 간의 거리에 비해 충분히 작고, 제1 도체판(P1)과 제4 도체판(P4)의 어긋남 및 제2 도체판(P2)과 제3 도체판(P3)의 어긋남이 큰 경우, 커패시턴스들(C12, C34, C14, C23)은 커패시턴스(C13, C24)에 비해 충분히 작다고 가정할 수 있고, 이 경우 수학식 1의 상호 커패시턴스(CM)는 수학식 4와 같이 근사될 수 있다.In FIG. 2 , the facing area of the first conductor plate P1 and the second conductor plate P2 and the facing area of the third conductor plate P3 and the fourth conductor plate P4 are sufficiently small compared to the distance between them. , when the shift between the first conductor plate P1 and the fourth conductor plate P4 and the shift between the second conductor plate P2 and the third conductor plate P3 is large, the capacitances C 12 , C 34 , C 14 , C 23 ) may be assumed to be sufficiently small compared to the capacitances C 13 , C 24 , and in this case, the mutual capacitance C M of
[수학식 4][Equation 4]
즉, 상호 커패시턴스(CM)는 제1 도체판(P1)과 제3 도체판(P3) 사이의 커패시턴스(C13) 및 제2 도체판(P2)과 제4 도체판(P4) 사이의 커패시턴스(C24)에 비례하여 증가할 수 있다. That is, the mutual capacitance C M is the capacitance C 13 between the first conductor plate P1 and the third conductor plate P3 and the capacitance between the second conductor plate P2 and the fourth conductor plate P4 . (C 24 ) may increase proportionally.
상호 커패시턴스(CM)가 증가할수록 송신부와 수신부 사이의 전력 전달 경로에 직렬로 배치된 임피던스가 작아지므로, 전력 전달의 효율이 높아지고 전달되는 전력량이 증가할 수 있다. 그런데 수학식 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 송신부 도체판과 수신부 도체판의 정렬이 어긋나면 상호 커패시턴스(CM)가 감소하므로 전력 전달의 효율이 낮아지고 전달되는 전력량이 감소할 수 있다. As the mutual capacitance ( CM ) increases, the impedance disposed in series in the power transmission path between the transmitter and the receiver decreases, so that the efficiency of power transmission may increase and the amount of transmitted power may increase. However, as can be seen from Equation 4, when the alignment of the conductor plate of the transmitter and the conductor plate of the receiver is misaligned, the mutual capacitance ( CM ) decreases, so that the efficiency of power transmission may decrease and the amount of transmitted power may decrease.
도 3은 도 1의 용량성 무선 충전 회로의 등가 회로를 예시한다.3 illustrates an equivalent circuit of the capacitive wireless charging circuit of FIG. 1 ;
도 3에서 스위칭 회로(120)에는 풀-브리지 스위칭 회로가 예시되어 있고, 보상 회로(130)에는 제1 인덕터(L1)와 제1 커패시터(C1)가 사용되는 것으로 예시되어 있다. 패드부(140) 내부는 제1 셀프 커패시턴스(Cin1)와 제1 전류원(IM1)으로 대체되어 있고, 수신부 패드부(160) 내부는 제2 셀프 커패시턴스(Cin2)와 제2 전류원(IM2)으로 대체되어 있는데, 이들은 패드부(140)와 수신부 패드부(150)의 등가 회로를 예시한 것이다. In FIG. 3 , a full-bridge switching circuit is exemplified in the
제1 전류원(IM1)은 아래 수학식 5와 같이 동작하는 전압 제어 전류원(voltage controlled current source)이고, 제2 전류원(IM2)은 아래 수학식 6와 같이 동작하는 전압 제어 전류원이다.The first current source I M1 is a voltage controlled current source operating as shown in Equation 5 below, and the second current source I M2 is a voltage controlled current source operating as shown in
[수학식 5][Equation 5]
[수학식 6][Equation 6]
여기서, ωsw는 스위칭 회로(120)가 동작하는 스위칭 주파수(fsw)의 각 주파수이고, CM은 도 2를 참조하여 설명한 상호 커패시턴스이며, VC1은 제1 셀프 커패시턴스(Cin1) 양단의 전압이고, VC2는 제2 셀프 커패시턴스(Cin2) 양단의 전압이다.Here, ω sw is each frequency of the switching frequency (f sw ) at which the switching circuit 120 operates, C M is the mutual capacitance described with reference to FIG. 2 , and V C1 is the first self-capacitance (C in1 ) of both ends. voltage, and V C2 is the voltage across the second self-capacitance (C in2 ).
수신부 보상 회로(170)에는 제2 인덕터(L2)와 제2 커패시터(C2)가 사용되는 것으로 예시되어 있으며, 수신부 정류 회로(180)에는 풀-브리지 다이오드 정류 회로가 예시되어 있다. A second inductor L 2 and a second capacitor C 2 are exemplified in the
직류 전원(10)이 제공하는 직류 전압(Vi)은 스위칭 회로(120)에 의해 소정 또는 가변 스위칭 주파수를 가지는 교번 전압(또는 교류 전압)으로 변경되어 보상 회로(130)의 양단에 인가되고, 교번 전압(또는 교류 전압)은 송신부 보상 회로(130), 송신부 패드부(140), 수신부 패드부(160) 및 수신부 보상 회로(170)를 거쳐 수신부 정류 회로(180)를 통해 다시 직류로 변환되어 배터리(20)로 공급될 수 있다. The DC voltage Vi provided by the
이 때, 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160) 사이의 거리가 그 크기에 비해 상대적으로 멀어 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)가 형성하는 커패시턴스의 크기가 작을 경우, 전력 전달 경로에 큰 임피던스를 가진 커패시턴스가 직렬로 배치된 상태가 되므로 전력 전달의 효율이 낮아질 수 있다. 이러한 문제를 고려하여, 실시예에 따라, 송신부 보상 회로(130)와 수신부 보상 회로(170)는 스위칭 주파수 대역에서 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)가 형성하는 커패시턴스와 공진(resonance)을 야기하여 전력 전달 경로의 임피던스를 유효하게 낮춤으로써 전력 전달의 효율을 높일 수 있다.At this time, if the distance between the
이와 같이 공진을 이용할 경우, 송신부 보상 회로(130), 송신부 패드부(140), 수신부 패드부(160) 및 수신부 보상 회로(170)를 통한 전압, 전류는 사인파(sine wave)와 유사한 형태를 가질 수 있고, 이 경우 스위칭 주파수의 기본파 성분을 분석하여 회로의 동작을 파악할 수 있다(즉, 공진에 의해 기본파 성분의 영향이 커지고 고조파 성분의 영향은 작아지므로, 기본파 성분 분석은 간단하면서도 유효한 분석 방법이 될 수 있다). 기본파 성분 분석을 통해 송신부로부터 수신부로 전달되는 유효 전력을 유도하면 아래 수학식 7과 같이 정리할 수 있다.In this way, when resonance is used, the voltage and current through the
[수학식 7][Equation 7]
여기서, θ는 VC1과 VC2의 위상차이다.Here, θ is the phase difference between V C1 and V C2 .
수학식 7을 통해, 송신부로부터 수신부로 전달되는 전력(P)은 스위칭 주파수(fsw), 상호 커패시턴스(CM), 제1 셀프 커패시턴스 전압(VC1)의 절대값 및 제2 셀프 커패시턴스 전압(VC2)의 절대값에 비례함을 알 수 있다. 따라서 송신부 도체판과 수신부 도체판의 정렬을 통해 상호 커패시턴스(CM)를 크게 만드는 것은 전력 전달의 관점에서 중요할 수 있다.Through Equation 7, the power (P) transferred from the transmitter to the receiver is the switching frequency (f sw ), the mutual capacitance ( CM ), the absolute value of the first self-capacitance voltage (V C1 ), and the second self-capacitance voltage ( It can be seen that it is proportional to the absolute value of V C2 ). Therefore, it may be important from the viewpoint of power transmission to increase the mutual capacitance (CM ) through the alignment of the transmitting part conductor plate and the receiving part conductor plate.
도 4와 도 5는 일 실시예에 따른 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)의 배치를 예시한다. 4 and 5 illustrate the arrangement of the
전술한 바와 같이 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160) 사이의 정확한 정렬은 효율적인 전력 전달에 중요한 요소이다. 또한, 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160) 사이의 거리도 상호 커패시턴스(CM)에 크게 영향을 줄 수 있으므로 중요하게 고려될 필요가 있다. 특히, 자동차용 무선 충전 시스템에서 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)의 배치는 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160) 사이의 거리 및 정렬 정도에 영향을 줄 수 있으므로 신중하게 설계될 필요가 있다. As described above, accurate alignment between the
도 4는 일 실시예에 따른 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)의 배치를 예시하는데, 도 4(a)는 송신부 패드부(140)가 주차장의 충돌방지블록(40)에 배치되는 경우를 예시하고 있고, 도 4(b)는 송신부 패드부(140)가 충돌방지블록(40)의 후방에 인접하여 배치된 별도의 구조물(50)에 설치되는 경우를 예시하고 있다. 4 exemplifies the arrangement of the
송신부 패드부(140)가 주차 구역 내의 임의의 위치에 설치될 경우 차량(30)의 주차 위치에 따라 X축 방향(차량의 폭 방향) 및 Y축 방향(차량의 길이 방향) 모두에서 오정렬이 발생할 가능성이 높아진다. 반면, 차량(30)의 바퀴는 충돌방지블록(40)에 밀착 또는 인접하도록 주차되는 것이 일반적이므로, 도 4(a) 또는 도 4(b)와 같이 충돌방지블록(40)을 기준으로 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)가 설치될 경우 Y축 방향의 오정렬을 줄여 상호 커패시턴스(CM)를 증가시킬 수 있다. 또한, 도 4(a)와 같이 충돌방지블록(40) 상에 또는 도 4(b)와 같이 충돌방지블록(40)에 인접한 구조물(50) 상에 송신부 패드부(140)를 설치할 경우 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160) 사이의 Z축 방향(차량의 높이 방향)의 거리를 좁힐 수 있으므로 상호 커패시턴스(CM)를 증가시킬 수 있다.When the
도 5는 수신부 패드부(160)의 X축 방향의 크기를 송신부 패드부(140)에 비해 크게 한 경우를 예시하고 있다. 이 경우, 도 5(a)와 같이 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)가 X축 방향에서 잘 정렬된 경우와 도 5(b)와 같이 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160) 사이의 X축 방향의 정렬이 어느 정도 어긋난 경우의 상호 커패시턴스(CM)에는 큰 차이가 나지 않을 수 있다. 전력 전달의 관점에서 상호 커패시턴스(CM)를 증가시키는 것뿐만 아니라 상호 커패시턴스(CM)의 편차를 줄이는 것도 중요하다. 도 5에 예시된 바와 같이, 수신부 패드부(160)의 크기를 송신부 패드부(140)에 비해 크게 하는 경우 오정렬에 의한 상호 커패시턴스(CM)의 편차를 줄여 전력 전달의 효율성을 높일 수 있다.5 exemplifies a case in which the size of the receiving
도 6은 도 5에 대비되는 비교예에 따른 송신부 패드부와 수신부 패드부의 배치로서, 송신부 패드부(140)와 수신부 패드부(160)의 X축 방향의 크기가 같은 경우를 예시하고 있다. 이 경우, 도 6(a)와 같이 X축 방향으로 잘 정렬된 경우에는 도 5(a)의 실시예와 별다른 차이가 없지만, 도 6(b)와 같이 오정렬이 발생하는 경우 상호 커패시턴스(CM)에 큰 차이가 발생하여 전체적인 전력 전달의 효율성이 나빠질 수 있다. FIG. 6 illustrates the arrangement of the transmitter pad part and the receiver pad part according to the comparative example compared to FIG. 5 , and illustrates a case where the
도 7은 다른 일 실시예에 따른 송신부 패드부와 수신부 패드부의 배치를 예시한다.7 illustrates an arrangement of a transmitter pad unit and a receiver pad unit according to another exemplary embodiment.
도 7을 참조하면, 송신부 패드부(140)는 X축 방향으로 길게 배치되고, 다수의 도체판으로 분할되어 일부의 도체판이 선택적으로 활성화될 수 있는 구조이다. 도 7(a)와 같이 정렬된 경우 수신부 패드부(160)와 잘 정렬된 위치의 도체판(743)이 선택적으로 활성화되어 동작하고, 도 7(b)와 같이 정렬된 경우 역시 수신부 패드부(160)와 잘 정렬된 위치의 다른 도체판(744)이 선택적으로 활성화되어 동작할 수 있다. 이 경우, 차량(30)의 X축 방향의 위치가 변경되더라도 수신부 패드부(160)와 잘 정렬된 위치의 도체판이 선택적으로 활성화되도록 함으로써 상호 커패시턴스(CM)의 편차를 줄여 전력 전달의 효율성을 높일 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
이와 같이, 차량용 무선 충전 시스템에서 송신부 패드부(140)를 충돌방지블럭 상에 배치할 경우, Y축 방향의 오정렬을 줄이고 Z축 방향의 거리를 줄임으로써 상호 커패시턴스(CM)의 편차를 줄이면서 크기를 증가시킬 수 있다. 또한, 다수의 도체판으로 분할된 송신부 패드부(140)를 X축 방향으로 길게 배치하면서 수신부 패드부(160)와 잘 정렬된 일부의 도체판을 선택적으로 활성화할 경우, X축 방향의 오정렬에 의한 영향도 줄일 수 있다.As such, when the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량성 무선 충전 시스템을 예시한다.8 illustrates a capacitive wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 용량성 무선 충전 시스템은 송신부 회로(110)와 송신부 패드부(840)를 포함하는 송신부, 및 수신부 패드부(860)와 수신부 회로(150)를 포함하는 수신부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the capacitive wireless charging system may include a transmitter including a
송신부 회로(110)와 수신부 회로(150)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바가 적용될 수 있다. As for the
송신부 패드부(840)는 복수의 도체판(840a 내지 840n)을 포함할 수 있다. 복수의 도체판(840a 내지 840n)은 서로 분할되어 각각 개별적으로 동작할 수 있다. 실시예에 따라, 복수의 도체판(840a 내지 840n)의 각각은 송신부 회로(110)에 의해 개별적으로 선택적으로 활성화될 수 있다. 패드부(840)의 도체판(840a 내지 840n)의 개수는 수신부 도체판(860a, 860b)의 개수보다 많을 수 있다. 실시예에 따라, 도체판(840a 내지 840n) 각각의 배열 방향의 길이는 수신부 도체판(860a, 860b)의 각각의 길이에 비해 작을 수 있다. The
실시예에 따라, 송신부 회로(150)에 포함된 스위칭 회로는 도체판(840a 내지 840n)의 각각을 직류 전원과 선택적으로 연결함으로써 선택된 도체판을 활성화할 수 있다. 실시예에 따라, 도체판(840a 내지 840n) 중에서 수신부 도체판(860a, 860b)과 정렬된 도체판이 활성화될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 좌측으로부터 3번째 ~ 5번째 도체판이 활성화되고, 우측으로부터 2번째 ~ 4번째 도체판이 활성화될 수 있다. 이 때, 좌측으로부터 3번째 ~ 5번째 도체판은 서로 동일 주파수와 위상으로 구동되어 하나의 큰 도체판과 같이 동작하며 수신부 제1 도체판(860a)과 용량 결합할 수 있다. 또한, 우측으로부터 2번째 ~ 4번째 도체판은 서로 동일 주파수와 위상으로 구동되어 하나의 큰 도체판과 같이 동작하며 수신부 제2 도체판(860b)과 용량 결합할 수 있다.According to an embodiment, the switching circuit included in the
수신부 패드부(860)는 적어도 두 개의 수신부 도체판(860a, 860b)을 포함할 수 있다. 수신부 도체판(860a, 860b)의 각각은 도체판(840a 내지 840n) 중에서 활성화된 도체판(들)과 용량 결합되어 동작할 수 있다.The receiving
도 9는 도 8의 송신부 회로를 예시한다.9 illustrates the transmitter circuit of FIG. 8 .
도 9를 참조하면, 송신부 회로(910)는 복수의 송신부 회로 모듈(910a ~ 910n)을 포함할 수 있다. 송신부 회로 모듈(910a ~ 910n)의 각각은 송신부 도체판(840a ~ 840n)의 각각에 대응하여 배치될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
실시예에 따라, 제1 송신부 회로 모듈(910a)은 제1 스위칭 회로(S1a, S2a)와 제1 보상회로(130a)를 포함할 수 있다. 또한, 선택적으로 제1 입력단 커패시터(911a)를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the first
제1 스위칭 회로(S1a, S2a)에는, 예시적으로, 두 개의 스위치를 포함하는 하프-브리지 구성이 사용될 수 있다. 제1 스위칭 회로(S1a, S2a)는 제1 도체판(840a)을 직류 전원(10)의 양 단자(Vp, Vn)에 각각 연결된 배선들(41, 42) 중의 어느 하나에 선택적으로 연결할 수 있다. 여기서 배선(41)은 직류 전원(10)의 고전위측(Vp)에 연결된 배선이고 배선(42)은 직류 전원(10)의 저전위측(Vn)에 연결된 배선이다. For the first switching circuits S1a and S2a, for example, a half-bridge configuration including two switches may be used. The first switching circuits S1a and S2a may selectively connect the
제1 스위칭 회로(S1a, S2a)에서 제1 스위치(S1a)가 도통될 경우 제1 도체판(840a)은 직류 전원(10)의 고전위측(Vp)에 연결될 수 있다. 이 때, 직류 전원(10)의 고전위측(Vp)으로부터 제1 스위치(S1a), 제1 보상회로(130a), 제1 도체판(840a)를 통해 수신부 제1 도체판(860a)으로 전류가 흐르는 경로가 제공될 수 있다. 즉, 제1 스위치(S1a)가 도통될 경우 직류 전원(10)의 고전위측(Vp)으로부터 수신부로 전류가 공급되는 경로가 제공될 수 있다. When the first switch S1a conducts in the first switching circuits S1a and S2a, the
제1 스위칭 회로(S1a, S2a)에서 제2 스위치(S2a)가 도통될 경우 제1 도체판(840a)은 직류 전원(10)의 저전위측(Vn)에 연결될 수 있다. 이 때, 수신부 제1 도체판(860a)으로부터 제1 도체판(840a), 제2 스위치(S2a)을 통해 직류 전원(10)의 저전위측(Vn)으로 전류가 흐르는 경로가 제공될 수 있다. 즉, 제2 스위치(S2a)가 도통될 경우 수신부로부터 직류 전원(10)의 저전위측(Vn)으로 전류가 복귀되는 경로가 제공될 수 있다.When the second switch S2a conducts in the first switching circuits S1a and S2a, the
제1 스위칭 회로(S1a, S2a)는 하나의 스위칭 주기 내에서 제1 도체판(840a)을 직류 전원(10)의 고전위측(Vp)에 연결한 후 다시 저전위측(Vn)에 연결하는 동작을 반복함으로써, 스위칭 주파수 대역에서의 공진을 야기하여 송신부로부터 수신부로 전력을 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 스위칭 회로(S1a, S2a)는 수학식 7을 통해 살펴본 바와 같이 스위칭 주파수(fsw)를 변경함으로써 송신부로부터 수신부로 전달되는 전력을 조절할 수 있다.The first switching circuits S1a and S2a connect the
하나의 스위칭 주기 내의 전체 구간에서 제1 스위치(S1a)와 제2 스위치(S2a) 모두가 도통되지 않고 오프 상태를 유지할 경우 해당 스위칭 주기에서 제1 도체판(840a)은 활성화되지 않은 것으로 이해될 수 있다. It can be understood that when both the first switch S1a and the second switch S2a do not conduct and maintain an off state in the entire section within one switching period, the
이와 같이, 제1 스위칭 회로(S1a, S2a)의 동작에 의해 제1 도체판(840a)은 활성화 또는 비활성화 중의 어느 하나로 동작할 수 있다. 활성화 상태에서 제1 스위칭 회로(S1a, S2a)는 스위칭 주파수를 변경함으로써 송신부로부터 수신부로 전달되는 전력을 조절할 수 있다.As described above, the
제1 보상 회로(130a)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 전력 전달의 효율을 높이기 위해 제1 스위칭 회로(S1a, S2a)와 제1 도체판(840a) 사이에 배치될 수 있다.As described with reference to FIGS. 1 to 3 , the
제1 입력단 커패시터(911a)는 직류 전원(10)의 고전위측(Vp)과 저전위측(Vn) 사이의 전압을 안정화시키는 입력단 필터로 기능할 수 있다. The
다른 송신부 회로 모듈(910b ~ 910n) 각각의 구성과 동작은 제1 송신부 회로 모듈(910a)과 유사할 수 있다.The configuration and operation of each of the other
이와 같이 구성된 송신부 회로(910)에 의해, 도체판(840a ~ 840n) 중의 일부는 활성화되어 동작하고 일부는 활성화되지 않을 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 활성화된 도체판은 두 개씩 쌍을 이루어 동작할 수 있다. 여기서, 두 도체판이 쌍을 이루어 동작한다는 것은, 두 도체판의 각각이 직류 전원(10)과 연결되는 상태가 서로 상보적으로 동작하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 각각의 도체판은 스위칭 회로(S1a, S2a)를 통해 스위칭 주기내에서 직류 전원의 고전위측(Vp)과 저전위측(Vn)에 교대로 연결될 수 있는데, 어느 하나의 도체판이 고전위측(Vp)에 연결될 때 다른 하나의 도체판은 저전위측(Vn)에 연결되고 어느 하나의 도체판이 저전위측(Vn)에 연결될 때 다른 하나의 도체판은 고전위측(Vp)에 연결될 경우, 두 도체판은 서로 쌍을 이루어 동작하는 것으로 이해될 수 있다. 이 경우, 쌍을 이루는 두 도체판을 통해 흐르는 전류는 서로 실질적으로 반대 위상을 가질 수 있다. By the
실시예에 따라, 활성화되는 도체판의 쌍은 복수이고, 복수의 도체판 쌍에서 서로 인접한 도체판들은 서로 실질적으로 동일한 주파수와 위상으로 구동될 수 있다. 이 경우 서로 인접하여 실질적으로 동일한 주파수와 위상으로 구동되는 도체판들은 하나의 큰 도체판과 같이 동작하므로, 도체판들 사이의 간섭에 의한 영향을 줄여 효율적인 전력 전송이 가능하다. According to an embodiment, a plurality of pairs of conductive plates are activated, and conductive plates adjacent to each other in the plurality of pairs of conductive plates may be driven with substantially the same frequency and phase. In this case, since the conductor plates that are adjacent to each other and driven at substantially the same frequency and phase operate as one large conductor plate, the effect of interference between the conductor plates is reduced, thereby enabling efficient power transmission.
예를 들어, 도 9에서 수신부 제1 도체판(860a)과 정렬이 된 도체판(840b와 840c)이 활성화되고, 수신부 제2 도체판(860b)과 정렬이 된 도체판(840m와 840n)이 활성화될 수 있다. 이 때, 도체판(840b)은 도체판(840m)과 쌍을 이루고, 도체판(840c)는 도체판(840n)과 쌍을 이루어 동작할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 두 도체판(840b와 840c)은 서로 동일한 주파수와 위상으로 구동되어 하나의 도체판과 같이 동작하고, 두 도체판(840m와 840n)은 서로 동일한 주파수와 위상으로 구동되어 하나의 도체판과 같이 동작할 수 있다. For example, in FIG. 9 , the
이와 같이 쌍을 이루는 경우의 스위칭 회로의 동작 파형은 도 10에 예시된 바와 같을 수 있다. 도 10에서, S1b와 S2b는 도체판(840b)에 대응되는 스위칭 회로의 동작 상태이고, S1c와 S2c는 도체판(840c)에 대응되는 스위칭 회로의 동작 상태이며, S1m와 S2m은 도체판(840m)에 대응되는 스위칭 회로의 동작 상태이고, S1n과 S2n은 도체판(840n)에 대응되는 스위칭 회로의 동작 상태이며, Tsw는 스위칭 주기로서 스위칭 주파수(fsw)의 역수이다. 도 10은 도체판(840b)이 도체판(840m)과 쌍을 이루고 도체판(840c)이 도체판(840n)과 쌍을 이루어 동작하되, 도체판(840b)와 도체판(840c)이 서로 동일한 주파수와 위상으로 동작하고 도체판(840m)과 도체판(840n)이 서로 동일한 주파수와 위상으로 동작하는 상황을 예시하고 있다. 다만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고, 실시예에 따라, 인접한 도체판들이 서로 다른 주파수 및/또는 위상으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 도 10에서 도체판(840b)와 도체판(840c)이 서로 동일 주파수이되 다른 위상으로 동작하고 도체판(840m)과 도체판(840n)이 서로 동일 주파수이되 다른 위상으로 동작할 수 있다.An operation waveform of the switching circuit in the case of forming the pair may be as illustrated in FIG. 10 . In FIG. 10 , S1b and S2b are the operating states of the switching circuit corresponding to the
도 11과 도 12는 도 9의 보상 회로를 예시한다.11 and 12 illustrate the compensation circuit of FIG. 9 .
먼저, 도 11을 참조하면, 제1 송신부 회로 모듈(1110a)의 보상 회로는 제1 인덕터(L1a)와 제1 커패시터(C1a)를 포함할 수 있다. First, referring to FIG. 11 , the compensation circuit of the first
제1 인덕터(L1a)의 일단은 제1 스위치(S1a)와 제2 스위치(S2a)의 접속 노드에 연결되고 제1 인덕터(L1a)의 타단은 제1 도체판(840a)에 연결될 수 있다. One end of the first inductor L1a may be connected to a connection node of the first switch S1a and the second switch S2a, and the other end of the first inductor L1a may be connected to the
제1 커패시터(C1a)의 일단은 제1 도체판(840a)에 연결되고, 제1 커패시터(C1a)의 타단은 제1 도체판(840a)과 쌍을 이루는 도체판에 연결될 수 있다. 즉, 제1 커패시터(C1a)는 쌍을 이루는 두 도체판 사이에 연결되어 보상 기능을 수행하는 보상 커패시터로 이해될 수 있다. 제1 커패시터(C1a)는 일반적으로 상호 커패시턴스(CM)보다 상대적으로 큰 커패시턴스를 가지도록 설계되는데, 상대적으로 큰 커패시턴스를 가지는 제1 커패시터(C1a)가 병렬로 연결되어 상대적으로 작은 커패시턴스를 가지는 상호 커패시턴스(CM)를 보조하여 제1 인덕터(L1a)와 공진하도록 함으로써 제1 인덕터(L1a)의 크기와 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상대적으로 큰 커패시턴스를 가지는 제1 커패시터(C1a)가 상대적으로 작은 커패시턴스를 가지는 상호 커패시턴스(CM)를 보조함으로써 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이의 정렬이나 거리의 변화에 따른 상호 커패시턴스(CM)의 편차가 성능에 미치는 영향을 줄이는 장점이 있다.One end of the first capacitor C1a may be connected to the
실시예에 따라, 도체판(840a ~ 840n)의 각각은 인접하지 않은 다른 하나의 도체판과 쌍을 이룰 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 도체판(840a ~ 840n)의 각각은 다른 도체판 중에서 기준 거리와 가장 유사한 거리에 배치된 도체판과 쌍을 이룰 수 있다. 여기서, 기준 거리는 수신부의 두 도체판(960a, 960b) 사이의 거리(D2)일 수 있다. 예를 들어, 송신부의 어느 하나의 도체판(예, 840b)의 쌍이 되는 도체판을 선택할 때, 수신부의 두 도체판(960a, 960b) 사이의 거리(D2)를 기준으로 이와 가장 유사한 거리(D1)를 가지는 도체판(840m)을 선택하여 쌍을 구성할 수 있다. According to an embodiment, each of the
이와 같이, 수신부의 두 도체판(960a, 960b) 사이의 거리(D2)와 유사한 거리에 있는 두 도체판을 서로 쌍으로 구성하고, 쌍을 이루는 두 도체판 사이에 보상 커패시터(C1)를 연결할 경우, 수신부의 두 도체판(960a, 960b)과 정렬이 잘 된 도체판 쌍(쌍을 이루는 두 도체판 모두가 수신부 도체판과 정렬이 잘 된 경우)의 개수를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 활성화된 도체판들 중에서 보상 커패시터(C1)에 의해 고효율로 동작하는 도체판 쌍의 개수가 증가하는 장점이 있다. 본 실시예와는 다르게, 만약, 수신부의 두 도체판(960a, 960b) 사이의 거리(D2)와 상이한 거리에 있는 두 도체판을 서로 쌍으로 구성하고 쌍을 이루는 두 도체판 사이에 보상 커패시터(C1)를 연결할 경우, 본 실시예와 대비할 때 활성화된 도체판의 개수는 동일하더라도 활성화된 도체판들 중에서 보상 커패시터(C1)가 유효하게 동작하는 도체판 쌍의 개수는 감소하므로 전체적인 에너지 전달의 효율성이 낮아질 수 있다.In this way, when two conductor plates at a distance similar to the distance D2 between the two conductor plates 960a and 960b of the receiver are configured as a pair, and a compensation capacitor C1 is connected between the pair of conductor plates , it is possible to increase the number of pairs of conductor plates that are well aligned with the two conductor plates 960a and 960b of the receiver (when both conductor plates of the pair are well aligned with the conductor plate of the receiver), and accordingly Among the conductor plates, there is an advantage in that the number of pairs of conductor plates operated with high efficiency by the compensation capacitor C1 increases. Unlike this embodiment, if two conductor plates at a distance different from the distance D2 between the two conductor plates 960a and 960b of the receiver are paired with each other, and a compensation capacitor ( When C1) is connected, in comparison with this embodiment, even though the number of activated conductor plates is the same, the number of conductor plate pairs on which the compensation capacitor C1 effectively operates among the activated conductor plates is reduced, so overall energy transfer efficiency This can be lowered.
도 12는 다른 일 실시예에 따른 보상 회로를 예시한다. 도 12에 예시된 보상 회로는 제2 인덕터(L2a ~ L2n)를 더 포함한다는 점에서 도 11에 예시된 보상 회로와 차이가 있다. 제2 인덕터(L2a ~ L2n)는 각 송신부 회로 모듈(1210a ~ 1210n) 내에서 제1 인덕터(L1a ~ L1n)의 타단과 도체판(840a ~ 840n) 사이에 연결되어 보상 기능을 수행함으로써 전력 전달의 효율을 높일 수 있다. 이 경우에도 도 11을 통해 설명한 바와 같이, 수신부의 두 도체판(960a, 960b) 사이의 거리(D2)와 유사한 거리에 있는 두 도체판을 쌍으로 구성할 수 있다. 12 illustrates a compensation circuit according to another embodiment. The compensation circuit illustrated in FIG. 12 is different from the compensation circuit illustrated in FIG. 11 in that it further includes second inductors L2a to L2n. The second inductors L2a to L2n are connected between the other ends of the first inductors L1a to L1n and the
도 13은 일 실시예에 따른 활성화 도체판의 결정을 위한 회로를 예시한다.13 illustrates a circuit for the determination of an active conductor plate according to an embodiment.
도 13을 참조하면, 송신부 회로 모듈(1310a ~ 1310n)의 각각은 임피던스 감지부(1312a), 비교부(1313a) 및 활성화 결정부(1314a)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 13 , each of the
임피던스 감지부(1312a)는 송신부 회로 모듈(1310a) 내부의 전압(v), 전류(isen) 정보를 이용하여 내부 임피던스(Zin)를 산출할 수 있다. 송신부 도체판(840a)과 수신부 도체판의 정렬 정도에 따라 송신부 회로 모듈(1310a) 내부의 임피던스(Zin)가 달라질 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 원리를 이용하여 송신부 회로 모듈(1310a) 내부의 전압(v)과 전류(isen)를 이용하여 내부 임피던스(Zin)를 산출하고, 대응하는 송신부 도체판(840a)과 수신부 도체판의 정렬 여부를 판단할 수 있다. 실시예에 따라, 임피던스 감지부(1312a)는 스위칭 회로(S1a, S2a)와 보상 회로(1330a)의 접속 노드에서의 전압과, 스위칭 회로(S1a, S2a)로부터 보상 회로(1330a)로 흐르는 전류를 검출하여 내부 임피던스(Zin)를 산출할 수 있으나, 임피던스 감지부(1312a)가 전압과 전류를 검출하는 위치가 이로 한정되는 것은 아니다.The
비교부(1313a)는 검출된 내부 임피던스(Zin)를 기준 임피던스(Zc)와 비교할 수 있다. 기준 임피던스(Zc)는 송신부 도체판(840a)과 수신부 도체판의 정렬 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 임피던스일 수 있다.The
활성화 결정부(1314a)는 비교부(1313a)의 비교 결과에 기초하여 해당 송신부 도체판(840a)의 활성화 여부를 판단할 수 있다. The
임피던스 감지부(1312a), 비교부(1313a) 및 활성화 결정부(1314a)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 혼합으로 구현될 수 있다.The
이와 같이, 활성화 대상 도체판은 임피던스 측정 결과에 기초하여 결정될 수 있다. 임피던스 측정은 주기적으로 수행될 수 있다. 예시적으로, 전력 전송의 중간 중간에 주기적으로 활성화 도체판 결정 구간을 설정하고 이 구간에서 임피던스 측정을 통해 활성화 도체판을 재설정할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 수신부 패드부와 정렬이 잘 된 송신부 도체판을 실시간으로 선택적으로 활성화시킬 수 있으므로 전력 전달의 효율을 높일 수 있다.As such, the activation target conductor plate may be determined based on the impedance measurement result. Impedance measurements may be performed periodically. Illustratively, an activation conductor plate determination section may be periodically set in the middle of power transmission, and the activation conductor plate may be reset through impedance measurement in this section. According to the present embodiment, since it is possible to selectively activate in real time the conductor plate of the transmitter that is well aligned with the pad part of the receiver, it is possible to increase the efficiency of power transmission.
도 14와 도 15는 다른 일 실시예에 따른 활성화 도체판의 결정 방법을 예시한다. 도 15에서 도면부호 1540a 내지 1540m은 패드부를 구성하는 각각의 도체판이고, 도면부호 1560a와 1560b는 수신부 도체판의 위치를 나타내고 있다.14 and 15 illustrate a method of determining an active conductor plate according to another embodiment. In FIG. 15,
먼저, 송신부는 수신부로부터 수신부 도체판의 크기와 거리 정보를 획득할 수 있다(S1401). 예를 들어, 수신부 도체판의 크기는 도 15에서 제1 수신부 도체판(1560a) 또는 제2 수신부 도체판(1560b)의 가로 방향(송신부 도체판의 배열 방향)의 길이(W2)일 수 있다. 수신부 도체판의 크기 정보는 활성화될 송신부 도체판의 개수를 결정하는데 활용될 수 있다. 수신부 도체판의 거리는 도 15에서 제1 수신부 도체판(1560a)의 가로 방향의 중심과 제2 수신부 도체판(1560b)의 가로 방향의 중심 사이의 거리(D2)일 수 있다. 수신부 도체판의 거리 정보는 송신부 도체판의 쌍을 결정하는데 활용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 쌍을 이루는 두 송신부 도체판의 거리는 수신부 도체판의 거리와 동일 또는 유사하도록 설정될 수 있다.First, the transmitter may obtain information on the size and distance of the conductor plate of the receiver from the receiver (S1401). For example, the size of the receiver conductive plate may be the length W2 of the first receiver
다음으로, 활성화될 도체판의 개수와 거리를 결정할 수 있다(S1402). 활성화될 도체판의 개수는 수신부 도체판의 크기에 기초하여 결정되고, 활성화될 도체판의 거리는 수신부 도체판의 거리에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 활성화될 도체판의 거리는 활성화될 도체판 그룹들 사이의 거리일 수 있다. 예를 들어, 도 15를 참조하면, 수신부 도체판(1560a, 1560b)의 크기(W2)에 대응하여 하나의 그룹의 도체판의 개수는 3개로 결정되고, 도체판 그룹 사이의 거리는 수신부 도체판(1560a, 1560b) 사이의 거리인 도체판 10개에 해당하는 길이로 결정될 수 있다.Next, the number and distance of the conductive plates to be activated may be determined (S1402). The number of conductive plates to be activated may be determined based on the size of the conductive plate of the receiver, and the distance of the conductive plate to be activated may be determined based on the distance of the conductive plate of the receiver. Here, the distance of the conductive plate to be activated may be a distance between the conductive plate groups to be activated. For example, referring to FIG. 15 , the number of conductor plates in one group is determined to be three corresponding to the size W2 of the receiving
다음으로, 일측 외곽의 도체판 그룹을 먼저 임시 활성화시킬 수 있다(S1403). 예를 들어, 도 15에서 세 개의 도체판(1540a ~ 1540c)을 제1 그룹으로 활성화시키고 제1 그룹과 기준 거리와 가장 유사한 거리를 가지는 세 개의 도체판(1540k, 1540l, 1540m)을 제2 그룹으로 설정하고 임시 활성화시킬 수 있다. 이 단계에서의 활성화는 실제로 활성화될 도체판을 결정하기 위해 임시로 동작을 시켜 성능을 측정하기 위한 임시 활성화로 이해될 수 있다.Next, the conductive plate group outside one side may be temporarily activated first ( S1403 ). For example, in FIG. 15 , three
다음으로, 임시 활성화될 도체판을 이동시킬 수 있다(S1404). 예를 들어, 도 15를 참조하면, S1403 단계에서 가장 좌측으로부터 임시 활성화 도체판(1540a ~ 1540c, 1540k ~ 1540m)을 설정하고 동작시킨 후, S1404 단계에서는 임시 활성화 도체판을 우측으로 이동시키며 성능을 측정할 수 있다. 이 때, 임시 활성화 도체판의 개수와 거리는 유지될 수 있다. Next, the conductor plate to be temporarily activated may be moved (S1404). For example, referring to FIG. 15 , after setting and operating the temporarily activated
다음으로, 임시 활성화 도체판에 따른 성능을 평가하고(S1405), 성능이 좋아지면 S1404 단계로 복귀하여 계속해서 임시 활성화 도체판을 동일 방향으로 이동시키면서 성능을 평가하고, 성능이 직전에 비해 저하되면 S1406 단계로 진행하여 성능이 저하되기 이전의 최대 성능을 발휘한 임시 활성화 도체판을 실제 활성화될 도체판으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 15를 참조하면, 가장 좌측에서부터 임시 활성화 도체판을 설정한 후 우측으로 이동시키면서 성능을 측정할 경우, 도 15(e)와 같이 수신부 도체판과 정렬된 상태에서 가장 좋은 성능을 나타낼 것이고, 그 후 추가적인 이동에 의하면 성능이 저하될 것이므로, 도 15(e)에 예시된 상태가 실제 활성화될 도체판으로 결정될 것이다.Next, the performance according to the temporarily activated conductor plate is evaluated (S1405), and when the performance is improved, the performance is evaluated while returning to step S1404 and continuously moving the temporarily activated conductor plate in the same direction. Proceeding to step S1406, it is possible to determine the temporarily activated conductor plate having the maximum performance before the performance is degraded as the conductor plate to be actually activated. For example, referring to FIG. 15 , when the performance is measured while setting the temporary activation conductor plate from the leftmost side and moving it to the right side, the best performance is obtained in the state aligned with the receiving unit conductor plate as shown in FIG. 15(e). Since the performance will deteriorate with further movement thereafter, the state illustrated in Fig. 15(e) will be determined as the conductor plate to be actually activated.
S1405 단계에서, 성능 평가 기준으로 송신부로부터 수신부로 전달되는 전력이 사용될 수 있다. 송신부로부터 수신부로 전달되는 전력이 성능 평가 기준이 되는 경우, 송신부는 수신부가 수신한 전력에 대한 정보를 수신부로부터 실시간으로 획득할 수 있다. 이 경우, 수신부가 수신한 전력 정보에 기초하여 활성화 도체판을 결정하므로 가능한 범위에서 최대 전력을 전달할 수 있는 장점이 있다.In step S1405 , power transmitted from the transmitter to the receiver may be used as a performance evaluation criterion. When the power transmitted from the transmitter to the receiver becomes the performance evaluation criterion, the transmitter may acquire information about the power received by the receiver from the receiver in real time. In this case, since the active conductor plate is determined based on the power information received by the receiver, there is an advantage in that maximum power can be transmitted within a possible range.
도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용량성 무선 충전 시스템을 예시한다.16 illustrates a capacitive wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 송신부는 스위칭 회로(1620)와 패드부(1640)를 포함하고, 수신부는 수신부 회로(1650)와 수신부 패드부(1660a, 1660b)를 포함할 수 있다. 도 16은 스위칭 회로 구성에 대한 설명의 편의를 위해 보상 회로 등 스위칭 회로와 도체판 외의 다른 구성에 대한 도시는 생략한 것으로 이해될 수 있다. 또한, 도 16에는 9개의 도체판이 예시되어 있는데 좌측부터 순서대로 1640a ~ 1640i로 언급하기로 한다. 송신부 보상 회로나 수신부 회로(1650)에 대해서는 앞서 설명한 바가 적용될 수 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.Referring to FIG. 16 , the transmitter may include a
송신부 패드부(1640)는 세 개의 도체판 그룹(1640-1 ~ 1640-3)으로 구분되고, 도체판(1640a ~ 1640i)의 각각은 제1 도체판 그룹(1640-1), 제2 도체판 그룹(1640-2), 제3 도체판 그룹(1640-3) 중의 어느 하나에 속할 수 있다. 송신부 패드부(1640)를 세 개의 도체판 그룹(1640-1 ~ 1640-3)으로 구획하는 기준은, 수신부 패드부(1660a, 1660b)의 위치 이동에 따라 각 도체판(1640a ~ 1640i)이 제1 수신부 도체판(1660a)에만 결합될 수 있는지 또는 제2 수신부 도체판(1660b)에만 결합될 수 있는지 또는 제1 수신부 도체판(1660a)과 제2 수신부 도체판(1660b) 중의 어느 하나에 선택적으로 결합될 수 있는지에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 송신부 패드부(1640)와 수신부 패드부(1660)가 정상적으로 동작할 정도로 정렬이 된 상태에서 수신부 패드부(1660)가 이동하더라도, 제일 좌측의 도체판(1640a)은 제1 수신부 도체판(1660a)에는 결합될 수 있지만 제2 수신부 도체판(1660b)에 결합될 수는 없으므로 도체판(1640a)은 제1 도체판 그룹(1640-1)에 속하는 것으로 결정될 수 있다. 송신부 패드부(1640)와 수신부 패드부(1660)가 정상적으로 동작할 정도로 정렬이 된 상태에서 수신부 패드부(1660)의 이동 범위를 고려하면, 다른 도체판들에 대해서도 이와 유사한 방식으로 어느 그룹으로 분류할지를 결정할 수 있다.The transmitter pad unit 1640 is divided into three conductive plate groups 1640-1 to 1640-3, and each of the
도체판(1640a ~ 1640i)의 각각이 속하는 그룹이 결정되면, 제1 도체판 그룹(1640-1)의 도체판(1640a ~ 1640c)은 직류 전원(10)의 고전위측(Vp)에만 연결이 가능하고, 제3 도체판 그룹(1640-3)의 도체판(1640g ~ 1640i)은 직류 전원(10)의 저전위측(Vn)에만 연결이 가능하며, 제2 도체판 그룹(1640-2)의 도체판(1640d ~ 1640f)은 고전위측(Vp)과 저전위측(Vn)에 선택적으로 연결될 수 있도록 스위칭 회로(1620)가 구성될 수 있다. When the group to which each of the
이를 위해, 실시예에 따라, 제1 도체판 그룹(1640-1)의 도체판(1640a ~ 1640c)은 각각 하나의 스위치(S1 ~ S3)를 통해 고전위측(Vp)에 연결될 수 있고, 제3 도체판 그룹(1640-3)의 도체판(1640g ~ 1640i)은 각각 하나의 스위치(S7 ~ S9)를 통해 저전위측(Vn)에 연결될 수 있으며, 제2 도체판 그룹(1640-2)의 도체판(1640d ~ 1640f)은 각각 두 개의 스위치(S4 ~ S6)를 통해 고전위측(Vp)과 저전위측(Vn)에 선택적으로 연결될 수 있다. 여기서, 도 16에는 스위치 S4 ~ S6에 대해 하나의 3단자 선택 스위치를 예시하고 있으나, 각 도체판을 직류 전원(10)의 고전위측(Vp)과 저전위측(Vn)에 선택적으로 연결하기 위해서는 도 9에 예시된 바와 같이 두 개의 스위치(예, S1a와 S2a)를 사용하여 하프-브리지 형태로 구성하는 것이 일반적이다. To this end, according to an embodiment, the
도 16의 실시예를 도 9의 실시예와 대비하면, 제1 도체판 그룹(1640-1)과 제3 도체판 그룹(1640-3)에 대해서는 각 도체판에 대응하여 하나의 스위치만 사용하면 되므로 스위치 개수를 줄이고 저가로 구현이 가능하다는 장점이 있다. 본 실시예는 수신부 도체판 사이의 크기와 거리 정보를 미리 알 수 있는 경우에 효과적으로 활용될 수 있다.When the embodiment of Fig. 16 is compared with the embodiment of Fig. 9, for the first conductor plate group 1640-1 and the third conductor plate group 1640-3, if only one switch is used corresponding to each conductor plate, Therefore, it has the advantage of reducing the number of switches and enabling low-cost implementation. This embodiment can be effectively utilized when the size and distance information between the conductor plates of the receiver can be known in advance.
도 17과 도 18은 일 실시예에 따른 전동 킥보드의 무선 충전 시스템을 예시한다.17 and 18 illustrate a wireless charging system for an electric kickboard according to an embodiment.
도 17에서 도면부호 1740은 송신부 패드부이고 도면부호 1740i는 송신부 패드부를 구성하는 각각의 도체판(1740i)을 의미한다. 송신부 패드부(1740)는, 예시적으로, 개별적이고 선택적으로 활성화될 수 있는 다수의 도체판(1740i)이 벌집 형상 또는 다른 형상으로 2차원으로 배열될 수 있다.In FIG. 17,
본 실시예에서는 전동 킥보드(80)가 송신부 패드부(1740)의 영역 내의 임의의 위치에 놓여지더라도, 수신부 도체판(1760a, 1760b)과 정렬된 위치의 송신부 도체판(1745)이 검출되어 활성화됨으로써 전력 전송이 효율적으로 수행될 수 있다. In this embodiment, even if the
수신부 도체판과 정렬된 위치의 송신부 도체판(1745)을 검출하는 방법을 도 18을 참조하여 예시적으로 설명한다. 도 18에서 도면부호 1760a, 1760b는 수신부 도체판의 위치를 나타내는 것으로 이해될 수 있다.A method of detecting the
먼저, 도 18(a)와 같이 제1 수신부 도체판(1760a)에 대응하는 송신부 도체판들을 결정할 수 있다. 이를 위해, 실시예에 따라, 도 13을 참조하여 설명한 임피던스를 이용하여 활성화 도체판을 검출하는 방법이 활용될 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라, 제1 수신부 도체판(1760a)의 크기에 대한 정보도 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 수신부 도체판(1760a)에 대응하는 송신부 도체판들을 결정할 때 각 도체판의 임피던스를 모두 검출하는 방법을 사용하거나 또는 임피던스 검출을 통해 수신부 도체판과 가장 결합이 강한 도체판을 결정하고 이 도체판을 중심으로 제1 수신부 도체판(1760a)의 크기에 해당하는 도체판들을 대응 도체판으로 결정하거나 또는 검출된 임피던스와 제1 수신부 도체판(1760a)의 크기에 대한 정보를 함께 이중으로 활용할 수 있다.First, as shown in FIG. 18A , the transmitter conductor plates corresponding to the first
다음으로, 도 18(b)와 같이 제1 수신부 도체판(1760a)에 대응하는 송신부 도체판과 기준 거리(수신부 도체판 사이의 거리) 이격된 임의의 위치의 도체판을 제2 수신부 도체판(1760b)에 대응하는 도체판으로 임시로 선택한 후 활성화시켜 송신부로부터 수신부로 전달되는 전력을 측정할 수 있다.Next, as shown in Fig. 18(b), a conductor plate at an arbitrary position spaced apart from the transmitting unit conductor plate corresponding to the first receiving
다음으로, 도 18(c) 내지 도 18(f)에 예시된 바와 같이, 제1 수신부 도체판(1760a)에 대응하는 송신부 도체판과 동일 거리의 원주를 따라 도체판을 이동시키며 전달 전력을 측정한 후 전달 전력이 최대가 되는 도체판들을 제2 수신부 도체판(1760b)에 대응하는 도체판으로 결정할 수 있다. 이 때, 도 14와 도 15를 참조하여 설명한 방법이 적용될 수 있다. Next, as illustrated in FIGS. 18 ( c ) to 18 ( f ), the transmission power is measured by moving the conductor plate along a circumference of the same distance as the transmitter conductor plate corresponding to the first receiving
본 실시예에 의하면, 다수의 도체판이 2차원으로 배열된 송신부 패드부를 사용할 때, 수신부 패드부가 송신부 패드부의 임의의 위치에 놓여지더라도 수신부 도체판과 정렬된 위치의 송신부 도체판을 검출하여 활성화시킴으로써 전력을 효율적으로 전송할 수 있다.According to this embodiment, when using the transmitter pad part in which a plurality of conductor plates are arranged in two dimensions, even if the receiver pad part is placed at an arbitrary position in the transmitter pad part, by detecting and activating the transmitter conductor plate aligned with the receiver conductor plate, Power can be transmitted efficiently.
전술한 실시예들에서 스위칭 회로의 제어 기능과 활성화 도체판의 결정 기능 등은 제어기에 의해 수행될 수 있다. 실시예에 따라, 제어기는 소프트웨어로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체(메모리 등)에 저장된 상태에서 CPU, 마이크로프로세서 등의 연산장치에 의해 그 기능을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 제어기는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같이 하드웨어로 구현될 수도 있다.In the above-described embodiments, the control function of the switching circuit and the function of determining the active conductor plate may be performed by the controller. According to the embodiment, the controller is implemented as software and stored in a computer-readable storage medium (memory, etc.), and may perform its function by an arithmetic device such as a CPU or a microprocessor. According to an embodiment, the controller may be implemented in hardware such as an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), or the like.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 차량용 무선 충전 시스템에서 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이의 오정렬을 줄일 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 송신부 도체판과 수신부 도체판 사이의 오정렬에도 불구하고 무선 전력 전송의 성능 저하를 줄일 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 간단한 회로를 사용하여 오정렬에 의한 성능 저하를 줄일 수 있다. As described above, according to the present invention, according to an embodiment, it is possible to reduce misalignment between the transmitter conductor plate and the receiver conductor plate in the wireless charging system for a vehicle. In addition, according to an embodiment, it is possible to reduce performance degradation of wireless power transmission despite misalignment between the transmitter conductor plate and the receiver conductor plate. In addition, according to an embodiment, it is possible to reduce performance degradation due to misalignment by using a simple circuit.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as "include", "comprise" or "have" described above mean that the corresponding component may be embedded unless otherwise stated, so it does not exclude other components. It should be construed as being able to further include other components. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms commonly used, such as those defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (13)
상기 수신부 도체판과 정전용량 결합(capacitively coupled)되는, 상기 수신부 도체판의 개수보다 많은 수의 도체판를 포함하는 패드부; 및
상기 도체판의 각각을 직류 전원과 선택적으로 연결하는 스위칭 회로;
를 포함하는 무선 충전 송신부.A wireless charging transmitter for wirelessly providing power through capacitive coupling to a receiver including at least two receiver conductor plates,
a pad portion that is capacitively coupled to the receiver conductive plate and includes a number of conductive plates greater than the number of the receiver conductive plates; and
a switching circuit selectively connecting each of the conductor plates to a DC power supply;
A wireless charging transmitter comprising a.
상기 도체판의 각각은 인접하지 않은 다른 하나의 도체판과 쌍을 이루고,
상기 스위칭 회로는, 상기 쌍을 이루는 두 도체판 중의 어느 하나가 상기 직류 전원의 고전위측에 연결될 때, 나머지 하나는 상기 직류 전원의 저전위측에 연결되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.The method according to claim 1,
Each of the conductor plates is paired with another non-adjacent conductor plate,
The switching circuit, when any one of the two conductor plates forming the pair is connected to the high potential side of the DC power source, the other is connected to the low potential side of the DC power wireless charging transmitter, characterized in that operable to operate.
상기 쌍을 이루는 두 도체판 사이에는 커패시터가 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.3. The method according to claim 2,
A wireless charging transmitter, characterized in that a capacitor is connected between the two conductor plates forming the pair.
상기 도체판의 각각은 다른 도체판 중에서 기준 거리와 가장 유사한 거리에 배치된 도체판과 쌍을 이루는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.3. The method according to claim 2,
Each of the conductive plates is a wireless charging transmitter, characterized in that paired with a conductive plate disposed at a distance most similar to the reference distance among other conductive plates.
상기 기준 거리는 상기 수신부의 두 도체판 사이 거리인 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.5. The method according to claim 4,
The reference distance is a wireless charging transmitter, characterized in that the distance between the two conductor plates of the receiver.
상기 도체판의 각각은 제1 도체판 그룹, 제2 도체판 그룹, 제3 도체판 그룹 중의 어느 하나에 속하고, 상기 제1 도체판 그룹의 도체판은 상기 직류 전원의 고전위측에만 연결이 가능하고, 상기 제3 도체판 그룹의 도체판은 상기 직류 전원의 저전위측에만 연결이 가능하며, 상기 제2 도체판 그룹의 도체판은 상기 고전위측과 상기 저전위측에 선택적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.The method according to claim 1,
Each of the conductor plates belongs to any one of a first conductor plate group, a second conductor plate group, and a third conductor plate group, and the conductor plate of the first conductor plate group can be connected only to the high potential side of the DC power supply. and that the conductor plate of the third conductor plate group can be connected only to the low potential side of the DC power source, and the conductor plate of the second conductor plate group can be selectively connected to the high potential side and the low potential side Characterized by a wireless charging transmitter.
상기 제1 도체판 그룹의 도체판은 각각 하나의 스위치를 통해 상기 고전위측에 연결될 수 있고, 상기 제3 도체판 그룹의 도체판은 각각 하나의 스위치를 통해 상기 저전위측에 연결될 수 있으며, 상기 제2 도체판 그룹의 도체판은 각각 두 개의 스위치를 통해 상기 고전위측과 상기 저전위측에 선택적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.7. The method of claim 6,
Each of the conductor plates of the first conductor plate group may be connected to the high potential side through one switch, and the conductor plates of the third conductor plate group may be respectively connected to the low potential side through one switch, and The conductive plate of the second group of conductive plates may be selectively connected to the high potential side and the low potential side through two switches, respectively.
상기 도체판 중에서 상기 수신부 도체판과 정렬된 도체판이 활성화되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.The method according to claim 1,
A wireless charging transmitter, characterized in that among the conductor plates, a conductor plate aligned with the receiving unit conductor plate is activated.
상기 활성화 대상 도체판은 임피던스 측정 결과에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.9. The method of claim 8,
The activation target conductor plate is a wireless charging transmitter, characterized in that determined based on the impedance measurement result.
상기 송신부는 상기 수신부로부터 상기 수신부의 두 도체판 사이의 거리와 상기 수신부가 수신한 전력 정보를 제공받고,
상기 수신부의 두 도체판 사이의 거리 정보로부터 상기 패드부의 도체판 쌍을 매칭하고,
상기 수신부가 수신한 전력 정보에 기초하여 최대 전력을 전달할 수 있는 도체판을 결정하여 활성화하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.9. The method of claim 8,
The transmitter receives information about the distance between the two conductor plates of the receiver and the power received by the receiver from the receiver,
matching the pair of conductor plates of the pad unit from the distance information between the two conductor plates of the receiving unit;
A wireless charging transmitter, characterized in that for determining and activating a conductor plate capable of transmitting maximum power based on the power information received by the receiver.
상기 활성화된 도체판 쌍은 복수이고,
상기 복수의 도체판 쌍에서 서로 인접한 도체판들은 서로 실질적으로 동일한 주파수와 위상으로 구동되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.11. The method of claim 10,
the activated conductor plate pair is plural;
In the plurality of pairs of conductive plates, adjacent conductive plates are driven at substantially the same frequency and phase as each other.
상기 송신부는 주차장의 충돌방지블록에 설치되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 송신부.The method according to claim 1,
The transmitter is a wireless charging transmitter, characterized in that installed in the collision prevention block of the parking lot.
상기 수신부 도체판에 정전용량 결합을 통해 무선으로 전력을 제공하는 송신부;를 포함하되,
상기 송신부는,
상기 수신부 도체판과 정전용량 결합(capacitively coupled)되는, 상기 수신부 도체판의 개수보다 많은 수의 도체판를 포함하는 패드부; 및
상기 도체판의 각각을 직류 전원과 선택적으로 연결하는 스위칭 회로;를 포함하는 무선 충전 시스템.a receiver including two receiver conductor plates; and
A transmitter for wirelessly providing power through capacitive coupling to the receiver conductor plate; including,
The transmitter is
a pad portion that is capacitively coupled to the receiver conductive plate and includes a number of conductive plates greater than the number of the receiver conductive plates; and
A wireless charging system comprising a; a switching circuit selectively connecting each of the conductor plates to a DC power supply.
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- 2020-06-23 KR KR1020200076748A patent/KR102495513B1/en active IP Right Grant
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