KR20220057218A - Efficient wireless power charging apparatus and method thereof - Google Patents
Efficient wireless power charging apparatus and method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220057218A KR20220057218A KR1020200142260A KR20200142260A KR20220057218A KR 20220057218 A KR20220057218 A KR 20220057218A KR 1020200142260 A KR1020200142260 A KR 1020200142260A KR 20200142260 A KR20200142260 A KR 20200142260A KR 20220057218 A KR20220057218 A KR 20220057218A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transmitters
- transmitting
- power
- mutual inductance
- transmission
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 88
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000001646 magnetic resonance method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
-
- H04B5/0037—
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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, 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 being actively conducted because devices that require power can be charged wirelessly without connecting them to a power outlet. As for wireless power transmission technology, magnetic induction method, magnetic resonance method, microwave method, etc. 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.A wireless power transmitter includes a transmitter that wirelessly transmits power and a receiver that receives the transmitted power. The transmitting end transmits power to the receiving end by generating a magnetic field and radiating it to the receiving end. The transmitting end and the receiving end use coils for power transmission, and maximum power transmission may occur in the wireless power transmitter when they have the same resonant frequency.
한편, 송신단과 수신단에 포함된 코일은 자기 인덕턴스 뿐만 아니라 송신단과 수신단 간의 상호 인덕턴스 및 송신 코일 간의 상호 인덕턴스를 가진다. 전력을 수신한 수신단에서는 충전 인프라가 갖추어지면 무선으로 전력 충전이 가능하며, 무선 충전은 전력 전송 효율을 최대가 되도록 충전 환경을 조성하는 것이 중요하다 . 이를 위해 송신단과 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 최적화하고 송신 코일 사이의 상호 인덕턴스로 인해 발생하는 영향을 최소화할 수 있는 방안이 필요하다.Meanwhile, coils included in the transmitting end and the receiving end have not only self inductance, but also a mutual inductance between the transmitting end and the receiving end and a mutual inductance between the transmitting coils. When the charging infrastructure is equipped at the receiving end that receives power, wireless power charging is possible. For wireless charging, it is important to create a charging environment to maximize power transmission efficiency. To this end, a method for optimizing the mutual inductance between the transmitting end and the receiving end and minimizing the influence caused by the mutual inductance between the transmitting coils is required.
본 발명은 효율적인 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an efficient wireless power charging device and method therefor.
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 device and method capable of charging power with maximum efficiency.
본 발명은 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 복수의 송신단과; 상기 송신 공진부로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과; 상기 복수의 송신단 각각의 출력 전류를 결정한 후 상기 복수의 송신단 사이의 상호 인덕턴스를 고려하여 상기 결정된 출력 전류를 보상하여 상기 복수의 송신단 각각에 인가하는 제어부를 포함하는 무선 전력 충전 장치에 관한 것이다.The present invention transmits power by using the power supplied from the power supply, and includes: a plurality of transmitting terminals each including a transmission resonator including one capacitor and one inductor; at least one receiving end each including a receiving resonator receiving power transmitted from the transmitting resonator and including one capacitor and one inductor, and a load performing charging using the received power; After determining the output current of each of the plurality of transmitters, it relates to a wireless power charging device comprising a controller for compensating for the determined output current in consideration of mutual inductance between the plurality of transmitters and applying the output current to each of the plurality of transmitters.
여기서, 제어부는 상기 각 송신 공진부와 상기 각 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스를 결정하고, 상기 각각의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 복수의 송신단 및 상기 적어도 하나의 수신단에서 독립적으로 무선 충전을 수행하는 송신단 및 수신단으로 구성되는 적어도 하나의 서브셋을 결정하여 상기 출력 전류를 결정할 수 있다.Here, the control unit determines a mutual inductance between each of the transmission resonator and each reception resonator, and uses each of the mutual inductances to independently perform wireless charging at the plurality of transmitting ends and the at least one receiving end. and determining at least one subset composed of a receiving end to determine the output current.
또한, 복수의 송신단이 제1 및 제2 송신단으로 구성되는 경우, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스로 인해 상기 제1 및 제2 송신단 각각에 흐르는 전류의 켤레값에 해당되는 전류를 상기 제1 및 제2 송신단 각각에 인가할 수 있다.In addition, when the plurality of transmitters are configured as first and second transmitters, the control unit corresponds to the conjugate value of the current flowing through each of the first and second transmitters due to mutual inductance between the first and second transmitters A current may be applied to each of the first and second transmitters.
한편, 본 발명은 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단에 전력을 송신하며, 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 복수의 송신단 각각의 출력 전류를 결정하는 과정과; 상기 복수의 송신단 사이의 상호 인덕턴스를 고려하여 상기 결정된 출력 전류를 보상하여 상기 복수의 송신단 각각에 인가하는 과정을 포함하는 무선 전력 충전 방법에 관한 것이다.On the other hand, the present invention transmits power to at least one receiving end each including a receiving resonator including one capacitor and one inductor and a load performing charging using the received power using the power provided from the power supply, , determining an output current of each of a plurality of transmission terminals each including a transmission resonator including one capacitor and one inductor; It relates to a wireless power charging method comprising the step of compensating for the determined output current in consideration of the mutual inductance between the plurality of transmission terminals and applying to each of the plurality of transmission terminals.
여기서, 출력 전류를 결정하는 과정은, 상기 복수의 송신 공진부와 상기 적어도 하나의 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 과정과; 상기 복수의 송신단과 상기 적어도 하나의 수신단 사이에서 독립적으로 무선 충전을 수행하는 송신단 및 수신단으로 구성되는 적어도 하나의 서브셋을 상기 각각의 상호 인덕턴스를 이용하여 결정하는 과정과; 상기 서브셋을 이용하여 상기 복수의 송신단 각각의 출력 전류를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.Here, the process of determining the output current may include: determining a mutual inductance between the plurality of transmission resonators and the at least one reception resonator; determining at least one subset comprising a transmitting end and a receiving end independently performing wireless charging between the plurality of transmitting ends and the at least one receiving end using the respective mutual inductances; The method may include determining an output current of each of the plurality of transmitters by using the subset.
또한, 복수의 송신단이 제1 및 제2 송신단으로 구성되는 경우, 상기 인가하는 과정은, 상기 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스로 인해 상기 제1 및 제2 송신단 각각에 흐르는 전류의 켤레값에 해당되는 전류를 상기 제1 및 제2 송신단 각각에 인가하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, when the plurality of transmitters are composed of first and second transmitters, the applying process is a conjugate value of current flowing through each of the first and second transmitters due to mutual inductance between the first and second transmitters. It may include a process of applying a current corresponding to each of the first and second transmitters.
본 발명은 송신 코일 사이의 상호 인덕턴스로 인해 발생하는 영향을 고려하여 송신 코일에 인가되는 전류를 조절하므로 최대 효율로 무선 충전을 진행할 수 있다.In the present invention, since the current applied to the transmitting coil is adjusted in consideration of the effect caused by the mutual inductance between the transmitting coils, 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 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 제어부에서 송신단과 수신단 간의 상호 인덕턴스를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 복수의 송신단 및 복수의 수신단의 연결 관계를 설명하기 위한 도면.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 서브셋(Subset)을 설정하여 복수의 송신단의 출력 전류를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 의한 송신 코일 사이의 상호 결합을 고려하여 제1 및 제2 송신단에 인가되는 전류의 보상 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 및 제2 송신단에 인가되는 전류를 보상하는 경우에 관한 실험예를 나타내는 도면.
도 7은 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 the wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a method of determining the mutual inductance between the transmitting end and the receiving end in the control unit of the wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
4A is a view for explaining a connection relationship between a plurality of transmitters and a plurality of receivers of a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention;
4B is a view for explaining a method of determining output currents of a plurality of transmitters by setting a subset of a wireless power charging apparatus according to an embodiment of the present invention;
5A to 5C are views for explaining a method of compensating for currents applied to first and second transmitting terminals in consideration of mutual coupling between transmitting coils according to an embodiment of the present invention;
6A to 6C are diagrams illustrating experimental examples for compensating currents applied to first and second transmitters according to an embodiment of the present invention;
7 is a flowchart for explaining 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 drawings. In the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the 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.Referring to FIG. 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 amplifying
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 복수의 송신 공진부 및 적어도 하나의 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 공진부(140)의 상호 인덕턴스, 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 감지부(130)는 송신단(200) 및 수신단(210)의 소정의 위치에서의 전압 또는 전류를 감지하고, 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
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 V P : output voltage of the
IP : 송신단(200)의 출력 전류I P : output current of the
CP : 송신 공진부(220)의 캐패시턴스 C P : capacitance of the
LP : 송신 공진부(220)의 자기 인덕턴스L P : self-inductance of the
M : 상호 인덕턴스 M: mutual inductance
IS : 수신단(210)의 수신 전류I S : receiving current of the receiving
CS : 수신 공진부(230)의 캐패시턴스 C S : capacitance of the
LS : 수신 공진부(230)의 자기 인덕턴스L S : self-inductance of the
VR : 정류부(150)의 출력 전압 V R : output voltage of the
VOut : 수신단(210)의 부하의 충전 전압V Out : the charging voltage of the load of the
RL : 수신단(210)의 부하 임피던스R L : load impedance of the receiving
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 제어부(170)에서 송신단과 수신단 간의 상호 인덕턴스를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining a method of determining a mutual inductance between a transmitting end and a receiving end in the
본 발명에서 무선 전력 충전 장치(10)의 송신단(200)에서 수신단(210)에 최대 효율로 전력을 전송하기 위해서는 송신공진부 및 수신공진부 사이의 적절한 상호인덕턴스를 결정해야 한다. 일 예로, 본 발명의 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.In the present invention, in order to transmit power from the transmitting
일 예로, 도 3과 같이 무선 전력 충전 장치의 등가회로가 제1 내지 제t 송신 공진부(300,320,340), 제1 내지 제t 전원부(VS1, VS2, VSt), 제1 내지 제q 수신 공진부(310,330,350) 및 부하 저항(RL1, RL2, RLq)로 구성되는 경우를 살펴보도록 한다. 제1 내지 제t 전원부(VS1, VS2, VSt)에서 제1 내지 제t 송신 공진부(300,320,340)에 전원을 공급하면, 제1 내지 제t 송신 공진부(300,320,340)에는 입력 전압(VP1, VP2, VPt)이 발생하고, 제1 내지 제q 수신 공진부(310,330,350)에는 수신 전압(VR1, VR2, VRq)이 발생한다.For example, as shown in FIG. 3, the equivalent circuit of the wireless power charging device includes first to t-
이때, 효율적으로 제1 내지 제t 송신 공진부(300,320,340)에서 제1 내지 제q 수신 공진부(310,330,350)로 전력 전송을 하기 위한 상호 인덕턴스 값은 [수학식 1]과 같이 결정된다.In this case, mutual inductance values for efficiently transmitting power from the first to t-
[수학식 1][Equation 1]
이때, Mtq : t번째 송신 공진부와 q번째 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스At this time, M tq : Mutual inductance between the t-th transmit resonator and the q-th receive resonator
IPt : t번째 송신 공진부의 입력 전류I Pt : Input current of the t-th transmit resonance part
w : 동작 각주파수w : angular frequency of operation
RLq : q번째 수신 공진부의 부하 저항R Lq : load resistance of the q-th receiving resonant part
VRq : q번째 수신 공진부의 수신 전압V Rq : Receiving voltage of the q-th receiving resonator
ZSq : q번째 수신 공진부의 임피던스, Z Sq : Impedance of the q-th receiving resonant part,
CSq : q번째 수신 공진부의 캐패시턴스C Sq : capacitance of the q-th reception resonant part
LSq : q번째 수신 공진부의 자기 인덕턴스L Sq : self-inductance of the q-th receiving resonant part
RSq : q번째 수신 공진부의 내부 저항R Sq : internal resistance of the q-th receiving resonant part
본 발명은 상호 인덕턴스 값을 결정하기 위해서 어느 하나의 송신 공진부에만 전원을 공급하고 다른 공진부에는 전원 공급을 차단한 상태에서 [수학식 1]을 통해 상호 인덕턴스값을 결정한다.In the present invention, in order to determine the mutual inductance value, the mutual inductance value is determined through [Equation 1] in a state where power is supplied to only one transmission resonator and power is cut off to the other resonator.
일 예로, 제1 송신 공진부(300)에만 전류 IP1을 공급하고 제2 송신 공진부 내지 제t 송신 공진부(320,340)에는 전원 공급을 차단한 후 제1 송신 공진부(300)에 관련된 상호 인덕턴스(M11, M12내지 M1q)을 결정한다. 이후, 제2 송신 공진부(320)에만 전류 IP2을 공급하고 제1 송신 공진부(300) 및 제3 송신 공진부(미도시) 내지 제t 공진부(340)에는 전원 공급을 차단한 후 제2 송신 공진부(320)에 관련된 상호 인덕턴스(M21, M22 내지 M2q)를 결정한다. 동일한 방법으로 제t 송신 공진부(340)까지 진행하면 모든 상호 인덕턴스 값을 결정할 수 있다. As an example, after supplying the current I P1 only to the
한편, 상호 인덕턴스 값이 결정되면 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는데, 상호 인덕턴스의 부호는 [수학식 2]와 같이 결정된다.Meanwhile, when the mutual inductance value is determined, the sign of the mutual inductance is determined, and the sign of the mutual inductance is determined as in [Equation 2].
[수학식 2][Equation 2]
if) VRq,in-phase > VRq,out of phase 의 경우 (+)if) V Rq,in-phase > V Rq,out of phase (+)
if) VRq,in-phase < VRq,out of phase 의 경우 (-)if) V Rq,in-phase < V Rq,out of phase (-)
이때, VRq,in-phase 는 기준 송신 공진부와 부호를 결정하기 위한 송신 공진부에 소정의 동일 크기 및 동일 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진부에서 발생하는 전압이며, VRq,out of phase 는 기준 송신 공진부와 부호를 결정하기 위한 송신 공진부에 소정의 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 흘렸을 때, q번째 수신 공진부에서 발생하는 전압이다. 이때, 기준 송신 공진부 및 부호를 결정하기 위한 송신 공진부 이외에 다른 송신 공진부에는 전원 공급을 차단한다.At this time, V Rq,in-phase is a voltage generated in the q-th reception resonator when a predetermined same magnitude and the same phase current is supplied to the reference transmission resonator and the transmission resonator for determining a sign, and V Rq,out of phase is a voltage generated in the q-th reception resonator when currents of the same magnitude and opposite phases are passed through the reference transmission resonator and the transmission resonator for determining a sign. At this time, the power supply is cut off to the transmission resonator other than the reference transmission resonator and the transmission resonator for determining the sign.
상호 인덕턴스의 부호가 (+)인 경우는 동일한 위상인 경우를 나타내며, (-)는 위상이 반대인 경우를 나타낸다. 또한, 기준 송신 공진부는 임의로 결정할 수 있으며, 기준 송신 공진부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호는 모두 (+)가 된다.A case in which the sign of the mutual inductance is (+) indicates the case of the same phase, and (-) indicates a case in which the phase is opposite. In addition, the reference transmission resonator may be arbitrarily determined, and the signs of mutual inductances related to the reference transmission resonator are all (+).
일 예로, 제1 송신 공진부(300)를 기준 송신 공진부로 결정하면, 제1 송신 공진부(300)와 관련된 상호 인덕턴스(M11내지 M1q)의 부호는 모두 (+)가 된다.For example, when the
제2 송신 공진부(320)와 관련된 상호 인덕턴스(M21 내지 M2q)의 부호를 결정하기 위해 기준이 되는 제1 송신 공진부(300) 및 부호를 결정하기 위한 제2 송신 공진부(320)에 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진부 내지 제q 수신 공진부(310,350)의 수신 전압을 측정한다. 이후, 제1 송신 공진부(300) 및 제2 송신 공진부(320)에 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진부 내지 제q 수신 공진부(310,350)의 수신 전압을 측정한다. 제1 수신 공진부 내지 제q 수신 공진부(310,350)의 수신 전압이 측정되면 [수학식 2]를 이용하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정한다.The
제3 송신 공진부(미도시) 내지 제t 송신 공진부(340)에 대해서도 앞서 살펴본 방법으로 상호 인덕턴스의 부호를 결정할 수 있다. 일 예로, 기준이 되는 제1 송신 공진부(300)와 제t 송신 공진부(340)에 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급하고, 또한 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진부 내지 제q 수신 공진부(310,350)의 수신 전압을 각각 측정한 후 [수학식 2]를 이용하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정할 수 있다.For the third transmission resonator (not shown) to the t-
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 복수의 송신단(200a,200b,200c) 및 복수의 수신단(210a,210b,210c)의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다.4A is a diagram for explaining a connection relationship between a plurality of transmitting
이하에서 복수의 송신단에서 복수의 수신단에 전력을 전송하는 경우를 살펴보며, 수신단이 하나인 경우에도 동일유사하게 적용할 수 있다.Hereinafter, a case in which power is transmitted from a plurality of transmitters to a plurality of receivers will be described, and the same may be applied to a case where there is only one receiver.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)으로 구성되어 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에서 송신한 전력을 이용하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에서 전력 충전이 진행될 수 있도록 한다. 이때, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 각각은 도2에서 살펴본 송신단(200)과 동일 또는 유사한 구성을 포함할 수 있으며, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각은 도2에서 살펴본 수신단(210)과 동일 또는 유사한 구성을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4A , the wireless
또한, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 및 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. 일 예로, 전원부(100), 통신부(120) 및 제어부(170)는 각각 하나의 컴포넌트로 구성하여 무선 전력 충전 장치(10)에 전체에 적용하고, 증폭부(110), 송신공진부(220), 감지부(130)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 각각에 포함되는 복수의 컴포넌트로 구성하며, 수신공진부(230), 정류부(150), 변환부(160), 감지부(130)은 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 포함되는 복수의 컴포넌트로 구성할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 전원부(100)로부터 공급된 전원을 이용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 공급되는 전원을 제어한다.In addition, each of the first to t-
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 서브셋(Subset)을 설정하여 복수의 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 4b shows the output currents (I P1, I P2, I Pt ) of the plurality of transmitting terminals (200a, 200b, 200c) by setting a subset of the wireless
본 발명에서 무선 전력 충전 장치(10)의 송신단(200)에서 수신단(210)에 최대 효율로 전력을 전송하기 위해서는 각 송신공진부에 인가되는 적절한 전류를 결정해야 한다. 일 예로, 본 발명의 제어부(170)는 출원번호 10-2020-0118743(출원일 : 2020.09.16)에서 설명한 방법을 통해 복수의 송신단(200a,200b,200c)의 각 송신공진부에 인가되는 전류를 결정할 수 있으며, 본 발명은 출원번호 10-2020-0118743에서 설명한 방법을 통해 결정된 각 송신공진부에 인가되는 전류를 이용할 수 있다. In the present invention, in order to transmit power from the transmitting
일 예로, 제어부(170)는 복수의 송신단 및 복수의 수신단 사이에서 전력이 송수신되기 때문에 충전 효율을 높이기 위해 다른 송신단 또는 수신단과 영향이 없는 독립적인 송신단 또는 수신단으로 볼 수 있는 서브셋(Subset)을 결정한다. 서브셋을 결정하면 더 빠르게 최대 효율을 위한 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 각 송신공진부에 인가되는 전류를 결정할 수 있다.For example, the
제어부(170)는 상호 인덕턴스(Mtq)의 행렬을 이용하여 서브셋을 결정한다. 행렬에서 행은 송신단, 열은 수신단을 의미하며, i행 j열은 제i 송신단과 제j 수신단 사이의 상호 결합을 의미한다. 이와 같이 구성된 상태에서 소정의 상호 인덕턴스로부터 앞의 행과 열의 원소가 모두'0'이면 해당 상호 인덕턴스로부터 별도의 서브셋으로 본다.The
일 예로, 도 4b는 무선 충전 장치(10)가 제1 내지 제4 송신단(Tx1,Tx2,Tx3,Tx4) 및 제1 내지 제3 수신단(Rx1,Rx2,Rx3)으로 구성된 경우 서브셋을 결정하는 방법을 나타내고 있다. 도 4b에서 제1 수신단(Rx1)은 제1 및 제2 송신단(Tx1,Tx2)으로부터 전력을 전송받고, 제2 수신단(Rx2)은 제2 및 제3 송신단(Tx2,Tx3)으로부터 전력을 전송받으며, 제3 수신단(Rx3)은 제4 송신단(Tx4)으로부터 전력을 전송받는 경우를 나타내고 있다. 제3 수신단(Rx3)과 제4 송신단(Tx4) 사이의 상호 인덕턴스(M43)는 앞의 행과 열의 원소가 모두'0'이기 때문에 별도의 서브셋을 구성한다. 따라서, 상호 인덕턴스(M11,M21,M22,M32)가 하나의 서브셋을 구성하고, 상호 인덕턴스(M43)은 하나의 서브셋을 구성한다. 즉, 제3 수신단(Rx3) 및 제4 송신단(Tx4)이 하나의 서브셋을 구성하고, 나머지 송신단 및 수신단이 하나의 서브셋을 구성한다. As an example, FIG. 4b shows that the
한편, 서브셋이 결정되면 각 서브셋에 최적화 알고리즘을 적용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 각 송신공진부에 인가되는 전류를 결정한다. 일 예로, 무선 충전 장치(10)의 충전시 제한 조건을 고려하여 을 구하며, 이때, Particle Swarm Optimization, Simmulated Annealing, Generic Algorithm 등을 이용할 수 있다. 또한, 충전 환경은 수많은 인자들이 작용할 수 있기 때문에 충전 제한 조건을 만족하는지 여부에 따라 결정된 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 각 송신공진부에 인가되는 전류를 조정한다.Meanwhile, when a subset is determined, an optimization algorithm is applied to each subset to determine the current applied to each transmission resonant unit of the first to t-
일 예로, hill-climb 등의 방법을 사용하여 전류를 조정하는 방법을 살펴보면, 제어부(170)는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)이 충전 제한 조건을 만족하는지 확인하며, 일 예로 충전 제한 조건은 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 부하에 공급되는 전력 및 전압이 미리 결정된 소정의 범위내에 있는지 여부로 확인할 수 있으며, 소정의 범위내에 있으며 충전 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 소정의 범위 이하이거나 이상인 경우에는 충전 조건을 만족하지 않아 조정이 필요한 것으로 판단한다.As an example, looking at a method of adjusting the current using a method such as hill-climb, the
제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 부하에 공급되는 전력 및 전압이 소정의 범위 이하인 경우 각 수신단에 전력을 전송하는 송신단의 전류를 증가시키는 방향으로 조정하며, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 부하에 공급되는 전력 및 전압이 소정의 범위 이상인 경우 각 수신단에 전력을 전송하는 송신단의 전류를 감소시키는 방향으로 조정한다. 이때, 제어부(170)는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이의 시급성을 고려하여 시급성이 높은 수신단에 전력을 전송하는 송신단의 전류를 먼저 조절할 수 있으며, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이의 시급성은 각 수신단의 현재 상태, 각 수신단의 부하에 공급되는 전력 및 전압과 미리 결정된 소정의 범위와의 차이를 고려하여 결정할 수 있다. 일 예로, 각 수신단의 부하에 공급되는 전력 및 전압이 소정의 범위에서 이격된 정도를 고려하여 이격된 차이가 높을수록 시급성이 높은 것으로 볼 수 있다.When the power and voltage supplied to the loads of the first to q-
또한, 어느 하나의 수신단이 해당 수신단에만 전력을 전송하는 송신단과 해당 수신단과 다른 수신단 모두에 전력을 전송하는 송신단으로부터 전력을 전송받는 경우에 해당 수신단의 부하에 공급되는 전력 및 전압이 소정의 범위 이하 또는 이상이어서 조정이 필요한 경우, 제어부(170)는 해당 수신단에만 전력을 전송하는 송신단에 흐르는 전류만 조절할 수 있다. 일예로, 도 4b에서 제1 수신단(Rx1)은 제1 및 제2 송신단(Tx1,Tx2)으로부터 전력을 전송받고 있는데, 제1 송신단(Tx1)은 제1 수신단(Rx1)에만 전력을 전송하며, 제2 송신단(Tx2)은 제1 및 제2 수신단(Rx1, Rx2 )에 전력을 전송한다. 따라서, 제1 수신단(Rx1)의 부하에 공급되는 전력 및 전압이 소정의 범위 이하 또는 이상이어서 조정이 필요한 경우에는 제1 송신단(Tx1)에 흐르는 전류만 조절할 수 있다.In addition, when any one receiving end receives power from the transmitting end that transmits power only to the corresponding receiving end and the transmitting end that transmits power to both the corresponding receiving end and the other receiving end, the power and voltage supplied to the load of the corresponding receiving end is less than or equal to a predetermined range Alternatively, when adjustment is required because of an abnormality, the
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 의한 송신 코일 사이의 상호 결합(mutual coupling)을 고려하여 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 인가되는 전류의 보상 방법을 설명하기 위한 도면이다.5A to 5C are diagrams for explaining a method of compensating the current applied to the first and
본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)과 같이 복수의 송신단에서 전력을 전송하는 경우 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 사이에서 상호 인덕턴스가 발생하며, 이로 인해 전력 전송 효율이 낮아지게 된다. 따라서, 제어부(140)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류가 결정된 후에는 각 송신단의 송신 코일 사이에서 발생하는 상호 인덕턴스를 고려하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 보상한다.The wireless
일 예로, 이하에서 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에서 제1 수신단(210a)에 전력을 전송하여 충전하는 경우 제1 및 제2 송신단(200a,200b)의 출력 전류를 보상하는 방법을 살펴본다.As an example, below, when charging by transmitting power from the first and
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에서 제1 수신단(210a)에 전력을 전송하는 경우에 대한 등가회로를 나타내는 도면이다.5A is a diagram illustrating an equivalent circuit for a case in which power is transmitted from the first and
도 5a에 도시된 문자에 대한 설명은 다음과 같다.The description of the characters shown in FIG. 5A is as follows.
VT1 : 제1 및 제2 송신단(200a,200b)의 제어부(170)의 출력 전압V T1 : the output voltage of the
RTx1 : 제1 송신단(210a)의 증폭부(110)의 등가 내부 저항R Tx1 : Equivalent internal resistance of the
RTx2 : 제2 송신단(200b)의 증폭부(110)의 등가 내부 저항R Tx2 : Equivalent internal resistance of the
RP1 : 제1 송신단(200a)의 송신 공진부(220)의 등가 내부 저항R P1 : Equivalent internal resistance of the
RP2 : 제2 송신단(200b)의 송신 공진부(220)의 등가 내부 저항R P2 : Equivalent internal resistance of the
CP1 : 제1 송신단(200a)의 송신 공진부(220)의 캐패시턴스C P1 : capacitance of the
CP2 : 제2 송신단(200b)의 송신 공진부(220)의 캐패시턴스C P2 : capacitance of the
LP1 : 제1 송신단(200a)의 송신 공진부(220)의 자기 인덕턴스L P1 : self-inductance of the
LP2 : 제2 송신단(200b)의 송신 공진부(220)의 자기 인덕턴스L P2 : self-inductance of the
M11 : 제1 송신단(200a)과 제1 수신단(210a) 사이의 상호 인덕턴스M 11 : Mutual inductance between the first transmitting
M21 : 제2 송신단(200b)과 제1 수신단(210a) 사이의 상호 인덕턴스M 21 : Mutual inductance between the second transmitting
MTx : 제1 및 제2 송신단(200a,200b) 사이의 상호 인덕턴스M Tx : Mutual inductance between the first and
IS : 제1 수신단(210a)의 수신 전류 IS : Receiving current of the first receiving
RS : 제1 수신단(210a)의 수신 공진부(230)의 등가 내부 저항R S : Equivalent internal resistance of the receiving
RL : 제1 수신단(210a) 부하 임피던스R L : load impedance of the first receiving end (210a)
CS : 제1 수신단(210a) 수신공진부(230)의 캐패시턴스C S : capacitance of the
w0 : 공진부(140)의 공진 각주파수w 0 : resonant angular frequency of the
도 5a에서 제1 및 제2 송신단(200a,200b) 사이에서 상호 인덕턴스 MTx 를 가지면 MTx 에 의해 유도되는 전류가 발생하게 되어 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 인가되는 전류에 의해 원하는 전력 전송 효율을 얻기 어렵게 된다. 따라서, 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 전류를 인가하는 경우에는 상호 인덕턴스 MTx에 의해 유도되는 전류를 고려하여 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 인가되는 전류를 보상한다.In FIG. 5A, if there is a mutual inductance M Tx between the first and
제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 인가되는 전류의 보상 방법을 살펴보면, 제1 송신단(200a)에 초기 전류 IP1을 인가하고, 제2 송신단(200b)에 초기 전류 IP2 를 인가하면 제1 송신단(200a)에 대한 등가회로는 도 5b와 같고, 제2 송신단(200b)에 대한 등가회로는 도 5c와 같이 나타낼 수 있다. 도 5b에서 제1 송신단(200a)에 대한 등가회로에 키르히호프 법칙을 적용하면 아래와 같은 수학식을 얻을 수 있다.Looking at the method of compensating the current applied to the first and
이때, 제1 송신단(200a)에 대한 등가회로에서는 초기에 제1 송신단(200a)에 인가된 전류 Ip1과 제2 송신단(200b)에 의해 유도되는 전류 Iinduced2 가 합해져서 Ip1'이 흐르는 것을 알 수 있다.At this time, in the equivalent circuit for the first transmitting
또한, 도 5c에서 제2 송신단(200b)에 대한 등가회로 키르히호프 법칙을 적용하면 아래와 같은 수학식을 얻을 수 있다.In addition, by applying Kirchhoff's law to the equivalent circuit of the
이때, 제2 송신단(200b)에 대한 등가회로에서는 초기에 제2 송신단(200b)에 인가된 전류 Ip2와 제1 송신단(200a)에 의해 유도되는 전류 Iinduced1 이 합해져서 Ip2'이 흐르는 것을 알 수 있다.At this time, in the equivalent circuit for the second transmitting
상술한 바와같이 Ip1'및 Ip2'가 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 흐르게 되면 이에 의해 유도되는 전류가 다시 각 송신단에 영향을 미치게 되고, 각 등가회로에 키르히호프 법칙을 적용하면 아래와 같은 수학식을 얻을 수 있다.As described above, when I p1 ' and I p2 ' flow in the first and
Ip1'및 Ip2'에 의해 유도되는 전류가 각 송신단에 영향을 미쳐 Ip1''및 Ip2''이 각 송신단에 흐르게 되고 귀납적으로 최종적으로 각 송신단에 흐르는 전류Icomp1 및 Icomp2는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The current induced by I p1 ' and I p2 ' affects each transmitting end, so that I p1 '' and I p2 '' flow in each transmitting end. can be expressed as
이 때, 시그마 항은 하나의 값으로 수렴하기 때문에 무한대 까지 계산하지 않고 i=N 까지의 값과 i=N+1 까지의 값의 차이가 0.01 이하인 경우부터는 근사가 가능하여 더 이상 계산하지 않아도 된다. At this time, since the sigma term converges to one value, it is not calculated to infinity, and if the difference between the value up to i=N and the value up to i=N+1 is 0.01 or less, approximation is possible and no further calculation is required. .
MTx 에 의해 유도되는 전류의 영향을 고려하여 각 송신단에 흐르는 전류를 정리하면 다음과 같다.by M Tx Considering the influence of the induced current, the current flowing through each transmitter is summarized as follows.
Icomp1 = Ip1 + Iinduced2, total I comp1 = I p1 + I induced2, total
Icomp2 = Ip2 + Iinduced1, total I comp2 = I p2 + I induced1, total
Ip1, Ip2는 송신코일 간의 상호결합을 고려하지 않는 경우 최고의 전력 전송 효율을 얻기 위해 각 송신단에 인가하는 전류이며 Iinduced1, total 및 Iinduced2, total는 송신코일 간의 상호결합에 의해 유도되는 전류이다. MTx 에 의해 유도되는 전류의 영향을 최소화 하기 위해서는 Icomp1 = Ip1, Icomp2 = Ip2 가 되도록 하거나, 최대한 Icomp1 ≒ Ip1, Icomp2 ≒ Ip2 가 되도록 각 송신단에 전류를 인가해야 한다. 이를 위해 제1 송신단(200a)에는 Icomp1의 켤레(conjugate) 값인 I* comp1를 인가하고, 제2 송신단(200b)에는 Icomp2의 켤레 값인 I* comp2를 인가하면 MTx 에 의해 유도되는 전류의 영향을 최소화 할 수 있다.I p1 , I p2 are the currents applied to each transmitter to obtain the best power transmission efficiency when the mutual coupling between the transmitting coils is not considered, and I induced1, total and I induced2, total are the currents induced by the mutual coupling between the transmitting coils. am. by M Tx In order to minimize the influence of the induced current, current should be applied to each transmitter so that I comp1 = I p1, I comp2 = I p2 , or I comp1 ≒ I p1, I comp2 ≒ I p2 as much as possible. To this end, I * comp1 which is a conjugate value of I comp1 is applied to the
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 인가되는 전류를 보상하는 경우에 관한 실험예를 나타내는 도면이다.6A to 6C are diagrams illustrating experimental examples for compensating the current applied to the first and
도 6a 내지 도 6c에서 RTx1 = RTx2 = 14mΩ, RP1 = RP2 = 0.6Ω, CP1 = CP2 = 4.1nF, LP1 = LP2 = 6.2uH, Ls = 6.8uH, RS = 1.5Ω, RL = 15Ω, CS = 6.3nF, , f0 = 1MHz 인 상태에서 실험하였다.R Tx1 = in FIGS. 6A to 6C R Tx2 = 14mΩ, R P1 = R P2 = 0.6Ω, C P1 = C P2 = 4.1nF, L P1 = L P2 = 6.2uH, Ls = 6.8uH, R S = 1.5Ω, R L = 15Ω, C S = 6.3nF, , f 0 = 1 MHz.
또한, 도 6a는 M11 = 600nH, M21 = 300nH, MTx = 0 nH인 경우이고, 도 6b 및 도 6c는 M11 = 600nH, M21 = 300nH, MTx = 300 nH인 경우로 도6b는 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 인가되는 전류를 보상하지 않은 경우이고, 도6c는 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 인가되는 전류를 보상한 경우이다.Also, FIG. 6A is a case in which M 11 = 600 nH, M 21 = 300 nH, M Tx = 0 nH, and FIGS. 6B and 6C are a case in which M 11 = 600 nH, M 21 = 300 nH, M Tx = 300 nH. is a case in which the current applied to the first and
도 6a 및 도 6b를 살펴보면, MTx 로 인해 전력 전송 효율이 급격하게 감소하는 것을 알 수 있으며, 도 6b 및 도 6c를 살펴보면, 제1 및 제2 송신단(200a,200b)에 인가되는 전류를 보상하면 전력 전송 효율이 높아지는 것을 알 수 있다.6A and 6B , it can be seen that the power transmission efficiency is rapidly reduced due to M Tx , and referring to FIGS. 6B and 6C , the current applied to the first and
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 전력 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a power charging method of the wireless
도 7을 참조하면, 본 발명은 전력 충전이 진행되지 않는 상태에서는 최소한의 전력 소모를 위하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 제어부(170)는 펄스 신호를 송신하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 부하의 존재 여부를 모니터링하는 대기모드를 진행한다(700). 부하의 존재를 확인하면(710의 예), 제어부(170)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이의 상호 인덕턴스(Mtq)를 결정한다(720).Referring to FIG. 7 , in the present invention, the
상호 인덕턴스(Mtq)가 결정되면, 제어부(170)는 상호 인덕턴스(Mtq)에 관한 행렬을 생성하여 무선 충전 장치(10)의 서브셋을 결정하고(730), 각 서브셋에 최적화 알고리즘을 적용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 최적의 출력 전류를 결정한다(740). 또한, 충전 환경은 수많은 인자들이 작용할 수 있지만 각 수학식 및 최적화 알고리즘은 모든 환경적 요인을 적용하기 어렵기 때문에 제어부(170)는 결정된 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 조정한다(750). 또한, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 사이의 상호 인덕턴스(MTx)에 의해 유도되는 전류의 영향을 최소화하기 위해 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 보상한다(760).When the mutual inductance (M tq ) is determined, the
제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류가 확정되면 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)은 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 전력을 공급하여 충전이 진행될 수 있도록 한다(770). 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(780의 예) 상호 인덕턴스(Mtq)를 결정하는 과정부터 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 보상하는 과정까지 다시 진행한다.When the output currents of the first to t-
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 defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.
100: 전원부 110: 증폭부
120: 통신부
130: 감지부
140: 공진부
150: 정류부
160: 변환부
170: 제어부100: power unit 110: amplification unit
120: communication unit 130: sensing unit
140: resonance unit 150: rectification unit
160: conversion unit 170: control unit
Claims (8)
전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 복수의 송신단과;
상기 송신 공진부로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과;
상기 복수의 송신단 각각의 출력 전류를 결정한 후 상기 복수의 송신단 사이의 상호 인덕턴스를 고려하여 상기 결정된 출력 전류를 보상하여 상기 복수의 송신단 각각에 인가하는 제어부를 포함하는 장치.
In the wireless power charging device,
a plurality of transmitters transmitting power using the power provided from the power supply and each including a transmission resonator including one capacitor and one inductor;
at least one receiving end each including a receiving resonator receiving power transmitted from the transmitting resonator and including one capacitor and one inductor, and a load performing charging using the received power;
and a controller configured to determine the output current of each of the plurality of transmitters, compensate the determined output current in consideration of mutual inductance between the plurality of transmitters, and apply the compensation to each of the plurality of transmitters.
상기 제어부는 상기 각 송신 공진부와 상기 각 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스를 결정하고, 상기 각각의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 복수의 송신단 및 상기 적어도 하나의 수신단에서 독립적으로 무선 충전을 수행하는 송신단 및 수신단으로 구성되는 적어도 하나의 서브셋을 결정하여 상기 출력 전류를 결정하는 장치.
According to claim 1,
The control unit determines a mutual inductance between each of the transmission resonator and each reception resonator, and uses each of the mutual inductances to independently perform wireless charging at the plurality of transmitting ends and the at least one receiving end. And An apparatus for determining the output current by determining at least one subset comprising a receiving end.
상기 복수의 송신단이 제1 및 제2 송신단으로 구성되는 경우,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스로 인해 상기 제1 및 제2 송신단 각각에 흐르는 전류의 켤레값에 해당되는 전류를 상기 제1 및 제2 송신단 각각에 인가하는 장치.
According to claim 1,
When the plurality of transmitters are configured as first and second transmitters,
The control unit applies a current corresponding to a conjugate value of a current flowing through each of the first and second transmitters to each of the first and second transmitters due to mutual inductance between the first and second transmitters.
상기 복수의 송신단이 제1 및 제2 송신단으로 구성되는 경우,
상기 제어부는 상기 제1 송신단에는 Icomp1의 켤레값인 I* comp1를 인가하고, 상기 제2 송신단에는 Icomp2의 켤레 값인 I* comp2를 인가하는 장치.
이때, IP1 : 보상전 제1 송신단의 출력 전류
IP2 : 보상전 제2 송신단의 출력 전류
Icomp1 : 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스로 인해 제1 송신단에 흐르는 전류
Icomp2 : 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스로 인해 제2 송신단에 흐르는 전류
RTx1 : 제1 송신단의 증폭부의 등가 내부 저항
RTx2 : 제2 송신단의 증폭부의 등가 내부 저항
RP1 : 제1 송신단의 송신 공진부의 등가 내부 저항
RP2 : 제2 송신단의 송신 공진부의 등가 내부 저항
MTx : 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스
According to claim 1,
When the plurality of transmitters are configured as first and second transmitters,
The control unit applies I * comp1 , which is a conjugate value of I comp1 , to the first transmitter, and the A device for applying I * comp2 , which is the conjugate value of I comp2 , to the second transmitter.
At this time, I P1 : output current of the first transmitter before compensation
I P2 : Output current of the second transmitter before compensation
I comp1 : Current flowing in the first transmitting end due to the mutual inductance between the first and second transmitting end
I comp2 : Current flowing through the second transmitting end due to the mutual inductance between the first and second transmitting end
R Tx1 : Equivalent internal resistance of the amplifier of the first transmitting stage
R Tx2 : Equivalent internal resistance of the amplifier of the second transmitting stage
R P1 : Equivalent internal resistance of the transmission resonance part of the first transmission stage
R P2 : Equivalent internal resistance of the transmit resonance part of the second transmitting end
M Tx : Mutual inductance between the first and second transmitting ends
전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단에 전력을 송신하며, 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 복수의 송신단 각각의 출력 전류를 결정하는 과정과;
상기 복수의 송신단 사이의 상호 인덕턴스를 고려하여 상기 결정된 출력 전류를 보상하여 상기 복수의 송신단 각각에 인가하는 과정을 포함하는 방법.
In the wireless power charging method,
Transmitting power to at least one receiving terminal each including a reception resonator including one capacitor and one inductor and a load performing charging using the received power using the power provided from the power supply, one capacitor and determining an output current of each of a plurality of transmission terminals each including a transmission resonator including one inductor;
and compensating for the determined output current in consideration of mutual inductance between the plurality of transmitters and applying the compensation to each of the plurality of transmitters.
상기 출력 전류를 결정하는 과정은,
상기 복수의 송신 공진부와 상기 적어도 하나의 수신 공진부 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 과정과;
상기 복수의 송신단과 상기 적어도 하나의 수신단 사이에서 독립적으로 무선 충전을 수행하는 송신단 및 수신단으로 구성되는 적어도 하나의 서브셋을 상기 각각의 상호 인덕턴스를 이용하여 결정하는 과정과;
상기 서브셋을 이용하여 상기 복수의 송신단 각각의 출력 전류를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
6. The method of claim 5,
The process of determining the output current is
determining a mutual inductance between the plurality of transmission resonators and the at least one reception resonator;
determining at least one subset comprising a transmitting end and a receiving end independently performing wireless charging between the plurality of transmitting ends and the at least one receiving end using the respective mutual inductances;
and determining an output current of each of the plurality of transmitting terminals by using the subset.
상기 복수의 송신단이 제1 및 제2 송신단으로 구성되는 경우, 상기 인가하는 과정은,
상기 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스로 인해 상기 제1 및 제2 송신단 각각에 흐르는 전류의 켤레값에 해당되는 전류를 상기 제1 및 제2 송신단 각각에 인가하는 과정을 포함하는 방법.
6. The method of claim 5,
When the plurality of transmitters are configured as first and second transmitters, the applying process includes:
and applying a current corresponding to a conjugate value of a current flowing through each of the first and second transmitters to each of the first and second transmitters due to mutual inductance between the first and second transmitters.
상기 복수의 송신단이 제1 및 제2 송신단으로 구성되는 경우, 상기 인가하는 과정은,
상기 제1 송신단에는 Icomp1의 켤레값인 I* comp1를 인가하고, 상기 제2 송신단에는 Icomp2의 켤레 값인 I* comp2를 인가하는 과정을 포함하는 방법.
이때, IP1 : 보상전 제1 송신단의 출력 전류
IP2 : 보상전 제2 송신단의 출력 전류
Icomp1 : 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스로 인해 제1 송신단에 흐르는 전류
Icomp2 : 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스로 인해 제2 송신단에 흐르는 전류
RTx1 : 제1 송신단의 증폭부의 등가 내부 저항
RTx2 : 제2 송신단의 증폭부의 등가 내부 저항
RP1 : 제1 송신단의 송신 공진부의 등가 내부 저항
RP2 : 제2 송신단의 송신 공진부의 등가 내부 저항
MTx : 제1 및 제2 송신단 사이의 상호 인덕턴스6. The method of claim 5,
When the plurality of transmitters are configured as first and second transmitters, the applying process includes:
Applying I * comp1 which is a conjugate value of I comp1 to the first transmitter, A method comprising the step of applying I * comp2 , which is a conjugate value of I comp2 , to the second transmitter.
At this time, I P1 : output current of the first transmitter before compensation
I P2 : Output current of the second transmitter before compensation
I comp1 : Current flowing in the first transmitting end due to the mutual inductance between the first and second transmitting end
I comp2 : Current flowing through the second transmitting end due to the mutual inductance between the first and second transmitting end
R Tx1 : Equivalent internal resistance of the amplifier of the first transmitting stage
R Tx2 : Equivalent internal resistance of the amplifier of the second transmitting stage
R P1 : Equivalent internal resistance of the transmission resonance part of the first transmission stage
R P2 : Equivalent internal resistance of the transmit resonance part of the second transmitting end
M Tx : Mutual inductance between the first and second transmitting ends
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200142260A KR102502145B1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200142260A KR102502145B1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220057218A true KR20220057218A (en) | 2022-05-09 |
KR102502145B1 KR102502145B1 (en) | 2023-02-23 |
Family
ID=81582548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200142260A KR102502145B1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102502145B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120087429A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-07 | 한국과학기술원 | Signaling method for magnetic field communication, transmission coil apparatus, reception coil apparatus, and magnetic field communication system |
KR20150060827A (en) * | 2012-09-21 | 2015-06-03 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for wireless power transmission |
KR20150131403A (en) * | 2008-09-27 | 2015-11-24 | 위트리시티 코포레이션 | Wireless energy transfer systems |
KR20160122806A (en) * | 2014-02-14 | 2016-10-24 | 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 | Wireless power transfer |
-
2020
- 2020-10-29 KR KR1020200142260A patent/KR102502145B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150131403A (en) * | 2008-09-27 | 2015-11-24 | 위트리시티 코포레이션 | Wireless energy transfer systems |
KR20120087429A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-07 | 한국과학기술원 | Signaling method for magnetic field communication, transmission coil apparatus, reception coil apparatus, and magnetic field communication system |
KR20150060827A (en) * | 2012-09-21 | 2015-06-03 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for wireless power transmission |
KR20160122806A (en) * | 2014-02-14 | 2016-10-24 | 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 | Wireless power transfer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102502145B1 (en) | 2023-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190341810A1 (en) | Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission method | |
KR102014126B1 (en) | Wireless power receiver system | |
CN107994660B (en) | Wireless power transmitter and method of controlling power thereof | |
CN104701998B (en) | Resonance type non-contact power supply device, electric energy receiving end and control method | |
EP2515414A1 (en) | Wireless power transmission device | |
EP3364521A1 (en) | Wireless power transfer system and driving method therefor | |
US10381879B2 (en) | Wireless power transmission system and driving method therefor | |
CN104701999B (en) | Mode of resonance contactless power supply device, electric energy transmitting terminal and control method | |
CN103094993A (en) | Wireless power transmitter and power transmission method thereof | |
KR102563553B1 (en) | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof | |
CN108521840A (en) | Wireless power transmission system and its operating method | |
KR101792636B1 (en) | System and Method for transmission Wireless Power without Data Communication Channel | |
KR102483807B1 (en) | Wireless power maximum efficiency tracking by system control | |
Cho et al. | Wireless power transfer for variable load, distance, and power division ratio in a loosely-coupled multiple-receiver relay system | |
KR102614277B1 (en) | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof | |
KR102502145B1 (en) | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof | |
KR20130023290A (en) | A wireless power transmission device and trnasmission method | |
JP7047782B2 (en) | Transmission controller, transmission, and non-contact power transfer system | |
KR102563558B1 (en) | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof | |
KR20130095224A (en) | Apparatus for transmitting wireless power, apparatus for receiving wireless power, system for transmitting wireless power and method for transmitting wireless power | |
KR20230077351A (en) | Wireless power charging apparatus for efficient managing of charging state and method thereof | |
KR101360744B1 (en) | Apparatus for transmitting wireless power, apparatus for receiving wireless power, system for transmitting wireless power and method for transmitting wireless power | |
KR20230077346A (en) | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof | |
KR20160148239A (en) | Apparatus for receiving wireless power and system for transmitting wireless power | |
KR20230077355A (en) | Wireless power charging apparatus for detecting charging condition change and method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |