KR20220118296A - 튜닝조정회로를 갖는 무선급전시스템 - Google Patents

Abstract

기존의 전자기기를 이용하여 무선충전을 한다. 급전기는 수전코일을 가진다. 수전기는 수전코일, 수전회로부, 및 부하를 가진다. 공진현상을 이용한 전자유도에 의해 급전기에서 수전기로 전기적 에너지를 공급한다. 급전코일에 대해 전력공급의 온(구동상태)과 오프(공진상태)를 스위치회로에 의해 주기적으로 반복한다. 수전기의 공진주파수는 대략 구동상태시간과 공진상태시간이 합산된 주기이다. 급전기의 공진주파수는 대략 공진상태 시간의 주기로, 공진용 콘덴서 및 코일의 조정을 튜닝조정회로로 한다. 공진코일전압이 제로값 근처가 되는 타이밍에서 구동펄스를 온 하고, 구동펄스가 온 되어 있는 동안에 공진코일전압은 제로값 근처로 유지된다. 구동펄스가 온 되어 있는 동안에 공진코일전류를 상한으로 한 구동전류가 흐른다.

Description

튜닝조정회로를 갖는 무선급전시스템

본 발명은 무선급전, 특히 공진방식의 유도결합에 의해 급전하는 무선급전에 관한 것이다.

무선급전의 기술에 있어서는, 여러 가지 방법, 방식에 기초한 장치가 수많이 제안되어 있다. 그 중에서도 전자(電磁)유도를 사용한 방법은 일반적으로 널리 알려져 있다. 또한, 그 중에서 전자유도에 의한 공진의 기술을 이용한 방법이 대표적이며 여러 가지 명칭으로 불리고 있다. 본 발명에서는 LC공진회로를 이용한 자기결합을 이용한 기술을 전제로 한다.

특허문헌1에는, 전자계 공진에 의한 결합으로 비교적 먼 거리에 급전할 수 있는 무선급전에 있어서, 더욱 폭넓은 주파수의 이용 확대를 가능하게 하는 무선급전의 방법 및 급전시스템이 개시되어 있다. 전자계 공진 무선급전방법은, 송전장치의 송전회로와 수전장치의 수전회로가 전자계 공진으로 결합되는 무선급전에 있어서, 송전장치를, 전원(2)에 다른 2개의 주파수 성분(f1,f2)을 사용하고, 송전회로의 공진주파수를 f1 및/또는 f2라고 하고, 송전회로의 조건을 주기적으로 변화시켜 전류 또는 전압이 안정되지 않은 전기적 과도상태로 만들며, 수전장치를, 수전회로의 공진주파수를 맥놀이현상에 의한 (f2-f1) 또는 (f1+f2)라고 하고, 그 (f2-f1) 또는 (f1+f2)의 주파수에 의한 전력을 부하에 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

특허문헌2에는, 전력전송장치로서 루프코일을 사용하며 매우 단순한 무선급전기가 개시되어 있다. 송전장치에 설치되어 있는 송전루프코일은, 직류전원에서 전기에너지를 추출해서 주기적으로 변화하는 전자계 공명 에너지를 공간에 발생시킨다. 수전기에 설치되어 있는 수전루프코일은, 주기적으로 변화하는 전자계 공명 에너지를 공간에서 전기에너지로서 추출하여 부하에 전력을 공급한다. 송전루프코일과 수전루프코일은 전자계 공명 결합을 해서 송전장치에서 수전기로 전력이 무선으로 급전된다.

특허문헌3에는, 복수의 중계장치를 구비한 무선급전시스템이며, 중계장치에 의한 전력의 전송효율 저하를 억제하는 무선급전시스템이 개시되어 있다. 급전 받은 전력을 송전하는 송전장치, 상기 송전장치로부터 송전받은 상기 전력을 중계하는 복수의 중계장치, 상기 중계장치로 중계된 상기 전력을 수전하는 수전기, 및 상기 중계장치를 거쳐 상기 송전장치에서 상기 수전기로 상기 전력을 전송하는 복수의 전송경로에 있어서 상기 전력의 전송효율이 가장 높아지는 상기 전송경로에서 전력을 전송하도록 상기 중계장치를 제어하는 제어장치를 구비한 것이다.

특허문헌4에는, 자기공진형 무선급전시스템의 전력전송효율을 상승시키는 기술이 개시되어 있다. 자기공진형 무선급전시스템은, 교류전원, 교류전원에 연결된 전압변환용 코일, 송전측 LC회로, 수전측 LC회로, 임피던스변환용 코일, 임피던스변환용 코일에 연결된 부하, 및 부하에 병렬 연결된 전송효율조정용 콘덴서를 갖고 있다. 송전측 LC회로는, 전압변환용 코일의 근처에 배치되어 전압변환용 코일과의 전자유도에 의해 여기되는 송전측 코일 및 송전측 콘덴서를 갖고 있다. 수전측 LC회로는, 송전측 코일과 공진하는 수전측 코일 및 수전측 콘덴서를 갖고 있다. 임피던스변환용 코일은, 수전측 LC회로의 근처에 배치되어 수전측 코일과의 전자유도에 의해 여기된다. 전송효율조정용 콘덴서는, 교류전원에서 부하로의 전력전송효율을 상승시키는 용량을 갖고 있다.

특허문헌1: 특개 2017-163647호 공보 특허문헌2: 특개 2017-028998호 공보 특허문헌3: 특개 2017-028770호 공보 특허문헌4: 특개 2014-176122호 공보

전자기기으로는, 배터리를 내장하여 사용하는 것이 있다. 이와 같은 배터리는, 방전하여 소모되면, 충전하기 위해 전자기기를 전용 충전기에 장착해서 충전하는 것이 일반적이다.

또한, 요즈음에는 무선급전을 이용한 배터리 충전방법이 제안되고 있다. 전용의 코일과 전기회로를, 급전측 충전장치, 수전측 전자기기에 구비하여 실현된다.

무선급전을 위해 공진회로를 이용하는 것이 있다. 급전기측의 공진회로는, 직렬공진회로로 하거나 병렬공진회로로 하는지의 선택이 된다. 직렬공진회로는, 대용량의 에너지를 보내기 쉬운 반면 손실이 크다. 한편, 병렬공진회로는 그 반대로, 비교적 소용량의 에너지를 보내는데 이용되며 안정적인 공진상태를 만들기 쉽다는 특징을 가진다.

종래의 일반적인 무선급전에서는 급전기측에 직렬공진회로를 채용하는 것이 일반적이었다(도 9 참조). 또한, 공진상태를 검출하여 주파수를 조정하는 것을 실시하는 방법이 취해지고 있다. 이것은, 수전장치 측의 위치나 자세에 따라 공진주파수가 변동하기 때문임과 아울러 수전장치의 페라이트 코일은 재료나 권선 상태에서 전기적 성능에 편차가 상당히 있기 때문에 공진주파수가 어긋나면 급전효율이 나빠지기 때문에 급전기측에서 공진주파수를 맞추는 처리를 한다.

자주 이용되는 방법으로서, 수전기측이 공진상태를 검출하고 그 정보를 어떠한 통신방법으로 급전기측에 전송하는(Qi규격 등) 등으로 해결하고 있다. 이러한 구조는, 원가상승 요인이 많이 존재하고 있다.

본 발명의 발명자는, 이런 과제를 해결하기 위해 급전기측에 병렬공진회로를 채용한다. 수전기는, 직렬공진회로와 병렬공진회로 어느 쪽이라도 좋지만 병렬공진회로로 하면 매우 단순한 구성으로 만들 수 있다. 이러한 단순함은, 직렬공진회로에 비해, 이용되는 전자부품 개수의 적음에 상관하고, 마찬가지로 전자부품 유발의 손실이 더욱 적어지는 것을 의미하고 있다. 따라서 발열 등도 비교적 낮게 하는 것이 가능해졌다.

동시에, 수전장치 측의 위치와 자세에 의한 공진주파수의 변동으로 인한 급전효율의 저하는 비교적 낮게 할 수 있다.

그러나 한편 병렬공전회로는 무선급전에 적합하지 않다고 하여 왔다. 첫째, 공진 극대점에서는 전압이 매우 커져 전자회로소자를 손상시킬 가능성이 있는 것, 둘째, 급전효율을 올리기 어려운 것으로 생각되어 왔다.

본 발명의 과제는, 병렬공진회로가 무선급전에 적합하지 않다고 하여 왔던 기존 개념을 타파하고 병렬공진회로가 아니고서는 할 수 없는 효과를 가진 무선급전시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 발명자는, 급전기측에 병렬공진회로를 채용함과 아울러, 급전기측의 구동방법을, 구동상태와 공진상태를 전환하는 그 타이밍이랑 조정방법과, 공진주파수의 조정방법을 연구함으로써 과제를 해결하였다.

본 발명에 따른 병렬공진회로의 무선급전시스템은,

자속을 발생하는 급전코일과, 그 급전코일에 자속을 발생시키기 위해 전력을 공급하는 급전회로부를 갖는 급전기와,

상기 급전코일에서 출력된 자속을 받는 수전코일과, 전자유도에 의해 그 수전코일에 발생된 에너지를 회수하는 수전회로부를 갖는 수전기로 이루어지고,

정해진 공진주파수에 의한 공진현상을 이용한 전자유도에 의해 상기 급전기에서 상기 수전기로 전기적 에너지를 공급하는 무선급전시스템이며,

상기 수전기의 수전회로부는,

상기 수전코일과의 조합으로 수전측 공진주기로 공진하도록 수전측 공진회로를 형성하는 수전측 공진용 콘덴서를 갖고,

상기 급전기의 상기 급전회로부는,

상기 급전코일과의 조합으로 병렬공진회로를 형성하도록 급전기의 공진상태에 있어서의 공진주파수에 조정된 급전측 공진용 콘덴서와,

상기 급전기의 급전코일에 대해 전원공급의 온(구동상태)과 오프(공진상태)를 교대로 주기적으로 반복하는 스위치회로와,

상기 스위치회로에 대해 온과 오프를 제어하는 구동펄스신호를 입력하고 그 구동펄스신호를 입력하는 타이밍에 따라 상기 급전측 병렬공진회로의 급전측 공진주기를 정밀 조정하는 제어회로와,

상기 급전측 공진용 콘덴서의 용량 또는 상기 급전코일의 인덕턴스의 정밀 조정을 하는 급전측 튜닝조정회로를 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

또한, 상기 수전기의 수전회로부는,

상기 수전측 공진용 콘덴서의 용량 또는 상기 수전코일의 인덕턴스의 정밀 조정을 하는 수전측 튜닝조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서 급전효율의 조정이 가능해진다.

상기 급전측 튜닝조정회로는,

상기 수전측 공진주기(t3)가 상기 스위치회로의 오프 시간, 즉 상기 급전기의 공진상태 시간(t2)에 구동상태 시간(t1)을 합계한 시간(t1＋t2)에 대해 0.9(t1+t2)〓＜t3〓＜1.1(t1+t2) 가 성립하도록 작용하는 것을 특징으로 한다.

여기서 〓＜는 좌측이 우측과 같거나 작은 것 즉 이하인 것을 의미한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

0.9(t1+t2)＞t3, t3＞1.1(t1+t2) 에서는 공진 극대에 있어서의 전압 상승 및 급전효율이 낮아지는 등 문제가 발생할 가능성이 있다.

상기 급전측 튜닝조정회로는,

단수 또는 복수의 다른 병렬 연결된 콘덴서를 가지며,

그 단수 또는 복수의 콘덴서를 이용하여 상기 급전측 공진용 콘덴서의 용량을 조정하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 스위치회로는,

공진코일전압이 제로값 근처가 되는 타이밍에서 상기 구동펄스신호를 온 하고,

상기 구동펄스신호가 온 되어 있는 동안에 공진코일전압을 제로값 근처로 유지하는 것임으로써

상기 구동펄스가 온 되어 있는 동안 공진코일전류를 상한으로 한 구동전류가 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 구동전류에 의해 발생하는 공진코일전류의 왜곡성분을, 이것으로 인한 급전코일의 자속 변동으로 하고, 전자유도에 의해 수전기의 수전코일에 발생한 에너지로서 수전회로에 있어서 회수하여 급전회로에서 수전회로로의 에너지 이동을 실현하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 급전코일은, 1회 감기 내지 5회 감기 이하의 코일로 구성되는 것이며, 그 급전코일의 코일 사이즈는 상기 수전기의 상기 수전코일의 사이즈보다 큰 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로를 형성하고, 상기 수전기의 상기 수전코일과 상기 수전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로 또는 직렬공진회로 중 어느 하나를 구성하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 구동시간, 즉 구동펄스를 온 으로 하고 있는 시간은, 상기 수전기의 공진주파수 주기의 1/4 이하로 하고, 그 범위에서, 구하는 급전범위, 급전거리, 상기 급전코일 및 상기 수전코일의 사양 등을 고려한 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 조정하는 구동시간조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 튜닝조정회로는,

상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 수전기의 상기 수전코일의 결합계수(K)가 K〓0.3(30%) 이하의 범위이며, 구하는 급전범위, 급전거리, 상기 급전코일 및 상기 수전코일의 사양 등을 고려한, 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 조정한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 공진주파수를 변경하는 주파수조정회로와,

공진상태센서를 더 가지며,

상기 공진상태센서는,

상기 제어회로에 연결된 전압센서 및 전류센서와,

상기 전압센서 및 상기 전류센서의 입력에 따라 위상을 검파하는 위상검파회로를 갖고,

상기 제어회로는,

상기 스위치회로와 상기 주파수조정회로의 쌍방을 총괄적으로 제어하여

높은 급전효율이 되는 공진주파수 또는 급전능력(전력)이 되도록 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 급전측 공진주파수 주기를 조절하기 위해 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 제어회로는,

상기 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 비정상적인 공진상태이라고 판단했을 경우에는 통상상태에서, 구동펄스의 정지를 하여 일시적으로 급전효율을 제로에 가까이하게 함과 아울러 급전의 정지 또는 대기상태(슬립상태)로 이동하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 제어회로는,

상기 대기상태(슬립상태)에 있어서, 정해진 간헐적이며 또한 통상보다 약한 출력으로 급전을 하고,

상기 수전기가 급전 가능한 상태에 있을 때는 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 판단을 하여 통상상태로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서와, 상기 스위치회로와 상기 제어회로를 갖는 급전기가 복수개 병설된 급전기 복합체와,

상기 급전기 복합체를 형성하는 복수의 급전기의 상기 제어회로를 총괄적으로 제어하는 총괄제어회로를 더 가지며,

상기 총괄제어회로는, 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 총괄제어회로는,

상기 급전기 복합체를 구성하는 복수의 급전기 각각을 급전거리, 급전범위, 급전능력을 바꾸어서 이용하기 위해 각각의 급전코일의 사양, 공진주파수, 구동시간의 사양을 설정하고,

상기 급전기 각각에 설치된 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서 급전 가능한 급전기와 수전기의 위치관계, 거리, 높이, 면적 등의 급전범위를 설계할 수 있는 자유도를 높일 수 있다.

상기 급전기는,

디지털신호인 송신데이터의 비트열에 대응하여 반송파의 진폭을 변화시킴으로써 송신데이터를 송수신하는 급전기측 통신수단을 가지며,

상기 수전기는,

개체식별(ID) 및 상태센서에 의한 정해진 정보를 가지며,

상기 급전기측 통신수단은.

수전기측의 개체식별과 상태인식을 얻고,

상기 급전기측의 제어회로는,

이물 감지대책, 및 급전효율을 높이기 위한 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 공진주파수 조정을 실행하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 수전기는,

필요로 하는 출력전력에 관한 출력전력정보를 변동하는 것으로서 갖고 있으며,

상기 급전기측 통신수단은,

상기 수전기의 출력전력정보를 수신하고,

상기 급전기는,

상기 급전기측 통신수단이 수신한 출력전력정보에 맞춰 상기 수전기의 공진주파수 주기 범위에서 상기 급전기의 구동시간을 제어하는 구동시간대화조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

자속을 발생하는 급전코일과, 그 급전코일과 공진회로를 형성하는 급전측 공진용 콘덴서와, 그 급전코일에 자속을 발생시키기 위해 구동전류를 공급하는 급전회로부를 갖는 급전기와,

상기 급전코일에서 출력된 자속을 받는 수전코일과, 그 수전코일과 공진회로를 형성하는 수전측 공진용 콘덴서와, 전자유도에 의해 그 수전코일에 발생된 에너지를 회수하는 수전회로부를 갖는 수전기로 이루어져 공진현상을 이용한 전자유도에 의해 상기 급전기에서 상기 수전기로 전기적 에너지를 공급하는 무선급전시스템에 있어서의 무선급전시스템이며,

상기 급전기의 상기 급전회로부는,

상기 구동전류에 의해 상기 급전코일에 발생하는 공진코일전류가 정현파에 비해 왜곡이 있는 것이 되도록 상기 구동전류를 발생시키고,

상기 급전코일은,

상기 왜곡을, 상기 구동전류에 의해 상기 급전코일에 발생하는 자속의 변동으로서 상기 수전코일 측으로 보내고,

상기 수전코일은,

상기 왜곡을 전자유도에 의해 그 수전코일에 발생한 에너지로서 받고,

상기 수전회로는,

상기 왜곡을 전기에너지로서 회수함으로써

급전회로에서 수전회로로의 에너지 이동을 실현하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

더욱이

상기 급전기측 급전코일과 급전측 공진용 콘덴서를 갖는 상기 공진회로는,

상기 급전기 공진 콘덴서의 용량 또는 상기 급전코일의 인덕턴스의 정밀 조정을 하는 튜닝조정회로를 갖고,

상기 급전기의 상기 급전코일은 1회 감기 내지 5회 감기 이하의 코일로 구성되는 것이며,

상기 급전코일의 사이즈는, 상기 수전기의 상기 수전코일의 사이즈보다 큰 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 급전코일과 급전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로를 형성하고, 수전기의 수전코일과 수전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로 또는 직렬공진회로 중 어느 하나를 형성하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 급전회로부는,

상기 급전코일에 구동전류를 공급하는 구동시간을 상기 수전기의 공진주파수 주기의 1/4 이하로 하는 구동시간조정회로를 더 갖고,

상기 구동시간조정회로는 그 범위에서, 구하는 급전범위, 급전거리, 급전코일 및 수전코일의 사양 등을 고려한 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 상기 왜곡을 조정하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 수전기의 상기 수전코일의 결합계수(K)가 K〓0.3(30%) 이하의 범위, 또는 이에 가까운 결합계수(K)가 되도록 조정하는 튜닝조정회로를 더 가지며,

그 튜닝조정회로는,

필요로 하는 급전범위, 급전거리, 상기 급전코일 및 상기 수전코일의 사양 등을 고려하여 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 결합계수 및 구동시간으로 상기 왜곡을 조정하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 공진주파수를 변경하는 주파수조정회로,

공진상태센서, 및

제어회로를 더 가지며,

상기 공진상태센서는,

상기 제어회로에 연결된 전압센서 및 전류센서와,

상기 전압센서 및 상기 전류센서의 입력에 따라 위상을 검파하는 위상검파회로를 가지며,

상기 제어회로는,

상기 급전회로부와 상기 주파수조정회로의 쌍방을 총괄적으로 제어하여

높은 급전효율이 되는 공진주파수 또는 급전능력(전력)이 되도록 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 급전측의 공진주파수 주기를 조절하기 위해 구동펄스 시간을 조정하고, 급전측 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 제어회로는,

상기 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 비정상적인 공진상태라고 판단했을 경우에는 통상상태에서, 구동펄스의 정지를 하여 일시적으로 급전효율을 제로에 가까이하게 함과 아울러 급전의 정지 또는 대기상태(슬립상태)로 이동하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 제어회로는,

상기 대기상태(슬립상태)에 있어서, 정해진 간헐적이며 또한 통상보다 약한 출력으로 급전을 하고,

상기 수전기가 급전 가능한 상태에 있을 때는 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 판단을 하여 통상상태로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서와, 상기 스위치회로와 상기 제어회로를 갖는 급전기가 복수개 병설된 급전기 복합체와,

상기 급전기 복합체를 형성하는 복수의 급전기의 상기 제어회로를 총괄적으로 제어하는 총괄제어회로를 더 가지며,

상기 총괄제어회로는, 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서 급전 가능한 급전기와 수전기의 위치관계, 거리, 높이, 면적 등의 급전범위를 설계할 수 있는 자유도를 높일 수 있다.

상기 총괄제어회로는,

상기 급전기 복합체를 구성하는 복수의 급전기 각각을 급전거리, 급전범위, 급전능력을 바꾸어서 이용하기 위해 각각의 급전코일의 사양, 공진주파수, 구동시간의 사양을 설정하고,

상기 급전기 각각에 설치된 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서 급전 가능한 급전기와 수전기의 위치관계, 거리, 높이, 면적 등의 급전범위를 설계할 수 있는 자유도를 높일 수 있다.

상기 급전기는,

디지털신호인 송신데이터의 비트열에 대응하여 반송파의 진폭을 변화시킴으로써 송신데이터를 송수신하는 급전기측 통신수단을 가지며,

상기 수전기는,

개체식별(ID) 및 상태센서에 의한 정해진 정보를 가지며,

상기 급전기측 통신수단은.

수전기측의 개체식별과 상태인식을 얻고,

상기 급전기측의 제어회로는,

이물 감지대책, 및 급전효율을 높이기 위한 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 공진주파수 조정을 실행하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 수전기는,

필요로 하는 출력전력에 관한 출력전력정보를 변동하는 것으로서 갖고 있으며,

상기 급전기측 통신수단은,

상기 수전기의 출력전력정보를 수신하고,

상기 급전기는,

상기 급전기측 통신수단이 수신한 출력전력정보 또는 요구전력정보에 맞춰 상기 수전기의 공진주파수 주기의 1/4 이하 범위에서 상기 수전기가 필요로 하는 전력이 되도록 반응 좋게 상기 급전기의 구동시간을 제어하는 구동시간대화조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전코일과 상기 수전코일 사이의 거리(L)를 변화시킴에 대응하여 상기 급전코일에서 상기 수전코일로의 전력전송효율의 주파수특성이 단봉특성이 되거나 쌍봉특성이 되는지, 쌍봉특성의 경우 그 쌍봉특성의 쌍봉을 구성하는 2개 봉 사이의 깊이가 얼마나 되는지에 대하여 미리 실험에 의해 얻은 데이터를 저장하는 정보저장장치를 더 갖고 있으며,

상기 튜닝조정회로는,

상기 급전코일과 상기 수전코일 사이의 거리가 변화하여도 상기 급전코일에서 상기 수전코일로의 전력전송효율의 주파수특성이 계속 단봉특성인지, 쌍봉특성이 되어도 그 쌍봉특성의 쌍봉을 구성하는 2개 봉 사이의 깊이에 있어서의 전력전송효율이 그 2개 봉 중 낮은 쪽 봉에 있어서의 전력전송효율의 90% 이상이 되도록, 상기 정보저장장치에 저장된 데이터를 참조하여 상기 급전측 공진콘덴서의 용량 또는 상기 급전코일의 임피던스의 정밀 조정을 하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 튜닝조정회로는,

단수 또는 복수의 다른 병렬 연결된 콘덴서를 가지며,

그 단수 또는 복수의 콘덴서를 이용하여 상기 급전측 공진용 콘덴서의 용량을 조정하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 스위치회로는,

공진코일전압이 제로값 근처가 되는 타이밍에서 상기 구동펄스신호를 온 하고,

상기 구동펄스신호가 온 되어 있는 동안에 공진코일전압을 제로값 근처로 유지하는 것임으로써

상기 구동펄스가 온 되어 있는 동안 공진코일전류를 상한으로 한 구동전류가 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 구동전류에 의해 발생하는 공진코일전류의 왜곡성분을, 이것으로 인한 급전코일의 자속 변동으로 하고, 전자유도에 의해 수전기의 수전코일에 발생한 에너지로서 수전회로에 있어서 회수하여 급전회로에서 수전회로로의 에너지 이동을 실현하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 급전코일은, 1회 감기 내지 5회 감기 이하의 코일로 구성되는 것이며, 그 급전코일의 코일 사이즈는 상기 수전기의 상기 수전코일의 사이즈보다 큰 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서는 정해진 공진주파수에 맞춘 병렬공진회로를 구성하고, 상기 수전기의 상기 수전코일과 상기 수전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로 또는 직렬공진회로 중 어느 하나를 구성하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 구동시간, 즉 구동펄스를 온 으로 하고 있는 시간은, 상기 수전기의 공진주파수 주기의 1/4 이하로 하고, 그 범위에서, 구하는 급전범위, 급전거리, 급전코일 및 수전코일의 사양을 고려한 급전효율 및 상기 수전기의 출력전력이 높아지는 구동시간이 되도록 구동시간을 조정하는 구동시간조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 튜닝조정회로는,

상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 수전기의 상기 수전코일의 결합계수(K)가 K〓0.3(30%) 이하의 범위, 또는 이에 가까운 결합계수(K)에서, 소망하는 급전효율 및 수전기의 출력전력이 정해진 값 이상이 되도록 급전범위, 급전거리, 상기 급전코일 및 상기 수전코일의 사양을 정하고, 또한 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 상기 급전코일의 인덕턴스를 조정하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 공진주파수를 변경하는 주파수조정회로와,

공진상태센서를 더 가지며,

상기 공진상태센서는,

상기 제어회로에 연결된 전압센서 및 전류센서와,

상기 전압센서 및 상기 전류센서의 입력에 따라 위상을 검파하는 위상검파회로를 가지며,

상기 제어회로는,

상기 스위치회로와 상기 주파수조정회로의 쌍방을 총괄적으로 제어하여

높은 급전효율이 되는 공진주파수 또는 급전능력(전력)이 되도록 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 급전측 공진주파수 주기를 조절하기 위해 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 제어회로는,

상기 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 비정상적인 공진상태이라고 판단했을 경우에는 통상상태에서, 구동펄스의 정지를 하여 일시적으로 급전효율을 제로에 가까이하게 함과 아울러 급전의 정지 또는 대기상태(슬립상태)로 이동하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기의 상기 제어회로는,

상기 대기상태(슬립상태)에 있어서, 정해진 간헐적이며 또한 통상보다 약한 출력으로 급전을 하고,

상기 수전기가 급전 가능한 상태에 있을 때는 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 판단을 하여 통상상태로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서와, 상기 스위치회로와 상기 제어회로를 갖는 급전기가 복수개 병설된 급전기 복합체와,

상기 급전기 복합체를 형성하는 복수의 급전기의 상기 제어회로를 총괄적으로 제어하는 총괄제어회로를 더 가지며,

상기 총괄제어회로는, 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 총괄제어회로는,

상기 급전기 복합체를 구성하는 복수의 급전기 각각을 급전거리, 급전범위, 급전능력을 바꾸어서 이용하기 위해 각각의 급전코일의 사양, 공진주파수, 구동시간의 사양을 설정하고,

상기 급전기 각각에 설치된 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 급전기는,

디지털신호인 송신데이터의 비트열에 대응하여 반송파의 진폭을 변화시킴으로써 송신데이터를 송수신하는 급전기측 통신수단을 가지며,

상기 수전기는,

개체식별(ID) 및 상태센서에 의한 정해진 정보를 가지며,

상기 급전기측 통신수단은.

수전기측의 개체식별과 상태인식을 얻고,

상기 급전기측의 제어회로는,

이물 감지대책, 및 급전효율을 높이기 위한 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 공진주파수 조정을 실행하는 것을 특징으로 한다.

따라서 공진 극대에 있어서의 전압 상승을 피하는 것 및 급전효율을 올리는 것이 가능해진다.

상기 수전기는,

필요로 하는 출력전력에 관한 출력전력정보를 변동하는 것으로서 갖고 있으며,

상기 급전기측 통신수단은,

상기 수전기의 출력전력정보를 수신하고,

상기 급전기는,

상기 급전기측 통신수단이 수신한 출력전력정보에 맞춰 상기 수전기의 공진주파수 주기 범위에서 상기 급전기의 구동시간을 제어하는 구동시간대화조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무선급전시스템에서는, 수전기의 구동방법과, 공진주파수의 조정방법에 의해 급전기측에 병렬공진회로를 채용한 무선급전이면서 낮은 손실로 발열 등도 비교적 낮게 할 수 있고 또한 일정 급전거리에서 높은 급전효율로 수전장치에 에너지를 보내는 것을 가능하게 했다. 더욱이, 낮은 결합계수에서 높은 급전효율을 나타내기 때문에 급전범위, 급전거리를 종래의 직렬공진회로를 이용한 무선급전보다 향상시킬 수 있었다. 더욱이, 복수의 수전기에 대해 동시에 무선급전하는 것에도 최적의 급전시스템이다.

도 1은 본 발명의 무선급전시스템의 기본회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 급전측 기본파형도이다.
도 3은 본 발명의 수전측 기본파형도이다.
도 4는 급전거리와 급전효율의 그래프 예이다.
도 5는 급전계수와 급전효율의 그래프 예이다.
도 6은 급전효율과 출력전력과 결합계수의 그래프 예이다.
도 7은 복수의 유닛을 가진 이미지를 나타낸 도면이다.
도 8은 복수의 유닛을 가지며, 급전거리를 늘린 이미지를 나타낸 도면이다.
도 9는 급전측 공진회로가 직렬공진회로인 경우의 기본회로 구성도이다(참고도).
도 10은 공진회로에 있어서 콘덴서의 전압 위상과 전류 위상의 관계를 설명하는 도면이다.
도 11은 직렬공진과 병렬공진의 차이를 설명하는 도면이다.
도 12는 병렬공진회로에 있어서의 공진상태와 구동상태를 설명하는 도면이다.
도 13은 거리와 결합계수의 관계를 설명하는 도면이다.
도 14는 급전측과 수전측에서 공진주파수가 같은 경우의 결합특성을 설명하는 도면이다.
도 15는 급전측과 수전측에서 공진주파수가 다른 경우의 결합특성을 설명하는 도면이다.
도 16은 AC특성을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 시스템을 실현하기 위한 바람직한 형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은, 본 발명에 따른 무선급전시스템의 기본회로 구성도를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 무선급전시스템은, 급전기(10)와 수전기(2)의 조합으로 구성된다. 급전기(10)에서 수전기(2)로 전기적 에너지를 공급한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 수전기(2)는, 수전코일(1), 수전측 공진용 콘덴서(3), 정류회로(4), 및 배터리 등의 부하(5)로 구성된다. 공진용 콘덴서(3)는 병렬로 단수 또는 복수의 콘덴서로 구성되어 있다.

수전기(2) 측의 특징적인 점이 몇 가지 있다.

첫째, 수전기(2)에는 어떠한 배터리 등의 부하(5)를 탑재한다.

둘째, 수전기(2)에 설치된 수전코일(1)과, 급전기(10)의 급전코일(11)의 크기와 소재, 전기적 사양은, 급전범위, 급전거리, 급전능력에 대응하여 설계된다.

셋째, 수전기(2)의 수전코일(1)과 수전측 공진용 콘덴서(3)는 이른바 공진기(LC공진회로)의 구성으로 이루어지며, 정해진 공진주파수에서 좋은 특성이 되는 사양의 구성으로 한다.(급전기의 급전코일(11)과 급전측 공진용 콘덴서(14)에 대해서도 동일하다.)

넷째, 수전기(2)가 병렬공진회로인 경우 정류회로는 반파정류라도 좋다.

본 발명에서는 허용받은 공진주파수의 차이 폭이 크기 때문에 제조되는 전기적 특성의 편차, 이른바 수율의 과제에 대해서도 충분히 현실적으로 대응 가능하다. 따라서 기종마다 공진주파수를 정해 가는 것도 생각할 수 있다.

급전기(10)는 급전코일(11), 급전코일(11)과 함께 공진회로를 구성하는 공진용 콘덴서(14), 급전코일(11)에 전력을 온, 오프 하기 위한 스위치회로(12), 스위치회로(12)를 조작하는 제어회로(17)를 갖고 있다. 공진용 콘덴서(14)는 병렬로 단수 또는 복수의 콘덴서로 구성되어 있다. 제어회로(17)에는 스위치의 온, 오프 타이밍을 만드는 주파수조정회로(15)(예를 들면 PLL회로를 포함한 회로)가 연결된다. 제어회로(17)에 포함된 형태이며, 공진상태를 검출하는 공진상태센서(16)가 있다. 이것은 예를 들면 위상검파회로로 구성된다. 공진상태센서(16)에는 전류센서(19)와 전압센서(20)가 연결된다. 또한 급전코일(11)에 전력을 공급하고, 각 회로에 필요한 전원을 공급하는 전원(18)이 급전기(10)에는 설치된다.

급전기(10) 측의 특징을 열거한다.

첫째, 급전코일(11)과 공진용 콘덴서(14)는 병렬공진회로를 구성한다.

둘째, 스위치회로는 1개이다. 이 스위치를 온 했을 때는 구동상태, 오프 했을 때는 공진상태라고 한다.

셋째, 제어회로(17)에 의해 주파수조정회로(15)의 타이밍을 사용하고 스위치회로(14)의 제어를 하고 구동상태와 공진상태의 타이밍 제어를 한다.

넷째, 제어회로(17)는 공진상태(주로 주파수의 차이)를 감지하는 공진상태센서(16)를 가지며, 공진상태센서(16)의 감지결과에 기초하여 급전을 중지하는 제어와 공진주파수를 조정하는 제어를 한다.

도 1은 기본적인 회로도(블록도에 가깝다)를 나타내고 있다. 기본적인 회로에서는 급전코일(11)이 갖추어져 있으며, 자속을 발생시켜 전자유도를 일으킨다. 적어도 급전기(10)의 전기회로에는, 급전측 공진용 콘덴서(14)와 전원(18)이 갖추어져 있으며, 수전기(2)의 수전코일(1)에 대해 일정한 주파수에 의한 공진관계를 만든다. 이때의 주파수를 공진주파수라고 부르고, 일반적으로는 인체에 영항이 적은 장파라고 부르는 100kHz 내지 300kHz의 주파수를 사용한다. 이것을 기준공진주파수라고 하면, 본 발명에 있어서 사용하는 기준공진주파수는 특별히 한정되는 것이 아니다. 한편, 후술하는 급전기측의 공진주파수와 수전측의 공진주파수는 통상적이라면 동일한 공진주파수로 맞추지만, 정해진 타이밍시간에 기초한, 차이가 난 형태에서의 공진주파수로 한다는 점에 본 발명의 중요한 특징이 있다.

수전기(2)의 위치관계와 상태에서, 공진주파수에 약간의 차이가 생긴다. 예를 들면, 그 수전기(2)의 수전코일(1)의 위치와 기울기에서 상황이 점차 변화한다. 그래서 급전코일(11)에서 송출되는 자속이 미치는 범위 내에 수전코일(1)이 들어가면 에너지를 공급 가능해진다. 이때, 코일권선끼리의 자기결합상태는 그 결합의 정도를 나타내는 계수를 일반적으로 결합계수(K)라고 한다. 본 발명에 있어서는 급전효율을 높이는 정해진 결합계수의 결정방법에 관해서도 특징을 갖고 있다.

자속에 수전코일(1)이 들어가는 것은 공진주파수의 차이라고 하는 형태로 급전기측에 영향을 미친다. 공진주파수가 어긋나면 에너지공급의 효율이 떨어진다.

그래서 어긋난 주파수와 위상을 공진상태센서(16)(예를 들면 위상검파회로를 포함한 회로)에서 검출하고, 그 주파수와 위상에 따라 급전코일(11)의 공진주파수를 조정한다. 예를 들면 공진용 콘덴서(14)를 변화시킴으로써 조정을 할 수 있다.

이 조정이란, 튜닝이라고도 하며, 제조 때 실시하는 것과, 동작 때 조정회로에 의해 자동으로 제어하는 방법이 있지만, 총칭해서 튜닝조정회로라고 칭한다. 공진용 콘덴서는 단수 또는 복수의 콘덴서로 구성되어 있지만, 가장 단순한 튜닝방법은 미리 여러 가지의 콘덴서를 병렬 연결해 두고 정해진 공진주파수가 되도록 제조 때 불필요한 콘덴서를 패턴 커팅해서 무효로 만들어 공진주파수가 되도록 조정하는 방법이 있다. 또한, 트리머 콘덴서, 가변 콘덴서 등을 배치하고 조절 손잡이로 수동으로 조정하는 방법도 있다.

또한, 동작 때 조정회로에 의해 자동으로 제어하는 방법으로는 미리 여러 가지의 콘덴서와 스위치의 쌍을 병렬 연결해 두고 조정회로가 각 콘덴서에 직렬 연결된 스위치를 제어함으로써 정해진 공진주파수로 만드는 방법이 있다. 또한, 다른 방법으로는 가변 콘덴서의 조절 손잡이에 서보모터를 설치하고 조정회로가 서보모터를 제어함으로써 정해진 공진주파수로 만드는 방법이 있다.

한편, 수전측은, 제조 때 조절하는 방법을 취하는 케이스가 많지만, 미리 수전코일의 인덕턴스를 측정해 두고 이에 맞춘 콘덴서를 미실장 부분에 실장한다는 방법도 넓은 의미로 튜닝조정회로라고 말할 수 있다.

콘덴서를 병렬 연결하면 내부저항을 경감하여 발열을 더욱 억제하는 효과도 있다.

또한 주파수조정회로(15)는 예를 들면 PLL(Phase-Locked Loop) 회로를 내장한 회로에 의해 구동상태의 시간을 길게 하거나 짧게 하거나 함으로써 급전능력(전력)의 조정이 가능하다. 경우에 따라서는 급전코일(11)을 복수개 갖추게 하고 절환함으로써 공진주파수를 변경하는 것도 생각할 수 있다. 여기에서도 주파수조정에 의한 최적의 공진주파수의 조정 값은, 후술하는 정해진 타이밍 시간에 기초한, 어긋난 형태의 공진주파수로 만드는 바가 본 발명의 특징이다.

주파수(또는 위상)의 조정에는 여러 가지 요소를 가미할 필요가 있다. 따라서 마이크로컨트롤러(프로세서, 메모리, 주변회로를 포함한 집적회로) 또는 프로그래머블 로직 디바이스(내부논리회로를 정의, 변경할 수 있는 집적회로) 등을 이용하여 프로그램에 의한 제어를 하는 제어회로(17)를 설치하는 것이 바람직하다. 제어회로(17)는, 공진상태센서(16)(위상검파회로)와 연결되어 있다. 공진상태센서(16)가 주파수 차이와 위상 차이를 감지하여 제어회로(17)에 그 신호를 전송한다. 따라서 정해진 수전기(2) 이외의 물체가 접근했을 때, 비정상적인 주파수와 위상을 공진상태센서(16)가 감지하고 그 신호를 제어회로(17)에 전송하며, 제어회로(17)가 전원(18)에 작용하여 급전을 중지하는 것이 가능해진다.

본 발명의 무선급전시스템은 도 1에 나타낸 기본회로로 구성된다. 급전기(10)의 공진용 콘덴서(14)의 위치가, 급전코일(11)과 병렬 연결되어 있는 것이다. 이런 공진용 콘덴서(14)를 배치하고 있는 회로는 일반적으로 병렬공진회로라고 불리고 있다. 한편, 자주 이용되고 있는 무선급전시스템에서는 직렬공진회로를 형성하고 있으며, 이런 공진용 콘덴서의 위치가 코일과 직렬로 배치되어 있다.

이러한 병렬공진회로의 경우, SW1을 온 하여 안정적인 공진상태가 된 후, SW1을 오프 했을 경우, 수전코일(1)과 콘덴서(3)에 저장된 에너지가 방출하는 동안 수전기(2)와의 공진상태를 급전기(10)가 지속하는 것이 특징이다. 여기서, 급전코일(11)과 병렬 연결되어 있는 공진상태센서(16)가 검출한 공진상태의 천이를 바탕으로, 제어회로(17)는 공진용 콘덴서와, 주파수조정회로(PLL회로)(15)에 의한 구동상태의 타이밍 제어를 통하여 적합한 주파수의 전원 공급을 실현한다. 이러한 공진상태센서(16)는, 공진상태를 검출하는 센서이며, 전압, 전류 천이의 검출 및 공진주파수의 위상 검파 등을 검출한다.

도 1의 수전기(2)의 공진주파수 위상차이는 명확하게 알기가 어렵다. 하지만, 공진상태센서(16)에서 얻는 여러 가지 상황을 미리 시뮬레이션하고 이에 기초한 프로그래밍을 함으로써 공진주파수를 높일지 낮출지 그 상태로 유지할지의 단순한 판단을 내리는 처리를 할 수 있다. 그리고 게다가 그 조정 후의 결과 천이를 검출함으로써 적합한지 부적합한지 판단하고 시행착오에 의한 제어를 할 수 있다.

또한 제어회로(17)가 제어하여 공진용 콘덴서를 조정하는 경우, 특수한 부품인, 정밀하게 제어할 수 있는 가변 콘덴서(전극의 한쪽을 움직이게 함으로써 전기용량을 변경할 수 있는 콘덴서) 등이 이상적이지만, 현재로서는 현실적인 부품이 적기 때문에 굳이 조정하지 않고 고정주파수로서 이용한다고 해도 충분히 니즈(needs)에 부응할 수 있는 사양 값을 제시할 수 있다.

또한, 복수의 코일을 바꿔버리는 방법도 생각할 수 있다.

또한, 구동시간을 조정하는 것으로도 공진주파수를 조정하게 된다.

도 1의 스위치회로(12)의 상세 예는 N채널 MOSFET와 쇼트키 배리어 다이오드로 구성된다. 또한 수전기(2)의 조정회로(4)의 상세 예에서는 콘덴서와 전압안정화회로(6)와, 쇼트키 배리어 다이오드(7)로 구성된다. 이것들은 일예이며, 제품사양에 따라 적합한 구성으로 한다.

또한, 본 방식에 따르면, 코일에 있어서의 인덕턴스는 높아져도 좋고, 가능하다면 코일은 저저항이면 요건을 충족하고 저손실 등의 효과도 높다. 그래서 1회 감기 내지 5회 감기 이하의 권수이며 저저항 소재의 선재로 사용한 코일과 이에 맞춘 공진용 콘덴서의 조합으로 하면 더욱 효과를 내는 것이 가능하다. 특히 급전기측의 급전코일에 있어서는 수전코일보다 큰 사이즈의 상기 급전코일로 한다면 복수의 수전기에 대하여 높은 효율의 급전이 가능해진다.

도 2는, 도 1에 도시된 급전기(10)의 기본파형도인 스위치회로(12)의 제어용 펄스파형으로서, 구동전압펄스(21)가 있다. 이러한 구동전압펄스는 도 1의 A점에서의 파형이며, 틀림없이 주파수조정회로(15)의 타이밍에서 제어회로(17)에 의해 스위치회로(12)를 제어함으로써 생성되는 펄스이다. 구동전압펄스(21)가 하이일 때 스위치 온이 된다. 요컨대, 스위치 온 때, 전원(18)의 전력이 공진용 콘덴서(14)에 공급되므로 구동상태가 된다. 이러한 구동시간(28)(t1)을 구동펄스폭(25)이라고 부른다.

스위치가 오프 되어 구동하지 않는 시간은 공진상태 즉 공진시간이 된다. 공진시간(29)(t2)을 급전측 공진주기(26)(t2)라고 부른다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 급전코일(11)과 공진용 콘덴서(14)가 병렬공진회로를 구성하는 경우, 구동상태에 있어도 공진상태에 있어도 급전기(10)가 수전기(2)와 공진상태에 있으면 에너지를 계속 공급한다고 말해도 무방하다. 즉 수전측 공진주기(27)(t3)는 급전기의 공진상태 시간(t2)에 구동상태 시간(t1)을 합계한 시간이 0.9(t1+t2)〓＜t3〓＜1.1(t1+t2)가 성립하도록 튜닝조정회로를 조정한다.

한편, 급전기측에서 보면, 실제로는 구동상태 때 에너지가 순간적으로 공급되지만 이러한 설명은 후술한다.

스위치회로(12)의 스위치를 온 하고 있는, 즉 구동전압펄스를 공급하고 있는 동안, 공진코일전압(23)은 제로값 근처로 한다(제로값 근처가 되는 타이밍에서 구동전압펄스를 공급한다고도 말할 수 있다). 또한 공급코일전류(22)는 구동시간(28) 동안, 결과적으로 왜곡된 파형을 나타내고 있다. 구동시간(28) 동안에는 공진코일전압(23)이 제로 상태이고, 구동전류(24)가 흐르고 있는 상태이다. 구동전류(24)는 도 1의 B점에서의 파형이다. 공진용 콘덴서(14)는 정확하게 공진코일전류의 90도 위상이 차이가 난 형태로 교류파형으로 나타나 있지만, 구동전류(24)는 공진용 콘덴서(14)에 저장된 전력에너지의 일부가 바뀐 것이다.

전류가 흐르면 급전코일(11)에서 출력되는 자속으로 변환된 형태로, 수전기(2)의 수전코일(1)에 작용하고 전자유도가 일어나서 에너지를 회수할 수 있으므로 에너지가 마치 이동한 것처럼 보인다. 이런 회수된 에너지량의 감소가 공진코일전류(22)의 왜곡으로 관측된다.

한편, 스위치 손실의 관점에서도, 본 발명에서는 우위성이 있는 특징을 나타내고 있다. 구동시간(28) 동안에는 공진코일전압(23)이 제로 근처의 상태이지만, 이때 스위치회로(14)의 스위치 전환이 이루어질 즈음 전압이 걸려 있는 경우에는 이른바 스위칭으로 인한 스위칭 손실이 발생한다. 전류와 전압의 중첩으로 인해 발생하는 것이므로 본 발명에서는 공진코일전압(23)이 제로 근처의 상태에서 스위치되도록 하여 스위칭 손실이 최소화한다는 효과를 내고 있다. 더욱이 여기에 흐르는 구동전류(24)는 공진코일전류(22)를 초과하는 적이 없기 때문에 고전류의 피크 파형을 생성하는 적이 없다. 결과적으로 스위칭 손실이나 스트레스를 억제하는 것이 가능하며, 이러한 손실은 열손실이라고도 말할 수 있으므로 열이 발생하기 어려운 효과로도 이어진다. 일반적인, 전압이 제로인 상태에서 하는 스위칭, ZVS방식과 유사하지만, 본 발명에서는 무선급전의 급전수단에 잘 활용한 새로운 방식이다.

또한, 도 2의 그래프에서는 공진코일전압(23)이 제로값이 되기 전에 구동펄스가 온이 되어 있다. 이것은 스위칭에 지연이 있는 이유로부터 제로값이 되기 전에 즉 제로값 근처에서 구동펄스를 온 한다. 더욱이, 약간 제로값이 아닌 것은 스위칭회로에 저항값이 있고 그만큼 전압으로서 나타나버린다. 어느 쪽으로 하더라도 본 설명에서는 방식 상의 본질적인 사고방식을 나타냈다.

구동시간의 구동전압펄스(21)의 구동펄스폭 길이, 구동전압펄스의 세기로서 수전기(1)에 공급하는 전력에너지, 즉 공급능력으로서 나타난다. 요컨대 수전기(1)에 공급하고 싶은 전력에 따라 크게 하고 싶은 경우는 구동펄스폭(25)을 길게 함과, 구동전압펄스(21)를 크게 함으로써 실현된다. 작게 하고 싶은 경우는 그 반대이다.

단, 구동펄스폭(25)을 길게 하면, 수전기(1)의 수전코일과의 결합이 강해지게 되고 너무 강해지면 효율이 나빠지는 결과가 되기 때문에 그저 길게만 하면 좋을 리가 없다. 또한 구동전압펄스(21)의 전압을 크게 하는 것은 각종 전자부품의 내압이 필요해지고 현실적이지 않기 때문에 어느 정도의 한계가 있다. 따라서 저절로, 수전기가 원하는 전력의 설계값 한계가 정해지기 시작한다. 구동펄스폭에 더하여 급전코일(11)과 수전코일(1)의 사양도 크게 관계하고, 급전범위나 급전거리의 사양도 관계하므로 이러한 종합적인 파라미터의 밸런스에 의해 구동전압펄스와 구동펄스폭의 사양을 결정하게 된다.

그리고 구동펄스폭의 사양이 정해지면 급전기(10)의 급전코일(11)과 공진용 콘덴서(14)의 공진기로서의 설계값, 즉 공진주파수를 정할 수 있다. 급전기(10)의 공진주파수는 급전측 공진주기(26)의 주기시간으로 정한다. 한편 수전기(2)에 있어서는 구동펄스폭(25)과 급전측 공진주기(26)의 주기시간을 합산한 수전측 공진주기(27)의 주기시간으로 정할 수 있다. 이러한 것으로부터 본 발명에서는 급전기(10)의 공진주파수와 수전기(1)의 공진주파수으로는 정해진 차이를 갖고 조정하는 것이 본 발명의 특징을 가장 잘 나타내는 사항으로 되어 있다.

도 3은 본 발명의 수전측 기본파형도이다. 도 2의 급전측 파형 중 구동전압펄스(31), 구동전류(34), 구동 측 공진코일전압(33)을 중첩하여 나타내고 있다. 구동전류(34)가 흐르고 일정한 지연시간(35) 후에 수전측 다이오드전류(32)가 흐른다. 수전측 다이오드전류(32)는 도 1의 C점에서의 파형이다. 이런 전류는 수전측 정류회로(4)의 쇼트키 배리어 다이오드(7)의 입력전류이다. 공진의 정상상태가 되면 구동전류(34)가 급전측 급전코일(10)로 흐르면 전자유도에 의해 수전코일(1)을 전자유도하고 수전측 정류회로의 입력전류 즉 수전측 다이오드전류(32)는 구동시간 동안에 피크가 된다. 이런 전류를 정류하고 부하와 연결함으로써 전력을 추출할 수 있다. 수전코일전류(35)는 수전측 공진주파수 주기를 단적으로 나타내고 있다. 요컨대 수전측 공진주기(37)는 구동측 공진코일전압(33)의 공진주파수 주기에 구동전압펄스(31)의 시간을 더한 주기, 즉 0.9(t1+t2)≤t3≤1.1(t1+t2)의 조건을 충족시키는 것을 알 수 있다.

본 발명의 원리를 더욱 상세히 설명한다. 급전기(10)의 스위치회로(12)의 스위치(도 3에서는 SW1)를 온 하면, 전원(18)에서 흐르는 전류가 공진용 콘덴서(14)에 흘러들어간다. 요컨대 공진용 콘덴서는 충전되고 있는 상태가 된다. 이때의 전류가 구동전류가 되고 공진코일전압이 제로에 가까운 상태로 급전코일(11)로 흐른다. 이에 따라 병렬공진회로의 공진상태 동안에 에너지의 이동이 균형상태(에너지의 이동이 외부로부터는 움직이고 있지 않은 듯이 보이는 상태)에 있었지만 전류 흐름의 왜곡으로 인해 그만큼의 에너지가 더 많이 이동하게 된다. 이런 에너지의 이동이 본 발명의 무선급전에 있어서의 원리이다.

한편 스위치회로(12)의 스위치를 오프 하면, 공진용 콘덴서에 충전된 전력이 전류가 되고 폐쇄된 회로계 내에서 급전코일(11)에 흘러들어가서 수전기(2)의 수전코일(1)과의 사이에서 이상적인 공진상태를 형성한다. 이때도 급전코일(11)에 의해 자속이 생겨 수전기(2)의 수전코일(1)에 전자유도를 일으키고 있는 것이지만, 이런 공진상태에서는 공진상태가 강한(정상상태라고도 한다) 상태일수록 외부에서 보면 거의 에너지가 이동하지 않는 상태로 보인다. 일반적으로 병렬공진회로에서 무선급전은 할 수 없다고 말하고 있는 것은 이런 점에서, 수전기(2)의 수전코일(1)에는 급전코일(11)로부터 보내 오는 자속과는 위상이 90도 차이가 난 자속이 발생하기 때문에 결합을 저해하는 상태가 된다. 또한, 완전한 공진상태에서는 공진주파수에서 서로의 전류를 서로 상쇄하여 외부로부터는 임피던스가 무한대로 보이며, 흐르는 전류가 매우 작아진다. 이때 콘덴서의 내부에 전력으로서 저장된 에너지와, 코일 내부에 자력으로서 저장된 에너지가 시스템의 내부에서 서로 이동하기 때문에 외부에서 봤을 경우에는 에너지의 출입이 없는 상태가 된다. 따라서 공진상태에서는 에너지를 이동할 수 없거나 이동하기 어려운 상태가 되어 있는 것이다.

한편 수전기(2)의 파형은 공진코일전류와 공진코일전압이 90도 위상이 차이가 난 상태이며 수전측 공진주기(27)에 따라 비교적 깔끔한 공진파형을 나타내게 된다. 그리고 급전기(10)가 구동시간(28) 때 흐르는 전류의 에너지가 자속으로 변화하고 이것을 수전코일(1)이 받았을 때 전류로서 나타난다. 이런 전류에서 부하가 가해지면 전력으로서 추출하는 것이 가능해진다.

구동시간(28)의 구동펄스폭(25)에 있어서 펄스폭의 결정방법에 관해서 수전기(2)의 공진주파수, 즉 공진주기의 약 1/4 이하인 듀티(Duty)비로 하면 높은 급전효율이 되는 것을 알고 있다. 급전능력(급전할 수 있는 전력)은 구동펄스폭(25)이 Duty비, 약 16%에서 거의 최대가 된다. 16%∼25%는, 전력소비가 증가하지만 급전능력의 상승이 적다. 또한, 너무 낮아도 급전능력은 높아지지 않는다. 결과적으로 구동펄스폭(25)을 약 5%∼16%의 Duty비 제어를 하면 급전능력(급전할 수 있는 전력)을 낮게 하거나 높게 하거나 하는 제어가 가능해진다.

예를 들면 수전기측의 출력전력 정보, 혹은 필요로 하는 요구전력정보에 대응하여 Duty비를 제어하면 수전기측이 필요로 하는 전력에 대응하여 급전할 수 있다.

예를 들면 수전기가 라이트장치로 광량의 조정이나 배터리의 충전상태(완전 충전 때는 전력은 작아지는 등)에 대응하여 Duty비로 제어할 수 있다.

구동시간을 너무 늘리게 하거나, 결합계수가 높은 상태의 경우에는 공진상태의 균형이 무너지는 결과가 되어 예를 들면 공진코일전압이 매우 높아지거나 하여 전자부품을 손상시키는 요인이 된다. 본 발명에서는 이런 결합계수를 적절히 정하는 것도 중요한 요소로 되어 있으며, 약 K〓0.05∼0.3(5%∼30%) 정도가 효율적으로 에너지를 보내는 급전효율의 범위인 것으로 되어 있다. 그 중에서 K〓0.16(16%) 정도가 피크 값을 나타내고 있다. 반대로 말하면 이런 결합계수가 되도록 구동펄스폭의 사양, 급전코일(11)과 수전코일(1)의 사양, 급전범위와 급전거리의 사양을 결정하면 좋은 것이 된다.

또한, 결합계수는 결합거리에 크게 관계한다. 도 4는 급전거리와 급전효율의 그래프 예이다. 도 5는 결합계수와 급전효율의 그래프 예이다.

요컨대 도 5의 일반적인 직렬공진회로의 데이터(51)에 있는 바와 같이 결합계수가 높을수록 결합효율이 높아진다. 이것은 도 4의 일반적인 직렬공진회로의 데이터(41)의 급전효율이 높은 위치는 급전거리가 제로 때인 것을 나타내고 있다. 즉 급전코일(11)과 수전코일(1)의 거리가 가까우면 결합계수는 높아지고 멀면 작아지지만, 일반적인 직렬공진회로에서는 결합계수가 높은 쪽이 더욱더 에너지를 보낼 수 있는 것으로 되어 있기 때문에 급전코일(11)과 수전코일(1)의 거리가 가까운 쪽이 에너지의 급전효율이 높다.

한편, 본 발명에서는 도 5의 본 발명의 일예의 데이터(52)에 있는 바와 같이 결합계수가 비교적 낮은 K〓0.05∼0.3(5%∼30%) 정도가 급전효율이 높기 때문에 도 4의 본 발명의 일예의 데이터(42,44)에 있듯이 급전코일(11)과 수전코일(1)을 일정한 거리를 두었을 때, 높은 급전효율로 만들 수 있다.

도 6에는 급전효율과 출력전력과 결합계수의 그래프 예를 나타낸다. 구동펄스의 Duty가 15%∼30%인 범위에서 급전효율, 출력전력 모두 높은 수치로 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다.

일반적인 직렬공진회로의 데이터(41)에서는 급전코일(11)과 수전코일(1)의 거리가 가장 가까울 때, 높은 급전효율을 나타내지만, 실제로 무선급전 제품에서는 케이싱되어 있기 때문에 케이스 두께분(43) 급전거리가 필요하다. 그러므로 일반적인 직렬공진회로의 급전효율이 가장 높은 급전거리에서는 실제의 제품에 적용할 수 있는 케이스는 있을 수 없다고 말하지 않을 수 없다. 본 발명은 일정한 거리에 높은 급전효율을 나타내고 있는 점에, 실용성이 있는 발명이라고 말할 수 있는 것이다.

마찬가지로 급전계수가 비교적 낮을 때, 높은 급전효율이 되는 장점을 살려서 급전코일(11)을 수전코일(1)보다 크게 하는 것이 가능하다. 결합계수는 수전코일(1)에 들어가는 자속과 관계하기 때문에 자속을 받기 어려운 수전코일의 사이즈로 하더라도 결합계수가 적절하면 좋은 것이 된다. 이런 관계의 경우 급전코일(11)의 크기만큼 급전거리를 늘리는 것이 가능해진다. 또한, 이용되지 않는 자속을 효과적으로 활용하여 복수의 수전기에 대해 무선급전을 용이하게 할 수 있는 것이다.

일반적인 기존의 무선급전장치의 경우 수전기(2) 측에 주파수검파회로 및 수전기(2)가 어떠한 상태에 있는지를 나타내는, 급전기(10)에 대한 통신수단이 구비되는 경우가 많다. 통신수단에 의해 급전기(10)에 송신하고 급전기(10)는 적절하게 공진주파수를 조정하는 구조를 가진다. 이 경우 수전기(10)에는 정해진 IC회로가 필요하다.

반면에 당해 발명에서는 수전기(2)의 회로를 최대한 단순화하는 구조로 구성한다. 이런 단순화된 구성에 의해 충전하면서 방전하는 것이 가능해지기 때문에 전자기기의 내부에 충전기를 설치한 채 무선급전시스템에 의해 충전하고 동시에 당해 전자기기에 대해 방전하여 전력을 공급하는 것이 가능해진다.

또한 급전기(10)의 전류센서(21) 및 전압센서(20)로 구성되는 공진상태센서(16)를 자세하게 살펴보면 수전기(1)가 급전상태가 되어 있는지 여부를 그 변동 등으로 감지할 수 있다. 수전기(1)가 있는지 여부의 판단은 하고 슬립상태, 즉 제어회로(17)에 의해 전원(18)을 정지하거나, 주파수조정회로(15)의 타이밍에서 구동시간을 단축하는 등의 대응을 취할 수 있다.

또한, 수전기가 급전범위를 벗어난 순간 과전압이 급전기측에 걸리는 경우가 있다. 이것을 단적으로 방지하기 위해 유사한 감지로부터 과전압보호로서 구동펄스폭을 제로로 만들면 급전효율을 제로에 접근시켜 급전을 일시적으로 무효로 할 수도 있다.

본 발명에서는 급전기(10)에서 수전기(2)로의 통신수단을 가질 수 있다. 예를 들면 ASK방식이라고 부르는 변조방식, 예를 들어 진폭편이변조 또는 진폭 시프트 키잉으로서 디지털신호인 송신데이터의 비트열에 대응하여 반송파의 진폭을 변화시킴으로써 송신데이터를 송수신한다. 이런 통신수단을 이용하면 고유의 ID를 수전기(2)에 갖게 하고, 급전되었을 때 급전기(1)에 송신하면 수전장치의 고유 ID를 인식할 수 있음과 아울러 이에 적합한 급전능력(전력)으로 변경 가능해진다. 또한, 이물 감지에도 효과적으로 사용할 수 있는 수단이다.

본 발명에서는 급전기의 적어도 급전코일과 공진용 콘덴서, 스위치회로를 갖는 세트를 복수 갖게 하면 급전범위를 넓혀 급전능력(전력)을 높이는 것을 가능하게 한다. 이런 때는 메인이 되는 제어장치를 복수 설치하여도 좋고, 1개 설치하여도 좋다. 어느 쪽으로 하여도 각각의 세트가 독립적이거나 협동적으로 작동하도록 제어시킨다.

예를 들면 1개의 급전부가 전체를 제어하는 메인 제어기능을 전부를 가지며, 적절하게 복수의 급전기의 상태, 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하면 좋다.

도 7은 복수의 유닛을 가진 이미지 도면이다. 도 1에 나타낸 급전기와 수전기를 유닛으로 하고 복수 병렬화시킨 이미지가 된다. 이 도면에서는 수전코일유닛(71)이 15개. 수전코일유닛(71)에는 출력단자(72)가 있고 모든 수전코일유닛의 출력단자에서 출력되는 전력을 모아서 큰 전력을 얻을 수 있다. 예를 들면 1개 유닛 100W이라면 15개 모두가 완전한 수전이 되면 1500W의 전력을 얻을 수 있다. 급전코일유닛(73)은 급전범위(X)에 6개, 급전범위(Y)에 4개 있는, 24개 병렬 배치되어 있다. 이런 개수는 수전코일유닛의 개수가 그 이상이면 좋고, 많이 배치하면 급전범위를 넓히는 것이 가능해진다. 급전코일유닛(73)은 전력의 입력단자(74)가 있으며 스위치회로를 제어하는 제어단자(75)가 적어도 구비된 유닛이다. 이것들의 전력 입력, 스위치회로의 제어를 1개의 메인 제어유닛이 관리하여도 좋고 각각이 독립적으로 기능하고 있어도 좋다. 이때의 급전거리는 급전코일유닛(73) 1개의 급전거리 능력이 된다.

도 8은 복수의 유닛을 가지며 급전거리를 늘린 이미지이다. 앞서 기술한, 본 발명의 높은 급전효율을 나타내는 급전거리(급전범위) 또는 결합계수가 있는 것을 설명하였다. 또한, 수전코일의 위치에서 공진주파수가 변동하는 것도 설명하였다. 본래라면 공진주파수를 적절하게 조정하는 것이 바람직하지만 급전거리 및 급전범위를 컨트롤하는 방법으로서 적절하게, 복수의 사양이 다른 급전코일유닛을 적절히 바꾸면 목적을 달성시킬 수 있다. 급전코일유닛은 적어도 급전코일과 공진용 콘덴서와 스위치회로로 구성되어 급전코일의 사양과 공진주파수와 구동시간의 사양을 변경함으로써 사양을 형성한다. 도 8의 수전코일유닛(80)에 급전을 하기 위해 급전거리(81)를 달성시키고 싶다. 하지만, 급전효율이 높은 위치에 한계가 있기 때문에 급전코일유닛을 2종류 배치하였다. 큰 급전코일유닛을 A로 하고 급전코일유닛회로A(83)와 연결되어 있다. 이런 코일유닛은 급전거리A(82)의 특성을 나타낸다. 급전거리도 코일의 사이즈만큼 넓다. 한편, 작은 급전코일유닛을 B로 하고 급전코일유닛회로B(84)와 연결되어 있다. 이런 코일유닛은 급전거리B(83)를 나타내고 급전거리(A)보다 낮고 급전범위도 좁은 특성을 나타낸다. 여기서 급전거리(B)의 때에 급전능력(급전할 수 있는 전력)을 올려도 좋다. 즉 예를 들면 기기의 배터리를 충전하는데 이용하는 경우 급전거리(B)에서는 급속충전모드, 급전거리(A)의 때에는 급전거리가 높은 위치에서의 사용방법과, 2종류를 적절히 사용하는 것을 할 수 있다. 도 8은 블록도로 되어 있고 단순화된 것이지만, 각각의 급전코일유닛회로에서부터 제어신호선 및 공진상태센서신호선(86)이 제어회로 등(85)과 각각 연결되어 있다. 제어회로는 공진상태센서신호선의 정보를 보면서 제어신호를 보내어 각각의 급전코일유닛회로에 급전의 온, 오프 등의 제어를 한다.

이때, 도 5의 급전거리와 급전효율의 그래프 예에서는 본 발명의 일예의 데이터(42,44)를 합성한 것과 같은 형태로, 고효율 급전할 수 있는 거리를 늘릴 수 있다.

≪전력전송효율의 주파수특성이 단봉특성, 쌍방특성이 되는 것에 착안한 실시예≫

이하 도 10 내지 도 16을 참조하여 전력전송효율의 주파수특성에 착안한 실시예에 대해 설명한다.

도 10은 공진회로에 있어서 콘덴서의 전압위상과 전류위상의 관계를 설명하는 도면이다.

손실이 없는 이상적인 병렬공진회로는 공진주파수의 타이밍에서 에너지를 콘덴서와 코일 사이에서 서로 전달하여 에너지가 보존된다. 하지만, 현실적으로는 손실이 있기 때문에 진동은 점차 작아진다.

도 10의 (a)는 콘덴서의 상측 전극에 ＋전하가 완전히 충전되어 있는 상태를 나타내고 있다. 콘덴서에만 에너지가 저장되어 있고 코일에는 에너지가 저장되어 있지 않다.

도 10의 (b)는 콘덴서에서 방전이 되어 전류가 흐르는 상태를 나타내고 있다. 이때 콘덴서에 저장된 에너지가 코일로 이동하고 있다.

도 10의 (c)는 전류가 최대인 상태를 나타내고 있다. 이때 콘덴서는 방전이 끝나 있으며 코일에만 에너지가 저장되어 있다.

도 10의 (d)는 전류가 계속 흘러 콘덴서를 역방향으로 충전하는 상태를 나타내고 있다. 이때 코일에 저장된 에너지가 콘덴서로 이동하고 있다.

도 10의 (e)는 콘덴서의 역방향 충전이 끝난 상태를 나타내고 있다. 코일의 에너지가 없어지고 콘덴서에 에너지가 저장되어 있다.

도 10의 (f)는 콘덴서에서 방전이 되어 전류가 흐르는 상태를 나타내고 있다. 전류의 방향은 도 10의 (b)의 방향과는 반대 방향이다.

위상을 비교하면 코일에 흐르는 전류의 위상은 전압보다도 90° 지연된다. 또한, 콘덴서에 흐르는 전류의 위상은 전압보다도 90°앞선다.

도 11은 직렬공진과 병렬공진의 차이점을 설명하는 도면이다.

도 11의 (a)는 직렬공진회로의 회로구성을 나타낸다. 도 11의 (b)는 병렬공진회로의 회로구성을 나타낸다.

도 11의 (c)는 직렬공진 때 전류와 주파수의 관계를 나타낸다. 직렬공진회로는 공진주파수에 있어서 임피던스가 제로에 가깝고 전류 통과량이 최대가 된다.

도 11의 (d)는 병렬공진 때 전류와 주파수의 관계를 나타낸다. 병렬공진회로는 공진주파수에 있어서 임피던스가 무한대에 가깝고 전류의 통과량이 최소가 된다.

도 11의 (e)는 직렬공진회로의 Q값과의 관계를 나타낸다. 공진 때는 L(코일)과 C(콘덴서)에는 전원전압의 Q배인 전압이 걸린다.

도 11의 (f)는 병렬공진회로의 Q값과의 관계를 나타낸다. 공진 때는 L(코일)과 C(콘덴서)에는 전원전류의 Q배인 전류가 흐른다.

도 12는 병렬공진회로에 있어서 공진상태와 구동상태를 설명하는 도면이다.

도 12의 (a)는 병렬공진회로가 안정적으로 공진하고 있는 상태를 나타내고 있다. 스위치의 온, 오프로 교류에 가까운 상태를 만든다.

도 12의 (b)는 구동상태를 나타낸다. 코일전압이 제로인 타이밍에서 스위치를 온 하여 그라운드와 연결한다. 코일전류가 콘덴서로 흐르고 있는 동안에는 직렬공진회로시스템의 동작을 한다. 즉 전압이 최소이며 전류가 흐르는 상태이다. 5% 내지 16%의 Duty비 제어가 바람직하다.

결과적으로, 스위칭에 의해 병렬공진과 직렬공진을 시분할로 반복하고 있는 것이지만 동시에 교류발진에 필요한, 스위칭도 겸해서 동작하고 있는 것이 된다. 교류발진의 관점에서 말하면 본래라면 Duty가 50%에서 스위칭해야 하지만 본 발명은 구동시간 즉 직렬공진 때 에너지가 수전코일로 이동하기 때문에 급전하고 싶은 전력에 따라 Duty가 더욱 작아지고, 적절할수록 효율이 좋은 급전을 할 수 있는 것이다. 덧붙여서 Duty가 너무 크면 교류발진의 여력으로 스위칭을 무시하고 발진이 재개하기 때문에 그 전에 스위칭을 한다.

도 13은 거리와 결합계수의 관계를 설명하는 도면이다.

도 13의 (a)는 거리(급전코일과 수전코일의 거리)와 차이(급전코일 중심과 수전코일 중심의 차이)에 의해 결합계수가 얼마만큼 변화하는지를 나타낸 그래프이다.

결합계수가 낮으면 거리와 차이로 인한 변동은 적다. 즉 급전거리, 급전범위(차이)를 크게 확보할 수 있다.

도 13의 (b)는 이런 데이터드리븐(data driven)을 하기 위해 사용한 급전코일을 나타낸다. 종방향이 수전코일 직경의 3배이고 횡방향이 수전코일 직경의 6배인 직사각형 코일을 사용하고 있다. 도 13의 (c)는 이런 데이터드리븐을 하기 위해 사용한 수전코일을 나타낸다. 동심원 형상으로 10회 감은 코일을 사용하고 있다. 급전측에 임피던스 애널라이저를 연결하고 수전측을 오픈과 쇼트한 상태의 임피던스를 측정함으로써 결합계수를 측정한 것이다.

도 14는 급전측과 수전측에서 공진주파수가 같은 경우의 결합특성을 나타낸다. 사용 코아는 급전측과 수전측 모두 페라이트 판이며 코일은 10μH이다. 공진주파수가 모두 230㎑와 같다. 도 14의 (a)는 급전측과 수전측 사이의 거리가 20㎜이다. 도 14의 (b)는 급전측과 수전측 사이의 거리가 10㎜이다. 도 14의 (c)는 급전측과 수전측 사이의 거리가 15㎜이다. 도 14의 (d)는 급전측과 수전측 사이의 거리가 5㎜이다. 코일 사이의 거리가 20㎜일 때와 코일 사이의 거리가 15㎜일 때 단봉특성이 되어 있다. 코일 사이의 거리가 10㎜일 때와 코일 사이의 거리가 5㎜일 때 쌍봉특성이 되어 있다.

일반적으로, 동일한 주파수에서 공진하는 코일과 코일이 가까워지면 이 도면처럼 쌍봉특성이 나타난다. 이때 쌍봉의 피크를 노리고 공진시키려고 하면 특성은 좋아지지만 이런 부분은 좁은 공진주파수이며 불안정하기 때문에 사용하기가 어렵다. 결과적으로 급전거리와 온도 등 환경의 변화 등으로 발생하는 공진주파수 차이에 대해 특성이 변화하기 쉬워 공진주파수를 동적으로 맞출 필요성이 생겨난다.

도 15는 급전측과 수전측에서 공진주파수가 다른 경우의 결합계수를 나타낸다. 사용 코아는 급전측과 수전측 모두 페라이트 판이며 코일은 10μH이다. 공진주파수가 급전측이 250㎑이고 수전측이 215㎑이다. 도 15의 (a)는 급전측과 수전측 사이의 거리가 20㎜이다. 도 15의 (b)는 급전측과 수전측 사이의 거리가 10㎜이다. 도 15의 (c)는 급전측과 수전측 사이의 거리가 15㎜이다. 도 15의 (d)는 급전측과 수전측 사이의 거리가 5㎜이다. 코일 사이의 거리가 20㎜일 때와 코일 사이의 거리가 15㎜일 때 단봉특성이 되어 있다. 코일 사이의 거리가 10㎜일 때와 코일 사이의 거리가 5㎜일 때 쌍봉특성이 되어 있다. 하지만, 쌍봉특성을 구성하는 2개의 봉 사이에 있는 계곡 부분의 깊이는 도 14에 비하면 작은 것을 알 수 있다.

본 발명에서는 공진주파수가 급전측과 수전측에서, 차이가 난 주파수로서 있지만 결과적으로 결합특성인 쌍봉특성이 완화되어 급전거리와 온도 등 환경의 변화 등으로 발생하는 공진주파수 차이에 대해 좋은 특성을 유지할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에서는 한 번 튜닝을 하면 기본적으로 고정주파수라도 좋다.

도 16은 AC특성 대표도이다. AC특성에 있어서도 주파수에 따라 쌍봉특성을 볼 수 있다. 도 16의 (a)는 결합계수 4%, 도 16의 (b)는 결합계수 10%, 도 16의 (c)는 결합계수 15%일 때 AC특성을 나타낸다. 이 도면에서는 적절한 결합계수와, 급전측과 수전측의 공진주파수 차이의 타당성을 찾아내기 위한 도면이다. 도 16에 나타낸 바와 같이 이른바 쌍봉특성의 피크점이 2개 수전측 AC특성에서 나타난다. 본 발명의 시스템에서는 결합계수가 10% 전후에서도 고출력을 얻을 수 있다. 이것은 이런 두 번째 피크점이 영향을 주고 있는 것으로 생각된다. 단 피크점이 일치하도록 설계하는 것은 아니다.

이와 같이 낮은 결합계수 중에서도 이 도면에서는 10%의 결합계수가 적절하고 또한, 급전측과 수전측의 공진주파수가 차이가 나고 있는 쪽이 결과적으로도 좋다는 것을 증명할 수 있다. 본 발명의 구동시간과 공진시간으로 주기 즉 공진주파수를 구하고 있지만 이런 AC특성으로 공진주파수를 결정하여도 거의 같은 결과를 얻을 수 있다.

결합계수〓4%에서 도 16의 (a)의 (급전측) 공진주파수 경우 쌍봉특성의 영향을 받아버리지만 결합계수〓15%에서는 영향이 매우 작다. 즉 정해진 (급전측) 공진주파수에서는 결합계수를 올바르게 설계하면 쌍봉특성의 피크점과 같은 급격한 변동이 보이지 않는 설계를 할 수 있다.

반대로, 정해진 결합계수를 베이스로, 적절한 (급전측) 공진주파수를 설계할 수 있다.

≪단봉특성, 쌍봉특성에 대해 착안한 실시예와 도 10 내지 도 16의 데이터의 관계에 대해≫

일반적으로, 공진주파수가 급전측과 수전측에서 차이나고 있는 경우에는 쌍봉특성을 이용하며 불안정한 특성을 이용하고 있다고 인식되지만, 본 발명에서는 스위칭의 Duty비, 급전측과 수전측 코일의 결합계수, 그리고 AC특성을 숙고하고 많은 샘플로 실증한 결과, 본 발명에 있어서 병렬공진회로의 특성을 이끌어내면서 구동시간에는 직렬공진회로의 다양한 기능을 나타내고 더욱이 쌍봉특성을 완화한 한 다음에, 반대로 쌍봉의 계곡부를 이용한 형태로 하면 로버스트성이라고 부르는, 급전거리, 급전범위, 환경 변화에 있어서 공진주파수 변동에 강한 장치로 만들 수 있었다.

본 발명의 무선급전시스템은 병렬공진회로에서는 무선급전은 적합하지 않다고 되어 있었던 정설에 해결방법을 제시하는 획기적인 것이며, 병렬공진회로에서, 높은 급전효율의 무선급전이 가능해짐과 아울러 낮은 결합계수에서, 높은 급전효율이 되기 때문에 급전거리와 급전범위 또한 유연한 수전코일 설계가 가능해지고, 더욱이 복수를 동시에 급전하는 것이 가능해졌다. 또한, 병렬공진회로이기 때문에 스위치회로 등 부품 수를 적게 구성할 수 있기 때문에 급전에 있어서의 손실을 적게 할 수 있으며 발열을 억제하는 것이 가능하다. 이러한 것으로부터 지금까지 할 수 없었던 무선급전의 가능성을 넓힐 수 있고 나아가 충전을 필요로 하는 모든 산업에 이용할 수 있다.

1: 수전코일
2: 수전기
3: 수전측 공진용 콘덴서
4: 정류회로
5: 부하
6: 전압안정화회로
7: 쇼트키 배리어 다이오드
10: 급전기
11: 급전코일
12: 스위치회로
14: 급전측 공진용 콘덴서
15: 주파수조정회로
16: 공진상태센서
17: 제어회로
18: 전원
19: 전류센서
20: 전압센서
21: 구동전압펄스
22: 공진코일전류
23: 공진코일전압
24: 구동전류
25: 구동펄스폭
26: 급전측 공진주기
27: 수전측 공진주기
28: 구동시간
29: 공진시간
31: 구동전압펄스
32: 수전측 다이오드전류
33: 구동측 공진코일전압
34: 구동전류
35: 수전코일전류
37: 수전측 공진주기
41: 일반적인 직렬공진회로의 데이터
42: 본 발명의 일예의 데이터
43: 케이스 두께분
51: 일반적인 직렬공진회로의 데이터
52: 본 발명의 일예의 데이터
71: 수전코일유닛
72: 출력단자
73: 급전코일유닛
74: 입력단자
75: 제어단자
79: 급전코일유닛
80: 수전코일유닛
81: 급전거리
83, 84: 급전코일유닛회로
85: 제어회로
86: 제어신호선 및 공진상태센서신호선

Claims (44)

1. 자속을 발생하는 급전코일과, 그 급전코일에 자속을 발생시키기 위해 전력을 공급하는 급전회로부를 갖는 급전기와,
   상기 급전코일에서 출력된 자속을 받는 수전코일과, 전자유도에 의해 그 수전코일에 발생된 에너지를 회수하는 수전회로부를 갖는 수전기로 이루어지고,
   공진현상을 이용한 전자유도에 의해 상기 급전기에서 상기 수전기로 전기적 에너지를 공급하는 무선급전시스템이며,
   상기 수전기의 수전회로부는,
   상기 수전코일과의 조합으로 수전측 공진주기로 공진하도록 수전측 공진회로를 형성하는 수전측 공진용 콘덴서를 갖고,
   상기 급전기의 상기 급전회로부는,
   상기 급전코일과의 조합으로 급전측 병렬공진회로를 형성하는 급전측 공진용 콘덴서와,
   상기 급전기의 급전코일에 대해 전원공급의 온(구동상태)과 오프(공진상태)를 교대로 주기적으로 반복하는 스위치회로와,
   상기 스위치회로에 대해 온과 오프를 제어하는 구동펄스신호를 입력하고 그 구동펄스신호를 입력하는 타이밍에 따라 상기 급전측 병렬공진회로의 급전측 공진주기를 정밀 조정하는 제어회로와,
   상기 급전측 공진용 콘덴서의 용량 또는 상기 급전코일의 인덕턴스의 정밀 조정을 하는 급전측 튜닝조정회로를 갖는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수전기의 수전회로부는,
   상기 수전측 공진용 콘덴서의 용량 또는 상기 수전코일의 인덕턴스의 정밀 조정을 하는 수전측 튜닝조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 급전측 튜닝조정회로는,
   상기 수전측 공진주기(t3)가 상기 스위치회로의 오프 시간, 즉 상기 급전기의 공진상태 시간(t2)에 구동상태 시간(t1)을 합계한 시간(t1＋t2)에 대해 0.9(t1+t2)＝＜t3＝＜1.1(t1+t2) 가 성립하도록 작용하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 급전측 튜닝조정회로는,
   단수 또는 복수의 다른 병렬 연결된 콘덴서를 가지며,
   그 단수 또는 복수의 콘덴서를 이용하여 상기 급전측 공진용 콘덴서의 용량을 조정하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 스위치회로는,
   공진코일전압이 제로값 근처가 되는 타이밍에서 상기 구동펄스신호를 온 하고,
   상기 구동펄스신호가 온 되어 있는 동안에 공진코일전압을 제로값 근처로 유지하는 것임으로써
   상기 구동펄스가 온 되어 있는 동안 공진코일전류를 상한으로 한 구동전류가 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
6. 제3항 내지 제5항 중 한 항에 있어서,
   상기 급전기의 상기 구동전류에 의해 발생하는 공진코일전류의 왜곡성분을, 이것으로 인한 급전코일의 자속 변동으로 하고, 전자유도에 의해 수전기의 수전코일에 발생한 에너지로서 수전회로에 있어서 회수하여 급전회로에서 수전회로로의 에너지 이동을 실현하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 급전기의 상기 급전코일은, 1회 감기 내지 5회 감기 이하의 코일로 구성되는 것이며, 그 급전코일의 코일 사이즈는 상기 수전기의 상기 수전코일의 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
8. 제3항 내지 제7항 중 한 항에 있어서,
   상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서는 정해진 공진주파수에 맞춘 병렬공진회로를 구성하고, 상기 수전기의 상기 수전코일과 상기 수전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로 또는 직렬공진회로 중 어느 하나를 구성하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
9. 제3항 내지 제8항 중 한 항에 있어서,
   상기 급전기의 구동시간, 즉 구동펄스를 온 으로 하고 있는 시간은, 상기 수전기의 공진주파수 주기의 1/4 이하로 하고, 그 범위에서, 구하는 급전범위, 급전거리, 급전코일 및 수전코일의 사양을 고려한 급전효율 및 상기 수전기의 출력전력이 높아지는 구동시간이 되도록 구동시간을 조정하는 구동시간조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
10. 제3항 내지 제9항 중 한 항에 있어서,
    상기 튜닝조정회로는,
    상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 수전기의 상기 수전코일의 결합계수(K)가 K〓0.3(30%) 이하의 범위, 또는 이에 가까운 결합계수(K)에서, 소망하는 급전효율 및 수전기의 출력전력이 정해진 값 이상이 되도록 급전범위, 급전거리, 상기 급전코일 및 상기 수전코일의 사양을 정하고, 또한 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 상기 급전코일의 인덕턴스를 조정하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
11. 제3항 내지 제10항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 공진주파수를 변경하는 주파수조정회로와,
    공진상태센서를 더 가지며,
    상기 공진상태센서는,
    상기 제어회로에 연결된 전압센서 및 전류센서와,
    상기 전압센서 및 상기 전류센서의 입력에 따라 위상을 검파하는 위상검파회로를 갖고,
    상기 제어회로는,
    상기 스위치회로와 상기 주파수조정회로의 쌍방을 총괄적으로 제어하여
    높은 급전효율이 되는 공진주파수 또는 급전능력(전력)이 되도록 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 급전측 공진주파수 주기를 조절하기 위해 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
12. 제3항 내지 제11항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 제어회로는,
    상기 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 비정상적인 공진상태이라고 판단했을 경우에는 통상상태에서, 구동펄스의 정지를 하여 일시적으로 급전효율을 제로에 가까이하게 함과 아울러 급전의 정지 또는 대기상태(슬립상태)로 이동하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 제어회로는,
    상기 대기상태(슬립상태)에 있어서, 정해진 간헐적이며 또한 통상보다 약한 출력으로 급전을 하고,
    상기 수전기가 급전 가능한 상태에 있을 때는 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 판단을 하여 통상상태로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서와, 상기 스위치회로와 상기 제어회로를 갖는 급전기가 복수개 병설된 급전기 복합체와,
    상기 급전기 복합체를 형성하는 복수의 급전기의 상기 제어회로를 총괄적으로 제어하는 총괄제어회로를 더 가지며,
    상기 총괄제어회로는, 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 총괄제어회로는,
    상기 급전기 복합체를 구성하는 복수의 급전기 각각을 급전거리, 급전범위, 급전능력을 바꾸어서 이용하기 위해 각각의 급전코일의 사양, 공진주파수, 구동시간의 사양을 설정하고,
    상기 급전기 각각에 설치된 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
16. 제3항 내지 제15항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기는,
    디지털신호인 송신데이터의 비트열에 대응하여 반송파의 진폭을 변화시킴으로써 송신데이터를 송수신하는 급전기측 통신수단을 가지며,
    상기 수전기는,
    개체식별(ID) 및 상태센서에 의한 정해진 정보를 가지며,
    상기 급전기측 통신수단은.
    수전기측의 개체식별과 상태인식을 얻고,
    상기 급전기측의 제어회로는,
    이물 감지대책, 및 급전효율을 높이기 위한 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 공진주파수 조정을 실행하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 수전기는,
    필요로 하는 출력전력에 관한 출력전력정보를 변동하는 것으로서 갖고 있으며,
    상기 급전기측 통신수단은,
    상기 수전기의 출력전력정보를 수신하고,
    상기 급전기는,
    상기 급전기측 통신수단이 수신한 출력전력정보에 맞춰 상기 수전기의 공진주파수 주기 범위에서 상기 급전기의 구동시간을 제어하는 구동시간대화조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
18. 자속을 발생하는 급전코일과, 그 급전코일과 공진회로를 형성하는 급전측 공진용 콘덴서와, 그 급전코일에 자속을 발생시키기 위해 구동전류를 공급하는 급전회로부를 갖는 급전기와,
    상기 급전코일에서 출력된 자속을 받는 수전코일과, 그 수전코일과 공진회로를 형성하는 수전측 공진용 콘덴서와, 전자유도에 의해 그 수전코일에 발생된 에너지를 회수하는 수전회로부를 갖는 수전기로 이루어지고,
    공진현상을 이용한 전자유도에 의해 상기 급전기에서 상기 수전기로 전기적 에너지를 공급하는 무선급전시스템에 있어서의 무선급선시스템이며,
    상기 급전기의 상기 급전회로부는,
    상기 구동전류에 의해 상기 급전코일에 발생하는 공진코일전류가 정현파에 비해 왜곡이 있는 것이 되도록 상기 구동전류를 발생시키고,
    상기 급전코일은,
    상기 왜곡을, 상기 구동전류에 의해 상기 급전코일에 발생하는 자속의 변동으로서 상기 수전코일 측으로 보내고,
    상기 수전코일은,
    상기 왜곡을 전자유도에 의해 그 수전코일에 발생한 에너지로서 받고,
    상기 수전회로는,
    상기 왜곡을 전기에너지로서 회수함으로써
    급전회로에서 수전회로로의 에너지 이동을 실현하는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
19. 제18항에 있어서,
    상기 급전기측 급전코일과 급전측 공진용 콘덴서를 갖는 상기 공진회로는,
    상기 급전기 공진 콘덴서의 용량 또는 상기 급전코일의 인덕턴스의 정밀 조정을 하는 튜닝조정회로를 갖고,
    상기 급전기의 상기 급전코일은 1회 감기 내지 5회 감기 이하의 코일로 구성되는 것이며,
    상기 급전코일의 사이즈는, 상기 수전기의 상기 수전코일의 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 급전기의 급전코일과 급전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로를 형성하고, 수전기의 수전코일과 수전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로 또는 직렬공진회로 중 어느 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
21. 제18항 내지 제20항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 급전회로부는,
    상기 급전코일에 구동전류를 공급하는 구동시간을 상기 수전기의 공진주파수 주기의 1/4 이하로 하는 구동시간조정회로를 더 갖고,
    상기 구동시간조정회로는 그 범위에서, 구하는 급전범위, 급전거리, 급전코일 및 수전코일의 사양 등을 고려한 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 상기 왜곡을 조정하는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
22. 제18항 내지 제21항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 수전기의 상기 수전코일의 결합계수(K)가 K〓0.3(30%) 이하의 범위, 또는 이에 가까운 결합계수(K)가 되도록 조정하는 튜닝조정회로를 더 가지며,
    그 튜닝조정회로는,
    필요로 하는 급전범위, 급전거리, 상기 급전코일 및 상기 수전코일의 사양 등을 고려하여 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 결합계수 및 구동시간으로 상기 왜곡을 조정하는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
23. 제18항 내지 제22항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 공진주파수를 변경하는 주파수조정회로,
    공진상태센서, 및
    제어회로를 더 가지며,
    상기 공진상태센서는,
    상기 제어회로에 연결된 전압센서 및 전류센서와,
    상기 전압센서 및 상기 전류센서의 입력에 따라 위상을 검파하는 위상검파회로를 가지며,
    상기 제어회로는,
    상기 급전회로부와 상기 주파수조정회로의 쌍방을 총괄적으로 제어하여
    높은 급전효율이 되는 공진주파수 또는 급전능력(전력)이 되도록 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 급전측의 공진주파수 주기를 조절하기 위해 구동펄스 시간을 조정하고, 급전측 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
24. 제23항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 제어회로는,
    상기 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 비정상적인 공진상태라고 판단했을 경우에는 통상상태에서, 구동펄스의 정지를 하여 일시적으로 급전효율을 제로에 가까이하게 함과 아울러 급전의 정지 또는 대기상태(슬립상태)로 이동하는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 제어회로는,
    상기 대기상태(슬립상태)에 있어서, 정해진 간헐적이며 또한 통상보다 약한 출력으로 급전을 하고,
    상기 수전기가 급전 가능한 상태에 있을 때는 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 판단을 하여 통상상태로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서와, 상기 스위치회로와 상기 제어회로를 갖는 급전기가 복수개 병설된 급전기 복합체와,
    상기 급전기 복합체를 형성하는 복수의 급전기의 상기 제어회로를 총괄적으로 제어하는 총괄제어회로를 더 가지며,
    상기 총괄제어회로는, 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
27. 제25항에 있어서,
    상기 총괄제어회로는,
    상기 급전기 복합체를 구성하는 복수의 급전기 각각을 급전거리, 급전범위, 급전능력을 바꾸어서 이용하기 위해 각각의 급전코일의 사양, 공진주파수, 구동시간의 사양을 설정하고,
    상기 급전기 각각에 설치된 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
28. 제18항 내지 제27항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기는,
    디지털신호인 송신데이터의 비트열에 대응하여 반송파의 진폭을 변화시킴으로써 송신데이터를 송수신하는 급전기측 통신수단을 가지며,
    상기 수전기는,
    개체식별(ID) 및 상태센서에 의한 정해진 정보를 가지며,
    상기 급전기측 통신수단은.
    수전기측의 개체식별과 상태인식을 얻고,
    상기 급전기측의 제어회로는,
    이물 감지대책, 및 급전효율을 높이기 위한 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 공진주파수 조정을 실행하는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
29. 제28항에 있어서,
    상기 수전기는,
    필요로 하는 출력전력에 관한 출력전력정보를 변동하는 것으로서 갖고 있으며,
    상기 급전기측 통신수단은,
    상기 수전기의 출력전력정보를 수신하고,
    상기 급전기는,
    상기 급전기측 통신수단이 수신한 출력전력정보 또는 요구전력정보에 맞춰 상기 수전기의 공진주파수 주기의 1/4 이하 범위에서 상기 수전기가 필요로 하는 전력이 되도록 반응 좋게 상기 급전기의 구동시간을 제어하는 구동시간대화조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 무선급전시스템.
30. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 급전코일과 상기 수전코일 사이의 거리(L)를 변화시킴에 대응하여 상기 급전코일에서 상기 수전코일로의 전력전송효율의 주파수특성이 단봉특성이 되거나 쌍봉특성이 되는지, 쌍봉특성의 경우 그 쌍봉특성의 쌍봉을 구성하는 2개 봉 사이의 깊이가 얼마나 되는지에 대하여 미리 실험에 의해 얻은 데이터를 저장하는 정보저장장치를 더 갖고 있으며,
    상기 튜닝조정회로는,
    상기 급전코일과 상기 수전코일 사이의 거리가 변화하여도 상기 급전코일에서 상기 수전코일로의 전력전송효율의 주파수특성이 계속 단봉특성인지, 쌍봉특성이 되어도 그 쌍봉특성의 쌍봉을 구성하는 2개 봉 사이의 깊이에 있어서의 전력전송효율이 그 2개 봉 중 낮은 쪽 봉에 있어서의 전력전송효율의 90% 이상이 되도록, 상기 정보저장장치에 저장된 데이터를 참조하여 상기 급전측 공진콘덴서의 용량 또는 상기 급전코일의 임피던스의 정밀 조정을 하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
31. 제30항에 있어서,
    상기 튜닝조정회로는,
    단수 또는 복수의 다른 병렬 연결된 콘덴서를 가지며,
    그 단수 또는 복수의 콘덴서를 이용하여 상기 급전측 공진용 콘덴서의 용량을 조정하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
32. 제30항 또는 제31항에 있어서,
    상기 스위치회로는,
    공진코일전압이 제로값 근처가 되는 타이밍에서 상기 구동펄스신호를 온 하고,
    상기 구동펄스신호가 온 되어 있는 동안에 공진코일전압을 제로값 근처로 유지하는 것임으로써
    상기 구동펄스가 온 되어 있는 동안 공진코일전류를 상한으로 한 구동전류가 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
33. 제30항 내지 제32항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 구동전류에 의해 발생하는 공진코일전류의 왜곡성분을, 이것으로 인한 급전코일의 자속 변동으로 하고, 전자유도에 의해 수전기의 수전코일에 발생한 에너지로서 수전회로에 있어서 회수하여 급전회로에서 수전회로로의 에너지 이동을 실현하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
34. 제33항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 급전코일은, 1회 감기 내지 5회 감기 이하의 코일로 구성되는 것이며, 그 급전코일의 코일 사이즈는 상기 수전기의 상기 수전코일의 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
35. 제30항 내지 제34항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서는 정해진 공진주파수에 맞춘 병렬공진회로를 구성하고, 상기 수전기의 상기 수전코일과 상기 수전측 공진용 콘덴서는 병렬공진회로 또는 직렬공진회로 중 어느 하나를 구성하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
36. 제30항 내지 제35항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 구동시간, 즉 구동펄스를 온 으로 하고 있는 시간은, 상기 수전기의 공진주파수 주기의 1/4 이하로 하고, 그 범위에서, 구하는 급전범위, 급전거리, 급전코일 및 수전코일의 사양을 고려한 급전효율 및 상기 수전기의 출력전력이 높아지는 구동시간이 되도록 구동시간을 조정하는 구동시간조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
37. 제30항 내지 제36항 중 한 항에 있어서,
    상기 튜닝조정회로는,
    상기 급전기의 상기 급전코일과 상기 수전기의 상기 수전코일의 결합계수(K)가 K〓0.3(30%) 이하의 범위, 또는 이에 가까운 결합계수(K)에서, 소망하는 급전효율 및 수전기의 출력전력이 정해진 값 이상이 되도록 급전범위, 급전거리, 상기 급전코일 및 상기 수전코일의 사양을 정하고, 또한 급전효율이 높아지는 구동시간이 되도록 상기 급전코일의 인덕턴스를 조정하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
38. 제30항 또는 제37항에 있어서,
    상기 급전기의 공진주파수를 변경하는 주파수조정회로와,
    공진상태센서를 더 가지며,
    상기 공진상태센서는,
    상기 제어회로에 연결된 전압센서 및 전류센서와,
    상기 전압센서 및 상기 전류센서의 입력에 따라 위상을 검파하는 위상검파회로를 가지며,
    상기 제어회로는,
    상기 스위치회로와 상기 주파수조정회로의 쌍방을 총괄적으로 제어하여
    높은 급전효율이 되는 공진주파수 또는 급전능력(전력)이 되도록 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 급전측 공진주파수 주기를 조절하기 위해 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
39. 제30항 내지 제38항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 제어회로는,
    상기 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 비정상적인 공진상태이라고 판단했을 경우에는 통상상태에서, 구동펄스의 정지를 하여 일시적으로 급전효율을 제로에 가까이하게 함과 아울러 급전의 정지 또는 대기상태(슬립상태)로 이동하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
40. 제39항에 있어서,
    상기 급전기의 상기 제어회로는,
    상기 대기상태(슬립상태)에 있어서, 정해진 간헐적이며 또한 통상보다 약한 출력으로 급전을 하고,
    상기 수전기가 급전 가능한 상태에 있을 때는 상기 공진상태센서의 출력에 기초하여 판단을 하여 통상상태로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
41. 제39항 또는 제40항에 있어서,
    상기 급전코일과 상기 급전측 공진용 콘덴서와, 상기 스위치회로와 상기 제어회로를 갖는 급전기가 복수개 병설된 급전기 복합체와,
    상기 급전기 복합체를 형성하는 복수의 급전기의 상기 제어회로를 총괄적으로 제어하는 총괄제어회로를 더 가지며,
    상기 총괄제어회로는, 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
42. 제41항에 있어서,
    상기 총괄제어회로는,
    상기 급전기 복합체를 구성하는 복수의 급전기 각각을 급전거리, 급전범위, 급전능력을 바꾸어서 이용하기 위해 각각의 급전코일의 사양, 공진주파수, 구동시간의 사양을 설정하고,
    상기 급전기 각각에 설치된 공진상태센서로부터의 정보에 기초하여 상기 복수의 급전기의 상태 즉 급전의 정지상태, 대기상태(슬립상태), 통상상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
43. 제30항 내지 제42항 중 한 항에 있어서,
    상기 급전기는,
    디지털신호인 송신데이터의 비트열에 대응하여 반송파의 진폭을 변화시킴으로써 송신데이터를 송수신하는 급전기측 통신수단을 가지며,
    상기 수전기는,
    개체식별(ID) 및 상태센서에 의한 정해진 정보를 가지며,
    상기 급전기측 통신수단은.
    수전기측의 개체식별과 상태인식을 얻고,
    상기 급전기측의 제어회로는,
    이물 감지대책, 및 급전효율을 높이기 위한 구동펄스 시간을 조정하고, 공진용 콘덴서를 조정하거나 급전코일 패턴을 바꾸는 공진주파수 조정을 실행하는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.
44. 제43항에 있어서,
    상기 수전기는,
    필요로 하는 출력전력에 관한 출력전력정보를 변동하는 것으로서 갖고 있으며,
    상기 급전기측 통신수단은,
    상기 수전기의 출력전력정보를 수신하고,
    상기 급전기는,
    상기 급전기측 통신수단이 수신한 출력전력정보에 맞춰 상기 수전기의 공진주파수 주기 범위에서 상기 급전기의 구동시간을 제어하는 구동시간대화조정회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 병렬공진회로의 무선급전시스템.

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