KR20230077346A - Efficient wireless power charging apparatus and method thereof - Google Patents

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KR20230077346A KR1020210164522A KR20210164522A KR20230077346A KR 20230077346 A KR20230077346 A KR 20230077346A KR 1020210164522 A KR1020210164522 A KR 1020210164522A KR 20210164522 A KR20210164522 A KR 20210164522A KR 20230077346 A KR20230077346 A KR 20230077346A
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Abstract

The present invention relates to a wireless power charging device for efficiently managing charging status, and a method therefor. The present invention comprises: at least one transmitting end that transmits power using power provided from a power supply unit and each includes a transmitting resonator unit including one capacitor and one inductor; at least one receiving end that receives power transmitted from the at least one transmitting end and each including a receiving resonator including one capacitor and one inductor, and a load performing charging using the received power; and a control unit that proceeds with wireless charging by determining the output current of the at least one transmitting end using the mutual inductance between the at least one transmitting end and the at least one receiving end, and adjusts the output current of the at least one transmitting end by using the importance of the at least one receiving end with respect to the at least one transmitting end depending on whether the current receiving power of the at least one receiving end reaches the target receiving power, and the received power control direction for adjusting the received power of the at least one receiving end.

Description

효율적인 무선 전력 충전 장치 및 그 방법{EFFICIENT WIRELESS POWER CHARGING APPARATUS AND METHOD THEREOF}Efficient wireless power charging device and method thereof {EFFICIENT WIRELESS POWER CHARGING APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 효율적인 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 무선 충전 환경 변화를 감지하여 수신단에서 필요한 전력을 최대한 제공할 수 있는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an efficient wireless power charging device and method thereof, and relates to a wireless power charging device and method capable of providing the maximum amount of power required by a receiving end by detecting a change in a wireless charging environment.

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 since devices requiring power can be charged wirelessly without connecting to a power outlet, related research is being actively conducted. Magnetic induction method, magnetic resonance method, microwave method, etc. are being studied for wireless power transmission technology.

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 transmitter transmits power to the receiver by generating a magnetic field and radiating it to the receiver. For power transmission, a transmitter and a receiver use coils, and when they have the same resonant frequency, maximum power transfer can occur in a wireless power transmitter.

한편, 송신단 및 수신단은 하나 이상으로 구성하여 무선 충전이 진행될 수 있으며 하나의 송신단은 복수의 수신단에 전력을 전송하거나 하나의 수신단은 복수의 송신단에서 전력을 수신할 수 있다. 이러한 상황에서 어느 수신단에서 수신되는 전력의 조절이 필요한 경우에는 해당 수신단에 전력을 공급하는 송신단의 송신 전력 제어가 필요하지만, 수신단에 전력을 공급하는 송신단은 하나 이상이며 하나의 송신단에서 전송한 전력으로 인한 수신 전력은 수신단마다 상이하고 각 송신단은 해당 수신단 이외에 다른 수신단에도 전력을 전송하기 때문에 어느 송신단의 송신 전력을 제어해야 되는지 결정하기 어렵다는 문제가 있다.Meanwhile, wireless charging may be performed by configuring one or more transmitter and receiver, and one transmitter may transmit power to a plurality of receivers or one receiver may receive power from a plurality of transmitters. In this situation, when it is necessary to adjust the power received by a receiving end, the transmission power control of the transmitting end supplying power to the receiving end is required. Since the received power due to this is different for each receiving end, and each transmitting end transmits power to other receiving ends in addition to the corresponding receiving end, it is difficult to determine which transmitting end needs to control the transmit power.

또한, 충전 과정에서 이물질이 침입할 수 있고, 수신기의 개수가 증가하거나 감소할 수 있으며 수신기의 상태에 변화가 발생하는 등 무선 충전 환경이 변화할 수 있으며 이러한 충전 환경 변화를 무선 충전 진행에 반영하지 않으면 최대 효율로 무선 충전을 진행하기 어려워 수신단의 환경 변화를 감지하여 효율적으로 무선 충전을 진행할 수 있는 방안이 필요하다.In addition, the wireless charging environment may change during the charging process, such as intrusion of foreign substances, increase or decrease in the number of receivers, and changes in the status of receivers, and these changes in the charging environment may not be reflected in the progress of wireless charging. Otherwise, it is difficult to perform wireless charging with maximum efficiency, and a method for efficiently performing wireless charging by detecting changes in the environment of the receiving end is required.

본 발명은 수신단에서 필요한 전력을 최대한 제공할 수 있는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power charging device and method capable of maximally providing power required by a receiving end.

또한, 본 발명은 충전 환경 변화를 감지하여 효율적으로 무선 충전을 진행할 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 efficiently performing wireless charging by detecting a change in the charging environment.

본 발명은 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단과; 상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과; 상기 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하고 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 상기 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 상기 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어 방향을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 무선 전력 충전 장치에 관한 것이다.The present invention transmits power using power supplied from the power supply unit and includes at least one transmitting end each including a transmission resonator unit including one capacitor and one inductor; at least one receiving end each including a reception resonator that receives the power transmitted from the at least one transmitting end and includes a capacitor and an inductor and a load that performs charging using the received power; Wireless charging is performed by determining the output current of the at least one transmitting end using mutual inductance between the at least one transmitting end and the at least one receiving end, and whether the current received power of the at least one receiving end reaches the target received power. A control unit for adjusting the output current of the at least one transmitting end using the importance of the at least one receiving end to the at least one transmitting end and a received power control direction for adjusting the received power of the at least one receiving end according to It relates to a wireless power charging device that does.

여기서, 제어부는 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 송신단에서 전송한 전력이 각 수신단에 미치는 영향의 정도를 고려하여 상기 중요도를 결정할 수 있다.Here, the control unit may determine the importance by considering the degree of influence of the power transmitted from the transmitting end on each receiving end between one transmitting end and at least one receiving end.

또한, 제어부는 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서의 상호 인덕턴스의 크기에 따라 중요도의 레벨을 결정하며, 상기 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 상기 중요도의 최상의 값으로 하고 차순위는 상기 최상의 값에서 소정의 값씩 차감하여 상기 중요도의 레벨을 결정할 수 있다.In addition, the control unit determines the level of importance according to the magnitude of mutual inductance between any one transmitting end and at least one receiving end, and has a non-zero mutual inductance between any one transmitting end and at least one receiving end. The level of importance may be determined by setting the total number of receiving ends to be the highest value of the importance and subtracting a predetermined value from the highest value for the next rank.

또한, 제어부는 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고, 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절할 수 있다.In addition, the control unit maintains the output current of the at least one transmitting end at the current state when the current received power of the at least one receiving end reaches the target receiving power, and the current receiving power of the at least one receiving end reaches the target reception power. When all of the power falls below or exceeds the power, the output current of the at least one transmitter may be adjusted.

또한, 제어부는 상기 적어도 하나의 수신단의 일부의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 송신단의 출력 전류를 조절할 수 있다.In addition, if the current received power of a portion of the at least one receiving end falls short of or exceeds the target received power, the control unit determines whether the current received power of at least one receiving end having the highest importance for the at least one transmitting end reaches the target receiving power. The output current of the transmitter may be adjusted according to whether or not the

또한, 제어부는 [수학식 5]을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 장치.In addition, the control unit controls the output current of the at least one transmitting end using [Equation 5].

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00001
Figure pat00001

이때, St는 제t 번째 송신단의 전류 제어 방향으로 증가, 감소 및 유지 중 어느 하나At this time, S t is any one of increasing, decreasing, and maintaining in the current control direction of the t-th transmitter

Wtk 는 제t 번째 송신단에 대한 제k 번째 수신단의 중요도W tk is the importance of the k-th receiver to the t-th transmitter

dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.d k is any one of (+1), 0, and (-1) in the received power control direction for the k-th receiving terminal.

한편, 본 발명은 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단과; 상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과; 상기 적어도 하나의 송신단에서 상기 적어도 하나의 수신단을 바라본 임피던스의 변화를 이용하여 소정의 시간 단위로 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하고, 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 상기 결정된 출력 전류와 감지부로부터 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 비교하여 상기 무선 충전 환경의 변화가 상기 적어도 하나의 수신단 자체의 변화 및 이물질의 충전 영역 침입 중 어느 하나인지 확인하는 제어부를 포함하는 무선 전력 충전 장치에 관한 것이다.On the other hand, the present invention transmits power by using the power supplied from the power supply unit, and at least one transmitting end each including a transmission resonator including one capacitor and one inductor; at least one receiving end each including a reception resonator that receives the power transmitted from the at least one transmitting end and includes a capacitor and an inductor and a load that performs charging using the received power; Using the change in impedance viewed from the at least one transmitting end to the at least one receiving end, whether or not the wireless charging environment changes in a predetermined time unit is determined, and the output current of the at least one transmitting end is determined, and the determined output current and Wireless power charging including a control unit that compares the output current of the at least one transmitting end received from the sensing unit to determine whether the change in the wireless charging environment is any one of a change in the at least one receiving end itself and an intrusion of a foreign substance into a charging area It's about the device.

여기서, 제어부는 소정의 시간 단위로 상기 적어도 하나의 송신단에서 상기 적어도 하나의 수신단을 바라본 임피던스를 결정하고 결정된 임피던스의 변화가 소정의 범위를 초과하는 경우 상기 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인할 수 있다.Here, the control unit determines the impedance viewed from the at least one transmitting end to the at least one receiving end in units of a predetermined time, and when the change in the determined impedance exceeds a predetermined range, it is possible to check whether the wireless charging environment changes.

또한, 제어부는 [수학식 6]을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류(Imt)를 결정할 수 있다.In addition, the control unit may determine the output current I mt of the at least one transmitting terminal using [Equation 6].

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00002
Figure pat00002

이때, IMONt는 제t 번째 송신단의 전류 제어부의 출력 전류At this time, I MONt is the output current of the current controller of the t-th transmitter

또한, 제어부는 상기 결정된 출력 전류와 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류가 동일하거나 그 차이가 소정의 범위내에 있는 경우 상기 적어도 하나의 수신단 자체의 변화를 확인할 수 있다.In addition, the control unit may check the change of the at least one receiving terminal itself when the determined output current and the received output current of the at least one transmitting terminal are the same or the difference is within a predetermined range.

또한, 제어부는 상기 결정된 출력 전류와 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류가 다르거나 그 차이가 소정의 범위를 초과하는 경우 상기 이물질의 충전 영역 침입으로 확인할 수 있다.In addition, the control unit may determine that the foreign matter has entered the charging area when the determined output current is different from the received output current of the at least one transmitter or the difference exceeds a predetermined range.

한편, 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단 및 상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 과정과; 상기 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하는 과정과; 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 상기 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 상기 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어 방향을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함하는 무선 전력 충전 방법에 관한 것이다.On the other hand, the power is transmitted using the power supplied from the power supply unit, and at least one transmitting end each including a transmission resonator including one capacitor and one inductor and the power transmitted from the at least one transmitting end are received, and one capacitor and determining a mutual inductance between a reception resonator including one inductor and at least one receiving end each including a load that performs charging using the received power; determining an output current of the at least one transmitting end using mutual inductance between the at least one transmitting end and the at least one receiving end, and performing wireless charging; Receive power control direction for adjusting the importance of the at least one receiving end to the at least one transmitting end and the received power of the at least one receiving end according to whether the current received power of the at least one receiving end reaches the target receiving power. It relates to a wireless power charging method comprising the step of adjusting the output current of the at least one transmitting terminal by using.

여기서, 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은, 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 확인하는 과정과; 상기 전체 개수를 상기 중요도의 최상의 값으로 하고, 차순위는 상기 최상의 값에서 소정의 값씩 차감하여 중요도의 레벨을 결정하는 과정을 포함할 수 있다.Here, the process of adjusting the output current of the transmitting end includes: checking the total number of receiving ends having mutual inductance other than '0' between any one transmitting end and at least one receiving end; The step of setting the total number as the highest value of the importance and determining the level of importance by subtracting a predetermined value from the highest value as the next priority.

또한, 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은, 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하는 과정과; 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the process of adjusting the output current of the transmitting end may include maintaining the output current of the at least one transmitting end at the current state when the current reception power of the at least one receiving end reaches the target reception power; The method may include adjusting an output current of the at least one transmitting node when the current reception power of the at least one receiving node falls below or exceeds the target reception power.

또한, 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은, 상기 적어도 하나의 수신단의 일부의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the process of adjusting the output current of the transmitting end may include the current reception of at least one receiving end having the highest importance for the at least one receiving end when the current reception power of a portion of the at least one receiving end falls short of or exceeds the target receiving power. The method may include adjusting an output current of the transmitter depending on whether or not the power reaches a target reception power.

한편, 본 발명은 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단에서 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단을 바라본 임피던스의 변화를 이용하여 소정의 시간 단위로 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하는 과정과; 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정과; 상기 결정된 출력 전류와 감지부로부터 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 비교하여 상기 무선 충전 환경의 변화가 상기 적어도 하나의 수신단 자체의 변화 및 이물질의 충전 영역 침입 중 어느 하나인지 확인하는 과정을 포함할 수 있다.On the other hand, the present invention transmits power using the power provided from the power supply unit, and the reception resonator unit includes one capacitor and one inductor in at least one transmitting terminal each including a transmission resonator unit including one capacitor and one inductor. And a process of checking whether or not a change in the wireless charging environment in units of a predetermined time by using a change in impedance looking at at least one receiving terminal each including a load that performs charging using the received power; determining an output current of the at least one transmitting terminal; A process of comparing the determined output current with the output current of the at least one transmitting terminal received from the sensing unit to determine whether the change in the wireless charging environment is any one of a change in the at least one receiving terminal itself and an intrusion of a foreign substance into the charging area can include

또한, 상기 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하는 과정은, 소정의 시간 단위로 상기 적어도 하나의 송신단에서 상기 적어도 하나의 수신단을 바라본 임피던스를 결정하는 과정과; 결정된 임피던스의 변화가 소정의 범위를 초과하는 경우 상기 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the process of determining whether the wireless charging environment changes may include determining an impedance viewed from the at least one transmitting end toward the at least one receiving end in units of a predetermined time; When the determined change in impedance exceeds a predetermined range, a process of checking whether the wireless charging environment is changed may be included.

또한, 상기 어느 하나인지 확인하는 과정은, 상기 결정된 출력 전류와 감지부로부터 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류가 동일하거나 그 차이가 소정의 범위내에 있는 경우 상기 적어도 하나의 수신단의 자체의 변화를 확인하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the process of determining which one is the same, if the determined output current and the output current of the at least one transmitting terminal received from the sensing unit are the same or the difference is within a predetermined range, the change of the at least one receiving terminal itself may include a process of verifying.

또한, 상기 어느 하나인지 확인하는 과정은, 상기 결정된 출력 전류와 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류가 다르거나 그 차이가 소정의 범위를 초과하는 경우 상기 이물질의 충전 영역 침입으로 확인하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the process of confirming any one of the above includes a process of confirming that the foreign matter invades the charging area when the determined output current and the received output current of the at least one transmitting terminal are different or the difference exceeds a predetermined range. can include

본 발명은 수신단이 복수의 송신단으로부터 전력을 전송받거나 송신단이 복수의 수신단에 전력을 전송하는 경우에도 수신단의 수신 전력이 목표로 정한 수신 전력에 미달하거나 초과하는 경우 송신단의 송신 전력을 제어하여 수신단의 수신 전력을 조절할 수 있다. 또한, 송신단과 수신단의 관계에서 송신단에 대한 수신단의 중요도를 고려하여 가장 영향이 높은 송신단과 수신단을 파악하여 전력을 공급하므로 효율적으로 전력 공급을 제어할 수 있다. 또한, 무선 충전 환경의 변화 여부를 신속하고 정확히 파악할 수 있어 최대 효율로 무선 충전을 진행할 수 있으며, 이물질 침입 여부를 확인할 수 있어 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있다.In the present invention, even when a receiving end receives power from a plurality of transmitting ends or when a transmitting end transmits power to a plurality of receiving ends, when the received power of the receiving end is less than or exceeds the target reception power, the transmit power of the transmitting end is controlled to control the receiving end. Received power can be adjusted. In addition, in the relationship between the transmitting end and the receiving end, the power supply can be efficiently controlled since the transmitting end and the receiving end having the highest influence are identified and power is supplied in consideration of the importance of the receiving end to the transmitting end. In addition, since it is possible to quickly and accurately determine whether or not the wireless charging environment has changed, wireless charging can be performed with maximum efficiency, and unnecessary power consumption can be prevented by checking whether or not foreign substances have entered.

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 복수의 송신단 및 복수의 수신단의 연결 관계를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치에서 충전 진행 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치에서 상호 인덕턴스를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치에서 송신단의 출력 전류를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치에서 무선 충전 환경 변화를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8(a) 및 도8(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 동작을 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 diagram for explaining a transmitting end and a receiving end of a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a connection relationship between a plurality of transmitting ends and a plurality of receiving ends of a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a method of determining whether charging is in progress in a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a method of determining mutual inductance in a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a method of controlling an output current of a transmitter in a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a method of determining a wireless charging environment change in a wireless power charging device according to an embodiment of the present invention.
8(a) and 8(b) are flowcharts illustrating the operation 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 describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description 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 power charging device 10 according to an embodiment of the present invention.

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 power charging device 10 of the present invention includes a power supply unit 100, an amplification unit 110, a communication unit 120, a sensing unit 130, a resonator unit 140, a rectifier unit 150, It includes a conversion unit 160 and a control unit 170.

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 power supply unit 100 supplies power to the wireless power charging device 10 of the present invention, and supplies AC (Alternating Current) or DC (Direct Current) power, for example.

증폭부(110)는 전원부(100)에서 공급된 전원을 증폭하며, 파워 앰프(Power amp)로 구성할 수 있다.The amplification unit 110 amplifies power supplied from the power supply unit 100 and may be configured as a power amplifier.

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 communication unit 120 is for communication inside the external device or the wireless power charging device 10 of the present invention, and is a short-range communication means such as Bluetooth or Wi-fi or LTE or 5G (5G) It may include a communication means capable of communicating by accessing a mobile communication network according to various mobile communication standards, such as the like.

감지부(130)는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)의 소정의 위치에서의 전압 또는 전류 등을 감지하며, 다양한 센서를 포함할 수 있다.The sensing unit 130 detects voltage or current at a predetermined position of the wireless power charging device 10 of the present invention, and may include various sensors.

공진부(140)는 코일 사이의 공진 현상에 의해 전력이 전송되도록 하며, 캐패시터 및 인덕터를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신 공진부 및 적어도 하나의 수신 공진부를 포함한다.The resonator 140 transmits power by resonance between coils, and includes at least one transmit resonator and at least one receive resonator including a capacitor and an inductor, respectively.

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 rectifier 150 is for changing AC current into DC current, and may be configured as a rectifier. The rectifying unit 150 rectifies the current generated in the reception resonance unit.

변환부(160)는 충전을 위한 전압 조건을 충족하기 위해 충전을 위해 제공되는 전압을 일정하게 유지하기 위한 것으로 DC-DC 컨버터(Converter)로 구성할 수 있으며, 전환 비율(conversion ratio)에 따라 전압을 조정할 수 있다.The conversion unit 160 is to keep the voltage provided for charging constant in order to meet the voltage condition for charging, and can be configured as a DC-DC converter, and the voltage according to the conversion ratio. can be adjusted.

제어부(140)는 무선 전력 충전이 최대 효율로 진행될 수 있도록 공진부(140)의 상호 인덕턴스, 송신부의 전류 또는 전압 등의 결정 등 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)를 전체적으로 제어한다.The control unit 140 controls the wireless power charging device 10 as a whole of the present invention, such as determining the mutual inductance of the resonator 140 and the current or voltage of the transmitter so that wireless power charging can proceed with maximum efficiency.

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 diagram for explaining the transmitting end 200 and the receiving end 210 of the wireless power charging device 10 according to an embodiment of the present invention.

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 power charging device 10 of the present invention includes a transmitting end 200 for transmitting power and a receiving end 210 for receiving power to enable charging.

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 transmitter 200 includes a control unit 170, a power supply unit 100, an amplifier 110, and a transmission resonator 220, and the receiver 210 includes a reception resonator 230, a rectifier 150, and a conversion unit. (160) and load R L . 2 shows the control unit 170 as the transmitting end 200, the control unit 170 is configured to control the wireless power charging device 10 of the present invention as a whole, including not only the transmitting end 200 but also the receiving end 210. can

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 sensing unit 130 may sense voltage or current at predetermined positions of the transmitting end 200 and the receiving end 210 and communicate with each other through the communication unit 120 . For example, current or voltage sensed through Bluetooth communication may be transmitted/received or control information may be transmitted/received.

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 amplifier 110

IP : 송신단(200)의 출력 전류I P : output current of the transmitting end 200

CP : 송신 공진부(220)의 캐패시턴스 C P : capacitance of the transmission resonator 220

LP : 송신 공진부(220)의 자기 인덕턴스L P : Self-inductance of the transmitting resonator 220

M : 상호 인덕턴스 M : mutual inductance

IS : 수신단(210)의 수신 전류I S : receiving current of the receiving terminal 210

CS : 수신 공진부(230)의 캐패시턴스 C S : capacitance of the receiving resonator 230

LS : 수신 공진부(230)의 자기 인덕턴스L S : self-inductance of the receiving resonator 230

VR : 정류부(150)의 출력 전압 V R : output voltage of the rectifier 150

VOut : 수신단(210)의 부하의 충전 전압V Out : Charging voltage of the load of the receiving end 210

RL : 수신단(210)의 부하 임피던스R L : Load impedance of the receiving end 210

도 3은 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.3 is a diagram for explaining a connection relationship between a plurality of transmitting ends 200a, 200b, and 200c and a plurality of receiving ends 210a, 210b, and 210c of the wireless power charging device 10 according to an embodiment of the present invention.

이하에서 복수의 송신단에서 복수의 수신단에 전력을 전송하는 경우를 살펴보며, 하나의 송신단에서 전력을 전송하거나 또는 하나의 수신단에서 전력을 수신하는 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 can be applied to the case of transmitting power from one transmitter or receiving power from one receiver.

도 3을 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. 3, the wireless power charging device 10 according to an embodiment of the present invention includes first to t transmitting terminals 200a, 200b, and 200c and first to q receiving terminals 210a, 210b, and 210c. It is configured so that power charging can proceed in the first through q-th receiving nodes 210a, 210b, and 210c using the power transmitted by the first to t-th transmitting nodes 200a, 200b, and 200c. At this time, each of the first to t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c may include the same or similar configuration as the transmitting terminal 200 described in FIG. 2, and the first to q-th receiving ends 210a, 210b, and 210c may include the same or similar configuration as the receiving end 210 of FIG. 2 .

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 송신단 또는 수신단과 동일하게 구성하거나 서로 상이하게 구성할 수 있다. 또한, 전원부(100) 및 제어부(170)는 각각 하나의 컴포넌트로 구성하여 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10) 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)는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 포함되는 복수의 컴포넌트로 구성할 수 있다. 또한, 통신부(120)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에서는 하나의 컴포넌트로 구성하여 송신단 전체에 적용하고 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에서는 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-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c and the first to q-th receiving ends 210a, 210b, and 210c have the same size of each component such as capacitance, inductance, and impedance as other transmitting or receiving ends. It can be configured or configured differently from each other. In addition, the power supply unit 100 and the control unit 170 are configured as one component and applied to the entire wireless power charging device 10 of the present invention, and the amplifier 110, the transmission resonance unit 220, the sensing unit ( 130) is composed of a plurality of components included in each of the first to t-th transmission terminals 200a, 200b, and 200c, and includes a reception resonance unit 230, a rectification unit 150, a conversion unit 160, and a sensing unit 130 may be composed of a plurality of components included in each of the first to qth receiving terminals 210a, 210b, and 210c. In addition, the communication unit 120 is composed of one component in the first to t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c and applied to the entire transmitting end, and included in each of the first to q-th receiving ends 210a, 210b, and 210c. It can consist of multiple components. In addition, the control unit 170 controls the power supplied to the first through t-th transmitting terminals 200a, 200b, and 200c by using the power supplied from the power supply unit 100.

제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이에서는 각 송신단과 각 수신단 사이에서 Mtq 와 같은 상호 인덕턴스가 발생한다. 또한, 이물질이 충전 영역에 침입하는 경우 이물질도 인덕턴스 및 이물질의 부하가 있기 때문에 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)과 이물질 사이, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)과 이물질 사이에서도 상호 인덕턴스가 발생한다.A mutual inductance equal to M tq is generated between the first to t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c and the first to q-th receiving ends 210a, 210b, and 210c between each transmitting end and each receiving end. In addition, when foreign matter invades the charging area, since the foreign matter also has an inductance and a load of the foreign matter, between the first to t transmitting terminals 200a, 200b, and 200c and the foreign material, the first to q receiving terminals 210a, 210b, and 210c Mutual inductance also occurs between the

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)에서 충전 진행 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a method of determining whether charging is in progress in the wireless power charging device 10 according to an embodiment of the present invention.

전력 소모를 최소화 하기 위해 수신단이 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 충전 영역에 들어오기 전에는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)는 절전 모드에서 동작한다. 절전 모드에서 제어부(170)는 임의의 물체가 송신단의 충전 영역에 들어오면 무선 충전이 가능한 수신단이 송신단의 충전 영역내에 있는지 확인하여 무선 충전을 진행한다. 이때, 충전 영역에 이물질이 들어올 수 있기 때문에 충전 영역에 임의의 물체가 있는지 확인한 후 물체가 충전 가능한 수신단인지 이물질인지 판단하며 수신단인 경우 충전을 진행하고 이물질인 경우 충전을 진행하지 않는다.In order to minimize power consumption, the wireless power charging device 10 of the present invention operates in a power saving mode before the receiving end enters the charging area of the first through t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c. In the power saving mode, when an object enters the charging area of the transmitting end, the controller 170 checks whether a receiving end capable of wireless charging is within the charging area of the transmitting end, and proceeds with wireless charging. At this time, since foreign substances may enter the charging area, after checking whether there is an arbitrary object in the charging area, it is determined whether the object is a chargeable receiving end or a foreign substance.

이하에서는 제t 번째 송신단(200c)에 대해 살펴보며, 다른 송신단에 대해서도 동일 또는 유사하게 적용할 수 있다.Hereinafter, the t-th transmitter 200c will be described, and the same or similar can be applied to other transmitters.

도 4는 제t 번째 송신단(200c)의 충전 영역내에 임의의 물체가 진입한 경우 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와같이 등가회로는 2개의 MOS-FET, 저항, 캐패시터 및 인덕터를 포함하며 각 문자에 대한 설명은 다음과 같다.4 is a diagram showing an equivalent circuit when an arbitrary object enters the charging area of the t-th transmitter 200c. As shown in FIG. 4, the equivalent circuit includes two MOS-FETs, a resistor, a capacitor, and an inductor, and descriptions of each character are as follows.

C.C.St(400): 제t 번째 송신단(200c)의 전류 제어부CCS t (400): Current control unit of the t-th transmitter 200c

w : 제t 번째 송신단(200c)의 동작 각주파수w: operating angular frequency of the t-th transmitter 200c

Imt : 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류I mt : Output current of the t-th transmitter 200c

VPt : 제t 번째 송신단(200c)의 입력 전압V Pt : Input voltage of the t th transmitter 200c

RPt : 제t 번째 송신단(200c)의 내부 저항R Pt : internal resistance of the t-th transmitter 200c

CPt : 제t 번째 송신단(200c)의 캐패시턴스C Pt : capacitance of the t-th transmitter 200c

LPt : 제t 번째 송신단(200c)의 인덕턴스L Pt : inductance of the t th transmitter 200c

Zu.o(410): 제t 번째 송신단(200c)에서 바라보는 소정의 물체의 임피던스Zu.o 410: Impedance of a predetermined object viewed from the t th transmitter 200c

Zint : 제t 번째 송신단(200c)에서 전체 수신단을 바라본 임피던스Z int : Impedance viewed from the t th transmitter (200c) to all receivers

C.C.St(400)는 제t번째 송신단(200c)에 공급하는 전류를 제어하는 것으로 일 예로 MCU(Micro Controller Unit )로부터 수신된 제어 신호에 따라 0.01(A)와 같이 소정의 전류 단위로 제t 번째 송신단(200c)에 공급하는 전류의 크기를 제어한다.CCS t (400) controls the current supplied to the t-th transmitter 200c, and for example, according to the control signal received from the MCU (Micro Controller Unit), the t-th in a predetermined current unit such as 0.01 (A) The amount of current supplied to the transmitter 200c is controlled.

감지부(130)가 제t 번째 송신단(200c)의 입력 전압 또는 출력 전류를 감지하여 제어부(170)에 전송하면 제어부는 [수학식 1]을 이용하여 임피던스(Zint) 결정한다.When the sensing unit 130 senses the input voltage or output current of the t-th transmitting end 200c and transmits the detected input voltage or output current to the control unit 170, the control unit calculates the impedance (Z int ) using [Equation 1] Decide.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

제t 번째 송신단(200c)의 충전 영역내에 소정의 물체가 위치하면 해당 물체로 인해 임피던스(Zu.o)가 발생하며 이로인해 임피던스(Zint)가 증가하게 된다. 이를 통해 임피던스(Zint)의 크기가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우 임의의 물체가 충전 영역내에 위치한 것으로 판단한다. 이후 임의의 물체가 무선 전력 충전이 가능한 수신단인지 또는 충전이 어려운 이물질인지 판단하여 수신단인 경우 무선 충전을 진행하고 이물질인 경우 충전을 진행하지 않는다. When a predetermined object is located within the charging area of the t-th transmitter 200c, an impedance Zu.o is generated due to the object, which causes the impedance Z int to increase. Through this, when the size of the impedance (Z int ) exceeds a predetermined threshold value, it is determined that an arbitrary object is located within the charging area. Thereafter, it is determined whether an object is a receiving end capable of wireless power charging or a foreign substance that is difficult to charge, and wireless charging is performed in the case of the receiving end, and charging is not performed in the case of a foreign object.

일 예로, 제어부(170)는 임의의 물체가 충전 영역내에 위치하기 전의 제t번째 송신단(200c) 공진부의 공진 각주파수(wo)와 충전 영역내에 위치한 후의 공진 각주파수(wo')가 동일한지 여부로 이물질인지 판단하거나, 감지부(130)에서 감지한 출력 전류(Imt)가 아래에서 살펴보는 [수학식 6]을 이용하여 산출한 출력 전류(Imt)와 동일하거나 소정의 범위내에 있는지 여부를 이용하여 이물질 여부를 판단할 수 있다.For example, the control unit 170 determines that the resonant angular frequency (w o ) of the resonator unit of the t-th transmitter (200c) before an object is located within the charging area is the same as the resonant angular frequency (w o ') after being located within the charging area. It is determined whether it is a foreign substance or not, or the output current (I mt ) detected by the detector 130 is equal to or within a predetermined range as the output current (I mt ) calculated using [Equation 6] discussed below. It is possible to determine whether there is a foreign substance by using whether or not there is a foreign substance.

임의의 물체가 수신단으로 확인되면 무선 충전을 진행하기 위해 블루투스 등의 근거리 통신 수단을 이용하여 수신단의 개수를 확인하고 송신단과 수신단 사이의 상호 인덕턴스의 값과 부호를 결정한다.When an object is identified as a receiving end, the number of receiving ends is checked using a short-range communication means such as Bluetooth to proceed with wireless charging, and a mutual inductance value and sign between the transmitting end and the receiving end are determined.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)에서 상호 인덕턴스를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining a method of determining mutual inductance in the wireless power charging device 10 according to an embodiment of the present invention.

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.The controller 170 may determine the mutual inductance through the method described in Application No. 10-2019-0092894 (filed date: 2019.07.31), and the present invention uses the mutual inductance determined through the method described in Application No. 10-2019-0092894. available.

일 예로, 도 5와 같이 무선 전력 충전 장치의 등가회로가 제1 내지 제t 송신 공진회로부(300,320,340), 제1 내지 제t 전원부(VS1, VS2, VSt), 제1 내지 제q 수신 공진회로부(310,330,350) 및 부하 저항(RL1, RL2, RLq)으로 구성되는 경우를 살펴보도록 한다. 제1 내지 제t 전원부(VS1, VS2, VSt)에서 제1 내지 제t 송신 공진회로부(300,320,340)에 전원을 공급하면, 제1 내지 제t 송신 공진회로부(300,320,340)에는 입력 전압(VP1, VP2, VPt)이 발생하고, 제1 내지 제q 수신 공진회로부(310,330,350)에는 수신 전압(VR1, VR2, VRq)이 발생한다.For example, as shown in FIG. 5, the equivalent circuit of the wireless power charging device includes the first to t transmission resonance circuit units 300, 320, and 340, the first to t power supply units VS1, VS2, and VSt, and the first to q reception resonance circuit units ( 310, 330, 350) and load resistors (RL1, RL2, RLq). When power is supplied to the first to t-th transmission resonance circuit units 300, 320, and 340 from the first to t-th power supply units VS1, VS2, and VSt, input voltages VP1, VP2, VPt) is generated, and reception voltages VR1, VR2, and VRq are generated in the first to qth reception resonance circuit units 310, 330, and 350.

이때, 효율적으로 제1 내지 제t 송신 공진회로부(300,320,340)에서 제1 내지 제q 수신 공진회로부(310,330,350)로 전력 전송을 하기 위한 상호 인덕턴스 값은 [수학식 2]와 같이 결정된다.At this time, a mutual inductance value for efficiently transmitting power from the first to t-th transmission resonance circuit units 300, 320, and 340 to the first to q-th reception resonance circuit units 310, 330, and 350 is determined as in [Equation 2].

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

이때, Mtq : 제t 번째 송신 공진회로부와 제q 번째 수신 공진회로부의 상호 인덕턴스At this time, M tq : Mutual inductance of the t-th transmission resonance circuit unit and the q-th reception resonance circuit unit

IPt : t번째 송신 공진회로부의 입력 전류I Pt : input current of the t-th transmission resonant circuit

w : 제t 번째 송신 공진회로부의 동작 각주파수w: Operating angular frequency of the t-th transmission resonant circuit unit

RLq : 제q 번째 수신 공진회로부의 부하 저항R Lq : load resistance of the qth reception resonance circuit

VRq : 제q 번째 수신 공진회로부의 수신 전압V Rq : receiving voltage of the qth receiving resonant circuit unit

ZSq : 제q 번째 수신 공진회로부의 임피던스Z Sq : Impedance of the qth reception resonant circuit

Figure pat00005
Figure pat00005

CSq : 제q 번째 수신 공진회로부의 캐패시터C Sq : capacitor of the qth receiving resonant circuit

LSq : 제q 번째 수신 공진회로부의 자기 인덕턴스L Sq : Self inductance of the qth receiving resonant circuit

RSq : 제q 번째 수신 공진회로부의 내부 저항R Sq : internal resistance of the qth receiving resonant circuit

본 발명은 상호 인덕턴스 값을 결정하기 위해서 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 공진회로부에는 전원 공급을 차단한 상태에서 [수학식 2]를 통해 상호 인덕턴스값을 결정한다.In the present invention, in order to determine the mutual inductance value, the mutual inductance value is determined through [Equation 2] in a state in which power is supplied to only one transmission resonance circuit unit and power supply is cut off to the other resonance circuit unit.

일 예로, 제1 송신 공진회로부(300)에만 전류 IP1을 공급하고 제2 송신 공진회로부 내지 제t 송신 공진회로부(320,340)에는 전원 공급을 차단한 후 제1 송신 공진회로부(300)에 관련된 상호 인덕턴스(M11, M12내지 M1q)을 결정한다. 이후, 제2 송신 공진회로부(320)에만 전류 IP2을 공급하고 제1 송신 공진회로부(300) 및 제3 송신 공진회로부(미도시) 내지 제t 공진회로부(340)에는 전원 공급을 차단한 후 제2 송신 공진회로부(320)에 관련된 상호 인덕턴스(M21, M22 내지 M2q)를 결정한다. 동일한 방법으로 제t 송신 공진회로부(340)까지 진행하면 모든 상호 인덕턴스 값을 결정할 수 있다.For example, after supplying current I P1 only to the first transmission resonance circuit unit 300 and cutting off the power supply to the second transmission resonance circuit unit to the t-th transmission resonance circuit unit 320 , 340 , each other related to the first transmission resonance circuit unit 300 Determine the inductance (M 11, M 12 to M 1q ). Thereafter, the current I P2 is supplied only to the second transmission resonance circuit unit 320 and the power supply is cut off to the first transmission resonance circuit unit 300 and the third transmission resonance circuit unit (not shown) to the t-th resonance circuit unit 340. Mutual inductances (M 21 , M 22 to M 2q ) related to the second transmission resonant circuit unit 320 are determined. All mutual inductance values can be determined by proceeding to the t transmission resonant circuit unit 340 in the same way.

한편, 상호 인덕턴스 값이 결정되면 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는데, 상호 인덕턴스의 부호는 [수학식 3]과 같이 결정된다.Meanwhile, when the mutual inductance value is determined, a sign of the mutual inductance is determined, and the sign of the mutual inductance is determined as in [Equation 3].

[수학식 3][Equation 3]

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 공진회로부와 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 동일 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부에서 발생하는 전압이며, VRq,out of phase 는 기준 송신 공진회로부와 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 흘렸을 때, q번째 수신 공진회로부에서 발생하는 전압이다. 이때, 기준 송신 공진회로부 및 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부 이외에 다른 송신 공진회로부에는 전원 공급을 차단한다.At this time, V Rq,in-phase is the voltage generated in the q-th receiving resonance circuit when a predetermined same magnitude and same-phase current is supplied to the reference transmission resonance circuit and the transmission resonance circuit for determining the code, and V Rq,out of phase is a voltage generated in the q-th receiving resonance circuit unit when currents of the same magnitude and opposite phases flow to the reference transmission resonance circuit unit and the transmission resonance circuit unit for determining the code. At this time, the supply of power to other transmission resonance circuit units other than the reference transmission resonance circuit unit and the transmission resonance circuit unit for determining the code is cut off.

상호 인덕턴스의 부호가 (+)인 경우는 동일한 위상인 경우를 나타내며, (-)는 위상이 반대인 경우를 나타낸다. 또한, 기준 송신 공진회로부는 임의로 결정할 수 있으며, 기준 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호는 모두 (+)가 된다.If the sign of the mutual inductance is (+), it indicates the case where the phase is the same, and (-) indicates the case where the phase is opposite. In addition, the reference transmission resonant circuit part can be arbitrarily determined, and the signs of mutual inductances related to the reference transmission resonance circuit part are all (+).

일 예로, 제1 송신 공진회로부(300)를 기준 송신 공진회로부로 결정하면, 제1 송신 공진회로부(300)와 관련된 상호 인덕턴스(M11내지 M1q)의 부호는 모두 (+)가 된다. For example, if the first transmission resonance circuit unit 300 is determined as the reference transmission resonance circuit unit, the signs of mutual inductances M 11 to M 1q related to the first transmission resonance circuit unit 300 are all (+).

제2 송신 공진회로부(320)와 관련된 상호 인덕턴스(M21 내지 M2q)의 부호를 결정하기 위해 기준이 되는 제1 송신 공진회로부(300) 및 부호를 결정하기 위한 제2 송신 공진회로부(320)에 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(310,350)의 수신 전압을 측정한다. 이후, 제1 송신 공진회로부(300) 및 제2 송신 공진회로부(320)에 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(310,350)의 수신 전압을 측정한다. 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(310,350)의 수신 전압이 측정되면 [수학식 3]을 이용하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정한다. 이와 같은 방법으로 제3 송신 공진회로부(미도시) 내지 제t 송신 공진회로부(340)에 대해서도 상호 인덕턴스의 부호를 결정할 수 있다.The first transmission resonance circuit unit 300 as a reference for determining the sign of the mutual inductance (M 21 to M 2q ) related to the second transmission resonance circuit unit 320 and the second transmission resonance circuit unit 320 for determining the code A current having the same magnitude and the same phase is supplied to the receiving voltage of the first receiving resonance circuit unit to the qth receiving resonance circuit unit 310 or 350 . Thereafter, currents of the same magnitude and opposite phases are supplied to the first transmission resonance circuit unit 300 and the second transmission resonance circuit unit 320 to measure the received voltages of the first reception resonance circuit unit to the qth reception resonance circuit unit 310,350. do. When the reception voltages of the first reception resonance circuit unit to the q-th reception resonance circuit unit 310 or 350 are measured, a mutual inductance sign is determined using [Equation 3]. In this way, the signs of the mutual inductances of the third transmission resonance circuit unit (not shown) to the t-th transmission resonance circuit unit 340 may be determined.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)에서 송신단의 출력 전류를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a method of controlling an output current of a transmitter in a wireless power charging device 10 according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 적어도 하나의 송신단 또는 수신단 사이에서 전력이 송수신되기 때문에 제어부(170)는 충전 효율을 높이기 위해 다른 송신단 또는 수신단과 영향이 없는 독립적인 송신단 또는 수신단으로 볼 수 있는 서브셋(Subset)을 설정한다. 서브셋을 설정하면 더 빠르게 최대 효율을 위한 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 각 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 결정할 수 있다. In the present invention, since power is transmitted and received between at least one transmitter or receiver, the control unit 170 sets a subset that can be regarded as an independent transmitter or receiver unaffected by other transmitters or receivers in order to increase charging efficiency. . If subsets are set, output currents I P1 , I P2 , and I Pt of each of the first through t-th transmitting terminals 200a, 200b , and 200c for maximum efficiency can be determined more quickly.

제어부(170)는 상호 인덕턴스(Mtq)의 행렬을 이용하여 서브셋을 설정한다. 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. 일 예로, 도 6은 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.The controller 170 sets a subset using a matrix of mutual inductance (M tq ). In the matrix, a row denotes a transmitting end, a column denotes a receiving end, and i row and j column denote mutual coupling between the ith transmitting end and the jth receiving end. In this configured state, if all the elements of the row and column preceding the predetermined mutual inductance are '0', it is regarded as a separate subset from the mutual inductance. As an example, FIG. 6 shows the wireless charging device 10 as first to fourth transmitting ends (Tx 1 , Tx 2 , Tx 3 , Tx 4 ) and first to third receiving ends (Rx 1 , Rx 2 , Rx 3 ). If configured, it shows how to determine the subset.

도 6에서 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.In FIG. 6 , the first receiving end (Rx 1 ) receives power from the first and second transmitting ends (Tx 1 and Tx 2 ), and the second receiving end (Rx 2 ) receives power from the second and third transmitting ends (Tx 2 and Tx 3 ) . ), and the third receiving terminal (Rx 3 ) receives power from the fourth transmitting terminal (Tx 4 ). Mutual inductance (M 43 ) between the third receiving terminal (Rx 3 ) and the fourth transmitting terminal (Tx 4 ) constitutes a separate subset because elements in the previous row and column are all '0'. Accordingly, the mutual inductances M 11 , M 21 , M 22 , and M 32 constitute one subset, and the mutual inductance M 43 constitute one subset. That is, the third receiver (Rx 3 ) and the fourth transmitter (Tx 4 ) constitute one subset, and the remaining transmitters and receivers constitute one subset.

서브셋이 결정되면 각 서브셋에 최적화 알고리즘을 적용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 각 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 결정한다. 일 예로, 무선 충전 장치(10)의 충전시 제한 조건을 고려하여

Figure pat00006
을 구하며, 이때, Particle Swarm Optimization, Simmulated Annealing, Generic Algorithm 등을 이용할 수 있다.When the subsets are determined, an optimization algorithm is applied to each subset to determine output currents I P1 , I P2 , and I Pt of the first through t-th transmitting terminals 200a, 200b, and 200c. For example, in consideration of the limiting conditions when charging the wireless charging device 10
Figure pat00006
, and at this time, Particle Swarm Optimization, Simmulated Annealing, Generic Algorithm, etc. can be used.

제어부(170)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류(IP1, IP2, IPt)가 결정되면 결정된 전류를 통해 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 전력을 전송하여 충전이 진행되도록 한다. 이때, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 통해 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에서 최대 효율로 충전을 진행하기 위해서는 각 수신단에서 수신되는 전력을 모니터링하여 각 송신단의 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 제어하는 것이 필요하다.When the output currents I P1 , I P2 , and I Pt of the first to t-th transmitting ends 200a , 200b , and 200c are determined, the control unit 170 transmits the determined current to the first through q-th receiving ends 210a , 210b , and 210c. ) to allow charging to proceed. At this time, the first to qth receiving ends 210a, 210b, and 210c charge with maximum efficiency through the output currents I P1, I P2, and I Pt of the first to t transmitting ends 200a, 200b, and 200c. To do this, it is necessary to monitor the power received from each receiving end and control the output currents (I P1, I P2, I Pt ) of each transmitting end.

일 예로, 송신단 및 수신단이 복수인 경우 하나의 송신단에서 전송한 전력이 복수의 수신단에 영향을 미치고 어느 수신단에서는 목표로 정한 수신 전력(이하, '목표 수신전력'이라 함) 보다 더 높은 전력이 수신되고 다른 수신단에서는 목표 수신전력 보다 낮은 전력이 수신될 수 있기 때문에 각 수신단에서 수신되는 전력(이하, '현재 수신전력'이라 함)이 최대한 각 수신단의 목표 수신전력에 도달될 수 있도록 각 송신단의 출력 전류를 제어하는 것이 필요하다.For example, when there are a plurality of transmitters and receivers, the power transmitted by one transmitter affects the plurality of receivers, and a higher power than the target received power (hereinafter referred to as 'target received power') is received by one receiver. Since the other receiving end can receive power lower than the target receiving power, the output of each transmitting end so that the power received at each receiving end (hereinafter referred to as 'current receiving power') reaches the target receiving power of each receiving end as much as possible. It is necessary to control the current.

이를 위해 제어부(170)를 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)과 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이에서 결정된 상호 인덕턴스를 이용하여 각 송신단에 대한 각 수신단의 중요도를 결정한다. 여기서 중요도는 어느 하나의 송신단과 각각의 수신단 사이에서 송신단에서 전송한 전력이 각 수신단에 미치는 영향의 정도를 나타내는 것으로 어느 하나의 송신단과 각 수신단 사이에서 상호 인덕턴스의 크기에 따라 결정되며, 상호 인덕턱스의 절대값을 이용하는 것이 바람직하다.To this end, the control unit 170 uses the mutual inductance determined between the first to t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c and the first to q-th receiving ends 210a, 210b, and 210c to determine the importance of each receiving end for each transmitting end. decide Here, the importance indicates the degree of influence of the power transmitted from the transmitting end to each receiving end between any one transmitting end and each receiving end, and is determined according to the size of the mutual inductance between any one transmitting end and each receiving end. Mutual inductance It is preferable to use the absolute value of .

중요도는 어느 하나의 송신단과 각 수신단 사이에서 결정되기 때문에 중요도의 최대값은 해당 송신단과'0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수이고, 최대값과 최소값 사이는 중요도에 따라 최대값에서 소정의 값씩 차감하여 결정되며, 소정의 값은 '1'이 바람직하다. 중요도의 최소값은 '0'이며, 어느 하나의 송신단과 각 수신단 사이에서 상호 인덕턴스가 '0'인 경우에는 최소값은'0'이 된다.Since the importance is determined between one transmitting end and each receiving end, the maximum value of the importance is the total number of receiving ends having mutual inductance other than '0' with the corresponding transmitting end, and the maximum value and the minimum value are determined from the maximum value to the predetermined value according to the importance. It is determined by subtracting the value of each, and the predetermined value is preferably '1'. The minimum value of importance is '0', and when mutual inductance is '0' between any one transmitting end and each receiving end, the minimum value becomes '0'.

일 예로, 제1 및 제2 송신단에서 제1 내지 제3 수신단으로 전력을 전송하여 무선 충전이 진행되는 경우, 각 송신단과 수신단 사이에서 상호 인덕턴스가 결정되어 [표 1]과 같이 상호 인덕턴스가 생성되는 경우를 살펴본다. [표 1]에서 제1 송신단과 제1 내지 제3 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신기의 개수는 2개이며, 제2 송신단과 제1 내지 제3 수신단 사이에서 0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신기의 개수는 2개인 것을 알 수 있다.For example, when wireless charging is performed by transmitting power from the first and second transmitting ends to the first to third receiving ends, the mutual inductance is determined between each transmitting end and the receiving end to generate mutual inductance as shown in [Table 1] look at the case In [Table 1], the number of receivers having non-zero mutual inductance between the first transmitter and the first to third receivers is 2, and the number of receivers having non-zero mutual inductance between the second transmitter and the first to third receivers is 2. It can be seen that the number of receivers having mutual inductance is two.

Rx1 Rx1 Rx2 Rx2 Rx3 Rx3 Tx1 Tx1 120120 9595 00 Tx2 Tx2 00 -45-45 8080

제1 송신단과 제1 내지 제3 수신단에서 상호 인덕턴스가 가장 높은 수신단은 제1 수신단이므로 제1 송신단에 대한 중요도가 최대인 수신단은 제1 수신단이며 제1 수신단의 중요도 레벨은 '2'가 된다. 제2 수신단은 두번째로 높은 상호 인덕턴스를 가지므로 최대값에서 '1'이 차감되어 중요도 레벨은 '1'이되고, 제3 수신단은 최소값으로 중요도 레벨은'0'이된다. 또한, 제2 송신단의 경우 상호 인덕턴스가 가장 높은 수신단은 제3 수신단이므로 제2 송신단에 대한 중요도가 최대인 수신단은 제3 수신단이며 제3 수신단의 중요도 레벨은'2'가 된다. 제2 수신단은 두번째로 높은 상호 인덕턴스를 가지므로 최대값에서 '1'이 차감되어 중요도 레벨은 '1'이되고, 제1 수신단은 최소값으로 '0'이된다.Since the receiving end having the highest mutual inductance between the first transmitting end and the first to third receiving ends is the first receiving end, the receiving end having the greatest importance for the first transmitting end is the first receiving end, and the importance level of the first receiving end becomes '2'. Since the second receiving end has the second highest mutual inductance, '1' is subtracted from the maximum value and the importance level becomes '1', and the third receiving end has the minimum value and the importance level becomes '0'. Also, in the case of the second transmitter, since the receiver having the highest mutual inductance is the third receiver, the receiver having the greatest importance for the second transmitter is the third receiver, and the importance level of the third receiver is '2'. Since the second receiving terminal has the second highest mutual inductance, '1' is subtracted from the maximum value and the importance level becomes '1', and the first receiving terminal becomes '0' as the minimum value.

한편, 제어부(170)는 감지부(130)로부터 전송된 각 수신부의 수신 전압 또는 수신 전류를 이용하여 각 수신부의 현재 수신전력을 확인하며 각 수신부에서 목표 수신전력에 도달했는지 확인한다. 각 수신부에서 목표 수신전력에 도달하지 못한 경우에는 수신 전력을 증가시켜야 되며, 목표 수신전력에 도달한 경우에는 현재의 상태를 유지하고 목표 수신전력을 초과한 경우에는 수신 전력을 감소시켜야 된다. 이를 위해 제어부(170)는 각 수신단에 대한 수신 전력을 조절하기 위해 수신 전력 제어 방향을 결정한다. 일례로 수신 전력 제어 방향이 '+1'인 경우 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하지 못해 수신 전력을 증가시켜야 되는것을 나타내며,'-1'은 현재 수신전력이 목표 수신전력을 초과하여 수신 전력을 감소시켜야 되는것을 나타내고,'0'은 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하여 수신 전력을 유지시켜야 되는 것을 나타낸다.Meanwhile, the control unit 170 checks the current reception power of each reception unit using the reception voltage or reception current of each reception unit transmitted from the sensing unit 130 and determines whether the target reception power has been reached in each reception unit. In each receiver, if the target reception power is not reached, the reception power should be increased. If the target reception power is reached, the current state should be maintained, and if the target reception power is exceeded, the reception power should be decreased. To this end, the control unit 170 determines a received power control direction in order to adjust the received power for each receiving end. For example, if the received power control direction is '+1', it indicates that the current received power does not reach the target received power and the received power must be increased. '-1' indicates that the current received power exceeds the target received power and thus the received power '0' indicates that the current reception power reaches the target reception power and the reception power should be maintained.

제어부(170)는 각 수신단의 수신 전력 제어 방향이 결정되면 각 송신단의 출력 전류를 제어하여 각 수신단에 전송되는 전력을 조절한다. 이때, 하나의 송신단에서 전송하는 전력이 적어도 하나의 수신단에 영향을 미치므로 효율적인 전력 전송을 위해 모든 수신단의 전력 수신 상태 또는 각 송신단에 대한 중요도가 가장 높은 수신단의 전력 수신 상태를 고려하여 각 송신단의 출력 전류를 제어한다. The control unit 170 adjusts the power transmitted to each receiving end by controlling the output current of each transmitting end when the received power control direction of each receiving end is determined. At this time, since the power transmitted from one transmitter affects at least one receiver, for efficient power transmission, considering the power reception status of all receivers or the power reception status of the receiver that has the highest importance for each transmitter, Control the output current.

구체적으로 살펴보면, 먼저 제어부(170)는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 도달하였는지 확인하여 도달한 경우 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고, 모두 도달하지 못한 경우 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 미달 또는 초과하는지 확인한다. 모두 미달 또는 초과한 경우, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 중요도 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 대한 수신 전력 제어 방향을 이용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 조절한다. Specifically, first, the control unit 170 checks whether the current reception powers of the first to q-th receiving ends 210a, 210b, and 210c have all reached the target reception power, and if so, the first to q-th transmitting ends 200a and 200b. , 200c) is maintained at the current state, and if all of them are not reached, it is checked whether the current received powers of the first to qth receiving terminals 210a, 210b, and 210c fall below or exceed the target received power. When all of them fall short or exceed, the importance of the first to qth receiving ends 210a, 210b, and 210c to the first to tth transmitting ends 200a, 200b, and 200c and the first to qth receiving ends 210a, 210b, and 210c ), the output current of the first through t-th transmitting terminals 200a, 200b, and 200c is adjusted using the received power control direction.

또한, 모두 미달 또는 초과하지 않은 경우, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 중요도가 가장 높은 수신단의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 도달하는지 확인한다. 모두 도달한 경우, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고, 모두 도달하지 못한 경우 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 중요도 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 대한 수신 전력 제어 방향을 이용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 조절한다.In addition, if all of the current reception powers of the first to t-th transmission nodes 200a, 200b, and 200c have the highest importance reach the target reception power, it is checked. If all of them are reached, the output current of the first to t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c is maintained at the current state, and if all of them are not reached, the output current of the first to t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c is maintained. The 1st to t-th transmitters 200a, 200b, and 200c use the importance of the 1st to qth receivers 210a, 210b, and 210c and the received power control direction for the first to qth receivers 210a, 210b, and 210c. Regulates the output current of

각 수신단의 현재 수신전력을 조절하기 위해 각 송신단의 출력 전류 제어가 필요한 경우 제어부(170)는 [수학식 4]를 이용하여 각 송신단의 출력 전류를 제어한다.If output current control of each transmitting end is required to adjust the current reception power of each receiving end, the controller 170 controls the output current of each transmitting end using [Equation 4].

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00007
Figure pat00007

이때, St는 제t 번째 송신단의 전류 제어 방향At this time, S t is the current control direction of the t th transmitter

Wtk 는 제t 번째 송신단에 대한 제k 번째 수신단의 중요도W tk is the importance of the k-th receiver to the t-th transmitter

dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향d k is the received power control direction for the k th receiving end

제어부(170)는 'St > 0'인 경우 제 t 번째 송신단의 출력 전류를 증가시키고, 'St < 0'인 경우 제 t 번째 송신단의 출력 전류를 감소시키며,'St = 0'인 경우 제 t 번째 송신단의 출력 전류를 유지시킨다. 일 예로, 제1 및 제2 송신단에서 제1 내지 제3 수신단에 전력을 전송하는 경우 각 송신단과 각 수신단 사이의 중요도는 [표 2]와 같이 정리할 수 있다.The controller 170 increases the output current of the t-th transmitter when 'S t >0', decreases the output current of the t-th transmitter when ' S t < 0', and In this case, the output current of the t th transmitter is maintained. For example, when power is transmitted from the first and second transmitting ends to the first to third receiving ends, the importance between each transmitting end and each receiving end can be summarized as shown in [Table 2].

Rx1 Rx1 Rx2 Rx2 Rx3 Rx3 Tx1 Tx1 22 1One 00 Tx2 Tx2 00 1One 22

이러한 가운데 d1은 (-1), d2는 (+1), d3은 (-1)인 경우 St는 다음과 같이 결정된다.Among these, when d 1 is (-1), d 2 is (+1), and d 3 is (-1), S t is determined as follows.

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

S1 은 0 보다 작기 때문에 제어부(170)는 제1 송신단의 출력 전류를 감소시키고, S2 는 0 보다 작기 때문에 제어부(170)는 제2 송신단의 출력 전류를 감소시킨다.Since S 1 is less than 0, the control unit 170 reduces the output current of the first transmission end, and since S 2 is less than 0, the control unit 170 reduces the output current of the second transmission end.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)에서 무선 충전 환경 변화를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a method of determining a wireless charging environment change in the wireless power charging device 10 according to an embodiment of the present invention.

제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)과 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이에서 무선 전력 전송이 진행되는 중에 수신단 자체의 변화 또는 이물질 침입으로 무선 충전 환경에 변화가 발생할 수 있다. 이때, 수신단 자체의 변화는 충전 영역에 새로운 수신단이 들어오거나 기존의 충전 영역에 있던 수신단이 충전 영역 밖으로 나가게 되어 수신단이 증가하거나 또는 감소하는 경우, 수신단 자체의 부하가 변하는 경우, 충전 영역에서 수신단이 이동하는 경우 등이 해당될 수 있다. 제어부(170)는 무선 충전 환경에 변화가 발생하면 변화 내용을 확인하여 무선 충전이 효율적을 진행될 수 있도록 제어한다.While wireless power transmission is in progress between the first to t transmitting ends 200a, 200b, 200c and the first to q receiving ends 210a, 210b, 210c, a change in the wireless charging environment occurs due to a change in the receiving end itself or intrusion of foreign substances. can happen At this time, the change in the receiving end itself is a case where a new receiving end enters the charging area or a receiving end in the existing charging area moves out of the charging area so that the receiving end increases or decreases, when the load of the receiving end itself changes, the receiving end in the charging area This may be the case when moving. When a change occurs in the wireless charging environment, the controller 170 checks the change and controls the wireless charging to proceed efficiently.

도 7를 참조하여 제어부(170)에서 무선 충전 환경의 변화를 판단하는 방법을 살펴보면, 제t 번째 송신단(200c)에서 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 및 이물질(300)을 바라보면 등가회로는 도 7과 같이 나타낼 수 있으며, 도 7에 도시된 바와같이 등가회로는 2개의 MOS-FET, 저항, 캐패시터 및 인덕터를 포함하며 각 문자에 대한 설명은 다음과 같다. Looking at the method of determining the change in the wireless charging environment in the controller 170 with reference to FIG. 7, the t th transmitter 200c looks at the first to q th receivers 210a, 210b, 210c and the foreign matter 300. As shown in FIG. 7, the equivalent circuit includes two MOS-FETs, a resistor, a capacitor, and an inductor, and descriptions of each character are as follows.

ZRx1(410) : 제t 번째 송신단(200c)에서 제1 번째 수신단을 바라본 임피던스 Z Rx1 (410) : Impedance viewed from the t-th transmitter 200c to the 1st receiver

ZRx2(420) : 제t 번째 송신단(200c)에서 제2 번째 수신단을 바라본 임피던스 Z Rx2 (420) : Impedance viewed from the t-th transmitter 200c to the second receiver

ZRxq(430) : 제t 번째 송신단(200c)에서 제q 번째 수신단을 바라본 임피던스 Z Rxq (430): Impedance viewed from the t th transmitter 200c to the q th receiver

ZF.O(440) : 제t 번째 송신단(200c)에서 이물질을 바라보는 임피던스 ZFO (440) : Impedance facing the foreign matter in the t th transmitter 200c

제어부(170)는 제t 번째 수신단(200c)에서 수신단을 바라본 임피던스(Zint)를 이용하여 무선 충전 환경을 변화를 확인한다.The controller 170 checks a change in the wireless charging environment by using the impedance Z int viewed from the t-th receiving end 200c toward the receiving end.

도 7에서 임피던스(Zint)는 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.In FIG. 7, the impedance (Z int ) can be expressed as in [Equation 5].

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00010
Figure pat00010

충전 영역에서 수신단의 개수가 증가 또는 감소, 수신단 자체의 부하 변화, 수신단의 이동 및 이물질이 침입하게 되면 임피던스(Zint)가 변하게 된다. 따라서, 제어부(170)는 소정의 주기로 임피던스(Zint)를 확인하여 임피던스(Zint)가 동일하거나 임피던스(Zint)의 변화로 인한 차이가 소정의 범위 이내에 있는 경우 무선 충전 환경이 유지되고 있는 것으로 판단하고 임피던스(Zint)의 변화로 인한 차이가 소정의 범위를 초과하는 경우 무선 충전 환경의 변화가 발생한 것으로 판단할 수 있다.Impedance (Z int ) changes when the number of receiving terminals increases or decreases in the charging area, the load of the receiving terminal itself changes, the receiving terminal moves, and foreign matter enters the charging area. Therefore, the control unit 170 checks the impedance (Z int ) at a predetermined cycle, and if the impedance (Z int ) is the same or the difference due to the change in the impedance (Z int ) is within a predetermined range, the wireless charging environment is maintained. If it is determined that it is, and the difference due to the change in impedance (Z int ) exceeds a predetermined range, it can be determined that a change in the wireless charging environment has occurred.

한편, 수신단의 상태에 변화가 발생하여 무선 충전 환경의 변화가 발생한 경우 제어부(170)는 수신단의 상태 변화가 수신단 자체의 변화인지 이물질의 침입인지 확인하여 수신단의 전력 충전이 원활히 진행될 수 있도록 한다. 본 발명은 무선 전력 전송의 효율을 높이기 위해 제t 번째 송신단(200c)의 동작 각주파수(w)를 제t 번째 송신단(200c) 공진부의 공진 각주파수(wo)와 동일하게 무선 충전을 진행한다. 이때, 수신단 자체의 변화가 발생해도 동작 각주파수(w)는 공진 각주파수(wo)와 동일하게 동작하지만, 이물질이 침입하게 되면 제t 번째 송신단(200c) 공진부의 공진 각주파수가 wo 에서 wo'으로 변경되어 동작 각주파수와 공진 각주파수가 서로 상이하게 된다. 이를 통해 제어부(170)는 [수학식 6]을 이용하여 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류(Imt)를 결정하고, 감지부(130)에서 감지한 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류(Imt)를 비교하여 수신단 자체의 변화인지 이물질의 침입인지 판단한다.On the other hand, when a change in the wireless charging environment occurs due to a change in the state of the receiving end, the control unit 170 checks whether the change in the state of the receiving end is a change in the receiving end itself or an intrusion of a foreign substance so that the power charging of the receiving end can proceed smoothly. In order to increase the efficiency of wireless power transmission, the present invention proceeds with wireless charging by making the operating angular frequency (w) of the t-th transmitting end (200c) equal to the resonant angular frequency (w o ) of the resonance unit of the t-th transmitting end (200c). . At this time, even if the receiving end itself changes, the operating angular frequency (w) operates the same as the resonant angular frequency (w o ) . w o ', so that the operating angular frequency and the resonance angular frequency are different from each other. Through this, the controller 170 determines the output current (I mt ) of the t-th transmitter 200c using [Equation 6], and the output of the t-th transmitter 200c detected by the detector 130. By comparing the current (I mt ), it is determined whether it is a change in the receiving terminal itself or an intrusion of a foreign substance.

[수학식 6] [Equation 6]

Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00011
Figure pat00012

이때, IMONt는 제t 번째 송신단(200c)의 전류 제어부의 출력 전류At this time, I MONt is the output current of the current controller of the t-th transmitting terminal 200c.

수신단의 개수가 증가 또는 감소, 수신단 자체의 부하 변화, 수신단의 이동 등 수신단 자체의 변화인 경우 [수학식 6]을 이용하여 결정한 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류(Imt)는 감지부(130)에서 감지한 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류(Imt)와 동일하거나 오차가 발생하는 경우에도 무선 전력 전송의 효율에 영향이 미비한 정도의 소정의 오차 범위에서 차이가 발생하게 된다. 그러나 이물질이 침입한 경우에는 [수학식 6]을 이용하여 산출한 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류(Imt)와 감지부(130)에서 감지한 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류(Imt)는 다르거나 그 차이가 무선 충전 효율에 영향이 미비한 소정의 범위를 초과하게 된다. [수학식 6]에서 IMONt는 감지부(130)로부터 감지된 값을 수신받을 수 있다.In the case of a change in the receiving terminal itself, such as an increase or decrease in the number of receiving terminals, a change in the load of the receiving terminal, or a movement of the receiving terminal, the output current (I mt ) of the t-th transmitting terminal 200c determined using [Equation 6] is Even if it is the same as the output current (I mt ) of the t-th transmitter 200c detected in 130 or an error occurs, a difference occurs within a predetermined error range that has little effect on the efficiency of wireless power transmission. . However, when a foreign substance enters, the output current (I mt ) of the t-th transmitter 200c calculated using [Equation 6] and the output current of the t-th transmitter 200c detected by the detector 130 (I mt ) is different or the difference exceeds a predetermined range that has little effect on wireless charging efficiency. In [Equation 6], I MONt may receive a value sensed by the sensing unit 130 .

수신단 자체의 변화인 경우, 제어부(170)는 블루투스 통신 등 근거리 통신 방식을 통해 수신단의 개수에 변화가 있는지 확인하거나 각 상호인덕턴스의 변화 여부를 이용하여 각 수신단이 충전 영역에서 이동하였는지 확인할 수 있다. 또한, [수학식 7]를 통해 수신단의 내부 부하의 변화 여부를 확인할 수 있으며, 수신단의 개수 변화, 수신단의 내부 부하의 변화 및 수신단의 이동 여부는 소정의 순서로 순차적으로 확인할 수 있다.In the case of a change in the receiving end itself, the control unit 170 can check whether there is a change in the number of receiving ends through a short-range communication method such as Bluetooth communication or determine whether each receiving end has moved in the charging area by using a change in mutual inductance. In addition, it is possible to check whether the internal load of the receiving end changes through [Equation 7], and the change in the number of receiving ends, the change in the internal load of the receiving end, and whether the receiving end moves can be sequentially checked in a predetermined order.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00013
Figure pat00014
,
Figure pat00013
Figure pat00014
,

이때, ZLq는 제q 번째 수신단(210c)의 내부 부하At this time, Z Lq is the internal load of the q th receiving terminal 210c.

ISq는 제q 번째 수신단(210c)의 수신 전류I Sq is the receiving current of the q th receiving end 210c

VRq는 제q 번째 수신단(210c)의 수신 전압V Rq is the received voltage of the q th receiving end 210c

수신단의 상태에 변화가 발생하여 무선 충전 환경의 변화가 발생한 경우 제어부(170)는 수신단의 개수의 증가 또는 감소가 있거나 또는 수신단이 이동한 경우에는 도 5 및 도 6에서 살펴본 바와같이 각 송신단과 각 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 결정하고 각 송신단의 출력 전류를 제어하여 수신단에서 필요한 전력을 원활히 공급하기 위해 송신 전력을 조절하는 과정을 진행한다. 또한, 수신단 자체의 부하가 변화한 경우에는 도 6에서 살펴본 바와같이 각 송신단의 출력 전류를 제어하여 송신 전력을 조절하는 과정을 진행한다. 또한, 이물질이 침입한 경우에는 충전 효율에 영향을 미치므로 각 송신단의 출력 차단을 통해 전력 전송이 이루어지지 않도록 하여 무선 충전을 중지한다.When the wireless charging environment changes due to a change in the state of the receiving end, the control unit 170 controls each transmitting end and each transmitting end as shown in FIGS. 5 and 6 when the number of receiving ends increases or decreases or when the receiving end moves. The mutual inductance between the receiving ends is determined and the output current of each transmitting end is controlled to smoothly supply the required power to the receiving end, and the transmission power is adjusted. In addition, when the load of the receiving end itself changes, as shown in FIG. 6, the process of adjusting the transmission power by controlling the output current of each transmitting end is performed. In addition, when a foreign substance invades, since it affects the charging efficiency, wireless charging is stopped by preventing power transmission by blocking the output of each transmitting end.

도 8(a) 및 도8(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.8(a) and 8(b) are flowcharts illustrating the operation of the wireless power charging device 10 according to an embodiment of the present invention.

도 8(a) 및 도8(b)를 참조하면, 제어부(170)는 임의의 물체가 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 충전 영역에 들어오면 해당 물체를 확인하고(800), 해당 물체가 무선 충전이 가능한 수신단인 경우(805의 예) 충전을 진행하고 이물질인 경우(805의 아니오) 충전을 진행하지 않는다. 충전을 진행하는 경우, 제어부(170)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)과 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이의 상호 인덕턴스를 결정하고 각 수신단에 대한 서브셋을 결정하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 결정하여 충전을 진행한다(810).Referring to FIGS. 8(a) and 8(b), when an object enters the charging area of the first through t-th transmitting terminals 200a, 200b, and 200c, the control unit 170 checks the object (800). ), if the object is a receiver capable of wireless charging (yes in 805), charging proceeds, and if it is a foreign substance (no in 805), charging does not proceed. When charging is in progress, the control unit 170 determines the mutual inductance between the first to t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c and the first to q-th receiving ends 210a, 210b, and 210c, and sets a subset for each receiving end. By determining the output current of the first through t-th transmitting terminals 200a, 200b, and 200c, charging proceeds (810).

이후, 제어부(170)는 수신단의 충전 상태를 모니터링하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 도달하는지 확인한다. 도달한 경우(815의 예) 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고(840), 도달하지 못한 경우(815의 아니오) 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 미달 또는 초과하는지 확인한다. 미달 또는 초과한 경우(820의 예), 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 중요도 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 대한 수신 전력의 수신 전력 제어 방향을 이용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 조절한다(830). Thereafter, the control unit 170 monitors the charging state of the receiving end and checks whether the current received power of the first through qth receiving ends 210a, 210b, and 210c all reach the target received power. If it reaches (Yes in 815), the output current of the first to t-th transmitting terminals 200a, 200b, and 200c is maintained at the current state (840), and if it does not reach it (No in 815), the first to q-th receiving terminals It is checked whether the current reception powers of (210a, 210b, and 210c) fall below or exceed the target reception power. In the case of less than or exceeding (Yes in 820), the importance of the first to qth receiving ends 210a, 210b, and 210c for the first to t transmitting ends 200a, 200b, and 200c and the first to qth receiving ends 210a , 210b and 210c), the output current of the first through t-th transmitting terminals 200a, 200b, and 200c is adjusted using the received power control direction (830).

또한, 미달 또는 초과하지 않은 경우(820의 아니오), 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 중요도가 가장 높은 수신단의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 도달하는지 확인한다. 도달한 경우(825의 예), 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고(840), 도달하지 못한 경우(825의 아니오) 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 중요도 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 대한 수신 전력의 수신 전력 제어 방향을 이용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 조절한다(830).In addition, if it does not fall below or exceed (No in 820), it is checked whether the current reception powers of the receiving end having the highest importance for the first through t-th transmitting ends 200a, 200b, and 200c reach the target reception power. If it is reached (Yes in 825), the output current of the first to t-th transmitting terminals 200a, 200b, and 200c is maintained at the current state (840), and if it is not reached (No in 825), the first to t-th transmission terminals 200a, 200b, and 200c are maintained. Using the importance of the first to qth receiving ends 210a, 210b, and 210c for the transmitting ends 200a, 200b, and 200c and the received power control direction of the received power for the first to qth receiving ends 210a, 210b, and 210c to adjust the output current of the first to t-th transmitters 200a, 200b, and 200c (830).

한편, 제어부(170)는 무선 전력 전송을 통해 충전 중에 무선 충전 환경의 변화가 발생하는지 모니터링한다. 구체적으로 제어부(170)는 소정의 시간 단위로 [수학식 5] 및 감지부(130)로부터 수신된 제t 번째 송신단(200c)의 입력 전압 또는 출력 전류를 이용하여 제t 번째 수신단(200c)에서 수신단을 바라본 임피던스(Zint) 결정한다(850). 결정된 임피던스(Zint)가 동일하거나 소정의 범위내에서 변경된 경우(855의 아니오) 현재의 상태를 유지하고(880), 임피던스(Zint)의 변화된 차이가 소정의 범위를 초과하는 경우(855의 예) 무선 충전 상태의 변화를 확인한다(860).Meanwhile, the controller 170 monitors whether a change in the wireless charging environment occurs during charging through wireless power transmission. Specifically, the control unit 170 uses [Equation 5] and the input voltage or output current of the t-th transmitter 200c received from the sensor 130 in units of a predetermined time at the t-th receiver 200c. Impedance looking at the receiver (Z int ) Determine (850). If the determined impedance (Z int ) is the same or changed within a predetermined range (No in 855), the current state is maintained (880), and the changed difference in impedance (Z int ) exceeds a predetermined range (855 Example) Check the change in the wireless charging state (860).

이를 위해 제어부(170)는 [수학식 6] 및 감지부(130)로부터 수신된 제t 번째 송신단(200c)의 전류 제어부의 출력 전류(IMONt)를 이용하여 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류(Imt)를 결정하고, 결정된 전류와 감지부(130)로부터 수신된 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류(Imt)를 비교한다. 제어부(170)에서 산출한 전류와 감지부(130)에서 감지한 전류가 서로 동일하거나 그 차이가 소정의 범위내에 있는 경우(865의 예), 제어부(170)는 각 수신단 자체의 상태 변화를 확인한다(870). 이때, 각 수신단 자체의 상태 변화는 수신단의 개수에 변화가 있는지 여부, 각 수신단의 내부 부하의 변화 여부 및 수신단이 충전 영역에서 이동하였는지 등이다. 수신단 자체의 상태 변화가 확인되면 제어부(170)는 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류를 제어하여 송신 전력을 조절한다(890).To this end, the controller 170 uses [Equation 6] and the output current (I MONt ) of the current controller of the t-th transmitter 200c received from the sensor 130 to calculate the output of the t-th transmitter 200c. The current (I mt ) is determined, and the determined current is compared with the output current (I mt ) of the t th transmitter 200c received from the sensing unit 130 . If the current calculated by the control unit 170 and the current detected by the sensing unit 130 are the same or the difference is within a predetermined range (YES in 865), the control unit 170 checks the state change of each receiving terminal itself. Do (870). At this time, the state change of each receiving end itself is whether there is a change in the number of receiving ends, whether there is a change in the internal load of each receiving end, and whether the receiving end has moved in the charging area. When the state change of the receiving end itself is confirmed, the control unit 170 adjusts the transmission power by controlling the output current of the t-th transmitting end 200c (890).

제어부(170)에서 산출한 전류와 감지부(130)에서 감지한 전류가 다르거나 그 차이가 소정의 범위를 초과하는 경우(865의 아니오), 제어부(170)는 이물질이 충전 영역에 침입한 것으로 판단하여 각 송신단의 출력을 차단하여 무선 충전을 중지한다(880).If the current calculated by the control unit 170 and the current detected by the sensing unit 130 are different or the difference exceeds a predetermined range (No in 865), the controller 170 determines that a foreign substance has entered the charging area. After determining, the output of each transmitting end is blocked to stop wireless charging (880).

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but 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 not only the scope of the claims to be described later, but also those equivalent to the scope of these claims.

100: 전원부 110: 증폭부
120: 통신부 130: 감지부
140: 공진부 150: 정류부
160: 변환부 170: 제어부
100: power supply unit 110: amplification unit
120: communication unit 130: detection unit
140: resonance unit 150: rectification unit
160: conversion unit 170: control unit

Claims (19)

무선 전력 충전 장치에 있어서,
전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단과;
상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과;
상기 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하고 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 상기 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 상기 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어 방향을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 장치.
In the wireless power charging device,
at least one transmitting end that transmits power using the power provided from the power supply unit and each includes a transmission resonator unit including one capacitor and one inductor;
at least one receiving end each including a reception resonator that receives the power transmitted from the at least one transmitting end and includes a capacitor and an inductor and a load that performs charging using the received power;
Wireless charging is performed by determining the output current of the at least one transmitting end using mutual inductance between the at least one transmitting end and the at least one receiving end, and whether the current received power of the at least one receiving end reaches the target received power. A control unit for adjusting the output current of the at least one transmitting end using the importance of the at least one receiving end to the at least one transmitting end and a received power control direction for adjusting the received power of the at least one receiving end according to device to do.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 송신단에서 전송한 전력이 각 수신단에 미치는 영향의 정도를 고려하여 상기 중요도를 결정하는 장치.
According to claim 1,
wherein the control unit determines the degree of importance between one transmitting end and at least one receiving end by considering the degree of influence of the power transmitted by the transmitting end on each receiving end.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서의 상호 인덕턴스의 크기에 따라 중요도의 레벨을 결정하며,
상기 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 상기 중요도의 최상의 값으로 하고 차순위는 상기 최상의 값에서 소정의 값씩 차감하여 상기 중요도의 레벨을 결정하는 장치.
According to claim 1,
The control unit determines a level of importance according to the magnitude of mutual inductance between one transmitting end and at least one receiving end,
The level of importance is determined by setting the total number of receiving ends having mutual inductance other than '0' between any one transmitting end and at least one receiving end to the highest value of the importance, and subtracting a predetermined value from the highest value as the next priority. device to do.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고,
상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 장치.
According to claim 1,
The control unit maintains an output current of the at least one transmitting terminal at a current state when the current receiving power of the at least one receiving terminal reaches the target receiving power,
Apparatus for adjusting the output current of the at least one transmitting end when the current receiving power of the at least one receiving end falls below or exceeds the target receiving power.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 적어도 하나의 수신단의 일부의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 장치.
According to claim 1,
The control unit determines whether the current received power of at least one receiving end having the highest importance for the at least one transmitting end reaches the target receiving power when the current received power of a part of the at least one receiving end falls below or exceeds the target receiving power. A device for adjusting the output current of the transmitting end according to.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 [수학식 5]을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 장치.
[수학식 5]
Figure pat00015

이때, St는 제t 번째 송신단의 전류 제어 방향으로 증가, 감소 및 유지 중 어느 하나
Wtk 는 제t 번째 송신단에 대한 제k 번째 수신단의 중요도
dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
According to claim 1,
The control unit controls the output current of the at least one transmitting terminal using [Equation 5].
[Equation 5]
Figure pat00015

At this time, S t is any one of increasing, decreasing, and maintaining in the current control direction of the t-th transmitter
W tk is the importance of the k-th receiver to the t-th transmitter
d k is any one of (+1), 0, and (-1) in the received power control direction for the k-th receiving terminal.
무선 전력 충전 장치에 있어서,
전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단과;
상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과;
상기 적어도 하나의 송신단에서 상기 적어도 하나의 수신단을 바라본 임피던스의 변화를 이용하여 소정의 시간 단위로 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하고, 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 상기 결정된 출력 전류와 감지부로부터 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 비교하여 상기 무선 충전 환경의 변화가 상기 적어도 하나의 수신단 자체의 변화 및 이물질의 충전 영역 침입 중 어느 하나인지 확인하는 제어부를 포함하는 장치.
In the wireless power charging device,
at least one transmitting end that transmits power using the power provided from the power supply unit and each includes a transmission resonator unit including one capacitor and one inductor;
at least one receiving end each including a reception resonator that receives the power transmitted from the at least one transmitting end and includes a capacitor and an inductor and a load that performs charging using the received power;
Using the change in impedance viewed from the at least one transmitting end to the at least one receiving end, whether or not the wireless charging environment changes in a predetermined time unit is determined, and the output current of the at least one transmitting end is determined, and the determined output current and A device comprising a control unit for comparing the output current of the at least one transmitting terminal received from the sensing unit to determine whether the change in the wireless charging environment is any one of a change in the at least one receiving terminal itself and a foreign substance intrusion into a charging area.
제7항에 있어서,
상기 제어부는 소정의 시간 단위로 상기 적어도 하나의 송신단에서 상기 적어도 하나의 수신단을 바라본 임피던스를 결정하고 결정된 임피던스의 변화가 소정의 범위를 초과하는 경우 상기 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하는 장치.
According to claim 7,
The control unit determines the impedance viewed from the at least one transmitting end to the at least one receiving end in a predetermined time unit, and determines whether the wireless charging environment changes when the change in the determined impedance exceeds a predetermined range. Device.
제7항에 있어서,
상기 제어부는 [수학식 6]을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류(Imt)를 결정하는 장치.
[수학식 6]
Figure pat00016

이때, IMONt는 제t 번째 송신단의 전류 제어부의 출력 전류
According to claim 7,
The control unit determines the output current (I mt ) of the at least one transmitting terminal using [Equation 6].
[Equation 6]
Figure pat00016

At this time, I MONt is the output current of the current controller of the t-th transmitter
제7항에 있어서,
상기 제어부는 상기 결정된 출력 전류와 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류가 동일하거나 그 차이가 소정의 범위내에 있는 경우 상기 적어도 하나의 수신단 자체의 변화를 확인하는 장치.
According to claim 7,
wherein the control unit confirms a change in the at least one receiving terminal itself when the determined output current and the received output current of the at least one transmitting terminal are the same or the difference is within a predetermined range.
제7항에 있어서,
상기 제어부는 상기 결정된 출력 전류와 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류가 다르거나 그 차이가 소정의 범위를 초과하는 경우 상기 이물질의 충전 영역 침입으로 확인하는 장치.
According to claim 7,
Wherein the control unit confirms that the foreign matter has entered the charging area when the determined output current and the received output current of the at least one transmitting terminal are different or the difference exceeds a predetermined range.
무선 전력 충전 방법에 있어서,
전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단 및 상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 과정과;
상기 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하는 과정과;
상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 상기 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 상기 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어 방향을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함하는 방법.
In the wireless power charging method,
Transmits power using the power supplied from the power supply unit, and receives the power transmitted from at least one transmitting end each including a transmission resonator including one capacitor and one inductor and the at least one transmitting end, and includes one capacitor and one determining a mutual inductance between a receiving resonator including an inductor and at least one receiving terminal each including a load that performs charging using the received power;
determining an output current of the at least one transmitting end using mutual inductance between the at least one transmitting end and the at least one receiving end, and performing wireless charging;
Receive power control direction for adjusting the importance of the at least one receiving end to the at least one transmitting end and the received power of the at least one receiving end according to whether the current received power of the at least one receiving end reaches the target receiving power. and adjusting an output current of the at least one transmitting terminal using
제12항에 있어서,
상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은,
어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 확인하는 과정과;
상기 전체 개수를 상기 중요도의 최상의 값으로 하고, 차순위는 상기 최상의 값에서 소정의 값씩 차감하여 중요도의 레벨을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
According to claim 12,
The process of adjusting the output current of the transmitting end,
checking the total number of receiving ends having mutual inductance other than '0' between any one transmitting end and at least one receiving end;
and determining a level of importance by setting the total number as the highest value of the importance and subtracting a predetermined value from the highest value as the next priority.
제12항에 있어서,
상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은,
상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하는 과정과;
상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함하는 방법.
According to claim 12,
The process of adjusting the output current of the transmitting end,
maintaining an output current of the at least one transmitting end at a current state when the current receiving power of the at least one receiving end reaches the target receiving power;
and adjusting an output current of the at least one transmitting node when the current receiving power of the at least one receiving node falls below or exceeds the target receiving power.
제12항에 있어서,
상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은,
상기 적어도 하나의 수신단의 일부의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함하는 방법.
According to claim 12,
The process of adjusting the output current of the transmitting end,
When the current received power of a portion of the at least one receiving end falls below or exceeds the target received power, the current received power of at least one receiving end having the highest importance for the at least one transmitting end reaches the target received power according to whether or not the current received power reaches the target received power. A method comprising adjusting an output current of a transmitting end.
무선 전력 충전 방법에 있어서,
전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단에서 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단을 바라본 임피던스의 변화를 이용하여 소정의 시간 단위로 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하는 과정과;
상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하는 과정과;
상기 결정된 출력 전류와 감지부로부터 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 비교하여 상기 무선 충전 환경의 변화가 상기 적어도 하나의 수신단 자체의 변화 및 이물질의 충전 영역 침입 중 어느 하나인지 확인하는 과정을 포함하는 방법.
In the wireless power charging method,
Power is transmitted using the power provided from the power supply unit, and at least one transmitting terminal each including a transmission resonator unit including one capacitor and one inductor transmits power to a reception resonator unit including one capacitor and one inductor and received power. Checking whether a wireless charging environment changes in units of a predetermined time by using a change in impedance viewed from at least one receiving end each including a load that performs charging using a change in impedance;
determining an output current of the at least one transmitting terminal;
A process of comparing the determined output current with the output current of the at least one transmitting terminal received from the sensing unit to determine whether the change in the wireless charging environment is any one of a change in the at least one receiving terminal itself and an intrusion of a foreign substance into the charging area How to include.
제16항에 있어서,
상기 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하는 과정은,
소정의 시간 단위로 상기 적어도 하나의 송신단에서 상기 적어도 하나의 수신단을 바라본 임피던스를 결정하는 과정과;
결정된 임피던스의 변화가 소정의 범위를 초과하는 경우 상기 무선 충전 환경의 변화 여부를 확인하는 과정을 포함하는 방법.
According to claim 16,
The process of checking whether the wireless charging environment changes,
determining an impedance seen from the at least one transmitting end to the at least one receiving end in units of a predetermined time;
A method comprising determining whether the wireless charging environment changes when the determined impedance change exceeds a predetermined range.
제16항에 있어서,
상기 어느 하나인지 확인하는 과정은,
상기 결정된 출력 전류와 감지부로부터 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류가 동일하거나 그 차이가 소정의 범위내에 있는 경우 상기 적어도 하나의 수신단의 자체의 변화를 확인하는 과정을 포함하는 방법.
According to claim 16,
The process of confirming that any of the above is,
and checking a change in the at least one receiving terminal when the determined output current and the output current of the at least one transmitting terminal received from the sensing unit are the same or the difference is within a predetermined range.
제16항에 있어서,
상기 어느 하나인지 확인하는 과정은,
상기 결정된 출력 전류와 수신된 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류가 다르거나 그 차이가 소정의 범위를 초과하는 경우 상기 이물질의 충전 영역 침입으로 확인하는 과정을 포함하는 방법.
According to claim 16,
The process of confirming that any of the above is,
and confirming that the foreign matter has invaded the charging area when the determined output current is different from the received output current of the at least one transmitter or the difference exceeds a predetermined range.
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