KR20240039497A - Apparatus for transmiting wireless electric power baseed on ultrasound - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 전송 시스템은 전기적 신호를 입력 받아 송신 초음파를 발생시키는 송신 트랜스듀서 및 송신 트랜스듀서가 발생한 송신 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수신 트랜스듀서를 포함하고, 수신 트랜스듀서의 변환 소자는 송신 트랜스듀서에 대향하는 수신 면(surface)이 평면인 수신 평면을 가지고, 수신 평면은 송신 트랜스듀서가 집속 지점에서 생성하는 빔 프로파일의 형태에 대응하는 형태를 가질 수 있다. An ultrasonic-based power transmission system according to an embodiment of the present disclosure includes a transmitting transducer that receives an electrical signal and generates a transmitted ultrasonic wave, and a receiving transducer that receives the transmitted ultrasonic wave generated by the transmitting transducer and converts it into an electrical signal, , the conversion element of the receiving transducer has a receiving plane in which the receiving surface opposite to the transmitting transducer is a plane, and the receiving plane may have a shape corresponding to the shape of the beam profile that the transmitting transducer generates at the focusing point. there is.
Description
본 개시는 무선 전력 전송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파에 기반하여 무선 전력을 효율적으로 전송 또는 수신하는 트랜스듀서를 채용한 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a wireless power transmission device, and more specifically, to a wireless power transmission device employing a transducer that efficiently transmits or receives wireless power based on ultrasonic waves.
무선 전력 전송은 전선을 사용하지 않고, 에너지 발생원으로부터 수신되는 장치에 전기에너지를 전달하는 기술로서, 대표적인 무선 전력 전송 기술로서 전자기 유도를 이용하여 전력을 전송하거나 무선 주파수(Radio Frequency)를 이용하여 전력을 전송하는 기술이 존재한다.Wireless power transmission is a technology that transmits electrical energy from an energy source to a receiving device without using wires. It is a representative wireless power transmission technology that transmits power using electromagnetic induction or transmits power using radio frequency. Technology exists to transmit .
하지만, 체내 이식형 의료 장치인 임플란트(implant), 예를 들어 인공심박동기(pacemaker) 또는 약물 전달 시스템과 같은 의료 장치는 종래의 전자기 유도 방식이나 무선 주파수 기반 방식을 사용하기 어려워, 배터리 교체를 위해 수술에 의존하고 있다. 예를 들어, 전자기유도 방식은 충전거리도 짧으며 충전 중 발열 문제로 신체에 영향을 끼칠 수도 있으며, 무선 주파수 방식은 와이파이나 블루투스와 같은 무선통신 주파수와 간섭을 일으킬 우려가 있다.However, it is difficult to use conventional electromagnetic induction or radio frequency-based methods for medical devices such as implants, such as pacemakers or drug delivery systems, which require surgery to replace the battery. is dependent on For example, the electromagnetic induction method has a short charging distance and may affect the body due to heat generation during charging, and the radio frequency method has the risk of causing interference with wireless communication frequencies such as Wi-Fi or Bluetooth.
이에 대하여, 종래 다른 무선 전력 전송 방법으로서 초음파에 기반하여 에너지 전송 매체로 이용하는 선행기술 1과 같은 기술이 존재한다. 초음파를 에너지 전송 매체로 이용하기 위해서는 초음파 송신 및 수신 장치간의 전력 전송 효율이 떨어지는 문제점을 해결해야 하지만, 선행기술 1 및 종래의 기술은 초음파 송신 및 수신 장치 간의 거리가 최적 거리 또는 초음파 조사 방향에만 집중하고 있으며, 전력 전송 효율을 향상시키기 위한 초음파 트랜스듀서(송신 변환기 또는 수신 변환기)의 형태와 크기에는 무관심하고 있다.In response to this, as another conventional wireless power transmission method, there is a technology such as prior art 1 that uses ultrasonic waves as an energy transmission medium. In order to use ultrasonic waves as an energy transmission medium, the problem of low power transmission efficiency between ultrasonic transmitting and receiving devices must be solved. However, prior art 1 and prior art only focus on the optimal distance between ultrasonic transmitting and receiving devices or the ultrasonic irradiation direction. and is indifferent to the shape and size of the ultrasonic transducer (transmitting transducer or receiving transducer) to improve power transmission efficiency.
본 개시의 일 실시 예는 초음파에 기반하여 무선으로 전력을 전송하는 장치를 제공한다. One embodiment of the present disclosure provides a device for wirelessly transmitting power based on ultrasonic waves.
본 개시의 일 실시 예는 초음파에 기반하여 무선으로 전력을 전송하기 위한 효율적인 초음파 트랜스듀서의 크기 및 형태를 가진 무선 전력 전송 장치를 제공한다.One embodiment of the present disclosure provides a wireless power transmission device having the size and shape of an efficient ultrasonic transducer for wirelessly transmitting power based on ultrasonic waves.
본 개시의 일 실시 예는 초음파에 기반하여 송신 에너지의 낭비 없이 최적의 효율을 갖는 송수신 변환기를 제공한다.One embodiment of the present disclosure provides a transmission/reception converter with optimal efficiency without wasting transmission energy based on ultrasonic waves.
본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 전송 시스템은 전기적 신호를 입력 받아 송신 초음파를 발생시키는 송신 트랜스듀서 및 송신 트랜스듀서가 발생한 송신 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수신 트랜스듀서를 포함하고, 수신 트랜스듀서의 변환 소자는 송신 트랜스듀서에 대향하는 수신 면(surface)이 평면인 수신 평면을 가지고, 수신 평면은 송신 트랜스듀서가 생성하는 음장에 의하여 집속 지점에서 생성하는 빔 프로파일의 형태에 대응하는 형태를 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 수신 트랜스듀서의 변환 소자의 수신 평면은 측(lateral) 방향의 길이가 고도(elevation) 방향의 길이보다 긴 형태일 수 있다. An ultrasonic-based power transmission system according to an embodiment of the present disclosure includes a transmitting transducer that receives an electrical signal and generates a transmitted ultrasonic wave, and a receiving transducer that receives the transmitted ultrasonic wave generated by the transmitting transducer and converts it into an electrical signal, , the conversion element of the receiving transducer has a receiving plane where the receiving surface opposite to the transmitting transducer is flat, and the receiving plane corresponds to the shape of the beam profile generated at the focus point by the sound field generated by the transmitting transducer. It can have the form: In one embodiment, the receiving plane of the conversion element of the receiving transducer may have a length in the lateral direction that is longer than the length in the elevation direction.
본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 수신 장치는 전기적 신호를 입력 받아 송신 초음파를 발생시키는 송신 트랜스듀서가 발생한 송신 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수신 트랜스듀서 및 전기적 신호에 기반하여 배터리를 충전하는 충전 회로를 포함하고, 수신 트랜스듀서의 변환 소자는 송신 트랜스듀서에 대향하는 수신 면(surface)이 평면인 수신 평면을 가지고, 수신 평면은 송신 트랜스듀서가 집속 지점에서 생성하는 빔 프로파일의 형태에 대응하는 형태 일 수 있다.An ultrasonic-based power receiving device according to an embodiment of the present disclosure includes a receiving transducer that receives an electrical signal and converts it into an electrical signal, a transmitting transducer that receives an electrical signal and generates a transmitted ultrasonic signal, and a battery based on the electrical signal. It includes a charging circuit for charging, and the conversion element of the receiving transducer has a receiving plane in which the receiving surface opposite to the transmitting transducer is a plane, and the receiving plane is a beam profile generated by the transmitting transducer at the focusing point. It may be a form corresponding to a form.
본 개시의 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 전송 시스템은 초음파에 기반한 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.The ultrasonic-based power transmission system according to an embodiment of the present disclosure can improve the efficiency of ultrasonic-based power transmission.
본 개시의 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 전송 시스템은 체내 이식 장치의 충전을 가능하게 하여, 배터리 교체를 위한 수술을 회피할 수 있어 환자의 건강 향상에 기여할 수 있다.The ultrasound-based power transmission system according to an embodiment of the present disclosure enables charging of an implantable device within the body, thereby avoiding surgery for battery replacement, thereby contributing to improving the patient's health.
도 1 (a) 및 (b)는 본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 송신 장치의 송신 트랜스듀서로부터 송신 초음파의 전파 양상을 측 방향 및 고도 방향의 빔 인텐시티를 기준으로 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 전송 시스템의 송신 트랜스듀서 및 수신 트랜스듀서의 형상을 설명하는 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 송신 장치의 구성을 설명하는 블럭도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 수신 장치의 구성을 설명하는 블럭도이다.
도 5 내지 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파 기반의 전력 전송 시스템의 실험 결과를 설명하는 도면이다.1 (a) and (b) schematically illustrate the propagation pattern of ultrasonic waves transmitted from a transmission transducer of an ultrasonic-based power transmission device according to an embodiment of the present disclosure, based on beam intensities in the lateral and elevation directions. It is a drawing.
Figure 2 is a perspective view illustrating the shapes of a transmitting transducer and a receiving transducer of an ultrasonic-based power transmission system according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 3 is a block diagram illustrating the configuration of an ultrasonic-based power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 4 is a block diagram illustrating the configuration of an ultrasound-based power reception device according to an embodiment of the present disclosure.
5 to 10 are diagrams illustrating experimental results of an ultrasonic-based power transmission system according to an embodiment of the present disclosure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted. The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
도 1을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파에 기반한 무선 전력 송신 장치(100)를 설명한다. A wireless power transmission device 100 based on ultrasonic waves according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. 1 .
도 1 (a)는 송신 트랜스듀서(110)에서 생성하는 빔 프로파일의 측(lateral) 방향의 인텐시티(intensity)를 개략적으로 도시하고, 도 1 (b)는 송신 트랜스듀서(110)에서 생성하는 초음파 빔 프로파일의 고도(elevation) 방향의 인텐시티를 개략적으로 도시한다. 두 축을 기준으로 하는 초음파 빔 프로파일은 각 축 방향으로 크기와 폭은 다르지만 유사한 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다.Figure 1 (a) schematically shows the intensity in the lateral direction of the beam profile generated by the transmission transducer 110, and Figure 1 (b) shows the ultrasound generated by the transmission transducer 110. The intensity of the beam profile in the elevation direction is schematically shown. It can be seen that the ultrasound beam profile based on the two axes has a similar shape, although the size and width are different in each axis direction.
본 개시의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 전기적 신호를 인가하여 송신 초음파를 발생시키는 송신 트랜스듀서(110)를 포함한다. 송신 트랜스듀서(110)로부터 생성된 송신 초음파는, 매질층을 통해 무선 전력 수신 장치(200)로 전달된다.The wireless power transmission device 100 according to an embodiment of the present disclosure includes a transmission transducer 110 that generates transmission ultrasonic waves by applying an electrical signal. Transmission ultrasound generated from the transmission transducer 110 is transmitted to the wireless power reception device 200 through the medium layer.
송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자는 발생된 송신 초음파가 전파 및 집속(focused)되는 방향인 깊이(depth) 방향, 깊이 방향에 수직인 평면의 축을 형성하는 측 방향 및 고도 방향으로 정의될 수 있다. The conversion element of the transmission transducer 110 can be defined as the depth direction, which is the direction in which the generated transmitted ultrasonic waves are propagated and focused, and the lateral direction and elevation direction forming the axis of a plane perpendicular to the depth direction. .
일 실시 예에서, 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자는 깊이 방향의 면이 도 1과 같이 깊이 방향으로 오목한(concave) 형태일 수 있다. 다른 실시 예에서는 깊이 방향의 면이 도 1과 달리 평평한 형태일 수도 있다.In one embodiment, the depth direction surface of the conversion element of the transmission transducer 110 may be concave in the depth direction as shown in FIG. 1 . In another embodiment, the surface in the depth direction may be flat, unlike FIG. 1 .
송신 트랜스듀서(110)에서 발생한 송신 초음파는 집속 지점 근방에서 송신 트랜스듀서의 형태가 공간적으로 퓨리에 변환(Fourier transform)이 된 싱크(sinc) 함수의 형태의 빔 프로파일을 가지며, 집속 지점(FL)(1000)에서 가장 큰 음압(sound intensity)을 보인다.The transmitted ultrasound generated from the transmitting transducer 110 has a beam profile in the form of a sinc function in which the shape of the transmitting transducer is spatially Fourier transformed near the focus point, and the focus point (FL) ( 1000) shows the greatest sound intensity.
송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자의 깊이 방향의 면이 평평한 형태인 경우, 집속 지점(FL)은 <수학식 1>과 같이 계산될 수 있다.When the depth-direction surface of the conversion element of the transmission transducer 110 is flat, the focus point FL can be calculated as shown in Equation 1.
D는 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자의 크기이고, c는 매질의 속도 fc는 초음파의 동작 주파수를 의미한다.D is the size of the conversion element of the transmission transducer 110, c is the speed of the medium, and fc is the operating frequency of ultrasonic waves.
이와 달리, 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자의 깊이 방향의 면이 오목한 형태인 곡면인 경우, 집속 지점(FL)은 곡면의 곡률 반경의 중심 위치에 형성될 수 있다.On the other hand, when the depth direction surface of the conversion element of the transmission transducer 110 is a curved surface with a concave shape, the focus point FL may be formed at the center of the radius of curvature of the curved surface.
따라서, 초음파 기반의 전력 전송 시스템의 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 트랜스듀서(110)는 어플리케이션에 따라 예상되는 전력 전송 길이를 파악하고, 파악된 전력 전송 길이에 집속 지점을 가지도록 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자의 크기 및 동작 주파수를 설정할 수 있다. 곡면 형태의 변환 소자를 갖는 송신 트랜스듀서(110)인 경우는 어플리케이션에 따라 예상되는 전력 전송 길이에 송신 초음파의 집속 지점을 가지도록 깊이 방향의 곡면의 곡률을 결정할 수 있다.Therefore, the transmission transducer 110 of the wireless power transmission device 100 of the ultrasound-based power transmission system determines the expected power transmission length according to the application, and configures the transmission transducer to have a focus point at the determined power transmission length. The size and operating frequency of the conversion element of (110) can be set. In the case of the transmission transducer 110 having a curved conversion element, the curvature of the curved surface in the depth direction can be determined to have a focus point of the transmission ultrasonic waves at the expected power transmission length depending on the application.
도 2를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파에 기반한 무선 전력 전송 시스템의 송신 트랜스듀서(110) 및 수신 트랜스듀서(210)를 설명한다.Referring to FIG. 2, the transmitting transducer 110 and the receiving transducer 210 of the ultrasonic-based wireless power transmission system according to an embodiment of the present disclosure will be described.
일 실시 예에서, 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자는 고도-측 평면을 기준으로 깊이 축을 따라 수신 트랜스듀서(210)의 반대측 방향으로 오목한 곡면을 가지고 측 방향 길이(111) 및 고도 방향 길이(113)을 가지는 압전 물질의 단일 소자(element)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자는 동일하게 고도-측 평면을 기준으로 깊이 축을 따라 수신 트랜스듀서(210)의 반대측 방향으로 방향으로 오목한 곡면을 가지는 복수의 소자들이 측 방향으로 연결된 1차원 어레이 배열 형태를 가질 수 있고, 이 경우, 각 소자들에서 발생하는 송신 초음파가 집속 지점에 집속될 수 있도록 타임 딜레이(time delay)를 계산하여 각 소자들을 개별적으로 구동할 수 있다.In one embodiment, the conversion element of the transmitting transducer 110 has a concave curved surface in the direction opposite to the receiving transducer 210 along the depth axis relative to the elevation-lateral plane and has a lateral length 111 and an elevation length ( 113) may be composed of a single element of a piezoelectric material. In another embodiment, the conversion element of the transmitting transducer 110 includes a plurality of elements having a concave curved surface in the direction opposite to the receiving transducer 210 along the depth axis based on the same altitude-lateral plane. It may have a connected one-dimensional array arrangement, and in this case, each element can be driven individually by calculating the time delay so that the transmitted ultrasonic waves generated from each element can be focused on the focus point.
일 실시 예에서, 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자는 측 방향 길이(111)가 고도 방향 길이(113)보다 긴 형태일 수 있다.In one embodiment, the conversion element of the transmission transducer 110 may have a lateral length 111 longer than the elevation length 113.
일 실시 예에서, 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자는 송신 트랜스듀서(110)가 생성하는 음장에 대향하는 수신 면(surface)인 수신평면의 형태를 가지는 압전 물질의 단일 소자일 수 있고, 수신 평면은 직사각형 형태일 수 있고, 측 방향 길이(211)가 고도 방향 길이(213)보다 긴 형태일 수 있다. In one embodiment, the transduction element of the receiving transducer 210 may be a single element of piezoelectric material having the shape of a receiving plane, which is the receiving surface opposing the sound field generated by the transmitting transducer 110. The plane may have a rectangular shape, and the lateral length 211 may be longer than the elevation length 213.
일 실시 예에서, 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 수신 평면에서 측 방향 길이(211)와 고도 방향 길이(213)는 각각 송신 트랜스듀서(110)에서 발생한 송신 초음파의 빔 프로파일의 측 방향 및 고도 방향으로 형성된 주엽(main lobe)의 전체 폭 이하이고, 주엽의 최고 음압 지점으로부터 -3 dB인 지점의 폭 이상의 길이일 수 있다. 즉, 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 수신 평면에서 측 방향 길이(211)는 송신 트랜스듀서(110)에서 발생한 송신 초음파의 빔 프로파일의 측 방향을 기준으로 형성된 주엽의 전체 폭 이하이고, 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 수신 평면에서 고도 방향 길이(213)는 송신 트랜스듀서(110)에서 발생한 송신 초음파의 빔 프로파일의 고도 방향을 기준으로 형성된 주엽의 전체 폭 이하일 수 있다. 또는 각각 주엽의 최고 음압 지점으로부터 -3 dB인 지점의 폭 이상의 길이일 수 있다.In one embodiment, the lateral length 211 and the elevation length 213 in the receiving plane of the transduction element of the receiving transducer 210 are the lateral and lateral directions of the beam profile of the transmitted ultrasound generated by the transmitting transducer 110, respectively. It may be less than the entire width of the main lobe formed in the elevation direction, and may be more than the width of the point that is -3 dB from the highest sound pressure point of the main lobe. That is, the lateral length 211 in the receiving plane of the conversion element of the receiving transducer 210 is less than or equal to the entire width of the main lobe formed based on the lateral direction of the beam profile of the transmitted ultrasonic wave generated by the transmitting transducer 110, The height direction length 213 in the receiving plane of the conversion element of the transducer 210 may be less than or equal to the entire width of the main lobe formed based on the elevation direction of the beam profile of the transmitted ultrasound generated from the transmitting transducer 110. Alternatively, it may be a length equal to or greater than the width of the point that is -3 dB from the highest sound pressure point of each main lobe.
즉, 종래의 무선 전력 전송을 위한 초음파 무선 전력 전송 기술은 송신 초음파를 집속하지 않고 방사하는 방식을 사용하며, 이 경우 충분한 초음파 에너지를 수신 트랜스듀서에 전달하지 못하는 문제가 있다. 이를 해결하기위해 송신 초음파를 집속하여 사용하면, 수신 트랜스듀서의 변환 소자의 크기 또한 매우 작아지게 되어 <수학식 2>에 따라 전기적 임피던스가 상승하므로 초음파 전력 전송 효율이 낮아지는 문제를 발견하였다. That is, the conventional ultrasonic wireless power transmission technology for wireless power transmission uses a method of radiating transmitted ultrasonic waves without focusing them, and in this case, there is a problem in that sufficient ultrasonic energy cannot be transmitted to the receiving transducer. To solve this problem, when the transmitted ultrasonic waves are focused and used, the size of the conversion element of the receiving transducer also becomes very small, and the electrical impedance increases according to Equation 2, thereby lowering the ultrasonic power transmission efficiency.
Z는 전기적임피던스, d는 압전소자의 두께, j는 허수단위, ω는 각주파수, ε은 압전소자의 비유전율, A는 압전소자의 면적을 의미한다.Z is the electrical impedance, d is the thickness of the piezoelectric element, j is the imaginary unit, ω is the angular frequency, ε is the relative permittivity of the piezoelectric element, and A is the area of the piezoelectric element.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 측 방향 길이(211)를 고도 방향 길이(213)보다 긴 형태의 직사각형의 수신 평면 형태로 구성하고, 최적의 수신 트랜스듀서(210)의 전기적 임피던스를 형성할 수 있도록 송신 트랜스듀서(110)에서 집속 지점에서 생성하는 빔 프로파일의 형태에 대응하도록 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 측 방향 길이(211)와 고도 방향 길이(213)를 설정할 수 있다. 또한, 송신 초음파의 빔 프로파일의 주엽 폭과 측엽(side lobes)으로 인한 수신 트랜스듀서(210)에서 발생하는 반대 진동을 감소시킬 수 있도록 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 측 방향 길이(211)를 설정하거나, 송신 트랜스듀서(110)의 측 방향 길이(111), 고도 방향 길이(113), 깊이-고도 방향으로의 오목한 곡면(115)의 곡률을 결정하여 초음파의 무선 전력 전송 효율을 상승시킬 수 있다. 아래의 도 5 내지 도 10에서 본 발명의 실시 예의 실험 결과를 이용하여 자세히 설명한다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, the lateral length 211 of the conversion element of the receiving transducer 210 is configured in the form of a rectangular receiving plane longer than the elevation length 213, and the optimal receiving transducer is provided. The lateral length 211 and the elevation length of the conversion element of the receiving transducer 210 are set to correspond to the shape of the beam profile generated at the focusing point in the transmitting transducer 110 so as to form an electrical impedance of 210. (213) can be set. In addition, the lateral length 211 of the transduction element of the receiving transducer 210 can reduce opposing vibrations occurring in the receiving transducer 210 due to the main lobe width and side lobes of the beam profile of the transmitted ultrasound. or by determining the lateral length 111, the elevation length 113, and the curvature of the concave curved surface 115 in the depth-elevation direction of the transmitting transducer 110 to increase the wireless power transmission efficiency of ultrasonic waves. You can. The experimental results of embodiments of the present invention will be described in detail in FIGS. 5 to 10 below.
도 3을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 초음파에 기반한 무선 전력 전송 시스템의 무선 전력 송신 장치(100)를 설명한다.A wireless power transmission device 100 of an ultrasonic-based wireless power transmission system according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. 3 .
일 실시 예에서, 무선 전력 송신 장치(100)는 외부 장치와 통신을 수행하는 통신부(101), 송신 트랜스듀서(110)가 복수의 배열형 변환 소자로 구성된 경우 타임 딜레이를 저장하고, 프로세서(105)의 실행을 위한 코드를 저장하는 메모리(103), 장치의 제어 결과, 장치의 이벤트 결과를 표시하거나 전력 전송 현황 등을 표시하는 디스플레이(107), 주변 장치, 사용자의 사용을 위한 인터페이스(109) 및 전기적 신호를 입력 받아 송신 초음파를 발생하는 송신 트랜스듀서(110)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the wireless power transmission device 100 includes a communication unit 101 that performs communication with an external device, stores a time delay when the transmission transducer 110 is composed of a plurality of array-type conversion elements, and a processor 105. ), a memory 103 for storing code for execution, a display 107 for displaying device control results, device event results, or power transmission status, etc., peripheral devices, and an interface 109 for use by the user. And it may include a transmission transducer 110 that receives an electrical signal and generates transmitted ultrasonic waves.
무선 전력 송신 장치(100)는 외부 전원의 교류 전원을 입력 받아 직류 전원으로 변환하거나 그 역인 컨버터/인버터를 포함할 수 있고, 전원부로부터 입력된 전기적 신호를 증폭하는 증폭 회로를 포함할 수 있다. 프로세서(105)는 구성 요소들을 제어하고 전기적 신호를 송신 초음파로 변환하도록 송신 트랜스듀서(110)를 제어할 수 있다.The wireless power transmission device 100 may include a converter/inverter that receives AC power from an external power source and converts it to DC power or vice versa, and may include an amplification circuit that amplifies the electrical signal input from the power supply unit. The processor 105 may control the components and control the transmission transducer 110 to convert electrical signals into transmitted ultrasound.
일 실시 예에서, 무선 전력 송신 장치(100)는 외부 장치와 통신을 수행하기 위한 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.In one embodiment, the wireless power transmission device 100 may include a communication interface for communicating with an external device.
통신 인터페이스는 무선 통신부 또는 유선 통신부를 포함할 수 있다.The communication interface may include a wireless communication unit or a wired communication unit.
무선 통신부는, 이동통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치정보 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The wireless communication unit may include at least one of a mobile communication module, a wireless Internet module, a short-range communication module, and a location information module.
이동통신 모듈은, 이동통신을 위한 통신방식인 LTE(Long Term Evolution) 등에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. The mobile communication module transmits and receives wireless signals with at least one of a base station, an external terminal, and a server on a mobile communication network built according to LTE (Long Term Evolution), a communication method for mobile communication.
무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈로서, 무선 전력 송신 장치(100)에 내장되거나 외장될 수 있고, WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance) 등이 사용될 수 있다.The wireless Internet module is a module for wireless Internet access, which may be built into or external to the wireless power transmission device 100, and supports wireless LAN (WLAN), wireless-fidelity (Wi-Fi), and wireless fidelity (Wi-Fi) Direct. , DLNA (Digital Living Network Alliance), etc. may be used.
근거리 통신 모듈은 근거리 통신을 통하여 데이터 송수신을 위한 모듈로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등을 사용할 수 수 있다.The short-range communication module is a module for transmitting and receiving data through short-range communication, including Bluetooth™, RFID (Radio Frequency Identification), Infrared Data Association (IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, and NFC (Near Field). Communication), etc. can be used.
위치정보 모듈은 무선 전력 송신 장치(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 위성 항법 기술에 기반한 GPS(Global Positioning System) 모듈이거나, 무선 통신 기지국, 무선 액세스 포인트와의 무선 통신에 기반하여 위치를 획득하는 모듈일 수 있다. 위치정보 모듈은 WiFi 모듈을 포함할 수 있다.The location information module is a module for acquiring the location of the wireless power transmission device 100, and is either a GPS (Global Positioning System) module based on satellite navigation technology, or a location information module based on wireless communication with a wireless communication base station or wireless access point. It may be a module that is acquired. The location information module may include a WiFi module.
일 실시 예에서, 무선 전력 송신 장치(100)는 사용자의 입력을 위한 입력부 또는 출력부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the wireless power transmission device 100 may include an input unit or output unit for user input.
입력부는 마이크로폰, 사용자로부터 정보를 입력 받기 위한 터치 인터페이스를 포함하는 사용자 인터페이스(UI: User Interface)를 포함하고, 사용자 인터페이스는 마우스, 키보드뿐만 아니라 장치에 구현된 기계식, 전자식 인터페이스 등을 포함할 수 있고 사용자의 명령을 입력 가능한 것이라면 특별히 그 방식과 형태를 한정하지 않는다. 전자식 인터페이스는 터치 입력 가능한 디스플레이를 포함한다.The input unit includes a user interface (UI: User Interface) including a microphone and a touch interface for receiving information from the user, and the user interface may include a mouse, a keyboard, as well as mechanical and electronic interfaces implemented in the device. As long as the user's command can be input, the method and form are not particularly limited. The electronic interface includes a display capable of touch input.
출력부는 무선 전력 송신 장치(100)의 출력을 외부에 표출하여 사용자에게 정보를 전달하기 위한 것으로서, 시각적 출력, 청각적 출력 또는 촉각적 출력을 표출하기 위한 디스플레이, LED, 스피커 등을 포함할 수 있다.The output unit is used to deliver information to the user by displaying the output of the wireless power transmission device 100 to the outside, and may include a display, LED, speaker, etc. for expressing visual output, auditory output, or tactile output. .
무선 전력 송신 장치(100)는 다양한 종류의 연결된 외부 기기와의 데이터 전송을 위한 주변 장치 인터페이스부를 포함할 수 있고, 메모리 카드(memory card) 포트, 외부 장치 I/O(Input/Output) 포트(port) 등을 포함할 수 있다. The wireless power transmission device 100 may include a peripheral device interface unit for data transmission with various types of connected external devices, a memory card port, and an external device I/O (Input/Output) port. ), etc. may be included.
도 4를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)의 구성을 설명한다. 앞서 도 2를 참조하여 설명한 무선 전력 송신 장치(100)의 구성과 동일한 부분은 자세한 설명을 생략한다. The configuration of the wireless power reception device 200 according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. 4. Detailed description of parts that are the same as the configuration of the wireless power transmission device 100 previously described with reference to FIG. 2 will be omitted.
일 실시 예에서, 무선 전력 수신 장치(200)는 체내 이식형 의료 장치인 임플란트 장치로서, 예를 들어 인공심박동기 또는 약물 전달 시스템과 같은 의료 장치이거나 그 내부의 한 구성 요소일 수 있다.In one embodiment, the wireless power reception device 200 is an implantable medical device that is implantable in the body, and may be a medical device such as an artificial pacemaker or a drug delivery system, or a component therein.
일 실시 예에서, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100) 또는 외부 장치와 통신을 수행하는 통신부(201), 프로세서(205)의 실행을 위한 코드를 저장하는 메모리(203), 임플란트 장치로서 동작을 수행하거나 수신 트랜스듀서(210)에서 송신 초음파에 기반하여 생성한 전기적 신호에 기반하여 배터리(209)를 충전하는 회로(207) 및 송신 초음파를 수신하여 전기적 신호를 발생하는 수신 트랜스듀서(210)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the wireless power reception device 200 includes a communication unit 201 that communicates with the wireless power transmission device 100 or an external device, a memory 203 that stores code for execution of the processor 205, A circuit 207 that performs an operation as an implant device or charges the battery 209 based on an electrical signal generated based on transmitted ultrasonic waves by the receiving transducer 210, and a receiving transducer that receives the transmitted ultrasonic waves and generates an electrical signal. It may include a deducer 210.
도 5 내지 10을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 실험 결과를 설명한다. Experiment results according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 5 to 10.
도 5를 참조하면 송신 초음파를 발생하는 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자의 깊이 방향의 면이 도 5 (a)와 같은 곡면을 가지고 동작 주파수 1 MHz로 동작할 때, 시뮬레이션으로 곡면의 곡률 반경의 중심인 집속 지점에서 도 5 (b)와 같은 빔 패턴을 가지는 것을 확인하였다. 또한, 도 5 (a)와 같은 형태 및 수치로 제작된 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자에 의해 발생한 송신 초음파의 집속 지점에서의 실제 빔 패턴은 도 5 (c)와 같았다. Referring to FIG. 5, when the depth direction surface of the conversion element of the transmission transducer 110 that generates transmitted ultrasonic waves has a curved surface as shown in FIG. 5 (a) and operates at an operating frequency of 1 MHz, the radius of curvature of the curved surface is calculated through simulation. It was confirmed that the beam pattern as shown in Figure 5 (b) was found at the focus point, which is the center of . In addition, the actual beam pattern at the focus point of the transmitted ultrasonic waves generated by the conversion element of the transmission transducer 110 manufactured in the same shape and size as shown in FIG. 5 (a) was as shown in FIG. 5 (c).
즉, 본 개시의 일 실시 예에 따른 송신 트랜스듀서(110)에 의해 발생한 송신 초음파가 집속 지점에서 고도 방향 보다 측 방향으로 긴 빔 패턴을 가지는 것을 확인하였고, 이러한 빔 패턴에 적합하게 고도 방향 보다 측 방향으로 길은 형태인 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자를 설계함으로써 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.That is, it was confirmed that the transmitted ultrasonic waves generated by the transmitting transducer 110 according to an embodiment of the present disclosure have a beam pattern that is longer in the lateral direction than the elevation direction at the focus point, and that the beam pattern is longer in the lateral direction than the elevation direction appropriately for this beam pattern. Wireless power transmission efficiency can be improved by designing the conversion element of the receiving transducer 210 to be long in direction.
도 6은 고도 방향으로 길이가 35 mm이고 곡률 반경의 중심이 각각 80 mm(610), 35 mm인(620) 깊이 방향의 곡면을 가진 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자의 집속 지점에서의 빔 프로파일을 도시한다. Figure 6 shows a beam at the focus point of the conversion element of the transmitting transducer 110, which has a length of 35 mm in the elevation direction and a curved surface in the depth direction with centers of curvature radii of 80 mm (610) and 35 mm (620), respectively. Shows the profile.
송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자의 집속 지점에서의 빔 프로파일은 주엽의 최고 음압 지점으로부터 -3 dB인 지점에서 주엽의 고도 방향 폭이 각각 4 mm 길이(611)와 1 mm 길이(621)를 가졌고, 주엽의 고도 방향 전체 폭은 각각 8 mm 길이(613)와 2 mm 길이(623)를 가졌다.The beam profile at the focusing point of the conversion element of the transmitting transducer 110 has the elevation width of the main lobe at a point of -3 dB from the highest sound pressure point of the main lobe being 4 mm long (611) and 1 mm long (621), respectively. The total width of the main lobe in the elevation direction was 8 mm long (613) and 2 mm long (623), respectively.
도 7 내지 10은 도 6의 빔 프로파일을 가지면서 곡률 반경의 중심이 각각 80 mm(610), 35 mm인(620) 깊이 방향의 곡면을 가진 송신 트랜스듀서(110)의 변환 소자에 대응하여, 도 2 형태처럼 고도 방향의 길이보다 측 방향의 길이가 길고 송신 트랜스듀서(110)에 대향하는 변환소자의 수신 평면이 직사각형인 수신 트랜스듀서(210)의 고도 방향의 길이를 각각 도 7의 1 mm, 도 8의 2 mm, 도 9의 4 mm 및 도 10의 8 mm로 변화시키면서 수신 트랜스듀서(210)에서 측정한 전압 및 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자에서의 진동을 관찰한 것이다. 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자에서의 진동은 변환 소자의 고도 방향의 복수 지점에서 관찰하였다 도 7 내지 10의 좌측 칼럼은 각각 수신 트랜스듀서(210)에서 측정한 전압이고, 도 7 내지 10의 우측 칼럼은 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 고도 방향의 복수 지점에서 관찰한 진동을 도시한다.7 to 10 correspond to the conversion element of the transmission transducer 110 having the beam profile of FIG. 6 and a curved surface in the depth direction with the center of the radius of curvature being 80 mm (610) and 35 mm (620), respectively, As shown in Figure 2, the length in the altitude direction of the receiving transducer 210 is longer than the length in the altitude direction and the receiving plane of the conversion element facing the transmitting transducer 110 is rectangular. The length in the altitude direction of the receiving transducer 210 is 1 mm in Figure 7, respectively. , 2 mm in FIG. 8, 4 mm in FIG. 9, and 8 mm in FIG. 10, the voltage measured at the receiving transducer 210 and the vibration in the conversion element of the receiving transducer 210 were observed. Vibration in the conversion element of the receiving transducer 210 was observed at multiple points in the elevation direction of the conversion element. The left columns of FIGS. 7 to 10 are the voltages measured at the receiving transducer 210, respectively, and the voltages measured at the receiving transducer 210 are shown in FIGS. The right column shows vibrations observed at multiple points in the elevation direction of the conversion element of the receiving transducer 210.
도 7 내지 10을 참조하면, 곡률 반경의 중심이 각각 35 mm(620)일 때 송신 초음파의 빔 프로파일의 주엽의 고도 방향 전체 폭인 2 mm 길이(623)로 수신 트랜스듀서(210)의 고도 방향의 길이를 설정하였을 때(도 8 (a)), 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 고도 방향의 복수 지점에서 관찰한 진동들이 서로 일치하여 에너지의 낭비 없이 수신 트랜스듀서(210)에 전달되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 7 to 10, when the center of the radius of curvature is 35 mm (620), the height direction of the receiving transducer 210 is 2 mm long (623), which is the entire width in the elevation direction of the main lobe of the beam profile of the transmitted ultrasound. When the length is set (FIG. 8 (a)), the vibrations observed at multiple points in the altitude direction of the conversion element of the receiving transducer 210 match each other and are transmitted to the receiving transducer 210 without wasting energy. You can check it.
도 7 내지 10을 참조하면, 곡률 반경의 중심이 각각 80 mm(610)일 때 송신 초음파의 빔 프로파일의 주엽의 고도 방향 전체 폭인 8 mm 길이(623)로 수신 트랜스듀서(210)의 고도 방향의 길이를 설정하였을 때(도 10 (b)), 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 고도 방향의 복수 지점에서 관찰한 진동들이 서로 일치하여 에너지의 낭비 없이 수신 트랜스듀서(210)에 전달되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 7 to 10, when the center of the radius of curvature is 80 mm (610), the height direction of the receiving transducer 210 is 8 mm long (623), which is the entire width in the elevation direction of the main lobe of the beam profile of the transmitted ultrasound. When the length is set (FIG. 10 (b)), the vibrations observed at multiple points in the altitude direction of the conversion element of the receiving transducer 210 match each other and are transmitted to the receiving transducer 210 without wasting energy. You can check it.
또한, 도 7 내지 10을 참조하면, 곡률 반경의 중심이 각각 35 mm(620)일 때 송신 초음파의 빔 프로파일의 주엽의 고도 방향 -3 dB 폭인 1 mm 길이(623)로 수신 트랜스듀서(210)의 고도 방향의 길이를 설정하였을 때(도 7 (a)), 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 고도 방향의 복수 지점에서 관찰한 진동들이 고도 방향의 길이가 4 mm(도 9 (a)) 또는 8 mm(도 10 (a))일 때 보다 서로 일치하여 에너지의 낭비 없이 수신 트랜스듀서(210)에 전달되는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to FIGS. 7 to 10, when the center of the radius of curvature is 35 mm (620), the receiving transducer 210 is 1 mm long (623), which is -3 dB wide in the elevation direction of the main lobe of the beam profile of the transmitted ultrasound. When the length in the altitude direction is set (FIG. 7 (a)), the vibrations observed at multiple points in the altitude direction of the conversion element of the receiving transducer 210 have a length in the altitude direction of 4 mm (FIG. 9 (a)) ) or 8 mm (Figure 10 (a)), it can be confirmed that the energy is transmitted to the receiving transducer 210 without wasting energy.
또한, 도 7 내지 10을 참조하면, 곡률 반경의 중심이 각각 80 mm(610)일 때 송신 초음파의 빔 프로파일의 주엽의 고도 방향 -3 dB 폭인 4 mm 길이(623)로 수신 트랜스듀서(210)의 고도 방향의 길이를 설정하였을 때(도 9 (b)), 수신 트랜스듀서(210)의 변환 소자의 고도 방향의 복수 지점에서 관찰한 진동들이 측 방향의 길이가 1 mm(도 7 (b)) 또는 2 mm(도 8 (b))일 때 보다 서로 일치하여 에너지의 낭비 없이 수신 트랜스듀서(210)에 전달되는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to FIGS. 7 to 10, when the center of the radius of curvature is 80 mm (610), the receiving transducer 210 is 4 mm long (623), which is -3 dB wide in the elevation direction of the main lobe of the beam profile of the transmitted ultrasound. When the length in the altitude direction is set (FIG. 9 (b)), the vibrations observed at multiple points in the altitude direction of the conversion element of the receiving transducer 210 have a lateral length of 1 mm (FIG. 7 (b)) ) or 2 mm (Figure 8 (b)), it can be confirmed that the energy is transmitted to the receiving transducer 210 without wasting energy.
따라서, 수신 트랜스듀서(210)의 수신 평면의 고도 방향의 길이는 상기 송신 초음파의 집속 지점에서의 빔 프로파일의 고도 방향 주엽의 전체 폭 이하이고, 고도 방향 주엽의 최고 음압 지점으로부터 -3 dB인 지점의 폭 이상일 경우 최적의 전력 전송 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.Therefore, the length of the receiving plane of the receiving transducer 210 in the altitude direction is less than or equal to the entire width of the main lobe in the altitude direction of the beam profile at the focus point of the transmitted ultrasonic waves, and is -3 dB from the highest sound pressure point of the main lobe in the altitude direction. It can be confirmed that optimal power transmission efficiency is achieved when the width is more than .
본 시뮬레이션 결과는 수신 트랜스듀서(210)의 측 방향의 길이와 송신 트랜스듀서(110)에 의한 송신 빔 프로파일의 측 방향 주엽의 폭과의 관계에도 동일하며, 따라서 최적의 전력 전송 효율을 달성하기 위해서는 수신 트랜스듀서(210)의 수신 평면의 고도 방향(213) 및 측 방향(211) 길이가 송신 초음파의 집속 지점에서의 빔 프로파일의 고도 방향 및 측 방향에 대한 대응하는 주엽의 전체 폭 이하이고, 주엽의 최고 음압 지점으로부터 고도 방향 및 측 방향으로 각각 -3 dB인 지점들의 폭 이상이 되도록 송신 트랜스듀서(110)의 측 방향 길이(111), 고도 방향 길이(113), 깊이-고도 방향으로의 오목한 곡면(115)의 곡률이 결정되어야 하는 것을 의미한다. 또는, 송신 초음파의 집속 지점에서의 빔 프로파일의 고도 방향 및 측 방향에 대한 대응하는 주엽의 전체 폭 이하이고, 주엽의 최고 음압 지점으로부터 고도 방향 및 측 방향으로 각각 -3 dB인 지점들의 폭 이상이 되도록 수신 트랜스듀서(210)의 수신 면이 평면을 가지고 수신 트랜스듀서(210)의 측 방향 길이(211), 고도 방향 길이(213)를 결정할 수도 있다.This simulation result is the same for the relationship between the lateral length of the receiving transducer 210 and the width of the lateral main lobe of the transmission beam profile by the transmitting transducer 110. Therefore, in order to achieve optimal power transmission efficiency, The elevational (213) and lateral (211) lengths of the receiving plane of the receiving transducer (210) are less than or equal to the full width of the corresponding major lobe relative to the elevational and lateral directions of the beam profile at the focus point of the transmitted ultrasound, and The lateral length 111, the altitude length 113, and the depth-elevation direction of the transmitting transducer 110 are concave so as to be more than the width of the points that are -3 dB in the altitude direction and lateral direction, respectively, from the highest sound pressure point. This means that the curvature of the curved surface 115 must be determined. or, is less than or equal to the entire width of the corresponding main lobe in the elevation and lateral directions of the beam profile at the point of focus of the transmitted ultrasound, and is not less than the width of the points that are -3 dB respectively in the elevation and lateral directions from the highest sound pressure point of the main lobe. If possible, the receiving surface of the receiving transducer 210 may be flat and the lateral length 211 and the elevation length 213 of the receiving transducer 210 may be determined.
전술한 본 개시는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 각 장치의 프로세서를 포함할 수도 있다.The present disclosure described above can be implemented as computer-readable code on a program-recorded medium. Computer-readable media includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable media include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Disk), SDD (Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. There is. Additionally, the computer may include a processor for each device.
한편, 상기 프로그램은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the program may be specially designed and configured for the present disclosure, or may be known and usable by those skilled in the art of computer software. Examples of programs may include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
본 개시의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. In the specification (particularly in the claims) of the present disclosure, the use of the term “above” and similar referential terms may refer to both the singular and the plural. In addition, when a range is described in the present disclosure, the invention includes the application of individual values within the range (unless there is a statement to the contrary), and each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention. It's the same.
본 개시에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 본 개시에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 개시를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 개시의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 인자(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.Unless there is an explicit order or description to the contrary regarding the steps constituting the method according to the present disclosure, the steps may be performed in any suitable order. The present disclosure is not necessarily limited by the order of description of the steps above. The use of any examples or illustrative terms (e.g., etc.) in the present disclosure is merely to describe the present disclosure in detail, and unless limited by the claims, the scope of the present disclosure is limited by the examples or illustrative terms. It doesn't work. In addition, those skilled in the art will recognize that various modifications, combinations and changes may be made according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or their equivalents.
따라서, 본 개시의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 개시의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present disclosure should not be limited to the above-described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all scopes equivalent to or equivalently changed from the claims are within the scope of the spirit of the present disclosure. It will be said to belong to
100: 무선 전력 송신 장치
110: 송신 트랜스듀서
200: 무선 전력 수신 장치
1000: 집속 지점(FL)100: wireless power transmission device
110: Transmitting transducer
200: Wireless power receiving device
1000: Focus point (FL)
Claims (11)
상기 송신 트랜스듀서가 발생한 상기 송신 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수신 트랜스듀서를 포함하고,
상기 수신 트랜스듀서의 변환 소자는 상기 송신 트랜스듀서에 대향하는 수신 면(surface)이 평면인 수신 평면을 가지고, 상기 수신 평면은 상기 송신 트랜스듀서가 집속 지점에서 생성하는 빔 프로파일의 형태에 대응하는 형태를 가지는,
초음파 기반의 전력 전송 시스템.
A transmission transducer that receives an electrical signal and generates transmitted ultrasonic waves; and
It includes a receiving transducer that receives the transmitted ultrasonic waves generated by the transmitting transducer and converts them into electrical signals,
The conversion element of the receiving transducer has a receiving plane in which the receiving surface opposite to the transmitting transducer is a plane, and the receiving plane has a shape corresponding to the shape of the beam profile generated by the transmitting transducer at the focusing point. Having,
Ultrasound-based power transmission system.
상기 수신 트랜스듀서의 변환 소자의 상기 수신 평면은 측(lateral) 방향의 길이가 고도(elevation) 방향의 길이보다 긴 형태인,
초음파 기반의 전력 전송 시스템.
According to claim 1,
The receiving plane of the conversion element of the receiving transducer has a length in the lateral direction longer than the length in the elevation direction,
Ultrasound-based power transmission system.
상기 수신 트랜스듀서는 단일 소자로 구성된 초음파 트랜스듀서인,
초음파 기반의 전력 전송 시스템.
According to claim 1,
The receiving transducer is an ultrasonic transducer composed of a single element,
Ultrasound-based power transmission system.
상기 수신 트랜스듀서의 변환 소자의 상기 수신 평면은 측(lateral) 방향 및 고도(elevation)방향의 길이는 각각 상기 송신 초음파의 집속 지점에서의 측 방향 및 고도 방향을 기준으로 하는 빔 프로파일의 주엽(main lobe)의 전체 폭 이하이고, 상기 주엽의 최고 음압 지점으로부터 -3 dB인 지점의 폭 이상인,
초음파 기반의 전력 전송 시스템.
According to claim 1,
The receiving plane of the conversion element of the receiving transducer has a length in the lateral direction and an elevation direction, respectively, of the main lobe of the beam profile based on the lateral direction and the elevation direction at the focus point of the transmitted ultrasonic waves. less than or equal to the entire width of the lobe, and greater than or equal to the width of the point that is -3 dB from the highest sound pressure point of the main lobe,
Ultrasound-based power transmission system.
상기 송신 트랜스듀서의 변환 소자는 상기 측 방향의 길이가 상기 고도 방향의 길이보다 긴 형태이고, 상기 송신 초음파가 전송되는 방향인 깊이(depth) 방향으로 오목한(concave) 형태를 가지는,
초음파 기반의 전력 전송 시스템.
According to claim 1,
The conversion element of the transmission transducer has a shape in which the length in the lateral direction is longer than the length in the elevation direction, and has a concave shape in the depth direction, which is the direction in which the transmission ultrasonic waves are transmitted.
Ultrasound-based power transmission system.
상기 송신 트랜스듀서는 단일 소자로 구성된 초음파 트랜스듀서인,
초음파 기반의 전력 전송 시스템.
According to clause 5,
The transmitting transducer is an ultrasonic transducer composed of a single element,
Ultrasound-based power transmission system.
상기 송신 트랜스듀서는 복수 개의 송신 소자로 구성된 초음파 트랜스듀서이고,
복수 개의 상기 송신 소자의 각 상기 송신 소자는 대응되는 송신 시간에 기반하여, 상기 수신 트랜스듀서의 측 방향의 길이가 상기 송신 초음파의 집속 지점에서의 빔 프로파일의 주엽의 전체 폭 이하이고, 상기 수신 트랜스듀서의 고도 방향의 길이가 상기 주엽의 최고 음압 지점으로부터 -3 dB인 지점의 폭 이상이 되는 초음파 빔 프로파일을 생성하도록 제어되는,
초음파 기반의 전력 전송 시스템.
According to clause 5,
The transmission transducer is an ultrasonic transducer composed of a plurality of transmission elements,
Each of the transmitting elements of the plurality of transmitting elements, based on the corresponding transmission time, has a lateral length of the receiving transducer less than or equal to the entire width of the main lobe of the beam profile at the focus point of the transmitting ultrasonic waves, and the receiving transducer Controlled to generate an ultrasound beam profile in which the length of the deducer in the elevation direction is greater than or equal to the width of the point that is -3 dB from the highest sound pressure point of the main lobe,
Ultrasound-based power transmission system.
상기 전기적 신호에 기반하여 배터리를 충전하는 충전 회로를 포함하고,
상기 수신 트랜스듀서의 변환 소자는 상기 송신 트랜스듀서에 대향하는 수신 면(surface)이 평면인 수신 평면을 가지고, 상기 수신 평면은 상기 송신 트랜스듀서가 집속 지점에서 생성하는 빔 프로파일의 형태에 대응하는 형태를 가지는,
초음파 기반의 전력 수신 장치.
A receiving transducer that receives an electrical signal and generates a transmitted ultrasonic signal receives the generated transmitted ultrasonic wave and converts it into an electrical signal; and
It includes a charging circuit that charges the battery based on the electrical signal,
The conversion element of the receiving transducer has a receiving plane in which the receiving surface opposite to the transmitting transducer is a plane, and the receiving plane has a shape corresponding to the shape of the beam profile generated by the transmitting transducer at the focusing point. Having,
Ultrasound-based power receiving device.
상기 수신 트랜스듀서 변환 소자의 상기 수신 평면은 측(lateral) 방향의 길이가 고도(elevation) 방향의 길이보다 긴 형태인,
초음파 기반의 전력 수신 장치.
According to clause 8,
The receiving plane of the receiving transducer conversion element has a length in the lateral direction longer than the length in the elevation direction,
Ultrasound-based power receiving device.
상기 수신 트랜스듀서는 단일 소자로 구성된 초음파 트랜스듀서인,
초음파 기반의 전력 수신 장치.
According to clause 9,
The receiving transducer is an ultrasonic transducer composed of a single element,
Ultrasound-based power receiving device.
상기 수신 트랜스듀서의 변환 소자의 상기 수신 평면은 측(lateral) 방향 및 고도(elevation)방향의 길이는 각각 상기 송신 초음파의 집속 지점에서의 측 방향 및 고도 방향을 기준으로 하는 빔 프로파일의 주엽(main lobe)의 전체 폭 이하이고, 상기 주엽의 최고 음압 지점으로부터 -3 dB인 지점의 폭 이상인,
초음파 기반의 전력 수신 장치.
According to clause 9,
The receiving plane of the conversion element of the receiving transducer has a length in the lateral direction and an elevation direction, respectively, of the main lobe of the beam profile based on the lateral direction and the elevation direction at the focus point of the transmitted ultrasonic waves. less than or equal to the entire width of the lobe, and greater than or equal to the width of the point that is -3 dB from the highest sound pressure point of the main lobe,
Ultrasound-based power receiving device.
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|---|---|---|---|
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| KR1020220118144A KR20240039497A (en) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | Apparatus for transmiting wireless electric power baseed on ultrasound |
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Patent Citations (1)
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