WO2019135440A1 - 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법 및 시스템 - Google Patents

자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법 및 시스템 Download PDF

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WO2019135440A1
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receiving
optimum
end coil
transmitting
coil
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최완
박상준
강진호
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한국과학기술원
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    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for selecting an optimum transmitting-end coil current and receiving-end coil group in a self-resonant wireless power transmission multiple coil system.
  • Wired charging which is a conventional charging method, is not a problem when using a small amount of devices.
  • one wired charger is required for each device, so that the battery is periodically replaced or charged There is an inconvenience in doing. Therefore, it is necessary to develop a technique to solve such a charging problem.
  • wireless powered communication networks technology has received a great deal of attention recently.
  • the transmitter and receiver In order to solve the problem of wired charging, interest in wireless charging research based on magnetic field is increasing.
  • the transmitter and receiver must have a circuit composed of an inductor and a capacitor.
  • the current flowing in the transmitter changes with time, and the inductor generates an electromagnetic field in the inductor.
  • the generated electromagnetic field generates an electric field at the receiving end, which causes a voltage difference at the receiving end to charge the energy.
  • wireless charging With wireless charging, charging is possible even when the distance between the charger and the device is short, and it is possible to charge several devices simultaneously using one charger.
  • researchers have been researching and releasing magnetic field-based wireless charging products in domestic and overseas academia and industry.
  • current wireless charging technology has a limitation in using in real network system due to low charging efficiency compared to wired charging . Therefore, research is needed to increase the charging efficiency so that wireless charging technology can be used in practical situations such as IoT.
  • a current allocation method, a receiving end coil selection method, and an algorithm therefor that can maximize the wireless charging efficiency due to multiple coils at the receiving end.
  • the optimal transmitting-end coil current and receiving-end coil group selecting method sets the resonant frequencies of the transmitting and receiving ends to be equal to each other, A step of limiting a minimum receiving power, a maximum transmitting end voltage, and a maximum transmitting end current to minimize a transmission power from the transmitting end to the receiving end, The optimum receiving power, the optimum transmitting-end coil current, and the optimum receiving-end coil group for the set.
  • the step of obtaining an optimum receiving power, an optimum transmitting end coil current, and an optimum receiving end coil group for the receiving end coil set includes: obtaining an optimum transmitting end coil current for the receiving end coil set; And obtaining an optimum transmitting-end coil current and an optimum receiving-end coil group.
  • the step of obtaining optimum receiving powers for all the receiving end coil sets and obtaining the optimum transmitting end coil group and the optimum receiving end coil group includes obtaining the optimal transmitting end coil current by comparing the optimal receiving powers, The optimal transmission power of the optimum transmission coil current is obtained for all the reception-end coil groups and then compared.
  • the optimum transmission power is updated to the corresponding total transmission power, and the optimal receiving end coil group And repeats the calculation for the number of receiving coil in the receiving coil group, thereby obtaining the optimum transmitting power, the optimum receiving coil group, and the optimum transmitting coil current.
  • an optimum transmitting-end coil current and receiving-end coil group selection system proposed by the present invention includes a transmitting end including a plurality of coils, a receiving end including a plurality of coils, Voltage, and characteristics of the coil to determine an optimum transmitting-end coil current and an optimum receiving-end coil group.
  • control unit sets the resonance frequencies of the transmitting and receiving ends to be the same and obtains the coil current of the receiving end, the coil current of the transmitting end, the coil voltage of the transmitting end, and the transmitting and receiving power,
  • the minimum receiving power, the maximum transmitting end voltage, and the maximum transmitting end current are limited in order to minimize the receiving coil set, and the optimum receiving power, the optimum transmitting coil current, and the optimum receiving coil group are obtained for the receiving coil set.
  • the control unit obtains an optimal transmitting-end coil current for the receiving-end coil set to obtain the optimum receiving power, the optimum transmitting-end coil current, and the optimum receiving-end coil group for the receiving-end coil set, And obtains an optimal transmitting-end coil current and an optimum receiving-end coil group.
  • the controller obtains optimum receiving powers for all the receiving-end coil sets, compares the optimal receiving-end coil currents with the optimal receiving-end coil group to obtain an optimum transmitting-end coil current, In order to obtain the optimum receiving-end coil group, the optimal transmission power of the optimum transmitting-end coil current is obtained for all the receiving-end coil groups and compared.
  • the signal processing method can enable wireless charging in a wireless power communication network such as a mobile phone, a tablet, a wearable electronic device, etc. used for IoT communication, and a plurality of coils It is possible to increase the wireless charging efficiency. Also, considering the change of mutual inductance at the receiving end, we propose a current allocation method, a receiving end coil selection method, and an algorithm therefor that can maximize the wireless charging efficiency due to multiple coils at the receiving end.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining an optimal transmitting coil current and a receiving coil group selecting method in a self-resonant wireless power transmission multiple coil system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a self-resonant wireless power transmission multiple coil system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining a transmitter coil and a receiver coil and a corresponding normal vector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a ratio of optimal transmission power to minimum received power according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention considers a wireless charging system environment having a transmitting terminal for transmitting energy to a plurality of coils and a single receiving terminal for charging energy to a plurality of coils. Unlike the prior art, the actual environment in which the mutual inductance value between the receiving ends is not 0 is considered. Considering the mutual inductance between the receiving ends, this directly affects the charging efficiency.
  • the energy loss may occur according to mutual inductance values. This is because the mutual inductance changes according to the distance and position of the receiving coil, so that charging efficiency can be improved regardless of the location of the wireless charging device in a practically usable environment. Therefore, it is designed so that the receiving coil can be selected and used according to the mutual inductance values when the switch is installed and charged in each circuit of the receiving end. This can maximize the charging efficiency due to multiple coils at the receiving end.
  • the controller exists in the system, receives information such as current, voltage, and coil characteristics from the transmitter and receiver to form an optimum current, turns on the switch when charging, determines the optimum set of receiver coil to use, . Therefore, we propose an optimization method to increase the energy efficiency and to derive optimized results for the transmitter current and the receiver coil set.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining an optimal transmitting coil current and a receiving coil group selecting method in a self-resonant wireless power transmission multiple coil system according to an embodiment of the present invention.
  • a proposed wireless charging method for a self-resonance based wireless charging system having a transmitting end including a plurality of coils and a receiving end including a plurality of coils sets the resonant frequencies of the transmitting end and the receiving end to be the same, (110) of obtaining a coil current, a coil current of the transmitting terminal, a coil voltage of the transmitting terminal, and transmitting / receiving power, limiting the minimum receiving power, the maximum transmitting terminal voltage, and the maximum transmitting terminal current for minimizing the transmission power from the transmitting terminal to the receiving terminal (120) and obtaining (130) an optimum receiving power, an optimum transmitting end coil current, and an optimum receiving end coil group for the receiving end coil group.
  • step 110 the resonance frequencies of the transmitting end and the receiving end are set to be the same, and the coil current of the receiving end, the coil current of the transmitting end, the coil voltage of the transmitting end, and the transmitting and receiving power are obtained.
  • Step 110 includes obtaining an optimal transmitting-end coil current for the receiving-end coil set, obtaining optimal receiving powers for all receiving-end coil sets, and obtaining an optimal transmitting-end coil current and an optimum receiving-end coil group .
  • the optimum transmitting-end coil current and transmission power for the fixed receiving-end coil group can be obtained.
  • the optimal receiving end coil current is obtained by comparing the optimal receiving power,
  • the optimum transmission power of the optimum transmission coil current can be obtained for all the receiving-end coil groups and then compared.
  • all the receiving-end coil groups are compared to obtain an optimum transmitting-end coil current.
  • the optimum transmitting power is updated to the corresponding total transmitting power. Group, and repeats the number of the receiving coil in the receiving coil group, thereby obtaining the optimum transmitting power, the optimum receiving coil group, and the optimum transmitting coil current.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a self-resonant wireless power transmission multiple coil system according to an embodiment of the present invention.
  • the proposed self-resonant wireless power transmission multi-coil system includes a transmitting end 210 including a plurality of coils, a receiving end 220 including a plurality of coils, and a current and voltage from the transmitting end 210 and the receiving end 220.
  • a controller 230 receiving the information including the characteristics of the coil and determining an optimum transmitting end coil current and an optimum receiving end coil group.
  • the control unit 230 can set the resonance frequencies of the transmitting and receiving ends to be the same and obtain the coil current of the receiving end, the coil current of the transmitting end, the coil voltage of the transmitting end, and the transmitting and receiving power. In order to minimize the transmission power from the transmitting end to the receiving end, the minimum receiving power, the maximum transmitting end voltage, and the maximum transmitting end current are limited, and the optimum receiving power, the optimum transmitting end coil current, Can be obtained.
  • the controller 230 obtains the optimum transmitter coil current for the receiver coil set to obtain the optimal reception power, the optimal transmitter coil current, and the optimum receiver coil group for the receiver coil set, It is possible to obtain optimum receiving powers, and obtain an optimal transmitting-end coil current and an optimum receiving-end coil group.
  • the controller 230 obtains optimal receiving power for all sets of receiving end coils, compares the optimal receiving end coil current with the optimal receiving end coil group to obtain an optimum transmitting end coil current, In order to obtain the optimum receiving end coil group, the optimal transmission power of the optimal transmitting end coil current can be obtained and compared with all the receiving end coil groups.
  • the present invention contemplates a self-resonant based wireless charging system having a transmitting end 210 comprising N coils and a receiving end 220 comprising Q coils.
  • the n-th transmitting- And the complex current flowing is And the current flowing in the q-th receiving end coil is to be.
  • the control unit 230 in the system can change the value of the transmitter coil current by changing the voltage value of the transmitter power.
  • Each receiver coil has a switch that allows you to decide whether or not to use a coil when charging.
  • step 110 the resonance frequencies of the transmitting end and the receiving end are set to be the same, and the coil current of the receiving end, the coil current of the transmitting end, the coil voltage of the transmitting end, and the transmitting and receiving power are obtained.
  • Step 110 includes obtaining an optimal transmitting-end coil current for the receiving-end coil set, obtaining optimal receiving powers for all receiving-end coil sets, and obtaining an optimal transmitting-end coil current and an optimum receiving-end coil group .
  • step 120 the minimum reception power, the maximum transmission terminal voltage, and the maximum transmission terminal current are limited in order to minimize the transmission power from the transmitter to the receiver.
  • step 130 And the optimum receiving-end coil group.
  • the description of the receiving coil current, the transmitting coil current, the transmitting coil voltage, and the transmitting / receiving power will be described in detail below.
  • the receiver coil current can be expressed in the following matrix form.
  • the An identity matrix, , , , , , , , . Total received power and transmitted power are as follows.
  • the optimization problem is constructed based on the equations described above as follows.
  • the first constraint in the above problem 1 represents the minimum received power
  • the second constraint represents the transmitter maximum voltage
  • the final limit represents the transmitter maximum current, minimizing the transmission power while satisfying the above constraints.
  • the optimal transmitter coil current and optimum transmit power for the fixed receiver coil group are obtained as follows.
  • the optimum transmission power is obtained for all the receiving end coil groups and compared.
  • the smallest value is the optimum value, and the transmitting-end coil current and receiving-end coil group at this time are optimum.
  • q is the number of receiving-end coils belonging to the receiving-end coil group.
  • the total number of groups that can be obtained by selecting q out of Q is And all groups having q receive-end coils are compared through k.
  • the relaxed P1 as described above, This is an optimization problem fixed by.
  • Total transmit power Is obtained by using a method of obtaining an optimum transmitting-end coil current and an optimal transmitting power for a fixed-end-receiving-coil group, and calculates the smallest transmission power as the optimum transmission power . if this If it is smaller than To And updates the receiving end coil group. By repeating this for k and q, optimal transmission power and optimum receiving end coil group and transmitting end coil current can be obtained.
  • FIG. 3 is a view for explaining a transmitter coil and a receiver coil and a corresponding normal vector according to an embodiment of the present invention.
  • the first transmission coil is positioned at (0, 0.6) and the second transmission coil is positioned at (0, -0.6, 0).
  • the first, second, and third receiver coils are placed at (0.5424, 0.5424, 0.1), and the fourth, fifth, and sixth receiver coils are placed at (0.4576, 0.4576, 0.1).
  • the radius of each transmitting and receiving coil is 0.1, 0.02 m, and the number of turns of the coil is 250, 50.
  • the normal vectors of the first and second transmission terminal coils are (0, 0, 1)
  • the normal vectors of the first, second and fourth reception terminal coils are (0, 0, 1) (0.7071, 0.7071, 0).
  • the mutual inductance between the coils obtained for the transmitting end and the receiving end shown in FIG. 3 is shown in the following table.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a ratio of optimal transmission power to minimum received power according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components.
  • the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software.
  • OS operating system
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software.
  • the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG.
  • the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller.
  • Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
  • the software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded.
  • the software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device As shown in FIG.
  • the software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner.
  • the software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
  • the method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination.
  • the program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software.
  • Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

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Abstract

자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법 및 시스템이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법은 상기 송신단 및 상기 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 수신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구하는 단계, 상기 송신단으로부터 상기 수신단으로의 전송 전력의 최소화를 위해 최소 수신 전력, 최대 송신단 전압, 최대 송신단 전류를 제한하는 단계 및 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계를 포함한다.

Description

자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법 및 시스템
본 발명은 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 IoT 통신 네트워크에 대한 관심도가 높아지고 전자 기기의 양이 급격하게 증가하면서 배터리 충전에 대한 문제가 대두되고 있다. 기존의 충전 방식인 유선 충전은 적은 양의 기기를 사용할 때는 문제가 없지만 IoT 환경에서와 같이 수 많은 기기를 충전할 경우 각 기기에 하나의 유선 충전기가 필요하기 때문에 배터리를 주기적으로 교체하거나 유선으로 충전하는 점에 불편함이 있다. 따라서 이러한 충전 문제를 해결할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
이러한 한계를 극복하기 위해 최근 무선 전력 통신 네트워크(Wireless powered communication networks) 기술이 큰 주목을 받고 있다. IoT 통신에 활용되는 모바일 폰(mobile phone), 태블릿(tablet), 웨어러블 전자 장치(wearable electronic device)가 무선 전력 기지국으로부터 전력을 공급 받음으로써 무선 충전할 수 있는 연구에 관한 관심이 높아지고 있다. 기존의 유선 충전과는 달리 주기적인 배터리 교체나 유선 충전기 사용이 불필요하므로 많은 장치들로 인해 충전 수요가 급증하는 최근의 통신 네트워크에서 불편함과 운용 비용을 감소시킬 수 있다.
이러한 유선 충전의 문제를 해결하기 위해 자기장 기반의 무선 충전 연구에 대한 관심이 높아지고 있다. 무선 충전을 하기 위해 송신단과 수신단은 유도기와 축전기로 구성된 회로를 갖추고 있어야 하며 송신단에 흐르는 전류가 시간에 따라 변하면서 유도기가 수신단 유도기에 전자기장을 생성한다. 생성된 전자기장은 수신단에 전기장을 생성하고 이로 인해 수신단에 전압 차이가 생겨 에너지를 충전하게 된다.
무선 충전을 이용하면 충전기와 기기 사이의 거리가 떨어져 있는 환경에서도 충전이 가능하고 한 충전기를 이용하여 동시에 여러 기기를 충전도 가능하다. 이러한 무선 충전의 장점으로 최근 국내외 학계 및 산업계에서 자기장 기반 무선 충전 제품을 연구 및 출시하고 있는 반면, 현재의 무선 충전 기술은 유선 충전과 비교해봤을 때 충전 효율이 낮아 실제 네트워크 시스템에 사용하는데 한계가 있다. 따라서 IoT 등 실제 실용 가능한 상황에서 무선 충전 기술을 사용할 수 있도록 충전 효율을 높이기 위한 연구가 필수적이다.
기존에는 무선 충전을 할 때 송신단 혹은 수신단 한 쪽에서만 다수의 코일을 갖추고 다른 한쪽에는 하나의 코일을 이용하여 충전하는 기술에 대한 연구가 이루어졌다. 다수의 송신 코일과 하나의 수신 코일을 이용하는 경우 무선 통신에서 송신단 안테나 빔포밍과 비슷한 방법으로 다수의 송신 코일의 전류를 최적화하여 충전 효율을 높이려고 하였다.
하나의 송신 코일과 다수의 수신 코일을 이용하는 경우에는 부하 저항과 같은 소자 값을 바꾸어 충전 효율을 높이려고 하였다. 그러나 이 경우 수신단 코일 사이의 거리가 멀다고 가정하여 수신단 코일 사이의 상호 인덕턴스 값을 0이라고 가정하고 문제를 풀어나간다. 반면, 실제 무선 충전 시스템에서는 송신단과 수신단 사이의 상호 인덕턴스 값이 존재하며, 이는 충전 효율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 또한, 수신단에서 다수의 코일들의 거리와 위치에 따라 상호 인덕턴스 값들이 변하기 때문에 이를 명확히 고려한 연구가 필수적이다. 하지만 현재까지 송신단과 수신단 양쪽 모두 다수의 코일을 이용하여 무선 충전하는 기술에 관한 연구는 아직까지 이루어지지 않았다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 IoT 등 실제 실용 가능한 상황에서 무선 충전 기술을 사용할 수 있도록 충전 효율을 높이기 위한 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. 수신단에서의 상호 인덕턴스의 변화를 고려하여 수신단에서의 다수 코일로 인한 무선 충전 효율을 최대화 할 수 있는 송신단에서의 전류 할당 기법과 수신단 코일 선택 기법, 이를 위한 알고리즘을 제안하고자 한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법은 상기 송신단 및 상기 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 수신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구하는 단계, 상기 송신단으로부터 상기 수신단으로의 전송 전력의 최소화를 위해 최소 수신 전력, 최대 송신단 전압, 최대 송신단 전류를 제한하는 단계 및 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계를 포함한다.
상기 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계는 상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하는 단계 및 상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계를 포함한다.
상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하는 단계는,
고정된 수신단 코일 그룹에 대하여 최적의 송신단 코일 전류와 전송 전력을 하기식을 이용하여 구하고,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000001
여기서
Figure PCTKR2018001298-appb-I000002
이고
Figure PCTKR2018001298-appb-I000003
는
Figure PCTKR2018001298-appb-I000004
의 최대 고유값이고,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000005
는 대응되는 고유벡터이며
Figure PCTKR2018001298-appb-I000006
이다.
상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계는 상기 최적의 수신 전력들을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고, 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해 모든 수신단 코일 그룹에 대하여 상기 최적의 송신단 코일 전류의 최적 전송 전력을 구한 후 비교한다.
모든 수신단 코일 그룹을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고 가장 낮은 전송 전력과 비교하여 총 전송 전력이 최적 전송 전력보다 더 작은 경우 최적 전송 전력을 해당 총 전송 전력으로 갱신하고, 최적의 수신단 코일 그룹도 갱신하며, 수신단 코일 그룹 내의 수신단 코일의 개수에 대해 반복함으로써 최적 전송 전력과 최적의 수신단 코일 그룹 및 최적의 송신단 코일 전류를 구한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 시스템은 복수의 코일을 포함하는 송신단, 복수의 코일을 포함하는 하나의 수신단 및 상기 송신단 및 상기 수신단으로부터 전류 및 전압, 코일의 특성을 포함하는 정보를 받아 최적의 송신단 코일 전류, 최적의 수신단 코일 그룹을 결정하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 송신단 및 상기 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 수신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구하고, 상기 송신단으로부터 상기 수신단으로의 전송 전력의 최소화를 위해 최소 수신 전력, 최대 송신단 전압, 최대 송신단 전류를 제한하고, 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구한다.
상기 제어부는 상기 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해, 상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고, 상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구한다.
또한, 상기 제어부는 상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해, 상기 최적의 수신 전력들을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고, 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해 모든 수신단 코일 그룹에 대하여 상기 최적의 송신단 코일 전류의 최적 전송 전력을 구한 후 비교한다.
본 발명의 실시예들에 따른 신호 처리 방법은 IoT 통신에 활용되는 모바일 폰, 태블릿, 웨어러블 전자 장치 등이 무선 전력 통시 네트워크에서 무선 충전을 가능하게 할 수 있고, 송신단과 수신단 양쪽 모두 다수의 코일을 고려함으로써 무선 충전 효율을 높일 수 있다. 또한, 수신단에서의 상호 인덕턴스의 변화를 고려하여 수신단에서의 다수 코일로 인한 무선 충전 효율을 최대화 할 수 있는 송신단에서의 전류 할당 기법과 수신단 코일 선택 기법, 이를 위한 알고리즘을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단 코일 및 수신단 코일과 해당 법선 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소한의 수신 전력에 대한 최적 전송 전력의 비율을 나타내는 그래프이다.
본 발명에서는 다수의 코일로 에너지를 전송하는 송신단과 다수의 코일로 에너지를 충전하는 단일 수신단이 있는 무선 충전 시스템 환경을 고려하였다. 이전의 선행 기술과는 달리 수신단 사이의 상호 인덕턴스 값이 0이 아니라는 실제적인 환경을 고려하였다. 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 고려한다면 이는 충전 효율에 직접적인 영향을 미친다.
수신 코일을 모두 사용한다면 상호 인덕턴스 값들에 따라서 에너지 손실이 일어날 수 있기 때문에 이를 고려하여 수신단을 설계하여야 한다. 이는 상호 인덕턴스가 수신단 코일들의 거리와 위치에 따라 변하기 때문에 실제 실용 가능한 환경에 무선 충전 기기 위치에 관계 없이 충전 효율을 높이기 위함이다. 따라서 수신단의 각 회로에는 스위치를 설치하여 충전할 때 상호 인덕턴스 값들에 따라 수신 코일을 선택하여 사용할 수 있게 설계하였다. 이는 수신단에서 다중 코일로 인한 충전 효율을 최대화 할 수 있다.
또한 시스템에 컨트롤러가 존재하여 송신단과 수신단으로부터 전류 및 전압, 코일의 특성과 같은 정보를 받아 최적의 전류를 형성하고, 충전할 때 스위치를 켜서 사용할 최적의 수신단 코일 집합을 결정함으로써 이를 이용하여 충전 효율을 최대화 한다. 따라서 에너지 효율을 높이는 최적화 방안을 제안하고 송신단 전류와 수신단 코일 집합에 대하여 최적화된 결과를 도출해야 한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템에서 최적의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹 선택 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
복수의 코일을 포함하는 송신단 및 복수의 코일을 포함하는 하나의 수신단이 있는 자기 공진 기반 무선 충전 시스템에 대한 제안하는 무선 충전 방법은 상기 송신단 및 상기 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 수신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구하는 단계(110), 상기 송신단으로부터 상기 수신단으로의 전송 전력의 최소화를 위해 최소 수신 전력, 최대 송신단 전압, 최대 송신단 전류를 제한하는 단계(120) 및 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계(130)를 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 단계(110)에서 상기 송신단 및 상기 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 수신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구한다. 단계(110)는 상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하는 단계 및 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계를 포함한다.
상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하는 단계에서는 고정된 수신단 코일 그룹에 대하여 최적의 송신단 코일 전류와 전송 전력을 구할 수 있다.
상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계에서는 상기 최적의 수신 전력들을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고, 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해 모든 수신단 코일 그룹에 대하여 상기 최적의 송신단 코일 전류의 최적 전송 전력을 구한 후 비교할 수 있다.
이때, 모든 수신단 코일 그룹을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고 가장 낮은 전송 전력과 비교하여 총 전송 전력이 최적 전송 전력보다 더 작은 경우 최적 전송 전력을 해당 총 전송 전력으로 갱신하고, 최적의 수신단 코일 그룹도 갱신하며, 수신단 코일 그룹 내의 수신단 코일의 개수에 대해 반복함으로써 최적 전송 전력과 최적의 수신단 코일 그룹 및 최적의 송신단 코일 전류를 구할 수 있다. 도 2를 참조하여 복수의 코일을 포함하는 송신단 및 복수의 코일을 포함하는 하나의 수신단이 있는 자기 공진 기반 무선 충전 시스템에 대한 제안하는 무선 충전 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
제안하는 자기 공진 무선 전력 전송 다중 코일 시스템은 복수의 코일을 포함하는 송신단(210) 및 복수의 코일을 포함하는 하나의 수신단(220) 및 상기 송신단(210) 및 상기 수신단(220)으로부터 전류 및 전압, 코일의 특성을 포함하는 정보를 받아 최적의 송신단 코일 전류, 최적의 수신단 코일 그룹을 결정하는 제어부(230)를 포함한다.
제어부(230)는 송신단 및 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 수신단의 코일 전류, 송신단의 코일 전류, 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구할 수 있다. 또한, 송신단으로부터 수신단으로의 전송 전력의 최소화를 위해 최소 수신 전력, 최대 송신단 전압, 최대 송신단 전류를 제한하고, 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구할 수 있다.
제어부(230)는 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해, 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고, 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구할 수 있다.
또한, 제어부(230)는 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해, 최적의 수신 전력들을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고, 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해 모든 수신단 코일 그룹에 대하여 상기 최적의 송신단 코일 전류의 최적 전송 전력을 구한 후 비교할 수 있다.
본 발명에서는 N개의 코일로 이루어진 송신단(210)과 Q개의 코일로 이루어진 하나의 수신단(220)이 있는 자기 공진 기반 무선 충전 시스템을 고려하였다. n번째 송신단 코일은 복소 전압
Figure PCTKR2018001298-appb-I000007
의 전원이 연결되어있고 흐르는 복소 전류는
Figure PCTKR2018001298-appb-I000008
이고, q번째 수신단 코일에 흐르는 전류는
Figure PCTKR2018001298-appb-I000009
이다. 시스템에 있는 제어부(230)는 송신단 전원의 전압 값을 바꾸어 송신단 코일 전류 값을 변화시킬 수 있다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000010
는 각각 송신단 저항, 수신단 부하 저항, 송신단 유도기, 수신단 유도기, 송신단 축전기, 수신단 축전기 값을 나타낸다. 이때 공진 주파수를 모두
Figure PCTKR2018001298-appb-I000011
로 맞추기 위하여
Figure PCTKR2018001298-appb-I000012
로 설정한다. 각 수신단 코일에 스위치가 있어 충전할 때 코일을 사용할지 안 할지 정할 수 있다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000013
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000014
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000015
은 각각 n번째 송신단 코일과 q번째 수신단 코일, n번째 송신단 코일과 n'번째 송신단 코일, q번째 수신단 코일과 q'번째 수신단 코일 사이의 상호 인덕턴스를 나타낸다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000016
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000017
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000018
은
Figure PCTKR2018001298-appb-I000019
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000020
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000021
상호 인덕턴스 행렬을 나타내고
Figure PCTKR2018001298-appb-I000022
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000023
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000024
　이고
Figure PCTKR2018001298-appb-I000025
이
Figure PCTKR2018001298-appb-I000026
의 q번째 열벡터일 때
Figure PCTKR2018001298-appb-I000027
으로도 나타낼 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 단계(110)에서 상기 송신단 및 상기 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 수신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구한다. 단계(110)는 상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하는 단계 및 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계를 포함한다.
단계(120)에서, 송신단으로부터 상기 수신단으로의 전송 전력의 최소화를 위해 최소 수신 전력, 최대 송신단 전압, 최대 송신단 전류를 제한하고, 단계(130)에서 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구한다.
수신단 코일 전류, 송신단 코일 전류, 송신단 코일 전압, 송수신 전력에 관한 표현은 아래에서 상세히 설명한다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000028
를 충전에 사용되는 수신단 코일 집합이라고 하면 키리히호프 전압 법칙(KVL) 에 의하여 수신단 코일 전류를 다음과 같은 행렬 형태로 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000029
여기서
Figure PCTKR2018001298-appb-I000030
는
Figure PCTKR2018001298-appb-I000031
항등 행렬,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000032
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000033
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000034
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000035
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000036
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000037
,　
Figure PCTKR2018001298-appb-I000038
. 총 수신되는 전력과 전송되는 전력은 다음과 같다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000039
Figure PCTKR2018001298-appb-I000040
다음으로, 전송 전력을 최소화 하기 위한 최적화 문제 설정 및 풀이 알고리즘을 설명한다. 위에서 설명된 식들에 기초하여 최적화 문제를 구성하면 다음과 같다.
문제 1:
Figure PCTKR2018001298-appb-I000041
위 문제 1의 첫 번째 제한은 최소한의 수신 전력을 나타내고 두 번째 제한은 송신단 최대 전압, 마지막 제한은 송신단 최대 전류를 나타내고 위의 제한들을 만족하면서 전송 전력을 최소화한다. 위 문제에서 두 번째와 세 번째 제한을 완화시키면서 만든 문제는 다음과 같다.
문제 2:
Figure PCTKR2018001298-appb-I000042
위 문제는 다음과 같이 두 단계로 나누어서 푼다.
1. 임의의
Figure PCTKR2018001298-appb-I000043
에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구한다.
2. 모든
Figure PCTKR2018001298-appb-I000044
에 대해 최적의 전력을 구하고 그 값들을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구한다.
수신단 코일 그룹이 고정 되어있을 때 최적의 송신단 코일 전류를 구하기 위해 고정된 수신단 코일 그룹에 대하여 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 전송 전력을 구하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000045
Figure PCTKR2018001298-appb-I000046
여기서
Figure PCTKR2018001298-appb-I000047
이고
Figure PCTKR2018001298-appb-I000048
와
Figure PCTKR2018001298-appb-I000049
는
Figure PCTKR2018001298-appb-I000050
의 최대 고유값이고 이에 대응되는 고유벡터이며
Figure PCTKR2018001298-appb-I000051
은 다음과 같다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000052
다음으로, 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해 모든 수신단 코일 그룹에 대하여 최적 전송 전력을 구한 후 비교한다. 여기서 가장 작은 값이 최적값이고 이때의 송신단 코일 전류와 수신단 코일 그룹이 최적이다.
아래는 위 두 단계를 알고리즘으로 나타낸 것이다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000053
위 알고리즘에서 q는 수신단 코일 그룹 안에 속하는 수신단 코일의 개수이다. Q개 중 q개를 선택하여 얻을 수 있는 총 그룹의 개수는
Figure PCTKR2018001298-appb-I000054
개이고 k 를 통해 q개의 수신단 코일을 가진 모든 그룹을 비교한다. 위에서 말하는 relaxed P1 은 수신단 코일 그룹을
Figure PCTKR2018001298-appb-I000055
로 고정한 최적화 문제를 뜻한다. 총 전송 전력
Figure PCTKR2018001298-appb-I000056
을 고정된 수신단 코일 그룹에 대하여 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 전송 전력을 구하는 방식을 이용하여 구하고 지금까지 가장 작았던 전송 전력을 최적 전송 전력
Figure PCTKR2018001298-appb-I000057
와 비교한다. 만약
Figure PCTKR2018001298-appb-I000058
이
Figure PCTKR2018001298-appb-I000059
보다 더 작으면
Figure PCTKR2018001298-appb-I000060
를
Figure PCTKR2018001298-appb-I000061
로 갱신해주고 수신단 코일 그룹도 갱신한다. 이것을 k와 q에 대해 계속 반복하면 최적 전송 전력과 최적의 수신단 코일 그룹 및 송신단 코일 전류를 구할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단 코일 및 수신단 코일과 해당 법선 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
알고리즘 없이 최적의 수신단 코일 그룹을 알 수 있는 경우, 송신단 코일 개수가 N개 수신단 코일 개수가 총 2개일 때(Q=2) 다음과 같이 최적의 수신단 코일 그룹을 구할 수 있다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000062
여기서 　
Figure PCTKR2018001298-appb-I000063
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000064
는 최대 고유값을 나타낸다.
수신단 코일 사이에 상호 인덕턴스가 없을 때(
Figure PCTKR2018001298-appb-I000065
) 모든 수신단 코일을 사용하여 충전을 하는 것이 최적이다.
본 발명의 실시예에 따른 값들은 N=2, Q=6,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000066
MHz,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000067
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000068
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000069
,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000070
이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 첫 번째 송신단 코일은 (0,0.6,0), 두 번째 송신단 코일은 (0,-0.6,0)에 위치시킨다. 1,2,3번째 수신단 코일들은 (0.5424,0.5424,0.1), 4,5,6번째 수신단 코일들은 (0.4576,0.4576,0.1)에 위치시킨다. 각 송신단 코일과 수신단 코일의 반지름은 0.1, 0.02 m 이고 코일의 감은 수는 250, 50 번이다. 1,2번째 송신단 코일들의 법선 벡터는 (0,0,1), 1,2,4,5번째 수신단 코일들의 법선 벡터는 (0,0,1)이고 3,6번째 수신단 코일들의 법선 벡터는 (0.7071,0.7071,0) 이다.
도 3에 나타낸 송신단 및 수신단에 대하여 구한 코일 간 상호 인덕턴스는 다음 표와 같다.
Figure PCTKR2018001298-appb-I000071
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소한의 수신 전력에 대한 최적 전송 전력의 비율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 충전할 때 필요한 최소한의 수신 전력 (P) 대비 최적의 전송 전력 (
Figure PCTKR2018001298-appb-I000072
)를 나타낸다. 선(Relaxation + RX selection)은 상기 문제 2의 최적의 수신단 코일 그룹과 최적의 송신단 코일 전류를 사용한 결과를 나타내고, 선(Search + RX selection)은 전구간 탐색으로 상기 문제 1을 만족하는 최적의 수신단 코일 그룹과 최적의 송신단 코일 전류를 사용한 결과를 나타내며 마지막으로 선(Relaxation + All RX coils)은 수신단 코일 선택을 하지 않고 모든 코일을 사용한 결과를 나타낸다. 도 4에서 볼 수 있듯이 같은 P에서 선(Relaxaion + All RX coils)이 선(Search + RX selection)과 선(Relaxation + RX selection)보다 위에 있기 때문에 더 많은 전송 전력을 필요로 하는 것을 볼 수 있다. 따라서 수신단 코일 중 일부만 사용하는 것이 유리하다. 또한 도 3에서 설명한 실시예의 결과에 따르면,
Figure PCTKR2018001298-appb-I000073
까지 상기 문제 1과 상기 문제 2의 최적 전송 전력 및 최적의 수신단 코일 그룹, 최적의 송신단 코일 전류가 동일한 결과를 나타낸다. 이는 간소화한 문제 2를 알고리즘으로 푼 결과가 P 값에 따라 본 문제 1의 최적의 결과와 일치한다는 것을 보여준다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 복수의 코일을 포함하는 송신단 및 복수의 코일을 포함하는 하나의 수신단이 있는 자기 공진 기반 무선 충전 시스템에 대한 무선 충전 방법에 있어서,
    상기 송신단 및 상기 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 수신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구하는 단계;
    상기 송신단으로부터 상기 수신단으로의 전송 전력의 최소화를 위해 최소 수신 전력, 최대 송신단 전압, 최대 송신단 전류를 제한하는 단계; 및
    수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계
    를 포함하는 무선 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계는,
    상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하는 단계; 및
    상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계
    를 포함하는 무선 충전 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하는 단계는,
    고정된 수신단 코일 그룹에 대하여 최적의 송신단 코일 전류와 전송 전력을 하기식을 이용하여 구하고,
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000074
    여기서
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000075
    이고
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000076
    는
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000077
    의 최대 고유값이고,
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000078
    는 대응되는 고유벡터이며
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000079
    인
    무선 충전 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는 단계는,
    상기 최적의 수신 전력들을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고, 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해 모든 수신단 코일 그룹에 대하여 상기 최적의 송신단 코일 전류의 최적 전송 전력을 구한 후 비교하는
    무선 충전 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    모든 수신단 코일 그룹을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고 가장 낮은 전송 전력과 비교하여 총 전송 전력이 최적 전송 전력보다 더 작은 경우 최적 전송 전력을 해당 총 전송 전력으로 갱신하고, 최적의 수신단 코일 그룹도 갱신하며, 수신단 코일 그룹 내의 수신단 코일의 개수에 대해 반복함으로써 최적 전송 전력과 최적의 수신단 코일 그룹 및 최적의 송신단 코일 전류를 구하는
    무선 충전 방법.
  6. 복수의 코일을 포함하는 송신단;
    복수의 코일을 포함하는 하나의 수신단; 및
    상기 송신단 및 상기 수신단으로부터 전류 및 전압, 코일의 특성을 포함하는 정보를 받아 최적의 송신단 코일 전류, 최적의 수신단 코일 그룹을 결정하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 송신단 및 상기 수신단의 공진 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 수신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전류, 상기 송신단의 코일 전압 및 송수신 전력을 구하고;
    상기 송신단으로부터 상기 수신단으로의 전송 전력의 최소화를 위해 최소 수신 전력, 최대 송신단 전압, 최대 송신단 전류를 제한하고;
    수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는
    를 포함하는 무선 충전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신단 코일 집합에 대하여, 최적의 수신 전력, 최적의 송신단 코일 전류 및 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해,
    상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고;
    상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하는
    를 포함하는 무선 충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하기 위해,
    고정된 수신단 코일 그룹에 대하여 최적의 송신단 코일 전류와 전송 전력을 하기식을 이용하여 구하고,
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000080
    여기서
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000081
    이고
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000082
    는
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000083
    의 최대 고유값이고,
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000084
    는 대응되는 고유벡터이며
    Figure PCTKR2018001298-appb-I000085
    인
    무선 충전 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 모든 수신단 코일 집합에 대하여 최적의 수신 전력들을 구하고, 최적의 송신단 코일 전류와 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해,
    상기 최적의 수신 전력들을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고, 최적의 수신단 코일 그룹을 구하기 위해 모든 수신단 코일 그룹에 대하여 상기 최적의 송신단 코일 전류의 최적 전송 전력을 구한 후 비교하는
    무선 충전 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    모든 수신단 코일 그룹을 비교하여 최적의 송신단 코일 전류를 구하고 가장 낮은 전송 전력과 비교하여 총 전송 전력이 최적 전송 전력보다 더 작은 경우 최적 전송 전력을 해당 총 전송 전력으로 갱신하고, 최적의 수신단 코일 그룹도 갱신하며, 수신단 코일 그룹 내의 수신단 코일의 개수에 대해 반복함으로써 최적 전송 전력과 최적의 수신단 코일 그룹 및 최적의 송신단 코일 전류를 구하는
    무선 충전 시스템.
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