WO2024029712A1 - 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템의 최적 공진주파수 제어방법 - Google Patents

최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템의 최적 공진주파수 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2024029712A1
WO2024029712A1 PCT/KR2023/007600 KR2023007600W WO2024029712A1 WO 2024029712 A1 WO2024029712 A1 WO 2024029712A1 KR 2023007600 W KR2023007600 W KR 2023007600W WO 2024029712 A1 WO2024029712 A1 WO 2024029712A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power transmission
power
frequency
unit
optimal
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/007600
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
유성한
김영선
Original Assignee
주식회사 반프
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 반프 filed Critical 주식회사 반프
Publication of WO2024029712A1 publication Critical patent/WO2024029712A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/041—Means for supplying power to the signal- transmitting means on the wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/0422—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver characterised by the type of signal transmission means
    • B60C23/0433—Radio signals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/366—Electric or magnetic shields or screens made of ferromagnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0486—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre comprising additional sensors in the wheel or tyre mounted monitoring device, e.g. movement sensors, microphones or earth magnetic field sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/302—Temperature sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/304—Acceleration sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H2210/00—Indexing scheme relating to details of tunable filters
    • H03H2210/01—Tuned parameter of filter characteristics
    • H03H2210/015—Quality factor or bandwidth

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission system and an optimal resonant frequency control method of the system.
  • a wireless power transmission system for optimal power transmission that can stably receive power and easily and quickly control the system frequency efficiently to find the optimal resonant frequency and an optimal resonant frequency control method applied thereto. It's about.
  • Wireless power transmission refers to a technology that supplies power to home appliances or electric vehicles wirelessly instead of using conventional wired power lines.
  • the advantage is that devices that require power can be charged wirelessly without having to connect them to a power outlet using a power cable. Therefore, related research is actively underway.
  • Wireless power transmission technology largely includes magnetic induction, magnetic resonance, and microwave methods.
  • the magnetic induction method is a technology that uses magnetic inductive coupling between adjacent coils. The distance between two transmission and reception coils is within a few centimeters, and transmission efficiency is greatly influenced by the arrangement conditions of the two coils.
  • the magnetic resonance method is a technology in which non-radiative magnetic field energy is transferred between two resonators that are separated from each other by resonant coupling. Wireless power transmission is possible even when the distance between the transmission and reception coils is about 1 to 2 m, and compared to the magnetic induction method, it is possible to transmit power wirelessly. The advantage is that the alignment of the two coils is relatively flexible, and the wireless charging range can be expanded using a relay method.
  • the microwave method is a technology that transmits power by radiating ultra-high frequency electromagnetic waves such as microwaves through an antenna. Although long-distance wireless power transmission is possible, safety issues caused by electromagnetic waves must be considered.
  • a wireless power transmission system consists of a wireless power transmission device that transmits power wirelessly and a wireless power reception device that receives the power wirelessly.
  • maximum power transmission may be possible in a wireless power transmission system when the wireless power transmitting device and the wireless receiving device have the same resonant frequency.
  • the self-resonant wireless power transmission system can maximize transmission efficiency through the self-resonance effect even when the coupling between the transmitter and receiver coils is small, but if the resonance condition is not met, the transmission efficiency drops sharply. There is a problem.
  • the magnetic induction method is currently being commercialized mainly for small home appliances (mobile phones, earphones, tablet PCs, etc.), while the magnetic resonance method is used for product groups that require large air gaps and high power (cars, large home appliances, motors, etc.). etc.) are being applied and attempted.
  • wireless power transmission technology is being widely applied from small-power home appliances to high-power products such as electric vehicles, and a number of products have already been released.
  • the magnetic induction type has many commercialization cases, but has limitations in increasing the transmission distance, and the self-resonance type can secure high transmission efficiency through the resonance phenomenon despite a relatively long transmission distance, but the resonance condition is limited. There is a very large variation in transmission efficiency depending on whether it is satisfactory or not.
  • the resonance conditions for the transmitter and receiver can be derived from a mathematical theoretical solution, but if the location of the transmitter and receiver and the distance between the transmitter and receiver are changed, the coupling effect will vary, and the conditions will vary accordingly. This changes, and in the case of the self-resonance type, if the resonance condition is not met, the transmission efficiency drops sharply, so a system and method that can search for the optimal resonance frequency for optimal power transmission according to changes in the transmission distance is needed. do.
  • This self-resonant power transmission is difficult to supply wired power or replace batteries, but it requires power supply and has great application necessity and possibility for power transmission between two objects placed in close proximity.
  • this type of self-resonant power transmission causes a phenomenon in which the physical resonance frequency of the power transmission unit changes depending on whether a metal material is present near the power transmission unit or, if a metal material is present, the distance between the metal material and the power transmission unit. do.
  • the resonant frequency may also change continuously, and in this case, stable power transmission may become difficult.
  • the present invention relates to wireless power installed in an environment (hereinafter referred to as 'metal environment') where metal materials exist in the vicinity of the wireless power transmission surface, which is defined as the direction in which the transmitter and receiver face each other and transmit wireless power.
  • 'metal environment' an environment where metal materials exist in the vicinity of the wireless power transmission surface, which is defined as the direction in which the transmitter and receiver face each other and transmit wireless power.
  • a wireless power transmission system that can stably receive power even when the resonance frequency of the transmission system changes and can easily and quickly control the system frequency to search for the optimal resonance frequency and the optimal resonance frequency control method applied to the system. What is provided is the problem to be solved.
  • the present invention not only improves the stability and efficiency of wireless power transmission by minimizing the influence of the metal environment, but also allows easy component selection and easy power reception circuit design, and is applied to the system.
  • the problem to be solved is to provide an optimal resonance frequency control method.
  • the present invention provides a wireless power transmission system for efficient and optimal power transmission that can be applied to various systems or home appliances in an environment where the resonance frequency changes due to a metal environment or an environment where the transmission distance changes, and an optimal resonance applied to the system.
  • the problem to be solved is to provide a frequency control method.
  • the present invention is a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling in which a metal object is provided near the power transmission unit, and includes an AC/DC conversion circuit, a DC/RF conversion circuit, a matching circuit, a transmission coil, and control.
  • a transmission unit that transmits power including circuits and communication circuits; and a power receiving unit that receives power from the transmitting unit, including a receiving coil, a matching circuit, a rectifying circuit, a stabilizing circuit, a direct current/direct current conversion circuit, a control circuit, and a communication circuit, and adjusts the frequency of the transmitted power from the transmitting unit.
  • a system is configured to control the received power of the power receiver by controlling the received power of the power receiver, wherein the Q (quality coefficient) value defined by Equation 1 below of the resonance unit composed of the power receiver coil and the matching circuit is higher than the preset value. It is possible to provide a wireless power transmission system for optimal power transmission, wherein the resonance unit of the power receiver is designed to be small.
  • the Q (quality factor) value is the full width at half maximum (FWHM), which is the width of the frequency (f2, f1) at half the maximum power transmission/reception performance value shown at the resonance frequency. Defined as the value divided by .
  • the power transmission unit is mounted downward on the wheel housing of the vehicle
  • the power reception unit is mounted inside the tire of the vehicle mounted on the wheel housing side and supplies power to a sensor module mounted inside the tire
  • the metal object is It may be placed in an area excluding the wireless power transmission space of the power transmission unit to the power reception unit.
  • the sensor module may be an acceleration sensor, temperature sensor, or air pressure sensor.
  • the Q (quality factor) value of the resonance unit of the power receiving unit may be set to less than 100, and the Q (quality factor) value of the resonance unit composed of the transmission coil and matching circuit of the power transmission unit may be set to 100 or more.
  • the Q (quality coefficient) value of the resonance unit of the power receiving unit and the Q (quality coefficient) value of the resonance unit composed of the transmission coil and matching circuit of the power transmission unit can both be set to less than 100.
  • a shielding member made of ferrite may be attached between the metal object and the power transmission unit.
  • the present invention provides a frequency control method for optimal power transmission that controls the wireless power transmission system for optimal power transmission described above, (a) a power transmission unit constituting the wireless power transmission system Calculating the operating range of the system resonance frequency variation value; (b) setting a driving resonance frequency starting value of the power transmission unit and driving the power transmission unit to the resonance frequency starting value; (c) driving the transmitting unit and measuring the output voltage of the power receiving unit and comparing it with a predetermined voltage reference value of the power receiving unit; and, (d) when the output voltage of the power receiver is greater than the voltage reference value, the driving resonance frequency of the power transmission unit until the resonance frequency at the moment when the output voltage of the power receiver becomes less than the voltage reference value is determined as the optimal resonance frequency. It is possible to provide a frequency control method for optimal power transmission, including a step of determining an optimal resonance frequency of driving sequentially upward or downward.
  • step (e) measuring the output voltage and the deviation of the output voltage of the power receiver by sequentially driving the power transmission unit with the driving resonance frequency downward or upward from the optimal resonance frequency determined in step (d); and, (f) comparing the output deviation with a predetermined deviation standard.
  • steps (b) of setting the starting value again and driving the power transmission unit to the resonance frequency starting value can be repeated.
  • the transmission current value is measured together in step (b) of sequentially driving the power transmission unit according to the frequency at the starting value resonance frequency, and the output current of the power receiver is also measured in step (c), and the number In the process of comparing the output voltage of the front and the predetermined voltage reference value of the power receiver, it can be determined whether the transmission efficiency of the power transmission unit is maximum.
  • the Q (quality factor) of the resonance unit of the power receiving unit is designed to be low, so that the wireless power transmission system installed in a metal environment can achieve resonance.
  • the wireless power transmission system for optimal power transmission and the optimal resonant frequency control method using the same according to the present invention not only can the stability and efficiency of wireless power transmission be increased by minimizing the influence of the metal environment, but also the selection of components can be improved. This makes it easy to design the power supply circuit.
  • the wireless power transmission system for optimal power transmission and the optimal resonant frequency control method using the same by quickly and efficiently searching the frequency control variable range and controlling the system frequency within the discovered frequency variable range, Provides a wireless power transmission system for efficient and optimal power transmission that can be applied to environments where distances change, various systems, or home appliances, and an optimal resonant frequency control method applied to the system.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of the block configuration of a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in an area where a metal object is provided according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in an area where a metal object is provided according to an embodiment of the present invention, and shows a schematic diagram of the detailed block configuration of the first system.
  • Figure 3 is a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in an area where a metal object is provided according to an embodiment of the present invention, and shows a schematic diagram of the detailed block configuration of the second system.
  • Figure 4 shows a graph defining and explaining the quality factor (Q) applied to the wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows a graph explaining a design method of the power receiving unit (Rx) tailored to the target received power in the wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows a schematic diagram and graph showing the change in inductance of a coil in a metal environment of a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in an area where a metal object is provided according to another embodiment of the present invention.
  • Figures 7 and 8 show the detailed flow of the optimal resonant frequency control method of the wireless power transmission system for optimal power transmission according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 shows a graph showing the change in the resonance frequency of the transmission coil in a metallic environment applied to the optimal resonance frequency method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows an example of a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in an area where a metal object is provided according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmission system shown in FIG. 1 has a power transmission unit on the wheel housing of the vehicle and a power reception unit inside the tire to supply wireless power to a sensor module installed in the vehicle tire.
  • the necessary power can be supplied from a sensor module (for example, an air pressure sensor).
  • the transmitting unit that constitutes this wireless power transmission system may be mounted on the inner peripheral surface of the wheel housing, and the power receiving unit may be mounted on the inner peripheral surface of the tire. During one rotation of the tire, the power receiving unit passes the position facing the transmitting unit and at this moment A method of supplying wireless power can be applied.
  • the wheel housing is usually made of a metal material that extends from the side body of the vehicle and can form a mounting space where wheels and tires are mounted, and a mud guide, etc., usually made of non-metallic material, can be installed.
  • the power transmission unit constituting the wireless power transmission system of the present invention must be installed in the tire direction, the power transmission unit can be mounted between the frame of the wheel housing and the mud guide or outside the mud guide in the tire direction or axle direction.
  • the power receiving unit that constitutes the wireless power transmission system of the present invention is mounted on the inner peripheral surface of a tire, etc., and power is transmitted wirelessly to supply power to sensor modules, etc.
  • This wireless power transmission system is equipped with a metal object such as a wheel housing frame, and the distance between the transmitting unit and the receiving unit can be continuously changed depending on tire specifications, road surface conditions, or suspension operation.
  • the resonant frequency of the system is continuously changed depending on the presence of metal objects in the vicinity other than the direction in which power is transmitted from the wireless power transmission system to the power receiving unit and the distance between the transmitting unit and the receiving unit, but it is not In the case of power transmission systems, it is difficult to ensure stable wireless power transmission efficiency because a fixed resonant frequency is used.
  • the wireless power transmission system of the present invention supplies power to sensor modules such as air pressure sensors installed inside the tires of the vehicle.
  • the power transmitter 100 is installed close to the wheel housing frame of the vehicle. , to provide a wireless power transmission system that can automatically search for a resonant frequency that changes under the influence of the metal object (10) that constitutes the vehicle wheel housing frame and control it to efficiently transmit power to the power receiving unit (200).
  • the resonant frequency of the transmission unit changes differently from the original due to the surrounding metal environment, it is possible to receive power stably due to the pre-designed Q (quality factor) value of Rx, which will be described later.
  • the present invention is a wireless power transmission system for supplying power in a metal environment equipped with a metal object 10, such as a wireless power transmission system for a sensor module mounted on a vehicle tire, where the resonant frequency is that of the metal object 10.
  • a metal environment equipped with a metal object 10 such as a wireless power transmission system for a sensor module mounted on a vehicle tire
  • the resonant frequency is that of the metal object 10.
  • the special environment of the small-sized power receiver 200 that changes due to influence and is required to be mounted inside the tire, not only does it automatically search for the changed resonance frequency and efficiently set the variable range of the control frequency, but also maintains low Q (performance).
  • the power receiver resonance unit 210 By setting the power receiver resonance unit 210 to have an index) value, a wireless power transmission system that can search for the optimal resonance frequency for stable and optimal power transmission is provided.
  • an index index
  • Figure 2 is a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in an area where a metal object is provided according to an embodiment of the present invention.
  • the system frequency is controlled to search for optimal transmission efficiency with a preset reception voltage reference value or reception current reference value.
  • This is a schematic diagram showing the detailed block configuration of the system (first system).
  • the system according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is mounted on the wheel housing frame made of metal of the vehicle described above and measures the resonant frequency that changes in the metal environment through the voltmeter 245 and the ammeter 244 of the power receiver. ) automatically searches for the reference voltage value or reference current value measured in In order to ensure that the difference in reception performance is not large, it is intentionally designed to have a low Q, and then the frequency is controlled within a preset control frequency variable range based on the discovered resonance frequency, and the received reception voltage value is above the preset reception voltage reference value. It may be a wireless power transmission system that searches for the frequency of as a resonant frequency with optimal transmission efficiency.
  • the system according to an embodiment of the present invention is provided in the power transmission unit 100 mounted on the wheel housing side and the tire sensor module mounted inside the tire through the self-resonance effect. It may be configured to include a power reception unit 200 that receives power transmitted from the above-described power transmission unit 100.
  • the power transmission unit 100 includes an AC/DC conversion circuit 110 that converts AC input current to DC, a DC/RF conversion circuit 120 that converts DC converted in the DC conversion circuit into RF, and converts DC into RF power.
  • a resonance unit 130 and voltage provided including a control circuit 150 that controls the resonance frequency when converted to a voltage, a matching circuit 135 for self-resonance coupling, and a transmission coil connected to the matching circuit 135.
  • it may be configured to include a communication circuit 160 that transmits and receives current signals.
  • the power receiving unit 200 causes coupling with the above-described transmission coil within a certain transmission distance, and is provided with a resonance unit 210 including a power reception coil and a matching circuit 215 that are set to have a preset Q (quality coefficient) value. ), a rectifier circuit 220 for rectifying the high-frequency received power signal at the rear end of the resonance unit 210, a voltage stabilization circuit 240 for stabilizing the output voltage rectified at the rear end of the rectifier circuit 220, and the voltage stabilization circuit ( 230)
  • a DC/DC conversion circuit 240 that outputs a pre-intended voltage from the voltage stabilized at the rear end, a current signal from the above-described rectifier circuit 220 and a voltage measured at the output terminal of the DC/DC conversion circuit 250 and/ Alternatively, it may be configured to include a control circuit 250 that receives a current signal and generates a feedback control signal, and a communication circuit 250 that transmits the feedback control signal to the communication circuit 160 of the power transmission unit 100. .
  • the system according to the embodiment of the present invention transmits power from the power transmission unit by varying the frequency within a preset range, and sets the frequency at which the transmission current is maximum as the resonant frequency, and the Q value is set in advance.
  • the system frequency is adjusted within a preset frequency variable range based on the resonance frequency set through the control circuit of the power transmission unit 100.
  • the output voltage (V) is measured with the voltmeter 245 at the output terminal of the DC/DC conversion circuit 240 of the power receiving unit 200, and the measured output voltage is optimally adjusted to the resonance frequency at which the preset judgment voltage value is output.
  • V output voltage
  • Figure 3 is a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in an area where a metal object is provided according to an embodiment of the present invention, and shows a system (second system) that controls the system frequency and calculates and searches power transmission efficiency.
  • This is a schematic diagram showing the detailed block configuration.
  • the position for measuring the output voltage in the system is different from the embodiment shown in FIG. 2, where the safety output voltage (Vr) is located between the stabilization circuit 230 and the DC/DC conversion circuit 240. It is also possible to apply a wireless power transmission system that determines the optimal resonance frequency by measuring the resonance frequency of the measured stabilized output voltage (Vr) above the preset reception voltage reference value.
  • the stabilization circuit 230 includes the rectification circuit 220 and the DC/DC conversion circuit of the power receiving unit 200 to prevent the risk of damage to the device and ensure system stability due to severe fluctuations in the output voltage value due to load changes at the output stage.
  • Vr stabilized output voltage value
  • the received voltage reference value for the measured stabilized output voltage value (Vr) may be greater than the received voltage reference value for the DC output voltage value (V) measured at the output terminal. This is because the stabilized output voltage has the characteristic of increasing or decreasing in proportion to the amount of received power.
  • the second system according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is mounted on the wheel housing frame side of the vehicle and automatically searches for the resonant frequency that changes in the metal environment through measurement of the transmission current of the power transmission unit 100.
  • the reception is received while controlling the frequency within the preset control frequency range based on the discovered resonance frequency.
  • Power transmission efficiency is calculated through the input current value, output voltage value (Vr), and output current value (A) among the frequencies when the voltage value is above the preset reception voltage reference value, and the resonance frequency corresponding to the maximum value is used to determine the optimal transmission efficiency.
  • It may be a wireless power transmission system that searches at a frequency.
  • the resonance unit 210 of the power reception unit 200 may be an LC resonance unit provided including a power reception coil and a matching circuit, and even if the resonance frequency changes within the entire operating range of the power transmission unit resonance frequency, there is a difference in power reception performance. It is intentionally designed to have low Q so that Q is not large.
  • the second system varies the system frequency within a preset frequency variable range through the control circuit 150 of the power transmission unit 100, while changing the input current of the power transmission unit 100.
  • the system frequency is varied within a preset frequency variable range through the control circuit 150 of the power transmission unit 100, and the input current value of the power transmission unit 100 and the power reception unit 200 ), measure the stabilization output voltage value (Vr) between the stabilization circuit 230 and the DC/DC conversion circuit 240, and if the measured safety output voltage value (Vr) is greater than or equal to the preset received voltage reference value, the corresponding system frequency
  • It may be a wireless power transmission system that calculates power transmission efficiency through the input current value, output current value (A), and stabilized output voltage value (Vr) and determines the resonance frequency corresponding to the maximum value as the optimal resonance frequency. .
  • Figure 4 shows a graph defining and explaining the quality factor (Q) applied to the wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 shows the target received power in the wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • a graph explaining the design method of the power receiving unit 200 tailored to is shown.
  • the resonant frequency changes from time to time under the influence of a metal object 10, such as a vehicle frame, located at the rear of the power transmission unit 100, thereby stably stably stabilizing the power receiving unit
  • a metal object 10 such as a vehicle frame
  • the Q (quality factor) value of the resonance unit 210 of the power receiving unit 200 is set to a preset low value (Low Q) to enable stable reception of power over a wide range.
  • the resonance unit 210 of the power receiving unit 200 must be designed to have ), and the definition of this Q value is as shown in FIG. 4.
  • the Q (quality factor) value can be defined as the full width at half maximum (FWHM), and the frequency at half the maximum power transmission/reception performance value shown at the resonant frequency (f 2 , f 1 ) is defined as the resonance frequency divided by the width. It is as follows [Equation 1].
  • resonant frequency 200kHz
  • f 1 199kHz
  • f 2 201kHz
  • the design of the power receiving unit 200 is designed to have a resonant frequency f 1 such as Rx 1 (High Q). Designing the impedance to receive the target received power at the maximum value is optimal for efficiency, so the Rx circuit does not receive excessive power under any circumstances, allowing the circuit to be used stably.
  • f 1 resonant frequency
  • the range of resonant frequency change is searched and the Rx shown in FIG. 5 is adjusted accordingly.
  • the weight limit for tire inner ring type sensor modules is 15 to 20 g or less for passenger cars and 25 g for trucks. From a tire dynamics perspective, local loads within the tire can cause vibration of the tire, so a weight limit is placed on the sensor module.
  • the size of the wireless power coil must also be minimized, and the design is limited to approximately 85 mm or less in diameter.
  • the Q value of the resonance unit 210 including the power receiving coil is preferably limited to less than 100 because the deviation in power receiving performance should not be large even if the control resonance frequency of the power transmission unit changes within a relatively wide frequency control range. do.
  • the Q (quality factor) value of the power receiving unit resonance unit 210 may be set to less than 100, and the Q (quality factor) value of the power transmission unit resonance unit 130 may be set to 100 or more. This setting can be applied to a system including a power transmission resonance unit 130 and a power reception resonance unit 210 for a remote smart tire with a relatively large transmission distance.
  • the Q (quality coefficient) values of the resonance units 130 and 210 of the transmission unit 100 and the power reception unit 200 It is also possible to set it to less than 100.
  • the Q (quality factor) value applied to the resonance unit of the above-described system is the Q value of the resonance unit composed of the transmission or reception coil and the capacitor of each matching circuit.
  • Figure 6 shows a schematic diagram and graph showing the change in inductance of a coil in a metal environment of a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in an area where a metal object is provided according to another embodiment of the present invention.
  • the inductance of the coil changes, the physical resonance frequency of the resonance unit changes.
  • Figure 6 (a) shows a schematic diagram showing the separation distance from the metal object 10 of the wireless power transmission system in a metal environment
  • Figure 6 (b) shows the separation distance between the metal object 10 and the transmission coil. It is a graph showing the inductance of the transmission coil according to
  • (c) in FIG. 6 is a graph showing the rate of change of inductance according to the separation distance between the metal object 10 and the transmission coil.
  • the wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in the area where the metal object 10 according to the embodiment of the present invention is installed, unlike the embodiment of FIG. 1,
  • an electromagnetic wave shielding member made of ferrite is attached to the rear end of the power transmission unit 100, electromagnetic waves generated from the power transmission coil are reflected by a metal object 10 such as a vehicle frame at the rear end of the power transmission unit 100.
  • an electromagnetic wave shielding member made of ferrite is attached between the power transmission unit 100 (transmission coil) and the metal object 10 to protect the metal environment. The impact can be minimized.
  • ferrite is a material of industrial importance as a high-frequency magnetic material used for relatively high electrical resistance and ferromagnetic properties showing spontaneous magnetization at room temperature.
  • ferrite is generally an ionic compound with a spinel structure and can be formed by combining iron oxide as a main component with various metal compounds. Ferrite with such a spinel structure is widely used as an electromagnetic wave absorbing material and an electromagnetic wave shielding material.
  • the metal object 10 in order to minimize the influence of the metal environment such as the metal object 10 located at the rear of the transmission coil, as shown in FIG. 6, the metal object 10 is located between the transmission unit 100 and the metal object 10.
  • an electromagnetic wave shielding member made of ferrite to the rear end of the power transmission unit 100, the influence of a metal environment such as a vehicle frame can be minimized.
  • System design is only possible if it is limited as much as possible to maintain a small frequency range.
  • the inductance and change rate of the transmission coil change significantly when the distance between the metal object 10 and the transmission coil is about 40 mm, and the closer the transmission coil is to the metal object 10, the inductance decreases significantly. From this, it can be seen that the inductance decreases and its change increases due to the influence of the metal object 10, which reduces the efficiency and stability of power transmission.
  • the inductance of the transmission coil and its rate of change do not change significantly even with changes in the distance from the metal object 10, as shown in (b) and (c) of Figures 6. ) can be clearly seen.
  • the wireless power transmission system using magnetic resonance coupling installed in the area where the metal object 10 is provided according to an embodiment of the present invention is equipped with an electromagnetic wave shielding member such as a ferrite material in the power transmission unit 100 to protect against the metal environment.
  • the frequency variation range must be minimized as much as possible to design a wireless power system that operates stably even in a metallic environment. If the frequency variation range of the transmitting part is not limited and becomes excessively large, even if the receiving part is designed to have a low Q value, the frequency range in which wireless power is smoothly received is wider than that of a coil with a high Q, but is still limited, so it is possible to exceed this range. Otherwise, power reception will not work well.
  • the Q value of the power receiver should not be too low and should be within the range of minimum 30 to maximum 90.
  • the Q value of the power receiver is too large (more than 100), the reception efficiency at the resonant frequency is good, but there is a problem in that the reception performance changes sharply even if the frequency changes slightly due to the metal environment.
  • Figures 7 and 8 show the detailed flow of the optimal resonant frequency control method of the wireless power transmission system for optimal power transmission according to an embodiment of the present invention.
  • the optimal resonant frequency control method of the wireless power transmission system for optimal power transmission is installed in the area where the metal object 10 is provided, and the power transmission unit 100 ) and a frequency control method for optimal power transmission in a wireless power transmission system using magnetic resonance coupling of the power receiver 200, search for and maintain the optimal resonance frequency that causes the power receiver to stably output a voltage above the reference value. suggests a way to do it.
  • the control range is determined by the frequency range tailored to the pre-designed characteristics of the transmission and reception unit resonance circuits. As shown in Figure 5, the lowest frequency within the control frequency range is defined as the lower limit, and the highest frequency is defined as the upper frequency limit. In Figure 5, if f1 to f2 is defined as the control range, f1 becomes the lower frequency limit and f2 becomes the upper frequency limit.
  • the frequency control method for optimal power transmission of the wireless power transmission system shown in FIG. 7 first calculates the operating range of the system resonance frequency variation value of the power transmission unit due to the surrounding metal environment excluding the wireless power transmission direction (S110). And, the resonance frequency start value can be set (s120). As described above, in the case of downward control, the starting frequency may be the upper frequency limit of the operating range of the resonance frequency change value. However, when searching with upward control as shown in FIG. 7, the start frequency may be the lower frequency limit.
  • the power transmission unit is sequentially driven according to the frequency (S130), the power receiver output voltage is measured (S140), the power receiver output voltage is compared with the reference value (S150), and if the power receiver output voltage is still high, the power receiver output voltage is sequentially increased.
  • the frequency can be increased by one control unit to drive the power transmission unit (S160).
  • the resonance frequency at the moment before that is determined to be the optimal resonance frequency, and the search for the optimal resonance frequency is completed. Therefore, conversely, the frequency is reduced to 1.
  • Figure 8 shows a method of searching for the optimal frequency that satisfies all transmission efficiency in addition to the output voltage by further measuring the transmission current and the power reception current.
  • the optimal resonant frequency control method of the wireless power transmission system for optimal power transmission shown in FIG. 8 includes the steps of measuring transmission current and calculating transmission efficiency during the control step.
  • the transmission current value is measured (S340), and in addition to the output voltage of the power receiver.
  • the transmission efficiency is maximum (S370). That is, the optimal resonant frequency in FIG. 8 is the frequency at which the output voltage of the power receiver exceeds the reference value and the transmission efficiency is at a local maximum.
  • the driving state of the power transmission unit is maintained at the corresponding resonance frequency (S390), the output voltage and current of the power receiver are received (S400), and the deviation between the power receiver output voltage and output current is measured (S410).
  • the output deviation of the output voltage and current of the power receiver is measured (S410) and compared with the standard deviation (S420). If the output deviation is greater than the standard deviation, the steps from setting the resonance frequency start value (S320) are repeated again, If the output deviation is lower than the deviation standard, the resonant frequency search step can be completed, wireless power is transmitted at the optimal resonant frequency, and the output voltage and output current of the power receiver are received (S400).
  • control method shown in Figure 8 also allows downward search control.
  • the optimal resonance frequency is searched by starting the starting frequency at the lower limit of the frequency range and decreasing the frequency by one control unit.
  • Figure 9 explains a method of designing the range of the operating control frequency, in other words, the upper and lower frequency control limits, which are expected to change in consideration of the installation situation of the transmission coil in a metal environment according to an embodiment of the present invention.
  • the larger the physical frequency of a wireless power system the smaller the size or quantity of components, making it easier to construct a resonance circuit. Therefore, it is advantageous to select the upper limit of the control frequency as the maximum value in the legally defined allowable frequency band.
  • the allowable frequency band for wireless power is 110 to 205 kHz
  • the upper limit of the frequency control range is determined to be 205 kHz and the lower limit of frequency control is designed.
  • the target of application is a power transmission unit to wirelessly supply power to the tire sensor, which is installed in the wheel housing, and the vehicle's metal frame is located within 30 to 60 mm on the back of the wheel housing, depending on the installation location. Therefore, it is an environment in which the resonant frequency is expected to change due to the metal frame of the vehicle when installing the power transmission unit.
  • the system resonance frequency is transmitted according to the distance to the metal object 10. All (100) can be found by monitoring the current. That is, when the current consumption of the power transmission unit is measured and graphed according to the change in control frequency in an installation environment without metal objects and the distance between the metal object 10 and the power transmission unit 100 is 60 mm and 30 mm, respectively, Since it can be clearly seen that the frequency corresponding to the maximum transmission current consumption is the resonant frequency, it is possible to quickly and effectively confirm the frequency representing the maximum transmission current as the resonant frequency by monitoring the transmission current as described above.
  • the front of the transmission coil is defined as the wireless power transmission direction.
  • the metal frame is located at the back.
  • the physical resonant frequency of the transmission unit designed regardless of the metal environment was 199 kHz, but as a result of this experiment, it can be expected that when installed in the mudguard, the resonant frequency will be between a minimum of 201 kHz and a maximum of 204 kHz. Therefore, the control frequency range must include these two frequency ranges to enable stable and efficient control. In addition, considering the usage band in the absence of a metal environment, the lower limit of frequency control is set to 199 kHz.
  • Frequency control is a consistent function that uses either the left or right bands based on the system resonance frequency. Generally, the band to the right of the resonance frequency is used. If the lower limit of the frequency range is set to 199kHz and the upper limit to 205kHz, this range becomes a range where wireless power can be transmitted even in situations where there is no metal environment or the metal environment is in the range of 30 to 60 mm, so it can be used.
  • the power transmission unit is designed so that the variation range of the physical resonance frequency of the power transmission unit has a pre-intended frequency range.
  • the resonance frequency when the surrounding metal is close to 30mm is 204kHz.
  • the actual frequency control range is only about 1kHz from 204kH to 205kHz. Therefore, in order to further increase this frequency range, the design of the power transmission unit must be modified. For example, in this situation, in order to have a control range of at least 3kHz, the design must be changed so that the resonant frequency of the power transmission unit is 202kHz when the surrounding metal approaches 30mm.
  • the resonance frequency when the surrounding metal approaches 60mm also changes. Therefore, the control lower limit is changed accordingly to determine the frequency operating range.
  • the Q value of the power receiver must be designed so that there is no difference in power reception performance across the frequency operating range. As shown in Figure 5, if the lower limit of frequency control is f1 and the upper limit of frequency control is f2, the Q of the power receiver determines the Q value so that the difference in reception performance between the f1 frequency and the f2 frequency is not too large.
  • the Q value is too low, the reception performance itself deteriorates, and if the Q value is too large, the deviation in reception power depending on the frequency becomes too large, so the circuit must operate in a wide power range, making component selection difficult and component prices expensive. Therefore, the Q value must be appropriately selected to optimize performance and price.
  • the Q value is determined by defining the difference between the maximum and minimum reception performance in the range. For example, if the difference between the maximum and minimum reception performance in the above frequency control range is designed to be within 25%, the intended power reception performance can be obtained in the above system by determining the Q value to be approximately 50.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 무선전력 전송 시스템의 설계 및 그 시스템에 적용되는 최적 공진주파수 제어방법에 관한한 것으로, 송전부를 주파수 제어 범위에 맞게 설계하는 방법과 수전부 공진유닛의 Q(품질계수)를 제어 주파수 범위내에서 전력 수신성능의 차이가 크지 않도록 낮게 설계함으로써, 금속환경에 설치되는 무선전력 전송 시스템의 공진주파수에 변화에도 안정적으로 전력을 수신할 수 있고, 쉽고 빠르게 시스템 주파수를 제어하여 최적의 공진주파수를 탐색하여 찾을 수 있는 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템에 적용되는 최적 공진주파수 제어방법을 제공한다.

Description

최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템의 최적 공진주파수 제어방법
본 발명은 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템의 최적 공진주파수 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 안정적으로 전력을 수신할 수 있고, 쉽고 빠르게 시스템 주파수를 효율적으로 제어하여 최적의 공진주파수를 탐색할 수 있는 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 이에 적용되는 최적 공진주파수 제어방법에 관한 것이다.
무선 전력 송전이란 종래의 유선으로 된 전력선 대신 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 기술을 말하며, 전원 케이블을 이용하여 전원이 필요한 장치를 전원 콘센트에 연결하지 않고도 무선으로 충전이 가능하다는 장점 때문에 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술에는 크게 자기유도방식, 자기공진방식 및 마이크로파 방식이 있다. 자기유도방식은 근접한 코일 간의 자기유도결합을 이용한 기술로서, 2 개의 송수전 코일 간의 거리는 수 cm 이내이며 두 코일의 배열 조건에 의해서 전송 효율이 크게 좌우된다. 자기공진방식은 공진 결합(resonant coupling)에 의해 서로 떨어진 두 공진기 간에 비방사형 자기장 에너지가 전달되는 기술로서, 송수전 코일 간의 거리가 1~2m 정도에서도 무선전력전송이 가능하며, 자기유도방식에 비해 비교적 두 코일의 정렬이 유연하고, 중계 방식을 이용하여 무선충전 가능범위를 확장할 수 있다는 장점이 있다. 마이크로파 방식은 마이크로파와 같은 초고주파의 전자파를 안테나를 통해 방사시켜서 전력을 전송하는 기술로서, 장거리 무선전력전송이 가능하지만 전자파에 의한 안전문제가 고려되어야 한다.
무선전력 전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치와 상기 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신 장치로 이루어진다. 일반적으로 무선 전력 송신 장치와 무선 수신 장치가 동일한 공진 주파수를 가질 때 무선 전력 전송 시스템에서 최대 전력 전송이 가능할 수 있다.
즉, 자기공진형 무선전력 전송 시스템은 송전부·수전부 코일 간의 커플링이 작은 상태에서도 자기공진 효과를 통해 전송 효율의 극대화가 가능하나, 공진조건이 충족되지 못할 경우 전송 효율이 급격히 하락하게 된다는 문제점이 있다.
또한, 현재 자기유도형 방식은 소형 가전제품군(휴대폰, 이어폰, 태블릿 PC 등)을 중심으로 상용화가 진행되고 있으며, 자기공진형 방식은 큰 공극과 대전력을 요하는 제품군(자동차, 대형 가전, 모터 등)에 적용 및 시도되고 있다.
유선전송 방식 대비 높은 편리성과 안전성 덕분에 소전력의 소형 가전부터 전기자동차와 같은 대전력의 제품군까지 널리 무선전력전송 기술이 적용되고 있으며, 이미 다수의 제품이 출시되었다.
그러나, 자기유도형 방식은 상용화 사례가 많지만, 송전거리를 늘리는 것에 한계가 있으며, 자기공진형 방식은 상대적으로 긴 송전거리에도 불구하고 공진 현상을 통해 높은 전송효율의 확보가 가능하지만, 공진조건의 만족 여부에 따라 전송효율의 편차가 매우 크다.
특히, 송전부·수전부에 대한 공진조건은 수학적 이론해의 유도가 가능하지만, 송전부 및 수전부의 위치 및 송전부 및 수전부 간의 거리가 변경될 경우 커플링 효과가 달리지며, 이에 따라 조건이 변경되고, 자기공진형 방식의 경우, 공진조건이 충족되지 못할 경우 전송 효율이 급격히 하락하게 되므로, 송전 거리의 변화에 따라 최적 전력 전송을 위한 최적 공진주파수를 탐색할 수 있는 시스템 및 방법이 필요하다.
이러한 자기공진형 전력전송은 유선 전원 공급 또는 배터리 교체가 어려우나 전력 공급이 필요하고 근거리에 배치된 두 물체간 전력 전송에 적용 필요성과 가능성이 크다.
또한, 이와 같은 자기공진형 전력전송은 송전부 근방에 금속 물질이 존재하는지 또는 금속물질이 존재하는 경우 그 금속물질과 송전부의 거리 등에 따라 송전부의 물리적인 공진주파수가 변화되는 현상이 발생하게 된다.
특히 송전부 근방에 금속물질이 존재하되 금속물질과의 거리가 지속적으로 변경되는 환경에서는 공진주파수도 지속적으로 변경될 수 있으며, 이 경우 안정적인 전력전송이 어려워질 수 있다.
따라서, 무선전력 전송 시스템의 송전부 근방에 금속물질의 유무 또는 금속물질과의 거리 변화에 따른 공진주파수가 변하더라도 무선전력 전송 성능을 유지할 수 있는 무선전력방안이 필요하다.
본 발명은 금속 물질이 송전부와 수전부가 서로 대향되어 무선전력을 전송하는 방향으로 정의되는 무선전력 전송면을 제외한 근방에 존재하는 환경 (이하, '금속환경'이라 함)에 설치되는 무선전력 전송 시스템의 공진주파수에 변화에도 안정적으로 전력을 수신할 수 있고, 쉽고 빠르게 시스템 주파수를 제어하여 최적의 공진주파수를 탐색하여 찾을 수 있는 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템에 적용되는 최적 공진주파수 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 금속환경의 영향을 최소화하여 무선전력 전송의 안정성 및 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 부품 선택이 쉬워 수전부 회로설계가 용이해 질 수 있는 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템에 적용되는 최적 공진주파수 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 금속환경에 의해 공진주파수가 변하는 환경이거나 송전거리가 변화되는 환경에서 다양한 시스템 또는 가전기기에 적용할 수 있는 효율적인 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템에 적용되는 최적 공진주파수 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 송전부 근방에 금속물체가 구비되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템에 있어서, AC/DC 변환회로, DC/RF 변환회로, 매칭회로, 송전코일, 제어회로 및 통신회로를 포함하여 전력을 송전하는 송전부; 및 수전코일, 매칭회로, 정류회로, 안정화회로, 직류/직류변환회로, 제어회로 및 통신회로를 포함하여 상기 송전부로부터 전력을 수전하는 수전부를 포함하고, 상기 송전부에서 송전 전력의 주파수를 제어하여 상기 수전부의 수신전력을 제어하는 시스템을 구성하되, 상기 수전부의 수전코일과 매칭회로로 구성되는 공진유닛의 아래의 수학식 1로 정의되는 Q(품질계수) 값이 미리 설정된 값보다 작도록 수전부의 공진유닛이 설계되는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템을 제공할 수 있다.
아래 -
[수학식 1]
Figure PCTKR2023007600-appb-img-000001
상기 Q(품질계수) 값은 반치전폭(半値全幅, full width at half maximum, FWHM)으로 공진주파수에서 보여지는 최대 전력 송전/수전 성능 값의 절반값에서의 주파수(f2, f1) 폭으로 공진주파수를 나눈 값으로 정의.
또한, 상기 송전부는 차량의 휠하우징에 하방으로 장착되며, 상기 수전부는 상기 휠하우징 측에 장착되는 차량의 타이어 내부에 장착되어 타이어 내부에 장착되는 센서모듈에 전력을 공급하며, 상기 금속 물체는 상기 송전부의 상기 수전부에 대한 무선전력 전송 공간을 제외한 영역에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 센서모듈은 가속도 센서, 온도센서 또는 공기압 센서일 수 있다.
여기서, 상기 수전부의 공진유닛의 Q(품질계수) 값은 100 미만이고, 상기 송전부의 송전코일과 매칭회로로 구성되는 공진유닛의 Q(품질계수) 값은 100 이상으로 설정할 수 있다.
이 경우, 상기 수전부의 공진유닛의 Q(품질계수) 및 상기 송전부의 송전코일과 매칭회로로 구성되는 공진유닛의 Q(품질계수) 값은 모두 100 미만으로 설정할 수 있다.
그리고, 상기 금속물체와 상기 송전부 사이에 페라이트 재질의 차폐부재가 부착될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전술한 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템을 제어하는 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법에 있어서, (a) 상기 무선전력 전송 시스템을 구성하는 송전부의 시스템 공진주파수 변동값의 운용범위를 산출하는 단계; (b) 상기 송전부의 구동 공진 주파수 시작값 설정하고, 상기 송전부를 상기 공진 주파수 시작값으로 구동하는 단계; (c) 상기 송전부를 구동하며 상기 수전부의 출력 전압을 측정하여 미리 결정된 수전부 전압 기준값과 비교하는 단계; 및, (d) 상기 수전부의 출력 전압이 상기 전압 기준값보다 큰 경우 상기 수전부의 출력 전압이 상기 전압 기준값보다 작아지는 순간의 공진 주파수가 최적 공진 주파수로 결정될 때까지 상기 송전부의 구동 공진 주파수를 순차적으로 상향 또는 하향하며 구동하는 최적 공진 주파수 결정단계;를 포함하는 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법을 제공할 수 있다.
그리고, (e) 상기 (d) 단계에서 결정된 상기 최적 공진 주파수에서 역으로 상기 송전부의 구동 공진 주파수를 순차적으로 하향 또는 상향하며 구동하여 수전부의 출력 전압 및 출력 전압의 편차를 측정하는 단계; 및, (f) 상기 출력 편차와 미리 결정된 편차 기준을 비교하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기준 편차보다 출력편차가 큰 경우에는 다시 시작값 설정하고, 상기 송전부를 상기 공진 주파수 시작값으로 구동하는 (b) 단계 이하를 반복할 수 있다.
이 경우, 상기 시작값 공진 주파수에서 순차적으로 주파수에 따른 송전부를 구동하는 (b) 단계에서 송전 전류값을 함께 측정하고, 상기 (c) 단계에서 상기 수전부의 출력 전류도 함께 측정하며, 상기 수전부의 출력 전압과 미리 결정된 수전부 전압 기준값과 비교하는 과정에서 송전부의 전송 효율이 최대인지 여부를 함께 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 이를 이용한 최적 공진주파수 제어방법에 의하면, 수전부 공진유닛의 Q(품질계수)를 낮게 설계함으로써, 금속환경에 설치되는 무선전력 전송 시스템의 공진주파수에 변화에도 안정적으로 전력을 수신할 수 있고, 쉽고 빠르게 시스템 주파수를 제어하여 최적의 공진주파수를 탐색하여 찾을 수 있는 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템에 적용되는 최적 공진주파수 제어방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 이를 이용한 최적 공진주파수 제어방법에 의하면, 금속환경의 영향을 최소화하여 무선전력 전송의 안정성 및 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 부품 선택이 쉬워 수전부 회로설계가 용이해질 수 있다.
또한, 본 발명의 따른 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 이를 이용한 최적 공진주파수 제어방법에 의하면, 빠르고 효율적으로 주파수 제어 가변 범위를 탐색하고 탐색된 주파수 가변 범위 내에서 시스템 주파수를 제어함으로써, 송전거리가 변화되는 환경이나 다양한 시스템 또는 가전기기에 적용할 수 있는 효율적인 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템에 적용되는 최적 공진주파수 제어방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속물체가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템의 블록 구성의 모식도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속물체가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템으로, 제1 시스템의 상세 블록 구성의 모식도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속물체가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템으로, 제2 시스템의 상세 블록 구성의 모식도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템에 적용되는 품질계수(Q)를 정의하고 설명하는 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템에서 목표 수신전력에 맞춘 수전부(Rx)의 설계 방안을 설명한 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속물체가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템의 금속환경에서의 코일의 인덕턴스 변화를 나타내는 모식도와 그래프를 도시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템의 최적 공진주파수 제어방법의 상세 흐름을 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 최적 공진주파수 방법에 적용되는 금속환경에서의 송전코일 공진주파수 변화를 나타내는 그래프를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속물체가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템의 예시를 도시한다.
도 1에 도시된 무선전력 전송 시스템은 차량 타이어에 설치되는 센서모듈로 무선전력을 공급하기 위하여, 차량의 휠하우징 측에 송전부를 구비하고, 타이어 내부에 수전부를 구비하여, 타이어 내부에 장착될 수 있는 센서모듈(예를 들면, 공기압 센서)에서 필요한 전력을 공급할 수 있다,
이러한 무선전력 전송 시스템을 구성하는 송전부는 휠하우징 내주면 측에 장착될 수 있고, 수전부는 타이어의 내주면에 장착되어 타이어가 1회전 하는 동안 한번 수전부가 송전부와 마주보는 위치를 통과하고 이 순간 무선전력을 공급하는 방법을 적용할 수 있다.
휠하우징은 통상적으로 차량의 측면 바디에서 연장되는 금속 재질로 구성되며 휠과 타이어가 장착되는 장착공간을 형성할 수 있으며, 통상적으로 비금속 재질의 머드 가이드 등이 설치될 수 있다.
본 발명의 무선전력 전송 시스템을 구성하는 송전부는 타이어 방향으로 설치되어야 하므로, 상기 송전부는 상기 휠하우징의 프레임과 머드 가이드 사이 또는 머드 가이드 외측에 타이어 방향 또는 차축 방향으로 장착될 수 있다.
그리고, 본 발명의 무선전력 전송 시스템을 구성하는 수전부는 타이어 내주면 등에 장착되어 무선으로 전력이 전송되어 센서모듈 등에 전력을 공급할 수 있다.
이러한 무선전력 전송 시스템은 주변에 휠하우징의 프레임 등의 금속물체가 구비되고, 타이어의 규격, 노면 상태 또는 서스펜션 작동 등에 따라 송전부와 수전부의 거리가 지속적으로 변경될 수 있다.
따라서, 무선전력 전송 시스템에서 수전부로 전력을 전송하는 방향을 제외한 근방에 존재하는 금속물체의 존재와 송전부와 수전부 사이의 거리 등에 따라 시스템의 공진 주파수는 지속적으로 변경되나 종래의 통상적인 무선전력 전송 시스템의 경우 고정된 공진주파수를 이용하고 그에 따라 안정적인 무선전력 전송 효율을 보장하기 어렵다.
따라서, 본 발명의 무선전력 전송 시스템은 차량의 타이어 내부에 설치되는 공기압 센서 등의 센서모듈에 전력을 공급하기 무선전력 전송 시스템에서, 송전부(100)가 차량의 휠하우징 프레임에 근접하여 설치되어, 차량 휠하우징 프레임을 구성하는 금속물체(10)에 영향을 받아 변화되는 공진주파수를 자동으로 탐색하고 이를 제어하여 수전부(200)로 전력을 효율적으로 전송할 수 있는 무선전력 전송 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 하여, 송전부의 공진주파수가 주변 금속환경에 의해 처음과 다르게 변경되어도 후술하는 미리 설계된 Rx의 Q(품질계수)값으로 인하여 안정적으로 전력을 수전 받을 수 있도록 할 수 있다.
즉, 본 발명은 차량 타이어에 장착되는 센서모듈의 무선전력 전송 시스템과 같이 금속물체(10)가 구비된 금속환경에서의 전력을 공급하기 위한 무선전력 전송 시스템에서 공진주파수가 금속물체(10)의 영향으로 변화되고, 타이어 내부에 장착하기 위해 요구되는 작은 사이즈의 수전부(200)라는 특수적인 환경에서, 변화된 공진 주파수를 자동 탐색하고 제어 주파수의 가변 범위를 효율적으로 설정할 뿐만 아니라, 낮은 Q(성능지수)값을 갖도록 수전부 공진유닛(210)을 설정함으로써, 안정적이면서 최적의 전력 전송을 위한 최적의 공진주파수를 탐색할 수 있는 무선전력 전송 시스템을 제공한다. 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속물체가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템으로, 시스템 주파수를 제어하여 미리 설정된 수신전압 기준값 또는 수신전류 기준값으로 최적 전송효율을 탐색하는 시스템(제1 시스템)의 상세 블록 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 시스템은, 전술한 차량의 금속재질로 구성되는 휠하우징 프레임 측에 장착되어 금속환경에서 변화되는 공진주파수를 수전부의 전압계(245)와 전류계(244)에서 측정되는 기준 전압값 또는 기준 전류값을 피드백을 통해 자동으로 탐색하고, 이 때 수전부(200)의 공진유닛(210)을 송전부 공진주파수의 전 운용 범위내에서 공진주파수가 변동하더라도 전력수신 성능의 차이가 크지 않도록 하기 위해 의도적으로 낮은 Q를 갖도록 설계한 후 탐색된 공진주파수를 기준으로 미리 설정된 제어 주파수 가변 범위 내에서 주파수를 제어하면서 수신되는 수신전압 값이 미리 설정된 수신전압 기준값 이상인 경우의 주파수를 최적 전송효율을 갖는 공진주파수로 탐색하는 무선전력 전송 시스템일 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은, 휠하우징 측에 장착되는 송전부(100)와 타이어 내부에 장착되는 타이어 센서모듈에 구비되어 자기공진 효과를 통해 상술한 송전부(100)에서 전송한 전력을 수전하는 수전부(200)를 포함하여 구성될 수 있다,
송전부(100)는 AC 입력전류를 DC로 변환하는 AC/DC 변환회로(110)와, DC 변환회로에서 변환된 DC를 RF로 변환하는 DC/RF 변환회로(120)와, DC를 RF 전력으로 변환할 때 공진주파수를 제어하는 제어회로(150)와, 자기공진 커플링을 위한 매칭회로(135) 및 매칭회로(135)와 연결되는 송전코일을 포함하여 구비되는 공진유닛(130) 및 전압 또는 전류 신호를 송수신하는 통신회로(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
수전부(200)는 전술한 송전코일과 일정한 송전거리 내에서 커플링을 일으키고, 미리 설정된 Q(품질계수) 값을 갖도록 설정되는 수전코일과 매칭회로(215)를 포함하여 구비되는 공진유닛(210), 상기 공진유닛(210) 후단에서 고주파 수신 전력신호를 정류하는 정류회로(220), 상기 정류회로(220) 후단에서 정류된 출력 전압을 안정화시키는 전압 안정화 회로(240) 및 상기 전압 안정화 회로(230) 후단에서 안정화된 전압으로부터 미리 의도된 전압을 출력하는 DC/DC 변환회로(240), 전술한 정류회로(220)로부터 전류 신호와 DC/DC 변환회로(250) 출력단에서 측정되는 전압 및/또는 전류 신호를 수신받고, 피드백 제어신호를 생성하는 제어회로(250)와, 피드백 제어신호를 송전부(100)의 통신회로(160)로 송신하는 통신회로(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 미리 설정된 범위 내에서 주파수를 가변하여 송전부에서 전력을 전송하면서 송전전류가 최대인 주파수를 공진주파수로 설정하고, Q값이 미리 설정된 값(Low Q)을 갖도록 수전부(200)의 공진유닛(210)를 설정한 후, 송전부(100)의 제어회로를 통하여 설정된 공진주파수를 기준으로 미리 설정된 주파수 가변 범위 내에서 시스템 주파수를 가변하면서, 수전부(200)의 DC/DC 변환회로(240) 출력단에서 전압계(245)로 출력전압(V)을 측정하고, 측정된 출력전압이 미리 설정된 판정 전압값이 출력되는 공진주파수를 최적 공진주파수로 결정하는 무선전력 전송 시스템을 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속물체가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템으로, 시스템 주파수를 제어하고 전력전송 효율을 산출하여 탐색하는 시스템(제2 시스템)의 상세 블록 구성을 나타낸 모식도이다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 시스템에서 출력전압을 측정하는 위치를 도 2에 도시된 실시예와 달리 안정화회로(230)와 DC/DC 변환회로(240) 사이에서 안전화 출력전압(Vr)을 측정하여, 측정된 안정화 출력전압(Vr)이 미리 설정된 수신전압 기준값 이상의 공진주파수를 최적 공진주파수로 결정하는 무선전력 전송 시스템을 적용하는 것도 가능하다.
즉, 안정화 회로(230)는 출력단의 부하 변동으로 인하여 출력 전압값의 변동이 심하여 소자의 파손 위험의 방지와 시스템 안정성을 위하여, 수전부(200)의 정류회로(220)와 DC/DC 변환회로(240) 사이에 안정화 회로(230)를 구비하여 출력 안정성을 높일 수 있다. 이와 같이 출력 전압값을 안정화 회로(230)와 DC/DC 변환회로(240) 사이에서 측정한 안정화 출력 전압값(Vr)을 사용함으로써, 보다 안정된 최적 전송효율을 갖는 무선전력 전송 시스템을 제공할 수 있다.
그리고, 측정된 안정화 출력 전압값(Vr)에 대한 상기 수신전압 기준값은 상기 출력단에서 측정된 DC 출력 전압값(V)에 대한 상기 수신전압 기준값보다 큰 것일 수 있다. 이는 안정화 출력 전압이 수신 전력량에 따라 비례하여 증감되는 특징이 있기 때문이다.
그리고, 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 제2 시스템은, 차량의 휠하우징 프레임 측에 장착되어 금속환경에서 변화되는 공진주파수를 송전부(100)의 송전전류 측정을 통해 자동으로 탐색하고, 수전부(200)의 공진유닛(210)를 미리 설정된 낮은 Q값(Low Q)을 갖도록 설정한 후, 탐색된 공진주파수를 기준으로 미리 설정된 제어 주파수 범위 내에서 주파수를 제어하면서 수신되는 수신전압 값이 미리 설정된 수신전압 기준값 이상인 경우의 주파수 중 입력 전류값과 출력 전압값(Vr), 출력 전류값(A)을 통해 전력전송 효율을 산출하고 최대값에 해당하는 공진주파수를 최적 전송효율을 갖는 주파수로 탐색하는 무선전력 전송 시스템일 수 있다.
여기서 수전부(200)의 공진유닛(210)은 수전코일과 매칭회로를 포함하여 구비되는 LC 공진유닛 일 수 있고, 송전부 공진주파수의 전 운용 범위내에서 공진주파수가 변동하더라도 전력수신 성능의 차이가 크지 않도록 하기 위해 의도적으로 낮은 Q를 갖도록 설계한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 제2 시스템은, 송전부(100)의 제어회로(150)를 통하여 미리 설정된 주파수 가변 범위 내에서 시스템 주파수를 가변하면서, 송전부(100)의 입력 전류값과 수전부(200)의 DC/DC 변환회로(240) 출력단에서 출력 전압(V)값을 측정하고, 측정된 출력 전압값이 미리 설정된 수신전압 기준값 이상인 경우, 해당 시스템 주파수에서 입력 전류값과 출력 전압값, 출력 전류값을 통해 전력전송 효율을 산출하고 최대값에 해당하는 공진주파수를 최적 공진주파수로 결정할 수 있다.
그리고 본 발명의 또 다른 실시예로, 송전부(100)의 제어회로(150)를 통하여 미리 설정된 주파수 가변 범위 내에서 시스템 주파수를 가변하면서, 송전부(100)의 입력 전류값과 수전부(200)의 안정화 회로(230) 및 DC/DC 변환회로(240) 사이에서 안정화 출력 전압값(Vr)을 측정하고, 측정된 안전화 출력 전압값(Vr)이 미리 설정된 수신전압 기준값 이상인 경우, 해당 시스템 주파수에서 입력 전류값과, 출력 전류값(A) 및 안정화 출력 전압값(Vr)을 통해 전력전송 효율을 산출하고 최대값에 해당하는 공진주파수를 최적 공진주파수로 결정할 수 있는 무선전력 전송 시스템일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템에 적용되는 품질계수(Q)를 정의하고 설명하는 그래프를 도시하고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템에서 목표 수신전력에 맞춘 수전부(200)의 설계 방안을 설명한 그래프를 도시한다.
본 발명의 실시예에서는 차량의 타이어 센서에 적용되는 무선전력 전송 시스템에서 송전부(100) 후단에 위치하는 차량 프레임과 같은 금속물체(10)의 영향으로 공진주파수가 수시로 변화되어 안정적으로 수전부(200)에서 전력을 수신 받지 못하는 문제를 해결하기 위해, 넓은 범위에서 전력을 안정적으로 수신할 수 있도록 수전부(200) 공진유닛(210)의 Q(품질계수) 값을 미리 설정된 낮은 값(Low Q)을 갖도록 수전부(200)의 공진유닛(210)를 설계하여야 하는데 이와 같은 Q값의 정의는 도 4에 도시된 바와 같다.
즉, Q(품질계수) 값은 반치전폭(半値全幅, full width at half maximum, FWHM)으로 정의할 수 있고, 공진주파수에서 보여지는 최대 전력 송전/수전 성능 값의 절반값에서의 주파수(f2, f1) 폭으로 공진주파수를 나눈 값으로 정의한다. 다음의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2023007600-appb-img-000002
예를 들어, 공진주파수가 200kHz이고, f1 = 199kHz, f2 = 201kHz 이면, Q=200kHz/(201kHz - 199kHz) = 100이 된다.
이와 같이 정의된 Q를 이용하여, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템의 목표 수신전력에 맞춘 수전부(200)의 설계 방법을 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
송전부(100)와 수전부(200)간의 전송거리가 고정이고, 공진주파수가 f1으로 변하지 않는 조건일 경우, 수전부(200)의 설계는 Rx1(High Q)과 같이 공진주파수 f1에서 최대값으로 목표 수신전력을 받도록 임피던스를 설계하는 것이 효율 최적이 되므로, Rx회로는 어떤 경우에도 과도한 전력을 받는 경우가 없기 때문에 안정적으로 회로를 사용할 수 있게 된다. 그러나, 단점으로 만일 공진주파수가 설계 의도와 다르게 f2로 변하면 수진전력이 목표에 미달하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
이처럼 공진주파수가 변하는 조건이라는 점을 감안하여 도 5에 도시된 Rx2로 설계하게 되면, 주파수가 f1 ~ f2 범위에서 변동하더라도 목표 수신전력을 받는 것은 문제가 없지만, 공진주파수(f1)에서 과도한 전력을 수신받게 되어, 회로 발열이 발생하거나 전압 상승으로 회로 부품 내전압 한도를 초과하여 부품이 파괴되는 상황이 발생할 수 있다. 또한 신뢰성 있는 회로 설계를 위해서는 가격이 비싼 고 내전압, 고 내열을 갖는 부품을 사용해야 하는 문제점이 있다.
그러므로, 본 발명의 실시예에서는 차량의 타이어 센서와 같은 금속물체(10)가 구비되는 금속환경에서와 같이 공진주파수가 변하는 상황에서, 공진주파수 변화 범위를 탐색하고 이에 알맞도록 도 5에 도시된 Rx3 방식으로 낮은 Q(Low Q)로 Rx를 설계하는 방법 및 그 시스템을 제안한다. 이와 같은 방법으로 수전부(200)의 공진유닛(210)를 설계하면, f1 ~ f2 범위 내에서 주파수가 변하더라도 수신 전력의 차이는 크지 않아 발열이 거의 없고, 회로가 파괴되는 상황이 발생하지 않게 된다. 따라서 부품의 선택이 쉬워 수전부(200) 회로설계가 용이해 지고, 회로 안정성이 높다는 큰 장점이 있다.
그리고, 타이어 업계에서는 타이어 내륜형 센서모듈의 무게 제한은 승용차의 경우는 15 ~ 20g 이하이고, 트럭의 경우에는 25g으로 보고 있다. 타이어 동역학적 관점에서 타이어 내에 국부적인 하중은 타이어의 진동을 초래할 수 있기 때문에 센서모듈의 무게 제한을 두고 있다.
이와 같은 조건에 만족하기 위한 Rx(수전부) 모듈 설계시 무선전력 코일의 크기 또한 최소화되어야 하며 대략 직경이 약 85mm 이하로 설계가 제한된다. 또한, 수전코일을 포함하는 공진유닛(210)의 Q 값은 상대적으로 넓은 주파수 제어 범위내에서 송전부의 제어 공진주파수가 변동하더라도 그에 따른 수전 성능의 편차가 크지 않아야 하므로 100 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수전부 공진유닛(210)의 Q(품질계수) 값은 100 미만으로 설정하고, 상기 송전부 공진유닛(130)의 Q(품질계수) 값은 100 이상으로 설정하는 것도 가능하다. 이와 같은 설정은 송전 거리가 비교적 큰 원거리 스마트 타이어용 송전 공진유닛(130)와 수전 공진유닛(210)를 구비하는 시스템의 경우에 적용될 수 있다.
그리고, 상대적으로 송전 거리가 짧은 근거리 일반 가전용 공진유닛을 구비하는 무선전력 전송 시스템의 경우에는 상기 송전부(100) 및 수전부(200) 공진유닛(130, 210)의 Q(품질계수) 값은 100 미만으로 설정하는 것도 가능하다. 상술한 시스템의 공진유닛에 적용되는 Q(품질계수) 값은 송전 또는 수전 코일과 각각의 매칭회로의 커패시터로 구성된 공진유닛의 Q값이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속물체가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템의 금속환경에서의 코일의 인덕턴스 변화를 나타내는 모식도와 그래프를 도시한다. 코일의 인덕턴스가 변화하면 공진유닛의 물리적 공진주파수가 변화한다.
도 6의 (가)는 금속환경에서의 무선전력 전송 시스템의 금속물체(10)와의 이격거리를 나타내는 모식도를 도시하고, 도 6의 (나)는 금속물체(10)와 송전코일과의 이격 거리에 따른 송전코일의 인덕턴스를 나타내는 그래프이고, 도 6의 (다)는 금속물체(10)와 송전코일과의 이격 거리에 따른 인덕턴스의 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 6의 (가)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속물체(10)가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템은, 도 1의 실시예와 달리, 송전부(100)의 후단에 페라이트 재질의 전자파 차폐부재가 부착되는 구조를 제안함으로써, 송전부(100) 후단에서 차량의 프레임과 같은 금속물체(10)에 의하여 송전코일에서 발생하는 전자파가 반사되어 송전부(100)의 송전코일의 인덕턴스에 변화를 가져오는 영향을 줄이거나 없애기 위해, 송전부(100)(송전코일)과 금속물체(10) 사이에 페라이트 재질의 전자파 차폐부재를 부착하여 금속환경의 영향을 최소화시킬 수 있다.
여기서 페라이트는 실온에서 자발자화(spontaneous magenetization)를 나타내는 강자성체적 특성 및 비교적 큰 전기저항에 사용하는 고주파용 자성재료로 산업상 중요성을 갖는 재료이다. 또한 페라이트는 일반적으로 스피넬 구조를 갖는 이온화합물로서 산화철 주성분으로 하여 다양한 금속화합물과의 결합으로 형성될 수 있는데, 이와 같은 스피넬 구조의 페라이트를 전자파 흡수소재 및 전자파 차폐소재로 많이 사용된다.
본 발명의 실시예에서는 송전코일 후단에 위치하는 금속물체(10) 등의 금속환경의 영향을 최소화하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 송전부(100)와 금속물체(10) 사이에 위치하는 송전부(100) 후단에 페라이트 재질의 전자파 차폐부재를 부착하여 차량 프레임과 같은 금속환경의 영향을 최소화할 수 있다. 송전부의 경우도 페라이트 차폐를 통해 코일 인덕턴스의 변동을 최소화함으로써 금속환경에 의한 송전부의 시스템(=물리적) 공진주파수 변동 범위를 최소화하여 송전부의 공진주파수 변동 범위가 수전부에서 수전성능 변화가 적은 주파수 범위내에서 유지되도록 최대한 제한되어야만 용이하게 시스템 설계가 가능하다.
또한, 타이어 내부에 설치되는 수전코일 후단에도 페라이트 차폐부재를 설치하여 전자파 차폐를 강화하는 것도 가능하다.
이와 같은 금속환경에서의 무선전력 전송 시스템의 송전코일의 인덕턴스 영향을 살펴보기 위해, 실험을 통해 송전코일과 금속물체(10)와의 이격거리에 따른 송전코일의 인덕턴스와 인덕턴스 변화율을 측정하여 도 6의 (나) 및 (다)에 나타내었다. 그래프에서 나타내는 C는 차폐부재가 구비되지 않는 송전코일에 대한 그래프이고, CF는 페라이트 재질의 전자파 차폐부재를 부착한 송전코일에 대한 그래프를 나타낸다.
먼저, 금속물체(10)와 송전코일과의 거리가 약 40mm 이내에서는 송전코일의 인덕턴스 및 변화율이 크게 변화되는 것을 알 수 있고, 송전코일이 금속물체(10)와 가까울수록 인덕턴스가 크게 줄어들고 있음을 알 수 있다는 점에서, 금속물체(10)의 영향으로 인덕턴스가 줄어들고 그 변화도 커져 전력 전송의 효율 및 안정성을 떨어뜨리는 문제가 있음을 알 수 있다. 그리고, 송전코일의 후단에 페라이트 차폐부재가 부착되는 경우, 상대적으로 송전코일의 인덕턴스 및 그 변화율이 금속물체(10)와의 거리의 변화에도 크게 변화되고 있지 않음을 도 6의 (나) 및 (다)에서 명백히 알 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따른 금속물체(10)가 구비되는 영역에 설치되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템은 송전부(100)에 페라이트 재질과 같은 전자파 차폐부재를 구비하여 금속환경에 의한 주파수 변동 범위를 가능한한 최소화하여야 금속환경에서도 안정적으로 동작하는 무선전력 시스템 설계가 가능해 진다. 송전부의 주파수 변동 범위가 제한되지 않고 지나치게 커지면 수전부를 낮은 Q값을 갖도록 설계하더라도 무선전력이 원활하게 수전되는 주파수 범위는 높은 Q를 갖는 코일에 비해서는 넓지만 여전히 한정적이기 때문에 이 범위를 벗어나면 전력수신이 잘 되지 않게 된다. 또한, 지나치게 낮은 Q값으로 수전부를 설계하면 무선전력 전력수신 성능 자체가 좋지 않게 되는 문제도 있다. 따라서, 수전부의 Q값은 너무 낮아도 않되고 최소 30 에서 최대 90 범위 내의 값은 되어야 한다. 반면에 수전부의 Q값이 100이상으로 너무 크면 공진주파수에서의 수신 효율은 좋지만, 금속환경에 의해 주파수가 조금만 변해도 수신 성능이 급격히 차이나는 문제를 갖게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템의 최적 공진주파수 제어방법의 상세 흐름을 도시한다.
도7과 도8의 공진주파수 제어 방법을 실시하기전에 먼저 무선전력 전송 방향을 제외한 주변 금속환경에 의한 송전부의 시스템 공진주파수 변동값의 운용범위를 산출하고, 이 주파수 범위에서 수전부의 출력전압이 기준값 이상 출력되도록 하는 낮은 Q값을 갖도록 수전부의 공진회로를 설계한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템의 최적 공진주파수 제어방법은, 금속물체(10)가 구비되는 영역에 설치되는 것으로, 송전부(100) 및 수전부(200)의 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템의 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법에 있어서, 수전부가 기준값 이상의 전압을 안정적으로 출력하게 만드는 최적의 공진주파수를 탐색, 유지 제어하는 방법을 제시한다.
제어 범위는 송전부와 수전부 공진회로에서 미리 설계된 특성에 맞춘 주파수 범위로 결정된다. 도5에 보이듯이 제어 주파수 범위내에서 가장 낮은 주파수 하한값이라 하고, 가장 높은 주파수를 주파수 상한값이라고 정의한다. 도5에서 f1에서부터 f2까지를 제어 범위로 정의하면 f1은 주파수 하한값, f2는 주파수 상한값이 된다.
이 주파수 상한값 및 하한값은 송전부 주변금속에 대한 주파수 변동 범위 영향도를 먼저 파악하여 제어 알고리즘 구현에 앞서서 정의하게 된다. 도7과 도 8은 모두 주파수 상향 탐색 제어 실시 예를 나타내었다. 상향 제어란 주파수 하한값에서 시작하여 주파수를 1 제어 단위 만큼 증가시켜 가면서 최적 공진주파수를 탐색하는 방법이다. 도7에서 최적주파수는 수전부 출력전압이 판정 기준값을 넘어서는 마지막 주파수가 된다.
구체적으로, 도 7에 도시된 무선전력 전송 시스템의 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법은 먼저 무선전력 전송 방향을 제외한 주변 금속환경에 의한 송전부의 시스템 공진주파수 변동값의 운용범위를 산출(S110)하고, 공진 주파수 시작값 설정(s120) 수 있다. 전술한 바와 같이 하향 제어인 경우 시작주파수는 공진주파수 변동값의 운용범위의 주파수 상한값일 수 있다. 그러나 도 7과 같이 상향 제어로 탐색하는 경우 시작주파수는 주파수 하한값일 수 있다.
따라서, 순차적으로 주파수에 따른 송전부를 구동(S130)하고 수전부 출력 전압을 측정(S140)하고, 수전부 출력 전압과 기준값을 비교(S150)하고, 수전부 출력 전압이 여전히 큰 경우에는 순차적으로 상향 제어를 통해 주파수를 1제어단위만큼 증가시켜 송전부를 구동(S160)할 수 있다.
만일 수전부 출력 전압과 기준값을 비교(S150) 결과 수전부 출력 전압이 작아지는 경우 그 직전 시점의 공진 주파수가 최적 공진 주파수로 결정되어 최적 공진 주파수의 탐색이 완료된 상태이며, 따라서 역으로 주파수를 1 단위만큼 감소시켜 직전 공진주파수로 송전부 구동(S170)하고 수전부 출력 전압을 측정(S180)하여, 수전부 출력 전압의 편차를 측정(S190)하여 기준 편차와 비교(S200)하여, 기준 편차보다 출력편차가 큰 경우에는 다시 공진 주파수 시작값 설정(s120) 단계 이하를 반복하며, 출력 편차가 편차 기준보다 낮은 경우에는 공진 주파수 탐색 단계를 마치고, 최적 공진주파수로 무선전력을 송전하면서 수전부 출력전압을 수신(S180)하는 상태로 복귀할 수 있다.
도 8은 송전부 전류와 수전부 전류를 더 측정하여 출력전압 이외에 전송효율을 모두 만족하는 주파수를 최적의 주파수로 탐색하는 방법이다.
도 7에 도시된 방법과 차이점을 중심으로 설명한다. 도 8에 도시된 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템의 최적 공진주파수 제어방법은 제어 단계중에 송전전류를 측정하는 단계와 전송효율을 계산하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 공진 주파수 시작값 설정(s320)하는 단계에서 설정된 시작값 공진 주파수에서 순차적으로 주파수에 따른 송전부를 구동(S330)하는 단계에서 송전 전류값을 측정(S340)하고 수전부 출력 전압 이외에도 수전부 전류까지 측정(S350) 하며, 수전부 출력 전압과 기준값을 비교하는 단계는 전압 기준값 이외에도 전송 효율이 최대인지 여부를 판단(S370)할 수 있다. 즉, 도 8에서 최적 공진주파수는 수전부의 출력전압이 기준값을 넘으면서 전송 효율이 부분 최대 (local maximum)인 주파수가 된다.
만일 수전부 출력 전압이 기준값보다 작은 경우 또는 송전 효율이 최대가 아닌 경우에는 상향 탐색을 하도록 공진 주파수 시작값 설정 단계 이하의 단계를 반복하고, 만일 수전부 출력 전압이 기준값보다 크며 전력 전송효율도 최대인 경우에는 해당 공진 주파수로 송전부 구동상태를 유지(S390)하며 수전부 출력 전압과 전류를 수신(S400)하고 수전부 출력 전압과 출력 전류의 편차를 측정(S410)하게 된다.
마찬가지로, 수전부 출력 전압과 전류의 출력 편차를 측정(S410)하여 기준 편차와 비교(S420)하여, 기준 편차보다 출력편차가 큰 경우에는 다시 공진 주파수 시작값 설정(S320) 단계 이하를 반복하며, 출력 편차가 편차 기준보다 낮은 경우에는 공진 주파수 탐색 단계를 마치고 최적 공진주파수로 무선전력을 전송하며 수전부 출력 전압, 출력 전류 수신(S400)하는 상태로 복귀할 수 있다.
마찬가지로, 도8에 도시된 제어방법 역시 하향 탐색 제어도 가능하다. 이 경우에는 시작 주파수를 주파수 범위 하한값에서 시작하여 1 제어 단위만큼 주파수를 감소시켜 가면서 최적 공진주파수를 탐색하는 방법이 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 금속환경에서의 송전코일의 설치 상황을 감안하여 변동할 것으로 예상되는 운용 제어 주파수의 범위, 다른 말로는 주파수 제어 상한값과 하한값을 설계하는 방법을 설명한다. 일반적으로 무선전력 시스템의 물리적인 주파수가 클수록 부품의 크기나 수량이 줄어들게 되므로 좀더 공진회로를 구성하기 용이하게 된다. 따라서, 제어 주파수의 상한값은 법적으로 정해진 허용 주파수 대역에서의 최대값을 선택하는 것이 유리하다. 본 실시예에서는 무선전력 허용 주파수 대역이 110~205kHz 이므로 주파수 제어 범위 상한값은 205kHz로 결정하고 주파수 제어 하한값 설계를 진행한다. 적용 대상은 타이어 센서에 무선으로 전원을 공급하기 위한 송전부로 휠 하우징에 설치되고, 휠 하우징 뒷면에는 설치 위치에 따라 30~60mm 내에 차량의 금속 프레임이 위치하고 있다. 따라서, 송전부 설치시 차량의 금속 프레임의 의해 공진주파수가 변화할 것으로 예상되는 환경이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 금속환경을 고려하지 않은 상태에서 공진주파수가 199kHz를 갖도록 설계된 송전부(100)가 금속환경에 위치하였을 때, 금속물체(10)와의 거리에 따라 시스템 공진주파수를 송전부(100) 전류를 모니터링 하여 찾을 수 있다. 즉, 금속물체가 없는 설치환경과, 금속물체(10)와 송전부(100)의 거리가 각각 60mm 및 30mm인 경우의 제어 주파수의 변화에 따른 송전부의 소비전류를 측정하여 그래프로 나타내는 경우, 최대 송전 소비전류에 해당하는 경우의 주파수가 공진주파수임을 명확히 알 수 있다는 점에서, 상술한 바와 같이 송전전류를 모니터링하여 최대 송전전류를 나타내는 주파수를 공진주파수로 빠르고 효과적으로 확인할 수 있게 된다. 여기서 송전코일의 전면은 무선전력 전송방향이라고 정의한다. 금속 프레임은 뒷면에 위치하고 있게 된다.
처음 금속 환경과 상관없이 설계된 송전부의 물리적인 공진주파수는 199 kHz 였지만, 이 실험의 결과로 머드 가드에 설치되면 공진주파수는 최소 201kHz에서 최대 204kHz 사이에 위치할 것이라는 것을 예상할 수 있다. 따라서, 제어 주파수 범위는 이 두 주파수 범위를 반드시 포함하고 있어야만 안정적이고 효율적인 제어가 가능해진다. 여기에, 금속환경이 없는 상태에서의 사용 대역까지 감안하면 주파수 제어 하한값은 199kHz로 설정하게 된다.
주파수 제어는 시스템 공진주파수를 기준으로 좌우측 중 어느 한쪽의 대역을 사용하는 것이 일관성 있는 함수관계가 된다. 일반적으로는 공진주파수의 우측 대역을 사용한다. 이렇게 주파수 범위의 하한값을 199kHz, 상한값을 205kHz로 결정하면 이 범위에는 금속환경이 없을 상황, 금속환경이 30~60mm 범위에 있는 상황에서도 모두 무선전력을 전송할 수 있는 범위가 되므로 사용 가능하게 된다.
이와 같이 금속환경에 의한 주파수의 변동을 감안하여 송전부의 물리적인 공진주파수의 변동 범위를 미리 의도한 주파수 범위를 갖도록 송전부를 설계한다. 그런데 주변금속이 30mm로 근접했을 때의 공진주파수는 204kHz임을 알 수 있다.
이 경우 실제적인 주파수 제어범위는 204kH에서 205kHz로 1kHz의 범위정도밖에 되지 않는다. 따라서, 이 주파수 범위를 좀 더 늘리기 위해서는 송전부의 설계를 수정하여야 한다. 예를 들어 이 상황에서 적어도 3kHz 정도의 제어 범위를 갖도록 만들기 위해서는 주변금속이 30mm로 근접했을 때 송전부의 공진주파수가 202kHz 가 되도록 설계를 변경하여야 한다.
이렇게 되면 주변금속이 없을 때, 주변금속이 60mm로 근접했을때의 공진주파수도 변동하게 된다. 따라서, 제어 하한값은 그에 맞게 변경하여 주파수 운용 범위를 결정하게 된다.
이렇게 송전부를 설계한 후에는 주파수 운용 범위에서 수전 성능의 차이가 없도록 수전부의 Q값을 설계하여야 한다. 도 5에서 보였듯이 만일 주파수 제어 하한값이 f1, 주파수 제어 상한값이 f2라고 하면 수전부의 Q는 f1주파수와 f2주파수에서의 수신성능 편차가 너무 크지 않도록 Q값을 결정한다.
Q값이 너무 낮으면 수신성능 자체가 떨어지고, Q값이 너무 크면 주파수에 따른 수신전력 편차가 지나치게 커지므로 회로가 넓은 전력 범위에서 동작해야 하므로 부품 선정이 어려워지고, 부품가격이 비싸진다. 따라서, Q값을 적절히 선택하여야 성능 및 가격을 최적화할 수 있다.
Q값은 30보다 낮으면 수신 성능이 매우 떨어지고, 100이상이면 너무 큰 값이 되어 주파수가 약간만 변해도 수신성능 편차가 커진다. 따라서, Q값은 이 사이의 범위에서 최대, 최소 수신 성능의 차이를 정의하여 결정한다. 예를 들어 위 주파수 제어 범위에서 최대 수신 성능과 최소 수신 성능의 차이를 25%이내로 설계하는 경우 Q값은 대략 50내외로 결정하면 위 시스템에서 의도한 전력 수신 성능을 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 송전부 근방에 금속물체가 구비되는 자기공진 결합을 이용하는 무선전력 전송 시스템에 있어서,
    AC/DC 변환회로, DC/RF 변환회로, 매칭회로, 송전코일, 제어회로 및 통신회로를 포함하여 전력을 송전하는 송전부; 및
    수전코일, 매칭회로, 정류회로, 안정화회로, 직류/직류변환회로, 제어회로 및 통신회로를 포함하여 상기 송전부로부터 전력을 수전하는 수전부를 포함하고,
    상기 송전부에서 송전 전력의 주파수를 제어하여 상기 수전부의 수신전력을 제어하는 시스템을 구성하되,
    상기 수전부의 수전코일과 매칭회로로 구성되는 공진유닛의 아래의 수학식 1로 정의되는 Q(품질계수) 값이 미리 설정된 값보다 작도록 수전부의 공진유닛이 설계되는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템.
    - 아래 -
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2023007600-appb-img-000003
    상기 Q(품질계수) 값은 반치전폭(半値全幅, full width at half maximum, FWHM)으로 공진주파수에서 보여지는 최대 전력 송전/수전 성능 값의 절반값에서의 주파수(f2, f1) 폭으로 공진주파수를 나눈 값으로 정의.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송전부는 차량의 휠하우징에 하방으로 장착되며, 상기 수전부는 상기 휠하우징 측에 장착되는 차량의 타이어 내부에 장착되어 타이어 내부에 장착되는 센서모듈에 전력을 공급하며,
    상기 금속 물체는 상기 송전부의 상기 수전부에 대한 무선전력 전송 공간을 제외한 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서모듈은 가속도 센서, 온도센서 또는 공기압 센서인 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수전부의 공진유닛의 Q(품질계수) 값은 100 미만이고, 상기 송전부의 송전코일과 매칭회로로 구성되는 공진유닛의 Q(품질계수) 값은 100 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수전부의 공진유닛의 Q(품질계수) 및 상기 송전부의 송전코일과 매칭회로로 구성되는 공진유닛의 Q(품질계수) 값은 모두 100 미만으로 설정하는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속물체와 상기 송전부 사이에 페라이트 재질의 차폐부재가 부착되는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항의 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템을 제어하는 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 무선전력 전송 시스템을 구성하는 송전부의 시스템 공진주파수 변동값의 운용범위를 산출하는 단계;
    (b) 상기 송전부의 구동 공진 주파수 시작값 설정하고, 상기 송전부를 상기 공진 주파수 시작값으로 구동하는 단계;
    (c) 상기 송전부를 구동하며 상기 수전부의 출력 전압을 측정하여 미리 결정된 수전부 전압 기준값과 비교하는 단계; 및,
    (d) 상기 수전부의 출력 전압이 상기 전압 기준값보다 큰 경우 상기 수전부의 출력 전압이 상기 전압 기준값보다 작아지는 순간의 공진 주파수가 최적 공진 주파수로 결정될 때까지 상기 송전부의 구동 공진 주파수를 순차적으로 상향 또는 하향하며 구동하는 최적 공진 주파수 결정단계;를 포함하는 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (e) 상기 (d) 단계에서 결정된 상기 최적 공진 주파수에서 역으로 상기 송전부의 구동 공진 주파수를 순차적으로 하향 또는 상향하며 구동하여 수전부의 출력 전압 및 출력 전압의 편차를 측정하는 단계; 및,
    (f) 상기 출력 편차와 미리 결정된 편차 기준을 비교하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기준 편차보다 출력편차가 큰 경우에는 다시 시작값 설정하고, 상기 송전부를 상기 공진 주파수 시작값으로 구동하는 (b) 단계 이하를 반복하는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 시작값 공진 주파수에서 순차적으로 주파수에 따른 송전부를 구동하는 (b) 단계에서 송전 전류값을 함께 측정하고, 상기 (c) 단계에서 상기 수전부의 출력 전류도 함께 측정하며, 상기 수전부의 출력 전압과 미리 결정된 수전부 전압 기준값과 비교하는 과정에서 송전부의 전송 효율이 최대인지 여부를 함께 판단하는 것을 특징으로 하는 최적 전력전송을 위한 주파수 제어 방법.
PCT/KR2023/007600 2022-08-03 2023-06-02 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템의 최적 공진주파수 제어방법 WO2024029712A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0096990 2022-08-03
KR1020220096990A KR20240018976A (ko) 2022-08-03 2022-08-03 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템의 최적 공진주파수 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024029712A1 true WO2024029712A1 (ko) 2024-02-08

Family

ID=89849098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/007600 WO2024029712A1 (ko) 2022-08-03 2023-06-02 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템의 최적 공진주파수 제어방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240018976A (ko)
WO (1) WO2024029712A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120124732A (ko) * 2011-05-04 2012-11-14 삼성전자주식회사 무선 전력 송수신 시스템
KR20130033332A (ko) * 2011-09-26 2013-04-03 한국과학기술원 공진주파수 변화에도 전송효율 안정성을 유지하는 급집전 시스템
US20160056638A1 (en) * 2013-04-01 2016-02-25 Nitto Denko Corporation Wireless power transfer device, supplied-power control method for wireless power transfer device, and wireless-power-transfer-device manufacturing method
KR20170055595A (ko) * 2015-11-11 2017-05-22 한국전자통신연구원 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법
KR102351949B1 (ko) * 2021-08-25 2022-01-18 주식회사 반프 타이어 센서 무선 충전 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120124732A (ko) * 2011-05-04 2012-11-14 삼성전자주식회사 무선 전력 송수신 시스템
KR20130033332A (ko) * 2011-09-26 2013-04-03 한국과학기술원 공진주파수 변화에도 전송효율 안정성을 유지하는 급집전 시스템
US20160056638A1 (en) * 2013-04-01 2016-02-25 Nitto Denko Corporation Wireless power transfer device, supplied-power control method for wireless power transfer device, and wireless-power-transfer-device manufacturing method
KR20170055595A (ko) * 2015-11-11 2017-05-22 한국전자통신연구원 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법
KR102351949B1 (ko) * 2021-08-25 2022-01-18 주식회사 반프 타이어 센서 무선 충전 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240018976A (ko) 2024-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014115997A1 (en) Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission method
WO2015009042A1 (en) Method and apparatus for detecting coupling region
WO2012169794A2 (en) Method of performing bidirectional communication between transmitter and receiver in wireless power transmission/reception system, the transmitter, and the receiver
WO2013035978A1 (en) Wireless power repeater and method thereof
WO2013002516A2 (en) Wireless power repeater and method thereof
WO2012169769A2 (ko) 무선 전력 전송 장치 및 시스템
EP2761723A1 (en) Wireless power transmitter, wirless power repeater and wireless power transmission method
WO2017065526A1 (ko) 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법
WO2016195249A1 (ko) 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법
WO2014038862A1 (en) Wireless power transmitter for excluding cross-connected wireless power receiver and method for controlling the same
WO2015147566A1 (ko) 무선전력 송신장치를 구비한 무선전력 전송 시스템
WO2014038779A1 (en) Method for communication and power control of wireless power transmitter in magnetic resonant wireless power transmission system
WO2017034143A1 (ko) 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법
WO2015167054A1 (ko) 무선 전력 중계 장치 및 무선 전력 전송 시스템
EP3042454A1 (en) Method and apparatus for controlling interference in wireless power transmission system
EP2754225A1 (en) Wireless power apparatus and operation method thereof
WO2017007163A1 (ko) 무선 전력 송신 장치의 동작 방법
WO2020218788A2 (en) Electronic device wirelessly receiving power and method of operating same
US20140175897A1 (en) Resonance-type non-contact power supply system
WO2015182958A1 (ko) 무선전력 수신 장치 및 무선 통신 방법
WO2016114629A1 (ko) 무선 전력 전송 장치
WO2015182961A1 (ko) 무접점 전력 수신 장치 및 수신 방법
WO2024029712A1 (ko) 최적 전력전송을 위한 무선전력 전송 시스템 및 그 시스템의 최적 공진주파수 제어방법
WO2016117927A1 (ko) 무선 전력 전송 장치 및 이의 전송 전력 제어 방법
WO2016114637A1 (ko) 무선전력 전송 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23850222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1