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KR102252469B1 - Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission method - Google Patents

Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission method Download PDF

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KR102252469B1
KR102252469B1 KR1020200070240A KR20200070240A KR102252469B1 KR 102252469 B1 KR102252469 B1 KR 102252469B1 KR 1020200070240 A KR1020200070240 A KR 1020200070240A KR 20200070240 A KR20200070240 A KR 20200070240A KR 102252469 B1 KR102252469 B1 KR 102252469B1
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resonator
voltage
power transmission
current
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권상욱
김기영
박윤권
박재현
안치형
유영호
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삼성전자주식회사
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Abstract

무선으로 전력을 전송하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들과 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하고, 상기 복수의 소스 공진기들에 전력을 공급하는 피딩부에 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.It relates to an apparatus and method for wirelessly transmitting power, in one aspect, wherein the wireless power transmission apparatus wirelessly transmits power through magnetic coupling between a plurality of source resonators and a target resonator, and the plurality of source resonators At least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to a feeding unit that supplies power to the fields may be controlled.

Description

무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법{WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND WIRELESS POWER TRANSMISSION METHOD}Wireless power transmission device and wireless power transmission method {WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND WIRELESS POWER TRANSMISSION METHOD}

아래의 실시 예들은 무선으로 전력을 전송하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The following embodiments relate to an apparatus and method for wirelessly transmitting power.

무선 전력전송에 대한 연구는 전기 자동차(electric vehicle) 및 휴대기기를 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선전력공급의 불편함 증가 및 기존 battery 용량의 한계 봉착 등을 극복하기 위해 시작되었다. 무선 전력 전송 기술들 중 하나는 RF 소자들의 공진(resonance) 특성을 이용한다. 공진 특성을 이용하는 무선 전력 전송 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다.Research on wireless power transmission was initiated to overcome the increased inconvenience of wired power supply due to the explosive increase of various electric devices including electric vehicles and portable devices, and the limitations of existing battery capacity. One of the wireless power transmission technologies uses the resonance (resonance) characteristics of RF elements. The wireless power transmission system using the resonance characteristic may include a source supplying power and a target receiving power.

일 측에 따른 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치로 제1 전력을 무선 전송하는 복수의 공진기들; 적어도 하나의 공진기에 공급되는 제2 전력의 전압 세기(voltage magnitude) 및 전류 세기(current magnitude) 중 적어도 하나를 제어하는 제어부; 및 상기 적어도 하나의 공진기에 상기 제2 전력을 공급하는 피딩부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 무선 전력 전송 장치의 무선 충전 영역에서, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 거리, 방향 및 각도 중 적어도 하나를 획득하고, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 상기 거리, 상기 방향 및 상기 각도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.A wireless power transmission device according to one side includes a plurality of resonators for wirelessly transmitting first power to the wireless power reception device; A controller for controlling at least one of a voltage magnitude and a current magnitude of the second power supplied to the at least one resonator; And a feeding part supplying the second power to the at least one resonator. The control unit, in a wireless charging area of the wireless power transmission device, obtains at least one of a distance, a direction, and an angle between the wireless power transmission device and the wireless power reception device, and receives the wireless power transmission device and the wireless power. At least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power may be adjusted based on at least one of the distance, the direction, and the angle between devices.

상기 제어부는, 상기 무선 충전 영역에서 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수를 획득하고, 상기 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.The control unit obtains the number of wireless power receiving devices to be charged in the wireless charging area, and further determines at least one of the voltage strength and the current strength of the second power based on the number of wireless power receiving devices to be charged. Can be adjusted.

상기 제어부는, 상기 무선 충전 영역 내 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보를 획득하고, 상기 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.The control unit acquires information on a position change of the wireless power receiving device in the wireless charging area, and further based on the information on the position change of the wireless power receiving device, the voltage strength and the current strength of the second power At least one of them can be adjusted.

상기 제어부는 N 포트 네트워크에 연결된 상기 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크에 연결된 다른 공진기 사이에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스를 계산하고, 상기 임피던스에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The controller calculates an impedance of the N port network between the resonators connected to the N port network and other resonators connected to the N port network, and further based on the impedance, the voltage strength and the current strength of the second power You can control at least one of them.

상기 공진기들은 서로 커플링 되거나, 서로 분리되고, 상기 피딩부는 인덕터를 포함할 수 있다.The resonators may be coupled to each other or separated from each other, and the feeding part may include an inductor.

상기 제어부는 상기 피딩부에서 인가할 수 있는 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나의 범위 안에서, 순차적으로 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 변경할 수 있다.The control unit may sequentially change at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power within at least one of the voltage intensity and the current intensity that can be applied by the feeding unit.

상기 제어부는 상기 피딩부에서 인가할 수 있는 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나의 범위 안에서, 랜덤하게 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 변경할 수 있다.The controller may randomly change at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power within at least one of the voltage intensity and the current intensity that can be applied by the feeding part.

상기 제어부는 상기 피딩부에서 인가할 수 있는 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나의 범위 안에서, 룩업 테이블에 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 변경할 수 있다.The controller may change at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power based on a lookup table within at least one of the voltage intensity and the current intensity that can be applied by the feeding part.

상기 공진기들 각각은 제1 신호 도체 부분, 제2 신호 도체 부분, 및 상기 제1 신호 도체 부분과 상기 제2 신호 도체 부분에 대응되는 제1 그라운드 도체 부분을 포함하는 제1 전송 선로; 상기 제1 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 연결하는 제1 도체; 상기 제2 신호 도체 부분과 연결된 제2 도체; 및 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 제1 캐패시터를 포함할 수 있다.Each of the resonators includes a first transmission line including a first signal conductor portion, a second signal conductor portion, and a first ground conductor portion corresponding to the first signal conductor portion and the second signal conductor portion; A first conductor connecting the first signal conductor portion and the first ground conductor portion; A second conductor connected to the second signal conductor portion; And a first capacitor inserted between the first signal conductor portion and the second signal conductor portion in series with respect to a current flowing through the first signal conductor portion and the second signal conductor portion.

상기 공진기들은 xy평면과 평행한 면을 포함하는 제1 공진기; yz평면과 평행한 면을 포함하는 제2 공진기; 및 zx평면과 평행한 면을 포함하는 제3 공진기를 포함할 수 있다.The resonators include a first resonator including a plane parallel to the xy plane; a second resonator including a plane parallel to the yz plane; And a third resonator including a plane parallel to the zx plane.

일 측에 따른 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치로 제1 전력을 전송하는 복수의 공진기들; 적어도 하나의 공진기에 공급되는 제2 전력의 전압 위상(voltage phase) 및 전류 위상(current phase) 중 적어도 하나를 제어하는 제어부; 및 상기 적어도 하나의 공진기에 상기 제2 전력을 공급하는 피딩부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 무선 전력 전송 장치의 무선 충전 영역에서, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 거리, 방향 및 각도 중 적어도 하나를 획득하고, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 상기 거리, 상기 방향 및 상기 각도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 위상 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.A wireless power transmission device according to one side includes a plurality of resonators for transmitting first power to the wireless power reception device; A controller for controlling at least one of a voltage phase and a current phase of the second power supplied to the at least one resonator; And a feeding part supplying the second power to the at least one resonator. The control unit, in a wireless charging area of the wireless power transmission device, obtains at least one of a distance, a direction, and an angle between the wireless power transmission device and the wireless power reception device, and receives the wireless power transmission device and the wireless power. At least one of the voltage phase and the current phase of the second power may be adjusted based on at least one of the distance, the direction, and the angle between devices.

상기 제어부는, 상기 무선 충전 영역에서 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수를 획득하고, 상기 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 위상 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.The control unit obtains the number of wireless power receiving devices to be charged in the wireless charging area, and further determines at least one of the voltage phase and the current phase of the second power based on the number of wireless power receiving devices to be charged. Can be adjusted.

상기 제어부는, 상기 무선 충전 영역 내 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보를 획득하고, 상기 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 위상 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.The control unit acquires information on a position change of the wireless power receiving device in the wireless charging area, and further based on the information on the position change of the wireless power receiving device, the voltage phase and the current phase of the second power At least one of them can be adjusted.

상기 제어부는 N 포트 네트워크에 연결된 상기 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크에 연결된 다른 공진기의 사이에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스를 계산하고, 상기 임피던스에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 위상 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The controller calculates an impedance of the N port network between the resonators connected to the N port network and other resonators connected to the N port network, and further based on the impedance, the voltage phase and the current of the second power At least one of the phases can be controlled.

상기 공진기들은 xy평면과 평행한 면을 포함하는 제1 공진기; yz평면과 평행한 면을 포함하는 제2 공진기; 및 zx평면과 평행한 면을 포함하는 제3 공진기를 포함할 수 있다.The resonators include a first resonator including a plane parallel to the xy plane; a second resonator including a plane parallel to the yz plane; And a third resonator including a plane parallel to the zx plane.

일 측에 따른 무선 전력 수신 장치로 제1 전력을 무선 전송하는 복수의 공진기들 및 적어도 하나의 공진기로 제2 전력을 공급하는 피딩부를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 동작 방법은, 상기 적어도 하나의 공진기로 공급되는 상기 제2 전력의 전압 세기, 전압 위상, 전류 세기 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함한다. 상기 제어하는 단계는, 상기 무선 전력 전송 장치의 무선 충전 영역에서, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 거리, 방향 및 각도 중 적어도 하나를 획득하는 단계; 및 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 상기 거리, 상기 방향 및 상기 각도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기, 상기 전압 위상, 상기 전류 세기 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함한다.A method of operating a wireless power transmission device comprising a plurality of resonators for wirelessly transmitting first power to the wireless power receiving device according to one side and a feeding unit for supplying second power to at least one resonator, the at least one resonator And controlling at least one of a voltage intensity, a voltage phase, a current intensity, and a current phase of the second power supplied to the device. The controlling may include obtaining at least one of a distance, a direction, and an angle between the wireless power transmitter and the wireless power receiver in a wireless charging area of the wireless power transmitter; And at least one of the voltage intensity, the voltage phase, the current intensity, and the current phase of the second power based on at least one of the distance, the direction, and the angle between the wireless power transmitter and the wireless power receiver. And adjusting one.

상기 제어하는 단계는 상기 무선 충전 영역에서 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 조절하는 단계는 상기 무선 충전 영역에서 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The controlling step further includes obtaining the number of wireless power receiving devices to be charged in the wireless charging area, and the adjusting step is further based on the number of wireless power receiving devices to be charged in the wireless charging area. It may include adjusting at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power.

상기 제어하는 단계는 상기 무선 충전 영역 내 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 조절하는 단계는 상기 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The controlling step further includes acquiring information on a position change of the wireless power receiving device in the wireless charging area, and the adjusting step is further based on the information on the position change of the wireless power receiving device. It may include adjusting at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power.

상기 제어하는 단계는 N 포트 네트워크에 연결된 상기 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크에 연결된 다른 공진기 사이에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 조절하는 단계는 상기 임피던스에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The controlling step further includes calculating an impedance of the N-port network between the resonators connected to the N-port network and another resonator connected to the N-port network, and the adjusting is further based on the impedance. It may include adjusting at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power.

도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치가 사용될 수 있는 무선 충전 환경을 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 N 포트 네트워크를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들과 타겟을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 공진기에 공급하는 전압의 위상에 따라 무선 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들의 배치를 나타낸 도면이다.
도 11은 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기의 구조를 나타낸다.
도 12는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.
도 14는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 피더의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.
1 shows a wireless power transmission system according to an embodiment.
2 shows a wireless charging environment in which a wireless power transmission device according to an embodiment can be used.
3 is a block diagram of an apparatus for transmitting power wirelessly according to an exemplary embodiment.
4 is a block diagram of an apparatus for transmitting power wirelessly according to another exemplary embodiment.
5 shows an N port network of a wireless power transmission device according to an embodiment.
6 is a diagram showing a structure of resonators of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating resonators and targets of a wireless power transmission apparatus according to an exemplary embodiment.
8 and 9 are graphs showing wireless power transmission efficiency according to a phase of a voltage supplied to a resonator in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
10 is a diagram illustrating an arrangement of resonators of a wireless power transmission apparatus according to an exemplary embodiment.
11 shows a structure of a resonator of a wireless power transmission device according to another embodiment.
12 is a flowchart of a wireless power transmission method according to an embodiment.
13 shows a distribution of a magnetic field in a resonator and a feeder according to an embodiment.
14 is a diagram showing the configuration of a resonator and a feeder according to an embodiment.
15 is a diagram illustrating a distribution of a magnetic field inside a resonator according to feeding of a feeder according to an exemplary embodiment.
16 shows an electric vehicle charging system according to an embodiment.

이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments according to one side will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

소스와 타겟 간에 통신을 수행하는 방식에는 인 밴드 통신 방식과 아웃 밴드 통신 방식이 있다. 인 밴드 통신 방식은 소스와 타겟이 전력 전송에 이용하는 주파수와 동일한 주파수에서 통신하는 것을 의미하고, 아웃 밴드 통신 방식은 소스와 타겟이 전력 전송에 이용하는 주파수와는 별도의 주파수를 이용하여 통신하는 것을 의미한다. Methods of performing communication between a source and a target include an in-band communication method and an out-band communication method. The in-band communication method means that the source and the target communicate at the same frequency as the frequency used for power transmission, and the out-band communication method means that the source and the target communicate using a separate frequency from the frequency used for power transmission. do.

도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다. 1 shows a wireless power transmission system according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 소스(110) 및 타겟(120)을 포함한다. 소스(110)는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟(120)은 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 이때, 전자기기에는 패드, 단말, 태블릿, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등이 포함될 수 있다.Referring to FIG. 1, a wireless power transmission system according to an embodiment includes a source 110 and a target 120. The source 110 refers to a device that supplies wireless power, and the device may include all electronic devices capable of supplying power, such as pads, terminals, TVs, medical devices, and electric vehicles. The target 120 refers to a device receiving wireless power, and all electronic devices that require power may be included. In this case, the electronic device may include a pad, a terminal, a tablet, a medical device, an electric vehicle, and the like.

소스(110)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(111), 파워 증폭기(Power Amplifier)(112), 매칭 네트워크(113), 송신 제어부(114) 및 통신부(115)를 포함할 수 있다. The source 110 may include a variable SMPS 111, a power amplifier 112, a matching network 113, a transmission control unit 114, and a communication unit 115.

가변 SMPS(Variable SMPS, Variable Switching Mode Power Supply)(111)는 파워 공급기(Power Supply)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭하여 DC 전압을 생성한다. 가변 SMPS(Variable SMPS)(111)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나 송신 제어부(Tx Control Logic)(114)의 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다. Variable SMPS (Variable Switching Mode Power Supply) 111 generates a DC voltage by switching an AC voltage of several tens of Hz band output from a power supply. The variable SMPS (Variable SMPS) 111 may output a DC voltage of a constant level or may adjust the output level of the DC voltage under the control of the Tx Control Logic 114.

가변 SMPS(111)는 Class-E 타입의 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하게 할 수 있다. The variable SMPS 111 is a supply voltage according to the output power level of the power amplifier 112 so that the Class-E type power amplifier 112 can always operate in a highly efficient saturation region. Can be controlled to maintain maximum efficiency at all output levels.

가변 SMPS(111) 대신에 일반적으로 사용되는 상용 SMPS를 사용하는 경우에는, 추가적으로 가변 DC/DC(Variable DC/DC) 변환기를 사용해야 한다. 상용 SMPS와 가변 DC/DC(Variable DC/DC)변환기는 Class-E 타입의 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하게 할 수 있다.In the case of using a commercial SMPS that is generally used instead of the variable SMPS 111, a variable DC/DC (Variable DC/DC) converter must be additionally used. Commercial SMPS and variable DC/DC (Variable DC/DC) converters have a power amplifier 112 so that the Class-E type power amplifier 112 can always operate in a highly efficient saturation region. By controlling the supply voltage according to the output power level of ), the maximum efficiency can be maintained at all output levels.

파워 검출기(Power Detector)(116)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(111)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 송신 제어부(114)로 전달할 수 있다. 또한, 파워 검출기(Power Detector)(116)는 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수도 있다. The power detector 116 may detect the output current and voltage of the variable SMPS 111 and transmit information on the detected current and voltage to the transmission control unit 114. In addition, the power detector 116 may detect the input current and voltage of the power amplifier 112.

파워 증폭기(Power Amplifier)(112)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압를 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 즉, 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)는 기준 공진 주파수 FRef를 이용하여 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)에 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 복수의 타겟 디바이스들에서 사용되는 통신용 전력 또는 충전용 전력을 생성할 수 있다.The power amplifier 112 may generate power by converting a DC voltage of a certain level into an AC voltage by a switching pulse signal of several MHz to several tens of MHz. That is, the power amplifier 112 converts the DC voltage supplied to the power amplifier 112 into an AC voltage using the reference resonance frequency F Ref. It can generate electric power or electric power for charging.

여기서, 통신용 전력은 0.1~1mWatt의 작은 전력을 의미하고, 충전용 전력은 타겟 디바이스의 디바이스 로드에서 소비되는 수 밀리(m)Watt~ 수 킬로(K)Watt의 큰 전력을 의미한다. 본 명세서에서, "충전"이라는 용어는 전력을 충전하는 유닛(unit) 또는 요소(element)에 전력을 공급하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, "충전"이라는 용어는 전력을 소비하는 유닛(unit) 또는 요소(element)에 전력을 공급하는 의미로도 사용될 수 있다. 여기서, 유닛(unit) 또는 요소(element)는 예를 들어 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서, 각종 센서들을 포함할 수 있다.Here, the communication power means a small power of 0.1 to 1 mWatt, and the charging power means a large power of several milli (m) Watts to several kilo (K) Watts consumed in the device load of the target device. In the present specification, the term "charging" may be used to mean supplying power to a unit or element that charges power. In addition, the term "charging" may also be used in the sense of supplying power to a unit or element that consumes power. Here, the unit or element may include, for example, a battery, a display, an audio output circuit, a main processor, and various sensors.

한편, 본 명세서에서 "기준 공진 주파수"는 소스(110)가 기본적으로 사용하는 공진 주파수의 의미로 사용된다. 또한, "트래킹 주파수"는 기 설정된 방식에 따라 조정된 공진 주파수의 의미로 사용된다. Meanwhile, in the present specification, the "reference resonance frequency" is used as the meaning of the resonance frequency basically used by the source 110. In addition, "tracking frequency" is used as the meaning of the resonant frequency adjusted according to a preset method.

송신 제어부(114)는 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"에 대한 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 타겟 공진기(Target Resonator)(133)와 소스 공진기(Source Resonator)(131) 사이의 미스매칭(mismatching)을 검출한다. 송신 제어부(114)는 반사파의 포락선(envelop)을 검출함으로써, 미스 매칭을 검출하거나 반사파의 전력량을 검출함으로써 미스매칭을 검출할 수 있다. The transmission control unit 114 detects a reflected wave for "communication power" or "charge power", and between the target resonator 133 and the source resonator 131 based on the detected reflected wave. Detect mismatching. The transmission control unit 114 may detect a mismatch by detecting an envelope of the reflected wave or detect a mismatch by detecting the amount of power of the reflected wave.

매칭 네트워크(113)는 송신 제어부(114)의 제어에 따라 소스 공진기(131)와 타겟 공진기(133) 간의 임피던스 미스매칭을 최적의 매칭으로 보상할 수 있다. 매칭 네트워크(113)는 캐패시터 또는 인덕터의 조합으로 송신 제어부(114)의 제어에 따라 스위치를 통해 연결될 수 있다.The matching network 113 may compensate for an impedance mismatch between the source resonator 131 and the target resonator 133 with optimal matching under the control of the transmission control unit 114. The matching network 113 is a combination of a capacitor or an inductor and may be connected through a switch under the control of the transmission control unit 114.

송신 제어부(114)는 소스 공진기(131) 또는 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 출력 전압의 레벨 및 상기 반사파의 전압 레벨에 기초하여 전압정재파비(VSWR, Voltage standing wave ratio)를 계산하고, 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 커지면 상기 미스매칭이 검출된 것으로 결정할 수 있다.The transmission control unit 114 calculates a voltage standing wave ratio (VSWR) based on the level of the output voltage of the source resonator 131 or the power amplifier 112 and the voltage level of the reflected wave, When the voltage standing wave ratio is greater than a preset value, it may be determined that the mismatch is detected.

또한, 송신 제어부(114)는 상기 전압정재파비(VSWR)가 기 설정된 값보다 커지면 기 설정된 N개의 트래킹 주파수 각각에 대한 전력 전송 효율을 계산하고, 상기 N개의 트래킹주파수 중 전력 전송 효율이 가장 좋은 트래킹 주파수 FBest를 결정하고, 기준 공진 주파수FRef를 상기 FBest로 조정할 수 있다. In addition, when the voltage standing wave ratio (VSWR) is greater than a preset value, the transmission control unit 114 calculates the power transmission efficiency for each of the preset N tracking frequencies, and the power transmission efficiency is the best among the N tracking frequencies. The frequency F Best can be determined, and the reference resonance frequency F Ref can be adjusted to the F Best.

또한, 송신 제어부(114)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 조정할 수 있다. 송신 제어부(114)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. 송신 제어부(114)는 는 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)를 제어함으로써, 타겟(120)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 즉, 통신부(115)는 인-밴드 통신을 통해 타겟(120)과 다양한 데이터(140)를 전송할 수 있다. 또한, 송신 제어부(114)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟(120)으로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다. In addition, the transmission control unit 114 may adjust the frequency of the switching pulse signal. The frequency of the switching pulse signal may be determined by the control of the transmission control unit 114. The transmission control unit 114 may generate a modulated signal for transmission to the target 120 by controlling the power amplifier 112. That is, the communication unit 115 may transmit the target 120 and various data 140 through in-band communication. In addition, the transmission control unit 114 may detect the reflected wave and demodulate a signal received from the target 120 through an envelope of the reflected wave.

송신 제어부(114)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 송신 제어부(114)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, 송신 제어부(114)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. 송신 제어부(114)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.The transmission control unit 114 may generate a modulated signal for performing in-band communication through various methods. The transmission control unit 114 may generate a modulated signal by turning on/off the switching pulse signal. In addition, the transmission control unit 114 may generate a modulated signal by performing delta-sigma modulation. The transmission control unit 114 may generate a pulse width modulated signal having a constant envelope.

송신 제어부(114)는 소스(110)의 온도변화, 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화를 고려하여 타겟(120)으로 전송할 초기 무선 전력을 결정할 수 있다. The transmission control unit 114 may determine the initial wireless power to be transmitted to the target 120 in consideration of a temperature change of the source 110, a battery state of the target 120, a change in the amount of received power, or a temperature change of the target 120. have.

소스(110)는 온도 변화를 감지하기 위한 온도 측정 센서(도시 되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화에 대한 정보는 통신을 통해 타겟(120)으로부터 수신할 수 있다. The source 110 may further include a temperature measurement sensor (not shown) for detecting a temperature change. Information on a battery state of the target 120, a change in the amount of received power, or a temperature change of the target 120 may be received from the target 120 through communication.

즉, 타겟(120)의 온도 변화는 타겟(120)으로부터 수신된 데이터에 기초하여 검출될 수 있다. That is, the temperature change of the target 120 may be detected based on data received from the target 120.

이때, 송신 제어부(114)는 소스(110)의 온도의 변화에 따라 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)로 공급되는 전압의 조정 량이 저장된 룩업-테이블을 이용하여 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)로 공급되는 전압을 조정할 수 있다. 예를 들어, 소스(110)의 온도가 상승한 경우, 송신 제어부(114)는 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)로 공급되는 전압을 낮출 수 있다. At this time, the transmission control unit 114 uses a look-up-table in which an adjustment amount of the voltage supplied to the power amplifier 112 is stored according to a change in the temperature of the source 110 to the power amplifier 112 You can adjust the voltage supplied to it. For example, when the temperature of the source 110 increases, the transmission control unit 114 may lower the voltage supplied to the power amplifier 112.

한편, 통신부(115)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(115)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(115)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟(120)과 데이터(140)를 전송할 수 있다. Meanwhile, the communication unit 115 may perform out-band communication using a communication channel. The communication unit 115 may include a communication module such as Zigbee and Bluetooth. The communication unit 115 may transmit the target 120 and the data 140 through out-band communication.

소스 공진기(131)는 전자기(electromagnetic) 에너지(130)를 타겟 공진기(133)로 전달(transferring)한다. 소스 공진기(131)는 타겟 공진기(133)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟(120)으로 전달한다.The source resonator 131 transfers electromagnetic energy 130 to the target resonator 133. The source resonator 131 transfers “communication power” or “charge power” to the target 120 through magnetic coupling with the target resonator 133.

타겟(120)은 매칭 네트워크(121), 정류부(122), DC/DC 컨버터(123), 통신부(124) 및 수신 제어부(Rx Control Logic)(125)를 포함할 수 있다.The target 120 may include a matching network 121, a rectifier 122, a DC/DC converter 123, a communication unit 124, and a reception control unit (Rx Control Logic) 125.

타겟 공진기(133)는 소스 공진기(131)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 즉, 타겟 공진기(133)는 소스 공진기(131)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스(110)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신할 수 있다. 또한, 타겟 공진기(133)는 인-밴드 통신을 통해 소스(110)로부터 다양한 데이터(140)를 수신할 수 있다. The target resonator 133 receives electromagnetic energy from the source resonator 131. That is, the target resonator 133 may receive “communication power” or “charge power” from the source 110 through magnetic coupling with the source resonator 131. Also, the target resonator 133 may receive various data 140 from the source 110 through in-band communication.

타겟 공진기(133)는 소스(110)의 온도변화, 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화를 고려하여 결정된 초기 무선 전력을 수신한다. The target resonator 133 receives the initial wireless power determined in consideration of a temperature change of the source 110, a battery state of the target 120, a change in the amount of received power, or a temperature change of the target 120.

매칭 네트워크(121)는 소스(110) 측으로 보이는 입력 임피던스와 부하(Load)측으로 보이는 출력 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 매칭 네트워크(121)는 캐패시터와 인덕터의 조합으로 구성될 수 있다.The matching network 121 may match the input impedance viewed from the source 110 side and the output impedance viewed from the load side. The matching network 121 may be formed of a combination of a capacitor and an inductor.

정류부(122)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 즉, 정류부(122)는 타겟 공진기(133)에 수신된 교류 전압을 정류할 수 있다. The rectifier 122 rectifies the AC voltage to generate a DC voltage. That is, the rectifier 122 may rectify the AC voltage received by the target resonator 133.

DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 Load에서 필요로 하는 용량에 맞게 조정한다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다. The DC/DC converter 123 adjusts the level of the DC voltage output from the rectifier 122 according to the capacity required by the load. For example, the DC/DC converter 123 may adjust the level of the DC voltage output from the rectifier 122 to 3 to 10 Volt.

파워 검출기(Power Detector)(127)는 DC/DC 컨버터(123)의 입력단(126)의 전압과 출력단의 전류 및 전압을 검출할 수 있다. 검출된 입력단(126)의 전압은 소스에서 전달되는 전력의 전송 효율을 계산하는데 사용될 수 있다. 검출된 출력단의 전류 및 전압은 수신 제어부(Rx Control Logic)(125)가 로드(Load)에 전달되는 전력을 계산하는데 사용될 수 있다. 소스(110)의 송신 제어부(114)는 로드(Load)의 필요전력과 로드(Load)에 전달되는 전력을 고려하여, 소스(110)에서 전송해야 할 전력을 결정할 수 있다.The power detector 127 may detect the voltage of the input terminal 126 of the DC/DC converter 123 and the current and voltage of the output terminal. The detected voltage of the input terminal 126 may be used to calculate the transmission efficiency of power delivered from the source. The detected current and voltage of the output terminal may be used by the Rx Control Logic 125 to calculate the power delivered to the load. The transmission control unit 114 of the source 110 may determine the power to be transmitted from the source 110 in consideration of the required power of the load and the power transmitted to the load.

통신부(124)를 통해 계산된 출력단의 전력이 소스(110)로 전달되면, 소스(110)는 전송해야 할 전력을 계산할 수 있다.When the power of the output terminal calculated through the communication unit 124 is transmitted to the source 110, the source 110 may calculate the power to be transmitted.

통신부(124)는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 수신 제어부(125)는 타겟 공진기(133)과 정류부(122) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류부(122)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 즉, 수신 제어부(125)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, 수신 제어부(125)는 매칭 네트워크(121)를 통하여 타겟 공진기(133)의 임피던스를 조정함으로써, 소스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 간단한 예로, 수신 제어부(125)는 타겟 공진기(133)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스(110)의 송신 제어부(114)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스(110)의 송신 제어부(114)는 제1 값(예를 들어, 이진수 "0") 또는 제2 값(예를 들어, 이진수 "1")을 검출할 수 있다. The communication unit 124 may perform in-band communication for transmitting and receiving data using a resonant frequency. In this case, the reception control unit 125 may detect a signal between the target resonator 133 and the rectifier 122 to demodulate the received signal or detect an output signal of the rectifier 122 to demodulate the received signal. That is, the reception control unit 125 may demodulate a message received through in-band communication. In addition, the reception control unit 125 may modulate a signal transmitted to the source 110 by adjusting the impedance of the target resonator 133 through the matching network 121. As a simple example, the reception control unit 125 may increase the impedance of the target resonator 133 so that the reflected wave is detected by the transmission control unit 114 of the source 110. Depending on whether a reflected wave is generated, the transmission control unit 114 of the source 110 may detect a first value (eg, binary "0") or a second value (eg, binary "1"). .

통신부(124)는 "해당 타겟의 제품의 종류", "해당 타겟의 제조사 정보", "해당 타겟의 모델명", "해당 타겟의 배터리 유형(Battery type)", "해당 타겟의 충전 방식", "해당 타겟의 로드(Load)의 임피던스 값", "해당 타겟의 타겟 공진기의 특성에 대한 정보", "해당 타겟의 사용 주파수 대역에 대한 정보", "해당 타겟의 소요되는 전력량", "해당 타겟의 고유의 식별자" 및 "해당 타겟의 제품의 버전 또는 규격 정보"를 포함하는 응답 메시지를 소스(110)의 통신부(115)로 전송할 수 있다. The communication unit 124 includes "the type of the product of the target", "the manufacturer information of the target", "the model name of the target", "the battery type of the target", "the charging method of the target", " The impedance value of the load of the target", "Information on the characteristics of the target resonator", "Information on the frequency band used by the target", "The amount of power required by the target", "The target A response message including "unique identifier" and "version or standard information of the target product" may be transmitted to the communication unit 115 of the source 110.

한편, 통신부(124)는 별도의 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(124)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(124)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스(110)와 데이터(140)를 송수신 할 수 있다.Meanwhile, the communication unit 124 may perform out-band communication using a separate communication channel. The communication unit 124 may include a communication module such as Zigbee and Bluetooth. The communication unit 124 may transmit and receive the source 110 and the data 140 through out-band communication.

통신부(124)는 소스(110)로부터 웨이크-업 요청 메시지를 수신하고, 파워 검출기(Power Detector)(127)는 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양을 검출하며, 통신부(124)는 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보를 소스(110)로 전송할 수 있다. 이때, 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보는, "정류부(122)의 입력 전압 값 및 전류 값", "정류부(122)의 출력 전압 값 및 전류 값" 또는 "DC/DC 컨버터(123)의 출력 전압 값 및 전류 값"이다.The communication unit 124 receives a wake-up request message from the source 110, the power detector 127 detects the amount of power received by the target resonator 133, and the communication unit 124 is a target Information on the amount of power received by the resonator 133 may be transmitted to the source 110. At this time, the information on the amount of power received by the target resonator 133 is "the input voltage value and current value of the rectifier 122", "the output voltage value and current value of the rectifier 122", or "DC/DC The output voltage value and current value of the converter 123".

도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치가 사용될 수 있는 무선 충전 환경을 나타낸다.2 shows a wireless charging environment in which a wireless power transmission device according to an embodiment can be used.

도 2를 참조하면, 하나의 소스로부터 다양한 위치와 방향에 위치한 타겟들로 전력의 전송이 필요한 3D(Dimension) 무선 충전 환경이 앞으로 도래할 것이다.Referring to FIG. 2, a 3D (Dimension) wireless charging environment that requires power transmission from one source to targets located in various positions and directions will come in the future.

도 2와 같은 3D 무선 충전 환경에서는 타겟이 소스로부터 특정 거리 및 방향에 위치한 것이 아니라, 임의의 거리 및 방향에 있는 경우에도 소정의 효율 이상으로 전력이 충전될 필요가 있다.In the 3D wireless charging environment as shown in FIG. 2, even when the target is not located at a specific distance and direction from the source, but at an arbitrary distance and direction, power needs to be charged at a predetermined efficiency or higher.

도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.3 is a block diagram of an apparatus for transmitting power wirelessly according to an exemplary embodiment.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력 전송부(310), 피딩부(320), 제어부(330)를 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 통신부(340)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, a wireless power transmission apparatus according to an embodiment may include a power transmission unit 310, a feeding unit 320, and a control unit 330. The wireless power transmission device may further include a communication unit 340.

전력 전송부(310)는 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)을 포함할 수 있다. 여기서는 3개의 소스 공진기들이 표시되었지만, 3개에 한정되는 것은 아니고, 2개 이상의 소스 공진기들이 전력 전송부(310)에 포함될 수 있다.The power transmission unit 310 may include a plurality of source resonators 311, 313, and 315 that wirelessly transmit power through magnetic coupling with a target resonator. Here, three source resonators are displayed, but are not limited to three, and two or more source resonators may be included in the power transmission unit 310.

피딩부(320)는 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)에 전력을 공급할 수 있다. 피딩부(320)는 전원(power supply)로부터 공급받은 전력을 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)로 전달할 수 있다.The feeding unit 320 may supply power to the plurality of source resonators 311, 313, and 315. The feeding unit 320 may transfer power supplied from a power supply to a plurality of source resonators 311, 313, and 315.

제어부(330)는 피딩부(320)에서 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(330)는 전원의 전압 세기 또는 전류 세기를 제어할 수 있다. 제어된 상태의 전력이 전원으로부터 피딩부(320)로 공급되고, 피딩부(320)는 공급받은 전력을 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)로 전달할 수 있다.The controller 330 may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied from the feeding unit 320. The controller 330 may control the voltage intensity or the current intensity of the power source. Power in a controlled state is supplied from a power source to the feeding unit 320, and the feeding unit 320 may transfer the supplied power to the plurality of source resonators 311, 313, and 315.

예를 들면, 제어부(330)는 N 포트 네트워크(N port network)(도시되지 않음)의 입력단과 연결된 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 및 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 출력단과 연결된 타겟 공진기(도시되지 않음)의 관계에서 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다. 임피던스 파라미터의 예로는 Z 파라미터, h 파라미터, a파라미터 b파라미터 등 다양한 N 포트 네트워크의 입력과 출력의 관계를 나타내는 파라미터가 포함될 수 있다. N포트 네트워크에 대해서는 도 5에서 좀 더 상세하게 설명한다.For example, the control unit 330 includes a plurality of source resonators 311, 313, 315 connected to an input terminal of an N port network (not shown) and an output terminal of an N port network (not shown). The impedance parameter of the N-port network (not shown) can be calculated in the relationship of the connected target resonator (not shown). Examples of the impedance parameter may include parameters representing a relationship between inputs and outputs of various N-port networks, such as a Z parameter, an h parameter, a a parameter, and a b parameter. The N-port network will be described in more detail with reference to FIG. 5.

제어부(330)는 계산된 임피던스 파라미터에 기초하여 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The controller 330 may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to each of the plurality of source resonators 311, 313, and 315 based on the calculated impedance parameter.

복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)은 각각의 소스 공진기(311), 소스 공진기(313) 및 소스 공진기(315)가 서로 결합된 형태 및 각각의 소스 공진기(311), 소스 공진기(313) 및 소스 공진기(315)가 서로 분리된 형태 중 적어도 하나의 형태일 수 있다. 서로 결합된 형태의 예는 도 6 및 도 7에 도시된 형태일 수 있고, 서로 분리된 형태의 예는 도 10에 도시된 형태일 수 있다.The plurality of source resonators 311, 313, and 315 are each of a source resonator 311, a source resonator 313, and a source resonator 315 coupled to each other, and each source resonator 311 and source resonator 313 ) And the source resonator 315 may be at least one of a form separated from each other. An example of a form combined with each other may be a form shown in FIGS. 6 and 7, and an example of a form separated from each other may be a form illustrated in FIG. 10.

통신부(340)는 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치(도시되지 않음)의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다. 통신부(340)는 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315)에 테스트 전력이 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 전력에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이때, 수신하는 전력에 대한 정보는 수신 전류에 대한 정보 및 수신 전압에 대한 정보를 포함할 수 있다. 통신부(340)는 무선 전력 수신 장치와 인 밴드 통신 방식 또는 아웃 밴드 통신 방식으로 통신할 수 있다.When the test voltage and the test current are applied to the plurality of source resonators 311, 313, and 315, the communication unit 340 receives information on the current and voltage applied to the load of the wireless power receiving device (not shown). You can receive it. When test power is applied to the plurality of source resonators 311, 313, and 315, the communication unit 340 may receive information on power received from the wireless power receiving device. In this case, the information on the received power may include information on the reception current and information on the reception voltage. The communication unit 340 may communicate with the wireless power receiver in an in-band communication method or an out-band communication method.

제어부(330)는 타겟 공진기(도시되지 않음)로의 전력 전송 효율에 기초하여 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(330)는 통신부(340)를 통하여 수신하는 무선 전력 수신 장치의 수신 전력에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율을 계산할 수 있다.The controller 330 may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to each of the source resonators 311, 313, and 315 based on the power transmission efficiency to the target resonator (not shown). have. The control unit 330 may calculate the power transmission efficiency based on information on the received power of the wireless power receiving device received through the communication unit 340.

제어부(330)는 기 설정된 전력 전송 효율을 만족하도록, 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들면, 전력 전송 효율로 80%가 기 설정되었다면, 제어부(330)는 80%가 되도록 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(330)는 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 서로 다른 전압 세기 또는 전류 세기로 전력을 공급할 수도 있고, 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 서로 동일한 전압 세기 또는 전류 세기로 전력을 공급할 수도 있다.The controller 330 may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to each of the source resonators 311, 313, and 315 so as to satisfy a preset power transmission efficiency. For example, if 80% is previously set as the power transmission efficiency, the controller 330 may control at least one of the voltage intensity and the current intensity to be 80%. At this time, the control unit 330 may supply power to each of the source resonators 311, 313, and 315 at different voltage strengths or current strengths, or the same voltage strength or current strength to each of the source resonators 311, 313, and 315. Power can also be supplied with current strength.

제어부(330)는 피딩부(320)에서 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 제어부(330)는 타겟 공진기(도시되지 않음)로의 전력 전송 효율에 기초하여 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(330)는 기 설정된 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하도록 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The controller 330 may adjust at least one of a voltage phase and a current phase of power supplied from the feeding unit 320. The controller 330 may control at least one of a voltage phase and a current phase based on power transmission efficiency to the target resonator (not shown). For example, the controller 330 may control at least one of a voltage phase and a current phase to satisfy a target value of a preset power transmission efficiency.

제어부(330)는 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 임피던스 파라미터를 계산하고, 임피던스 파라미터에 기초하여 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각에 공급하는 전력의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The controller 330 calculates an impedance parameter of an N port network (not shown), and based on the impedance parameter, at least one of a voltage phase and a current phase of power supplied to each of the plurality of source resonators 311, 313, and 315 You can control one.

제어부(330)는 전압 세기 또는 전류 세기를 제어할 때마다, 통신부(340)로부터 무선 전력 수신 장치의 수신 전력에 대한 정보를 전달 받아, 전력 전송 효율을 계산하고, 기 설정된 목표 값과 비교할 수 있다. 제어부(330)는 전압 세기 또는 전류 세기를 조절하여, 전력 전송 효율을 계산하고, 기 설정된 목표 값을 만족시키는 경우의 전압 세기 또는 전류 세기를 소스 공진기들(311, 313, 315)에 공급할 전압 세기 또는 전류 세기로 결정할 수 있다. 제어부(330)는 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는 경우에도, 전력 전송 효율과 비교하여, 기 설정된 목표 값을 만족시키는 최적의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.The controller 330 may receive information on the received power of the wireless power receiver from the communication unit 340 whenever controlling the voltage intensity or the current intensity, calculate power transmission efficiency, and compare it with a preset target value. . The controller 330 calculates the power transmission efficiency by adjusting the voltage intensity or the current intensity, and supplies the voltage intensity or current intensity to the source resonators 311, 313, 315 when a preset target value is satisfied. Alternatively, it can be determined by the current intensity. Even when controlling at least one of the voltage phase and the current phase, the controller 330 may compare the power transmission efficiency to determine at least one of an optimal voltage phase and a current phase that satisfy a preset target value.

제어부(330)는 소스 공진기들(311, 313, 315) 별로 조절이 가능한 전압 세기의 범위 또는 전류 세기의 범위에서, 시뮬레이션을 수행하여, 최적의 전압 세기 또는 전류 세기를 추정할 수 있다. 이때, 시뮬레이션은 소프트웨어 상의 측정으로 최적화 툴(optimization tool), 최적화 알고리즘을 이용하여 실행될 수 있다. 제어부(330)는 시뮬레이션 결과, 추정된 전압 세기 또는 전류 세기를 최적의 전압 세기 또는 전류 세기로 결정할 수 있다. 제어부(330)는 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는 경우에도, 시뮬레이션을 이용하여, 최적 값으로 계산된 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 최적의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나로 결정할 수 있다.The control unit 330 may estimate an optimal voltage intensity or current intensity by performing a simulation in a range of a voltage intensity or a range of a current intensity that can be adjusted for each of the source resonators 311, 313, and 315. In this case, the simulation may be performed using an optimization tool or an optimization algorithm as a measurement on software. The controller 330 may determine the estimated voltage intensity or current intensity as an optimal voltage intensity or current intensity as a result of the simulation. Even when controlling at least one of the voltage phase and the current phase, the controller 330 may determine at least one of the voltage phase and the current phase calculated as an optimum value as at least one of the optimum voltage phase and the current phase using simulation. have.

복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각은 제1 전송선로, 제1 도체, 제2 도체 및 제1 캐패시터를 포함할 수 있다. Each of the plurality of source resonators 311, 313, and 315 may include a first transmission line, a first conductor, a second conductor, and a first capacitor.

제1 전송선로는 제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분과, 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분에 대응되는 제1 그라운드 도체 부분을 포함할 수 있다. The first transmission line may include a first signal conductor portion and a second signal conductor portion, and a first signal conductor portion and a first ground conductor portion corresponding to the second signal conductor portion.

제1 도체는 제1 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하고, 제2 도체는 제1 그라운드 도체 부분으로부터 이격되어 제2 신호 도체 부분과 전기적으로 연결될 수 있다.The first conductor may electrically connect the first signal conductor portion and the first ground conductor portion, and the second conductor may be separated from the first ground conductor portion to be electrically connected to the second signal conductor portion.

제1 캐패시터는 제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분 사이에 삽입될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 소스 공진기들(311, 313, 315) 각각은 도 14에서 도시된 구조를 가질 수 있다.The first capacitor may be inserted between the first signal conductor portion and the second signal conductor portion in series with respect to a current flowing through the first signal conductor portion and the second signal conductor portion. More specifically, each of the plurality of source resonators 311, 313, and 315 may have the structure shown in FIG. 14.

도 4는 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.4 is a block diagram of an apparatus for transmitting power wirelessly according to another exemplary embodiment.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력 전송부(410), 피딩부(420), 제어부(430)를 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 통신부(440)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a wireless power transmission apparatus according to an embodiment may include a power transmission unit 410, a feeding unit 420, and a control unit 430. The wireless power transmission device may further include a communication unit 440.

전력 전송부(410)는 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 복수의 소스 공진기들(411, 413)을 포함할 수 있다. 여기서는 2개의 소스 공진기들이 표시되었지만, 2개에 한정되는 것은 아니고, 2개 이상의 소스 공진기들이 전력 전송부(410)에 포함될 수 있다.The power transmission unit 410 may include a plurality of source resonators 411 and 413 that wirelessly transmit power through magnetic coupling with a target resonator. Although two source resonators are shown here, the present invention is not limited to two, and two or more source resonators may be included in the power transmission unit 410.

피딩부(420)는 복수의 소스 공진기들(411, 413)에 전력을 공급할 수 있다. 피딩부(420)는 전원(power supply)로부터 공급받은 전력을 복수의 소스 공진기들(411, 413)로 전달할 수 있다.The feeding unit 420 may supply power to the plurality of source resonators 411 and 413. The feeding unit 420 may transmit power supplied from a power supply to the plurality of source resonators 411 and 413.

제어부(430)는 피딩부(420)에서 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(430)는 전원의 전압 세기 또는 전류 세기를 제어할 수 있다. 제어된 상태의 전력이 전원으로부터 피딩부(420)로 공급되고, 피딩부(420)는 공급받은 전력을 복수의 소스 공진기들(411, 413)로 전달할 수 있다.The controller 430 may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied from the feeding unit 420. The controller 430 may control the voltage intensity or the current intensity of the power source. Power in a controlled state is supplied from the power source to the feeding unit 420, and the feeding unit 420 may transfer the supplied power to the plurality of source resonators 411 and 413.

예를 들면, 제어부(430)는 N 포트 네트워크(N port network)(도시되지 않음)의 입력단과 연결된 복수의 소스 공진기들(411, 413) 및 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 출력단과 연결된 타겟 공진기(도시되지 않음)의 관계에서 N 포트 네트워크(도시되지 않음)의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다. 임피던스 파라미터의 예로는 Z 파라미터, h 파라미터, a파라미터 b파라미터 등 다양한 N 포트 네트워크의 입력과 출력의 관계를 나타내는 파라미터가 포함될 수 있다. N포트 네트워크에 대해서는 도 5에서 좀 더 상세하게 설명한다.For example, the control unit 430 may include a plurality of source resonators 411 and 413 connected to an input terminal of an N port network (not shown) and a target connected to an output terminal of an N port network (not shown). The impedance parameter of the N-port network (not shown) can be calculated in relation to the resonator (not shown). Examples of the impedance parameter may include parameters representing a relationship between inputs and outputs of various N-port networks, such as a Z parameter, an h parameter, a a parameter, and a b parameter. The N-port network will be described in more detail with reference to FIG. 5.

제어부(430)는 계산된 임피던스 파라미터에 기초하여 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The controller 430 may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to each of the plurality of source resonators 411 and 413 based on the calculated impedance parameter.

복수의 소스 공진기들(411, 413)은 각각의 소스 공진기(411) 및 소스 공진기(413)가 서로 결합된 형태 및 각각의 소스 공진기(411) 및 소스 공진기(413) 가 서로 분리된 형태 중 적어도 하나의 형태일 수 있다. 서로 결합된 형태의 예는 도 6 및 도 7에 도시된 형태일 수 있고, 서로 분리된 형태의 예는 도 10에 도시된 형태일 수 있다.The plurality of source resonators 411 and 413 are at least one of a form in which each source resonator 411 and source resonator 413 are coupled to each other, and a form in which each source resonator 411 and source resonator 413 are separated from each other. It can be in one form. An example of a form combined with each other may be a form shown in FIGS. 6 and 7, and an example of a form separated from each other may be a form illustrated in FIG. 10.

통신부(440)는 복수의 소스 공진기들(411, 413)에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치(도시되지 않음)의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다. 통신부(440)는 복수의 소스 공진기들(411, 413)에 테스트 전력이 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 전력에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이때, 수신하는 전력에 대한 정보는 수신 전류에 대한 정보 및 수신 전압에 대한 정보를 포함할 수 있다. 통신부(440)는 무선 전력 수신 장치와 인 밴드 통신 방식 또는 아웃 밴드 통신 방식으로 통신할 수 있다.When the test voltage and the test current are applied to the plurality of source resonators 411 and 413, the communication unit 440 may receive information on the current and voltage applied to the load of the wireless power receiving device (not shown). I can. When the test power is applied to the plurality of source resonators 411 and 413, the communication unit 440 may receive information on power received from the wireless power receiving device. In this case, the information on the received power may include information on the reception current and information on the reception voltage. The communication unit 440 may communicate with the wireless power receiving device in an in-band communication method or an out-band communication method.

제어부(430)는 계산부(431), 최적화부(433) 및 결정부(435)를 포함할 수 있다.The control unit 430 may include a calculation unit 431, an optimization unit 433, and a determination unit 435.

계산부(431)는 통신부(440)에서 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다. 전력 전송 효율은 전력 전송부(410)에서 전송하는 전력 대비, 통신부(440)에서 수신하는 전류, 전압에 의해 계산된 무선 전력 수신 장치(도시되지 않음)의 수신 전력을 비교하여 계산될 수 있다. 임피던스 파라미터는 N 포트 네트워크의 입력단과 출력단에 임피던스 파라미터 별로 계산에 필요한 조건을 적용하여 계산될 수 있다.The calculation unit 431 may calculate power transmission efficiency and impedance parameters of the N-port network based on information on current and voltage received from the communication unit 440. The power transmission efficiency may be calculated by comparing the received power of the wireless power receiving device (not shown) calculated by the current and voltage received by the communication unit 440 compared to the power transmitted by the power transmission unit 410. The impedance parameter can be calculated by applying conditions necessary for calculation for each impedance parameter at the input and output terminals of the N-port network.

최적화부(433)는 계산부(431)에서 계산된 임피던스 파라미터에 전력 전송 효율의 목표 값을 조건으로 하여 최적화를 수행할 수 있다. 임피던스 파라미터 값이 계산되면, 최적화부(433)는 목표 값으로 설정된 전력 전송 효율을 만족시키는 전압 세기, 전류 세기, 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 추정할 수 있다. 또는 최적화부(433)는 목표 값으로 설정된 전력 전송 효율을 만족시키는 전압 세기, 전류 세기, 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 두 개 이상으로 구성된 조합을 추정할 수 있다. The optimizer 433 may perform optimization based on the impedance parameter calculated by the calculation unit 431 with a target value of power transmission efficiency as a condition. When the impedance parameter value is calculated, the optimizer 433 may estimate at least one of a voltage intensity, a current intensity, a voltage phase, and a current phase satisfying the power transmission efficiency set as the target value. Alternatively, the optimizer 433 may estimate a combination of at least two or more of voltage intensity, current intensity, voltage phase, and current phase satisfying the power transmission efficiency set as the target value.

결정부(435)는 최적화의 결과에 기초하여 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.The determiner 435 may determine at least one of a voltage intensity and a current intensity supplied to each of the plurality of source resonators 411 and 413 based on the optimization result.

최적화부(433)는 피딩부(420)에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 순차적으로 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다.The optimization unit 433 sequentially changes at least one of the voltage intensity and the current intensity to each of the plurality of source resonators 411 and 413 within the voltage intensity range and the current intensity range that can be applied by the feeding unit 420. Optimization can be performed.

최적화부(433)는 임피던스 파라미터 및 목표 값으로 설정된 전력 전송 효율을 조건으로 하여, 최적화 알고리즘을 실행시킴으로써, 최적화를 수행할 수 있다. 이때, 변수로써, 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 순차적으로 변경된 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.The optimizer 433 may perform optimization by executing an optimization algorithm under the condition of the impedance parameter and the power transmission efficiency set to the target value. In this case, as a variable, at least one of the sequentially changed voltage intensity and current intensity within the range of the voltage intensity and the current intensity that can be applied may be used.

최적화부(433)는 피딩부(420)에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 랜덤하게 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다. 이때, 최적화부(433)는 변수로써, 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 랜덤하게 변경된 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.The optimization unit 433 randomly changes at least one of the voltage intensity and the current intensity to each of the plurality of source resonators 411 and 413 within the voltage intensity range and the current intensity range that can be applied by the feeding unit 420. Optimization can be performed. In this case, as a variable, the optimizer 433 may use at least one of a randomly changed voltage intensity and a current intensity within a voltage intensity range and a current intensity range that can be applied.

최적화부(433)는 피딩부(420)에서 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 룩업 테이블에 기초하여 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하여 최적화를 수행할 수 있다. 이때, 최적화부(433)는 변수로써, 인가할 수 있는 전압 세기 범위 및 전류 세기 범위 안에서, 룩업 테이블에 기초하여 변경된 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 룩업 테이블은 전력 전송 효율 별로 전압 세기, 전류 세기, 전압 위상 및 전류 위상이 통계적으로 매칭된 테이블을 의미할 수 있다. 또는 기타, 전력 분배의 조건을 만족시키는 경우의 통계적 자료가 반영된 테이블을 의미할 수 있다.The optimizer 433 may provide at least one of a voltage intensity and a current intensity to each of the plurality of source resonators 411 and 413 based on the lookup table within the voltage intensity range and the current intensity range that can be applied by the feeding unit 420. You can perform the optimization by changing. In this case, the optimizer 433 may use at least one of the changed voltage intensity and current intensity based on the lookup table within the range of the voltage intensity and the current intensity that can be applied as a variable. The lookup table may mean a table in which voltage intensity, current intensity, voltage phase, and current phase are statistically matched according to power transmission efficiency. Alternatively, it may mean a table in which statistical data is reflected when the condition of power distribution is satisfied.

최적화부(433)는 N 포트 네트워크(도시되지 않음)에서 유도되는 N 포트 매트릭스 관계식 및 임피던스 파라미터에 기초하여 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하는 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 추정할 수 있다. 즉, 최적화 알고리즘의 조건으로써, N 포트 매트릭스 관계식, 임피던스 파라미터, 전력 전송 효율의 목표 값이 반영될 수 있다.The optimizer 433 may estimate at least one of a voltage intensity and a current intensity satisfying a target value of power transmission efficiency based on an N-port matrix relational expression and an impedance parameter derived from an N-port network (not shown). That is, as a condition of the optimization algorithm, an N-port matrix relational expression, an impedance parameter, and a target value of power transmission efficiency may be reflected.

결정부(435)는 최적화부(433)의 최적화의 결과에 기초하여 복수의 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.The determiner 435 may determine at least one of a voltage phase and a current phase supplied to each of the plurality of source resonators 411 and 413 based on the result of the optimization of the optimizer 433.

제어부(430)는 타겟 공진기(도시되지 않음)로의 전력 전송 효율에 기초하여 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(430)는 통신부(440)를 통하여 수신하는 무선 전력 수신 장치의 수신 전력에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율을 계산할 수 있다.The controller 430 may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to each of the source resonators 411 and 413 based on power transmission efficiency to the target resonator (not shown). The control unit 430 may calculate the power transmission efficiency based on information on the received power of the wireless power receiving device received through the communication unit 440.

제어부(430)는 기 설정된 전력 전송 효율을 만족하도록, 소스 공진기들(411, 413) 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들면, 전력 전송 효율로 80%가 기 설정되었다면, 제어부(430)는 80%가 되도록 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(430)는 소스 공진기들(411, 413) 각각에 서로 다른 전압 세기 또는 전류 세기로 전력을 공급할 수도 있고, 소스 공진기들(411, 413) 각각에 서로 동일한 전압 세기 또는 전류 세기로 전력을 공급할 수도 있다.The controller 430 may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to each of the source resonators 411 and 413 so as to satisfy a preset power transmission efficiency. For example, if 80% is previously set as the power transmission efficiency, the controller 430 may control at least one of the voltage intensity and the current intensity to be 80%. At this time, the control unit 430 may supply power to each of the source resonators 411 and 413 at different voltage strengths or current strengths, and power at the same voltage or current strength to each of the source resonators 411 and 413 You can also supply.

제어부(430)는 피딩부(420)에서 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 제어부(430)는 타겟 공진기(도시되지 않음)로의 전력 전송 효율에 기초하여 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(430)는 기 설정된 전력 전송 효율의 목표 값을 만족하도록 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The control unit 430 may adjust at least one of a voltage phase and a current phase of power supplied from the feeding unit 420. The controller 430 may control at least one of a voltage phase and a current phase based on power transmission efficiency to the target resonator (not shown). For example, the controller 430 may control at least one of a voltage phase and a current phase to satisfy a target value of a preset power transmission efficiency.

도 5는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 N 포트 네트워크를 나타낸다.5 shows an N port network of a wireless power transmission device according to an embodiment.

도 5는 소스 공진기가 3개이고, 타겟 공진기가 1개인 경우의 N 포트 네트워크를 나타낸다. N 포트의 N 값은 입력단의 개수와 출력단의 개수에 따라 결정되는 것으로 N 포트 네트워크의 입력단에 3개의 소스 공진기가 연결되고, 출력단에 1개의 타겟 공진기가 연결되어 4포트 네트워크(550)가 형성될 수 있다.5 shows an N-port network when there are three source resonators and one target resonator. The N value of the N port is determined according to the number of input terminals and the number of output terminals.Three source resonators are connected to the input terminal of the N port network, and one target resonator is connected to the output terminal to form a 4-port network 550. I can.

도 5를 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 전원(510), 3개의 소스 공진기들을 포함할 수 있다. 전원(510)은 각각의 소스 공진기에 전력을 공급할 수 있다. 각각의 소스 공진기는 제1 포트(520), 제2 포트(530) 및 제3 포트(540)에 위치할 수 있다. 일 예로 전원(510)은 Vs1, Vs2, Vs3과 같이 각 포트 별로 위치할 수 있다. Zs1는 Vs1의 임피던스, Zs2는 Vs2의 임피던스, Zs3는 Vs3의 임피던스를 나타낸다.Referring to FIG. 5, the apparatus for transmitting power wirelessly may include a power source 510 and three source resonators. The power source 510 may supply power to each source resonator. Each source resonator may be located at the first port 520, the second port 530, and the third port 540. For example, the power supply 510 may be located for each port such as V s1 , V s2 , and V s3. Z s1 is the impedance of V s1 , Z s2 is the impedance of V s2 , and Z s3 is the impedance of V s3.

무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기 및 부하를 포함할 수 있다. 타겟 공진기는 제4 포트(560)에 위치할 수 있다. 부하는 Zload로 표시될 수 있다. 타겟 공진기 및 부하에 인가되는 전압은 V4, 타겟 공진기로부터 출력되는 전류는 I4로 표시될 수 있다. The apparatus for receiving wireless power may include a target resonator and a load. The target resonator may be located in the fourth port 560. The load can be expressed as Z load. The voltage applied to the target resonator and the load may be represented by V 4 , and the current output from the target resonator may be represented by I 4.

제1 포트(520)에 인가되는 전압은 V1, 출력되는 전류는 I1, 제1 포트(520)의 입력 임피던스는 Zin1을 나타낸다. The voltage applied to the first port 520 is V 1 , the output current is I 1 , and the input impedance of the first port 520 is Z in1 .

제2 포트(530)에 인가되는 전압은 V2, 출력되는 전류는 I2, 제2 포트(530)의 입력 임피던스는 Zin2을 나타낸다.The voltage applied to the second port 530 is V 2 , the output current is I 2 , and the input impedance of the second port 530 is Z in 2.

제3 포트(540)에 인가되는 전압은 V3, 출력되는 전류는 I3, 제3 포트(540)의 입력 임피던스는 Zin3을 나타낸다.The voltage applied to the third port 540 is V 3 , the output current is I 3 , and the input impedance of the third port 540 is Z in3 .

4포트 네트워크(550)에서 입력단과 출력단은 임피던스 파라미터를 이용하여 4 포트 매트릭스 관계식으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 임피던스 파라미터가 Z 파라미터라면, [수학식 1]과 같이 정리될 수 있다.In the 4-port network 550, an input terminal and an output terminal may be expressed in a 4-port matrix relational expression using an impedance parameter. For example, if the impedance parameter is the Z parameter, it may be summarized as [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020059654993-pat00001
Figure 112020059654993-pat00001

[수학식 1]을 이용하면, 전력 전송 효율을 [수학식 2]와 같이 계산할 수 있다.Using [Equation 1], the power transmission efficiency can be calculated as in [Equation 2].

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020059654993-pat00002
Figure 112020059654993-pat00002

Pavs는 소스 공진기별로 공급되는 전력, PL은 부하에 전달되는 전력을 나타낸다.P avs is the power supplied to each source resonator, and P L is the power delivered to the load.

[수학식 2]를 살펴보면, 전력 전송 효율은 전원(510)에서 각 소스 공진기로 공급하는 전압의 절대 값 및 부하에 흐르는 전류의 절대 값의 영향을 받음을 알 수 있다.Looking at [Equation 2], it can be seen that the power transmission efficiency is affected by the absolute value of the voltage supplied from the power source 510 to each source resonator and the absolute value of the current flowing through the load.

전원(510)에서 테스트 전원이 공급되면, Z 파라미터 값이 계산될 수 있다. Z파라미터 값을 이용하여, I4는 Vs1, Vs2, Vs3의 관계식으로 표시될 수 있다. 결과적으로 전력 전송 효율은 소스 공진기로 공급하는 전압의 절대 값의 영향을 받을 수 있다. 전압의 절대 값은 전압의 세기와 전압의 위상에 따라 결정될 수 있다. When test power is supplied from the power source 510, the Z parameter value may be calculated. Using the Z parameter value, I 4 can be expressed as a relational expression of V s1 , V s2 , and V s3. As a result, the power transmission efficiency may be affected by the absolute value of the voltage supplied to the source resonator. The absolute value of the voltage may be determined according to the strength of the voltage and the phase of the voltage.

따라서, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기에 공급하는 전압의 세기 및 전압의 위상을 조절함으로써, 전력 전송 효율을 조절할 수 있다. 소스 공진기에 공급하는 전력은 전류의 세기 및 전류의 위상의 영향도 받을 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기에 흐르는 전류의 세기 및 전류의 위상을 조절함으로써, 전력 전송 효율을 조절할 수 있다.Accordingly, the wireless power transmission apparatus may adjust the power transmission efficiency by adjusting the strength of the voltage supplied to the source resonator and the phase of the voltage. The power supplied to the source resonator may be influenced by the current strength and the current phase. The wireless power transmission apparatus may control power transmission efficiency by adjusting the intensity of the current flowing through the source resonator and the phase of the current.

또한, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들에 인가하는 전압 또는 전류의 세기 또는 위상을 조절함으로써, 3D 무선 충전 환경과 같은 복잡한 환경에서도 전력 전송 효율을 유지할 수 있다.In addition, the wireless power transmission apparatus can maintain power transmission efficiency even in a complex environment such as a 3D wireless charging environment by adjusting the intensity or phase of a voltage or current applied to a plurality of source resonators.

도 6은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들의 구조를 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing a structure of resonators of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.

도 6을 참조하면, 무선 전력 전송 장치의 전력 전송부는 복수의 소스 공진기들(610, 620, 630)을 포함할 수 있다. 소스 공진기(610)는 xy평면과 평행한 면을 포함하고, 소스 공진기(620)는 yz평면과 평행한 면을 포함하고, 소스 공진기(630)는 및 zx평면과 평행한 면을 포함할 수 있다. 소스 공진기(610), 소스 공진기(620) 및 소스 공진기(630)는 결합된 구조를 가진다.Referring to FIG. 6, the power transmitter of the wireless power transmitter may include a plurality of source resonators 610, 620, and 630. The source resonator 610 may include a plane parallel to the xy plane, the source resonator 620 may include a plane parallel to the yz plane, and the source resonator 630 may include a plane parallel to the zx plane. . The source resonator 610, the source resonator 620, and the source resonator 630 have a combined structure.

타겟(640)은 복수의 소스 공진기들(610, 620, 630)과의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 이때, 타겟(640)이 위치한 곳에서 타겟(640)과 복수의 소스 공진기들(610, 620, 630)이 이루는 각도를 0도라고 가정한다. The target 640 may wirelessly receive power through magnetic coupling with the plurality of source resonators 610, 620, and 630. In this case, it is assumed that the angle formed by the target 640 and the plurality of source resonators 610, 620, and 630 at the location where the target 640 is located is 0 degrees.

타겟(640)은 소스 공진기(630)와 마주보며 위치하고 있다.The target 640 is positioned facing the source resonator 630.

각각의 소스 공진기들(610, 620, 630)에 공급하는 전압의 세기 또는 위상, 전류의 세기 또는 위상이 조절됨으로써, 타겟(640)으로 전달되는 전력의 전송 효율이 타겟(640)의 위치가 변하는 경우에도, 일정 효율 이상으로 유지될 수 있다.By adjusting the intensity or phase of the voltage supplied to each of the source resonators 610, 620, and 630, the intensity or phase of the current, the transmission efficiency of the power delivered to the target 640 is changed. Even in the case, it can be maintained above a certain efficiency.

도 6에서는 3개의 소스 공진기들(610, 620, 630)이 사용되었지만, 공진기의 개수는 2개 이상인 경우 모두 적용될 수 있다. 또한, 타겟(640)이 여러 개인 경우에도 복수의 소스 공진기들에 공급하는 전압의 세기 또는 위상, 전류의 세기 또는 위상이 조절됨으로써, 각 타겟 별로 전력 분배가 조절될 수 있다.In FIG. 6, three source resonators 610, 620, and 630 are used, but if the number of resonators is two or more, all of them can be applied. In addition, even when there are multiple targets 640, power distribution for each target may be adjusted by adjusting the intensity or phase of the voltage supplied to the plurality of source resonators, and the intensity or phase of the current.

도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들과 타겟을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating resonators and targets of a wireless power transmission apparatus according to an exemplary embodiment.

도 7을 참조하면, 타겟(740)은 소스 공진기들(710, 720, 730)과 30도의 각도를 이루며 위치해 있다. 도 6의 경우와 비교하여, 도 7의 경우에도, 소스 공진기들(710, 720, 730)에 공급하는 전압의 세기 또는 위상, 전류의 세기 또는 위상이 조절됨으로써, 타겟(740)으로의 전력 전송 효율이 유지될 수 있다.Referring to FIG. 7, the target 740 is positioned at an angle of 30 degrees with the source resonators 710, 720, and 730. Compared with the case of FIG. 6, even in the case of FIG. 7, the intensity or phase of the voltage supplied to the source resonators 710, 720, and 730, and the intensity or phase of the current are adjusted, thereby transmitting power to the target 740 Efficiency can be maintained.

도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 공진기에 공급하는 전압의 위상에 따라 무선 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다.8 and 9 are graphs showing wireless power transmission efficiency according to a phase of a voltage supplied to a resonator in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.

도 8은 도 6의 경우에 소스 공진기들(610, 620, 630)로부터 타겟(640)으로의 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다. 이때, 소스 공진기들(610, 620, 630)에 공급되는 전압의 세기(magnitude)는 동일하고, 소스 공진기(620) 및 소스 공진기(630)에 공급되는 전압의 위상이 변한다. 도 8의 그래프는 위와 같이 소스 공진기(620) 및 소스 공진기(630)에 공급되는 전압의 위상을 변화시키는 시뮬레이션을 통해 생성될 수 있다.FIG. 8 is a graph showing power transmission efficiency from the source resonators 610, 620, and 630 to the target 640 in the case of FIG. 6. In this case, the magnitude of the voltage supplied to the source resonators 610, 620, and 630 is the same, and the phase of the voltage supplied to the source resonator 620 and the source resonator 630 is changed. The graph of FIG. 8 may be generated through a simulation of changing the phase of the voltage supplied to the source resonator 620 and the source resonator 630 as above.

소스 공진기(620) 및 소스 공진기(630)에 공급되는 전압의 위상이 변함에 따라 전력 전송 효율도 변한다. 그래프에서 명암이 진해질수록 전력 전송 효율이 높음을 나타낸다. 대략적으로 소스 공진기(620)에 공급되는 전압의 위상이 70도(810)이고, 소스 공진기(630)에 공급되는 전압의 위상이 100도(820)인 경우에 전력 전송 효율이 가장 크다고 추정될 수 있다.As the phases of the voltages supplied to the source resonator 620 and the source resonator 630 change, the power transmission efficiency also changes. In the graph, the darker the contrast, the higher the power transmission efficiency. Approximately, when the phase of the voltage supplied to the source resonator 620 is 70 degrees 810 and the phase of the voltage supplied to the source resonator 630 is 100 degrees 820, it can be estimated that the power transmission efficiency is the highest. have.

도 8에서는 두 개의 소스 공진기에 공급되는 전압의 위상을 변화시키는 경우에 대한 그래프만 도시되었지만, 세 개의 소스 공진기에 공급되는 전압의 위상을 모두 변화시키는 경우, 세 개의 소스 공진기에 공급되는 전압의 세기를 모두 변화시키는 경우, 전압의 위상 및 전압의 세기를 모두 변화시키는 경우에 대해서도 시뮬레이션을 통해서 그래프가 생성될 수 있다.In FIG. 8, only a graph for changing the phases of the voltages supplied to the two source resonators is shown, but when the phases of the voltages supplied to the three source resonators are all changed, the intensity of the voltages supplied to the three source resonators A graph may be generated through simulation when all of the values are changed and the phase of the voltage and the intensity of the voltage are both changed.

도 9는 도 7의 경우에 소스 공진기들(710, 720, 730)로부터 타겟(740)으로의 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 9는 타겟(740)이 소스 공진기들(710, 720, 730)과 30도만큼 각도를 이루며 위치한 경우의 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다. 이때, 소스 공진기들(710, 720, 730)에 공급되는 전압의 세기(magnitude)는 동일하고, 소스 공진기(720) 및 소스 공진기(730)에 공급되는 전압의 위상이 변한다.9 is a graph showing power transmission efficiency from the source resonators 710, 720, and 730 to the target 740 in the case of FIG. 7. That is, FIG. 9 is a graph showing power transmission efficiency when the target 740 is positioned at an angle of 30 degrees to the source resonators 710, 720, and 730. In this case, the magnitude of the voltage supplied to the source resonators 710, 720, and 730 is the same, and the phase of the voltage supplied to the source resonator 720 and the source resonator 730 is changed.

대략적으로 소스 공진기(720)에 공급되는 전압의 위상이 170도(910)이고, 소스 공진기(730)에 공급되는 전압의 위상이 100도(920)인 경우에 전력 전송 효율이 가장 크다고 추정될 수 있다.Roughly, when the phase of the voltage supplied to the source resonator 720 is 170 degrees (910) and the phase of the voltage supplied to the source resonator 730 is 100 degrees (920), it can be estimated that the power transmission efficiency is the highest. have.

도 10은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기들의 배치를 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating an arrangement of resonators of a wireless power transmission apparatus according to an exemplary embodiment.

도 10을 참조하면, 무선 전력 전송 장치의 소스 공진기들은 분리된 형태를 가질 수 있다. 소스 공진기(1010) 및 소스 공진기(1020)는 피딩부로부터 전력을 공급받지만, 서로 결합된 형태가 아닌, 서로 분리된 형태일 수 있다.Referring to FIG. 10, source resonators of the wireless power transmission apparatus may have a separate form. The source resonator 1010 and the source resonator 1020 receive power from the feeding unit, but may be separated from each other rather than coupled to each other.

소스 공진기(1010) 및 소스 공진기(1020)로부터 타겟(1030)은 마그네틱 커플링을 통해 무선으로 전력을 전달 받을 수 있다. 피딩부에서 소스 공진기(1010) 및 소스 공진기(1020)로 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 조절함으로써, 타겟(1030)으로 전달되는 전력의 전송 효율이 타겟(1030)의 충전에 필요한 조건 이상으로 유지될 수 있다.The source resonator 1010 and the target 1030 from the source resonator 1020 may receive power wirelessly through magnetic coupling. By adjusting at least one of the voltage intensity and the current intensity of the power supplied from the feeding unit to the source resonator 1010 and the source resonator 1020, the transmission efficiency of the power delivered to the target 1030 is reduced to the charging of the target 1030. It can be maintained beyond what is necessary.

또는 피딩부에서 소스 공진기(1010) 및 소스 공진기(1020)로 공급하는 전력의 전압 위상 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써, 타겟(1030)으로 전달되는 전력의 전송 효율이 기 설정된 목표 효율 이상으로 유지될 수 있다.Alternatively, by adjusting at least one of a voltage phase and a current phase of the power supplied from the feeding unit to the source resonator 1010 and the source resonator 1020, the transmission efficiency of the power delivered to the target 1030 is higher than the preset target efficiency. Can be maintained.

도 11은 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 공진기의 구조를 나타낸다.11 shows a structure of a resonator of a wireless power transmission device according to another embodiment.

도 11을 참조하면, 무선 전력 전송 장치의 소스 공진기는 육면체의 형태일 수 있다. 이때 소스 공진기는 복수개의 공진기들로 구성될 수 있는데, 공진기(1110)와 공진기(1140)는 서로 평행하고, 공진기(1120)와 공진기(1150)는 서로 평행하며, 공진기(1130)와 공진기(1160)는 서로 평행한 면을 가질 수 있다.Referring to FIG. 11, the source resonator of the wireless power transmission apparatus may be in the form of a hexahedron. At this time, the source resonator may be composed of a plurality of resonators, the resonator 1110 and the resonator 1140 are parallel to each other, the resonator 1120 and the resonator 1150 are parallel to each other, the resonator 1130 and the resonator 1160 ) Can have planes parallel to each other.

도 12는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법의 흐름도이다.12 is a flowchart of a wireless power transmission method according to an embodiment.

1210단계에서, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들로 공급하는 전력의 전압 세기(magnitude) 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.In step 1210, the wireless power transmission apparatus may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to the plurality of source resonators.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력 전송 효율에 기초하여 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The wireless power transmission apparatus according to an embodiment may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to each of the plurality of source resonators based on power transmission efficiency.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 N 포트 네트워크의 입력단과 연결된 복수의 소스 공진기들 및 N 포트 네트워크의 출력단과 연결된 상기 타겟 공진기의 관계에서 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다.The apparatus for transmitting power wirelessly according to an embodiment may calculate an impedance parameter of an N port network in a relationship between a plurality of source resonators connected to an input terminal of an N-port network and the target resonator connected to an output terminal of an N-port network.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 임피던스 파라미터에 기초하여 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The wireless power transmission apparatus according to an embodiment may control at least one of a voltage intensity and a current intensity of power supplied to each of the plurality of source resonators based on an impedance parameter.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들에 테스트 전압 및 테스트 전류가 인가되는 경우에, 무선 전력 수신 장치의 부하에 인가되는 전류 및 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다.When a test voltage and a test current are applied to a plurality of source resonators, the apparatus for transmitting power wirelessly according to an embodiment may receive information on a current and a voltage applied to a load of the apparatus for receiving power wirelessly.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 수신하는 전류 및 전압에 대한 정보에 기초하여 전력 전송 효율 및 N 포트 네트워크의 임피던스 파라미터를 계산할 수 있다.The wireless power transmission apparatus according to an embodiment may calculate power transmission efficiency and impedance parameters of the N-port network based on information on received current and voltage.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 임피던스 파라미터에 상기 전력 전송 효율의 목표 값을 조건으로 하여 최적화를 수행할 수 있다. The wireless power transmission apparatus according to an embodiment may perform optimization based on the target value of the power transmission efficiency in the impedance parameter.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 최적화의 결과에 기초하여 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전압 세기 및 전류 세기 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.The wireless power transmission apparatus according to an embodiment may determine at least one of a voltage strength and a current strength supplied to each of the plurality of source resonators based on the result of the optimization.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력 전송 효율에 기초하여 복수의 소스 공진기들 각각에 공급하는 전력의 전압 위상(phase) 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The wireless power transmission apparatus according to an embodiment may control at least one of a voltage phase and a current phase of power supplied to each of the plurality of source resonators based on power transmission efficiency.

1220단계에서, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들로 전력을 공급할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 피더를 통하여 복수의 소스 공진기들로 전력을 공급할 수 있다.In step 1220, the apparatus for transmitting power wirelessly may supply power to a plurality of source resonators. The wireless power transmission apparatus may supply power to a plurality of source resonators through a feeder.

1230단계에서, 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들을 통하여 타겟 공진기와의 마그네틱 커플링을 통하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들 각각에 인가되는 전압의 세기, 전압의 위상을 조절함으로써, 타겟 공진기로의 전력 전송 효율을 조절할 수 있다. 무선 전력 전송 장치는 복수의 소스 공진기들 각각에 흐르는 전류의 세기 및 전류의 위상을 조절함으로써, 타겟 공진기로의 전력 전송 효율을 조절할 수 있다.In step 1230, the wireless power transmission apparatus may wirelessly transmit power through magnetic coupling with a target resonator through a plurality of source resonators. The wireless power transmission apparatus may adjust the power transmission efficiency to the target resonator by adjusting the strength of the voltage applied to each of the plurality of source resonators and the phase of the voltage. The wireless power transmission apparatus may adjust the power transmission efficiency to the target resonator by adjusting the intensity of the current flowing through each of the plurality of source resonators and the phase of the current.

도 13 내지 도 16에서 "공진기"는 소스 공진기 및 타겟 공진기를 포함한다.In FIGS. 13 to 16, "resonator" includes a source resonator and a target resonator.

도 13내지 도 16의 공진기는 도 1 내지 도 12에서 설명된 공진기에 적용될 수 있다.The resonators of FIGS. 13 to 16 can be applied to the resonators described in FIGS. 1 to 12.

도 13은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.13 shows a distribution of a magnetic field in a resonator and a feeder according to an embodiment.

별도의 피더를 통해 공진기가 전력을 공급받는 경우에는 피더에서 자기장이 발생하고, 공진기에서도 자기장이 발생한다. When the resonator is supplied with power through a separate feeder, a magnetic field is generated in the feeder, and a magnetic field is generated in the resonator.

도 13의 (a)를 참조하면, 피더(1310)에서 입력 전류가 흐름에 따라 자기장(1330)이 발생한다. 피더(1310) 내부에서 자기장의 방향(1331)과 외부에서 자기장의 방향(1333)은 서로 반대 위상을 가진다. 피더(1310)에서 발생하는 자기장(1330)에 의해 공진기(1320)에서 유도 전류가 발생한다. 이때 유도 전류의 방향은 입력 전류의 방향과 반대이다.Referring to FIG. 13A, a magnetic field 1330 is generated as an input current flows from the feeder 1310. The direction 1331 of the magnetic field inside the feeder 1310 and the direction 1333 of the magnetic field outside have opposite phases. An induced current is generated in the resonator 1320 by the magnetic field 1330 generated in the feeder 1310. At this time, the direction of the induced current is opposite to the direction of the input current.

유도 전류에 의해 공진기(1320)에서 자기장(1340)이 발생한다. 자기장의 방향은 공진기(1320)의 내부에서는 동일한 방향을 가진다. 따라서, 공진기(1320)에 의해 피더(1310)의 내부에서 발생하는 자기장의 방향(1341)과 피더(1310)의 외부에서 발생하는 자기장의 방향(1343)은 동일한 위상을 가진다. A magnetic field 1340 is generated in the resonator 1320 by the induced current. The direction of the magnetic field has the same direction inside the resonator 1320. Accordingly, the direction 1341 of the magnetic field generated inside the feeder 1310 by the resonator 1320 and the direction 1343 of the magnetic field generated outside the feeder 1310 have the same phase.

결과적으로 피더(1310)에 의해서 발생하는 자기장과 공진기(1320)에서 발생하는 자기장을 합성하면, 피더(1310)의 내부에서는 자기장의 세기가 약화되고, 피더(1310)의 외부에서는 자기장의 세기가 강화된다. 따라서, 도 13과 같은 구조의 피더(1310)를 통해 공진기(1320)에 전력을 공급하는 경우에, 공진기(1320) 중심에서 자기장의 세기가 약하고, 외곽에서 자기장의 세기가 강하다. 공진기(1320) 상에서 자기장의 분포가 균일(uniform)하지 않은 경우, 입력 임피던스가 수시로 변화하므로 임피던스 매칭을 수행하는 것이 어렵다. 또한, 자기장의 세기가 강한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘되고, 자기장의 세기가 약한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘 되지 않으므로, 평균적으로 전력 전송 효율이 감소한다.As a result, when the magnetic field generated by the feeder 1310 and the magnetic field generated by the resonator 1320 are synthesized, the strength of the magnetic field is weakened inside the feeder 1310, and the strength of the magnetic field is strengthened outside the feeder 1310. do. Accordingly, when power is supplied to the resonator 1320 through the feeder 1310 having the structure as shown in FIG. 13, the strength of the magnetic field is weak at the center of the resonator 1320 and the strength of the magnetic field is strong at the outer side. When the distribution of the magnetic field on the resonator 1320 is not uniform, it is difficult to perform impedance matching because the input impedance changes from time to time. In addition, since wireless power transmission is well performed in areas with strong magnetic field strength, and wireless power transmission is not performed well in areas with weak magnetic field strength, power transmission efficiency decreases on average.

도 13의 (b)는 공진기(1350)와 피더(1360)가 공통의 접지를 가진 무선 전력 전송 장치의 구조를 나타낸다. 공진기(1350)는 캐패시터(1351)를 포함할 수 있다. 피더(1360)는 포트(1361)를 통하여, RF 신호를 입력 받을 수 있다. 피더(1360)에는 RF 신호가 입력되어, 입력 전류가 생성될 수 있다. 피더(1360)에 흐르는 입력 전류는 자기장을 생성하고, 상기 자기장으로부터 공진기(1350)에 유도 전류가 유도된다. 또한, 공진기(1350)를 흐르는 유도 전류로부터 자기장이 발생한다. 이때, 피더(1360)에 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(1350)에 흐르는 유도 전류의 방향은 서로 반대 위상을 가진다. 따라서, 공진기(1350)와 피더(1360) 사이의 영역에서, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1371)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1373)은 동일한 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 강화된다. 반면에, 피더(1360)의 내부에서는, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1381)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1383)은 반대 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 공진기(1350)의 중심에서는 자기장의 세기가 약해지고, 공진기(1350)의 외곽에서는 자기장의 세기가 강화될 수 있다.13B shows the structure of a wireless power transmission apparatus in which the resonator 1350 and the feeder 1360 have a common ground. The resonator 1350 may include a capacitor 1351. The feeder 1360 may receive an RF signal through the port 1361. An RF signal is input to the feeder 1360 to generate an input current. The input current flowing through the feeder 1360 generates a magnetic field, and an induced current is induced in the resonator 1350 from the magnetic field. In addition, a magnetic field is generated from the induced current flowing through the resonator 1350. In this case, the direction of the input current flowing through the feeder 1360 and the direction of the induced current flowing through the resonator 1350 have opposite phases. Therefore, in the region between the resonator 1350 and the feeder 1360, the direction 1371 of the magnetic field generated by the input current and the direction 1373 of the magnetic field generated by the induced current have the same phase. The strength is strengthened. On the other hand, inside the feeder 1360, since the direction 1381 of the magnetic field generated by the input current and the direction 1383 of the magnetic field generated by the induced current have opposite phases, the strength of the magnetic field is weakened. As a result, the strength of the magnetic field may be weakened at the center of the resonator 1350, and the strength of the magnetic field may be enhanced at the outer side of the resonator 1350.

피더(1360)는 피더(1360) 내부의 면적을 조절하여, 입력 임피던스를 결정할 수 있다. 여기서 입력 임피던스는 피더(1360)에서 공진기(1350)를 바라볼 때, 보이는 임피던스를 의미한다. 피더(1360) 내부의 면적이 커지면 입력 임피던스는 증가하고, 내부의 면적이 작아지면 입력 임피던스는 감소한다. 그런데, 입력 임피던스가 감소하는 경우에도, 공진기(1350) 내부의 자기장 분포는 일정하지 않으므로, 타겟 디바이스의 위치에 따라 입력 임피던스 값이 일정하지 않다. 따라서, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하다. 입력 임피던스가 증가하는 경우에는 큰 입력 임피던스를 작은 출력 임피던스에 매칭시키기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요할 수 있다.The feeder 1360 may determine an input impedance by adjusting an area inside the feeder 1360. Here, the input impedance refers to the impedance seen when looking at the resonator 1350 from the feeder 1360. When the area inside the feeder 1360 increases, the input impedance increases, and when the inside area decreases, the input impedance decreases. However, even when the input impedance decreases, since the distribution of the magnetic field inside the resonator 1350 is not constant, the input impedance value is not constant according to the position of the target device. Therefore, a separate matching network is required for matching the output impedance of the power amplifier and the input impedance. When the input impedance increases, a separate matching network may be required to match a large input impedance to a small output impedance.

도 14는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.14 is a diagram showing the configuration of a resonator and a feeder according to an embodiment.

도 14의 (a)를 참조하면, 공진기(1410)는 캐패시터(1411)를 포함할 수 있다. 피딩부(1420)는 캐패시터(1411)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 14A, the resonator 1410 may include a capacitor 1411. The feeding part 1420 may be electrically connected to both ends of the capacitor 1411.

도 14의 (b)는 (a)의 구조를 좀 더 구체적으로 표시한 도면이다. 이때, 공진기(1410)는 제1 전송선로, 제1 도체(1441), 제2 도체(1442), 적어도 하나의 제1 캐패시터(1450)를 포함할 수 있다. 14B is a diagram showing the structure of (a) in more detail. In this case, the resonator 1410 may include a first transmission line, a first conductor 1441, a second conductor 1442, and at least one first capacitor 1450.

제1 캐패시터(1450)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1431)과 제2 신호 도체 부분(1432) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(1450)에 갇히게 된다. 일반적으로, 전송 선로는 상부에 적어도 하나의 도체, 하부에 적어도 하나의 도체를 포함하며, 상부에 있는 도체를 통해서는 전류가 흐르며, 하부에 있는 도체는 전기적으로 그라운드 된다(grounded). 본 명세서에서는 제1 전송 선로의 상부에 있는 도체를 제1 신호 도체 부분(1431)과 제2 신호 도체 부분(1432)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(1433)으로 부르기로 한다.The first capacitor 1450 is inserted in series at a position between the first signal conductor portion 1431 and the second signal conductor portion 1432 in the first transmission line, and accordingly, an electric field is applied to the first capacitor ( 1450). In general, a transmission line includes at least one conductor at the top and at least one conductor at the bottom, current flows through the conductor at the top, and the conductor at the bottom is electrically grounded. In this specification, the conductor above the first transmission line is divided into a first signal conductor portion 1431 and a second signal conductor portion 1432, and the conductor below the first transmission line is referred to as a first ground conductor portion ( 1433).

도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(1433)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)과 제1 그라운드 도체 부분(1433)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432)을 통하여 흐른다.As shown in (b) of FIG. 14, the resonator has a two-dimensional structure. The first transmission line includes a first signal conductor portion 1431 and a second signal conductor portion 1432 at an upper portion, and a first ground conductor portion 1433 at a lower portion. The first signal conductor portion 1431 and the second signal conductor portion 1432 and the first ground conductor portion 1433 are disposed to face each other. Current flows through the first signal conductor portion 1431 and the second signal conductor portion 1432.

또한, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1431)의 한쪽 단은 제1 도체(1441)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1450)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1432)의 한쪽 단은 제2 도체(1442)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1450)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1431), 제2 신호 도체 부분(1432) 및 제1 그라운드 도체 부분(1433), 도체들(1441, 1442)은 서로 연결됨으로써, 공진기는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.In addition, as shown in (b) of FIG. 14, one end of the first signal conductor portion 1431 is shorted to the first conductor 1451 and the other end is connected to the first capacitor 1450. do. In addition, one end of the second signal conductor portion 1432 is grounded with the second conductor 1442, and the other end is connected to the first capacitor 1450. As a result, the first signal conductor portion 1431, the second signal conductor portion 1432 and the first ground conductor portion 1433, and the conductors 1441 and 1442 are connected to each other, so that the resonator has an electrically closed loop structure. Have. Here, the'loop structure' includes all of a circular structure, a polygonal structure such as a square, etc., and'having a loop structure' means that it is electrically closed.

제1 캐패시터(1450)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1캐패시터(1450)는 제1 신호 도체 부분(1431) 및 제2 신호 도체 부분(1432) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(1450)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.The first capacitor 1450 is inserted in the middle of the transmission line. More specifically, the first capacitor 1450 is inserted between the first signal conductor portion 1431 and the second signal conductor portion 1432. In this case, the first capacitor 1450 may have a shape such as a lumped element and a distributed element. In particular, the dispersed capacitor having the form of a dispersion element may include zigzag-shaped conductor lines and a dielectric having a high dielectric constant between the conductor lines.

제1 캐패시터(1450)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 소스 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다. As the first capacitor 1450 is inserted into the transmission line, the source resonator may have a metamaterial characteristic. Here, the metamaterial is a material having special electrical properties that cannot be found in nature, and has an artificially designed structure. The electromagnetic properties of all materials in nature have inherent permittivity or permeability, and most materials have positive dielectric constant and positive permeability.

대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.In most materials, the right hand rule is applied to electric fields, magnetic fields, and pointing vectors, so these materials are referred to as RHM (Right Handed Materials). However, a metamaterial is a material having a dielectric constant or permeability that does not exist in nature, and depending on the sign of the permittivity or permeability, an epsilon negative (ENG) material, a mu negative (MNG) material, a double negative (DNG) material, a negative refractive index (NRI) index) substances, LH (left-handed) substances, etc.

이 때, 집중 소자로서 삽입된 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 소스 공진기가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 소스 공진기가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 소스 공진기가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 제1 캐패시터(1450)의 캐패시턴스가 정해질 수 있다.In this case, if the capacitance of the first capacitor 1450 inserted as the concentration element is properly determined, the source resonator may have metamaterial characteristics. In particular, by appropriately adjusting the capacitance of the first capacitor 1450, the source resonator can have a negative permeability, so the source resonator can be referred to as an MNG resonator. Criterions for determining the capacitance of the first capacitor 1450 may be various. A criterion that allows the source resonator to have metamaterial properties, a criterion that allows the source resonator to have a negative permeability at the target frequency, or the zeroth-order resonance characteristic of the source resonator at the target frequency There may be a premise to have a, and the capacitance of the first capacitor 1450 may be determined under at least one of the aforementioned premises.

MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(1450)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.The MNG resonator may have a zero-th resonance (Zeroth-Order Resonance) characteristic having a frequency when a propagation constant is 0 as a resonance frequency. Since the MNG resonator may have a zero-th resonance characteristic, the resonance frequency may be independent of the physical size of the MNG resonator. That is, as will be described again below, in order to change the resonant frequency in the MNG resonator, it is sufficient to properly design the first capacitor 1450, and thus the physical size of the MNG resonator may not be changed.

또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(1450)에 집중되므로, 제1 캐패시터(1450)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(1450)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 큐-팩터는 무선 전력 전송에 있어서 저항 손실(ohmic loss)의 정도 또는 저항(resistance)에 대한 리액턴스의 비를 나타내는데, 큐-팩터가 클수록 무선 전력 전송의 효율이 큰 것으로 이해될 수 있다.In addition, since the electric field is concentrated on the first capacitor 1450 inserted in the transmission line in the near field, the magnetic field becomes dominant in the near field due to the first capacitor 1450. In addition, since the MNG resonator may have a high Q-factor by using the first capacitor 1450 of the lumped element, the efficiency of power transmission may be improved. For reference, the Q-factor represents the degree of ohmic loss or the ratio of reactance to resistance in wireless power transmission.It can be understood that the greater the Q-factor, the greater the efficiency of wireless power transmission. .

또한, 도 14의 (b)에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.Further, although not shown in FIG. 14B, a magnetic core penetrating the MNG resonator may be further included. Such a magnetic core may perform a function of increasing the power transmission distance.

도 14의 (b)를 참조하면, 피딩부(1420)는 제2 전송선로, 제3 도체(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481) 및 제6 도체(1482)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14B, the feeding part 1420 includes a second transmission line, a third conductor 1471, a fourth conductor 1472, a fifth conductor 1481, and a sixth conductor 1482. can do.

제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(1463)을 포함한다. 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)과 제2 그라운드 도체 부분(1463)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제3 신호 도체 부분(1461) 및 제4 신호 도체 부분(1462)을 통하여 흐른다.The second transmission line includes a third signal conductor portion 1461 and a fourth signal conductor portion 1462 at an upper portion, and a second ground conductor portion 1463 at a lower portion. The third signal conductor portion 1461 and the fourth signal conductor portion 1462 and the second ground conductor portion 1463 are disposed to face each other. Current flows through the third signal conductor portion 1461 and the fourth signal conductor portion 1462.

또한, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(1461)의 한쪽 단은 제3 도체(1471)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제5 도체(1481)와 연결된다. 그리고, 제4 신호 도체 부분(1462)의 한쪽 단은 제4 도체(1472)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제6 도체(1482)와 연결된다. 제5 도체(1481)는 제1 신호 도체 부분(1431)과 연결되고, 제6 도체(1482)는 제2 신호 도체 부분(1432)과 연결된다. 제5 도체(1481)와 제6 도체(1482)는 제1 캐패시터(1450)의 양단에 병렬로 연결된다. 이때, 제5 도체(1481) 및 제6 도체(1482)는 RF신호를 입력받는 입력 포트로 사용될 수 있다.In addition, as shown in (b) of FIG. 14, one end of the third signal conductor portion 1461 is shorted to the third conductor 1471 and the other end is connected to the fifth conductor 1481. do. In addition, one end of the fourth signal conductor portion 1462 is grounded with the fourth conductor 1472, and the other end is connected with the sixth conductor 1482. The fifth conductor 1481 is connected to the first signal conductor portion 1431, and the sixth conductor 1482 is connected to the second signal conductor portion 1432. The fifth conductor 1481 and the sixth conductor 1482 are connected in parallel to both ends of the first capacitor 1450. At this time, the fifth conductor 1481 and the sixth conductor 1482 may be used as input ports for receiving an RF signal.

결국, 제3 신호 도체 부분(1461), 제4 신호 도체 부분(1462) 및 제2 그라운드 도체 부분(1463), 제3 도체(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481), 제6 도체(1482) 및 공진기(1410)는 서로 연결됨으로써, 공진기(1410) 및 피딩부(1420)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다. 제5 도체(1481) 또는 제6 도체(1482)를 통하여 RF 신호가 입력되면, 입력 전류는 피딩부(1420) 및 공진기(1410)에 흐르게 되고, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장에 의하여, 공진기(1410)에 유도 전류가 유도 된다. 피딩부(1420)에서 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(1410)에서 흐르는 유도 전류의 방향이 동일하게 형성됨으로써, 공진기(1410)의 중앙에서는 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(1410)의 외곽에서는 자기장의 세기가 약화된다. As a result, the third signal conductor portion 1461, the fourth signal conductor portion 1462 and the second ground conductor portion 1463, the third conductor 1471, the fourth conductor 1472, the fifth conductor 1481, The sixth conductor 1482 and the resonator 1410 are connected to each other, so that the resonator 1410 and the feeding part 1420 have a loop structure in which the resonator 1410 and the feeding part 1420 are electrically closed. Here, the'loop structure' includes both a circular structure and a polygonal structure such as a square. When an RF signal is input through the fifth conductor 1481 or the sixth conductor 1482, the input current flows through the feeding unit 1420 and the resonator 1410, and by the magnetic field generated by the input current, the resonator ( 1410) induced current is induced. Since the direction of the input current flowing from the feeding part 1420 and the direction of the induced current flowing from the resonator 1410 are formed in the same direction, the strength of the magnetic field is strengthened in the center of the resonator 1410, and the magnetic field is strengthened at the outside of the resonator 1410. The strength of the is weakened.

공진기(1410)와 피딩부(1420) 사이 영역의 면적에 의해 입력 임피던스가 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크는 필요하지 않다. 매칭 네트워크가 사용되는 경우에도, 피딩부(1420)의 크기를 조절함으로써, 입력 임피던스를 결정할 수 있기 때문에, 매칭 네트워크의 구조는 단순해질 수 있다. 단순한 매칭 네트워크 구조는 매칭 네트워크의 매칭 손실을 최소화한다. Since the input impedance may be determined by the area of the region between the resonator 1410 and the feeding unit 1420, a separate matching network is not required to perform matching between the output impedance of the power amplifier and the input impedance. Even when the matching network is used, since the input impedance can be determined by adjusting the size of the feeding unit 1420, the structure of the matching network can be simplified. The simple matching network structure minimizes the matching loss of the matching network.

제2 전송 선로, 제3 도체(1471), 제4 도체(1472), 제5 도체(1481), 제6 도체(1482)는 공진기(1410)와 동일한 구조를 형성할 수 있다. 즉, 공진기(1410)가 루프 구조인 경우에는 피딩부(1420)도 루프 구조일 수 있다. 또한, 공진기(1410)가 원형 구조인 경우에는 피딩부(1420)도 원형 구조일 수 있다. The second transmission line, the third conductor 1471, the fourth conductor 1472, the fifth conductor 1481, and the sixth conductor 1482 may form the same structure as the resonator 1410. That is, when the resonator 1410 has a loop structure, the feeding unit 1420 may also have a loop structure. In addition, when the resonator 1410 has a circular structure, the feeding part 1420 may also have a circular structure.

도 15는 일 실시예에 따른 피딩부의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.15 is a diagram illustrating a distribution of a magnetic field inside a resonator according to feeding of a feeding unit according to an exemplary embodiment.

무선 전력 전송에서 피딩은, 소스 공진기에 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신에서 피딩은, 정류부에 AC 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. 도 15의 (a)는 피딩부에서 흐르는 입력 전류의 방향 및 소스 공진기에서 유도되는 유도 전류의 방향을 나타낸다. 또한, 도 15의 (a)는 피딩부의 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향 및 소스 공진기의 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향을 나타낸다. 도 15의 (a)는 도 14의 공진기(1410) 및 피딩부(1420)를 좀 더 간략하게 표현한 도면이다. 도 15의 (b)는 도 14의 피딩부(1420)와 공진기(1410)의 등가회로를 나타낸다.In wireless power transmission, feeding may mean supplying power to a source resonator. In addition, feeding in wireless power reception may mean supplying AC power to the rectifying unit. 15A shows the direction of the input current flowing from the feeding part and the direction of the induced current induced from the source resonator. Further, (a) of FIG. 15 shows the direction of the magnetic field generated by the input current of the feeding unit and the direction of the magnetic field generated by the induced current of the source resonator. FIG. 15A is a more simplified view of the resonator 1410 and the feeding unit 1420 of FIG. 14. FIG. 15B shows an equivalent circuit of the feeding unit 1420 and the resonator 1410 of FIG. 14.

도 15의 (a)를 참조하면, 도 14의 피딩부(1420)의 제5 도체(1481) 또는 제6 도체(1482)는 입력 포트(1510)로 사용될 수 있다. 입력 포트(1510)는 RF 신호를 입력 받는다. RF 신호는 전력 증폭기로부터 출력될 수 있다. 전력 증폭기는 타겟 디바이스의 필요에 따라 RF 신호의 진폭을 증감시킬 수 있다. 입력 포트(1510)에서 입력된 RF 신호는 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류의 형태로 표시될 수 있다. 피딩부(1420)를 흐르는 입력 전류는 피딩부(1420)의 전송선로를 따라 시계방향으로 흐른다. 그런데, 피딩부(1420)의 제5 도체(1481)는 공진기(1410)와 전기적으로 연결된다. 좀 더 구체적으로, 제5 도체(1481)는 공진기(1410)의 제1 신호 도체 부분(1431)과 연결된다. 따라서 입력 전류는 피딩부(1420) 뿐만 아니라 공진기(1410)에도 흐르게 된다. 공진기(1410)에서 입력 전류는 반시계 방향으로 흐른다. 공진기(1410)에 흐르는 입력 전류에 의하여 자기장이 발생하고, 상기 자기장에 의해 공진기(1410)에 유도 전류가 생성된다. 유도 전류는 공진기(1410)에서 시계방향으로 흐른다. 이때 유도 전류는 공진기(1510)의 캐패시터(1511)에 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 유도 전류에 의해 자기장이 발생한다. 도 15의 (a)에서 도 14의 피딩부(1420) 및 공진기(1410)에 흐르는 입력 전류는 실선으로 표시되고, 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류는 점선으로 표시되었다. Referring to FIG. 15A, the fifth conductor 1481 or the sixth conductor 1482 of the feeding part 1420 of FIG. 14 may be used as the input port 1510. The input port 1510 receives an RF signal. The RF signal can be output from a power amplifier. The power amplifier can increase or decrease the amplitude of the RF signal according to the needs of the target device. The RF signal input from the input port 1510 may be displayed in the form of an input current flowing through the feeding unit 1420. The input current flowing through the feeding unit 1420 flows in a clockwise direction along the transmission line of the feeding unit 1420. By the way, the fifth conductor 1481 of the feeding part 1420 is electrically connected to the resonator 1410. More specifically, the fifth conductor 1481 is connected to the first signal conductor portion 1431 of the resonator 1410. Accordingly, the input current flows not only to the feeding unit 1420 but also to the resonator 1410. In the resonator 1410, the input current flows in a counterclockwise direction. A magnetic field is generated by an input current flowing through the resonator 1410, and an induced current is generated in the resonator 1410 by the magnetic field. The induced current flows in the resonator 1410 in a clockwise direction. In this case, the induced current may transfer energy to the capacitor 1511 of the resonator 1510. In addition, a magnetic field is generated by the induced current. In FIG. 15A, the input current flowing through the feeding part 1420 and the resonator 1410 of FIG. 14 is indicated by a solid line, and the induced current flowing through the resonator 1410 is indicated by a dotted line.

전류에 의해 발생하는 자기장의 방향은 오른나사의 법칙을 통해 알 수 있다. 도 14의 피딩부(1420) 내부에서, 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1521)과 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1523)은 서로 동일하다. 따라서, 피딩부(1420) 내부에서 자기장의 세기가 강화된다. The direction of the magnetic field generated by the current can be known through the law of the right-hand screw. Inside the feeding part 1420 of FIG. 14, the direction 1521 of the magnetic field generated by the input current flowing through the feeding part 1420 and the direction 1523 of the magnetic field generated by the induced current flowing through the resonator 1410 are the same as each other. Do. Accordingly, the strength of the magnetic field in the feeding unit 1420 is enhanced.

또한, 피딩부(1420)와 공진기(1410) 사이의 영역에서, 피딩부(1420)에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1533)과 공진기(1410)에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1531)은 서로 반대 위상이다. 따라서, 피딩부(1420)와 공진기(1410) 사이의 영역에서, 자기장의 세기는 약화된다.In addition, in the region between the feeding unit 1420 and the resonator 1410, a direction 1533 of a magnetic field generated by an input current flowing through the feeding unit 1420 and a direction of a magnetic field generated by an induced current flowing through the resonator 1410 (1531) are in opposite phases to each other. Accordingly, in the region between the feeding part 1420 and the resonator 1410, the strength of the magnetic field is weakened.

루프 형태의 공진기에서는 일반적으로 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약하고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 강하다. 그런데 도 15의 (a)를 참조하면, 피딩부(1420)가 공진기(1410)의 캐패시터(1411) 양단에 전기적으로 연결됨으로써 공진기(1410)의 유도 전류의 방향과 피딩부(1420)의 입력 전류의 방향이 동일해 진다. 공진기(1410)의 유도 전류의 방향과 피딩부(1420)의 입력 전류의 방향이 동일하기 때문에, 피딩부(1420)의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부(1420)의 외부에서는 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 루프 형태의 공진기(1410)의 중심에서는 피딩부(1420)로 인하여 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(1410)의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다. 그러므로 공진기(1410) 내부에서는 전체적으로 자기장의 세기가 균일해질 수 있다. In a loop-type resonator, the strength of the magnetic field is generally weak at the center of the resonator, and the strength of the magnetic field is strong at the outer portion of the resonator. However, referring to FIG. 15A, the feeding part 1420 is electrically connected to both ends of the capacitor 1411 of the resonator 1410, so that the direction of the induced current of the resonator 1410 and the input current of the feeding part 1420 The direction of becomes the same. Since the direction of the induced current of the resonator 1410 and the direction of the input current of the feeding unit 1420 are the same, the strength of the magnetic field is strengthened inside the feeding unit 1420 and the magnetic field is increased outside the feeding unit 1420. The strength weakens. As a result, the strength of the magnetic field may be strengthened at the center of the loop-shaped resonator 1410 due to the feeding part 1420, and the strength of the magnetic field may be weakened at the outer part of the resonator 1410. Therefore, the strength of the magnetic field as a whole may be uniform inside the resonator 1410.

한편, 소스 공진기에서 타겟 공진기로 전달되는 전력 전송의 효율은 소스 공진기에서 발생하는 자기장의 세기에 비례하므로, 소스 공진기의 중심에서 자기장의 세기가 강화됨에 따라 전력 전송 효율도 증가할 수 있다. Meanwhile, since the efficiency of power transmission transmitted from the source resonator to the target resonator is proportional to the strength of the magnetic field generated from the source resonator, the power transmission efficiency may also increase as the strength of the magnetic field at the center of the source resonator increases.

도 15의 (b)를 참조하면, 피딩부(1540) 및 공진기(1550)는 등가회로로 표현될 수 있다. 피딩부(1540)에서 공진기 측을 바라볼 때 보이는 입력 임피던스 Zin은 다음의 수식과 같이 계산될 수 있다. Referring to FIG. 15B, the feeding unit 1540 and the resonator 1550 may be expressed as an equivalent circuit. The input impedance Zin seen when looking at the resonator side from the feeding unit 1540 can be calculated as follows.

Figure 112020059654993-pat00003
Figure 112020059654993-pat00003

여기서, M은 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고, ω 는 피딩부(1540)와 공진기(1550) 간의 공진 주파수를 의미하고, Z는 공진기(1550)에서 타겟 디바이스 측을 바라볼 때 보이는 임피던스를 의미할 수 있다. Zin은 상호 인덕턴스 M에 비례할 수 있다. 따라서, 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이에 상호 인덕턴스를 조절함으로써 Zin을 제어할 수 있다. 상호 인덕턴스 M은 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이 영역의 면적에 따라 조절될 수 있다. 피딩부(1540)의 크기에 따라 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이 영역의 면적이 조절될 수 있다. Zin은 피딩부(1540)의 크기에 따라 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 임피던스 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하지 않다. Here, M refers to the mutual inductance between the feeding part 1540 and the resonator 1550, ω refers to the resonance frequency between the feeding part 1540 and the resonator 1550, and Z refers to the target device in the resonator 1550. It can mean the impedance seen when looking to the side. Zin can be proportional to the mutual inductance M. Accordingly, Zin can be controlled by adjusting mutual inductance between the feeding unit 1540 and the resonator 1550. The mutual inductance M may be adjusted according to the area between the feeding part 1540 and the resonator 1550. The area between the feeding part 1540 and the resonator 1550 may be adjusted according to the size of the feeding part 1540. Since Zin may be determined according to the size of the feeding unit 1540, a separate matching network is not required to perform impedance matching with the output impedance of the power amplifier.

무선 전력 수신 장치에 포함된 공진기(1550) 및 피딩부(1540)도 위와 같은 자기장의 분포를 가질 수 있다. 무선 전력 수신 장치에 포함된 공진기(1550)는 타겟 공진기로 동작할 수 있다. 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 마그네틱 커플링을 통하여 무선 전력을 수신한다. 이때 수신되는 무선 전력을 통하여 타겟 공진기에서는 유도 전류가 생성될 수 있다. 타겟 공진기에서 유도 전류에 의해 발생한 자기장은 피딩부(1540)에 다시 유도 전류를 생성할 수 있다. 이때, 도 15의 (a)의 구조와 같이 공진기(1550)와 피딩부(1540)가 연결되면, 공진기(1550)에서 흐르는 전류의 방향과 피딩부(1540)에서 흐르는 전류의 방향은 동일해진다. 따라서, 피딩부(1540)의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부(1540)와 공진기(1550) 사이의 영역에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다.The resonator 1550 and the feeding unit 1540 included in the wireless power receiver may also have the distribution of the magnetic field as described above. The resonator 1550 included in the wireless power receiver may operate as a target resonator. The target resonator receives wireless power from the source resonator through magnetic coupling. In this case, an induced current may be generated in the target resonator through the received wireless power. The magnetic field generated by the induced current in the target resonator may generate the induced current again in the feeding unit 1540. In this case, when the resonator 1550 and the feeding unit 1540 are connected as in the structure of FIG. 15A, the direction of the current flowing from the resonator 1550 and the direction of the current flowing from the feeding unit 1540 become the same. Accordingly, the strength of the magnetic field may be enhanced inside the feeding part 1540, and the strength of the magnetic field may be weakened in a region between the feeding part 1540 and the resonator 1550.

도 16은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다. 16 shows an electric vehicle charging system according to an embodiment.

도 16을 참조하면, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 소스 시스템(1610), 소스 공진기(1620), 타겟 공진기(1630), 타겟 시스템(1640) 및 전기 자동차용 배터리(1650)을 포함한다. Referring to FIG. 16, the electric vehicle charging system 1600 includes a source system 1610, a source resonator 1620, a target resonator 1630, a target system 1640, and a battery 1650 for an electric vehicle.

전기 자동차 충전 시스템(1600)은 도 1의 무선 전력 전송 시스템과 유사한 구조를 가진다. 즉, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 소스 시스템(1610) 및 소스 공진기(1620)로 구성되는 소스를 포함한다. 또한, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 타겟 공진기(1630) 및 타겟 시스템(1640)로 구성되는 타겟을 포함한다. The electric vehicle charging system 1600 has a structure similar to the wireless power transmission system of FIG. 1. That is, the electric vehicle charging system 1600 includes a source composed of a source system 1610 and a source resonator 1620. In addition, the electric vehicle charging system 1600 includes a target composed of a target resonator 1630 and a target system 1640.

이때, 소스 시스템(1610)은 도 1의 소스(110)와 같이, 가변 SMPS(Variable SMPS), 파워 증폭기(Power Amplifier), 매칭 네트워크, 제어부 및 통신부를 포함할 수 있다. 이때, 타겟 시스템(1640)은 도 1의 타겟(120)과 같이, 매칭 네트워크, 정류부, DC/DC 컨버터, 통신부 및 제어부를 포함할 수 있다. In this case, the source system 1610 may include a variable SMPS (Variable SMPS), a power amplifier, a matching network, a control unit, and a communication unit, like the source 110 of FIG. 1. In this case, the target system 1640 may include a matching network, a rectifier, a DC/DC converter, a communication unit, and a control unit, like the target 120 of FIG. 1.

전기 자동차용 배터리(1650)는 타겟 시스템(1640)에 의해 충전 될 수 있다. The electric vehicle battery 1650 may be charged by the target system 1640.

전기 자동차 충전 시스템(1600)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용할 수 있다. The electric vehicle charging system 1600 may use a resonant frequency of several KHz to several tens of MHz.

소스 시스템(1610)은 충전 차량의 종류, 배터리의 용량, 배터리의 충전 상태에 따라 전력을 생성하고, 생성된 전력을 타겟 시스템(1640)으로 공급할 수 있다. The source system 1610 may generate power according to the type of the charging vehicle, the capacity of the battery, and the state of charge of the battery, and supply the generated power to the target system 1640.

소스 시스템(1610)은 소스 공진기(1620) 및 타겟 공진기(1630)의 정렬(alignment)를 맞추기 위한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 소스 시스템(1610)의 제어부는 소스 공진기(1620)와 타겟 공진기(1630)의 정렬이 맞지 않은 경우, 타겟 시스템(1640)으로 메시지를 전송하여 정렬(alignment)을 제어할 수 있다. The source system 1610 may perform control for matching the alignment of the source resonator 1620 and the target resonator 1630. For example, when the source resonator 1620 and the target resonator 1630 are not aligned, the control unit of the source system 1610 may transmit a message to the target system 1640 to control alignment.

이때, 정렬(alignment)이 맞지 않은 경우란, 타겟 공진기(1630)의 위치가 마그네틱 레조넌스(magnetic resonance)가 최대로 일어나기 위한 위치에 있지 않은 경우 일 수 있다. 즉, 차량이 정확하게 정차되지 않은 경우, 소스 시스템(1610)은 차량의 위치를 조정하도록 유도함으로써, 소스 공진기(1620)와 타겟 공진기(1630)의 정렬(alignment)이 맞도록 유도할 수 있다. In this case, the case of misalignment may be a case in which the position of the target resonator 1630 is not at a position where magnetic resonance is maximized. That is, when the vehicle is not accurately stopped, the source system 1610 may guide the vehicle to adjust the position of the vehicle so that the source resonator 1620 and the target resonator 1630 may be aligned.

소스 시스템(1610)과 타겟 시스템(1640)은 통신을 통해, 차량의 식별자를 송수신할 수 있고, 각종 메시지를 주고 받을 수 있다. The source system 1610 and the target system 1640 may transmit and receive vehicle identifiers through communication, and may exchange various messages.

도 2 내지 도 15에서 설명된 내용들은 전기 자동차 충전 시스템(1600)에 적용될 수 있다. 다만, 전기 자동차 충전 시스템(1600)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용하고, 전기 자동차용 배터리(1650)를 충전하기 위해 수십 watt이상의 전력 전송을 수행할 수 있다.The contents described in FIGS. 2 to 15 may be applied to the electric vehicle charging system 1600. However, the electric vehicle charging system 1600 may use a resonance frequency of several KHz to several tens of MHz, and transmit power of several tens of watts or more to charge the battery 1650 for an electric vehicle.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 공진기에 공급하는 전력의 전압 세기, 전압 위상, 전류 세기 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써, 충전하고자 하는 디바이스의 수, 충전하고자 하는 디바이스의 위치, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 거리 및 위치 변화와 같은 다양한 환경에서도 최적의 전력 전송 효율을 유지 시킬 수 있다. The wireless power transmission apparatus according to an embodiment adjusts at least one of a voltage intensity, a voltage phase, a current intensity, and a current phase of power supplied to the resonator, so that the number of devices to be charged, the location of the device to be charged, and a source resonator. Optimal power transmission efficiency can be maintained even in various environments such as a change in distance and position between the and target resonators.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 공진기에 공급하는 전력의 전압 세기, 전압 위상, 전류 세기 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써, 공진기에서 발생하는 자기장으로 제어할 수 있다.The apparatus for transmitting power wirelessly according to an embodiment may control at least one of a voltage intensity, a voltage phase, a current intensity, and a current phase of power supplied to the resonator to control the magnetic field generated by the resonator.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 소스 또는 타겟의 위치 이동이 가능한 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 전기 자동차의 무선 충전 시, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 서로 정렬이 되지 않은 경우에도, 전력 전송 효율이 유지될 수 있다. The apparatus for transmitting power wirelessly according to an embodiment may be applied even when the location of a source or a target can be moved. For example, during wireless charging of an electric vehicle, power transmission efficiency can be maintained even when the source resonator and the target resonator are not aligned with each other.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 공진기에 공급하는 전력의 전압 세기, 전압 위상, 전류 세기 및 전류 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써, 매칭 네트워크의 개수를 줄일 수 있다.The wireless power transmission apparatus according to an embodiment may reduce the number of matching networks by adjusting at least one of a voltage intensity, a voltage phase, a current intensity, and a current phase of power supplied to the resonator.

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. The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as 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 executed on the operating system. Further, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For the convenience of understanding, although it is sometimes described that one processing device is used, one of ordinary skill in the art, the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as a parallel processor.

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 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 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. The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to operate as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or, to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodyed in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions 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, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

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. As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and those equivalent to the claims also fall within the scope of the claims to be described later.

Claims (20)

무선 전력 전송 장치에 있어서,
무선 전력 수신 장치로 제1 전력을 무선 전송하는 복수의 공진기들;
적어도 하나의 공진기에 공급되는 제2 전력의 전압 세기(voltage magnitude) 및 전류 세기(current magnitude) 중 적어도 하나를 제어하는 제어부; 및
상기 적어도 하나의 공진기에 상기 제2 전력을 공급하는 피딩부
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 무선 전력 전송 장치의 무선 충전 영역에서, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 거리, 방향 및 각도 중 적어도 하나를 획득하고,
상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 상기 거리, 상기 방향 및 상기 각도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하며,
상기 공진기들은 서로 직교하는 복수의 평면들과 평행한 면을 포함하는,
무선 전력 전송 장치.
In the wireless power transmission device,
A plurality of resonators for wirelessly transmitting first power to the wireless power receiving apparatus;
A controller for controlling at least one of a voltage magnitude and a current magnitude of the second power supplied to the at least one resonator; And
A feeding unit that supplies the second power to the at least one resonator
Including,
The control unit,
In a wireless charging area of the wireless power transmission device, at least one of a distance, a direction, and an angle between the wireless power transmission device and the wireless power reception device is obtained, and
Adjusting at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power based on at least one of the distance, the direction, and the angle between the wireless power transmitter and the wireless power receiver,
The resonators include a plurality of planes orthogonal to each other and a plane parallel to each other,
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 무선 충전 영역에서 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수를 획득하고,
상기 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하는,
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
The control unit,
Obtaining the number of wireless power receiving devices to be charged in the wireless charging area,
Adjusting at least one of the voltage strength and the current strength of the second power further based on the number of wireless power receiving devices to be charged,
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 무선 충전 영역 내 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보를 획득하고,
상기 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하는,
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
The control unit,
Acquiring information about a location change of the wireless power receiving device in the wireless charging area,
Adjusting at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power further based on information on a position change of the wireless power receiving device,
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
N 포트 네트워크에 연결된 상기 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크에 연결된 다른 공진기 사이에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스를 계산하고,
상기 임피던스에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 제어하는
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
The control unit
Calculating an impedance of the N port network between the resonators connected to the N port network and other resonators connected to the N port network,
Controlling at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power further based on the impedance
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 공진기들은 서로 커플링 되거나, 서로 분리되고,
상기 피딩부는 인덕터를 포함하는,
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
The resonators are coupled to each other or separated from each other,
The feeding part includes an inductor,
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 피딩부에서 인가할 수 있는 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나의 범위 안에서, 순차적으로 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하는
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
The control unit
Sequentially changing at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power within at least one of the voltage intensity and the current intensity that can be applied by the feeding unit
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 피딩부에서 인가할 수 있는 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나의 범위 안에서, 랜덤하게 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하는
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
The control unit
Randomly changing at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power within at least one of the voltage intensity and the current intensity that can be applied by the feeding unit
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 피딩부에서 인가할 수 있는 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나의 범위 안에서, 룩업 테이블에 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 변경하는
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
The control unit
Changing at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power based on a lookup table within at least one of the voltage intensity and the current intensity that can be applied by the feeding unit
Wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 공진기들 각각은
제1 신호 도체 부분, 제2 신호 도체 부분, 및 상기 제1 신호 도체 부분과 상기 제2 신호 도체 부분에 대응되는 제1 그라운드 도체 부분을 포함하는 제1 전송 선로;
상기 제1 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 연결하는 제1 도체;
상기 제2 신호 도체 부분과 연결된 제2 도체; 및
상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 제1 캐패시터
를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
Each of the resonators
A first transmission line including a first signal conductor portion, a second signal conductor portion, and a first ground conductor portion corresponding to the first signal conductor portion and the second signal conductor portion;
A first conductor connecting the first signal conductor portion and the first ground conductor portion;
A second conductor connected to the second signal conductor portion; And
A first capacitor inserted between the first signal conductor portion and the second signal conductor portion in series with respect to a current flowing through the first signal conductor portion and the second signal conductor portion
Wireless power transmission device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 공진기들은
xy평면과 평행한 면을 포함하는 제1 공진기;
yz평면과 평행한 면을 포함하는 제2 공진기; 및
zx평면과 평행한 면을 포함하는 제3 공진기
를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
The method of claim 1,
The resonators are
a first resonator including a plane parallel to the xy plane;
a second resonator including a plane parallel to the yz plane; And
a third resonator with a plane parallel to the zx plane
Wireless power transmission device comprising a.
무선 전력 전송 장치에 있어서,
무선 전력 수신 장치로 제1 전력을 전송하는 복수의 공진기들;
적어도 하나의 공진기에 공급되는 제2 전력의 전압 위상(voltage phase) 및 전류 위상(current phase) 중 적어도 하나를 제어하는 제어부; 및
상기 적어도 하나의 공진기에 상기 제2 전력을 공급하는 피딩부
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 무선 전력 전송 장치의 무선 충전 영역에서, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 거리, 방향 및 각도 중 적어도 하나를 획득하고,
상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 상기 거리, 상기 방향 및 상기 각도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 위상 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 조절하며,
상기 공진기들은 서로 직교하는 복수의 평면들과 평행한 면을 포함하는,
무선 전력 전송 장치.
In the wireless power transmission device,
A plurality of resonators for transmitting first power to the wireless power receiving apparatus;
A controller for controlling at least one of a voltage phase and a current phase of the second power supplied to the at least one resonator; And
A feeding unit that supplies the second power to the at least one resonator
Including,
The control unit,
In a wireless charging area of the wireless power transmission device, at least one of a distance, a direction, and an angle between the wireless power transmission device and the wireless power reception device is obtained, and
Adjusting at least one of the voltage phase and the current phase of the second power based on at least one of the distance, the direction, and the angle between the wireless power transmitter and the wireless power receiver,
The resonators include a plurality of planes orthogonal to each other and a plane parallel to each other,
Wireless power transmission device.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 무선 충전 영역에서 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수를 획득하고,
상기 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 위상 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 조절하는,
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 11,
The control unit,
Obtaining the number of wireless power receiving devices to be charged in the wireless charging area,
Adjusting at least one of the voltage phase and the current phase of the second power further based on the number of wireless power receiving devices to be charged,
Wireless power transmission device.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 무선 충전 영역 내 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보를 획득하고,
상기 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 위상 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 조절하는,
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 11,
The control unit,
Acquiring information about a location change of the wireless power receiving device in the wireless charging area,
Adjusting at least one of the voltage phase and the current phase of the second power further based on information on the position change of the wireless power receiving device,
Wireless power transmission device.
제11항에 있어서,
상기 제어부는
N 포트 네트워크에 연결된 상기 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크에 연결된 다른 공진기의 사이에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스를 계산하고,
상기 임피던스에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 위상 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는
무선 전력 전송 장치.
The method of claim 11,
The control unit
Calculate an impedance of the N port network between the resonators connected to the N port network and other resonators connected to the N port network,
Controlling at least one of the voltage phase and the current phase of the second power further based on the impedance
Wireless power transmission device.
제11항에 있어서,
상기 공진기들은
xy평면과 평행한 면을 포함하는 제1 공진기;
yz평면과 평행한 면을 포함하는 제2 공진기; 및
zx평면과 평행한 면을 포함하는 제3 공진기
를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
The method of claim 11,
The resonators are
a first resonator including a plane parallel to the xy plane;
a second resonator including a plane parallel to the yz plane; And
a third resonator with a plane parallel to the zx plane
Wireless power transmission device comprising a.
무선 전력 수신 장치로 제1 전력을 무선 전송하는 복수의 공진기들 및 적어도 하나의 공진기로 제2 전력을 공급하는 피딩부를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 적어도 하나의 공진기로 공급되는 상기 제2 전력의 전압 세기, 전압 위상, 전류 세기 및 전류 위상 중 적어도 하나를 제어하는 단계
를 포함하고,
상기 제어하는 단계는,
상기 무선 전력 전송 장치의 무선 충전 영역에서, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 거리, 방향 및 각도 중 적어도 하나를 획득하는 단계; 및
상기 무선 전력 전송 장치와 상기 무선 전력 수신 장치 사이의 상기 거리, 상기 방향 및 상기 각도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기, 상기 전압 위상, 상기 전류 세기 및 상기 전류 위상 중 적어도 하나를 조절하는 단계
를 포함하며,
상기 공진기들은 서로 직교하는 복수의 평면들과 평행한 면을 포함하는 무선 전력 전송 장치의 동작 방법.
A method of operating a wireless power transmission device comprising a plurality of resonators for wirelessly transmitting first power to a wireless power receiving device and a feeding unit for supplying second power to at least one resonator,
Controlling at least one of a voltage intensity, a voltage phase, a current intensity, and a current phase of the second power supplied to the at least one resonator
Including,
The controlling step,
Acquiring at least one of a distance, a direction, and an angle between the wireless power transmitter and the wireless power receiver in a wireless charging area of the wireless power transmitter; And
At least one of the voltage intensity, the voltage phase, the current intensity, and the current phase of the second power based on at least one of the distance, the direction, and the angle between the wireless power transmitter and the wireless power receiver. Steps to adjust
Including,
The method of operating a wireless power transmission apparatus, wherein the resonators include a plurality of planes orthogonal to each other and a plane parallel to each other.
제16항에 있어서,
상기 제어하는 단계는
상기 무선 충전 영역에서 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수를 획득하는 단계
를 더 포함하고,
상기 조절하는 단계는
상기 무선 충전 영역에서 충전될 무선 전력 수신 장치들의 수에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계
를 포함하는,
무선 전력 전송 장치의 동작 방법.
The method of claim 16,
The controlling step
Acquiring the number of wireless power receiving devices to be charged in the wireless charging area
Including more,
The adjusting step
Adjusting at least one of the voltage strength and the current strength of the second power further based on the number of wireless power receiving devices to be charged in the wireless charging area
Containing,
How to operate a wireless power transmission device.
제16항에 있어서,
상기 제어하는 단계는
상기 무선 충전 영역 내 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보를 획득하는 단계
를 더 포함하고,
상기 조절하는 단계는
상기 무선 전력 수신 장치의 위치 변화에 관한 정보에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계
를 포함하는,
무선 전력 전송 장치의 동작 방법.
The method of claim 16,
The controlling step
Obtaining information on a change in the location of the wireless power receiving device in the wireless charging area
Including more,
The adjusting step
Adjusting at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power further based on information on a position change of the wireless power receiving device
Containing,
How to operate a wireless power transmission device.
제16항에 있어서,
상기 제어하는 단계는
N 포트 네트워크에 연결된 상기 공진기들 및 상기 N 포트 네트워크에 연결된 다른 공진기 사이에서 상기 N 포트 네트워크의 임피던스를 계산하는 단계
를 더 포함하고,
상기 조절하는 단계는
상기 임피던스에 더 기초하여 상기 제2 전력의 상기 전압 세기 및 상기 전류 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계
를 포함하는,
무선 전력 전송 장치의 동작 방법.
The method of claim 16,
The controlling step
Calculating an impedance of the N port network between the resonators connected to the N port network and other resonators connected to the N port network
Including more,
The adjusting step
Adjusting at least one of the voltage intensity and the current intensity of the second power further based on the impedance
Containing,
How to operate a wireless power transmission device.
제16항 내지 제19항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.A computer-readable recording medium on which a program for executing the method of any one of claims 16 to 19 is recorded.
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