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KR101715269B1 - Omnidirectional resonator in x-y plane using a crisscross structure for wireless power transfer, wireless power transfer apparatus and wireless power transfer system including the resonator - Google Patents

Omnidirectional resonator in x-y plane using a crisscross structure for wireless power transfer, wireless power transfer apparatus and wireless power transfer system including the resonator Download PDF

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KR101715269B1
KR101715269B1 KR1020150162595A KR20150162595A KR101715269B1 KR 101715269 B1 KR101715269 B1 KR 101715269B1 KR 1020150162595 A KR1020150162595 A KR 1020150162595A KR 20150162595 A KR20150162595 A KR 20150162595A KR 101715269 B1 KR101715269 B1 KR 101715269B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resonator
wireless power
coil
transmission
power transmission
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Application number
KR1020150162595A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
서철헌
김동건
김상환
Original Assignee
숭실대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H02J17/00
    • H02J7/025

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

A resonator for wireless power transmission includes: a pillar-shaped resonator; and a resonance coil which is connected to a power source, penetrates a lower part, a side, and an upper part of the resonator, penetrates the side of the resonator at least four times so as to be parallel to the center line of the pillar-shaped resonator, and has a cross-shaped structure which does not intersect when viewed from the upper part of the resonator and the lower part of the resonator. Accordingly, the present invention can constantly maintain output in a two-dimensional direction, thereby increasing the transmission efficiency of wireless power power transmission and the degree of freedom of a receiver.

Description

십자 구조를 이용한 x-y 평면에서 전 방향으로 방사하는 무선 전력 전송용 공진기, 이를 포함하는 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 시스템{OMNIDIRECTIONAL RESONATOR IN X-Y PLANE USING A CRISSCROSS STRUCTURE FOR WIRELESS POWER TRANSFER, WIRELESS POWER TRANSFER APPARATUS AND WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM INCLUDING THE RESONATOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resonator for radiating power in all directions in an xy plane using a cruciform structure, a radio power transmission device including the resonator, and a radio power transmission system including the same. BACKGROUND ART WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM INCLUDING THE RESONATOR}

본 발명은 십자 구조를 이용한 x-y 평면에서 전 방향으로 방사하는 무선 전력 전송용 공진기, 이를 포함하는 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차원 전 방향에서 일정한 무선 전력 전송 효율을 얻을 수 있는 무선 전력 전송에 적용한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wireless power transmission resonator radiating in all directions in an xy plane using a cross structure, a wireless power transmission apparatus including the resonator, and a wireless power transmission system including the same. More particularly, And is applied to a wireless power transmission capable of achieving efficiency.

무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기에 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파(Radio Frequency)나 레이저를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다.Wireless power transmission or wireless energy transfer, which transfers electric energy to a desired device wirelessly, has already begun to be used in electric motors and transformers using electromagnetic induction in the 1800s, Frequency) or by emitting a laser to transfer electrical energy.

우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선 면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 마이크로파를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.Our electric toothbrushes and some wireless shavers are actually charged with electromagnetic induction. Up to the present, the energy transmission method by the radio system includes magnetic induction, self resonance, and a remote transmission technique using a microwave.

최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 자기 공진을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다. 자기 공진을 이용한 무선 전력 전송 시스템은 송신 측과 수신 측에 형성된 전기신호가 코일을 통해 무선으로 전달되기 때문에 사용자는 휴대용 기기와 같은 전자기기를 손쉽게 충전할 수 있다.In recent years, among such wireless power transmission techniques, energy transmission using self resonance is widely used. In the wireless power transmission system using self-resonance, since the electric signals formed on the transmission side and the reception side are wirelessly transmitted through the coil, the user can easily charge electronic devices such as portable devices.

한편, 현대의 성장 산업분야는 정보통신 기술을 기반으로 하는 다양한 융복합 산업이다. 특히, 정보통신 기술의 발전은 이동통신 기술과 더불어 사용자의 자유도 향상을 도모하는 쪽으로 빠르게 발전하고 있다. 최근 급격한 수요의 증가를 보이는 스마트폰, DMB, 태블릿 PC등과 같이 이동통신 기술과 함께 사용자의 이동 편의성의 중점을 둔 제품의 시장이 확산되고 있다. On the other hand, modern growth industries are various fusion industries based on ICT. In particular, the development of information and communication technology is rapidly developing toward improving the freedom of users in addition to mobile communication technology. In recent years, there has been a proliferation of mobile communication technologies such as smart phones, DMB, and tablet PCs, which show rapid increase in demand, as well as products with a focus on user mobility.

일반적인 자기 공명 방식의 무선 전력 전송의 적용에서 송신코일과 수신코일이 마주보아야 유효한 전송 효율을 얻을 수 있다. 도 1은 송신코일 공진기가 단 평면 구조일 경우 송신코일과 수신코일을 나타낸 것이다. Tx는 Transmitter의 약자로 송신기, 즉 송전코일을 나타내고 Rx는 Receiver의 약자로 수신기, 즉 수전코일을 나타낸다. θ는 수신 코일이 x-y평면에 대해 기울어지는 각도를 나타낸다.In the application of wireless power transmission of a general magnetic resonance method, the transmission coil and the reception coil must face each other to obtain effective transmission efficiency. 1 shows a transmission coil and a reception coil when the transmission coil resonator has a single plane structure. Tx is an abbreviation of Transmitter, which represents a transmitter, that is, a transmission coil, and Rx stands for a receiver, which represents a receiver, that is, a receiver coil. and? represents the angle at which the receiving coil is inclined with respect to the x-y plane.

도 1의 시스템에 대해 수신코일의 각도 θ가 변화할 때, 송신코일과 수신코일간의 상호 인덕턴스가 급격히 변한다. 따라서, 이러한 단 평면구조에서 송신코일일 때 수신코일의 움직임에 따라 상호 인덕턴스의 변화가 생기고 전력 전송 효율이 결정된다. 즉, 수신기와 송신기가 이루는 각도가 수직에 가까워질수록 전력 전송 효율은 급 감하함을 확인할 수 있다. 예를 들어, 상호 인덕턴스에 의해서 전송 효율이 결정되는데, θ가 0°이면 상호 인덕턴스가 강해서 높은 전송 효율을 보이지만, θ가 180°이면 상호 인덕턴스가 약해서 낮은 전송 효율을 보인다.1, the mutual inductance between the transmitting coil and the receiving coil changes abruptly. Therefore, in the single plane structure, mutual inductance is changed according to the movement of the receiving coil when the coil is a transmission coil, and the power transmission efficiency is determined. That is, it can be seen that as the angle between the receiver and the transmitter becomes closer to the vertical, the power transmission efficiency decreases drastically. For example, the transmission efficiency is determined by the mutual inductance. When? Is 0, the mutual inductance is strong and the transmission efficiency is high. However, when? Is 180, mutual inductance is low and the transmission efficiency is low.

이는 무선 전력 전송 수신기의 자유도를 감소시키는 문제를 야기한다. 따라서, 무선 전력 전송에서의 가장 중요한 문제인 수신기의 자유도를 향상시키기 위한 전 방향 무선 전력 전송부가 요구된다.This causes a problem of reducing the degree of freedom of the wireless power transmission receiver. Therefore, omni-directional wireless power transmission is required to improve the degree of freedom of the receiver, which is the most important problem in wireless power transmission.

KR 10-2014-0129930 AKR 10-2014-0129930 A KR 10-2014-0031518 AKR 10-2014-0031518 A

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 무선 전력 전송의 적용에서 전송범위의 확대할 수 있는 십자 구조를 이용한 x-y 평면에서 전 방향으로 방사하는 무선 전력 전송용 공진기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a radio power transmission resonator radiating in all directions in an xy plane using a cross structure, .

본 발명의 다른 목적은 상기 공진기를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus including the resonator.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 공진기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a wireless power transmission system including the resonator.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 공진기는, 기둥 형상의 공진체; 및 전원 소스와 연결되고, 상기 공진체의 아랫면, 옆면 및 윗면을 경유하고, 상기 기둥 형상의 공진체의 중심선과 평행하도록 상기 공진체의 옆면을 적어도 4번 경유하여 상기 공진체의 윗면 및 상기 공진체의 아랫면에서 볼 때 교차하지 않는 십자형 구조를 갖는 공진코일을According to an aspect of the present invention, there is provided a resonator for a wireless power transmission including: a columnar resonator; And a power source connected to the resonator through a lower surface, a side surface, and an upper surface of the resonator, wherein a side surface of the resonator is passed through at least four times so as to be parallel to a center line of the columnar resonator, A resonant coil with a cross-shaped structure that does not intersect when viewed from the underside of the sieve

본 발명의 실시예에서, 상기 공진코일은 상기 공진체의 상기 아랫면, 상기 옆면 및 상기 윗면을 경유하고, 상기 윗면, 상기 옆면 및 상기 아랫면을 경유하고, 상기 아랫면, 상기 옆면 및 상기 윗면을 경유하고, 상기 윗면, 상기 옆면 및 상기 아랫면을 경유하는 폐루프일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the resonance coil passes through the lower surface, the side surface, and the upper surface of the resonator, passes through the upper surface, the side surface, and the lower surface, passes through the lower surface, the side surface, , The upper surface, the side surface, and the lower surface.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진코일은 상기 폐루프를 2 회 이상 경유할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the resonant coil may pass the closed loop more than once.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 각기둥 형상일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the resonator may have a prism shape.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 원기둥 형상일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the resonator may have a cylindrical shape.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 두 개의 플레이트들이 상기 중심선에서 직교하는 형상일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the resonator may have a shape in which two plates are orthogonal to the center line.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 속이 빈 형태일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the resonator may be hollow.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 유전체로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the resonator may be formed of a dielectric.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 아크릴 또는 유리로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the resonator may be formed of acrylic or glass.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 기둥 형상의 공진체; 전원을 공급하는 전원 소스; 및 전원 소스와 연결되고, 상기 공진체의 아랫면, 옆면 및 윗면을 경유하고, 상기 기둥 형상의 공진체의 중심선과 평행하도록 상기 공진체의 옆면을 적어도 4번 경유하여 상기 공진체의 윗면 및 상기 공진체의 아랫면에서 볼 때 교차하지 않는 십자형 구조를 갖는 공진코일을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless power transmission apparatus including: a columnar resonator; A power source for supplying power; And a power source connected to the resonator through a lower surface, a side surface, and an upper surface of the resonator, wherein a side surface of the resonator is passed through at least four times so as to be parallel to a center line of the columnar resonator, And a resonant coil having a cross-shaped structure that does not intersect when viewed from the bottom of the sieve.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 원기둥 형상 또는 각기둥 형상일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the resonator may have a cylindrical shape or a prism shape.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 속이 빈 형태일 있다.In an embodiment of the present invention, the resonator may be hollow.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 기둥 형상의 공진체; 전원을 공급하는 전원 소스; 전원 소스와 연결되고, 상기 공진체의 아랫면, 옆면 및 윗면을 경유하고, 상기 기둥 형상의 공진체의 중심선과 평행하도록 상기 공진체의 옆면을 적어도 4번 경유하여 상기 공진체의 윗면 및 상기 공진체의 아랫면에서 볼 때 교차하지 않는 십자형 구조를 갖는 공진코일; 및 상기 송신 공진코일과 커플링되어 전력을 수신하는 수신 공진코일을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless power transmission system including: a columnar resonator; A power source for supplying power; And the resonator is connected to a power source and passes through a lower surface, a side surface, and an upper surface of the resonator, and passes through the side surface of the resonator at least four times so as to be parallel to the center line of the columnar resonator, A resonance coil having a cross-shaped structure that does not intersect when viewed from the lower side of the resonator; And a receiving resonant coil coupled to the transmitting resonant coil to receive power.

본 발명의 실시예에서, 상기 공진체는 원기둥 형상 또는 각기둥 형상일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the resonator may have a cylindrical shape or a prism shape.

본 발명의 실시예에서, 상기 수신 공진코일은 부하 단말기 내부에 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the receiving resonant coil may be formed inside the load terminal.

이와 같은 무선 전력 전송용 공진기에 따르면, 송신기를 십자 구조로 형성하여 자계가 반주기 씩 변하게 함으로써 x-y 평면 전 방향으로 균일하게 방사하여 어느 방향에서든 무선 충전이 가능하다. 이에 따라, 동일한 거리에서 균일한 전송 효율을 얻을 수 있으며, 공진코일을 감는 회수 변화를 통해 전송 효율을 조절할 수 있다. 또한, 수신기의 자유도가 높아져 다양한 형태 및 형상의 단말기에 적용할 수 있다.According to such a wireless power transmission resonator, the transmitter is formed in a cross structure, and the magnetic field is changed by half a period to radiate uniformly in all directions in the x-y plane, thereby enabling wireless charging in any direction. Accordingly, a uniform transmission efficiency can be obtained at the same distance, and the transmission efficiency can be controlled by changing the number of times the resonance coil is wound. Further, since the degree of freedom of the receiver is increased, the present invention can be applied to terminals of various shapes and shapes.

도 1은 종래 무선 전력 전송 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 공진형 방식의 무선 전력 전송부의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 무선 전력 전송용 공진기의 공진코일의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 공진기이다.
도 5는 도 4의 무선 전력 전송용 공진기의 윗면에서 공진코일의 감긴 모양을 보여주는 평면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 무선 전력 전송용 공진기들의 예들이다.
도 9 및 도 11은 본 발명의 무선 전력 전송용 공진기에서 전류 흐름에 따라서 유도되는 자기장 벡터를 나타낸 도면들이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 무선 전력 전송용 공진기에서 반주기 동안의 자기장 벡터를 시뮬레이션한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 예를 보여주는 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 무선 전력 전송용 공진기와 수신기의 거리 변화에 따른 전송 효율을 보여주는 그래프들이다.
1 is a diagram illustrating a conventional wireless power transmission system.
2 is a circuit diagram of a wireless power transmission unit of a resonance type.
3 is a conceptual view of a resonant coil of a resonator for wireless power transmission according to the present invention.
4 is a wireless power transmission resonator according to an embodiment of the present invention.
5 is a plan view showing a coiled shape of the resonance coil on the upper surface of the resonator for wireless power transmission of FIG.
6 to 8 are examples of resonators for wireless power transmission according to other embodiments of the present invention.
9 and 11 are views showing a magnetic field vector induced in accordance with a current flow in the resonator for wireless power transmission according to the present invention.
FIGS. 12 and 13 are diagrams for simulating a magnetic field vector for half a period in the resonator for wireless power transmission of the present invention. FIG.
14 is a diagram illustrating an example of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
15 and 16 are graphs showing the transmission efficiency according to a distance change of the resonator for a wireless power transmission and the receiver of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

무선 전력 전송이 갖는 편리함 때문에 전 세계적으로 무선 전력 전송에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로, 송신코일에 대한 수신코일 각도의 변화에 따라서 상호 인덕턴스가 급격히 변한다. 즉, 각도에 따라 전송 효율이 변한다. 그러나, 실생활에서 각도의 변화는 당연하기 때문에 전 방향에서의 무선 전력 전송부가 필요하다.Due to the convenience of wireless power transmission, research on wireless power transmission has been actively conducted worldwide. Generally, the mutual inductance changes abruptly according to the change of the reception coil angle with respect to the transmission coil. That is, the transmission efficiency varies depending on the angle. However, since changes in angle in real life are obvious, wireless power transmission in all directions is necessary.

본 발명에서는 출력을 일정하게 하기 위해 십자구조로 설계하고 이를 이용하여 2차원 전 방향으로 공진이 일어날 수 있는 공진기를 제안하였다. In the present invention, a resonator that can generate resonance in two dimensions in all directions is proposed by designing a cross structure to make the output constant.

공진이란, 특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상을 말하며, 주파수가 같게 될 때에 강한 힘이 발생하는 현상을 말한다. 그러므로, 동일한 주파수를 갖는 두 개의 공진체는 매우 강한 결합을 하게 되는 현상을 갖고 있다. Resonance refers to a phenomenon in which an object having a specific frequency increases in amplitude while the same frequency is externally applied, and a strong force is generated when the frequency is equal. Therefore, two resonators having the same frequency have very strong coupling.

즉, 같은 주파수를 갖는 다른 공진 물체가 있으면, 에너지는 주파수를 공유하는 하나의 물체에서 또 다른 물체로 강하게 전달된다. 모든 물체는 이러한 고유진동수를 갖고 있으며 이 고유진동수에 해당하는 전파나 파동에 반응하고 흡수하는 성질을 갖고 있다.That is, if there is another resonant object with the same frequency, the energy is transmitted strongly from one object sharing frequency to another. All objects have these natural frequencies and have the property of reacting and absorbing the waves or waves corresponding to this natural frequency.

도 2를 참조하면, 공진형 방식의 무선 전력 전송 시스템의 등가회로를 보여주고 있다. 각각의 소자는 다음의 표 1과 같이 정의된다.2, there is shown an equivalent circuit of a resonant type wireless power transmission system. Each element is defined as shown in Table 1 below.

소자device 특성characteristic VV AC Voltage SourceAC Voltage Source Rl R l Ohmic Resistance of the LoopOhmic Resistance of the Loop Rr R r Radiation Resistance of the LoopRadiation Resistance of the Loop CC Capacitance of the ResonanceCapacitance of the Resonance MM Mutual Inductance between ResonatorsMutual Inductance between Resonators II Current Flowing on the LoopCurrent Flowing on the Loop LL Self-Inductance of the LoopSelf-Inductance of the Loop

공진을 기반으로 하는 무선 전력 전송 시스템의 성능인 전송 효율은 두 공진기 사이의 결합 계수(Coupling Factor: k)와 공진 Q-factor 특성에 영향을 받는다. 아래의 수학식 1은 자기장 공진 무선 전력 전송 시스템의 최소 손실을 나타낸다.The transmission efficiency, which is the performance of a resonant-based wireless power transmission system, is affected by the coupling factor (k) and resonant Q-factor characteristics between the two resonators. Equation 1 below represents the minimum loss of the magnetic resonance wireless power transmission system.

Figure 112015113040111-pat00001
Figure 112015113040111-pat00001

자기장 공진 무선 전력 전송 시스템의 경우, 일정한 거리를 두고 떨어져 있는 두 개의 송수신 코일이 동일한 주파수로 공진이 일어나면 공진 Q-factor 특성은 향상된다. 하지만, 두 개의 송수신 코일은 서로 떨어져 있으므로 전송 거리가 멀어질수록 송수신 공진기 간의 결합 계수는 급격히 감소하게 된다. In the case of a magnetic-field-resonant wireless power transmission system, resonance Q-factor characteristics are improved if two transmit and receive coils spaced apart at a certain distance resonate at the same frequency. However, since the two transmission and reception coils are spaced apart from each other, the coupling coefficient between the transmission and reception resonators decreases sharply as the transmission distance increases.

즉, 두 개의 송수신 공진기 간의 간격이 멀어지면서 발생하는 송수신 공진기 간의 결합 계수 감소를 두 개의 송수신 공진기가 동일한 주파수로 공진이 일어날 때 발생하는 향상된 공진 Q-factor 특성을 통하여 보상 가능하다. That is, the coupling coefficient reduction between the transmitting and receiving resonators occurring when the distance between the two transmitting and receiving resonators is distant can be compensated by the improved resonant Q-factor characteristic generated when the two transmitting and receiving resonators resonate at the same frequency.

그러므로, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송수신 코일 간의 간격이 멀어질 경우 결합 계수가 급격히 감소하여 전송 효율도 급격히 낮아진다. 하지만, 자기장 공진 무선 전력 전송의 경우 감소된 결합 계수를 향상된 공진 Q-factor 특성을 통하여 커플링 계수의 보상이 가능하므로, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송 보다 더 먼 전송 거리에서 높은 전송 효율을 설계할 수 있다. Therefore, in the case of the magnetic induction type wireless power transmission, when the distance between the transmitting and receiving coils becomes long, the coupling coefficient sharply decreases and the transmission efficiency also sharply decreases. However, in the case of magnetic resonance wireless power transmission, coupling coefficient can be compensated through improved coupling coefficient and improved resonance Q-factor characteristics. Therefore, higher transmission efficiency is designed at a longer transmission distance than that of the magnetic induction type wireless power transmission .

이는 수학식 1에서도 확인할 수 있다. k값이 작아지면 손실 값이 커지지만, 동시에 Q-factor 값이 증가하게 되면 손실 값이 유지되거나 감소하게 된다. 즉, Q-factor 값이 클수록 효율성이 높은 에너지 전송을 의미한다. 이상적으로 Q 값은 0에서 무한대의 값을 갖지만 일반적으로 1000 이상의 값을 갖기엔 기술적 어려움을 수반하고 있다. 또한, 공진 Q 값은 안테나의 크기에 따라 가장 큰 변화를 보이고 모양, 재질 및 동작 주파수에 따라 변한다. 다음의 수학식 2는 공진기의 Q-factor를 나타낸다.This can be confirmed from the equation (1). If the value of k decreases, the loss value becomes larger. However, if the Q-factor value increases at the same time, the loss value is maintained or decreased. That is, the higher the Q-factor value, the higher the energy transfer efficiency. Ideally, the Q value has a value of 0 to infinity, but it generally involves technological difficulties to have a value of 1000 or more. In addition, the resonance Q value shows the greatest change according to the size of the antenna, and changes depending on the shape, material, and operating frequency. The following equation (2) represents the Q-factor of the resonator.

Figure 112015113040111-pat00002
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일반적인 자기 공명 방식의 무선 전력 전송의 적용에서 송신코일과 수신코일이 마주보아야 유효한 전송 효율을 얻을 수 있다. 도 1을 참조하면, 송신코일 공진기가 단 평면 구조인 종래의 송신코일과 수신코일을 나타낸 것이다. Tx는 Transmitter의 약자로 송신기, 즉 송전코일을 나타내고 Rx는 Receiver의 약자로 수신기, 즉 수전코일을 나타낸다. θ는 수전 코일이 x-y평면에 대해 기울어지는 각도를 나타낸다.In the application of wireless power transmission of a general magnetic resonance method, the transmission coil and the reception coil must face each other to obtain effective transmission efficiency. Referring to FIG. 1, a conventional transmission coil and a reception coil in which a transmission coil resonator has a single plane structure are shown. Tx is an abbreviation of Transmitter, which represents a transmitter, that is, a transmission coil, and Rx stands for a receiver, which represents a receiver, that is, a receiver coil. and? represents the angle at which the receiving coils are inclined with respect to the x-y plane.

도 1의 시스템에 대해 수신코일의 각도 θ가 변화할 때, 송신코일과 수신코일간의 상호 인덕턴스가 급격히 감소함을 알 수 있다. 따라서, 이러한 단 평면구조에서 송신코일일 때 수신코일의 움직임에 따라 상호 인덕턴스의 변화가 생기고 전력 전송 효율이 결정된다. 즉, 수신기와 송신기가 이루는 각도가 수직에 가까워질수록 전력 전송 효율은 급 감하함을 확인할 수 있다. It can be seen that, when the angle &thetas; of the receiving coil is changed with respect to the system of FIG. 1, the mutual inductance between the transmitting coil and the receiving coil is drastically reduced. Therefore, in the single plane structure, mutual inductance is changed according to the movement of the receiving coil when the coil is a transmission coil, and the power transmission efficiency is determined. That is, it can be seen that as the angle between the receiver and the transmitter becomes closer to the vertical, the power transmission efficiency decreases drastically.

평면 구조의 자기공진방식 무선 전력 전송에서 송신 코일에 대한 수신 코일의 위치 및 배열에 따라서 상호 인덕턴스가 0이 되는 데드 존(Dead Zone)이 발생하는 것이다. 데드 존(Dead Zone)에서는 송신 코일에서 수신코일로 전력 전달이 이루어지지 않는다. 이는 무선 전력 전송 수신기의 자유도에 큰 문제를 야기한다.A dead zone is generated in which the mutual inductance becomes zero according to the position and arrangement of the receiving coil with respect to the transmitting coil in the planar self-resonant wireless power transmission. In the dead zone, no power is transferred from the transmit coil to the receive coil. This causes a large problem in the degree of freedom of the wireless power transmission receiver.

따라서, 무선 전력 전송에서의 가장 중요한 문제인 수신기의 자유도를 향상시키기 위해서 전방향 무선 전력 전송부의 필요성이 요구된다.Therefore, there is a need for an omnidirectional wireless power transmission unit to improve the degree of freedom of the receiver, which is the most important problem in wireless power transmission.

이를 위해 본 발명에 따른 무선 전력 전송용 공진기는 십자구조로 설계하고 이를 이용하여 2차원 전 방향으로 출력하고, 이것을 무선 전력 전송에 응용하여 한계점을 극복하고자 한다. 본 발명에 따른 x-y 평면 무선 전력 전송은 데드 존(Dead Zone)을 줄여서 수신 코일의 위치에 상관없이 전력이 전송될 수 있도록 설계하였다.To this end, a resonator for a wireless power transmission according to the present invention is designed with a cross structure, and outputs it in two-dimensional all directions using it, and it is tried to overcome the limit by applying it to a wireless power transmission. In the x-y plane wireless power transmission according to the present invention, the dead zone is reduced so that the power can be transmitted regardless of the position of the receiving coil.

도 3및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 공진기(1, 이하 송신 공진기)의 공진코일(20)은 위에서 바라보는 평면도 및 아래에서 바라보는 평면도에서 교차하지 않는 십자형 구조를 갖는다. 3 and 4, the resonance coil 20 of the resonator for radio power transmission 1 (hereinafter, referred to as a transmission resonator) according to an embodiment of the present invention includes a resonance coil 20, which does not intersect the plan view viewed from above and the plan view seen from below It has a cross-shaped structure.

상기 송신 공진기(1)는 기둥 형상의 공진체(10) 및 전원 소스(30)와 연결되고, 공진을 2차원 전 방향으로 방사하는 공진코일(20)을 포함한다. 상기 공진코일(20)은 전체가 하나의 코일로 이루어지며, 양단은 상기 전원 소스(30)와 연결된다. 그러나, 이와 다르게 상기 공진코일(20)과 일정 거리 이격되어 별도로 형성되는 전원인가 코일을 포함할 수도 있다.The transmission resonator 1 includes a resonance coil 20 connected to the columnar resonator 10 and the power source 30 and radiating the resonance two-dimensionally in all directions. The resonance coil 20 is composed of a single coil, and both ends are connected to the power source 30. However, it may include a power supply coil which is formed separately from the resonance coil 20 by a predetermined distance.

상기 공진코일(20)은 상기 공진체(10)의 아랫면, 옆면 및 윗면을 경유하고, 상기 기둥 형상의 공진체(10)의 중심선과 평행하도록 상기 옆면을 적어도 4번 경유한다. The resonance coil 20 passes through the lower surface, the side surface, and the upper surface of the resonator 10 at least four times so as to be parallel to the center line of the columnar resonator 10.

상기 공진체(10)는 각기둥 형상이거나 원기둥 형상일 수 있다. 도 4의 실시예에서는 상기 공진체(10)는 팔각기둥 형상을 갖는다.The resonator 10 may have a prismatic shape or a cylindrical shape. In the embodiment of Fig. 4, the resonator 10 has an octagonal columnar shape.

상기 팔각기둥 형상의 공진체(10)는 정팔각형의 윗면(100) 및 아랫면(300)과 8 개의 직사각형 옆면들(201 내지 208)을 갖는다. 이 경우, 상기 공진코일(20)이 제 1면(201)을 경유할 때, 상기 윗면(100)의 중심점(0)을 기준으로 상기 제 1면(201)과 직각의 내각을 이루는 제3면(203), 상기 제 1면(201)과 마주보는 제5면(205) 및 상기 중심점을 기준으로 상기 제5면(205)과 직각의 내각을 이루는 제 7면(207)을 경유한다.The octagonal columnar resonator 10 has a top surface 100 and a bottom surface 300 of octagonal shape and eight rectangular side surfaces 201 to 208. In this case, when the resonance coil 20 passes through the first surface 201, a third surface 201, which is an internal angle perpendicular to the first surface 201 with respect to the center point 0 of the top surface 100, A fifth surface 205 facing the first surface 201 and a seventh surface 207 forming an inner angle perpendicular to the fifth surface 205 with respect to the center point.

상기 옆면들을 경유할 때, 상기 공진코일(20)은 상기 공진체(10)의 중심선과 평행하게 각 옆면의 중심부를 경유할 수 있으며, 서로 중복되거나 교차하지 않는다. When passing through the side surfaces, the resonance coil 20 can pass through the center of each side surface parallel to the center line of the resonator 10, and do not overlap or cross each other.

도 5를 참조하면, 상기 윗면(100)에서 상기 공진코일(20)은 십자형 모양을 가지며, 서로 중복되거나 교차하지 않는다. 이는 마치, "ㄱ"자 형상 4개가 꼭지점을 맞닿은 모양이다. 도시하지는 않았으나, 상기 아랫면(300)의 상기 공진코일(20)의 모양도 동일하다.Referring to FIG. 5, in the upper surface 100, the resonance coil 20 has a cross shape and does not overlap or cross each other. It is as if the four "a" shapes meet the vertices. Although not shown, the shape of the resonance coil 20 of the lower surface 300 is also the same.

상기 공진코일(20)은 폐루프를 형성하며, 동일 폐루프를 2회 이상 경유할 수 있다. 다만, 상기 공진코일(20)은 서로 중복되거나 교차하지 않으므로 나선 구조를 가질 수 있다. 도 4에서는 상기 공진코일(20)을 5번 감은 것을 도시하였다. The resonance coil 20 forms a closed loop and can pass the same closed loop more than once. However, since the resonance coils 20 do not overlap or cross each other, they may have a spiral structure. 4, the resonance coil 20 is wound five times.

그러나, 상기 공진코일(20)이 감겨지는 방식은 일례에 불과하고, 교차하지 않는 십자 구조의 평면을 갖는 조건에서 필요한 방식으로 필요한 횟수만큼 경유할 수 있다. 상기 공진코일(20)은 상기 공진체(10)의 모든 면들 또는 일부 면들을 경유할 수 있고, 각 옆면의 경유 횟수는 동일할 수 있다.However, the manner in which the resonance coil 20 is wound is merely an example, and it is possible to pass the required number of times in a necessary manner in a condition having a cross-shaped plane that does not intersect. The resonance coil 20 can pass through all or some of the surfaces of the resonator 10, and the number of times of passage of the resonator 20 can be the same.

상기 공진체(10)는 속이 빈 형태로서, 유전체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 공진체(10)는 아크릴 또는 유리로 형성될 수 있다.The resonator 10 may be hollow and may be formed of a dielectric material. For example, the resonator 10 may be formed of acrylic or glass.

상기 공진체(10)는 이미 설명한 바와 같이 각기둥 형상이거나 원기둥 형상일 수 있으며, 이외 상기 공진코일(20)을 교차하지 않는 십자 구조로 감을 수 있는 어떠한 구조도 가능하다.The resonator 10 may have a prismatic shape or a columnar shape as described above, and may have any other structure capable of winding the resonator 10 in a cross structure that does not cross the resonance coil 20.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서 공진체(12)는 사각기둥 형상을 가지며, 공진코일(22)은 상기 사각기둥 형상의 공진체(12)의 모든 옆면을 동일한 수만큼 경유한다.6, the resonator 12 has a square pillar shape, and the resonance coil 22 passes all the side faces of the rectangular pillar-shaped resonator 12 by the same number .

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서 공진체(13)는 두 개의 플레이트들이 상기 중심선에서 직교하는 형상을 가지며, 공진코일(23)은 플레이트들의 옆면들을 경유한다.Referring to FIG. 7, as another embodiment of the present invention, the resonator 13 has a shape in which two plates are orthogonal to the center line, and the resonant coil 23 passes through the side surfaces of the plates.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서 공진체(14)는 원기둥 형상을 가지며, 공진코일(24)은 상기 원기둥 형상의 공진체(14)의 옆면에서 서로 마주보는 두 쌍으로 동일한 수만큼 경유한다.8, the resonator 14 has a cylindrical shape, and the resonance coil 24 has two identical pairs of opposing side faces on the side face of the cylindrical resonator 14 .

상기 도 6 내지 도 8의 공진체들의 형상은 예들에 불과하며, 공진코일을 십자형으로 감을 수 있는 조건에서 어느 형태로든 변환 가능하다.The shapes of the resonators shown in Figs. 6 to 8 are merely examples, and they can be transformed into any shape under the condition that the resonance coil can be wound in a cross shape.

상기 공진코일(20)이 십자형 형상을 가짐으로써, 상기 공진코일(20)에 전원이 인가되는 경우 2차원 전 방향으로 자계가 형성되어 2차원 전 방향의 무선 전력 전송이 가능하게 된다.When the resonance coil 20 has a cross shape, when a power is applied to the resonance coil 20, a magnetic field is formed in a two-dimensional all-direction direction, thereby enabling wireless power transmission in a two-dimensional forward direction.

일례로, 송신 공진기(1)의 크기는 가로×세로×높이가 200×200×200 mm이며, 지름이 1 mm인 리츠 와이어를 사용하였다. 상기 송신 공진기(1)의 코일 인덕턴스는 22.07 μH를 갖고 Q 값은 77.51이다. 이를 통해서 LC공진을 시켰다. 공진 주파수 6.63 MHz에서 반사특성 S11이 -29.7 dB를 나타냈다. 전력을 인가하여 자계분포를 확인하는 모의실험을 하였다.For example, the size of the transmission resonator 1 is 200 x 200 x 200 mm in width × height × height, and a Litz wire having a diameter of 1 mm is used. The coil inductance of the transmission resonator 1 is 22.07 μH and the Q value is 77.51. Through this, LC resonance was applied. The reflection characteristic S11 was -29.7 dB at a resonance frequency of 6.63 MHz. A simulation was conducted to confirm the magnetic field distribution by applying electric power.

도 9 내지 도 11은 전원 입력에 따른 상기 송신 공진기(1)의 각각의 평면에서의 자계 벡터 분포를 보여주는 도면들이다.9 to 11 are diagrams showing the distribution of the magnetic field vectors in the respective planes of the transmission resonator 1 according to the power input.

도 9를 참조하면, 0 내지 π의 반주기 동안의 전류 벡터 및 자기장 벡터를 나타내는 것으로, 전류가 흐르면서 상기 송신 공진기(1)의 내부 및 외부에 자기장이 형성되며, 외부 자기장 벡터는 각각 +x, -x, +y, -y 축으로 방사하고, 내부 자기장 벡터는 서로 결합하여 x-y 평면에서 45°및 225°방향의 사선으로 방사한다.Referring to FIG. 9, a current vector and a magnetic field vector for a half period of 0 to? Are shown, and a magnetic field is formed inside and outside the transmission resonator 1 with an electric current flowing. x, + y, and -y axes, and the inner magnetic field vectors combine with each other and radiate in oblique directions at 45 ° and 225 ° in the xy plane.

도 10을 참조하면, π 내지 2π의 반주기 동안의 전류 벡터 및 자기장 벡터를 나타내는 것으로, 전류가 흐르면서 상기 송신 공진기(1)의 내부 및 외부에 자기장이 형성되며, 외부 자기장 벡터는 각각 +x, -x, +y, -y 축으로 방사하고, 내부 자기장 벡터는 서로 결합하여 x-y 평면에서 135°및 315°방향의 사선으로 방사한다.Referring to FIG. 10, a current vector and a magnetic field vector for a half period of? 2? Are shown. A current is generated and a magnetic field is formed inside and outside the transmission resonator 1, x, + y, and -y axes, and the internal magnetic field vectors combine with each other and radiate in diagonal directions of 135 ° and 315 ° in the xy plane.

도 11을 참조하면, 한 주기 동안 송신 공진기(1)의 내부 자기장 벡터 합이 x-y평면 사선으로 발생하고, 송신 공진기(1)의 외부 자기장 벡터로 인해 +x, -x, +y, -y 으로 방사를 하므로, 2차원인 x-y 평면 전 방향에서 방사하게 된다. 이에 따라, 2차원 x-y 평면 전 방향에서 무선 전력 전송이 가능하게 된다11, the sum of the vector of the internal magnetic fields of the transmitting resonator 1 is generated in the xy-plane diagonal line for one period, and + x, -x, + y, and -y due to the external magnetic field vector of the transmitting resonator 1 Since it emits radiation, it radiates in all directions in two-dimensional xy plane. As a result, wireless power transmission is possible in the two-dimensional x-y plane forward direction

도 12 및 도 13은 본 발명의 무선 전력 전송용 공진기에서 반주기 동안의 자기장 벡터를 시뮬레이션한 도면들이다.FIGS. 12 and 13 are diagrams for simulating a magnetic field vector for half a period in the resonator for wireless power transmission of the present invention. FIG.

도 12를 참조하면, 0 내지 π의 반주기 동안의 자기장 벡터 발생에 대한 시뮬레이션 결과이고, 도 13을 참조하면, π 내지 2π의 반주기 동안의 자기장 벡터 발생에 대한 시뮬레이션 결과로서, 2차원 전 방향으로 방사가 되고 있음을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 12, a simulation result of a magnetic field vector generation during a half period of 0 to? Is shown. Referring to FIG. 13, as a simulation result of a magnetic field vector generation during a half period of? As shown in FIG.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템으로서 기둥 형상의 공진체(10)와 송신 공진코일(20)을 포함하는 송신 공진기(1)와 상기 송신 공진기(1)에 전원을 공급하는 전원 소스(30)를 포함하는 무선 전력 전송 장치 및 상기 송신 공진코일(20)과 커플링되어 전력을 수신하는 수신 공진코일(72)을 포함하는 수신기(7)로 이루어진다. 실 구현예에서, 상기 수신기(7)는 피충전 장치 또는 단말기 내부에 형성될 수 있다.FIG. 14 is a block diagram of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention, which includes a transmission resonator 1 including a columnar resonator 10 and a transmission resonant coil 20, And a receiver 7 including a wireless power transmission device including a power source 30 for receiving the power and a receiving resonant coil 72 coupled to the transmitting resonant coil 20 to receive power. In an actual implementation, the receiver 7 may be formed within the device to be charged or the terminal.

상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 수신기(7)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로 가로×세로×높이가 200×200×15 mm인 단일 판형(71)에 지름이 1 mm인 리츠 와이어를 사용한 수신 공진코일(72)을 15 턴 나선 구조로 구성하여 실험하였다. 이때, 공진 주파수는 6.78 MHz이다.The receiver 7, which receives power from the wireless power transmission apparatus, may have various shapes. For example, the receiving resonance coil 72 using a Litz wire having a diameter of 1 mm was formed in a single plate 71 having a width × length × height of 200 × 200 × 15 mm and having a 15-turn helical structure. At this time, the resonance frequency is 6.78 MHz.

상기 송신 공진기(1)는 가로×세로×높이가 200×200×200 mm의 크기로 형성되고, 1 mm인 리츠 와이어를 5턴 감은 도 4의 실시예로서 상기 송신 공진기(1)와 상기 수신기(7) 사이의 거리는 200 mm 이다.The transmission resonator 1 is formed in a size of 200 x 200 x 200 mm in width × height × height and 5 turns of a Litz wire of 1 mm in the embodiment of FIG. 4 as the transmission resonator 1 and the receiver 7) is 200 mm.

로그 스케일에서 S11은 -24.431 dB이고, S22는 -32.079 dB이다. 이때 송신 공진기(1)의 Q 값은 49.17이고, 수신기(7)의 Q 값은 78.42이다. 아래의 표 2는 송신 공진기(1)와 수신기(7)의 각도 변화에 따른 전송 효율을 나타낸다.In the logarithmic scale, S11 is -24.431 dB and S22 is -32.079 dB. At this time, the Q value of the transmission resonator 1 is 49.17 and the Q value of the receiver 7 is 78.42. Table 2 below shows the transmission efficiency according to the change in angle between the transmission resonator 1 and the receiver 7. [

송신 공진기와 수신기의 각도Angle of transmit resonator and receiver 0 ° 45°45 ° 90°90 ° 135°135 ° 180°180 ° 225°225 ° 270°270 DEG 315°315 ° S21(dB)S 21 (dB) -2.96-2.96 -2.65-2.65 -2.83-2.83 -2.66-2.66 -3.12-3.12 -2.62-2.62 -3.05-3.05 -2.65-2.65 전송 효율(%)Transmission efficiency (%) 50.5850.58 54.3354.33 52.1252.12 54.254.2 48.7548.75 54.754.7 49.5549.55 54.3354.33

각도 변화를 0°에서 315°까지 45° 간격으로 주고, 전송 효율을 측정하였다. 그 결과, 48.75 내지 54.7%로 전 방향에서 50% 정도의 균일한 값을 보였다. 내부 자기장의 결합으로 인해 사선으로 방사가 일어나기 때문에 +x, -x, +y, -y 축보다 전송 효율이 좋다.The transmission efficiency was measured by giving an angle change from 0 ° to 315 ° at intervals of 45 °. As a result, it was 48.75 to 54.7%, which is 50% uniform in all directions. The transmission efficiency is better than the + x, -x, + y, and -y axes because of the emission of diagonal lines due to the coupling of the internal magnetic field.

도 15 및 도 16은 본 발명에 따라 구현된 상기 송신 공진기(1)에서 측정된 전송 효율을 나타낸다.15 and 16 show the transmission efficiency measured in the transmission resonator 1 implemented according to the present invention.

도 15를 참조하면, 도 14와 같이 송신 공진기(1)와 수신기(7)가 마주보고 있을 때, 송신 공진기(1)와 수신기(7) 사이의 거리 변화에 따른 전송 효율을 나타내고, 도 16을 참조하면, 송신 공진기(1)를 45° 회전했을 때의 거리 변화에 따른 전송 효율을 나타낸다. Referring to FIG. 15, the transmission efficiency according to the change in distance between the transmission resonator 1 and the receiver 7 when the transmission resonator 1 and the receiver 7 face each other is shown in FIG. 14, The transmission efficiency is shown by the distance change when the transmission resonator 1 is rotated by 45 degrees.

사선 방향(45°, 135°, 225°, 315°)은 송신 공진기(1) 내부 자기장 벡터 합으로 인해 발생하기 때문에 +x, -x, +y, -y 축(0°, 90°, 180°, 270°)에 비해 상대적으로 높은 전송 효율을 보인다. 따라서, 0°와 45°로 나누어서 거리 변화에 따른 전송 효율을 확인하였다. 송신 공진기(1)와 수신기(7) 사이의 거리가 가까워지면서 스필릿 현상이 발생하는 것은 오버 커플링 때문이다.X, -x, + y, and -y axes (0 °, 90 °, 180 °) because the oblique directions (45 °, 135 °, 225 °, 315 °) occur due to the sum of the internal magnetic field vectors of the transmission resonator °, 270 °), respectively. Therefore, the transmission efficiency according to the distance variation was confirmed by dividing by 0 ° and 45 °. It is because of overcoupling that the spill-tick phenomenon occurs as the distance between the transmission resonator 1 and the receiver 7 approaches.

본 발명에 따른 송신 공진기는 x-y 전 방향으로 방사 특성을 갖는다. 구체적으로, 십자 구조를 사용하여 반주기씩 자기장 벡터가 변하게 함으로써, 전 방향 특성을 갖게 했고, 구조물에 공진 코일을 감는 회수 변화를 통해 전송 효율을 조절할 수 있다. 이에 따라, 종래 공진기와 비교하여 동일한 거리에서 균일한 전송 효율을 얻을 수 있고, 수신기는 송신기의 전 방향 방사에 의해 수신기의 자유도가 높아져 다양한 형태 및 형상의 단말기에 적용할 수 있다. The transmission resonator according to the present invention has a radiation characteristic in the x-y all directions. Specifically, by using a cross structure to change the magnetic field vector by half period, it has the omnidirectional characteristic, and the transmission efficiency can be controlled by changing the number of times the resonance coil is wound around the structure. Accordingly, uniform transmission efficiency can be obtained at the same distance as compared with the conventional resonator, and the receiver can be applied to terminals of various shapes and shapes because the degree of freedom of the receiver is increased by the omnidirectional radiation of the transmitter.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. You will understand.

본 발명은 무선 전력 전송에서 발생하는 데드 존(Dead Zone)을 줄여서 수신 코일의 위치에 상관없이 전력이 전송될 수 있도록 설계하였다. 이에 따라, 일반적인 무선 충전 방식이 갖고 있는 수신기 자유도 저하 문제를 해결함으로써 무선 충전 시장 활성에 기여할 것으로 기대된다.The present invention is designed to reduce the dead zone occurring in wireless power transmission so that power can be transmitted regardless of the position of the receiving coil. Accordingly, it is expected to contribute to the activity of the wireless charging market by solving the problem of lowering the degree of freedom of the receiver, which is a general wireless charging method.

1: 송신 공진기
10, 12, 13, 14: 공진체
20, 22, 23, 24: 공진코일
30, 32, 33, 34: 전원 소스
1: transmitting resonator
10, 12, 13, 14: Resonator
20, 22, 23, 24: resonant coil
30, 32, 33, 34: power source

Claims (15)

기둥 형상의 공진체; 및
전원 소스와 연결되고, 상기 공진체의 아랫면, 옆면 및 윗면을 경유하고, 상기 기둥 형상의 공진체의 중심선과 평행하도록 상기 공진체의 옆면을 적어도 4번 경유하여 상기 공진체의 윗면 및 상기 공진체의 아랫면에서 볼 때 교차하지 않는 십자형 구조를 갖는 공진코일을 포함하는, 무선 전력 전송용 공진기.
A columnar resonator; And
And the resonator is connected to a power source and passes through a lower surface, a side surface, and an upper surface of the resonator, and passes through the side surface of the resonator at least four times so as to be parallel to the center line of the columnar resonator, Wherein the resonator has a cross-shaped structure that does not intersect when viewed from the bottom of the resonator.
제1항에 있어서,
상기 공진코일은 상기 공진체의 상기 아랫면, 상기 옆면 및 상기 윗면을 경유하고, 상기 윗면, 상기 옆면 및 상기 아랫면을 경유하고, 상기 아랫면, 상기 옆면 및 상기 윗면을 경유하고, 상기 윗면, 상기 옆면 및 상기 아랫면을 경유하는 폐루프인, 무선 전력 전송용 공진기.
The method according to claim 1,
The resonance coil passes through the lower surface, the side surface, and the upper surface of the resonator, passes through the upper surface, the side surface, and the lower surface, passes through the lower surface, the side surface, and the upper surface, Wherein the resonator is a closed loop via the lower surface.
제2항에 있어서,
상기 공진코일은 상기 폐루프를 2 회 이상 경유하는, 무선 전력 전송용 공진기.
3. The method of claim 2,
Wherein said resonant coil passes said closed loop more than once.
제1항에 있어서,
상기 공진체는 각기둥 형상인, 무선 전력 전송용 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the resonator is a prismatic shape.
제1항에 있어서,
상기 공진체는 원기둥 형상인, 무선 전력 전송용 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the resonator is a columnar resonator.
제1항에 있어서,
상기 공진체는 두 개의 플레이트들이 상기 중심선에서 직교하는 형상인, 무선 전력 전송용 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the resonator has a shape in which two plates are orthogonal to the center line.
제1항에 있어서,
상기 공진체는 속이 빈 형태인, 무선 전력 전송용 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the resonator is hollow.
제1항에 있어서,
상기 공진체는 유전체로 형성되는, 무선 전력 전송용 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the resonator is formed of a dielectric.
제8항에 있어서,
상기 공진체는 아크릴 또는 유리로 형성되는, 무선 전력 전송용 공진기.
9. The method of claim 8,
Wherein the resonator is formed of acrylic or glass.
기둥 형상의 공진체;
전원을 공급하는 전원 소스; 및
전원 소스와 연결되고, 상기 공진체의 아랫면, 옆면 및 윗면을 경유하고, 상기 기둥 형상의 공진체의 중심선과 평행하도록 상기 공진체의 옆면을 적어도 4번 경유하여 상기 공진체의 윗면 및 상기 공진체의 아랫면에서 볼 때 교차하지 않는 십자형 구조를 갖는 공진코일을 포함하는, 무선 전력 전송 장치.
A columnar resonator;
A power source for supplying power; And
And the resonator is connected to a power source and passes through a lower surface, a side surface, and an upper surface of the resonator, and passes through the side surface of the resonator at least four times so as to be parallel to the center line of the columnar resonator, Wherein the resonant coil has a cross-shaped structure that does not intersect when viewed from the bottom side of the resonant coil.
제10항에 있어서,
상기 공진체는 원기둥 형상 또는 각기둥 형상인, 무선 전력 전송 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the resonator is a columnar or prismatic shape.
제10항에 있어서,
상기 공진체는 속이 빈 형태인, 무선 전력 전송 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the resonator is hollow.
기둥 형상의 공진체;
전원을 공급하는 전원 소스;
전원 소스와 연결되고, 상기 공진체의 아랫면, 옆면 및 윗면을 경유하고, 상기 기둥 형상의 공진체의 중심선과 평행하도록 상기 공진체의 옆면을 적어도 4번 경유하여 상기 공진체의 윗면 및 상기 공진체의 아랫면에서 볼 때 교차하지 않는 십자형 구조를 갖는 송신 공진코일; 및
상기 송신 공진코일과 커플링되어 전력을 수신하는 수신 공진코일을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
A columnar resonator;
A power source for supplying power;
And the resonator is connected to a power source and passes through a lower surface, a side surface, and an upper surface of the resonator, and passes through the side surface of the resonator at least four times so as to be parallel to the center line of the columnar resonator, A transmission resonance coil having a cross-shaped structure that does not intersect when viewed from the bottom side of the transmission resonance coil; And
And a receiving resonant coil coupled to the transmitting resonant coil to receive power.
제13항에 있어서,
상기 공진체는 원기둥 형상 또는 각기둥 형상인, 무선 전력 전송 시스템.
14. The method of claim 13,
Wherein the resonator is cylindrical or prismatic.
제13항에 있어서,
상기 수신 공진코일은 부하 단말기 내부에 형성되는, 무선 전력 전송 시스템.
14. The method of claim 13,
Wherein the receive resonant coil is formed inside the load terminal.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022034936A1 (en) * 2020-08-10 2022-02-17 엘지전자 주식회사 Wireless power transmission device
KR20220119221A (en) * 2021-02-19 2022-08-29 한양대학교 산학협력단 Wireless power receiving apparatus and wireless power transmitting/receiving system having the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4054319B2 (en) * 2004-03-29 2008-02-27 オリンパス株式会社 Power supply
KR20140031518A (en) 2012-09-03 2014-03-13 숭실대학교산학협력단 Wireless power receiver and wireless power transfer, wireless power tranceiver system and wireless power tranceiver mobile device
KR101395256B1 (en) * 2010-07-23 2014-05-16 한국전자통신연구원 Wireless energy transfer apparatus and making method therefor
KR20140129930A (en) 2013-04-30 2014-11-07 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 Apparatus and method for receiving wireless power
US8901778B2 (en) * 2008-09-27 2014-12-02 Witricity Corporation Wireless energy transfer with variable size resonators for implanted medical devices
KR20150110166A (en) * 2014-03-24 2015-10-02 엘지전자 주식회사 Wireless charging device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4054319B2 (en) * 2004-03-29 2008-02-27 オリンパス株式会社 Power supply
US8901778B2 (en) * 2008-09-27 2014-12-02 Witricity Corporation Wireless energy transfer with variable size resonators for implanted medical devices
KR101395256B1 (en) * 2010-07-23 2014-05-16 한국전자통신연구원 Wireless energy transfer apparatus and making method therefor
KR20140031518A (en) 2012-09-03 2014-03-13 숭실대학교산학협력단 Wireless power receiver and wireless power transfer, wireless power tranceiver system and wireless power tranceiver mobile device
KR20140129930A (en) 2013-04-30 2014-11-07 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 Apparatus and method for receiving wireless power
KR20150110166A (en) * 2014-03-24 2015-10-02 엘지전자 주식회사 Wireless charging device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022034936A1 (en) * 2020-08-10 2022-02-17 엘지전자 주식회사 Wireless power transmission device
KR20230091835A (en) * 2020-08-10 2023-06-23 엘지전자 주식회사 wireless power transmission device
EP4195454A4 (en) * 2020-08-10 2024-05-22 LG Electronics Inc. WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICE
US12155228B2 (en) 2020-08-10 2024-11-26 Lg Electronics Inc. Wireless power transmission device
KR102780309B1 (en) * 2020-08-10 2025-03-14 엘지전자 주식회사 Wireless power transmitter
KR20220119221A (en) * 2021-02-19 2022-08-29 한양대학교 산학협력단 Wireless power receiving apparatus and wireless power transmitting/receiving system having the same
KR102552239B1 (en) * 2021-02-19 2023-07-07 한양대학교 산학협력단 Wireless power receiving apparatus and wireless power transmitting/receiving system having the same

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