본 발명은, 공명 전력 신호 및 유도 전력 신호를 전송할 수 있는 하이브리드 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 하이브리드 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid wireless power transmission device capable of transmitting a resonant power signal and an inductive power signal, and a hybrid wireless power transmission system including the same.
무선 통신 기술의 발달로 언제 어디서나 누구나 원하는 모든 정보를 주고 받을 수 있는 유비쿼터스 정보 환경이 되고 있다. 하지만, 아직까지 통신 정보 기기들은 대부분 배터리에 의존하고 있고, 유선 전원 코드에 의한 전원을 공급받아 통신 정보 기기의 사용이 제한을 받고 있다.With the development of wireless communication technology, a ubiquitous information environment is being created where anyone can send and receive any information they want, anytime, anywhere. However, most communication information devices still rely on batteries and are powered by wired power cords, which limits the use of communication information devices.
따라서, 무선 정보 네트워크 환경은 단말기 전원에 대한 문제를 해결하지 않고서는 진정으로 자유로워질 수 없다.Therefore, the wireless information network environment cannot be truly free without solving the problem of terminal power supply.
이러한 문제점을 해결하기 위해 무선으로 전력을 전달하기 위한 많은 방식이 개발되고 있는데, 전파(Microwave)를 이용한 전파 수신형 방식, 자기장을 이용한 자기 유도 방식 또는 자기장과 전기장의 에너지 전환에 의한 자기 공명 방식 등이 대표적이다.To solve these problems, many methods for wirelessly transmitting power are being developed, including a radio reception method using microwaves, a magnetic induction method using magnetic fields, or a magnetic resonance method that converts the energy of magnetic and electric fields.
여기서, 전파 수신형 방식은 안테나를 통해 전파를 공기 중으로 방사함으로써 먼 거리까지 전력 전송 가능한 장점이 있으나, 공기 중에서 소모되는 방사 손실(Radiation loss)이 매우 커서 전력 전송의 효율성에 한계가 있다.Here, the radio reception method has the advantage of being able to transmit power over long distances by radiating radio waves into the air through an antenna, but the radiation loss consumed in the air is very large, so there is a limit to the efficiency of power transmission.
또한, 자기 유도 방식은 송신기로 전송 코일을 사용하고, 수신기로 2차 코일을 사용하여 1차 및 2차 코일에 의한 자기 에너지 결합을 이용한 기술로 높은 전력 전송의 효율성을 갖는 장점이 있으나, 전력 전송을 위해서 1차 및 2차 코일이 수 ㎜ 정도의 짧은 거리에 인접해 있어야 하며, 1차 및 2차 코일의 정렬에 따라 전력 전송의 효율성이 급격하게 변하는 단점이 있다.In addition, the magnetic induction method has the advantage of high power transmission efficiency as it uses a transmission coil as a transmitter and a secondary coil as a receiver and utilizes magnetic energy coupling by the primary and secondary coils, but has the disadvantage that the primary and secondary coils must be adjacent to each other at a short distance of several millimeters for power transmission and the efficiency of power transmission changes drastically depending on the alignment of the primary and secondary coils.
따라서, 최근에 자기 유도 방식과 유사하나 코일형의 인덕터(L)와 커패시터(C)에 의한 특정 공진 주파수에 에너지가 집중되게 하여 자기 에너지 형태로 전력을 송신하는 자기 공명 방식이 개발되고 있다. 이러한 자기 공명 방식은 비교적 큰 에너지를 수 미터까지 보낼 수 있다는 장점이 있으나, 높은 공진 특성(High quality factor)을 요구하고 있다. 즉, 자기 공명 방식은 임피던스 정합 여부, 공진 주파수 일치 여부에 따라 효율이 급격하게 변하는 단점이 있다.Therefore, a magnetic resonance method has been developed recently that transmits power in the form of magnetic energy by concentrating energy at a specific resonant frequency by a coil-shaped inductor (L) and capacitor (C), which is similar to the magnetic induction method. This magnetic resonance method has the advantage of being able to transmit relatively large amounts of energy to several meters, but it requires high resonance characteristics (high quality factor). In other words, the magnetic resonance method has a disadvantage in that its efficiency changes rapidly depending on whether the impedance is matched or the resonant frequency is matched.
특히, 자기 공명에 의한 충전과 유도에 의한 충전이 동시에 이루어지는 경우, 양자간의 자기 간섭현상으로 인하여 충전 효율이 좋지 않은 문제점이 있었다.In particular, when charging by magnetic resonance and charging by induction occur simultaneously, there was a problem of poor charging efficiency due to magnetic interference between the two.
본 발명은, 유도 전력 수신 장치와 자기공명 수신 장치 각각에 대하여 유도 전력 신호와 공명 전력 신호를 동시에 전송하여 동시 충전이 이루어질 수 있는, 공명 전력 신호 및 유도 전력 신호를 전송할 수 있는 하이브리드 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 하이브리드 무선 전력 전송 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a hybrid wireless power transmission device capable of transmitting a resonance power signal and an inductive power signal simultaneously to each of an inductive power receiving device and a magnetic resonance receiving device, thereby enabling simultaneous charging, and a hybrid wireless power transmission system including the same.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예인, 공명 전력 신호 및 유도 전력 신호를 전송할 수 있는 하이브리드 무선 전력 전송 장치는, 상기 유도 전력 신호를 전송하기 위해 구성된 유도 전력 전송부, 상기 유도 전력 전송부는 전송 코일과, 상기 전송 코일에 연결된 제 1 가변 커패시터 블록를 포함하고, ; 상기 공명 전력 신호를 전송하기 위해 구성된 자기 공명 전력 전송부, 상기 자기 공명 전력 전송부는, 안테나와 상기 전송 안테나에 연결된 제 2 가변 커패시터 블록를 포함하고; 및 충전 위치에 유도 전력 수신 장치가 위치함과 더불어서 충전 거리에 자기 공명 수신 장치가 위치하는 경우, 상기 제 1 가변 커패시터 블록와 상기 제 2 가변 커패시터 블록를 조절하면서, 상기 유도 전력 신호 및 상기 공명 전력 신호를 동시에 발진하도록 상기 유도 전력 전송부 및 상기 자기 공명 전력 전송부를 제어하는 전송 제어부를 포함할 수 있다.In order to solve the above-described problem, an embodiment of the present invention provides a hybrid wireless power transmission device capable of transmitting a resonance power signal and an inductive power signal, the device including: an inductive power transmission unit configured to transmit the inductive power signal, the inductive power transmission unit including a transmission coil and a first variable capacitor block connected to the transmission coil; a magnetic resonance power transmission unit configured to transmit the resonance power signal, the magnetic resonance power transmission unit including an antenna and a second variable capacitor block connected to the transmission antenna; and a transmission control unit that controls the inductive power transmission unit and the magnetic resonance power transmission unit to simultaneously oscillate the inductive power signal and the resonance power signal while adjusting the first variable capacitor block and the second variable capacitor block when the inductive power receiving device is located at a charging position and the magnetic resonance receiving device is located at a charging distance.
여기서, 제 1 가변 커패시터 블록와 상기 제 2 가변 커패시터 블록 각각은, 직병렬로 연결되는 복수의 커패시터; 및 상기 커패시터 사이에 배치되는 스위칭부를 포함할 수 있다.Here, each of the first variable capacitor block and the second variable capacitor block may include a plurality of capacitors connected in series and parallel; and a switching unit disposed between the capacitors.
여기서, 상기 하이브리드 무선 전력 전송 장치의 자기 공명 전송부는, 공명 수신 장치로부터의 공명 전력 상태 정보를 수신하기 위한 근거리 통신부를 더 포함하고, 상기 전송 제어부는, 상기 공명 전력 상태 정보와, 상기 전송 코일을 통해 수신되는 유도 전력 상태 정보에 기초하여, 상기 제 1 및 제 2 가변 커패시터 블록의 커패시턴스를 조절하여 임피던스 매칭을 시도할 수 있다.Here, the magnetic resonance transmission unit of the hybrid wireless power transmission device further includes a short-range communication unit for receiving resonance power state information from a resonance receiving device, and the transmission control unit can attempt impedance matching by adjusting the capacitance of the first and second variable capacitor blocks based on the resonance power state information and the inductive power state information received through the transmission coil.
여기서, 상기 전송 제어부는, 상기 제 1 및 제 2 가변 커패시터 블록의 커패시턴스를 랜덤하게 조절하여 임피던스 매칭을 시도하는, 공명 전력 신호 및 유도 전력 신호를 전송할 수 있는 하이브리드 무선 전력 전송 장치.A hybrid wireless power transmission device capable of transmitting a resonant power signal and an inductive power signal, wherein the transmission control unit attempts to perform impedance matching by randomly adjusting the capacitance of the first and second variable capacitor blocks.
여기서, 상기 전송 제어부는, 상기 제 2 가변 커패시터 블록의 임피던스 매칭을 우선적으로 행하고 난 뒤, 제 1 가변 커패시터 블록의 임피던스 매칭을 시도할 수 있다.Here, the transmission control unit may first perform impedance matching of the second variable capacitor block and then attempt impedance matching of the first variable capacitor block.
한편, 본 발명의 다른 실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 시스템은, 상술한 하이브리드 무선 전력 전송 장치; 수신 코일과, 상기 수신 코일과 연결된 제 3 가변 커패시터 블록 및 상기 제 3 가변 커패시터 블록의 커패시턴스를 조절하는 유도 수신 제어부를 포함하는, 유도 전력 수신 장치; 및 수신 안테나와, 상기 수신 안테나와 연결된 제 4 가변 커패시터 블록 및 상기 제 4 가변 커패시터 블록의 커패시턴스를 조절하는 공명 수신 제어부를 포함하는 자기 공명 수신 장치; 를 포함할 수 있다.Meanwhile, a hybrid wireless power transmission system, which is another embodiment of the present invention, may include: the hybrid wireless power transmission device described above; an inductive power reception device including a receiving coil, a third variable capacitor block connected to the receiving coil, and an inductive reception control unit that adjusts a capacitance of the third variable capacitor block; and a magnetic resonance reception device including a receiving antenna, a fourth variable capacitor block connected to the receiving antenna, and a resonance reception control unit that adjusts a capacitance of the fourth variable capacitor block.
여기서, 상기 유도 수신 제어부는, 상기 제 3 가변 커패시터 블록의 커패시턴스를 미세 조절할 수 있다.Here, the inductive receiving control unit can finely adjust the capacitance of the third variable capacitor block.
여기서, 상기 공명 수신 제어부는, 상기 제 4 가변 커패시터 블록의 커패시턴스를 미세 조절할 수 있다.Here, the resonance receiving control unit can finely adjust the capacitance of the fourth variable capacitor block.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따르면, 하이브리드 무선 전력 전송 장치는 충전 위치에 있는 유도 전력 수신 장치와 충전 거리에 있는 자기 공명 수신 장치에 대하여 동시에 무선 전력 신호를 전송하여 충전이 동시에 이루게 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention having the above-described configuration, a hybrid wireless power transmission device can simultaneously transmit a wireless power signal to an inductive power receiving device at a charging location and a magnetic resonance receiving device at a charging distance, thereby enabling simultaneous charging.
또한, 전송 코일과 전송 안테나가 동시에 동작됨으로써 발생할 수 있는 간섭현상을 커패시턴스 변경에 의해 보정함으로써, 공명 충전 및 유도 충전의 전송 효율을 극대화할 수 있다.In addition, the transmission efficiency of resonant charging and inductive charging can be maximized by compensating for interference that may occur when the transmitting coil and transmitting antenna operate simultaneously by changing the capacitance.
도 1은 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치에서의 공명 충전과 유도 충전이 동시에 이루어지는 경우를 설명하기 위한 도면.
도 2는, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치를 포함하는 무선 전력 전송시스템의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 3은, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치 중 유도 전력 전송부의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 4는, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치 중 자기 공명 전송부의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 5는, 도 2의 무선 전력 전송 시스템 중 유도 전력 수신 장치의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 6은, 도 2의 무선 전력 전송 시스템 중 공명 전력 수신 장치의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 7은, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치를 포함하는 무선 전력 전송시스템에 포함되는 제 1 내지 제 4의 가변 커패시터 블록의 회로도.FIG. 1 is a drawing for explaining a case where resonance charging and inductive charging are performed simultaneously in a hybrid wireless power transmission device, which is an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the electronic configuration of a wireless power transmission system including a hybrid wireless power transmission device, which is an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram for explaining the electronic configuration of an inductive power transmission unit of a hybrid wireless power transmission device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram for explaining the electronic configuration of a magnetic resonance transmission unit of a hybrid wireless power transmission device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram for explaining the electronic configuration of an inductive power receiving device in the wireless power transmission system of FIG. 2.
FIG. 6 is a block diagram for explaining the electronic configuration of a resonant power receiving device among the wireless power transmission systems of FIG. 2.
FIG. 7 is a circuit diagram of first to fourth variable capacitor blocks included in a wireless power transmission system including a hybrid wireless power transmission device, which is an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명인 공명 전력 신호 및 유도 전력 신호를 전송할 수 있는 하이브리드 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 하이브리드 무선 전력 전송 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a hybrid wireless power transmission device capable of transmitting a resonant power signal and an inductive power signal according to the present invention and a hybrid wireless power transmission system including the same will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치(100)에서의 공명 충전과 유도 충전이 동시에 이루어지는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치(100)는 전체적으로 직각 패널 형상을 가지며, 그 주면에는 충전 위치(A)가 형성된다. 이 충전 위치(A)에 유도 전력 수신 장치(200)가 놓이게 되면 유도 전력 신호가 발신되어서, 유도 전력 수신 장치(200)가 충전된다. 또한, 자기 공명 수신 장치(300)가 충전 거리(B) 내에 위치하게 되면 공명 전력 신호가 발신되어서 자기 공명 수신 장치(300)가 충전된다.FIG. 1 is a drawing for explaining a case where resonance charging and inductive charging are performed simultaneously in a hybrid wireless power transmission device (100) according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the hybrid wireless power transmission device (100) according to an embodiment of the present invention has an overall rectangular panel shape, and a charging position (A) is formed on the main surface thereof. When an inductive power receiving device (200) is placed at the charging position (A), an inductive power signal is transmitted, and the inductive power receiving device (200) is charged. In addition, when a magnetic resonance receiving device (300) is positioned within a charging distance (B), a resonance power signal is transmitted, and the magnetic resonance receiving device (300) is charged.
그런데, 이와 같이 두 개의 상이한 무선 전력 수신 장치(200,300)를 충전하게 되는 경우, 전송 안테나(121)와 전송 코일(111)간에 자기 간섭 현상이 발생하게 되고, 이에 따라 양자의 충전이 잘 이루어지지 않게 된다.However, when two different wireless power receiving devices (200, 300) are charged in this way, a magnetic interference phenomenon occurs between the transmission antenna (121) and the transmission coil (111), and thus the charging of the two does not occur properly.
이에 본 발명에서는, 자기 간섭을 보정할 수 있도록, 임피던스 매칭을 조절하게 된다. 이하에서는 이러한 임피던스 매칭 조절에 대하여 도 2 내지 도 7을 통해 보다 상세하게 설명하도록 한다.Accordingly, in the present invention, impedance matching is adjusted so as to compensate for magnetic interference. Hereinafter, such impedance matching adjustment will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 7.
도 2는, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치를 포함하는 무선 전력 전송시스템의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 무선 전력 전송 시스템은 하이브리드 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200,300)를 포함할 수 있다.FIG. 2 is a block diagram for explaining the electronic configuration of a wireless power transmission system including a hybrid wireless power transmission device, which is an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the wireless power transmission system, which is an embodiment of the present invention, may include a hybrid transmission device (100) and a wireless power reception device (200, 300).
하이브리드 무선 전력 전송 장치(100)는 유도 전력 신호를 출력하는 유도 전력 전송부(110)와, 공명 전력 신호를 전송할 수 있는 자기 공명 전송부(120), 그리고, 이들을 제어하는 전송 제어부(130)를 포함할 수 있다.A hybrid wireless power transmission device (100) may include an inductive power transmission unit (110) that outputs an inductive power signal, a magnetic resonance transmission unit (120) that can transmit a resonance power signal, and a transmission control unit (130) that controls them.
유도 전력 전송부(110)와 자기 공명 전송부(120) 각각은 임피던스 매칭을 위한 제 1 가변 커패시터 블록(113) 및 제 2 가변 커패시터 블록(123)을 포함할 수 있다.Each of the inductive power transmission unit (110) and the magnetic resonance transmission unit (120) may include a first variable capacitor block (113) and a second variable capacitor block (123) for impedance matching.
전송 제어부(130)는 충전 위치에 유도 전력 수신 위치(200)가 위치함과 더불어서 충전 거리(B)에 자기 공명 수신 장치(300)가 위치하는 경우, 상기 제 1 가변 커패시터 블록(113)과 상기 제 2 가변 커패시터 블록(123)을 조절하면서, 상기 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 동시에 발진하도록 상기 유도 전력 전송부(120) 및 상기 자기 공명 전송부(130)를 제어할 수 있다. 이 때, 전송 제어부(130)는, 상기 제 1 및 제 2 가변 커패시터 블록(113, 123)의 커패시턴스를 랜덤하게 조절하여 임피던스 매칭을 시도할 수도 있고, 임피던스 매칭이 보다 더 중요한 상기 제 2 가변 커패시터 블록(123)의 임피던스 매칭을 우선적으로 행하고 난 뒤, 제 1 가변 커패시터 블록(113)의 임피던스 매칭을 시도할 수도 있다.When the inductive power receiving position (200) is located at the charging position and the magnetic resonance receiving device (300) is located at the charging distance (B), the transmission control unit (130) can control the inductive power transmission unit (120) and the magnetic resonance transmission unit (130) to simultaneously oscillate the inductive power signal and the resonance power signal while controlling the first variable capacitor block (113) and the second variable capacitor block (123). At this time, the transmission control unit (130) can attempt impedance matching by randomly controlling the capacitance of the first and second variable capacitor blocks (113, 123), or can first attempt impedance matching of the second variable capacitor block (123), for which impedance matching is more important, and then attempt impedance matching of the first variable capacitor block (113).
무선 전력 수신 장치의 예로는 유도 전력 신호를 수신하는 유도 전력 수신 장치와, 공명 전력 신호를 수신하는 자기 공명 수신장치가 있다. 이들의 구성에 대해서는 후술하도록 한다.Examples of wireless power receiving devices include an inductive power receiving device that receives an inductive power signal and a magnetic resonance receiving device that receives a resonant power signal. The configurations of these will be described later.
도 3은, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치 중 유도 전력 전송부의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유도 전력 전송부(110)는, 전송 코일(111)과, 제 1 가변 커패시터 블록(113)을 포함할 수 있다. 전송 코일(111)을 유도 전력 신호를 전송하기 위한 구성요소이며, 제 1 가변 커패시터 블록(113)은 전송 제어부(130)의 제어에 의하여 전송 코일(111)과 무선 전력 수신 장치의 수신 코일(210)과의 임피던스 매칭을 위하여 커패시턴스 값이 변경되는 구성요소이다. 여기서 제 1 가변 커패시터 블록(113)은 비교적 큰값으로 변경되고, 수신 코일(210)에 연결되는 제 3 커패시터 블록(220)은 비교적 적은 값으로 변경됨으로써, 임피던스 매칭이 보다 용이하게 이루어질 수 있다(도 5참조).FIG. 3 is a block diagram for explaining the electronic configuration of an inductive power transmission unit of a hybrid wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 3, the inductive power transmission unit (110) may include a transmission coil (111) and a first variable capacitor block (113). The transmission coil (111) is a component for transmitting an inductive power signal, and the first variable capacitor block (113) is a component whose capacitance value is changed for impedance matching between the transmission coil (111) and the reception coil (210) of the wireless power receiving device under the control of the transmission control unit (130). Here, the first variable capacitor block (113) is changed to a relatively large value, and the third capacitor block (220) connected to the reception coil (210) is changed to a relatively small value, so that impedance matching can be more easily achieved (see FIG. 5).
한편, 유도 전력 전송부(110)의 전송 코일(111)은 ASK 통신 방식으로, 유도 전력 수신 장치(200)로부터의 유도 전력 상태 정보를 수신할 수 있게 된다. 이러한 유도 전력 상태 정보는 전송 제어부에 알리게 되며, 이에 따라 전송 제어부(130)는 임피던스 매칭을 조절하여 전력 전송 효율을 극대화할 수 있게 된다.Meanwhile, the transmission coil (111) of the inductive power transmission unit (110) can receive inductive power status information from the inductive power reception device (200) in the ASK communication method. This inductive power status information is reported to the transmission control unit, and accordingly, the transmission control unit (130) can maximize power transmission efficiency by adjusting impedance matching.
도 4는, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치 중 자기 공명 전송부의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자기 공명 전송부(120)는, 전송 안테나(121)과, 제 2 가변 커패시터 블록(123)과 자기 공명 수신 장치(300)로부터의 공명 전력 상태정보를 수신하기 위한 근거리 통신부(125)를 포함할 수 있다.FIG. 4 is a block diagram for explaining the electronic configuration of a magnetic resonance transmission unit of a hybrid wireless power transmission device, which is an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the magnetic resonance transmission unit (120) may include a transmission antenna (121), a second variable capacitor block (123), and a short-range communication unit (125) for receiving resonance power status information from a magnetic resonance receiving device (300).
전송 안테나(121)는 공명 전력 신호를 전송하기 위한 구성요소이며, 제 2 가변 커패시터 블록(123)은 전송 제어부(130)의 제어에 의하여 전송 안테나(121)와 자기 공명 수신 장치(300)의 수신 안테나(310)와의 임피던스 매칭을 위하여 커패시턴스 값이 변경되는 구성요소이다. 여기서 제 2 가변 커패시터 블록(123)은 비교적 큰값으로 변경되고, 수신 안테나(310)에 연결되는 제 4 커패시터 블록(320)은 비교적 적은 값으로 변경됨으로써, 임피던스 매칭이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.The transmission antenna (121) is a component for transmitting a resonance power signal, and the second variable capacitor block (123) is a component whose capacitance value is changed for impedance matching between the transmission antenna (121) and the reception antenna (310) of the magnetic resonance receiving device (300) under the control of the transmission control unit (130). Here, the second variable capacitor block (123) is changed to a relatively large value, and the fourth capacitor block (320) connected to the reception antenna (310) is changed to a relatively small value, so that impedance matching can be achieved more easily.
또한 근거리 통신부(125)는, 자기 공명 수신 장치(300)의 근거리 통신모듈(350)을 통해 전송되는 공명 전력 상태 정보를 수신하여 이를 전송 제어부로 알린다. 이에 따라, 전송 제어부(130)는, 상기 공명 전력 상태 정보에 기초하여 임피던스 매칭을 조절하게 된다.In addition, the short-range communication unit (125) receives resonance power status information transmitted through the short-range communication module (350) of the magnetic resonance receiving device (300) and reports the same to the transmission control unit. Accordingly, the transmission control unit (130) adjusts impedance matching based on the resonance power status information.
도 5는 도 2의 무선 전력 전송 시스템 중 유도 전력 수신 장치의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예와 관련된 유도 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(210), 제 3 가변 커패시터 블록(220), 정류부(230), 부하(240) 및 유도 수신 제어부(250)를 포함할 수 있다.FIG. 5 is a block diagram for explaining the electronic configuration of an inductive power receiving device in the wireless power transmission system of FIG. 2. As illustrated in FIG. 5, an inductive power receiving device (200) related to an embodiment of the present invention may include a receiving coil (210), a third variable capacitor block (220), a rectifier (230), a load (240), and an inductive receiving control unit (250).
여기서, 도 3에서 설명된 부분과 중복되는 구성요소에 대하여는 그 설명을 생략하도록 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유도 수신 제어부(250)는, 부하(240)로부터의 충전 상태를 감지하여 유도 전력 상태 정보를 생성하고 수신 코일(210)을 통해 이를 ASK 통신 신호로 전송할 수 있다. 또한, 수신 코일(210)을 통해 수신되는 전송 장치(100)로부터의 상태 정보에 기초하여 제 3 가변 커패시터 블록(220)의 커패시턴스를 조절하게 된다. 이 때, 제 3 가변 커패시터 블록(220)의 커패시턴스는 미세 조절되게 된다.Here, descriptions of components overlapping with those described in FIG. 3 are omitted. As illustrated in FIG. 3, the inductive reception control unit (250) can detect a charging state from a load (240) to generate inductive power state information and transmit it as an ASK communication signal through the receiving coil (210). In addition, the capacitance of the third variable capacitor block (220) is adjusted based on the state information from the transmitting device (100) received through the receiving coil (210). At this time, the capacitance of the third variable capacitor block (220) is finely adjusted.
이에 따라, 공명 전력신호와 유도 전력 신호가 동시에 발진되어서 임피던스 매칭이 비틀어지는 경우, 이에 따른 임피던스 매칭이 조절되므로, 전력 전송효율을 극대화할 수 있게 된다.Accordingly, when the resonant power signal and the induced power signal are oscillated simultaneously and the impedance matching is distorted, the impedance matching is adjusted accordingly, so that the power transmission efficiency can be maximized.
이와 같이 구성함으로써, 제 3 가변 커패시터 블록(220)에 의해 임피던스 매칭된수신 코일(210)을 통해 수신되는 전력 신호는 정류부(230)에서 직류 전원으로 정류되어서 부하로 공급되게 되고, 이에 따라 부하가 충전되게 된다.By configuring in this way, the power signal received through the impedance-matched receiving coil (210) by the third variable capacitor block (220) is rectified into a DC power source by the rectifier (230) and supplied to the load, thereby charging the load.
도 6은, 도 2의 무선 전력 전송 시스템 중 공명 전력 수신 장치의 전자적인 구성을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예와 관련된 자기 공명 수신 장치(300)는, 수신 안테나(310), 제 4 가변 커패시터 블록(320), 정류부(330), 부하(340), 근거리 통신 모듈(350) 및 공명 수신 제어부(360)를 포함할 수 있다.FIG. 6 is a block diagram for explaining the electronic configuration of a resonance power receiving device in the wireless power transmission system of FIG. 2. As illustrated in FIG. 6, a magnetic resonance receiving device (300) related to an embodiment of the present invention may include a receiving antenna (310), a fourth variable capacitor block (320), a rectifier (330), a load (340), a short-range communication module (350), and a resonance receiving control unit (360).
여기서, 도 4에서 설명된 부분과 중복되는 구성요소에 대하여는 그 설명을 생략하도록 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 공명 수신 제어부(360)는, 부하(340)로부터의 충전 상태를 감지하여 공명 전력 상태 정보를 생성하고 이를 근거리 통신 모듈(350)을 통해 하이브리드 전송 장치(100)로 전송하게 된다. 또한, 근거리 통신 모듈(350)을 통해 수신되는 전송 장치(100)로부터의 상태 정보에 기초하여 제 4 가변 커패시터 블록(320)의 커패시턴스를 조절하게 된다. 이 때, 제 4 가변 커패시터 블록(320)의 커패시턴스는 미세 조절되게 된다.Here, descriptions of components overlapping with those described in FIG. 4 are omitted. As illustrated in FIG. 6, the resonance reception control unit (360) detects the charging status from the load (340) to generate resonance power status information and transmits it to the hybrid transmission device (100) through the short-range communication module (350). In addition, the capacitance of the fourth variable capacitor block (320) is adjusted based on the status information from the transmission device (100) received through the short-range communication module (350). At this time, the capacitance of the fourth variable capacitor block (320) is finely adjusted.
이에 따라, 공명 전력신호와 유도 전력 신호가 동시에 발진되어서 임피던스 매칭이 비틀어지는 경우, 이에 따른 임피던스 매칭이 조절되므로, 전력 전송효율을 극대화할 수 있게 된다.Accordingly, when the resonant power signal and the induced power signal are oscillated simultaneously and the impedance matching is distorted, the impedance matching is adjusted accordingly, so that the power transmission efficiency can be maximized.
이와 같이 구성함으로써, 제 4 가변 커패시터 블록(320)에 의해 임피던스 매칭된 수신 안테나(310)를 통해 수신되는 전력 신호는 정류부(330)에서 직류 전원으로 정류되어서 부하(340)로 공급되게 되고, 이에 따라 부하(340)가 충전되게 된다.By configuring in this manner, the power signal received through the receiving antenna (310) impedance-matched by the fourth variable capacitor block (320) is rectified into a DC power source in the rectifier (330) and supplied to the load (340), thereby charging the load (340).
이하에서는, 가변 커패시터 블록의 회로구성에 대하여 도 7를 참조하여 설명하도록 한다. 도 7에서 설명하는 가변 커패스터 블록은 도 1 내지 6에서 설명한 제 1 내지 4 커패시터 블록에 모두 적용될 수 있는 예들이다.Hereinafter, the circuit configuration of the variable capacitor block will be described with reference to Fig. 7. The variable capacitor block described in Fig. 7 is an example that can be applied to all of the first to fourth capacitor blocks described in Figs. 1 to 6.
도 7은, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 무선 전력 전송 장치를 포함하는 무선 전력 전송시스템에 포함되는 제 1 내지 제 4의 가변 커패시터 블록의 회로도이다.FIG. 7 is a circuit diagram of first to fourth variable capacitor blocks included in a wireless power transmission system including a hybrid wireless power transmission device, which is an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 유도 전력 신호 및 공명 전력 신호를 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 시스템의 가변 커패시터 블록은, 다수의 직병렬로 연결되는 커패시터(C1~C4)와, 커패시터 사이에 배치되는 스위치(S1,S2)로 구성될 수 있다. 이상과 같이 구성함으로써 보다 적은수의 커패시터로도 다양한 값의 커패시턴스를 조합할 수 있게 된다. 이에 따라 부품 점수가 적게 되어서, 제품의 경량화 및 박형화에 기여할 수 있게 된다.As illustrated in FIG. 7, a variable capacitor block of a wireless power transmission system capable of transmitting and receiving an inductive power signal and a resonant power signal, which is an embodiment of the present invention, may be composed of a plurality of capacitors (C1 to C4) connected in series and parallel, and switches (S1, S2) arranged between the capacitors. By configuring as described above, it is possible to combine capacitances of various values with a smaller number of capacitors. Accordingly, the number of parts is reduced, which can contribute to the weight reduction and thinning of the product.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따르면, 하이브리드 무선 전력 전송 장치는 충전 위치에 있는 유도 전력 수신 장치와 충전 거리에 있는 자기 공명 수신 장치에 대하여 동시에 무선 전력 신호를 전송하여 충전이 동시에 이루게 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention having the above-described configuration, a hybrid wireless power transmission device can simultaneously transmit a wireless power signal to an inductive power receiving device at a charging location and a magnetic resonance receiving device at a charging distance, thereby enabling simultaneous charging.
또한, 전송 코일과 전송 안테나가 동시에 동작됨으로써 발생할 수 있는 간섭현상을 커패시턴스 변경에 의해 보정함으로써, 공명 충전 및 유도 충전의 전송 효율을 극대화할 수 있다.In addition, the transmission efficiency of resonant charging and inductive charging can be maximized by compensating for interference that may occur when the transmitting coil and transmitting antenna operate simultaneously by changing the capacitance.
상기와 같이 설명된 공명 전력 신호 및 유도 전력 신호를 전송할 수 있는 하이브리드 무선 전력 전송 장치 및 이를 포함하는 하이브리드 무선 전력 전송 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The hybrid wireless power transmission device capable of transmitting the resonant power signal and the inductive power signal described above and the hybrid wireless power transmission system including the same are not limited to the configurations and methods of the embodiments described above, and the embodiments may be configured by selectively combining all or part of the embodiments so that various modifications can be made.
A : 충전 위치
B : 충전 거리
100 : (하이브리드) 무선 전력 전송 장치
110 : 유도 전력 전송부
111 : 전송 코일
113 : 제 1 가변 커패시터 블록
120 : 자기 공명 전송부
121 : 전송 안테나
123 : 제 2 가변 커패시터 블록
125 : 근거리 통신부
200 : 유도 전력 수신 장치
210 : 수신 코일
220 : 제 3 가변 커패시터 블록
230 : 정류부
240 : 부하(배터리)
250 : 유도 수신 제어부
300 : 자기 공명 수신 장치
310 : 수신 안테나
320 : 제 4 가변 커패시터 블록
330 : 정류부
340 : 부하
350 : 근거리 통신 모듈
360 : 공명 수신 제어부A: Charging location
B: Charging distance
100 : (Hybrid) Wireless Power Transfer Device
110 : Inductive power transmission unit
111 : Transmitting coil
113: 1st variable capacitor block
120 : Magnetic resonance transmission unit
121 : Transmitting antenna
123: Second variable capacitor block
125: Short-range communication unit
200 : Inductive power receiving device
210 : Receiver coil
220: 3rd variable capacitor block
230 : Bus stop
240 : Load (Battery)
250 : Inductive receiving control unit
300 : Magnetic resonance receiving device
310 : Receiving antenna
320: 4th variable capacitor block
330 : Bus stop
340 : Subordinate
350 : Short-range communication module
360: Resonance Reception Control Unit
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