KR20210073684A - Wireless power transfer system with multiple power receivers - Google Patents

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KR20210073684A
KR20210073684A KR1020190163966A KR20190163966A KR20210073684A KR 20210073684 A KR20210073684 A KR 20210073684A KR 1020190163966 A KR1020190163966 A KR 1020190163966A KR 20190163966 A KR20190163966 A KR 20190163966A KR 20210073684 A KR20210073684 A KR 20210073684A
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유흥균
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a wireless power transmission system including a power supply station for receiving power from a power supply source to transmit wireless power, and multiple power receivers for receiving the wireless power transmitted from the power supply station, wherein each power receiver transmits a pilot signal, which is a wireless power transmission request signal, to the power supply station, and transmits a pilot signal including unique ID information of the power receiver and information that encodes a current voltage level to the power supply station, and the power supply station checks the amount of power amount information for each power receiver by analyzing the pilot signal received by each power receiver, and adjusts the power transmission time for transmitting power to each power receiver according to the power amount for each power receiver. According to the present invention, problems such as urgency and priority of power supply are solved, the performance of the wireless power transmission network is secured, and high-efficiency wireless power transmission is implemented.

Description

다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템 {Wireless power transfer system with multiple power receivers}Wireless power transfer system including a plurality of power receivers {Wireless power transfer system with multiple power receivers}

본 발명은 무선전력전송에서 안테나와 같은 전송장치를 사용하는 전자기파 방식에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 전력 수신기에 효율적으로 전력을 전송하여 전체 무선전력 전송의 효율과 시스템 운영 효율을 개선시키는 전송 기술과 그 장치구성에 관한 것이다. The present invention relates to an electromagnetic wave method using a transmission device such as an antenna in wireless power transmission, and more particularly, a transmission that efficiently transmits power to a plurality of power receivers to improve overall wireless power transmission efficiency and system operation efficiency It is about technology and its device configuration.

기본적으로 마이크로파 대역에서 안테나와 같은 전송장치를 이용하는 무선전력전송 기술은 전력전송효율을 높이기 위하여, 많은 수의 안테나를 이용하여 빔포밍(beamforming)과 같은 기술로 전력을 집중시켜서 전송한다. Basically, a wireless power transmission technology using a transmission device such as an antenna in a microwave band concentrates and transmits power using a technology such as beamforming using a large number of antennas in order to increase power transmission efficiency.

빔포밍 기술은 두 가지로 구분할 수 있는데, 파일럿 신호등을 이용하여 전력수신기의 방향과 위치를 추정하여 전력을 전송하는 일반적인 빔포밍 기술과, 파일럿신호 방향으로 그대로 전력을 송출하는 역지향성 어레이 안테나 기술(RDA, retrodirective arrary antenna)이다. The beamforming technology can be divided into two types: a general beamforming technology that transmits power by estimating the direction and location of a power receiver using a pilot signal, and a reverse directional array antenna technology that transmits power in the direction of the pilot signal ( RDA, retrodirective array antenna).

이러한 기존의 두 가지 빔포밍 기술이 거리가 짧고 전력 수신기가 1개인 경우에는 어느 정도 성능을 보이는 것이 사실이지만, 실용적으로 사용하기에는 아직 극복해야 할 문제점이 많다, 더욱이 많은 수의 전력수신기가 있는 상황에서는 곤란한 점이 더 많다. Although it is true that these two existing beamforming technologies show some performance when the distance is short and there is only one power receiver, there are still many problems to be overcome for practical use. There are many more difficulties

그리고 기존 방식으로, 시간 분할 다중 전력전송 방식, 전력전송공간과 정보전송공간을 나눠서 처리하는 공간분할 관리 방식, 거리에 따른 전력제어 전송 방식 등이 있으나, 실제 사용하기에 문제점이 많고, 전력 전송 효율 등 각 방식에서 중대한 결정적 문제점이 있다. 즉, 기존 기술은 다수의 많은 각각 전력 수신기의 보유 전력량을 전혀 알지 못하는 상태에서 무선전력 전송을 하는 시스템이므로, 전력 공급의 시급성, 우선 순위 등의 문제를 해결할 수 없으며, 전체 무선전력 전송 네트워크의 성능확보와 효율을 기대하기 어렵다는 문제점이 있다. In addition, there are a time division multiple power transmission method, a space division management method for dividing the power transmission space and the information transmission space, and a power control transmission method according to distance, but there are many problems in practical use and power transmission efficiency There are significant critical problems with each method. That is, the existing technology is a system that transmits power wirelessly without knowing the amount of power possessed by each power receiver, so it cannot solve problems such as urgency and priority of power supply, and the performance of the entire wireless power transmission network There is a problem in that it is difficult to expect security and efficiency.

무선전력전송과 관련된 기술 중에서 전자기파 방식은 안테나와 그와 관련되는 전송장치를 사용하여 전력수신기가 있는 방향으로 빔포밍하여 전력을 전송한다. 기존 전자기파 방식을 사용하는 무선전력전송에서, 다음과 같은 기존 기술을 사용하여 무선전력전송 효율을 향상하고, 개선하려하고 있으나 불충분한 성능과 매우 낮은 효율로 제한적인 조건에서만 동작되는 것이 사실이다. Among the technologies related to wireless power transmission, the electromagnetic wave method transmits power by beamforming in the direction of the power receiver using an antenna and a related transmission device. In wireless power transmission using the existing electromagnetic wave method, the following existing technologies are used to improve and improve wireless power transmission efficiency, but it is true that it operates only under limited conditions due to insufficient performance and very low efficiency.

기존 전자기파 방식을 사용하는 무선전력전송과 관련된 전자기파 방식의 종류를 설명하면 다음과 같다. The types of electromagnetic wave methods related to wireless power transmission using the existing electromagnetic wave method are as follows.

첫번째 방식은 가장 기본적인 빔포밍 방식이다. The first method is the most basic beamforming method.

이 방식은 전력 요청 수신기가 전력 송신기쪽으로 신호를 보내서 자신의 방향으로 빔포밍을 하여 전력전송을 요청하는 것이다. 기본 빔포밍 방식에서는 일정 크기와 전력 요청 기준신호로 비컨신호(Beacon signal)나 파일럿 신호 (Pilot signal)를 사용하고, 이런 신호를 수신한 전력 송신기는 이 신호를 분석하고 추정하여, 전력 수신기의 방향과 위치를 결정하고, 그 쪽으로 전력을 공급하는 것이다. In this method, the power request receiver sends a signal to the power transmitter and performs beamforming in its own direction to request power transmission. In the basic beamforming method, a beacon signal or a pilot signal is used as a reference signal with a certain size and a power request, and the power transmitter that receives such a signal analyzes and estimates this signal to determine the direction of the power receiver. It determines the location and location, and supplies power to it.

기본 빔포밍 방식은 거리가 짧고, 전력 수신기가 1개인 경우에는 어느 정도 성능을 보이는 것이 사실이지만, 실용적으로 사용하기에는 아직 극복해야 할 문제점이 많다. 더욱이, 많은 수의 전력수신기가 있는 상황에서는 더욱 곤란한 문제점이 야기된다. 또한 이 방식은 전력 요청의 정도가 급한 수신기와 덜한 수신기를 구분할 수 있는 방식이 아니고, 전력 공급의 시급성 문제를 해결하지 못하므로, 전체 무선전력 전송 네트워크의 성능확보와 효율을 기대하기 어렵다. Although it is true that the basic beamforming method has a short distance and shows some performance when there is only one power receiver, there are still many problems to be overcome for practical use. Moreover, a more difficult problem arises in a situation where there are a large number of power receivers. In addition, this method is not a method that can distinguish a receiver with an urgent degree of power request from a receiver with a low level of power request, and does not solve the problem of urgency of power supply.

두번째 방식은 역지향성 어레이 안테나 기술(RDA, retrodirective arrary antenna)을 사용하는 빔포밍 방식으로서, 기본 빔포밍 방식과 유사하지만 분명한 차이점이 있다. 즉, 이 방식은 전력 요청 수신기가 전력 송신기쪽으로 일정 크기와 전력 요청 기준신호로서 비컨신호(Beacon signal)나 파일럿 신호 (Pilot signal)를 보내서 자신의 방향으로 빔포밍을 하여 전력전송을 요청하는 것은 기본 빔포밍 방식과 동일하되, 이 신호를 수신한 전력 송신기는 이 신호를 추정하지 않는 역지향성 어레이 안테나 기술(RDA: retrodirective arrary antenna)을 사용하여, 전력 요청 기준신호 방향으로 그대로 전력을 무선전송하는 기술이다. 이 방식은 채널 추정을 하지 않으므로 매우 간단하고 신속하며, 수신기의 사전 정보를 알 필요가 없는 장점이 있다. 그러나, 이 방식도 전력 수신기가 1개일 때는 잘 동작될 수 있지만, 무선환경에서 전력 수신기가 많아지면 신호들을 구분하기 어려워진다는 문제점이 있다. 더욱이 전력 요청의 정도가 급한 수신기와 덜한 수신기를 구분할 수 있는 방식이 아니어서, 때로는 전력 공급이 잘 되지 않으므로, 전체 무선전력 전송 네트워크의 효율성과 성능확보를 기대하기 어렵다는 문제점이 있다. The second method is a beamforming method using a retrodirective array antenna technology (RDA). It is similar to the basic beamforming method, but there is a clear difference. That is, in this method, the power request receiver sends a beacon signal or a pilot signal as a reference signal with a certain size and a power request to the power transmitter to perform beamforming in its own direction to request power transmission. It is the same as the beamforming method, except that the power transmitter receiving this signal uses a retrodirective array antenna (RDA) technology that does not estimate this signal, and wirelessly transmits power in the direction of the power request reference signal. to be. Since this method does not perform channel estimation, it is very simple and fast, and has the advantage of not needing to know the prior information of the receiver. However, this method can also work well when there is only one power receiver, but there is a problem in that it becomes difficult to distinguish signals when there are many power receivers in a wireless environment. Moreover, there is a problem in that it is difficult to expect the efficiency and performance of the entire wireless power transmission network because it is not a method for distinguishing between a receiver with an urgent power request and a receiver with a low power request, and sometimes power is not supplied well.

세번째 방식은 시간 분할 방식을 이용하여 여러 전력 수신기에 무선 전력을 전송하는 방법이다. 이러한 기존의 시간 분할 방식은 기본적으로 커플링 방식이거나, 공진형 방식에서 사용하는 것으로서, 안테나와 그와 관련되는 전송장치를 사용하는 전자기파 방식과 다르다. 이처럼 기존 방식은 커플링 방식이거나 공진형 방식이어서, 무선 전력 전송 거리에 커다란 제한이 있다. 즉, 일정하고 균등한 시간 간격으로 전력을 전송하거나, 하나의 수신기가 동작하는 경우, 나머지 수신기는 오프(off)가 되게 제어하는 동작 과정이 필수적이므로, 전력 수신기들이 서로 연결이 되지 않으면, 서로 전력 요구 모드로 동작하게 되어 집중적 전력 전송이 불가능해진다. 따라서, 이 방식은 수신기들 전체를 관리해서 전력 수신 우선 순위를 배정하는 컨트롤러, 혹은 이에 해당하는 장치의 관리가 필요한 방식이다. 또한, 전력 수신기의 전력 레벨 상태 정보, 위치, 방향 정보를 알 수 없는 상태에서 동작하므로, 이를 인식하고 결정하는 프로세서가 전력 송신단에 없으면, 제대로 동작할 수 없는 상태가 되는 문제점이 있다.A third method is a method of wirelessly transmitting power to several power receivers using a time division method. This conventional time division method is basically a coupling method or used in a resonance type method, and is different from an electromagnetic wave method using an antenna and a transmission device related thereto. As such, the conventional method is a coupling method or a resonant method, so that there is a great limitation in a wireless power transmission distance. That is, since an operation process of transmitting power at constant and equal time intervals or controlling the other receivers to be turned off when one receiver is operating is essential, if the power receivers are not connected to each other, power to each other Since it operates in the demand mode, intensive power transmission becomes impossible. Accordingly, this method requires management of a controller that manages all receivers and assigns priority to power reception, or a device corresponding thereto. In addition, since the power level state information, the location, and the direction information of the power receiver are not known, there is a problem in that if the processor that recognizes and determines the power level is not present at the power transmitter, the power receiver cannot operate properly.

네번째 방식은 다중 무선전력수신기를 지원하는 또 다른 방식으로서, 무선전력수신기가 전력전송가능영역 내에 위치하는지 여부를 주기적으로 확인하는 과정을 통해 전송 전력량을 실시간 제어하는 무선전력전송시스템에 관한 것이다. 이 방식은 무선전력수신기로부터 기 설정된 소정의 주기마다 전력전송관련 데이터를 수신하는 시스템인데, 전력 수신기의 전력량 비율을 기준으로 전력 전송 영역과 데이터 전송 영역을 나누고 그에 따라 전력 전송 가능 영역 이내인 경우만 무선 전력전송을 수행하는 방식이다. 그러나, 이 방식도 전력 수신기가 많은 경우, 이를 정리하고 우선 순위를 판단하는 과정과 장치 구성이 없다. 즉, 전력 수신 우선 순위를 배정하는 컨트롤러, 혹은 이에 해당하는 장치의 관리가 필요한 방식이다. 또한, 전력 수신기의 전력 레벨 상태 정보, 위치, 방향정보를 알 수 없는 상태에서 동작하므로, 이를 인식하고 결정하는 프로세서가 전력 송신단에 없으면, 제대로 동작할 수 없는 상태가 되는 문제점이 있다.The fourth method is another method of supporting multiple wireless power receivers, and relates to a wireless power transmission system that controls the amount of transmission power in real time through a process of periodically checking whether the wireless power receiver is located within a power transmission available area. This method is a system that receives power transmission-related data from the wireless power receiver at predetermined intervals, and divides the power transmission area and data transmission area based on the power amount ratio of the power receiver, and accordingly, only when it is within the power transmission area. A method of performing wireless power transmission. However, even in this method, when there are many power receivers, there is no process and device configuration for organizing and prioritizing them. That is, it is a method that requires management of a controller for allocating power reception priority or a corresponding device. In addition, since the power level state information, the location, and the direction information of the power receiver are not known, there is a problem in that if a processor that recognizes and determines the power level is not present at the power transmitter, the power receiver cannot operate properly.

다섯번째 방식은 전력전송공간과 정보전송공간을 나눠서 처리하는 공간분할 관리 방식인데, 정보전송공간이 전력전송공간 보다 넓고 크다는 것은 공지의 사실이며, 이를 이용한다하여도, 전력 요청의 정도가 급한 수신기와 덜한 수신기를 구분할 수 있는 방식이 아니고, 전력 공급의 시급성, 우선 순위 등의 문제를 해결하지 못해, 전체 무선전력 전송 네트워크의 성능확보와 효율을 기대하기 어렵다. The fifth method is a space division management method in which the power transmission space and the information transmission space are divided and processed. It is a well-known fact that the information transmission space is wider and larger than the power transmission space. It is not a method that can distinguish less receivers, and it cannot solve problems such as urgency and priority of power supply, so it is difficult to expect performance and efficiency of the entire wireless power transmission network.

여섯번째 방식은 전력 수신기와 전력 송신기 사이의 거리에 따라서 송출 전력을 제어하여 전송하는 방식이나, 이는 통신에서는 통신용량 확보라는 목표에 어울리는 방식이지만, 전력 전송에 사용하기에는 전력 효율이 너무 좋지 않다는 문제점이 있다.The sixth method is a method of controlling and transmitting the transmitted power according to the distance between the power receiver and the power transmitter. This is a method suitable for the goal of securing communication capacity in communication, but the problem is that the power efficiency is not too good to be used for power transmission. have.

이처럼 마이크로파 대역에서 안테나 같은 전송장치를 이용하는 방식에서는, 거리가 증가되면 엄청나게 전력전송효율이 낮아지는 문제점이 있고, 많은 다수의 전력요청 수신기가 있을 때에는 더욱 심각하다. 그러므로 다수의 무선 전력 요청 수신기에 동시에 한꺼번에 효과적이고 전력 효율을 가장 높일 수 있는 방법이 매우 중요하고, 전체 전력 수신 네트워크, 또는 사물 인터넷의 전력 공급 측면에서도 중요한 기술이다.As such, in the method of using a transmitting device such as an antenna in the microwave band, there is a problem in that the power transmission efficiency is greatly reduced when the distance is increased, and it is more serious when there are a large number of power request receivers. Therefore, it is very important to have a method that is effective and the most efficient at the same time for multiple wireless power request receivers, and it is also an important technology in terms of power supply of the entire power receiving network or the Internet of Things.

대한민국 공개특허 10-2017-0132889Republic of Korea Patent Publication 10-2017-0132889

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다수의 전력 수신기가 있는 상황에서 각각의 전력 수신기에게 고효율의 전력 전송을 수행하고, 개별 전력 수신기의 보유전력 레벨을 관리함으로써, 전체 무선전력전송 네트워크의 성능확보와 효율을 기대할 수 있는 무선전력 전송 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and by performing high-efficiency power transmission to each power receiver in the presence of a plurality of power receivers and managing the reserve power level of each power receiver, total wireless power An object of the present invention is to provide a wireless power transmission system in which the performance and efficiency of the transmission network can be expected.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선전력 전송 시스템은 전력공급원으로부터 전력을 공급받아 무선전력을 송출하기 위한 전력 공급 스테이션 및 상기 전력 공급 스테이션으로부터 송출된 무선전력을 수신하기 위한 다수의 전력 수신기를 포함하되, 각 전력 수신기는 무선전력 송출 요청신호인 파일럿 신호를 상기 전력 공급 스테이션에 송신하되, 자신의 고유 아이디 정보 및 현재 전압 레벨 크기를 부호화한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 상기 전력 공급 스테이션에 송신하고, 상기 전력 공급 스테이션은 각 전력 수신기별로 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 전력 수신기별 전력량 정보를 확인하고, 각 전력 수신기별 전력량에 따라 각 전력 수신기에 전력을 송출하는 전력 송출 시간을 조절한다. A wireless power transmission system of the present invention for achieving the above object includes a power supply station for receiving power from a power supply source and transmitting wireless power, and a plurality of power receivers for receiving wireless power transmitted from the power supply station. Including, wherein each power receiver transmits a pilot signal, which is a wireless power transmission request signal, to the power supply station, and transmits a pilot signal including its own ID information and current voltage level encoding information to the power supply station The power supply station analyzes the pilot signal received for each power receiver, checks the amount of power information for each power receiver, and adjusts the power transmission time for transmitting power to each power receiver according to the amount of power for each power receiver.

상기 전력 공급 스테이션은 전력 수신기가 보유한 전력량이 적을수록 높은 우선 순위로 배정하여 전력을 공급하고, 전력 수신기가 높은 우선 순위에 배정될수록 해당 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간이 길어지도록 조절할 수 있다. The power supply station may allocate and supply power with a higher priority as the amount of power possessed by the power receiver is small, and may adjust the power transmission time to the corresponding power receiver to be longer as the power receiver is assigned to a higher priority.

상기 전력 공급 스테이션은 전력 수신기가 높은 우선 순위에 배정될수록 해당 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간이 길어지도록 하고, 전력을 송출하는 빈도가 높아지도록 조절할 수 있다. The power supply station may adjust the power transmission time to the corresponding power receiver to be longer and to increase the frequency of power transmission as the power receiver is assigned to a higher priority.

상기 전력 공급 스테이션은 각 전력 수신기별로 전력을 공급함에 있어서, 전체 무선전력 전송 네트워크의 효율이 최대가 되도록 각 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간과 빈도를 조절할 수 있다. When the power supply station supplies power to each power receiver, the power transmission time and frequency to each power receiver may be adjusted so that the efficiency of the entire wireless power transmission network is maximized.

각 전력 수신기는 일정 주기로 상기 전력 공급 스테이션에 파일럿 신호를 송신할 수 있다. Each power receiver may transmit a pilot signal to the power supply station at a predetermined period.

또는, 각 전력 수신기는 자신의 전압 레벨이 미리 정해진 기준치 이하로 내려가면, 일정 주기로 상기 전력 공급 스테이션에 파일럿 신호를 송신할 수 있다. Alternatively, each power receiver may transmit a pilot signal to the power supply station at regular intervals when its voltage level falls below a predetermined reference value.

각 전력 수신기는 자신의 전압 레벨이 미리 정해진 한계치 이하로 내려가면, 긴급한 무선 전력 송출을 요청하는 긴급 파일럿 신호를 상기 전력 공급 스테이션에 송신하고, 상기 전력 공급 스테이션은 긴급 파일럿 신호를 송신한 전력 수신기에 대하여 우선적으로 무선전력을 공급할 수 있다. Each power receiver transmits an emergency pilot signal requesting urgent wireless power transmission to the power supply station when its voltage level falls below a predetermined threshold value, and the power supply station sends an emergency pilot signal to the power receiver that has transmitted the emergency pilot signal. It is possible to preferentially supply wireless power.

상기 전력 공급 스테이션은 전력 수신기로부터 파일럿 신호를 수신하면, 접속이 허락된 전력 수신기인지 여부를 확인하는 인증과정을 수행하고, 인증과정을 통해 인증된 전력 수신기에 대하여만 무선전력을 공급할 수 있다. When the power supply station receives a pilot signal from the power receiver, the power supply station may perform an authentication process to determine whether the power receiver is an authorized power receiver, and may supply wireless power only to the authenticated power receiver through the authentication process.

상기 전력 공급 스테이션은 수신한 파일럿 신호에서 채널정보를 분석하고, 이를 통해 각 전력 수신기의 위치와 방향을 추정하고, 각 전력 수신기에서 추정된 위치와 방향으로 무선전력을 송출할 수 있다. The power supply station may analyze channel information from the received pilot signal, estimate the position and direction of each power receiver through this, and transmit wireless power to the estimated position and direction of each power receiver.

역지향성 어레이 안테나 기술이 적용된 무선전력 전송 네트워크인 경우, 상기 전력 공급 스테이션은 수신한 파일럿 신호에서 위상 정보를 파악하여 저장하고, 이 위상 정보를 이용하여 각 전력 수신기 방향으로 무선전력을 송출할 수 있다. In the case of a wireless power transmission network to which the reverse directional array antenna technology is applied, the power supply station may identify and store phase information from the received pilot signal, and transmit wireless power to each power receiver using this phase information. .

본 발명의 일 실시예에서 상기 전력 공급 스테이션은, 무선전력을 송신하기 위한 다수의 전력 송신기와, 각 전력 송신기에 대응하는 다수의 송신 어레이 안테나를 구비하고, 각 전력 수신기별로 정해진 무선전력 송출 시간과 송출 빈도를 기반으로, 다수의 전력 수신기에 동시에 무선전력을 송출할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the power supply station includes a plurality of power transmitters for transmitting wireless power, a plurality of transmission array antennas corresponding to each power transmitter, and a wireless power transmission time determined for each power receiver; Based on the transmission frequency, it is possible to simultaneously transmit wireless power to a plurality of power receivers.

본 발명에 의하면, 다수의 전력 수신기가 있는 무선 네트워크 환경에서, 각 전력 수신기가 보유하고 있는 전력량에 따라 무선전력 송출 길이를 달리하여 공급하는 다중 비균등 시간분할 무선전력 전송 시스템을 제안함으로써, 전력 공급의 시급성, 우선 순위 등의 문제를 해결할 수 있고, 무선전력 전송 네트워크의 성능 확보와 고효율의 무선전력전송을 구현할 수 있다는 효과가 있다. According to the present invention, in a wireless network environment having a plurality of power receivers, power is supplied by proposing a multiple non-uniform time division wireless power transmission system that provides different lengths of wireless power transmission according to the amount of power each power receiver possesses. It has the effect of being able to solve problems such as urgency and priority, securing the performance of a wireless power transmission network and realizing high-efficiency wireless power transmission.

또한, 본 발명에 의하면 동시 다중 비균등 무선전력 전송 시스템을 제안함으로써, 더욱 빠르고, 향상된 전력 전송효율을 기대할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, by proposing a simultaneous multiple non-uniform wireless power transmission system, there is an effect that can be expected faster and improved power transmission efficiency.

결론적으로, 본 발명의 무선전력 전송 시스템에 의하면, 전력 전송 효율이 향상되고, 전체적인 전력 수신 네트워크의 전력 수신효율이 향상되며, 충전 시간이 개선되고, 더욱 중요한 것은 전체 전력 전송과 수신 네트워크의 관리를 효율적으로 할 수 있게 된다는 장점이 있다.In conclusion, according to the wireless power transmission system of the present invention, the power transmission efficiency is improved, the power reception efficiency of the overall power reception network is improved, the charging time is improved, and more importantly, the management of the entire power transmission and reception network is improved. It has the advantage of being able to do it efficiently.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템의 전체 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템의 전체 구조를 보여주는 도면이다. 1 is a diagram showing the overall structure of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the overall structure of a wireless power transmission system according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명은 다수의 전력 수신기가 있는 상황에서 각각의 전력 수신기에게 고효율 전력 전송을 수행하고, 개별 전력 수신기의 보유전력 레벨을 관리함으로써, 전체 무선전력전송 네트워크의 성능확보와 효율을 기대할 수 있는 무선전력 전송 시스템에 관한 것이다.According to the present invention, wireless power can be expected to secure performance and efficiency of the entire wireless power transmission network by performing high-efficiency power transmission to each power receiver in the presence of a plurality of power receivers and managing the retained power level of each power receiver. It relates to the transmission system.

본 발명은 전력 수신기가 일정 시간 주기로 간격으로, 각자 자신의 전력 보유 전압(전력) 레벨을 체크하고, 이 정보를 전력 송신기가 있는 전력 공급 스테이션에 보내고, 이 정보를 바탕으로 전력 공급 스테이션은 우선 순위를 정하여 각 전력 수신기에 무선 전력을 전송하며, 항상 이러한 전력 레벨을 데이터베이스로 관리하여 효율적이며, 체계적인 무선전력전송 환경을 유지할 수 있는 비균등 다중 시간분할 무선전력 전송 시스템과 동시 비균등 다중 시간분할 무선전력 전송 시스템에 대한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 기지국에서 가까운 사용자와 먼 사용자에 대해 차등적으로 전력 강도를 조절하여 송신하는 방식이 아니라, 전력 강도는 동일하게 한 상태에서 시간 길이만 조절하여 전력을 송신하는 방식이다. According to the present invention, the power receiver checks its own power reserve voltage (power) level at regular time intervals, and sends this information to the power supply station with the power transmitter, and based on this information, the power supply station is prioritized to transmit wireless power to each power receiver, and always manages these power levels as a database to maintain an efficient and systematic wireless power transmission environment. A simultaneous non-uniform multi-time division wireless power transmission system and simultaneous non-uniform multi-time division wireless power transmission system It is about the power transmission system. For example, the present invention is not a method of differentially adjusting power intensity for a user close to and a user far from the base station and transmitting power, but a method of transmitting power by adjusting only the length of time while maintaining the same power intensity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템의 전체 구조를 보여주는 도면이다. 1 is a diagram showing the overall structure of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 무선전력 전송 시스템은 다수의 전력 수신기(200)의 보유 전력량에 따라 우선순위가 높은 수신기에게 더 오랜 시간동안, 더 높은 빈도로 전력 전송을 하고, 우선 순위가 낮을수록 더 짧은 시간동안 더 낮은 빈도로 전력전송을 하도록 배당하는 비균등 시간분할 무선전력 전송 시스템이다.As shown in FIG. 1 , the wireless power transmission system of the present invention transmits power for a longer time and at a higher frequency to a receiver having a higher priority according to the amount of power possessed by a plurality of power receivers 200 , and the priority is higher. It is an unequal time division wireless power transmission system that allocates power to be transmitted at a lower frequency for a shorter period of time as it is lower.

이를 위하여, 본 발명에서는 전력 수신기(200)가 무선전력 송신기(150)를 포함하는 전력 공급 스테이션(100)쪽으로 무선전력 송출 요청신호인 파일럿(pilot) 신호를 일정한 시간 간격, 또는 정해진 때마다 보내서 자신의 방향으로 빔포밍을 하여 전력전송을 요청한다. To this end, in the present invention, the power receiver 200 transmits a pilot signal, which is a wireless power transmission request signal, to the power supply station 100 including the wireless power transmitter 150 at a predetermined time interval or at a predetermined time. Requests power transmission by beamforming in the direction of

그리고, 전력 수신기(200)가 자신의 전력 레벨 상태와 자신의 고유 아이디(ID)를 나타내는 정보를 파일럿 신호에 담아서 전력 공급 스테이션에 보낸다. Then, the power receiver 200 transmits information indicating its power level state and its unique ID in a pilot signal to the power supply station.

전력 공급 스테이션(100)은 여러 전력 수신기로부터 수신한 파일럿신호를 분석하여 잔류 전압 레벨에 따라 전력 공급 우선 순위를 정하고, 이에 따라 전력 송신 시간이 배당되도록 한다. 이렇게 함으로써, 다수개의 전력 수신기를 지원하는 다중 비균등 시간분할 전력전송 기술을 구현할 수 있다. 즉, 전력 수신기들의 전력 레벨을 모를 때는 균등하게 전력 전송 시간을 배당하여 비효율이나, 본 발명은 전력레벨을 알고 있으므로, 비균등 시간 배당을 하여 무선 전력 전송을 하는 것이다. The power supply station 100 analyzes the pilot signals received from various power receivers, determines the priority of power supply according to the residual voltage level, and allocates the power transmission time accordingly. By doing so, it is possible to implement a multiple unequal time division power transmission technique supporting a plurality of power receivers. That is, when the power level of the power receivers is unknown, it is inefficient by allocating the power transmission time equally, but in the present invention, since the power level is known, wireless power transmission is performed by allocating the power unequal time.

예를 들어, 워터필링(water filling) 알고리즘처럼, 본 발명은 보유 전압, 전력량이 상대적으로 낮은 전력수신기가 비교적 오랫동안, 비교적 높은 빈도로 공급 순위로 전력이 공급되도록 배정하고, 전력량이 상대적으로 높은 전력수신기가 비교적 짧은 시간 동안, 비교적 낮은 빈도로 전력이 공급되도록 배정하는 비균등 시간분할 다중 전력 전송방식이다. 이처럼 비균등하게 전력을 전송함으로써, 전체 전력 전송 네트워크의 평균 전체 전력 레벨이 향상될 수 있다. For example, like a water filling algorithm, the present invention allocates a power receiver with a relatively low holding voltage and power amount to be supplied with power in a supply order at a relatively high frequency for a relatively long time, and a power with a relatively high power amount It is an unequal time division multiplexing power transmission scheme in which the receiver allocates power to be supplied at a relatively low frequency for a relatively short period of time. By transmitting power unevenly in this way, the average overall power level of the entire power transmission network can be improved.

이를 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 기술과 시스템을 구성하고 있다. To this end, the present invention constitutes the following technologies and systems.

전력 수신기가 송출하는 파일럿 신호는 개별 전력 수신기별 아이디(ID, identification) 부호 정보와 현재 보유중인 전압레벨 크기를 부호화한 정보를 갖고 있으며, 이것을 전력 송신기가 있는 전력 송신 스테이션(100)에 송신한다. 이때, 전력 수신기는 파일럿 신호를 일정 주기 단위로 규칙적으로 전송을 하거나, 또는 자신의 전압레벨이 어느 정도 이하로 낮아지면 주기적으로 파일럿 신호를 송출하거나, 또는 전압레벨이 어느 한계 이하가 되면 더욱 긴급한 무선전력 송출을 요청하는 긴급 정보를 포함하는 파일럿 신호를 송신한다. 그러므로, 이를 수신하고 분석한 전력 스테이션(100)이 항상 무선전력 전송 네트워크 내에 있는 모든 전력 수신기들의 전력 상태를 파악하고 관리할 수 있게 된다. The pilot signal transmitted by the power receiver has ID (identification) code information for each power receiver and information on encoding the voltage level currently held, and it is transmitted to the power transmission station 100 having the power transmitter. At this time, the power receiver regularly transmits the pilot signal in units of a certain period, or periodically transmits the pilot signal when its voltage level is lowered to a certain level or less, or when the voltage level is below a certain limit, a more urgent radio A pilot signal including emergency information for requesting power transmission is transmitted. Therefore, the power station 100 that has received and analyzed it can always identify and manage the power states of all power receivers in the wireless power transmission network.

전력 수신기가 송출하는 파일럿 신호에는 현재 보유중인 전압레벨 크기를 상세하게 여러 가지로 구분하여 부호화하며, 또한 긴급하게 전력 공급을 요청하는 정보를 부화화하여 포맷을 구성한 파일럿 신호를 생성할 수 있다.In the pilot signal transmitted by the power receiver, the magnitude of the current voltage level is divided into various details and encoded, and the formatted pilot signal can be generated by encoding information for urgently requesting power supply.

본 발명의 일 실시예에서 무선전력 송신기(150)를 포함하는 전력 스테이션(100)이 개별 전력 수신기가 보낸 각각의 파일럿 신호를 수신한 뒤에, 인증과정을 통하여 허락된 사용자(전력수신기)인지 아닌지를 구분하는 인증과정을 수행하여, 비인가된 사용자 또는 전력 수신기에게 전력을 전송하지 않을 수 있다. In an embodiment of the present invention, after the power station 100 including the wireless power transmitter 150 receives each pilot signal sent by an individual power receiver, it is determined whether or not the user (power receiver) is an authorized user (power receiver) through an authentication process. By performing a distinguishing authentication process, power may not be transmitted to an unauthorized user or power receiver.

전력 공급 스테이션(100)은 개별 전력 수신기로부터 수신된 파일럿 신호를 분석하여, 전력 공급을 위한 전력 수신기의 전력공급 순위를 결정하고, 주기적으로 수신되는 파일럿 신호 분석을 통해 긴급하게 전력 공급할 경우가 생기면, 전력 공급 우선 순위를 변경하는 등 전체 수신기 전력 레벨을 통합적으로 관리하여 상시적으로 전력 공급 체계의 효율성과 안정성을 확보하는 역할과 기능을 갖고 있다. The power supply station 100 analyzes the pilot signal received from the individual power receiver, determines the power supply rank of the power receiver for power supply, and if there is a case of urgently supplying power through the periodically received pilot signal analysis, It has a role and function to ensure the efficiency and stability of the power supply system at all times by managing the overall receiver power level in an integrated way, such as changing the power supply priority.

한편, 전력 공급 스테이션(100)은 다수의 전력 수신기로부터 무선전력 송출 요청신호인 각각의 파일럿(pilot) 신호를 수신하면서, 채널정보를 분석하고 전력 수신기의 방향을 추정한다. Meanwhile, the power supply station 100 analyzes channel information and estimates the direction of the power receiver while receiving each pilot signal, which is a wireless power transmission request signal, from a plurality of power receivers.

일반적인 빔포밍 수신인 경우는 채널 추정을 해서 전력 수신기의 위치와 방향을 결정하고, 수신기별 방향 위치정보 및 전력량 정보를 저장한다. In the case of general beamforming reception, the location and direction of the power receiver are determined by estimating the channel, and direction location information and power amount information for each receiver are stored.

그리고, 역지향성안테나기술(RDA) 기반의 빔포밍과 전력 송신인 경우, 위상공액회로를 통해 각각의 파일럿(pilot) 신호의 위상 정보를 파악하고, 분리하여 저장하고, 이 위상정보를 이용하여 전력 수신기 방향으로 전력을 송신하고 관리한다. And, in the case of RDA-based beamforming and power transmission, the phase information of each pilot signal is identified through a phase conjugation circuit, separated and stored, and power using the phase information is used. Transmits and manages power towards the receiver.

본 발명은 다수의 전력 수신기에 비균등 시간분할 다중 전력 전송방식에 관한 기술과 장치 구성을 제안한다. 즉, 전력 수신기들의 전력 레벨을 모를 때에는 균등하게 전력 전송 시간을 배당하여 비효율적인데 반해, 본 발명은 전력레벨을 알고 있으므로 비균등 시간 배당을 하여 무선 전력 전송을 하는 것이다. 가령, 워터필링(water filling) 알고리즘처럼, 본 발명에서는 보유 전압, 전력량이 가장 낮은 전력수신기가 가장 오랫동안, 그리고 가장 높은 빈도의 전력 공급 순위로 배정하며, 전력량이 가장 높은 전력수신기가 가장 짧은 시간 동안, 그리고 가장 낮은 빈도의 전력 공급 순위로 배정한다. 이렇게 하여 전체 전력 전송 네트워크의 평균 전체 전력 레벨이 향상되도록 한다. The present invention proposes a technique and device configuration related to an unequal time division multiple power transmission scheme for a plurality of power receivers. That is, when the power level of the power receivers is unknown, it is inefficient by equally allocating the power transmission time, whereas in the present invention, since the power level is known, the wireless power is transmitted by unequal time allocation. For example, like the water filling algorithm, in the present invention, the power receiver with the lowest holding voltage and the lowest amount of power is assigned the longest and highest frequency power supply ranking, and the power receiver with the highest amount of power is allocated for the shortest time. , and rank the lowest frequency power supply. In this way, the average overall power level of the entire power transmission network is improved.

도 1을 참조하면, 본 발명의 다중 비균등 시간분할 무선전력 전송 시스템은 전력 공급 스테이션(100) 및 다수의 전력 수신기(200)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , the multiple non-uniform time division wireless power transmission system of the present invention includes a power supply station 100 and a plurality of power receivers 200 .

전력 공급 스테이션(100)은 전력공급원(110)으로부터 전력을 공급받아 무선전력을 송출한다. The power supply station 100 receives power from the power supply source 110 and transmits wireless power.

다수의 전력 수신기(200)는 전력 공급 스테이션(100)으로부터 송출된 무선전력을 수신한다. The plurality of power receivers 200 receive wireless power transmitted from the power supply station 100 .

본 발명에서 각 전력 수신기(200)는 무선전력 송출 요청신호인 파일럿 신호를 전력 공급 스테이션(100)에 송신하되, 자신의 고유 아이디 정보 및 현재 전압 레벨 크기를 부호화한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 전력 공급 스테이션(100)에 송신한다. In the present invention, each power receiver 200 transmits a pilot signal, which is a wireless power transmission request signal, to the power supply station 100, but transmits a pilot signal including its own ID information and current voltage level encoding information. to the supply station 100 .

그리고, 전력 공급 스테이션(100)은 각 전력 수신기(200)별로 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 전력 수신기(200)별 전력량 정보를 확인하고, 각 전력 수신기(200)별 전력량에 따라 각 전력 수신기(200)에 전력을 송출하는 전력 송출 시간을 조절한다. Then, the power supply station 100 analyzes the pilot signal received for each power receiver 200 to check the amount of power information for each power receiver 200, and according to the amount of power for each power receiver 200, each power receiver ( 200) to control the power transmission time.

보다 구체적으로 전력 공급 스테이션(100)은 전력 수신기가 보유한 전력량이 적을수록 높은 우선 순위로 배정하여 전력을 공급하고, 전력 수신기가 높은 우선 순위에 배정될수록 해당 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간이 길어지도록 조절한다. More specifically, the power supply station 100 allocates and supplies power with a higher priority as the amount of power possessed by the power receiver is small, and adjusts the power transmission time to the corresponding power receiver to become longer as the power receiver is assigned to a higher priority. do.

또는 전력 공급 스테이션(100)은 전력 수신기가 높은 우선 순위에 배정될수록 해당 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간이 길어지도록 하고, 전력을 송출하는 빈도가 높아지도록 조절할 수 있다. Alternatively, the power supply station 100 may adjust the power transmission time to the corresponding power receiver to be longer and to increase the frequency of power transmission as the power receiver is assigned to a higher priority.

이때, 전력 공급 스테이션(100)은 각 전력 수신기별로 전력을 공급함에 있어서, 전체 무선전력 전송 네트워크의 효율이 최대가 되도록 각 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간과 빈도를 조절하는 것이 바람직하다. In this case, when the power supply station 100 supplies power to each power receiver, it is preferable to adjust the power transmission time and frequency to each power receiver so that the efficiency of the entire wireless power transmission network is maximized.

각 전력 수신기는 일정 주기로 전력 공급 스테이션(100)에 파일럿 신호를 송신할 수 있다. Each power receiver may transmit a pilot signal to the power supply station 100 at regular intervals.

또는, 각 전력 수신기는 자신의 전압 레벨이 미리 정해진 기준치 이하로 내려가면, 일정 주기로 전력 공급 스테이션(100)에 파일럿 신호를 송신할 수 있다. Alternatively, each power receiver may transmit a pilot signal to the power supply station 100 at regular intervals when its voltage level falls below a predetermined reference value.

각 전력 수신기는 자신의 전압 레벨이 미리 정해진 한계치 이하로 내려가면, 긴급한 무선 전력 송출을 요청하는 긴급 파일럿 신호를 전력 공급 스테이션(100)에 송신할 수 있다. 이때, 전력 공급 스테이션(100)은 긴급 파일럿 신호를 송신한 전력 수신기에 대하여 우선적으로 무선전력을 공급하도록 우선순위를 변경할 수 있다. Each power receiver may transmit an emergency pilot signal requesting urgent wireless power transmission to the power supply station 100 when its voltage level falls below a predetermined threshold. In this case, the power supply station 100 may change the priority so as to preferentially supply wireless power to the power receiver that has transmitted the emergency pilot signal.

전력 공급 스테이션(100)은 전력 수신기로부터 파일럿 신호를 수신하면, 접속이 허락된 전력 수신기인지 여부를 확인하는 인증과정을 수행하고, 인증과정을 통해 인증된 전력 수신기에 대하여만 무선전력을 공급할 수 있다. When the power supply station 100 receives a pilot signal from the power receiver, it performs an authentication process to check whether the power receiver is an authorized power receiver, and can supply wireless power only to the authenticated power receiver through the authentication process. .

일반적인 빔포밍 기술이 적용된 무선전력 전송 네트워크인 경우, 전력 공급 스테이션(100)은 수신한 파일럿 신호에서 채널정보를 분석하고, 이를 통해 각 전력 수신기의 위치와 방향을 추정하고, 각 전력 수신기에서 추정된 위치와 방향으로 무선전력을 송출할 수 있다. In the case of a wireless power transmission network to which a general beamforming technology is applied, the power supply station 100 analyzes channel information from the received pilot signal, and through this, estimates the position and direction of each power receiver, and It can transmit wireless power in any position and direction.

역지향성 어레이 안테나 기술이 적용된 무선전력 전송 네트워크인 경우, 전력 공급 스테이션(100)은 수신한 파일럿 신호에서 위상 정보를 파악하여 저장하고, 이 위상 정보를 이용하여 각 전력 수신기 방향으로 무선전력을 송출할 수 있다. In the case of a wireless power transmission network to which the reverse directional array antenna technology is applied, the power supply station 100 identifies and stores phase information from the received pilot signal, and transmits wireless power to each power receiver using this phase information. can

도 1을 참조하면, 전력 공급 스테이션(100)은 송신 어레이 안테나(120), 신호 수신부(130), 분석부(140), 무선전력 송신기(150)를 포함하여 이루어진다. Referring to FIG. 1 , the power supply station 100 includes a transmission array antenna 120 , a signal reception unit 130 , an analysis unit 140 , and a wireless power transmitter 150 .

전력 공급 스테이션(100)은 송신 어레이 안테나(120)를 통해 무선전력을 송출하고, 전력 수신기(200)로부터 파일럿 신호를 수신한다. The power supply station 100 transmits wireless power through the transmission array antenna 120 and receives a pilot signal from the power receiver 200 .

신호 수신부(130)는 송신 어레이 안테나(120)를 통해 파일럿 신호를 수신한다. The signal receiver 130 receives a pilot signal through the transmit array antenna 120 .

분석부(140)는 신호 수신부(130)에서 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 전력 수신기에 대한 무선전력 공급 우선 순위를 결정하고, 변경하고, 전체 전력 수신기의 전력 레벨을 관리한다. The analyzer 140 analyzes the pilot signal received by the signal receiver 130 to determine and change the wireless power supply priority for each power receiver, and manages the power level of all power receivers.

무선전력 송신기(150)는 분석부(140)에서 결정된 우선 순위에 따른 송출 시간을 기반으로 각 전력 수신기에 순차적으로 무선전력을 송출한다. The wireless power transmitter 150 sequentially transmits wireless power to each power receiver based on the transmission time according to the priority determined by the analysis unit 140 .

본 발명에서 전력 수신기(200)는 재충전 배터리(210), 파일럿 정보 송신부(220), 수신 어레이 안테나(230), 무선전력 수신부(240)를 포함한다. In the present invention, the power receiver 200 includes a rechargeable battery 210 , a pilot information transmitter 220 , a receiving array antenna 230 , and a wireless power receiver 240 .

파일럿 정보 송신부(220)는 자신의 고유 아이디 정보와, 재충전 배터리(210)의 전압 레벨 정보를 부호화한 신호를 포함하는 파일럿 신호를 수신 어레이 안테나(230)를 통해 전력 공급 스테이션(100)으로 송신한다. The pilot information transmitter 220 transmits a pilot signal including its own ID information and a signal encoded with voltage level information of the rechargeable battery 210 to the power supply station 100 through the reception array antenna 230 . .

무선전력 수신부(240)는 수신 어레이 안테나(230)를 통해 무선전력을 수신하여 재충전 배터리(210)를 충전시킨다. The wireless power receiver 240 receives wireless power through the reception array antenna 230 to charge the rechargeable battery 210 .

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템의 전체 구조를 보여주는 도면이다. 도 2는 동시에 여러 전력 수신기에 무선전력 전송을 수행하는 동시 다중 비균등 무선전력 전송 시스템에 관한 전체 구성도이다. 2 is a diagram showing the overall structure of a wireless power transmission system according to another embodiment of the present invention. 2 is an overall configuration diagram of a simultaneous multiple non-uniform wireless power transmission system that simultaneously performs wireless power transmission to several power receivers.

도 2를 참조하면, 동시 다중 비균등 무선전력 전송 시스템에서 전력 공급 스테이션(100)은 무선전력을 송신하기 위한 다수의 무선전력 송신기(350)와, 각 무선전력 송신기(350)에 대응하는 다수의 송신 어레이 안테나(320)를 구비한다. Referring to FIG. 2 , in the simultaneous multiple non-uniform wireless power transmission system, the power supply station 100 includes a plurality of wireless power transmitters 350 for transmitting wireless power, and a plurality of wireless power transmitters corresponding to each of the wireless power transmitters 350 . A transmit array antenna 320 is provided.

그리고, 각 전력 수신기별로 정해진 무선전력 송출 시간과 송출 빈도를 기반으로, 다수의 전력 수신기(400)에 동시에 무선전력을 송출할 수 있다. In addition, based on the wireless power transmission time and transmission frequency determined for each power receiver, wireless power may be simultaneously transmitted to the plurality of power receivers 400 .

도 2를 참조하면, 전력 공급 스테이션(300)은 다수의 송신 어레이 안테나(320), 신호 수신부(330), 분석부(340), 다수의 무선전력 송신기(350)를 포함하여 이루어진다. Referring to FIG. 2 , the power supply station 300 includes a plurality of transmit array antennas 320 , a signal receiver 330 , an analyzer 340 , and a plurality of wireless power transmitters 350 .

전력 공급 스테이션(300)은 다수의 송신 어레이 안테나(320)를 통해 무선전력을 송출하고, 전력 수신기(400)로부터 파일럿 신호를 수신한다. The power supply station 300 transmits wireless power through a plurality of transmission array antennas 320 and receives a pilot signal from the power receiver 400 .

신호 수신부(330)는 송신 어레이 안테나(320)를 통해 파일럿 신호를 수신한다. The signal receiver 330 receives a pilot signal through the transmit array antenna 320 .

분석부(340)는 신호 수신부(330)에서 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 전력 수신기에 대한 무선전력 공급 우선 순위를 결정하고, 변경하고, 전체 전력 수신기의 전력 레벨을 관리한다. The analyzer 340 analyzes the pilot signal received by the signal receiver 330 to determine and change the wireless power supply priority for each power receiver, and manages the power level of all power receivers.

무선전력 송신기(350)는 분석부(340)에서 결정된 우선 순위에 따른 송출 시간을 기반으로 각 전력 수신기에 순차적으로 무선전력을 송출한다. The wireless power transmitter 350 sequentially transmits wireless power to each power receiver based on the transmission time according to the priority determined by the analysis unit 340 .

본 발명에서 전력 수신기(400)는 재충전 배터리(410), 파일럿 정보 송신부(420), 수신 어레이 안테나(430), 무선전력 수신부(440)를 포함한다. In the present invention, the power receiver 400 includes a rechargeable battery 410 , a pilot information transmitter 420 , a receiving array antenna 430 , and a wireless power receiver 440 .

파일럿 정보 송신부(420)는 자신의 고유 아이디 정보와, 재충전 배터리(410)의 전압 레벨 정보를 부호화한 신호를 포함하는 파일럿 신호를 수신 어레이 안테나(430)를 통해 전력 공급 스테이션(300)으로 송신한다. The pilot information transmitter 420 transmits a pilot signal including its own ID information and a signal encoded with voltage level information of the rechargeable battery 410 to the power supply station 300 through the reception array antenna 430 . .

무선전력 수신부(440)는 수신 어레이 안테나(430)를 통해 무선전력을 수신하여 재충전 배터리(410)를 충전시킨다. The wireless power receiver 440 receives wireless power through the reception array antenna 430 to charge the rechargeable battery 410 .

도 1의 다중 비균등 시간 분할 무선전력 전송 시스템은 선택적으로 우선 순위가 높은 순서로 자주 길게 무선전력을 전송하는 방식이고, 도 2의 동시 다중 비균등 무선전력 전송 시스템은 여러 수신기에 동시에 함께 무선전력을 전송하는 것이다. The multiple unequal time division wireless power transmission system of FIG. 1 is a method of selectively transmitting wireless power for a long time in a high priority order, and the simultaneous multiple unequal time division wireless power transmission system of FIG. 2 provides wireless power to multiple receivers simultaneously. is to send

이를 위하여, 도 2의 동시 다중 비균등 무선전력 전송 시스템은 도 1의 무선전력 전송 시스템보다 더 많은 수의 무선전력 송신기가 필요하며, 더 많은 안테나 어레이가 필요하다. 또한 이러한 기능을 수행하기 위한 방법과 알고리즘, 및 장치구성이 부가적으로 더 필요하다. 즉, 도 2의 동시 다중 비균등 무선전력 전송 시스템은 전력 공급 스테이션(300)이 매우 많은 대규모의 안테나(massive antennas)를 사용하여, 동시에 다수의 전력 수신기에 한꺼번에 동시 다중 비균등 시간분할 전력전송방식으로 전력을 송신하는 기술과 시스템에 관한 것이다. To this end, the simultaneous multiple unequal wireless power transmission system of FIG. 2 requires a larger number of wireless power transmitters than the wireless power transmission system of FIG. 1 and requires more antenna arrays. In addition, methods, algorithms, and device configurations for performing these functions are additionally required. That is, the simultaneous multiple non-uniform wireless power transmission system of FIG. 2 uses a very large-scale antenna (massive antennas) with a large number of power supply stations 300, and simultaneously multiple unequal time division power transmission method to multiple power receivers at once It relates to technology and systems for transmitting power to

결론적으로, 기존의 비균등 시간분할 다중 전력 전송 방식은 각 전력 수신기 하나씩 전력을 전송하는데, 본 발명의 동시 다중 비균등 무선전력 전송 방식에서는 여러 전력 수신기에 동시에 전력을 전송하며, 이를 위하여 여러 전력 송신기와 이에 해당하는 안테나들이 배당되어, 선정된 여러 전력 수신기에 한꺼번에 동시에 전력을 전송하는 것이다. 그러므로, 본 발명에서 이러한 동시 다중 비균등 무선전력 전송 시스템에 관한 기술과 장치구성을 사용함으로써, 더욱 빠르고 효과적이며, 향상된 전력 전송효율을 기대할 수 있다.In conclusion, the conventional unequal time division multiple power transmission scheme transmits power one for each power receiver. In the simultaneous multiple unequal wireless power transmission scheme of the present invention, power is simultaneously transmitted to multiple power receivers, and for this purpose, multiple power transmitters and corresponding antennas are allocated, and power is simultaneously transmitted to several selected power receivers at the same time. Therefore, by using the technology and device configuration related to the simultaneous multiple non-uniform wireless power transmission system in the present invention, faster, more effective, and improved power transmission efficiency can be expected.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.Although the present invention has been described above using several preferred embodiments, these examples are illustrative and not restrictive. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention and the scope of the appended claims.

100 전력 공급 스테이션 200 전력 수신기
110 전력 공급원 120 송신 어레이 안테나
130 신호 수신부 140 분석부
150 무선전력 수신기 210 재충전 배터리
220 파일럿 정보 송신부 230 수신 어레이 안테나
240 무선전력 수신부100 power supply station 200 power receiver
110 power source 120 transmit array antenna
130 Signal Receiver 140 Analysis Unit
150 Wireless Power Receiver 210 Rechargeable Battery
220 Pilot information transmitter 230 Receive array antenna
240 wireless power receiver

Claims (11)

전력공급원으로부터 전력을 공급받아 무선전력을 송출하기 위한 전력 공급 스테이션; 및
상기 전력 공급 스테이션으로부터 송출된 무선전력을 수신하기 위한 다수의 전력 수신기를 포함하되,
각 전력 수신기는 무선전력 송출 요청신호인 파일럿 신호를 상기 전력 공급 스테이션에 송신하되, 자신의 고유 아이디 정보 및 현재 전압 레벨 크기를 부호화한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 상기 전력 공급 스테이션에 송신하고,
상기 전력 공급 스테이션은 각 전력 수신기별로 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 전력 수신기별 전력량 정보를 확인하고, 각 전력 수신기별 전력량에 따라 각 전력 수신기에 전력을 송출하는 전력 송출 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
a power supply station for receiving power from a power supply source and transmitting wireless power; and
A plurality of power receivers for receiving the wireless power transmitted from the power supply station,
Each power receiver transmits a pilot signal, which is a wireless power transmission request signal, to the power supply station, and transmits a pilot signal including its own ID information and information encoding the current voltage level to the power supply station,
The power supply station analyzes the pilot signal received for each power receiver, checks the amount of power information for each power receiver, and adjusts the power transmission time for transmitting power to each power receiver according to the amount of power for each power receiver. A wireless power transmission system comprising a plurality of power receivers.
 청구항 1에 있어서,
상기 전력 공급 스테이션은 전력 수신기가 보유한 전력량이 적을수록 높은 우선 순위로 배정하여 전력을 공급하고, 전력 수신기가 높은 우선 순위에 배정될수록 해당 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간이 길어지도록 조절하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
The power supply station allocates power with a higher priority as the amount of power possessed by the power receiver decreases, and adjusts the power transmission time to the corresponding power receiver to become longer as the power receiver is assigned to a higher priority. A wireless power transmission system including a plurality of power receivers.
 청구항 2에 있어서,
상기 전력 공급 스테이션은 전력 수신기가 높은 우선 순위에 배정될수록 해당 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간이 길어지도록 하고, 전력을 송출하는 빈도가 높아지도록 조절하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
3. The method according to claim 2,
The power supply station is wireless power including a plurality of power receivers, characterized in that, as the power receiver is assigned to a higher priority, the power transmission time to the corresponding power receiver becomes longer and the frequency of power transmission is adjusted to increase transmission system.
 청구항 3에 있어서,
상기 전력 공급 스테이션은 각 전력 수신기별로 전력을 공급함에 있어서, 전체 무선전력 전송 네트워크의 효율이 최대가 되도록 각 전력 수신기에 대한 전력 송출 시간과 빈도를 조절하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
4. The method according to claim 3,
The power supply station includes a plurality of power receivers, characterized in that when power is supplied to each power receiver, the power transmission time and frequency to each power receiver are adjusted so that the efficiency of the entire wireless power transmission network is maximized. Wireless power transmission system.
 청구항 1에 있어서,
각 전력 수신기는 일정 주기로 상기 전력 공급 스테이션에 파일럿 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Each power receiver transmits a pilot signal to the power supply station at a predetermined period.
 청구항 1에 있어서,
각 전력 수신기는 자신의 전압 레벨이 미리 정해진 기준치 이하로 내려가면, 일정 주기로 상기 전력 공급 스테이션에 파일럿 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
A wireless power transmission system including a plurality of power receivers, wherein each power receiver transmits a pilot signal to the power supply station at a predetermined period when its voltage level falls below a predetermined reference value.
 청구항 1에 있어서,
각 전력 수신기는 자신의 전압 레벨이 미리 정해진 한계치 이하로 내려가면, 긴급한 무선 전력 송출을 요청하는 긴급 파일럿 신호를 상기 전력 공급 스테이션에 송신하고,
상기 전력 공급 스테이션은 긴급 파일럿 신호를 송신한 전력 수신기에 대하여 우선적으로 무선전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
Each power receiver transmits an emergency pilot signal requesting urgent wireless power transmission to the power supply station when its voltage level falls below a predetermined threshold,
The power supply station is a wireless power transmission system comprising a plurality of power receivers, characterized in that the wireless power is preferentially supplied to the power receiver that has transmitted the emergency pilot signal.
 청구항 1에 있어서,
상기 전력 공급 스테이션은 전력 수신기로부터 파일럿 신호를 수신하면, 접속이 허락된 전력 수신기인지 여부를 확인하는 인증과정을 수행하고, 인증과정을 통해 인증된 전력 수신기에 대하여만 무선전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
When the power supply station receives a pilot signal from the power receiver, the power supply station performs an authentication process to check whether the power receiver is allowed access, and supplies wireless power only to the power receiver authenticated through the authentication process. A wireless power transmission system comprising a plurality of power receivers.
 청구항 1에 있어서,
상기 전력 공급 스테이션은 수신한 파일럿 신호에서 채널정보를 분석하고, 이를 통해 각 전력 수신기의 위치와 방향을 추정하고, 각 전력 수신기에서 추정된 위치와 방향으로 무선전력을 송출하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
The power supply station analyzes channel information from the received pilot signal, estimates the position and direction of each power receiver through this, and transmits wireless power to the estimated position and direction from each power receiver. A wireless power transmission system including a power receiver.
 청구항 1에 있어서,
역지향성 어레이 안테나 기술이 적용된 무선전력 전송 네트워크인 경우,
상기 전력 공급 스테이션은 수신한 파일럿 신호에서 위상 정보를 파악하여 저장하고, 이 위상 정보를 이용하여 각 전력 수신기 방향으로 무선전력을 송출하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
The method according to claim 1,
In the case of a wireless power transmission network to which the reverse directional array antenna technology is applied,
The power supply station identifies and stores phase information from the received pilot signal, and transmits wireless power to each power receiver by using the phase information.
 청구항 4에 있어서,
상기 전력 공급 스테이션은,
무선전력을 송신하기 위한 다수의 전력 송신기와, 각 전력 송신기에 대응하는 다수의 송신 어레이 안테나를 구비하고,
각 전력 수신기별로 정해진 무선전력 송출 시간과 송출 빈도를 기반으로, 다수의 전력 수신기에 동시에 무선전력을 송출하는 것을 특징으로 하는 다수의 전력 수신기를 포함하는 무선전력 전송 시스템. 5. The method according to claim 4,
The power supply station is
A plurality of power transmitters for transmitting wireless power, and a plurality of transmission array antennas corresponding to each power transmitter,
A wireless power transmission system comprising a plurality of power receivers, characterized in that wireless power is simultaneously transmitted to a plurality of power receivers based on a wireless power transmission time and transmission frequency determined for each power receiver.
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KR20170132889A (en) 2015-04-10 2017-12-04 오시아 인크. A Charger Connection Establishment Technique for Multi-Charger Wireless Power Delivery Environments

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