자기공명을 이용한 무선 전력 전송 시스템의 등가회로 모델이 제시되었고, 이를 통한 설계기법이 제안되었다. 두개의 코일로 구성된 간단한 트랜스포머의 등가회로를 확장하는 방법으로 본 시스템의 노드 방정식을 세웠고, 이로부터 효율을 높이기 위한 최적의 코일간 거리를 해석하였다. 손실이 있는 경우의 주파수 특성을 계산하기 위해, 상용 설계 시뮬레이터에 등가회로 모델을 심었다. 실제 시스템의 모델 파라미터를 추출하여 시뮬레이션 결과와 측정결과를 비교하였다. 이 해석으로부터, 자기공명 방식의 무선 전력 전송 시스템이 수 미터의 거리까지 높은 효율을 보일 수 있음을 알 수 있었고, 이때 임피던스정합이 매우 중요하다는 것을 알 수 있었다. 개발된 모델을 통해 공진 코일이 더 많이 있는 경우와 같은, 유사한 시스템의 특성을 예측할 수 있다.
자기공명을 이용한 무선 전력 전송 시스템의 등가회로 모델이 제시되었고, 이를 통한 설계기법이 제안되었다. 두개의 코일로 구성된 간단한 트랜스포머의 등가회로를 확장하는 방법으로 본 시스템의 노드 방정식을 세웠고, 이로부터 효율을 높이기 위한 최적의 코일간 거리를 해석하였다. 손실이 있는 경우의 주파수 특성을 계산하기 위해, 상용 설계 시뮬레이터에 등가회로 모델을 심었다. 실제 시스템의 모델 파라미터를 추출하여 시뮬레이션 결과와 측정결과를 비교하였다. 이 해석으로부터, 자기공명 방식의 무선 전력 전송 시스템이 수 미터의 거리까지 높은 효율을 보일 수 있음을 알 수 있었고, 이때 임피던스 정합이 매우 중요하다는 것을 알 수 있었다. 개발된 모델을 통해 공진 코일이 더 많이 있는 경우와 같은, 유사한 시스템의 특성을 예측할 수 있다.
A Simple equivalent circuit model is developed for a wireless energy transfer system via coupled magnetic resonances and a practical design method is also provided. Node equations for the resonance system are built with the method, expanding on the equations for a transformer, and the optimum distan...
A Simple equivalent circuit model is developed for a wireless energy transfer system via coupled magnetic resonances and a practical design method is also provided. Node equations for the resonance system are built with the method, expanding on the equations for a transformer, and the optimum distances of coils in the system are derived analytically for optimum coupling coefficients for high transfer efficiency. In order to calculate the frequency characteristics for a lossy system, the equivalent model is established at an electric design automation tool. The model parameters of the actual system are extracted and the modeling results are compared with measurements. Through the developed model, it is seen that the system can transfer power over a mid-range of a few meters and impedance matching is important to achieve high efficiency. This developed model can be used for a design and prediction on the similar systems such as increasing the number of receiving coils and receiving modules, etc.
A Simple equivalent circuit model is developed for a wireless energy transfer system via coupled magnetic resonances and a practical design method is also provided. Node equations for the resonance system are built with the method, expanding on the equations for a transformer, and the optimum distances of coils in the system are derived analytically for optimum coupling coefficients for high transfer efficiency. In order to calculate the frequency characteristics for a lossy system, the equivalent model is established at an electric design automation tool. The model parameters of the actual system are extracted and the modeling results are compared with measurements. Through the developed model, it is seen that the system can transfer power over a mid-range of a few meters and impedance matching is important to achieve high efficiency. This developed model can be used for a design and prediction on the similar systems such as increasing the number of receiving coils and receiving modules, etc.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 자기공명을 통한 무선전력전송 시스템의 간단한 등가회로를 세우고 이를 검증하였다. 4개의 코일로 이루어진 시스템의 노드 방정식을 무손실의 경우에 대해 해석하였고, 이로부터 앞서 언급한 특성들에 대해 이해 할 수 있었다.
가설 설정
노드 방정식을 푸는 과정에서는 손실이 없는 경우를 가정하였고, 또한 커플링이 작은 상호 인덕턴스를 무시하였으나, 정확한 모델링을 위해 이 모두를 고려해야만 한다. 손실과 약한 커플링을 고려할 경우 노드 방적식을 푸는 것은 쉽지가 않고, 주파수에 따른 특성 또한 확인이 필요하기 때문에 시뮬레이션 프로그램을 사용해야만 한다.
해석의 편이를 위해 무손실 경우로 가정하였다. 입력쪽에서 두 코일간의 상호 인덕턴스의 효과는 보상전원의 형태로 변환할 수 있고, 그림 3의 (a),(b),(c)에 나타나 있듯이 이를 순차적으로 계산할 수 있다.
제안 방법
본 논문에서는 자기공명을 통한 무선전력전송 시스템의 간단한 등가회로를 세우고 이를 검증하였다. 4개의 코일로 이루어진 시스템의 노드 방정식을 무손실의 경우에 대해 해석하였고, 이로부터 앞서 언급한 특성들에 대해 이해 할 수 있었다. 또한 실제 전자기기의 응용을 위해 시뮬레이션 프로그램에 모델을 심고, 모델 파라미터를 측정을 통해 추출하여 시스템 특성과 비교해 보았다.
4개의 코일로 이루어진 시스템의 노드 방정식을 무손실의 경우에 대해 해석하였고, 이로부터 앞서 언급한 특성들에 대해 이해 할 수 있었다. 또한 실제 전자기기의 응용을 위해 시뮬레이션 프로그램에 모델을 심고, 모델 파라미터를 측정을 통해 추출하여 시스템 특성과 비교해 보았다.
본 논문에서는 자기공명방식을 통한 무선전력전송 시스템의 등가회로를 세우고, 이를 범용 RF 시뮬레이터인 ADS에 구현하였다. 모델 파라미터를 추출하여 이를 시스템 전송시스템과 비교해 모델의 유용성을 확인하였다. 본 논문을 통해 확립된 등가 모델을 통해 자기공명방식의 무선 전력전송 특성에 대한 이해를 높일 수 있었고, 나아가 시스템의 설계에도 사용할 수 있었다.
본 논문에서는 자기공명방식을 통한 무선전력전송 시스템의 등가회로를 세우고, 이를 범용 RF 시뮬레이터인 ADS에 구현하였다. 모델 파라미터를 추출하여 이를 시스템 전송시스템과 비교해 모델의 유용성을 확인하였다.
대상 데이터
이를 실험적으로 확인 하기 위해 그림9와 같은 시스템에 대해 측정을 해 보았다. 본 실험에서는 3mm의 간격으로 11회 감은 코일이 사용되었다. 그림9(a)는 전송거리가 50cm 인 시스템으로 전송 효율이 0.
실험을 위해 제작된 전송시스템의 사진이 그림6이다. 사용된 전선의 두께는 3mm이고 코일의 지름은 모두 15cm 이다. 전송 코일과 수신 코일은 4mm의 간격으로 8회, 전력 코일과 부하 코일은 1회의 감은수를 가지고 있다.
성능/효과
그 결과가 그림10에 나타나 있다. 두 개의 중계 코일을 배치한 후 전송 효율이 32%까지 향상된 것을 확인할 수 있다. 그림11은 2개의 중계코일이 들어간 전체 시스템을 모델링한 결과를 나타내고 있다.
모델 파라미터를 추출하여 이를 시스템 전송시스템과 비교해 모델의 유용성을 확인하였다. 본 논문을 통해 확립된 등가 모델을 통해 자기공명방식의 무선 전력전송 특성에 대한 이해를 높일 수 있었고, 나아가 시스템의 설계에도 사용할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자기공명을 이용한 무선 전력 전송 시스템의 등가회로 모델이 제시되었고, 이를 통한 설계기법이 제안되었다, 이에 대한 시뮬레이션과 측정 결과는?
실제 시스템의 모델 파라미터를 추출하여 시뮬레이션 결과와 측정결과를 비교하였다. 이 해석으로부터, 자기공명 방식의 무선 전력 전송 시스템이 수 미터의 거리까지 높은 효율을 보일 수 있음을 알 수 있었고, 이때 임피던스 정합이 매우 중요하다는 것을 알 수 있었다. 개발된 모델을 통해 공진 코일이 더 많이 있는 경우와 같은, 유사한 시스템의 특성을 예측할 수 있다.
자기공명이 전기전자 엔지니어에게는 생소한 방법인 이유는?
자기공명은 무선전력전송 분야에는 새로운 방식으로, 아직까지 물리적인 해석만이 연구되어 있고 이러한 해석방법은 전기전자 엔지니어에게는 생소한 방법이다[6][7]. 실제로 전자기기에 사용되기 위해서는 전자적이고 실용적인 해석방법과 도구들이 필요한데 이에 대한 연구는 거의 없거나 매우 부족한 상황이다[8][9].
강하게 결합된 자기공명현상을 이용한 새로운 방식의 무선전력전송 방식의 의의는?
[6][7]. 이 방식은 자기유도 방식과 달리 수 미터의 근거리에서 전송이 가능할 것으로 기대되고 있고, MIT 에서는 2m의 거리에서 40%효율을 시연해 보이기도 했다. 기존의 비접촉 무선 전력전송 기술과 비교해볼때, 자기공명 기술은 몇 가지 근본적으로 다른 점을 가지고 있다. 공명현상은 방향성이 없어, 여러 방향으로의 에너지 전송이 가능하고, 송수신부 간의 결합이 매우 약하더라도 효율적으로 에너지 전송을 할 수 있다. 이러한 특성은 모두 공명현상의 자연적인 특성에 기안한 것이다.
참고문헌 (9)
Z. N. Low, R. A. Chinga, R. Tseng, and J. Lin, "Design and test of a high-power high-efficiency loosely coupled planar wireless power transfer system", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 56, No. 6, pp. 1801-1812, 2009, May.
J. J. Casanova, Z. N. Low, and J. Lin, "A loosely coupled planar wireless power system for multiple receiver", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 56, No. 8, pp. 3060-3068, 2009, August.
J. Hirai, T.-W. Kim, and A. Kawamura, "Wireless transmission of power and information for cableless linear motor drive", IEEE Trans. Power Electron., Vol. 15, No. 1, 2000, Jan.
J. Sallan, J. L. Villa, A. Llombart, and J. F. Sanz, "Optimal design of ICPT systems applied to electric vehicle battery charge", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 56, No. 6, pp. 3060-3068, 2009, June.
A. Kurs, A. Karalis, R. Moffatt, J. D. Joannopoulos, P. Fisher, and M. Soljacic, "Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances", Science, Vol. 317, pp. 83-86, 2007, July.
A. Karalis, J. D. Joannopoulos, and M. Soljacic, "Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer", Annal of Physics, Vol. 323, pp. 34-48, 2007.
C. Zhu, K. Liu, C. Yu, R. Ma, and H. Cheng, "Simulation and experimental analysis on wireless energy transfer based on magnetic resonances", Vehicle Power and Propulsion Conference, pp. 1-4, Harbin China, 2008, September 3-5.
W. Fu, B. Zhang, D. Qiu, and W. Wang, "Analysis of transmission mechanism and efficiency of resonance coupling wireless energy transfer system", International Conference Electrical machines and systems, pp. 2163-2168, Wuhan China, 2008, October 17-20.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.