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자계 결합 무선 전력 전송에서의 결합 계수 추출 방법
Extraction Solution for the Coupling Coefficient at the Magnetically Coupled Wireless Power Transmission 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.23 no.9, 2012년, pp.1073 - 1078  

김건영 (경희대학교 전자전파공학과) ,  이범선 (경희대학교 전자전파공학과)

초록
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본 논문에서는 손실을 고려한 등가 회로 분석을 통하여 자계 결합 무선 전력 전송 시스템에서의 결합 계수 추출식을 유도하였다. 부하 저항을 고려한 유도된 추출식을 이용하여 결합 모드 이론을 이용한 기존의 추출식을 일반화시켰다. 따라서 우수/기수 모드 해석이 불필요하기 때문에 측정 과정에서 쉽게 결합 계수를 구할 수 있다. 또한, EM 시뮬레이션에서 두 루프를 통과하는 자속의 비를 이용하여 구한 결합 계수와 유도된 추출식을 이용하여 구한 결합 계수가 일치함을 확인할 수 있다. 자계 결합 무선 전력 전송에서의 정확한 결합 계수를 추출한다면, 시스템을 분석하고 최적화시키는 데 유용하게 활용할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presented the extraction solution for the coupling coefficient at the magnetically coupled wireless power transmission(WPT) system through the analysis of its equivalent circuit considering the loss. The conventional extraction solution using coupled mode theory is generalized employing t...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • EM 시뮬레이션에서 구리(σ=5.8×107 S/m)로 이루어진 루프를 설계하였다.
  • 8 이다. EM 시뮬레이션에서 구한 결합 계수를 회로 시뮬레이션에 넣어 결과를 비교하였다. 그림 4(a)에서 거리에 따른 결합 계수는 각각 0.
  • 본 논문에서는 자계 결합 무선 전력 전송 시스템에서의 결합 계수 추출식을 손실을 고려한 등가 회로 분석을 통해 유도하였다. 유도된 추출식은 결합 모드 이론을 이용한 추출식을 일반화 시켜 쉽게 활용할 수 있도록 하였다.
  • 이러한 결합 계수를 시스템에서 정확히 추출한다면 시스템을 최적화 시키는 데 유용하게 사용될 수 있다. 본 논문에서는 현재 사용되는 결합 계수 추출 방식을 보완하여, 자계 결합 무선 전력 전송의 손실을 고려한 등가 회로 분석을 통한 새로운 추출 방법을 유도하였다.
  • 본 논문에서는 자계 결합 무선 전력 전송 시스템에서의 결합 계수 추출식을 손실을 고려한 등가 회로 분석을 통해 유도하였다. 유도된 추출식은 결합 모드 이론을 이용한 추출식을 일반화 시켜 쉽게 활용할 수 있도록 하였다. 또한, 두 루프를 통과하는 자속의 비를 이용하여 구한 결합 계수와 유도된 추출식은 일치하였다.
  • 하지만 실제 EM 시뮬레이션 또는 측정에서 주파수 분할 현상이 나타날 때, Im[Zin0)]는 공진 주파수에서 0이 아닌 값을 가질 수 있으며, 이로 인해 부정확한 결합 계수가 유도될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 주파수 분할 현상이 나타날 때 사용할 수 있는 결합 계수 추출식을 유도하였다.

대상 데이터

  • 동일한 두 루프를 이용하여 시뮬레이션을 하였으며(R1=R2=R, L1=L2=L, C1=C2=C), 포트의 임피던스는 50 Ω 이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자계 결합 무선 전력 전송에서의 결합 계수는 무엇에 따라 결정되는가? 특히, 자계 결합 무선 전력 전송에 관한 연구가 다방면으로 이루어지고 있다. 자계 결합 무선 전력 전송에서의 결합 계수 (k)는 루프(혹은 코일)의 특성과 두 루프(혹은 코일) 사이의 거리에 따라 결정된다. 이러한 결합 계수를 시스템에서 정확히 추출한다면 시스템을 최적화 시키는 데 유용하게 사용될 수 있다.
주파수 분할 현상으로 부정확한 결합 계수가 유도되는 것을 해결하기 위해 본 논문에서는 어떤 방법을 사용하는가? 하지만 실제 EM 시뮬레이션 또는 측정에서 주파수 분할 현상이 나타날 때, Im[Zin(ω0)]는 공진 주파수에서 0이 아닌 값을 가질 수 있으며, 이로 인해 부정확한 결합 계수가 유도될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 주파수 분할 현상이 나타날 때 사용할 수 있는 결합 계수 추출식을 유도하였다.
결합 계수는 어떻게 활용될 수 있는가? 자계 결합 무선 전력 전송에서의 결합 계수 (k)는 루프(혹은 코일)의 특성과 두 루프(혹은 코일) 사이의 거리에 따라 결정된다. 이러한 결합 계수를 시스템에서 정확히 추출한다면 시스템을 최적화 시키는 데 유용하게 사용될 수 있다. 본 논문에서는 현재 사용되는 결합 계수 추출 방식을 보완하여, 자계 결합 무선 전력 전송의 손실을 고려한 등가 회로 분석을 통한 새로운 추출 방법을 유도하였다.
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참고문헌 (8)

  1. N. Tesla, U.S. patent 1,119,732, 1914. 

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  3. Chunlai Yu, Rengui Lu, Yinhua Mao, Litao Ren, and Chunbo Zhu, "Research on the model of magnetic- resonance based wireless energy transfer system", Vehicle Power and Proplsion Conference 2009, pp. 414-418, Sep. 2009. 

  4. I. Awai, T. Komori, "A simple and versatile design method of resonator-coupled wireless power transfer systerm", Proc. ICCCAS 2010, Jul. 2010. 

  5. Gunyoung Kim, Younkwon Jung, and Bomson Lee, "Wireless power transmission between two metamaterial- inspired loops at 300 MHz", Journal of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 10, no. 4, pp. 219-223, Dec. 2010. 

  6. Chungju Kim, Bomson Lee, "Analysis of magnetic coupled wireless power transmissions considering radiation loss", Journal of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 11, no. 3, pp. 156-160, Nov. 2011. 

  7. J. Hong, M. J. Lancaster, Microstrip Filters for RF/Microwave Applications, Wiley & Sons., 2001. 

  8. K. Finkenzeller, RFID Handbook, Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification, 2nd Edition, John Wiley & Sons, ch. 4, 2003. 

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