[논문]무선전력전송기술의 기술적 이론적 상호 관계

이동수; 임동남; 전성즙

doi:10.5370/kiee.2014.63.2.245

[국내논문] 무선전력전송기술의 기술적 이론적 상호 관계
Technological and Theoretical Relationship between Wireless Power Transfer Technologies 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.63 no.2, 2014년, pp.245 - 249

이동수 (Dept. of Electronic Engineering, Pukyong Nat'l Univ.) , 임동남 (Dept. of Electronic Engineering, Pukyong Nat'l Univ.) , 전성즙 (Dept. of Electronic Engineering, Pukyong Nat'l Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper

Wireless power transfer (WPT) system is very attractive because it removes power cables from home appliances, office equipments and battery chargers for electric vehicles. In this paper, non-radiative WPT systems studied recently are claimed to be technologically or theoretically identical in operation irrespective of the number of coils. Especially, 2-coil and 3-coil systems are compared in detail. It is also shown that multiplicity of coils does not increase power transfer capability.

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AI 본문요약
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문제 정의

그런데 이 방식은 자기공진형이라 불리며 그전의 것들과 전혀 다른 것으로 인식되기도 한다. 본 논문에서는 이 방식이 그 전에 사용되던 것[5]과 크게 다르지 않음을 보이고저 한다. 그러면 설계는 많이 연구된 이전 방식으로 이루어질 수 있다.
그림 4(b)는 KAIST에서 제안한 회로로 L₂₃을 중심으로 구성된 회로는 2차 권선에 가깝게 설치되어 있고 보상권선(compensating winding) 또는 보조권선(auxiliary winding)이라 부른다[8]. 보조권선은 자동 튜닝을 목적으로 설치하였다. 그림 4(c)는 좌우편차를 줄이기 위하여 제안하였고 L₂, L₃는 대등한 출력을 낸다.
이런 일련의 과정은 그림 3과 같이 2-coil 형에 직렬 공진을 이용하는 것이 가장 적절한 방식임을 알 수 있다. 본 논문에서는 중계 권선이나 보조권선이 출력을 증강시키지 못한다는 것과 직렬공진이 흔히 이야기하는 병렬 공진보다 나은 것임을 보이려고 한다.
(4), (5) 식에서 보상 후 괄호내의 값이 양 (+) 이면 부족 보상, 음(-)이면 과보상, 영이면 완전 보상이라 한다. 동작을 단순화시켜 보기 위하여 완전 보상인 경우를 다루자. 이 경우의 phasor 도는 그림 5와 같다.

가설 설정

이 경우의 phasor 도는 그림 5와 같다. 그림 5에서 1차 전류를 일정하게 유지하고 2차에 순수 저항부하가 연결된 경우를 가정하였다. 점선으로 표시된 것은 자기인덕턴스에서의 전압 강하와 이를 상쇄시키기 위한 커패시터에서의 전압 강하를 나타낸다.

제안 방법

무선 전력 전송에는 1) 용량성 결합에 의한 것, 2) 유도성 결합에 의한 것과 3) 마이크로파 방사에 의한 것이 있는데 본 고에서는 유도성 결합에 의한 전력전송만을 한정하여 논하려고 한다.

성능/효과

본 논문에서는 현존하는 다양한 종류의 WPT 시스템 즉, coil을 2, 3 또는 그 이상을 사용하는 시스템이 비방사형이면 기본적인 동작이 동일하다는 것을 보였다. 중계권선, 보조권선, 공진기 등과 같이 기본적인 2개의 coil 외에 더 많은 coil을 선택하는 것은 보조적인 기능이나 주파수에 따라 선택할 수 있는 부수적인 것으로 볼 수 있다.

후속연구

2-coil 시스템에서는 설계가 매우 논리적으로 진행될 수 있다[12]. 이를 바탕으로 다공진형 WPT 시스템의 설계를 논리적으로 진행할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무선전력전송 시스템의 장점은?	최근 들어 전기기기의 편리성과 안전성을 위하여 무선전력전송시스템이 많이 연구되어 도입되고 있다. 무선전력전송 시스템은 급전 측에서 집전 측으로 직접 전선을 연결하지 않아도 되는 장점이 있다. 직접 전선으로 연결되지 않으면 사용자가 전격 등에 노출되지 않아 안전성이 증가하고 전선으로부터 자유로워져 가동성 또는 편리성이 증대한다.
	상호유도작용은 무엇인가?	그림 1은 두 코일에 두 번의 유도 작용이 있는 것을 나타내었다. 상호유도작용이란 한 코일에 흐르는 전류에 의해 다른 쪽 코일에 유기기전력이 발생하는 것이다. L1, L2는 각기 1차와 2차의 자기 인덕턴스, M은 상호 인덕턴스다.
	WPT 시스템의 설계를 논리적으로 진행할 수 있을 것이라 기대되는 이유는?	본 논문에서는 현존하는 다양한 종류의 WPT 시스템 즉, coil을 2, 3 또는 그 이상을 사용하는 시스템이 비방사형이면 기본적인 동작이 동일하다는 것을 보였다. 중계권선, 보조권선, 공진기 등과 같이 기본적인 2개의 coil 외에 더 많은 coil을 선택하는 것은 보조적인 기능이나 주파수에 따라 선택할 수 있는 부수적인 것으로 볼 수 있다. 2-coil 시스템에서는 설계가 매우 논리적으로 진행될 수 있다[12]. 이를 바탕으로 다공진형 WPT 시스템의 설계를 논리적으로 진행할 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (12)

C.-S. Wang, O. H. Stielau and G. A. Covic, "Design considerations for a contactless electric vehicle battery charger", IEEE trans. Ind. elec. vol. 52, no. 5, pp.1308-1314, 2005.

상세보기
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상세보기
Z.N. Low, R.A. Chinga, R. Tseng and J. Lin, "Design and test of a high-power high-efficiency loosly coupled planar wireless power transfer system", IEEE trans. Ind. elec. vol. 56, no. 5, pp.1801-1812, 2009.

상세보기
A. Karalis, A.B. Kurs, R. Moffatt, J.D. Joannopoulos, P.H. Fisher and M. Soljacic, "Wireless Energy Transfer", US 7825543 B2, 2010.
J. Boys, "Inductive Power Transfer Across an Extended Gap", WO 98/50993, 1998.
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S.-H. Cheon, Y.-H. Kim, N.-L. Lee, and S.-Y. Kang, "Circuit model based analysis of a wireless energy transfer system via coupled magnetic resonance", KIPE Trans. vol. 16, no. 2, pp. 137-144, 2011.

원문보기 상세보기
S.G. Lee, H. Haong, Y.H. Choi and F. Bien, "Efficiency improvement for magnetic resonance based wireless power transfer with axialmisalignment", Electronics Letters, vol. 48, no. 6, pp. 339-340, 2012.

상세보기
D.-S. Lee, D.-N. Lim, S.-J. Jeon, "Pickup system design for wireless power transfer", Proc. of 42th KIPE Summer Conference, pp. 381-382, 2012.

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