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유도방식 무선충전기용 송수신 장치간 정렬상태 검출기법
The method of alignment detection between Tx and Rx set in wireless inductive charger 원문보기

통신위성우주산업연구회논문지 = The Journal of Korea Society of Communication and Sapce Technology, v.9 no.1, 2014년, pp.90 - 96  

이상곤 ((주)에스엔파워콤 연구소) ,  김재명 (인하대학교 전자공학과)

초록
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본 논문은 무선충전기에 있어서 효율 증대 기법에 관한 것으로, 송수신 장치간 정렬상태를 수신 장치인 스마트폰에 표시할 수 있는 방법을 제시한다. 구현된 무선충전기는 세계 표준인 WPC( Wireless Power Consortium ) 방식을 기반으로 되어 있어 수 100kHz 이하의 주파수로 동작하고 누설 자속을 최소화할 수 있도록 자기장 차폐제를 사용한 송수신 코일 구조를 갖는다. 송수신 장치의 정렬 상태를 확인할 수 있는 종래 방식은 수신단 코일의 수신 레벨만을 표시하는 단순 방식이지만 본 방식은 수신 장치의 위치까지 알 수 있어 보다 진보된 방식이라 할 수 있다. 무선 충전기 송수신 장치의 정렬상태 검출을 위하여 수신 코일의 위치변화와 자기장 세기가 서로 선형관계에 있음을 확인하고 삼각측량법을 이용하여 이 선형관계가 위치 정보로 변환될 수 있음을 보였다. 실험을 통하여 선형관계에 영향을 미칠 수 있는 요소들을 분석하고 이 요소들을 최적화한 상태에서의 선형 특성을 가질 수 있음을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper is about increasing transfer efficiency of wireless power transmission. The new method is proposed to detect the alignment of transmitter and receiver of wireless charger and so smart phone can display the position of wireless charging receiver on its LCD panel for the maximum charging ef...

주제어

#alignment   #WPC   #inductive coupling   #wireless charging   #charging efficiency  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 무선 충전장치는 송신장치와 수신 장치로 나뉘고 송신 장치와 수신 장치는 각각의 송신 코일과 수신 코일을 갖고 있어 이 두 코일을 근접하여 전기유도현상으로 전력을 전송하는 방식으로 구현되어 있다. 본 논문에서는 무선충전 세계 표준인 WPC(Wireless Power Consortium) 권고 사항을 준수하는 시스템을 구성하였다.
  • 유도식 무선충전 장치 제조사들은 사용자로 하여금 송수신장치를 정렬이 되도록 권장하고 있으나 사용자가 정렬상태를 직관적으로 확인할 수 없어 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 이러한 유도식 무선전력전송 기술의 한계를 극복하고자 전송 효율을 표시해주는 기존 방식[9]보다 진보한 방식인 송수신 장치간 거리를 측정할 수 있는 방법을 제시하고 구현된 측정방식으로 스마트폰 어플을 제작하여 송수신 장치간 거리를 좌표로 보여줄 수 있도록 하였다. 무선충전 수신 장치가 내장된 스마트폰에 무선충전 송신장치와의 정렬 상태를 표시하여 사용자가 정렬상태를 직관적으로 판단할 수 있도록 정렬상태를 LCD 화면에 표시해준다.
  • 본 논문에서는 휴대 단말기의 무선충전 시스템에 있어서 최대 충전 효율을 갖기 위한 요소인 송신장치와 수신 장치간 정렬 상태를 확인할 수 있는 방법을 제시하였다. 이를 위하여 가장 핵심 요소인 송신단 센서 레벨과 수신 코일과 거리 관계가 선형관계가 있음을 보였고 이를 삼각측량법을 활용하여 수신 코일의 좌표를 산출할 수 있음을 보였다.
  • 실제 스마트폰 어플을 제작하여 LCD 화면에 수신 코일의 위치를 표시하였다. 이로서 기존의 방법인 수신단의 수신 레벨만으로 간단히 정렬이 되어 있는지의 유무만을 알 수 있었던 것에 진일보하여 그 좌표까지도 알 수 있는 기법을 제시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
송수신 장치 전력 전송의 기본 원리는 무엇인가? 그림 1은 WPC 표준의 무선 충전 송수신 장치의 구성도를 보이고 있다[7]. 송수신 장치 전력 전송은 기본적으로 두 장치의 송수신 코일을 맞대고 자기유도로 전력을 전송하는 것이 기본 원리이며, 두 개의 장치 중 전력 전송을 하는 부분을 송신 장치, 전력을 받아 부하(Load)에 전력을 공급하는 곳을 수신 장치라 한다.
무선전력전송은 무엇인가? 무선전력전송 (WPT: Wireless Power Transfer)이란 가전기기나 전기자동차 등에 전원을 공급하는 전원선 (power cable)을 없애고 이를 무선으로 대체하는 기술을 말한다. IT 기기의 경우는 이동통신망이나 무선 LAN (Wi-Fi)을 통하여 정보 전달이 무선으로 자유롭게 이루어지고 있으나, 기기의 전원공급은 내장된 배터리를 이용하고 있으므로 배터리 충전을 위한 전원선이 반드시 필요하다.
전자기 유도 원리를 이용한 비접촉식 충전 방식의 단점은 무엇인가? 그중 하나는 전자기 유도 원리를 이용한 비접촉식(contactless) 충전 방식으로서, 이것은 변압기 사이를 분리하여 한쪽 코일에서 다른 쪽 코일로 전자기 에너지를 전달하는 방식이다. 이 방식은 에너지 전달 거리가 수 밀리미터만 넘어가도 전력 전달 효율이 크게 떨어지기 때문에 전동 칫솔과 같은 일부 응용 분야에 제한적으로 적용되고 있다. 다른 기술로는 레이저 또는 마이크로파 기술을 이용한 전력 전송방식으로서, 이것은 먼 거리에 높은 에너지를 전달할 수 있는 장점이 있지만 일반적인 휴대용 소형 단말기에 적용하기에는 위험 요소가 너무 많다.
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참고문헌 (10)

  1. 임승옥, 강신재, '무선에너지전송 표준화 동향', TTA Journal No.129, 한국정보통신기술협회, 2010. 5. 31. 

  2. 문연국, 강신재, 김계환, 원윤재, 임승옥, 김석기, "Mobile용 무 선전력전송 기술동향 및 구현사례 ," 전자공학회논문지, 제46 권 SD편 제 11호, pp. 766-774, 2009년 11월. 

  3. 장병준, "무선전력전송과 관련된 국내외 제도 비교 분석", 전자공학회지 제38권 제9호, pp. 712-717, 2011년 9월. 

  4. Zou Y W, Huang X L, Tan L L, "Current research situation and developing tendency about wireless power transmission," Proceedings of ICECE2010, pp. 3507-3511, Wuhan, China, 2010 

  5. Mandal T K, "Wireless transmission of electricity development and possibility," Sixth International Symposium Nikola Tesla, Belgrade, pp. 18-20, October, 2006 

  6. 안태원, "주파수 제어에 의한 무선 충전 최적화 기법," 전자공학회논문지 제 50 권 제 7 호, pp. 1903-1908, 2013년 7월. 

  7. WPC, http://www.wirelesspowerconsortium.com/ 

  8. 배석, 최돈철, 현순영, 이상원, "휴대단말기 무선전력 전송모듈용 전자기파 차폐소재", Journal of the Korean Magnetics Society 23(2), 68-76쪽, (2013) 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. 김선섭, "충전효율표시장치를 구비한 무접점 충전시스템 및 충전효율 표시방법", 특허 제10-1196540호 

  10. 신석주, 이상곤, "무선충전 시스템의 송수신 정렬상태 표시방 법 및 장치", 특허 제10-1257676호. 

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