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전자기유도방식을 이용한 무선 충전 기기의 구현 및 성능 측정

Performance Measurement of the Wireless Charging Devices Using Eletromagnetic Induction Techniques

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.19 no.3 = no.72, 2015년, pp.237 - 243  

류다운 (인천대학교 전자공학과) ,  김영현 (인천대학교 전자공학과) ,  구경헌 (인천대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 전자기 유도 방식을 이용하여 무선전력전송 시스템을 구현하고 전송 효율을 측정하였다. 또한 수신부 코일의 세부 조건 변화에 따른 효율 변화를 확인하고 최적의 코일 조건을 제시하였다. 제작한 송수신부 회로를 이용하여 수신 코일 위치에 따른 전압 변화를 측정하고, 같은 위치에서 인덕턴스 값 변화에 따른 전압변화를 측정하였으며, 휴대폰 충전 시간을 측정하는 앱을 개발하여 충전 상태에 따른 무선전력전송 충전 시간을 비교하여 이를 통해 최적의 무선전력전송 시스템을 구현하고자 하였다. 개발된 전자기 유도방식을 이용한 무선전력전송 시스템은 주파수 125 kHz를 사용하며, 핸드폰 50%에서 60%까지 충전 시 유선 충전기는 16분, 무선충전기는 23분의 충전시간을 가졌다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presented the design of wireless power transfer (WPT) system using electromagnetic induction techniques and analysed WPT efficiency. Also, we presented the optimum coil condition by measuring the efficiency variation according to some receiving coil parameter changes. Voltage change is me...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 자기유도 방식을 이용한 무선 전력 송신기 및 코일 안테나를 개발하여 설치하고 개발한 소형의 수신장치를 모바일기기 충전포트에 연결하여 무선으로 충전이 가능한 고효율을 갖는 시스템을 개발하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 전자기 유도 방식을 이용한 무선전력전송 송신기 및 수신기 시스템을 구현하고, 수신부 코일의 세부 조건 변화에 따른 전송 효율변화를 확인하고 최적의 코일 조건을 제시하였다.
  • 실험 결과 오실로스코프로 측정한 송수신부 간의 AC전압 측정 값의 송신부 대비 수신부의 값을 제시하였다. 수신부 코일 안테나 크기에 따라 효율이 증가할 수 있기 때문에 이 실험은 위치에 따른 상대적인 변화를 추정하기 위한 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선전력전송기술이란 무엇인가? 무선전력전송기술은 전기 에너지를 특정한 송신장치를 통해서 무선으로 전송하고 이를 수신 장치가 수신 후 다시 직류 또는 교류 에너지로 변화시켜 사용자가 원하는 기기에 전력을 공급하는 시스템을 의미한다. 현재 다양한 ICT기술이 발달하면서 모바일용 디지털 기기가 급증하고 있고, 특히 스마트폰 수요가 증대하면서 배터리 충전은 중요한 문제로 부각하고 있다.
배터리 충전은 중요한 문제로 부각되는 이유는 무엇인가? 무선전력전송기술은 전기 에너지를 특정한 송신장치를 통해서 무선으로 전송하고 이를 수신 장치가 수신 후 다시 직류 또는 교류 에너지로 변화시켜 사용자가 원하는 기기에 전력을 공급하는 시스템을 의미한다. 현재 다양한 ICT기술이 발달하면서 모바일용 디지털 기기가 급증하고 있고, 특히 스마트폰 수요가 증대하면서 배터리 충전은 중요한 문제로 부각하고 있다. 따라서 무선충전기술 등 다양한 방법으로 이를 해결하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
무선으로 에너지를 전송하는 기술 중 전자기파를 이용한 방식은 어떤 용도로 이용 가능한가? 무선으로 에너지를 전송하는 기술은 크게 자기유도를 이용하는 방법, 전자기 공진을 이용하는 방법, 그리고 전자기파를 이용하는 방법으로 나눌 수 있다. 이중 전자기파를 이용한 방식은 수십 kW 이상의 큰 에너지를 전송하는 용도로 이용 가능한데 예로 우주에서 태양광 에너지를 모아 지구로 전송하는 기술 등이 해당된다. 자기유도방식은 전동칫솔이 좋은 예로 송신코일에 전류를 흘려 자기장이 유도되고 시간에 따라 변화하는 자기장은 다시 수신코일에 전류를 유도하게 되어에너지 소스로 사용가능하게 된다.
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참고문헌 (8)

  1. Y. Moon, S. Kang, G. Kim, and S. Im, "Technology trend and implementations for mobile WPT," The Journal of Electronics and Information Engineers, Vol. 38, No. 10, pp. 26-34, Oct. 2011. 

  2. Y. Won, and S. Im, "Technology trend and standard for WPT," The Journal of the Korean Institute of Communication Sciences, Vol. 30, No. 11, pp. 52-59, Oct. 2013. 

  3. J. Park, "Enhancement of efficiency for WPT," The Journal of Electronics and Information Engineers, Vol. 39, No. 8, pp. 44-50, Aug. 2012. 

  4. D. K. Park, "A study on improvement of conversion efficiency of rectifying circuit for wireless power transmission," The Journal of Korea Navigation Institute, Vol. 14, No. 5, pp. 655-660, Oct. 2010. 

  5. J. H. Lim, K.D. Han, and D. K. Park, "Battery charging system using magnetic induction," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, Vol. 17, No. 10, pp. 2239-2244, Oct. 2013. 

  6. J. W. Kim, H. C. Son, S. H. Jung, and S. G. Kim, "A planer spiral antenna of multi-tabs for wireless power transmission of inductive coupling," The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering Sciences, Vol. 20, No. 8, pp. 753-760, Sept. 2009. 

  7. J. K. Kim, H. H. Ji, Y. G. Choi, Y. H. Yun, K. H. Kim, and Y. J. Park, "Study on arrangement of self-resonant coils on wireless power transfer system based on magnetic resonance," The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering Sciences, Vol.21, No. 6, pp. 564-572, June. 2010. 

  8. H. C. Son, J. W. Kim, Y. J. Park, and K. H. Kim, "Efficiency analysis and optimal design method of a circular loop resonant coil for wireless power transfer," The Institute of Electronics and Information Engineers Proceedings of the IEIE Conference, Jeju:, Korea, Vol. 33, No. 1, pp. 1069-1071, June. 2010. 

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