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레이저 무선충전 기술 연구
Study on a Laser Wireless Power Charge Technology 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.11 no.12, 2016년, pp.1219 - 1224  

이동훈 (경성대학교 전기전자공학부) ,  김성만 (경성대학교 전기전자공학부)

초록
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현재까지 개발된 무선 충전기술은 크게 전자기유도 방식, 자기공명 방식, 전자기파 방식 등이 있다. 하지만 기존의 방법들은 전송거리가 짧거나 전자파 장해를 일으키는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 레이저를 이용한 무선충전 기술에 대해 연구하고 이에 대한 실험결과를 보인다. 이 기술은 송신단에 전/광 변환을 위한 레이저 광원을 사용하여 빛의 형태로 에너지를 무선으로 전송하며, 수신단에는 광/전 변환을 위해 태양전지나 PD(: Photo Diode)를 이용하는 방식이다. 10m 이상의 장거리에서는 레이저 무선충전 기술의 전송효율이 가장 높을 것으로 전망되며, 장거리 무선충전에서는 레이저 무선충전 기술이 가장 효율적인 무선충전 기술이 될 것으로 판단된다. 본 논문의 실험결과에서는 100 mW Red 레이저 송신부와 PD 수신부를 이용하여 70 m의 장거리 전송거리에서 DC-to-DC 로 2.15 %의 무선전력전송 효율을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The current wireless power charge technologies are based on induction coupling, magnetic resonant coupling, electromagnetic wave, etc. However, the current wireless power charge technologies has several disadvantages including short transfer range, electromagnetic interference, etc. In this paper, w...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 논문에서는 장거리에서 가장 높은 전송효율을 보일 것으로 예상되는 무선 광에너지 전송방식에 대해 연구하였고, 구체적으로는 송신단에서의 광원으로 레이저를 이용하는 레이저 무선충전 기술방식에 대해 연구하였다. 본 논문에서는 장거리 무선 전력 전송을 위하여 LED를 광원으로 이용하는 방식[10]보다는 레이저 광원을 이용하는 방식이 장거리 전송에 더 적합하다고 판단하였다.
  • 본 논문에서 연구한 레이저 무선충전기술의 장거리 전송을 실험해 보았다. 그림 8은 본 실험 구성의 실제 사진이다.
  • 본 논문에서는 10 m 이상의 장거리에서 가장 효율이 높을 것으로 예상되는 레이저 무선충전 기술에 대한 실험을 수행하였다. 이를 위하여 송신단에서의 레이저의 전/광 변환효율을 측정하였고, 수신단에서 PD 및 태양전지의 광/전 변환효율을 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선 광에너지 전송 방식은 무엇인가? 반면에 본 논문에서 연구하는 무선 광에너지 전송 방식은 송신단에서 레이저나 LED를 이용하여 전기에너지를 광 에너지로 변환시키고, 이를 빛의 형태로 목표물까지 무선으로 전송시킨 후에 수신단에서는 태양전지나 PD(: Photo Diode) 등을 이용하여 전기에너지의 형태로 변환시키는 기술을 말한다. 이러한 무선 광에너지 전송기술의 구성요소를 그림 1에 나타내었다.
장거리 무선전송에 있어서 전송효율을 높이는 방법은? 그림 10에서 알 수 있듯이 전송거리가 커질수록 지수적으로 레이저 빔의 크기가 커지는 것을 알 수 있다. 따라서, 수백 m의 장거리 전송에는 레이저 빔의 퍼짐이 작은 레이저를 사용하고, 수신부에 렌즈나 집광장치를 사용하여 전송손실을 줄이는 기술이 필요할 것으로 판단된다.
무선 광에너지 전송기술의 특징은 무엇인가? 한편, 무선 광에너지 송신단의 마지막 부분에는 빛을 원하는 방향을 보내기 위한 추가적인 광학장치가 필요할 수 있으며, 이를 위해서는 렌즈, 거울, SLM(: Spatial Light Modulator) 등이 사용될 수 있다[6-7]. 이러한 무선 광에너지 전송기술의 가장 큰 특징은 다른 무선 충전기술에 비해 전송거리가 길고, 목표물 이외의 방향으로 에너지가 전달되지 않기 때문에 원하는 목표물에만 정확하게 타겟팅(targeting)이 가능한 장점을 가지고 있다. 만약에 이러한 에너지 전송방식을 무선이 아니라 광섬유를 이용하여 유선으로 전송하면 유선 광에너지 전송기술이 된다[8-9].
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참고문헌 (10)

  1. 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, no. 5834, July 2007, pp. 83-86. 

  2. W. Stewart, "The power to set you free," Science, vol. 317, no. 5834, July 2007, pp. 55-56. 

  3. E. Falkenstein, M. Roberg, and Z. Popovic, "Low-Power wireless power delivery," IEEE Trans. Microw. Theory and Tech., vol. 60, no. 7, July 2012, pp. 2277-2286. 

  4. T. Shan and C. Lhen, "A primary side control method for wireless energy transmission system," IEEE Trans. Circuits and Systems-I: Regular Papers, vol. 59, no. 8, Aug. 2012, pp. 1805-1814. 

  5. H. Shin, "Status and expectation of wireless charging technology," The Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 28, no. 3, May 2014, pp. 49-56. 

  6. S. Kim and S. Kim, "Wireless visible light communication technology using optical beamforming," Optical Engineering, vol. 52, no. 10, Oct. 2013, Paper no. 106101. 

  7. S. Kim and H. Lee, "Visible light communication based on space-division multiple access optical beamforming," Chinese Optics Letters, vol. 12, no. 12, Dec. 2014, Paper no. 120601. 

  8. S. Kim, "Analysis of optical energy delivery through multi-core optical fibers," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 7, no. 5, Oct. 2012, pp. 1079-1085. 

  9. S. Kim, "Possibility of optical energy transmission through optical fibers," Far East J. of Electronics and Communications, vol. 5, no. 2, Dec. 2010, pp. 105-112. 

  10. S. Kim and S. Kim, "Wireless optical energy transmission using optical beamforming," Optical Engineering, vol. 52, no. 4, Apr. 2013, Paper no. 043205. 

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