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무선 전력 전송 시스템에서의 전자파 연구 동향 원문보기

電磁波技術 : 韓國電磁波學會誌 = The Proceedings of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.27 no.1, 2016년, pp.54 - 65  

김종훈 (한국과학기술원) ,  김지성 (수원과학대학) ,  안승영 (한국과학기술원) ,  김정호 (한국과학기술원)

초록
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상용화되는 무선 전력 전송 시스템이 점점 더 증가하고 있다. 휴대폰과 같은 모바일 기기의 무선 충전 기술은 이제 자동차에서까지 상용화 제품의 출시가 되기 시작하였다. 이렇게 무선 전력 전송 시스템의 상용화기 진행됨에 따라, 무선 전력 전송 시스템에서 방사되는 전자파에 관한 일반 시민들의 우려도 증가하고 있으므로, 무선 전력 전송 시스템에서 방사되는 전자파를 축소시키는 기술의 연구 개발은 지속적으로 진행되어야 한다. 가장 먼저 무선 전력 전송 시스템의 구성을 소개하였고, 13개의 설계 입력 변수와 17개의 출력 파라미터를 언급하였다. 전자파 노이즈의 방사 원리 및 허용되는 전자파의 세기에 관하여 소개하면서 ICNIRP guideline과 CISPR standard 예제를 다루었다. 마지막으로 무선 전력 전송 시스템에서 방사되는 전자파의 축소 기술에 관한 연구 개발 사례를 다루었다. Electromagnetic shielding, Magnetic-field cancelation, LC filtering, Decoupled inductor, Spread spectrum 등의 기술을 적용하여 무선 전력 전송 시스템에서 방사되는 전자파 노이즈를 효과적으로 축소시킬 수 있으며, 앞으로도 무선 전력 전송 시스템에서 방사되는 전자파 노이즈를 축소시키기 위한 연구 개발이 지속적으로 진행될 것으로 기대한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 결과적으로, 무선 전력 전송 시스템의 가장 중요한 3대 주요 지표를 아래와 같이 정리할 수 있으며, 본 글에서는 무선 전력 전송 시스템에 방사되는 전자파에 관한 기술 및 연구 동향을 다룰 것이다.
  • 앞 절에서 다루어진 전자파 차폐 기술과 Magnetic-field Cancelation 기술 이외에도 무선 전력 전송 시스템에서 발생하는 전자파의 세기를 줄이기 위한 연구 활동은 지속적으로 진행되고 있다. 본 절에서는 아래와 같은 방법으로 무선 전력 전송 시스템에서 방사되는 전자파를 축소 기술 사례를 소개하려고 한다.[15],[16]

가설 설정

  • [그림 6]과 같이, 코일의 직경이 250 mm이고, 코일의 턴수는 14턴이며, 코일에 흐르는 전류가 10 A라는 가정은, 부하에 전달되는 전력이 약 300 W 정도(50 W∼1 kW 범위)의 무선 전력 전송 시스템과 유사한 조건이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선 전력 전송 시스템에서의 효율은 무엇으로 정의될 수 있는가? 효율이라고 함은, “유효 전력 전송 효율”을 의미하며, 전력 공급원에서 제공하는 유효 전력과, 부하에 전달되는 유효 전력의 비율로 정의된다. 예를 들면, 220 V 60 Hz 전원콘센트를 통하여 전달되는 유효 전력과 부하에서의 소비 전력 사이의 비율이 유효 전력 전송 효율이라고 할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템에서 성능 관점으로 무엇이 중요한 지표라고 할 수 있는가? 성능 관점으로는 “부하에 전달되는 전력 및 전압” 값이 중요한 성능 지표라고 할 수 있다. 이 값은 무선 전력 전송시스템의 정상 동작 여부를 판정하는 기본적인 지표이므로 사용자에게 반드시 제공되어야 한다.
무선 전력 전송 장치의 품질 관점에서 중요한 지표는 무엇이라고 할 수 있는가? 품질 관점으로 중요한 지표는 “효율”과 “전자파의 세기”라고 할 수 있다. 그 이외에도 역율, 코일(인덕터)을 통하여 흐르는 전류 및 코일 양단의 전압, 공진 현상을 활용하기 위하여, 추가되는 커패시터에 흐르는 전류 및 커패시터 양단의 전압 등 매우 많은 품질 지표가 존재한다.
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참고문헌 (18)

  1. C.-S. Wang, H. S. Oskar, and A. C. Grant, "Design considerations for a contactless electric vehicle battery charger", IEEE Trans. on Industrial Electronics(IE), 52(5), pp. 1308-1314, Oct. 2005. 

    상세보기 crossref

  2. S. Kim, H.-H. Park, J. Kim, J. Kim, and S. Ahn, "Design and analysis of a resonant reactive shield for a wireless power electric vehicle", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques(MTT), 62(4), pp. 1057-1066, 2014. 

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  3. J. Kim, H. Kim, and J. Kim, "Design of wireless power transfer system considering electromagnetic-field noise", The Proceedings of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science(KIEES), 23(1), pp. 37-47, Jan. 2012. 

  4. J. Kim, J. Kim, H. Kim, C. Song, J. Song, Y. Cho, S. Kim, S. Kong, S. Jeong, and J. Kim, "Safety and reliability verification process of coil module in wireless power transfer system using circuit level sensitivity simulation", IEEE Electrical Design of Advanced Packaging and Systems(EDAPS), pp. 144-147, Dec. 2015. 

  5. J. Kim, H. Kim, I.-M. Kim, Y.-I. Kim, S. Ahn, J. Kim, and J. Kim, "Reduction of electromagnetic field from wireless power transfer using a series-parallel resonance circuit topology", Journal of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science(KIEES), 11(3), pp. 166-173, Sep. 2011. 

  6. J. Kim, H. Kim, M. Kim, S. Ahn, J. Kim, and J. Kim, "Analysis of EMF noise from the receiving coil topologies for wireless power transfer", Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility(APEMC), pp. 645-648, TH-AM-PE2-2, May 2012. 

  7. J. Kim, "Design of resonant coil module for wireless power transfer system", Korea Industrial Technology Association (KOITA) Tech-issue Paper, 2-3, pp. 5-13, Jul. 2013. 

  8. "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (Up to 300 GHz)", ICNIRP Guidelines, 1998. 

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  11. IEC CISPR 22, "Information technology equipment - Radio disturbance characteristics-Limits and methods of mea- surement, Edition 5.2", pp. 11-14, 2006. 

  12. S. Ahn, J. Pak, T. Song, H. Lee, J. Byun, D. Kang, C.-S. Choi, Y. Chun, C. T. Rim, J.-H. Yim, D.-H. Cho, and J. Kim, "Low frequency electromagnetic field reduction techniques for the on-line electric vehicle (OLEV)", IEEE Electromagnetic Compatibility Symposium (EMCS), pp. 625-630, Jul. 2010. 

  13. IEC 62110, "Magnetic field levels generated by a.c. power systems-Measurement procedures with regard to public exposure, Edition 1", pp. 12-14, 2009. 

  14. J. Kim, J. Kim, S. Kong, H. Kim, I.-S. Suh, N. P. Suh, D.-H. Cho, J. Kim, and S. Ahn, "Coil design and shielding methods for a magnetic resonant wireless power transfer system", Proceedings of the IEEE, 101(6), pp. 1332-1342, Jun. 2013. 

  15. S. Ahn, J. Kim, "Technology trend of EMC for wireless power transfer system", The Proceedings of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science(KIEES), 26(1), pp. 5-15, Jan. 2015. 

  16. Freescale Semiconductor, "WCT1001A / WCT1003A Automotive A13 Wireless Charging Application User's Guide Rev. 3.3", p. 7, 2015. 

  17. C. Song, D. H. Jung, E. Song, Y. Cho, S. Kim, J. Kim, and J. Kim, "Electromagnetic interference reduction method from handheld resonant magnetic field charger (HH-RMFC) for electric vehicle", IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC), pp. 5-8, May 2014. 

  18. J. Kim, H. Kim, S. Ahn, J. Kim, I.-M. Kim, Y. Kim, and J. Kim, "Spread spectrum technology to reduce the EMI from the constant voltage source type wireless power transfer system", International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), WeB2-2 SE02_1002, Oct. 2011. 

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