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무선전력전송과 메타재질구조의 결합기술 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.66 no.1, 2017년, pp.32 - 37  

강승택 (인천대학교 정보통신공학과)

초록
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본 고에서는 무선전력전송(WPT) 분야에 메타재질(Metamaterial)구조 기술이 어떻게 접목되고 있는지가 다뤄진다. 전기공학의 중요한 테마가 된 무선전력전송과, 주로 고주파 영역에서 등장하는 메타재질구조와는 괴리가 있다고 느껴질 수도 있으나, 근원이 전류이고 자기장에 의한 송수신 사이의 결합이라는 점에 기반을 두고 있다는 점에서 접목 가능성은 충분하다. 따라서, 자속과 유효 투자율 증가가 가능한 자기장형 메타재질구조에 의한 무선전력전송 시스템의 성능향상법을 국외 사례 및 필자의 WPT 과제수행 경험을 근간을 제시한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이를 통해, 메타재질구조 기술이 무선전력전송 환경에 적절히 녹아들면, 시스템 성능을 높일 수 있음을 예측할 수 있다. 본 연구진은 국외의 선진 연구팀에 뒤처짐 없이 메타재질구조와 인공 자성체의 설계와 WPT에 대한 응용을 연속적으로 추진할 계획이어서 독작들의 꾸준한 관심을 기대하는 바이다.
  • 본 연구팀은 현재의 WPT와 WPC의 추세인 A4WP에 맞춰 6.78 MHz에서 유효 투자율이 급상승하는 메타재질구조 자기장 결합기를 설계하여 성능향상을 꾀하였다. 그림 5(s)는 A4WP에 WPC용에 맞는 루프들을 설계하여 무려 10 cm(포터블/단말형 전기전자기기용 무선충전 계열에서는 거리가 5 cm미만)를 띄웠다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최근 수년간, 상용 전기전자 기기에 무선전력전송을 도입하고 있는데 공통된 목적은? 최근 수년간, 민수와 상용 전기전자 기기에 무선전력전송을 도입하기 위한 다양하고 엄청난 노력과 비용이 투입되고 있다. 제품 마다 구조의 최종적인 모습은 다르지만 간단하게, 유선을 대체한 에너지 공급을 목적으로, 변압기에서 이용되는 자기장 결합에 의한 유도 기전력 발생에 뿌리를 두고 있다[1].
무선전력전송 시스템이란 무엇인가? 무선전력전송 시스템은 앞서 언급한 대로 전기자기의 한 문제로 자기장을 매개체로 한 기전력 유도현상이다. 이것은 다음의 전자기 모의시험과 그에 따른 등가회로 모델링으로 풀이될 수 있다.
공개된 무선전력전송 시스템 성능향상에 메타재질구조를 도입하는 방법에는 무엇이 있는가? 그래도 공개된 방식들을 관통하는 목표들을 정리하기 위해 두 가지 방식으로 나눠 설명하겠다. 첫째는 송신측 루프와 수신측 루프 사이에서 감소하는 자속을 다시 끌어모으는 소위 자기장 렌즈(유효 투자율이 음수가 아니라면 필자는 동의하지 않으며, 자기장 결합기로 통칭) 기법이 있다. 둘째는, 루프 자체적으로 자기장의 분포를 고르고 자체 상쇄가 없도록 하는 메타재질공진기 설계법이다. 그럼, 첫 번째 종류의 대표적 사례를 구조와 특징의 관점에서 두 가지 언급한다.
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참고문헌 (6)

  1. W.C. Brown, "The history of power transmission by radio waves," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 32, No. 9, pp. 1230-1242, September 1984. 

    상세보기 crossref

  2. J. H. Yoon, W. J. Byun, J. I. Choi, and H. J. Lee, "Analysis of RF Energy Transmission Technology to Realize Industry," Electronics and Telecommunication Technical Trend Analysis Report, ETRI Vol. 26, No. 4, August 2011 

  3. S Kahng, "Enhanced Coupling Structures for Wireless Power Transfer Using the Circuit Approach and the Effective Medium Constants (Metamaterials)," Ch. 10 of Wireless Power Transfer - Principles and Engineering Explorations(Ed. K. Y. Kim), InTech, 25, January, 2012 

  4. G. Lipworth, J. Ensworth, K. Seetharam, D. Huang, J. S. Lee, P. Schmalenberg, T. Nomura, M. S. Reynolds, D. R. Smith, Y. Urzhumov, "Magnetic Metamaterial Superlens for Increased Range Wireless Power Transfer," http://www.nature.com/articles/srep03642, Nature 

  5. Bingnan Wang, Koon Hoo Teo, Tamotsu Nishino, William Yerazunis, John Barnwell, Jinyun Zhang, "Wireless Power Transfer with Metamaterials," Proc. of EuCAP 2012, 26-30 Mar 2012 

  6. 강 승택 외 4인 미래창조과학부 연구과제 [ICT R&D program of MSIP/IITP[2014-044-047-001, Dev. of radio services Antenna for the future Using Hybrid propagation medium] 2014년, 2015년 연구 보고서 

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