[국내논문]무선 이동체의 비접촉 배꼽장치를 위한 무선전력전송 기술의 응용 Application of Wireless Power Transmission Technology to Contactless Umbilical Connector of Unmanned Vehicle원문보기
미래의 전장에서는 무인 이동체의 역할이 매우 중요할 것으로 예측된다. 최근 사용되는 무인 이동체는 충전과 관리를 위하여 유선의 충전선과 데이터 연결선을 가지고 있다. 하지만 편리성과 안정성을 위하여 무인 이동체의 무선 충전과 무선 데이터 전송을 이용한 무선 전력전달 시스템을 사용하는 것이 요구되어지고 있다. 이 논문에서, 우리는 이러한 요구를 만족시키기 위하여 무인 이동체에 적용 가능한 무선 충전 기술을 연구하였다. 자기장 유한 요소 시뮬레이션을 통해 무인 이동체의 크기와 무인 이동체에서 사용하는 전력을 고려한 송, 수신 코일의 설계를 하였다. 또한, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 최적의 코일을 제작하였고, 실험을 통하여 시뮬레이션 결과와 비교하여 검증하였다.
미래의 전장에서는 무인 이동체의 역할이 매우 중요할 것으로 예측된다. 최근 사용되는 무인 이동체는 충전과 관리를 위하여 유선의 충전선과 데이터 연결선을 가지고 있다. 하지만 편리성과 안정성을 위하여 무인 이동체의 무선 충전과 무선 데이터 전송을 이용한 무선 전력전달 시스템을 사용하는 것이 요구되어지고 있다. 이 논문에서, 우리는 이러한 요구를 만족시키기 위하여 무인 이동체에 적용 가능한 무선 충전 기술을 연구하였다. 자기장 유한 요소 시뮬레이션을 통해 무인 이동체의 크기와 무인 이동체에서 사용하는 전력을 고려한 송, 수신 코일의 설계를 하였다. 또한, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 최적의 코일을 제작하였고, 실험을 통하여 시뮬레이션 결과와 비교하여 검증하였다.
In the future battlefield, the role of the unmanned vehicle is very important. Currently, charging and management systems for unmanned vehicles are all wired. However, for convenience and stability, it is desirable that the charging of the unmanned vehicle uses wireless power transfer system. In thi...
In the future battlefield, the role of the unmanned vehicle is very important. Currently, charging and management systems for unmanned vehicles are all wired. However, for convenience and stability, it is desirable that the charging of the unmanned vehicle uses wireless power transfer system. In this paper, we have studied the application of wireless power transfer system to the charging of unmanned vehicles. Considering the size of the unmanned vehicle and the required power, the transmission coil and the receiving coil are designed through the finite element analysis based magnetic field simulation. The coil was made according to the simulation results and the circuit simulation was performed through the measured parameter values. Finally, we show that wireless power transmission can be applied to unmanned mobile charging through actual experiments.
In the future battlefield, the role of the unmanned vehicle is very important. Currently, charging and management systems for unmanned vehicles are all wired. However, for convenience and stability, it is desirable that the charging of the unmanned vehicle uses wireless power transfer system. In this paper, we have studied the application of wireless power transfer system to the charging of unmanned vehicles. Considering the size of the unmanned vehicle and the required power, the transmission coil and the receiving coil are designed through the finite element analysis based magnetic field simulation. The coil was made according to the simulation results and the circuit simulation was performed through the measured parameter values. Finally, we show that wireless power transmission can be applied to unmanned mobile charging through actual experiments.
본 논문에서는 미래 전장에서 사용될 수 있는 다양한 무인 이동체의 전력 공급 무선화 연구를 진행하였다. 먼저, 기존에 연구된 다양한 무선전력전송 이론들을 토대로 무인 이동체의 크기와 필요 전력을 고려하여 가장 적합한 형태의 무선전력전송 시스템을 설계하였다.
제안 방법
본 논문에서는 미래 전장에서 사용될 수 있는 다양한 무인 이동체의 전력 공급 무선화 연구를 진행하였다. 먼저, 기존에 연구된 다양한 무선전력전송 이론들을 토대로 무인 이동체의 크기와 필요 전력을 고려하여 가장 적합한 형태의 무선전력전송 시스템을 설계하였다. 이를 위해 유한요소법 해석 기반 자기장 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 코일을 설계하였고, 이를 바탕으로 직접 코일을 제작하였다.
먼저, 기존에 연구된 다양한 무선전력전송 이론들을 토대로 무인 이동체의 크기와 필요 전력을 고려하여 가장 적합한 형태의 무선전력전송 시스템을 설계하였다. 이를 위해 유한요소법 해석 기반 자기장 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 코일을 설계하였고, 이를 바탕으로 직접 코일을 제작하였다. 직접 제작한 코일의 다양한 전기적 파라미터 값들을 측정하여 시뮬레이션과 비교하였고, 회로 시뮬레이션을 진행하였으며, 무선전력전송에 필요한 다양한 전력 회로들을 제작하여 실제 무인 이동체에 필요한 전력과 전압을 공급하여 효용성을 입증하였다.
대상 데이터
본 논문에서 사용된 무인 이동체의 무선전력전송 시스템에서는 발사체에서 무인 이동체까지의 거리(공극)가약 35～40 mm이다. 수 cm 이내의 무선전력전송 환경에서 높은 효율로 수백 W급 이상의 전력을 전송하기 위해서는 자기유도방식의 무선전력전송 기술을 이용하여야 한다.
이론/모형
무선전력전송 시스템의 수신 코일과 송신 코일을 설계하기 위해 유한요소법 해석 기반 자기장 시뮬레이션 프로그램[7]을 사용한다. 송신 코일과 수신 코일의 전체 시뮬레이션 모델은 Fig.
성능/효과
또한, 회로 시뮬레이션에서 설계한 인버터보다 실제 제작된 인버터의 효율이 낮아 시스템 전체 효율이 감소하였다.
이를 위해 유한요소법 해석 기반 자기장 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 코일을 설계하였고, 이를 바탕으로 직접 코일을 제작하였다. 직접 제작한 코일의 다양한 전기적 파라미터 값들을 측정하여 시뮬레이션과 비교하였고, 회로 시뮬레이션을 진행하였으며, 무선전력전송에 필요한 다양한 전력 회로들을 제작하여 실제 무인 이동체에 필요한 전력과 전압을 공급하여 효용성을 입증하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무인이동체의 종류는 무엇이 있는가?
현대와 미래 전장 환경은 유인 및 무인 무기를 이용한우주 전장 환경으로 변화하고 있으며, 군사 무기 체계는 통신, 센서, 유도 항법 장비 등을 사용하여 사람의 손이 닿기 힘든 곳에서도 주어진 임무를 완수할 수 있는 무인이동체의 필요성이 증가하고 있다. 무인이동체는 흔히 알고 있는 드론에서부터 인공위성, 미사일 등 사람이 탑승하지 않고 움직일 수 있는 모든 장비에 해당된다. 이 무인이동체 역시 첨단화 되면서 특히 정비 및 보수 역시 고도의 과학적 기술을 필요로 하게 되었다.
무인이동체의 필요성이 증가하게 된 이유는 무엇인가?
현대와 미래 전장 환경은 유인 및 무인 무기를 이용한우주 전장 환경으로 변화하고 있으며, 군사 무기 체계는 통신, 센서, 유도 항법 장비 등을 사용하여 사람의 손이 닿기 힘든 곳에서도 주어진 임무를 완수할 수 있는 무인이동체의 필요성이 증가하고 있다. 무인이동체는 흔히 알고 있는 드론에서부터 인공위성, 미사일 등 사람이 탑승하지 않고 움직일 수 있는 모든 장비에 해당된다.
무인 이동체의 보수 및 무인이동체에 필요한 전력 공급 방식은 유선으로 사용되고 있는데, 문제점은 무엇인가?
하지만 이 방식은 다음과 같은 세 가지 문제가 있다. 첫째, 매 보수 및 유선으로 전력을 공급할 때마다 많은 수의 직접 케이블을 연결하고 분해해야 하므로 정비 시간이 지연될 가능성이 있는 등 정비의 효율성이 낮다. 둘째, 많은 수의 케이블 연결 장치들은 반복적인 연결 및 분리에 의해 그 연결 부위가 마모되거나, 심하면 열화되어 무인 이동체의 성능에 영향을 줄 수 있어 무인 이동체의 성능에 치명적일 수 있다. 셋째, 무인 이동체의 발사 시 연결되어 있던 전력 공급 케이블 및 모듈은 분해되어 발사되는 것이 아니라, 케이블이 모두 연결된 상태로 발사되기 때문에 발사 시 발사체가 매번 파괴되는 단점을 가지고 있다.
참고문헌 (9)
S.-M. Kim, I.-K. Cho, and H.-C. Choi, "Design and implementation of a 100 W receiver for wireless power transfer using coupled magnetic resonance", The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 27, no. 1, pp. 84-87, 2016.
C.-S. Wang, Oskar H. Stielau, and Grant A. Covic, "Design considerations for a contactless electric vehicle battery charger", IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 52, no. 5, pp. 1308-1314, 2005.
W. Zhang, Chunting Chris Mi, "Compensation topologies of high-power wirelss power transfer systems", IEEE Trans. Vehicular Technology, vol. 65, no. 6, pp. 4768-4778, 2016.
J. Kim, J. Kim, S. Kong, 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", Proceeding of the IEEE, vol 101, issue 6, pp. 1332-1342, 2013.
I.-S. Suh, "Application of SMFIR technology to future urban transportation", J. Integr. Design Process Sci., vol. 15, no. 3, pp. 226-232, 2011.
J. Shin, S. Shin, Y. Kim, S. Ahn, S. Lee, G. Jung, S.-J. Jeon, and D.-H. Cho, "Design and implementation of shaped magnetic-resonance-based wireless power transfer system for roadway-powered moving electric vehicles", IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 61, no. 3, pp. 1179-1192, 2014.
M. bartoli, N. Noferi, A. Ratti, and M. K. Kazimierczuk, "Modeling Litz-wire winding losses in high-frequency power indcuctors", Power Electronics Specialists Conference, pp. 1690-1696, 1996.
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