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무선전력전송 기술과 4차원 시공간 상의 전자기파 에너지 하베스팅 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.67 no.4, 2018년, pp.18 - 26  

김종훈 (이엠씨닥터스(주))

초록이 없습니다.

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문제 정의

  • 무선전력전송 시스템의 구성은 그림 7과 같으며, 코일 모듈에서 에너지는 전자기파 형태로 전송되며, 전송되는 방법은 그림 8과 같이 유도 자기장, 유도 전기장, 전자기장으로 구분 된다 [6]. 그 중에서도 최근에 가장 많이 활용되고 있는 유도 자기장을 이용하는 무선전력전송 기술에 대하여 분석하고자 한다. 주로 자기장을 이용한 무선전력전송 기술이 소개될 것이므로, 전기장을 이용하거나, 전자기장을 이용하는 무선전력전송 기술은 다른 문헌을 참고하기 바란다.
  • 본 원고에서는 그림 2와 같이 무선전력전송 (WPT, Wireless Power Transfer) 기술의 분석을 통하여, 전자기파 에너지 하베 스팅 (Electromagnetic Energy Harvesting) 기술의 구현 방법에 대하여 검토해 보고자 한다. 전자기파 에너지 하베스팅을 위하여, 반드시 관리되어야 하는 입력 혹은 출력 관련 주요 변수에 대한 분석을 통하여, 전자기파 에너지 하베스팅을 연구하려는 분들께 작으나마 도움이 되기를 기원한다.
  • 그렇게 공간에 분포된 전자기파 에너지는 수전 모듈 (Power receiving module)을 지나면서 전기 에너지로 변환된다. 이때 무선전력전송 시스템에서 수전 모듈이 하는 역할이 전자기파 에너지 하베스팅 기술과 매우 유사하므로, 전자기파 에너지 하베스팅에 관한 깊은 이해를 위하여, 무선전력전송 기술을 분석하는 것이다.
  • 이제부터 무선전력전송 기술에 대하여 조금 더 자세하게 이해하여 보자. 무선전력전송 시스템의 구성은 그림 7과 같으며, 코일 모듈에서 에너지는 전자기파 형태로 전송되며, 전송되는 방법은 그림 8과 같이 유도 자기장, 유도 전기장, 전자기장으로 구분 된다 [6].
  • 이제부터 실제 무선으로 전력이 전송되는 코일 모듈에 대하여 살펴보기로 한다. 코일 모듈의 구성 (Topology)은 그림 10과 같이 24 종류의 기본 회로 구성으로 표현 할 수 있다 [8].

가설 설정

  • 3. 4차원 시공간 상의 전자기파를 수집하기 위한 수신 코일 ( 혹은 수신 안테나) 토폴로지는 부하의 제약 사항을 고려하여 선정되어야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
에너지 하베스팅은 무엇인가? 위의 표현들을 정리하여 보면, 에너지 하베스팅이란, “지금까지는 버려지고 있던 자연적인 형태의 에너지를 이용하여, 전기 에너지를 생성하는 기술”이라고 할 수 있다. 에너지 하베스팅은 자연에서 직접 전기 에너지를 획득할 수 있기 때문에 에너지 공급의 안정성, 보안성 및 지속 가능 성을 유지할 수 있고, 환경 공해를 줄일 수 있는 친환경 에너지 활용 기술로 각광받고 있다 [5].
전자기파 에너지를 전기 에너지로 바꾸기 위해 이용되는 물리 현상에는 무엇이 있는가? 전자기파 에너지를 전기 에너지로 바꾸기 위하여, 주로 이용되는 물리 현상은 압전효과 (Piezoelectric effect), 열전효과 (Thermoelectric effect), 광전효과 (Photoelectric effect), 전자기효과 (Electromagnetic effect) 등이 있으며, 전자기파 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위하여 전자기효과를 이용한다. 전자기효과는 무선전력전송 기술을 다루면서 일부 설명될 것이다.
정류기 회로 설계 시 다이오드에 의한 전압 강하 (Voltage Drop)와, 다이오드의 내부 저항 값은 어떻게 선정하는 것이 좋은가? 아주 저전력을 전송하려는 경우, 수신 코일에 형성되는 유도 기전력을 높일 수 있도록 코일 모듈을 설계해야 한다. 그러므로 전자기파 에너지 하베스팅을 위하여, 수전부 (Power Receiving Module)의 정류기 (Rectifier) 회로의 다이오드 (Diode)에 의한 전압 강하 (Voltage Drop)을 고려하여 설계해야 하며, 가능한 내부 저항이 낮은 다이오드를 선정하는 것이 유리하다고 말할 수 있다.
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