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문제 정의
- 이러한 문제점을 극복하기 위해 선행 연구에서는 전도 금속인 구리 와이어(solid copper wire)를 직접 임베딩 하는 기술에 관한 연구를 수행하였다[5-8]. 본 논문에서는 3D 전자회로 프린팅에서 좀 더 응용된 연구로서, 무선 전력전송용 코일 안테나를 적층 제조하여 내장된 회로에 베터리 교체나 외부 전원 커넥터 없이 무선으로 전원 공급을 할 수 있도록 하는 3D 프린팅 무선전력 전송에 관한 기술을 연구하였다. 연구 기술을 통해 3D 전자 프린팅 출력물은 모빌리티 기능이 추가되며, 향후 모바일 디바이스나 웨어러블 디바이스의 전원부 매립형 시스템을 직접 출력(Direct printing)이 가능하게 될 것이다.
- 또한, 선행 연구에서 층간 동선 사이 연결방식(Vertical Interconnect Access)를 개발하였고 진행 연구에서는 복층에 적층된 안테나 패턴의 직렬연결을 통한 다층구조 안테나 제조 방법을 연구하고 있다[11]. 본 논문에서는 기본 연구로서 단층의 패턴에서 형상 설계 변수에 따른 효율을 규명한다.
- 본 논문에서는 전력전송 안테나의 설계 형상 변경에 따라 전송효율에 미치는 영향을 규명하고 거시적으로 효율이 높은 설계에 대한 방향성을 제시하고자 한다. 다음 2장에는 설계와 효율의 연관성에 대해 이론적으로 고찰하고, 3장에서는 설계 변수에 따른 실험 방법을 제시하며, 4장에서는 실험 결과와 결과 데이터 분석을 기술과 마지막 5장에서 결론으로 마무리하였다.
- 본 논문의 기술을 상세히 설명하면, 종전의 3D 전자회로 프린팅 기술에서 전도선 프린팅이 신호 전달 혹은 전원 공급을 위한 전기전도 기능에 초점을 두었으나 본 논문은 전도체 부분이 전력 유도를 받는 기능성에 초점을 둔 연구이다. 이를 위해 3차원 프린팅 기저부 표면에 신호선 프린팅 대신에 전도 효율이 높은 동선을 직접 코일 패턴의 안테나 형상으로 임베딩하여 교류 전류에 유도 자기장 안에 위치할 때 회로 안테나 코일에 유도 기전력이 발생 되어 무선으로 전력을 전송받게 된다.
- 이러한 산업적인 성장 이외에 기술적인 부분에서도 의료 및 전자회로, 안테나 프린팅 등 다양한 분야에서 4차 산업혁명 시대의 포괄적인 디지털 제조 공법으로 주목받고 있다. 본 연구는 이러한 3D 프린팅 응용 기술 중에 3차원 전자회로 프린팅의 응용으로서 적증 제조된 전자회로에 전력을 무선으로 전송할 수 있도록 코일 안테나를 적층 임베딩 하는 기법을 연구하였다.
- 본 연구에서는 Additive manufacturing을 통해 안테나를 제작할 경우, 안테나의 설계 변수에 따라 유도자계결합 무선전력전송 시스템의 전송효율이 어떻게 달라지는지에 대해 검토하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이처럼 유도 기전력에 영향을 주는 변수인 전류와 상호유도계수 모두 안테나 디자인에 영향을 많이 받는 요소이므로 본 연구에서는 안테나 패턴의 변수들이 유도자계결합 시스템에 미치는 영향에 대해 규명하였다[10].
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