초록 ▼

4. 연구 결과
가. 총년도 연구 결과
1) 3D E-zone 시스템 개발
o 직경 9 cm급 소형 3D E-zone 시스템(E-cup) 개발(스마트폰 위치와 방향에 관계없이 60±3%의 DC/DC 효율 확보)
o 소형 3D E-zone 시스템 전자파 환경 인증 획득(국내 KN17, 미국 FCC part18)
o 0.7 × 0.7 × 0.7 m³의 공간에서 에너지 전송 시스템 개발(70 cm급 3차원 공간에서 평균 효율 70%이상 확보)

2) 다차원 에너지 집적 시스템 개발

4. 연구 결과
가. 총년도 연구 결과
1) 3D E-zone 시스템 개발
o 직경 9 cm급 소형 3D E-zone 시스템(E-cup) 개발(스마트폰 위치와 방향에 관계없이 60±3%의 DC/DC 효율 확보)
o 소형 3D E-zone 시스템 전자파 환경 인증 획득(국내 KN17, 미국 FCC part18)
o 0.7 × 0.7 × 0.7 m³의 공간에서 에너지 전송 시스템 개발(70 cm급 3차원 공간에서 평균 효율 70%이상 확보)

2) 다차원 에너지 집적 시스템 개발
o 기기간 에너지 전송을 위한 이중 모드 에너지 집적 시스템 개발(와전류 제거 기법 적용, 200 kHz low-Q 모드 80% 이상 DC/DC 효율 확보 @ 전송거리 2 cm이하, 6.78 MHz high-Q모드 70% 이상 DC/DC 효율 확보 @ 전송거리 2 cm)
o 전송거리/부하 변동 대응 적응형 무선전력전송 수신기 개발(Load Modulation을 이용한 효율 유지기술 확보)

나. 연차별 연구 결과
1) 1차년도 연구 결과
o 송수신/공진 회로 설계
- 500 W급 고효율 half-bridge 송신기 설계 및 제작(효율 90% 이상)
- 이중 집전 기술을 이용한 송수신 공진기 설계 및 제작(150 × 150 mm²의 평면 자유도 확보)
- 200 W급 full-bridge 수신/충전기 설계 및 제작
- 200 W급 무선충전 시스템 설계 및 제작(DC/DC 효율 68%)
- BLE(Bluetooth Low Energy)를 이용한 송수신기 및 전력 제어 기능 구현

o 3D E-zone 구조 설계
- 3D E-zone 공진기 구조 설계(동위상 직렬 급전 방식)
- 0.3 × 0.3 × 0.3 m³ 의 3D E-zone 프로토타입 시제품 설계 및 구현(수신기 위치 및 방향에 따라 인버터 위상을 이용한 효율 확보)

o 다차원 에너지 집적 구조 설계
- 다차원 에너지 집적용 에너지 트랜스폰더 구조 설계(송수신 및 High-Q, Low-Q의 이중모드 선택 기능)
- 에너지 트랜스폰더용 High-Q, Low-Q 송신기 설계 및 제작(전압모드, 전류모드 송신기, 90%이상의 DC/RF 효율 확보)
- 전압모드 High-Q, Low-Q 송신기를 이용한 이중모드 통합 송신기 설계 및 구현(BLE통신 및 이중모드 선택용 제어 기능 구현)
- 부하 및 전송거리 변화 대응 효율 유지기술 개발(Load Modulation을 이용한 효율 유지기술 확보)

2) 2차년도 연구 결과
o 고효율 송수신/공진 모듈 개발
- 자기장 성형 기술 설계(다중 송신 공진기 자기장 빔성형 기술 연구)
- 100 W급 고효율 수신/충전 모듈 제작(가변 정전류 발생 기술 적용)
- 2중 수신공진기 활용 인터리브 수신구조 연구(2개의 인터리브 방식 수신기를 이용한 시스템 효율 증대)
- 도어락용 송수신 모듈 연구(2 W급 송수신 모듈 개발 및 적용)

o 소형 3D E-zone 구현 기술 개발
- 0.5 × 0.5 × 0.5 m³ 의 소형 3D E-zone 구현 기반 기술 개발(전송거리 배가 기술 개발 및 컵홀더형 소형 3D E-zone 기술 개발)
- 공진기 전송거리 배가 기술 연구(공진기 직경대비 3.5배이상@ 70% 효율, MIT기술 대비 1.5배 이상의 전송거리 확보)
- 3D E-zone용 송신 모듈 개발(24 W급 Full-bridge, DC/RF 효율 91% 이상)
- 3D E-zone용 수신 모듈 개발(5 W급 Full-bridge, DC/RF 효율 92% 이상)
- 3D E-zone용 공진기 개발(동위상 급전, 3차원 공간 전송 기술)
- 3D E-zone용 제어 시스템 개발(BLE, Zigbee 다중무선충전 알고리즘)
- 소형 3D E-zone 시스템 설계, 제작(직경 9 cm 컵홀더형 시스템, 60±3%의 DC/DC 효율 @ 360도 회전)
- 자기장 전파 경로 제어를 통한 전자파 차폐 성능 개선 연구(최대 80%이상의 전자파 저감 효과)
- 소형 3D E-zone 시스템의 국내 및 국제 EMI 규격 만족(EMI 저감코일 적용, 국내 KN17, 미국 FCC Part18 규격 만족)

o 다차원 에너지 집적 구조 설계
- 기기간 에너지 전송을 위한 에너지 트랜스폰더 구조 설계
- 이중대역 half-bridge 송신기 설계 및 제작(이중대역 단일소자 적용 전압모드 송신기, 91%이상의 DC/RF 효율)
- 이중대역 full-bridge 수신기 설계 및 제작(이중대역 단일소자 적용 수신기, 92%이상의 DC/RF 효율)
- 에너지 트랜스폰더용 이중대역 송수신 공진기 구조 설계 및 제작(와전류 상쇄 기법이 적용된 200 kHz, 6.78 MHz의 이중대역 단일 공진기 구조 설계 및 제작)
- 부하 및 전송거리 변화 대응 효율 유지기술이 내장된15 W급 고효율 수신기 소형화 연구(Load modulation 기법이 적용된15 W급 수신 IC 설계, 제작)

o 다중 무선충전을 위한 통합 제어 시스템 설계
- 이종 부하 다중 무선충전을 위한 통합 제어 시스템 설계
- Out-of-band를 이용한 최대 8대의 다중 무선충전 통합 제어 시스템 설계

3) 3차년도 연구 결과
o 근거리 에너지 전송 시제품 개발
- 자기장 성형 기술 연구(다중 송신, 다중 수진 자기장 빔성형 기술 연구)
- 단일모드 자기장 생성 기술 연구(새로운 전송 방식을 이용하여 직경대비 전송거리 3배 확보 기술 연구)
- 평면 자유도가 개선된 박막형 high-Q 공진기 개발(직경 260 mm에서 균일 충전 효율 확보)
- 100 W급 드론 무선충전 시제품 개발(직경 260 mm 충전 영역에서 60% 이상의 시스템 효율 확보)
- 체내 삽입형 의료용 임플란트 시스템용 소형 수신기 개발(15 mW 충전 전력에서 84.7%의 최대 수신기 효율 확보)
- 120 W급 자동차 시트용 무선전력전송 시스템 개발(30 cm 이동거리에서 60% 이상의 시스템 효율 확보)

o 0.7 m급 3D E-zone 구현
- 0.7 m의 3차원 공간 균일장 생성 기술 개발(다수개의 송신 공진기에 송신 신호 크기 및 위상 조절)
- 0.7 × 0.7 × 0.7 m³ 의 3D E-zone 시스템 구현(균일장 생성 기술 적용, 0.7 m급 3차원 공간에서 평균 70% 이상의 DC/DC 효율 확보)

o 다차원 에너지 집적 시스템 개발
- 기기간 에너지 전송을 위한 이중 모드 에너지 집적 시스템 개발(와전류 제거 기법 적용, 200 kHz low-Q 모드 80% 이상 DC/DC 효율 확보 @ 전송거리 2 cm이하, 6.78 MHz high-Q모드 70% 이상 DC/DC 효율 확보 @ 전송거리 2 cm)

(출처 : 요약문 10p)

Abstract ▼

IV. Results
A. Final results
1) Development of 3D E-zone system
o Development of 9 cm 3D E-zone system [ E-Cup®] [60±3% DC/DC efficiency regardless of the directions]
o Satisfying KN 17 and FCC part 18
o Development of 0.7×0.7×0.7 m3 E-zone system [DC/DC efficiency: 70% avg.]

2

IV. Results
A. Final results
1) Development of 3D E-zone system
o Development of 9 cm 3D E-zone system [ E-Cup®] [60±3% DC/DC efficiency regardless of the directions]
o Satisfying KN 17 and FCC part 18
o Development of 0.7×0.7×0.7 m3 E-zone system [DC/DC efficiency: 70% avg.]

2) Development of multi-dimensional energy integration system
o Development of dual mode energy integration system for energy transfer between the devices [the eddy current elimination technique, more than 80% DC/DC efficiency in 2 cm for 200 kHz with low-Q mode, over 70% DC/DC efficiency in 2 cm for 6.78 MHz with high-Q mode ]
o Development of the adaptive wireless power receiver for transfer distance and load variation [maintenance efficiency technique using load modulation]

B. Results by year
1) 1^st year
o Design of high efficiency Tx/Rx module
- Design and fabrication of 500 W high-efficiency Tx module with more than 90% efficiency
- Design and fabrication of Tx/Rx resonator using dual receiving technique[150×150 m2 plane degree of freedom]
- Design and fabrication of 200 W full bridge Rx/Charging model
- Design and fabrication of 200 W wireless charging system [DC/DC efficiency 80%]
- Implementation of Tx/Rx module with power control function using BLE[Bluetooth Low Energy]
o Design of small 3D E-zone structure
- Design of the resonator structure for 3D E-zone [equal-phase series feeding type]
- Design and fabrication of 0.3 ×0.3×0.3 m³ 3D E-zone prototype [maintenance efficiency using the phase control technique according to the position and direction of the Rx]
o Design of energy integration structure
- Design of the structure on energy transponder for multi-dimensional energy integration [dual mode selection for Tx/Rx, High-Q and Low-Q]
- Design and fabrication of High-Q, Low-Q Rx for energy transponder [voltage mode, current mode, DC/RF efficiency more than 90%]
- Design and implementation of dual mode integrated Tx using voltage mode High-Q, Low-Q Tx [implementation of BLE and mode selection function]
- Development of the maintenance efficiency technique for transfer distance and load variation using load modulation

2) 2^nd year
o Development of high-efficiency Tx/Rx resonant module
- Design of deforming technology for magnetic field [magnetic beamforming using multi Tx resonators]
- Fabrication of 100 W high-efficiency Tx/charging module
- Basic study of interleave Rx structure having dual Rx resonant
- Basic study of Tx/Rx module for door-lock
o Development of technology for implementing small 3D E-zone
- Basic study on the implementation of small 3D E-zone system [0.5×0.5×0.5 m³]
- Basic study on technique of expanding the transfer distance [3.5 times of resonator diameter @70 % efficiency]
- Development of Tx module for 3D E-zone [24 W full-bridge, DC/RF efficiency > 91%]
- Development of Rx module for 3D E-zone [5 W full-bridge, DC/RF efficiency > 92%]
- Development of resonator for 3D E-zone [power supplying with in phase, 3D spatial transfer]
- Development o of control system for 3D E-zone [BLE, Zigbee multi-wireless charging algorithm]
- Design and fabrication of small 3D E-zone system [diameter: 9 cm and cup-holder type system, DC/DC efficiency: 60±3% @ rotating of 360 degree]
- Improvement of magnetic field shielding performance by control the propagation route [> 80 %]
- Reduction of the EMI for the small 3D E-zone system [satisfy the KN17 and FCC Part18]
o Design of multi-dimensional energy integration structure
- Design of transponder for energy transfer for inter- devices
- Design and fabrication of dual-mode half-bridge Rx [DC/RF efficiency > 91%]
- Design and fabrication of dual-mode full-bridge Tx [DC/RF efficiency > 92%]
- Design and fabrication of dual-mode Tx/Rx resonator structure for energy transponder [dual-mode of 200 kHz and 6.78 MHz by cancelling the eddy current]
- Basic study on miniaturization of 15 W high-efficiency Rx having the function of maintaining efficiency regardless of load and transfer distance
o Design of integrated control system for multi-wireless charging
- Design of integrated control system for multi-wireless charging considering the load with different protocols
- Design of integrated control system using out-of band protocol for multi-wireless charging [8 max.]

3) 3^rd year
o Development of the prototype of wireless power transfer system in the near field
- Study of H-field deforming technique [magnetic beamforming for multi-Tx and multi-Rx]
- Study of the generation of a single model magnetic field [3 times of resonator diameter using new transfer method]
- Development of high-Q resonator with thin and enhanced degree of freedom [constant efficiency when the diameter of the resonator is 260mm]
- Development of the 100 W wireless charging system for drone [more than 60% system efficiency on 260 mm charging area]
- Development of small Rx module for body implantable medical type [84.7% max. efficiency at 15 mW charging power]
- Development of 120 W wireless power transfer system for car seats [more than 60% system efficiency within 30cm moving distance]
o Implementation of 0.7m 3D E-zone
- Development of generating uniform magnetic field in 0.7m 3D zone [the magnitude and phase control for multi transmitting resonators]
- Implementation of 0.7m 3D E-zone system [uniform magnetic field, more than 70 % DC/DC efficiency]
o Development of multi-dimensional energy integration system
- Development of dual mode energy integration system for energy transfer between devices [the eddy current elimination technique, more than 80% DC/DC efficiency in 2 cm for 200 kHz with low-Q mode, over 70% DC/DC efficiency in 2 cm for 6.78 MHz with high-Q mode ]

(출처 : Abstract 22p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 인 사 말 씀 ... 3
• 제 출 문 ... 4
• 요 약 문 ... 5
• ABSTRACT ... 17
• CONTENTS ... 30
• CONTENTS OF TABLES ... 32
• CONTENTS OF FIGURES ... 33
• 목차 ... 36
• 표목차 ... 38
• 그림목차 ... 39
• 제 1장 서 론 ... 42
• 제 1절 연구의 필요성 및 목적 ... 44
• 제 2절 국내⋅외 기술개발 현황 및 수준 ... 45
• 1. 국내⋅외 기술 개발 현황 ... 45
• 제 3절 연구의 내용 및 범위 ... 48
• 1. 연구개발의 목표 ... 48
• 2. 연구개발 내용 및 범위 ... 49
• 제 4절 연구 추진 체계 및 방법 ... 54
• 1. 총년도 연구개발 추진체계 ... 54
• 2. 당해년도 연구개발 추진체계 ... 56
• 제 5절 연구 추진 결과 ... 58
• 1. 정성적 연구 결과 ... 58
• 2. 연구 결과의 우수성 ... 62
• 3.정량적 연구 결과 ... 63
• 제 2장 본 론 (연구 수행 세부 결과) ... 80
• 제 1절 근거리 에너지 전송 기술 개발 ... 82
• 1. 개요 ... 82
• 2.자기장 성형 및 단일모드 자기장 생성 기술 연구 ... 83
• 3.박막형 High-Q 공진기 개발 ... 88
• 4.근거리 에너지 전송 시스템 개발 ... 89
• 제 2절 3D E-zone 시스템 개발 ... 95
• 1.개요 ... 95
• 2.3D E-zone용 송수신 회로 개발 ... 96
• 3.3D E-zone 시스템 개발 ... 98
• 4.무선충전모듈 신뢰성 확보 ... 104
• 제 3절 다차원 에너지 집적 시스템 개발 ... 107
• 1.개요 ... 107
• 2.부하 및 전송환경 변화 대응 기술 개발 ... 108
• 3.에너지 집적 시스템 개발 ... 111
• 제 4절 무선전력전송 전자파 저감 기술 연구 ... 116
• 1.개요 ... 116
• 2. 무선전력전송 전자파 차폐 기술 연구 ... 117
• 3.무선전력전송 인체영향 저감 기술 개발 ... 118
• 4.무선전력전송 EMC 저감 기술 연구 ... 120
• 5. 인체 영향고려 전력제어 기술 구현 ... 124
• 제 5절 다중 무선전력 제어기술 연구 ... 127
• 1.개요 ... 127
• 2. 다중 무선전력 제어 시스템 구현 ... 128
• 제 3 장 연구결과의 활용 계획 ... 136
• 제 1절 분야별 연구결과의 활용 계획 ... 138
• 1.근거리 무선전력전송 시스템 분야 ... 138
• 2.3D E-zone 시스템 분야 ... 139
• 3.다차원 에너지 집적 기술 분야 ... 139
• 제 2절 연구 결과의 기대 효과 ... 140
• 1.기술적 기대 효과 ... 140
• 2.경제적 기대효과 ... 140
• 3.산업적 기대효과 ... 140
• 4. 사회적 기대효과 ... 141
• 제 4 장 결 론 ... 142
• 제 5 장 연구시설·장비 현황 ... 150
• 참 고 문 헌 ... 154
• 약 어 표 ... 160
• 끝페이지 ... 164