초록 ▼

□ 연구개요
- 전기자동차, 인체 이식 의료기기, 디스플레이 등 기존 WPT 시스템은 송신부 (TX, Transmitter)와 RX단이 전기적으로 절연되어 있기 때문에 다단 구성 및 무선통신이 필요한 복잡한 구조를 가져 전체 시스템의 고밀도/고효율 구현에 한계가 존재함. 이에 따라 RX단 정보의 피드백 없이 (RX-Sensorless) TX단에서 RX단 정보를 알아내어 출력을 제어하는 RX-Sensolress 제어를 통해 고전력밀도, 고신뢰성, 저가 구현을 하고 있음
- 그러나, RX-Sensorless 제어 기법에 대한

□ 연구개요
- 전기자동차, 인체 이식 의료기기, 디스플레이 등 기존 WPT 시스템은 송신부 (TX, Transmitter)와 RX단이 전기적으로 절연되어 있기 때문에 다단 구성 및 무선통신이 필요한 복잡한 구조를 가져 전체 시스템의 고밀도/고효율 구현에 한계가 존재함. 이에 따라 RX단 정보의 피드백 없이 (RX-Sensorless) TX단에서 RX단 정보를 알아내어 출력을 제어하는 RX-Sensolress 제어를 통해 고전력밀도, 고신뢰성, 저가 구현을 하고 있음
- 그러나, RX-Sensorless 제어 기법에 대한 연구는 기존에 TX-RX단 결합계수 정보를 활용하여 구현한 연구사례가 있으나 신뢰성이 매우 낮은 초보적 수준으로 이는 WPT 시스템 출력제어를 위한 시스템 내 다양한 연관인자 및 환경변수를 고려하지 않은 것에 기인함
- 따라서 본 과제에서는 무선전력전송 (WPT, Wireless Power Transfer) 시스템의 전력밀도 극대화, 신뢰성 향상, 단가 절감을 위해 수신부 (RX, Receiver) 센서를 제거 (Sensorless)한 "RX-Sensorless WPT 시스템 및 이의 제어 알고리즘을 개발"을 목적으로 연구를 진행하였음
- 이를 위해 WPT 시스템의 다양한 연관인자를 도출하고 환경변수를 적용한 (연관 인자 및 환경변수 예, 1)TX-RX 패드의 변위 및 자성체 특성, 2)TX-RX 코일의 기하학적 구조, 3)TX-RX 코일 사이의 매질, 4)TX단 스위칭 주파수, 5)TX-RX 코일과 주변 온도 등) 정밀도 모델링을 기반으로 신뢰성 높은 "RX-Sensorless WPT 시스템"을 실현 연구를 수행함

□ 연구 목표대비 연구결과
- 1차년도 [학술적 진보] : WPT 시스템의 출력전압에 영향을 미치는 TX-RX간 핵심 연관인자 도출하고 핵심 연관인자의 관계정립 및 주요 환경변수 도출을 수행하였으며 이를 기반으로 각 보상회로별 WPT 시스템의 모델링 및 전달함수의 도출하였음. 또한, <1kW급 RX-Sensorless WPT 프로토타입 제작하여 도출된 전달함수 및 모델의 정합성을 확인하였으며 정격 전력 조건에서 SS 보상회로 정확도 95.1%, SP 보상회로 정확도 96.9%, LCCL-S 보상회로 정확도 96.4%를 달성하여 정량적 목표인 93%보다 높은 정합성을 달성하였음
- 2차년도 [도전적 연구] : 환경 변수를 반영한 진보된 TX-RX 모델링 및 모델 기반의 정밀도 높은 RX-Sensorless 제어 알고리즘 연구를 수행하였음. 1차년도에 도출된 환경변수를 모델에 반영하여 진보된 모델을 도출 하였으며 이를 기반으로 진보된 모델 기반의 정밀도 높은 RX-Sensorless 제어 알고리즘을 연구하였음. 1차년도에 제작된 프로토타입을 이용하여 진보된 모델에 대한 검증을 진행하였으며 SP 보상회로를 기반으로 환경변수 반영 순서에 따라 권선 손실 반영 시 96.6%, 와전류 손실 반영 시 97.9%, 매질 반영 시 98.21%를 달성하여 1차년도 대비 1.8%가량 정밀도 향상을 실현하였음
- 3차년도 [도전적 연구 & 실용화 연구] : 응용분야의 부하 특성을 반영한 RX-Sensorless WPT 시스템의 개발 및 검증을 수행하였으며 추가적인 정밀도 향상을 위한 제어 알고리즘 연구를 수행하였음. 인체의료기기를 대상으로 100W급 WPT 시스템의 제작하여 실제 부하 특성을 반영한 제어를 수행하였음. 가상 2상 방식을 적용한 위상검출 기법을 통해 TX측의 주파수 제어를 수행하였으며 이를 제작한 프로토타입을 기반으로 검증하였음. 실제 출력 전압 제어 정밀도를 비교해 본 결과 100W급 시스템의 정격전력을 기준으로 2차년도 제어 기법 97.6%에 비해 0.8% 향상된 98.4%를 달성하여 연구 목표인 97%보다 1.4% 높은 결과를 도출하였음

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- RX-Sensorless WPT 시스템에 대한 연구를 정부 주도의 연구 과제를 통해 성공적으로 수행함으로써 RX-Sensorless WPT 시스템 관련지식, 기술 및 know-how를 확보하였으며 이를 통해 관련 분야 선진국(사)와 기술격차를 줄여 시장에서의 기술력 확보가 가능할 것으로 사료됨. 또한, 본 연구에서 진행된 모델링 기법을 바탕으로 의료기기뿐만 아니라 디스플레이 및 전기자동차 분야에 고밀도 & 경량화 및 배터리 용량 증가로 사용 시간 확대 등 다양한 관련 분야에 적용 가능할 것으로 기대함

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 기술의 개념 및 정의 ... 4
• 2) 연구의 필요성 ... 4
• 3) 최종연구목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1년차 연구개발 내용 ... 5
• 2) 2년차 연구개발 내용 ... 7
• 3) 3년차 연구개발 내용 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과 ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 가. 추가 연구의 필요성 ... 13
• 나. 타 연구에의 응용 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 32