초록 ▼

□ 연구개요
본 연구를 통해 공진형 무선전력전송 시스템에서 송수신 코일이 정렬 상태에서는 근접장을 집중시키고, 비정렬 상태에서는 근접장을 조향함으로써 송수신 코일의 정렬 상태에 관계없이 높은 전송효율을 유지하여 무선전력전송 영역을 극대화시킬 수 있도록 크기 및 형태를 전기적으로 재구성할 수 있는 코일을 개발하였다. 보조 코일단을 구성하는 커플러들의 공진특성을 제어함으로써 수직·수평 방향으로의 전송영역 확장이 동시에 가능한 기술로 수직 방향, 또는 수평 방향으로의 전송 영역 확장에만 국한되었던 기존의 기술들을 크게 차별화된다.

□ 연구개요
본 연구를 통해 공진형 무선전력전송 시스템에서 송수신 코일이 정렬 상태에서는 근접장을 집중시키고, 비정렬 상태에서는 근접장을 조향함으로써 송수신 코일의 정렬 상태에 관계없이 높은 전송효율을 유지하여 무선전력전송 영역을 극대화시킬 수 있도록 크기 및 형태를 전기적으로 재구성할 수 있는 코일을 개발하였다. 보조 코일단을 구성하는 커플러들의 공진특성을 제어함으로써 수직·수평 방향으로의 전송영역 확장이 동시에 가능한 기술로 수직 방향, 또는 수평 방향으로의 전송 영역 확장에만 국한되었던 기존의 기술들을 크게 차별화된다. 또한 송수신 코일 사이에 메타물질, 배열 공진기 등을 배치시켜서 수직 거리를 확장시키는 기술의 최대 단점인 실용성 측면에서 비교할 수 없는 장점을 제공할 수 있는 기술이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구 결과, 1차년도 때 수직 집중용 커플러를 통하여 완벽 정렬 상태에서 97.6%의 전송 효율을 얻음으로써 제안 목표인 95%를 달성하였다. 또한 수평 방향 조향용 커플러를 추가함으로써 45% 이상의 효율을 유지하는 비정렬 범위를 137%까지 확장함으로써 목표인 100%를 크게 상회 달성하였다.
2차년도에서도 완벽 정렬 상태에서 전송 효율 97.6%와 기존 코일 대비 최대 12.5% 까지 효율을 향상시킴으로써 연구 목표를 모두 초과 달성하였고 133% 상대 비정렬까지 완벽 정렬 상태의 최고 전송효율 대비 50% 효율을 유지함으로써 연구 목표인 100% 비정렬를 크게 상회 달성하였다.
마지막 3차년도에서는 면적비가 1:1인 두 수신기가 대칭적으로 위치하여 동일한 전력을 수신할 경우 위치에 상관없이 83.7%의 합산 효율 유지함으로써 목표로 했던 50%를 크게 상회 달성하였고 두 수신 코일 사이의 전력 분배비와 상관없이 높은 합산 효율을 일정하게 유지함을 검증하였다. 또한 면적비가 2:1인 두 수신 코일이 송신코일의 중앙으로부터 비대칭적으로 놓인 상태에서 두 수신 코일에 전달되는 전력 분배비를 5:1에서 1:5까지 변화시킬 경우 전력비가 1:1일 때의 합산 효율 88.0%보다 최대 4.8%만 감소함을 실험적으로 검증함으로써 제시한 연구 목표인 3 dB·10%를 크게 상회 달성하였으며 두 수신 코일 사이의 전력 분배비와 상관없이 합산 효율이 높게 유지되는 것을 검증하였다.
이와 같이 제안한 정량적 목표를 모두 달성함으로써 커플러를 활용하여 비정렬에 따른 전송 효율 저하를 획기적으로 보상하고 전송 영역을 성공적으로 극대화하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
개발된 커플러 기반의 무선전력전송용 코일 기술을 통해 코일 간 정렬 상태와 상관없이 효율을 높임으로써 무선전력전송의 범위를 극대화하면서 EMI 문제를 최소화할 수 있다. 또한 다중 기기 무선전력전송 시스템으로 확장하여 획기적인 성능의 시스템이 될 것으로 기대된다. 이는 비정렬이 빈번하게 발생하는 모바일, 웨어러블 기기로의 무선충전 뿐만 아니라 전기 자동차의 무선충전에도 큰 수요가 있을 것으로 예상한다. 특히 송신 코일에만 적용시킨 비대칭 시스템에 대한 결과를 제시함으로써 핸드폰, 스마트워치 등 다양한 크기의 수신기를 충전해야 하는 무선충전기에서 그 효과가 극대화 될 것으로 예상한다. 제안하는 기술은 주파수에 상관없이 근접장을 이용하는 현 무선전력전송 시스템에 모두 적용이 가능하므로 매우 큰 산업적 가치를 갖는다. 따라서 앞서 서술한 뛰어난 구조적 실용성과 본 장점을 고려할 때 무선충전 시장에서 본 기술의 폭발적인 수요가 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구 개발의 목적 ... 4
• 1.2 연구 개발의 필요성 ... 4
• 1.3 연구 가설 및 최종 목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2.1 1차년도 ... 6
• 2.2 2차년도 ... 10
• 2.3 3차년도 ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 33