• Journal of electromagnetic engineering and science
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• 제16권4호
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• pp.232-234
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• 2016

In this paper, the power transfer efficiencies (PTEs) of magnetic resonance (MR) wireless power transmission (WPT) and radio frequency (RF) WPT are compared as a function of the distances between resonators (or antennas). The PTE of the C-loaded loop resonators during MR WPT was theoretically calculated and simulated at 6.78MHz, showing good agreement. The PTE of the patch antennas, whose area is the same as the C-loaded loop resonator during MR WPT, was theoretically calculated using the Friis equation and the equation by N. Shinohara and simulated at 5.8 GHz. The three results from the Friis equation, the equation by N. Shinohara, and from a full wave simulation are in strong agreement. The PTEs, when using the same size resonators and antennas are compared by considering the distance between the receiver and transmitter. The compared results show that the MR WPT PTE is higher than that of the RF WPT PTE when the distance (r) between the resonators (or antennas) is shorter. However, the RF WPT PTE is much higher than that of the MR WPT PTE when the distance (r) between the resonators (or antennas) is longer since the RF WPT PTE is proportional to $r^{-2}$ while the MR WPT PTE is proportional to $r^{-6}$.

• Journal of electromagnetic engineering and science
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• 제17권3호
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• pp.126-132
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• 2017

In this study, we designed, measured, and analyzed a rearranged L-shape magnetic resonance coupling wireless power transfer (MR-WPT) system for practical applications with laptops. The typical four resonator MR-WPT (Tx part: source loop and Tx coil; Rx part: Rx coil and load loop) is difficult to apply to small-sized stationary and mobile applications, such as laptop computers, tablet-PCs, and smartphones, owing to the large volume of the Rx part and the spatial restrictions of the Tx and Rx coils. Therefore, an L-shape structure, which is the orthogonal arrangement of the Tx and Rx parts, is proposed for indoor environment applications, such as at an L-shaped wall or desk. The relatively large Tx part and Rx coil can be installed in the wall and the desk, respectively, while the load loop is embedded in the small stationary or mobile devices. The transfer efficiency (TE) of the proposed system was measured according to the transfer distance (TD) and the misaligned locations of the load loop. In addition, we measured the TE in the active/non-active state and monitor-open/closed state of the laptop computer. The overall highest TE of the L-shape MR-WPT was 61.43% at 45 cm TD, and the TE decreased to 27.9% in the active and monitor-open state of the laptop computer. The conductive ground plane has a much higher impact on the performance when compared to the impact of the active/non-active states. We verified the characteristics and practical benefits of the proposed L-shape MR-WPT compared to the typical MR-WPT for applications to L-shaped corners.

• Smart Structures and Systems
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• 제17권4호
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• pp.631-646
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• 2016

Although the deployment of wireless sensors for structural sensing and monitoring is becoming popular, supplying power to these sensors remains as a daunting task. To address this issue, there have been large volume of ongoing energy harvesting studies that aimed to find a way to scavenge energy from surrounding ambient energy sources such as vibration, light and heat. In this study, a magnetic resonance based wireless power transfer (MR-WPT) system is proposed so that sensors inside a concrete structure can be wirelessly powered by an external power source. MR-WPT system offers need-based active power transfer using an external power source, and allows wireless power transfer through 300-mm thick reinforced concrete with 21.34% and 17.29% transfer efficiency at distances of 450 mm and 500 mm, respectively. Because enough power to operate a typical wireless sensor can be instantaneously transferred using the proposed MR-WPT system, no additional energy storage devices such as rechargeable batteries or supercapacitors are required inside the wireless sensor, extending the expected life-span of the sensor.

• Journal of electromagnetic engineering and science
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• 제17권2호
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• pp.76-85
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• 2017

We investigate the indirect-fed magnetic resonant wireless power transfer (MR-WPT) system for wireless charging for mobile devices by rearranging the loops and coils. Conventional MR-WPT is difficult to apply to consumer electronic products because of the arrangement of the resonators. In addition, there are restrictions for charging using a wireless technology, which depend on the circumstances of the usage scenarios. For practical applications, we analyzed the transfer efficiency of the MR-WPT system with various combinations and positions of resonators. Three rearranged configurations (Out-Out, Out-In, In-In) have been considered and experimentally investigated using hollow pipe loops and wire copper coils. There were four types of loops and two types of coils; each one had a different diameter and thickness. The results of the measurements show that the trends of the transfer efficiencies for the three configurations were similar. A transfer efficiency of 82.5% was achieved at a 35-cm distance between the 60-cm diameter transmitter (Tx) and receiver (Rx) coils.

• 한국전자파학회논문지
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• 제28권1호
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• pp.69-75
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• 2017

본 논문에서는 자기공진형 무선전력전송의 실용화에 있어, 공진기 간 자기결합을 방해하는 그라운드 문제를 해결하기 위해 슬릿 구조를 설계하고, 커패시터를 연결하여 공진기로써의 성능을 기본적인 루프형의 수신 공진기와 비교하였다. 제안된 슬릿 그라운드 공진기(slit ground resonator)는 가로 31 cm, 세로 20.5 cm, 두께 $35{\mu}m$의 구리박판에 넓이 1 cm의 슬릿을 한 방향이 열린 십자 형태로 설계하였으며, 열린 방향 양단에 6.78 MHz에서 공진하도록 최적의 커패시터가 연결되어 공진기 역할이 가능하다. 수신 공진기는 스위치를 연결하여 열림형(open mode)과 닫힘형(short mode)일 때를 측정하고, 최고 전송효율을 표시하였다. 측정 결과, 수신 공진기가 루프 공진기일 때 가장 높은 전송효율을 보였다. 그러나 노트북 모델의 수신부에 그라운드를 삽입했을 때, 전송효율이 0 %에 가깝게 감소하였다. 반면, 슬릿 그라운드 공진기를 수신 공진기로 사용했을 때, 전송효율은 가장 높았던 루프 공진기의 67 % 회복하였다. 제안된 슬릿 그라운드 공진기는 슬릿을 통해 자기장을 통과시키며, 커패시터를 연결이 공진기로 동작하게 하여 주변 공진기 간 자기결합을 통해 전력을 전송해주는 역할을 수행한다.

• 전자공학회논문지
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• 제54권4호
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• pp.16-21
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• 2017

본 논문은 모바일 기기(노트북, 핸드폰, 태블릿 PC 등)를 위한 공진형 무선전력전송 시스템(Magnetic Resonance - Wireless Power Transfer; MR-WPT)의 실용성을 높이기 위한 평면형 소형 공진기 설계 방법을 제안하였다. 제안된 소형 평면형 공진기는 네 개의 루프와 공진기를 사용하는 공진형 무선전력 시스템에 적용 되며, 또한 무선전력 시스템은 송신기(Tx)와 수신기(Rx)가 동일한 루프와 공진기로 이루어졌다. 제안된 공진기는 나선형(Spiral) 코일의 형태로 소형 모바일 크기에 적합한 $50mm{\times}50mm$의 크기 이내로 설계 되었으며, 나선형 공진기의 선 두께와 선간 갭(gap) 그리고 선의 길이를 달리하는 4종류의 나선형 공진기를 선정하였다. 또한 작은 공진기 부피에서 높은 인덕턴스와 캐패시턴스를 얻기 위해 공진기 기판 (아크릴 ${\varepsilon}_r=2.56$, tan ${\delta}=0.008$)의 양면을 모두 활용하였다. 또한 루프는 공진기 부피를 최소화하기 위해 공진기와 동일 평면상에 설계 하였고, 이 또한 서로 다른 3가지의 크기를 사용하였다. 제안된 무선전력전송 시스템은 Tx와 Rx 두 개의 아크릴 기판에 제작되었으며, Tx와 Rx의 루프와 공진기는 구리시트로 만들어졌다. 제안된 12개의 조합 (공진기 4종 ${\times}$ 루프 3종)의 루프와 공진기에 대한 전력전송효율을 근 전송 거리 (1cm~5cm)상에서 시뮬레이션과 측정을 통해 산출하였다. 측정 결과 전력전송효율은 전송거리 1~5 cm에 따라 ${\fallingdotseq}40%$ 그리고 최대 ${\fallingdotseq}70%$ 이며, 이때 공진주파수는 A4WP 표준 무선전력전송 주파수인${\fallingdotseq}6.78MHz$를 유지한다. 제안된 부피에서 최소화된 평면형의 소형 공진기를 이용한 소형 모바일 기기의 공진형 무선전력 어플리케이션에 대한 가능성을 실험적으로 확인하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제53권8호
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• pp.119-126
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• 2016

본 논문에서는 의복용 무선전력전송 시스템을 구축을 위한 평면형 직물공진기를 제안하고, 공진기에 사용된 의복용 직물기판의 재질별 특성을 분석하였다. 평면형 직물공진기는 공진주파수가 1-10 MHz가 되도록 직물기판 위에 전도성 물질로 루프 및 코일을 평면 설계하였다. 의복용으로 많이 사용되고 있는 폴리에스테르 섬유와 면을 직물기판으로 사용하였으며, 평면 루프와 코일은 동테이프(copper tape)와 실버페이스트(silver paste)로 설계하였다. 자기공진형 무선전력전송 시스템에 적용된 직물의 재질별 특성을 분석하기 위해 송신부와 수신부를 대칭으로 설계하였다. 실험 결과, 낮은 유전상수 및 비교적 두꺼운 두께를 가진 직물기판과 표면저항이 작은 도체성 재질의 패턴(루프 및 코일)으로 제작되었을 때, 의복용 무선전력전송 시스템이 높은 전송효율을 보였다. 본 연구를 통해 제안된 평면형 직물 공진기는 무선전력전송 기술의 영역을 의복용으로 넓힐 수 있는 가능성을 보여주었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제27권2호
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• pp.163-169
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• 2016

본 논문에서는 소형 모바일 기기에 적용이 가능하도록 코일형 및 루프형 공진기의 평면화를 통해 소형화하여 자기공진형 무선전력전송 시스템을 구축하였다. 제안된 디스크형 이중코일공진기(disk type double coil resonator)는 아크릴 기판(acrylic substrate)의 양면에 얇은 구리 재질을 2 mm의 넓이(width)와 1 mm의 간격(pitch)으로 8번 감은 수의 나선코일패턴을 설계하여 최외각단을 연결한 구조이다. 이 공진기는 구리 재질의 패턴 길이에 의한 유도용량과 각 양쪽 나선코일패턴간의 아크릴 사이에 발생하는 정전용량을 이용하여 6.78 MHz에서 공진한다. 공진기에 설계된 나선코일패턴의 크기는 최외각 지름이 9 cm로 소형화 되었다. 급전 및 부하공진기로 사용되는 루프는 5 mm 굵기의 동선을 이용하여 지름 10 cm의 단일 루프로 구현하였다. 또한, 6.78 MHz에서 공진할 수 있도록 3,300 pF 커패시터(capacitor)를 직렬로 연결하였다. 디스크형 이중코일공진기의 특성을 알아보기 위해 다양한 공진기 재배열을 통해 시스템을 구성 및 측정하였으며, 소형 무선전력전송 시스템의 최대 전송효율은 35.67 %를 보였다. 제안된 공진기의 구조를 통해 더 작은 소형화 구조 설계가 가능할 것으로 기대된다.