본 논문에서는 자기 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템에서 공진 코일의 배열에 따른 특성을 제시한다. 공진 코일에는 헬리컬 구조를 사용하였다. 공진 코일을 설계하기 위해 헬리컬 코일의 인덕턴스와 커패시턴스를 구하였다. 유한 요소법을 이용하여 설계된 공진 코일을 시뮬레이션 하였고, 송수전 공진 코일 간의 다양한 배열에 대한 특성을 해석하였다. 검증을 위하여 시제품을 제작하였고, 수직 및 평행 배열일 때의 효율을 측정하였다. 측정 결과, 평행 배열일 때는 50 %의 전달 효율을 얻을 수 있는 구간이 코일 지름의 2배 이내였고, 수직 배열일때는 코일 지름의 1.5배 이내였다. 제작한 시제품은 평행 배열된 송수전 공진 코일이 40 cm 간격일 때 최대 84.25 %의 효율을 보였다.
In this paper, the wireless power transfer system using the magnetic resonance was designed and the effect of resonant coil radius and load resistance to this system was analyzed by the circuit analysis method. As a result, the calculated transmitted-power is similar to measured one, and the coil size has a small effect to the coupling coefficients in the resonant frequency band. In addition, the fact that the calculated transmitted-power according to the source frequency is similar to measured one confirms that the circuit analysis methode in this paper is valid. The input side transmission efficiency ${\eta}_i$ including only the loss in the power transfer circuit is almost 90[%] with the large coil in the 10[cm] transfer distance, and 65[%] with the small coil in 1[cm]. The source side transmission efficiency ${\eta}_s$ is 30~40[%] at both coil when load resistance below 4.7[${\Omega}$] has been connected. Considering that the maximum ${\eta}_s$ is 50[%], this is valid in the practical applications.
근접 통신 시스템(NFC)의 전력 전송 효율과 수동형 RFID의 동작 거리 향상을 위해 자기 공명 공진코일을 이용한 무선전력전송 방식을 근접 통신 단말에 적용하였다. 소스코일과 디바이스코일 사이에 공진코일을 배치시켜 시스템을 구성하였으며, 효율을 13.56MHz 대역의 RFID 리더와 태그 시스템을 사용하여 측정하였고, 3차원 시뮬레이터를 통하여 시뮬레이션 하였다. RFID 리더와 태그를 통해 측정한 결과, 자기 공명 공진코일을 적용한 경우 신호의 송수신 최대 거리는 96.72%, RFID 태그의 수신된 전압은 17.95% 증가함을 보였다.
A coupled magnetic resonance system (CMRS) using compact coil sets with core driven by a class-E inverter was proposed. The source and load coils of conventional CMRS were replaced with two coils containing core so that the system can be quite compact in size and easy to design due to a resonance frequency for all resonant tanks regardless of coupling factor. Experiments for 500 kHz switching frequency show 40% system efficiency.
본 논문에서는 4-코일 방식의 자기공진 무선전력전송 시스템을 구현하는 데 있어서, 송전 공진코일의 끝단에서 발생하는 선간 방전현상을 연구하였다. 자기공진 무선전력전송은 급전코일, 송전 공진코일, 수전 공진코일, 부하코일로 구성되어 있다. 여기서 송전 공진코일은 급전코일에서 발생한 자기장을 증폭하여 전방의 수전 공진코일로 전달하는 역할을 한다. 큰 전력을 전송하기 위하여 급전코일에 높은 전류를 흘려주면 송전 공진코일 끝단에 높은 전압이 유기되어 선간 방전현상이 일어나게 된다. 선간 방전현상은 송전기 케이스를 손상시키게 되고, 송전기를 사용할 수 없는 상태로 만든다. 따라서 이러한 선간 방전현상을 제거하기 위하여, 선간 방전을 일으키는 송전 공진코일에 유기되는 전압을 분석하고, 해결 방안을 제시하였다.
본 논문에서는 6.78 MHz 에서 공진하는 대형 코일을 이용한 자기공진방식 무선전력전송 시나리오를 제시하고 3차원 전자계 시뮬레이션, 자기공진방식 무선전력전송 등가회로를 통한 특성을 비교하였다. 본 논문에서 제시한 자기공진방식의 무선전력전송 등가회로는 기존 등가회로에 추가적으로 코일 간에 발생하는 기생 커패시턴스를 고려하였다. 이를 바탕으로 제작한 자기공진방식 무선전력전송 코일을 측정하고 시뮬레이션 예측과 비교하였다. 비교 결과 전송 특성 및 공진 주파수 천이 정도를 예측할 수 있었다. 제시한 자기공진방식 무선전력전송 등가회로 특성과 측정치의 오차는 ${\Delta}{\mid}S11{\mid}$이 최대 1.31 dB, ${\Delta}{\mid}S21{\mid}$이 최대 1.36 dB로 유사하게 예측하였다.
In this paper, the wireless power transfer system using the magnetic resonance was designed, analyzed by circuit analysis methode and the calculated transfer function was compared with the measured one. The self-resonant coil was made up of the commonly used capacitor which had the lumped capacitance and it enabled the stable magnetic resonance not to be affected by the circumstance. The transmission efficiency of this system was 70[%] at the 15[cm] between the transmission and receiving coil and the measured transfer function was similar to the calculated one, which means the circuit analysis methode is valid in this system. When the intermediate coils were added between the transmission and receiving coil, the transmission efficiency was increased, which produced the increase of transfer distance. In the case of the five intermediate coils adding, the 35[%] transmission efficiency was achived at the 90[cm] distance.
본 논문에서는 자기 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템을 위한 고출력 가변 공진기를 제안하였다. 공진 코일에는 스파이럴 구조를 사용하였으며, 공진 코일의 양 끝단에 고출력용 가변 트리머 커패시터를 연결하여 주파수 가변이 용이하도록 설계하였다. 3D 시뮬레이션 툴과 등가 회로 모델링 기법을 이용하여 커패시터 용량 변화에 따른 공진 주파수 변화와 전달특성을 예측하였다. 무선 전력 전송 시제품을 제작하여 측정한 결과, 송/수신 코일이 160 mm의 거리로 이격되어 있을 때, 3.0~4.5 MHz 범위의 공진 주파수 가변이 용이하였으며, 50%이상의 전송 효율을 얻을 수 있었다.
International journal of advanced smart convergence
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제1권2호
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pp.16-19
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2012
A modified 4-coil magnetic resonance wireless power transfer (MRWPT) system is proposed. Four coils based on 2-coil system with additional two matching coils were used in this topology. When Tx-Rx distance is changed, the input impedance is changed. However, it can be adjusted by coil parameters of matching coils to maintain impedance matching for maximum efficiency. The equivalent circuit of MRWPT system was analyzed for both transmission function and optimum coupling coefficient of the matching coils. By using four spiral resonant coils, these design considerations was experimentally verified. The measured data agreed well with the calculated data and the transmission function of the proposed system was more efficient than that of conventional 2-coil system.
Magnetic resonance imaging (MRI) is an imaging technique used to produce high quality images of the inside of the animal body. MRI is based on the principles of nuclear magnetic resonance (NMR) and started out as a tomographic imaging technique, that is it produced an image of the NMR signal in a thin slice through the animal body. The animal body is primarily fat and water, Fat and water have many hydrogen atoms. Hydrogen nuclei have an NMR signal. For these reasons magnetic resonance imaging primarily images the NMR signal from the hydrogen nuclei. Hydrogen protons, within the body align with the magnetic field. By applying short radio frequency (RF) pulses to a specific anatomical slice, the protons in the slice absorb energy at this resonant frequency causing them to spin perpendicular to the magnetic field. As the protons relax back into alignment with the magnetic field, a signal is received by an RF coil that acts as an antennae. This signal is processed by a computer to produce diagnostic images of the anatomical area of interest.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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