Seo, Sang-Hwa;Kim, Yong;Bae, Jin-Yong;Yun, Hong-Min;Lee, Sung-Ho;Cho, Young-il;Park, Seung-Ha
Proceedings of the KIEE Conference
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2015.07a
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pp.1006-1007
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2015
Recent improvement in semiconductor technology make efficient switching possible at higher frequencies, which benefits the application of wireless inductive energy transfer. However, a higher frequency does not alter the magnetic coupling between energy transmitter and receiver. Due to the still weak magnetic coupling between transmitting and receiving sides that are separated by a substantial air gap, energy circulates in the primary transmitting side without being transferred to the secondary receiving side. This paper proposes an analysis on the system efficiency to determine the optimal impedance requirement for coils, rectifier and DC-DC Converter. A novel Boost DC-DC Converter is designed to provide the optimal impedance matching in WPT(Wireless Power Transfer) system for various loads.
In this study, the efficiencies for both the angular aligned and unaligned positions of the receiver and transmitter coils of wireless power transfer (WPT) systems are examined. Some parameters of the equivalent circuit were calculated with Maxwell 3D software. The analytical solution of the circuit was calculated in MATLAB program through the composition of the system's mathematical modeling. The numerical solution of the system, however, was calculated using PSIM, which is circuit simulation software. In addition, with the use of the finite element method (FEM) in Maxwell 3D software, transient analysis of the three-dimensional system was performed. The efficiency of the system was estimated through the calculation of input and output power. The results demonstrated that power was efficiently transmitted to a certain extent in aligned and unaligned positions. The results also revealed that, for aligned positions, high efficiency with air gaps of 15-20 cm can be obtained and that the efficiency quickly dropped with air gaps of more than 20 cm. For spatially unaligned positions, it was observed that wireless power transfer could be realized with high efficiency with air gaps of up to 10 cm and that efficiency quickly dropped with air gaps of more than 10 cm.
As wireless power transfer (WPT) technology using strongly coupled electromagnetic resonators is a recently explored technique to realize the large power delivery and storage without any cable or wire, this technique is required for diffusion of electric vehicles (EVs) since it makes possible a convenient charging system. Typically, since the normal conducting coils are used as a transmitting coil in the CPT system, there is limited to deliver the large power promptly in the contactless EV charging system. From this reason, we proposed the combination CPT technology with HTS transmitting antenna, In this study, we examined the improvement of transmission efficiency and properties for HTS and copper antennas, respectively, at 30 cm distance. Thus, we obtained improved transfer efficiency with HTS antenna over 10% compared with copper antenna
본 논문에서는 자기유도를 기반으로 하는 중전력 (100W~2.4kW) 무선전력전송(Wireless Power Transfer, WPT) 및 IH(Induction Heating) 융합을 위한 인버터 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 넓은 출력 전력 범위를 지니며 송수신 코일간의 거리 및 위치 변화 등에 대해 일정한 출력 전력을 제공한다. 중전력에서 고효율, 안정성 및 국내외 규제를 만족하는 시제품을 제작하여 상용화에 대한 가능성 확인을 목표로 한다.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.25
no.11
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pp.1128-1134
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2014
In this paper, the effects of a metamaterial slab with negative permeability in a magnetically coupled wireless power transfer system (WPT) in the overall performance are analyzed quantitatively in terms of the effective quality factors of the loop resonators and coupling coefficient considering the slab losses, based on an equivalent circuit. Using the ideal metamaterial slab(lossless slab), the WPT efficiency is improved considerably by the magnetic flux focusing. However, the practical lossy slab made of RRs or SRRs limits the significant enhancement of WPT efficiency due to the relatively high losses in the slab consisting of RRs or SRRs near the resonant frequency. For the practical loop resonator, other than a point magnetic charge, using the practical lossy metamaterial slab in order to improve the transfer efficiency, the width of the slab needs to be optimized somewhat less than the half of the distance between two loop resonators. For the low-loss slab with its loss tangent of 0.001, the WPT efficiency is maximized at 93 % when the ratio of the slab width and the distance between the two resonators is approximately 0.35, compared with 53 % for the case without the slab. The efficiency in case of employing the high-low slab(loss tangent: 0.2) is maximized at 61 % when the slab ratio is 0.25.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.16
no.4
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pp.199-205
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2016
We present a novel schematic using a 3-dB coupler to transmit radiofrequency (RF) power to two receivers selectively. Whereas previous multiple receiver supporting schemes used hardware-switched methods, our scheme uses a soft power-allocating method, which has the advantage of variable power allocation in real time to each receiver. Using our scheme, we can split the charging area and focus the RF power on the targeted areas. We present our soft power-allocating method in three main points. First, we propose a new power distribution hardware structure using a FPGA (field-programmable gate array) and a 3-dB coupler. It can reconfigure the transmitting power to two receivers selectively using accurate FPGA-controlled signals with the aid of software. Second, we propose a power control method in our platform. We can variably control the total power of transmitter using the DC bias of the drain input of the amplifier. Third, we provide the possibility of expansion in multiple systems by extending these two wireless power transfer systems. We believe that this method is a new approach to controlling power amplifier output softly to support multiple receivers.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.28
no.12
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pp.954-963
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2017
In this paper, we analyzed the electric/magnetic field distribution and SAR distribution in a human body due to the resonant-type wireless power transfer(WPT) system with an operating frequency of 6.78 MHz. To analyze the field distribution under the unperturbed condition, a prototype system was fabricated and the measured results were compared with the simulation results. For safety during measurement, the available power to the transmitter coil is limited to 1 W. To analyze the induced current density and SAR distribution, a simple human model consisting of three layers, skin, fat, and muscle, was used for the simulation. The electromagnetic wave exposure levels obtained through measurement and simulation were compared with the recommended levels by the ICNIRP.
Ju, Young Jun;Kim, Jun Hee;Lee, Yu-ri;Gimm, Yoon-Myoung;Lim, Yong Seok
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2018.10a
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pp.338-341
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2018
Wireless Power Transfer(WPT) of array antenna applied to beam-forming techniques enables highly efficient WPT when transmitters and receivers are not contacting and even when they are separated. However, this WPT method is possible to use only when human safety restriction by distance between the transmitters and the receivers is satisfied. In the paper, a $4{\times}8$ array antenna for 2.4 GHz is modeled by simulation, then electric field intensity and 10 gram average head SAR(Specific Absorption Rate) by distance away from the array antenna inputted 1 W of 2.4 GHz sinusoidal wave at each single antenna of the array antenna for 2.4 GHz were obtained. And they were compared with human safety restriction of draft of 2018 ICNIRP(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) guidelines. As the result, power density of far field derived from the electric field intensity was $33.257W/m^2$, which satisfied with occupational human safety restriction but exceeded public's. In addition, the 10 gram average head SAR exceeded the human safety restriction.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.53
no.8
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pp.119-126
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2016
In this paper, we proposed the planar textile resonator for constructing wearable MR-WPT system and analyzed the characteristic of textile substrates used in resonators. The planar textile resonators were designed to resonate at 1-10 MHz. The loop and coil were fabricated planar structure on textile substrate using conductive materials. Polyester fiber and cotton widely used in real life were chosen as textile resonators for wearable applications and copper tape and silver paste were used for fabricating planar loop and coil on textile substrate. For comparison analysis on transfer efficiency according to the types of textile, transmitter and receiver parts were symmetric. According to the result, for the highest transfer efficiency of wearable WPT system, the planar resonators have specifications of relative thick textile substrate with low permittivity and low surface resistance of conductive pattern. The performed experiments show that the planar textile resonator is possible to be used for resonator in wearable MR-WPT system.
Magnetic resonance wireless power transfer (WPT) in the marine environment can be utilized in many applications. However, energy loss in seawater through eddy loss (EL) is another consideration other than WPT in air. Therefore, the effect of system parameters on electric field intensity (EFI) needs to be measured and ELs calculated to optimize such a system. In this paper, the usually complicated analytical expression of EFI is simplified to the product of frequency, current, coil turns, and a coefficient to analyze the eddy current loss (ECL). Moreover, as the calculation of ECL through volume integral is time-consuming, the equivalent eddy loss impedance (EELI) is proposed to help designers determine the optimum parameters quickly. Then, a power distribution model in seawater is conceived based on the introduction of EELI. An optimization flow chart is also proposed according to this power distribution model, from which a prototype system is developed which can deliver 100 W at 90% efficiency with a gap of 30 mm and a frequency of 107.1 kHz.
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