• Journal of Power Electronics
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• 제17권3호
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• pp.835-847
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• 2017

A transmitting coil with an optimal topology and number of turns can effectively improve the performance of the wireless power transfer (WPT) systems for endoscope robots. This study proposes the evaluation parameters of the transmitting coils related to the performance of the WPT system to standardize the design of the transmitting coils. It considers both the quality factor of transmitting coils and the coupling factor between the two sides. Furthermore, an analytical model of transmitting coils with different topologies is built to exactly estimate the evaluation parameters. Several coils with the specified topologies are wound to verify the analytical model and the feasibility of evaluation parameters. In the case of a constant power received, the related evaluation parameters are proportional to the transfer efficiency of the WPT system. Therefore, the applicable frequency ranges of transmitting coils with different topologies are determined theoretically. Then a transmitting coil with a diameter of 69 cm is re-optimized both theoretically and experimentally. The transfer efficiency of the WPT system is increased from 3.58% to 7.37% with the maximum magnetic field intensity permitted by human tissue. Finally, the standardized design of the transmitting coil is achieved by summing-up and facilitating the optimization of the coils in various situations.

• 전기학회논문지
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• 제62권5호
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• pp.667-672
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• 2013

In this paper, we propose a multi-impedance changes localization method of on-voltage underground power cable using the wavelet transform based time-frequency domain reflectometry (WTFDR). To localize the impedance change in on-voltage power cable, the TFDR is the most suitable among reflectometries because the inductive coupler is used to inject the reference signal to the live cable. At this time, the actual on-voltage power cable has multi-impedance changes such as the automatic section switches and the auto load transfer switches. However, when the multi-impedance changes are generated in the close range, the conventional TFDR has the cross term interference problem because of the nonlinear characteristics of the Wigner-Ville distribution. To solve the problem, the wavelet transform (WT) is used because it has the linearity. That is, using WTFDR, the cross term interference is not generated in multi-impedance changes due to the linearity of the WT. To confirm the effectiveness and accuracy of the proposed method, the actual experiments are carried out for the on-voltage underground power cable.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2006년도 추계학술대회 논문집
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• pp.928-934
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• 2006

최근 환경 친화적인 시스템 개발 및 에너지에 대한 연구가 부각되고 있는 가운데 근래 교통시스템 분야에서도 전기자동차, 신교통 시스템 등의 친환경적 교통수단의 개발이 활발하게 진행 중에 있다. 최근 전기자동차는 환경오염 문제의 대안적인 교통시스템으로 제시되었음에도 불구하고 짧은 1회 충전 주행거리와 긴 충전시간 등 아직 개선되어야 할 문제를 가지고 있다. 또 경량전철의 경우, 기존 접촉에 의한 전력 공급 장치는 유지보수 및 관리비용이 높을 뿐만 아니라 미관상으로도 환경친화성이 낮고 우발적인 접촉으로 인한 사고 등 안전문제가 발생하는 단점이 존재한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선할 수 있는 전기궤도차량용 유도 급전 시스템의 개념을 제시하고 전력 집전자의 구조에 대한 상호인덕턴스의 값을 유추하여 시스템의 전력전달 특성에 관하여 알아보고자 한다. 전기궤도차량용 유도 급전 장치는 여객수송을 목적으로 하여 기존의 산업계에서 개발된 소규모 장치보다는 공극의 길이가 길고 대전력을 요구한다. 큰 공극은 유도 급전 장치 주변에 보상회로를 필요로 한다. 고정주파수의 1차측 공진회로를 이용한 보상회로에서의 전력전달특성을 시뮬레이션과 실험을 통하여 알아보았다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2012년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.627-628
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• 2012

기존 자기공진형태에서 사용되는 루프 형태의 코일 대신에 코어를 사용한 다이폴 형태의 코일을 1차 측과 2차 측에 사용해 코일의 부피를 줄이 면서도 먼 거리까지 자기장을 보낼 수 있는 자기유도방식의 무선 전력 시스템을 구성 하였다. 각 코일에 사용된 코어의 형상은 코어 내부에서 자기장이 균일하게 분포 될 수 있도록 최적화 되었으며 5m 거리에서 209W의 전력을 전달하고, 최대 16%의 효율을 달성 하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2015년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.17-18
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• 2015

본 논문에서는 자이레이터를 사용하여 자기유도 전력전달시스템(IPTS)의 보상 회로를 해석하는 방식을 제안한다. 보상회로를 주로 구성하는 갖가지 공진 회로와 유도 결합 코일이 자이레이터의 특성을 가지고 있음을 보인다. 그러므로, 자이레이터의 바람직한 특성들을 보상 회로의 전원-로드 이득, 전원의 역률 등을 해석하는데 사용할 수 있음을 보인다. 제안된 해석 방식은 적용이 간편하고 서로 다른 보상 회로에도 동일한 형태로 적용된다는 장점이 있다.

• Journal of Power Electronics
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• 제18권4호
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• pp.1268-1277
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• 2018

A relatively high operating frequency is required for efficient wireless power transfer (WPT). However, the alternating current (AC) resistance of coils increases sharply with operating frequency, which possibly degrades overall efficiency. Hence, the evaluation of coil AC resistance is critical in selecting operating frequency to achieve good efficiency. For a Litz wire coil, AC resistance is attributed to the magnetic field, which leads to the skin effect, the proximity effect, and the corresponding conductive resistance and inductive resistance in the coil. A numerical calculation method based on the Biot-Savart law is proposed to calculate magnetic field strength over strands in Litz wire planar spiral coils to evaluate their AC resistance. An optimized frequency can be found to achieve the maximum efficiency of a WPT system based on the predicted resistance. Sample coils are manufactured to verify the resistance analysis method. A prototype WPT system is set up to conduct the experiments. The experiments show that the proposed method can accurately predict the AC resistance of Litz wire planar spiral coils and the optimized operating frequency for maximum efficiency.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2004년도 전력전자학술대회 논문집(1)
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• pp.330-334
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• 2004

A new SEPIC-Flyback converter is proposed. The proposed converter is the integration of SEPIC and Flyback converter. Not only SEPIC output but also Flyback output could be fully regulated by constant frequency PWM control. Merged SEPIC and Flyback topology can share the transformer and power MOSFET. When the switch turns on, one topology operates via capacitive energy transfer. The other topology acts as inductive energy transfer while the switch is off. So, it can increase power density per one cycle. The experimental result is presented and verified.

• 한국항행학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.35-43
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• 2014

본 논문은 무선 전력 전송에 관한 이론을 토대로 송신부와 수신부의 두 개의 평면 코일 사이의 자기 유도 원리의 다양한 조건 변화에 따른 무 접촉 무선 전력 전송에 관한 연구이다. 실험은 무 접촉 방식으로 전력을 전송 할 수 있는 송신부인 1차 측 코일과 수신부인 2차 측 코일 및 하프브리지 직렬 공진 컨버터를 적용한 무선 전원 장치의 송신부 회로와 수신부회로의 출력 전압 및 전원을 계산할 수 있는 환경을 마련해 주었다. 송신부의 유도 결합 공진 컨버터의 주 전원은 태양광 전지 모듈과 대체 광원으로서 인공 광원(할로겐 램프)을 이용하여 전기 에너지로 변환 시켜 사용하였으며 태양광 발전으로부터 공급받은 24 V 전원을 무선 전력 전송 장치를 위한 입력 전원으로 사용하였다. 실험 결과, 전달 받은 전력은 수신부 회로에서 조명을 밝히거나 배터리를 충전하는데 사용된다. 그리고 송신부의 출력 측에서 측정을 통해 수신부의 입력 전력과 비교하여 무선 전력 전송 효율은 약 70~89%로 나타났다. 또한 이 논문을 위해서, 무선 전력 전송 시 이물질이 간섭하였을 때, ID 검증 방식과 전압의 위상차 비교 방법을 통해 효율성 실험을 하였다.

• Journal of Power Electronics
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• 제13권2호
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• pp.275-286
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• 2013

An explicit frequency-domain circuit model for the conventional coupled magnetic resonance system (CMRS) is newly proposed in this paper. Detail circuit parameters such as the leakage inductances, magnetizing inductances, turn-ratios, internal coil resistances, and source/load resistances are explicitly included in the model. Accurate overall system efficiency, DC gain, and key design parameters are deduced from the model in closed form equations, which were not available in previous works. It has been found that the CMRS can be simply described by an equivalent voltage source, resistances, and ideal transformers when it is resonated to a specified frequency in the steady state. It has been identified that the voltage gain of the CMRS was saturated to a specific value although the source side or the load side coils were strongly coupled. The phase differences between adjacent coils were ${\pi}/2$, which should be considered for the EMF cancellations. The analysis results were verified by simulations and experiments. A detailed circuit-parameter-based model was verified by experiments for 500 kHz by using a new experimental kit with a class-E inverter. The experiments showed a transfer of 1.38 W and a 40 % coil to coil efficiency.

• Journal of electromagnetic engineering and science
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• 제16권4호
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• pp.219-224
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• 2016

In this paper, coupled-mode theory (CMT) is used to obtain a transient solution analytically for a wireless power transfer system (WPTS) when unit energy is applied to one of two resonators. The solutions are compared with those obtained using equivalent circuit-based analysis. The time-domain CMT is accurate only when resonant coils are weakly coupled and have large quality factors, and the reason for this inaccuracy is outlined. Even though the time-domain CMT solution does not describe the WPTS behavior precisely, it is accurate enough to allow for an understanding of the mechanism of energy exchange between two resonators qualitatively. Based on the time-domain CMT solution, the critical coupling coefficient is derived and a criterion is suggested for distinguishing inductive coupling and magnetic resonance coupling of the WPTS.