Ever since Nikola Tesla demonstrated wireless power transfer (WPT) in the early 20th century, there has not been much commercial interest on WPT until recently, when MIT Soljacic experimentally demonstrated it using magnetic resonance and renewed interest in the field. This resurgence in interest accordingly led to com-mercialization of many wireless power products using the basic method of inductive coupling. Furthermore, many companies have been applying for patents for devices utilizing magnetic resonance and inductive coupling methods. In such an interest, there exist some issues that should be considered for designing WPT systems. First, resonance issues for power transfer efficiency exist such as a selection of the resonance maximized the transferred power from the source coil to the receiver coil. A selection of resonance frequency is one of the most important parts to determine the efficiency of overall WPT systems. Second, Electromagnetic (EM) radiation issues are emphasized because coils of WPT systems have a pattern for radiating the magnetic field strongly. There are many efforts to know the electromagnetic radiation of coils and suppress the fields.
In this paper, we measure a resonance, transferred power and efficiency in planar resonant-type multiple coil WPT system in case of tight magnetic coupling. And we analyze the effect of ferrite, and transferred power and efficiency with respect to resonances of planar resonant-type multiple coils. We also measure an electro-magnetic (EM) radiation in planar resonant-type multiple coil system and analyze EM radiation in frequency and time domain with respect to resonances of planar resonant-type multiple coils.
20세기 초에 테슬라에 의해 무선전력전송 (WPT)이 증명되었고, 최근 다시금 무선전력전송이 이슈가 되면서 활발한 연구가 진행되고 있다. 무선전력전송은 다양한 전자기기들을 선으로부터 완전히 자유롭게 만들 수 있는 유일한 방법으로 앞으로 많은 연구가 필요하다.
무선전력전송에 있어서 전력전송효율을 높이기 위하여 임피던스 매칭을 이용하는데 이러한 매칭은 각 코일의 인풋임피던스에 공진을 일으키게 된다. 전력전달효율을 높이기 위한 또 다른 방법으로 코일 간의 결합 계수가 존재하는데 효율을 높이기 위하여 코일 간의 결합 계수를 높이게 되면 인풋임피던스의 공진이 여러 개가 발생하게 되고 이러한 공진의 변화는 전달전력 및 효율, 그리고 전자파에 영향을 미치게 된다. 따라서 코일 간의 결합 계수가 큰 경우에 대한 공진의 변화와 이에 따른 전달전력 및 효율, 그리고 전자파의 변화에 대한 예측 및 분석이 필요하며, 향후 무선전력전송을 적용한 전자기기들이 늘어나게 되면, 무선전력전송 기기의 코일 간에 다양한 형태의 상호 결합으로 인하여 발생하게 되는 공진의 변화와 이에 따른 전달전력 및 효율, 그리고 전자파의 변화에 대한 예측 및 분석이 필요하다.
본 논문은 무선전력전송 시스템에 있어서 다양한 코일 환경에서 발생하는 공진을 분석하였고 이에 대한 영향을 이론적으로 예측 및 실험적으로 검증하였다. 페라이트 유무 및 수직적, 수평적 결합 등의 환경에서 코일 시스템의 임피던스 공진 변화를 분석하고 이러한 변화에 따른 전달전력 및 효율에의 영향에 대하여 이론과 측정을 통해 검증함으로써 다양한 코일 환경에서 발생할 수 있는 문제점들을 미리 예측하고 시스템을 설계할 수 있도록 도움을 준다. 또한 공진의 변화에 따른 EMI 를 실험적으로 측정하여 공진과 EMI 관계를 이론과 비교, 분석함으로써 향후 다양한 환경에서 공진의 변화에 의해 발생할 수 있는 전자파 문제에 대한 원인을 예측하고 해결하는데 도움을 준다.
