A great deal of research for the Wireless Power Transfer (WPT) technology has recently been carried out to overcome the major shortage of Electric Vehicle (EV): limitations of the energy capacity of battery responsible for the short driving range and frequent charging. The WPT technology has been expected to make charging process more convenient and bring the enhanced mobility to EVs. The basic principle of the WPT technology is very simple, but in practice, it is very difficult to determine a number of parameters of the coils. In this thesis, the simplified and effective design methodology using the decomposition technique of the design variables is presented. The design criteria and the simplified design equations using the decomposed design variables were defined and derived to determine the optimal configuration of a pair of two magnetically coupled coils with shielding structure, which has been validated by the experimental results. The experiments were conducted with a 1kW prototype installed in a golf car which is electrically powered by lead-acid batteries. This study has been focused on the optimal design of the coils achieving the high efficiency and reducing the leakage magnetic field for the wireless charging application for EV.
전기 자동차의 가장 큰 단점은 동력원으로 사용되는 배터리의 에너지 밀도에 대한 한계이며, 이는 짧은 주행거리와 잦은 충전의 근본 원인이다. 최근 몇 년 동안 이러한 전기 자동차의 단점을 극복하기 위해 무선 전력 전송 기술에 대한 수많은 연구가 진행되어 왔으며, 무선 충전을 통해 전기 자동차의 충전 과정이 매우 편리하게 바뀔 것으로 기대되고 있다. 이러한 무선 전력 전송 기술의 기본 원리는 매우 간단하지만, 주어진 설계 목표와 조건을 만족하는 코일을 설계하기 위해서는 많은 물리적 구조 변수와 회로 변수들을 체계적으로 결정해야 하며, 이는 실질적으로 매우 복잡하다. 본 학위 논문은 코일의 설계 변수들을 물리적 구조 변수와 코일의 권회수로 분리하는 기법을 통해 단순하지만 매우 효과적인 설계 방법론을 제시한다. 분리된 변수를 이용하여 차폐 구조를 갖는 코일들의 최적 형태와 권회수를 결정할 수 있도록 설계 기준과 설계 방정식을 유도하였으며, 실험적으로 그 유효성을 검증하였다. 실험은 1kW급 무선 충전 시스템을 제작하고 납축전지를 동력원으로 하는 골프카트에 장착하여 진행하였다. 본 연구는 전기 자동차 무선 충전을 위해 누설 자기장이 저감된 고효율의 코일 설계에 초점을 두고 있으나, 제시된 설계 방법론은 유사한 조건을 갖는 다른 어떠한 무선 전력 전송 시스템 설계에도 적용이 가능할 것으로 기대된다.
