A research on long-distance wireless power transfer system with optimum shaped coil is proposed to pro-vide wireless power of 150 W for Television (TV). Several shaped coils are simulated and experimentally verified to find out an optimum shaped coil in terms of maximum power efficiency at long-distances wireless power transfer of 0.7 m, 1 m, and 1.5 m operating at 200 kHz of the switching frequency, meeting an international guideline of Power Matters Alliance (PMA). A conventional-dipole coil system for primary (Tx) and secondary (Rx), or a Tx loop coil and Rx dipole coil are adopted to verify the feasibility of each shaped coil in order to achieve over 70% of power efficiency, at distance of 1 m.
For the optimal design, static equivalent circuit modeling of the proposed wireless TV is proposed to de-termine maximum power efficiency in terms of secondary turns and secondary current, which is also determined by load condition. Furthermore, to reduce core loss and mitigate electromagnetic field in the opposite direction of the power transfer, a reflector, which is a metal plate with high conductivity and unity relative permeability, is adopted so that the power efficiency is increased. It is found that reflector makes the magnetic field density de-crease in the same direction of the power transfer in the long-distance wireless power transfer system.
The proposed wireless TV with the Tx dipole and Rx dipole coils have achieved maximum power effi-ciencies of 92.4%, 83.1%, and 51.7% while it has achieved 80.8%, 72.2%, and 39.3% with the Tx coreless-loop and Rx dipole coils at different distances of 0.7 m, 1 m, and 1.5 m, respectively, for a 150 W of wireless power TV at the operating frequency of 200 kHz.
150W 텔레비전(TV) 무선충전을 위한 최적형상 코일을 가지는 장거리 무선전력전송시스템을 새롭게 제안하였다. 0.7m, 1.0m, 1.5m의 장거리 무선전력 및 국제 규격인 Power Matters Alliance (PMA)를 만족하는 200kHz의 주파수로 동작시, 최고 전력 효율을 달성하기 위해 여러 코일 형상에 대해 시뮬레이션 및 실험하였다. 1m의 장거리의 무선전력전송시 70% 이상의 효율을 달성할 수 있는 최적 형상 코일에 대한 가능성을 검토하기 위해, 기존 송수신부 다이폴 (다이폴-다이폴) 코일 구조와 송신부 루프 및 수신부 다이폴 (루프-다이폴) 코일 구조를 적용하였다.
최대 전력 효율 달성을 위한 최적 구조 디자인을 위해, 제안하는 무선충전 TV의 정적등가회로를 도출하였다. 또한, 효율 개선을 위한 코어 손실 저감 및 자기장 차폐 효과를 위해 높은 전도성 및 1의 투자율을 갖는 반사판을 적용하였다. 결과적으로, 장거리 무선전력전송시 자기장 차폐가 되는 것을 확인하였다.
제안하는 무선충전 TV 는 200kHz 동작주파수 및 150W 무선충전시 0.7m, 1.0m, 1.5m의 거리에서 효율 측정시, 다이폴-다이폴의 경우 각각 92.4%, 83.1%, 51.7%이고 루프-다이폴의 경우 각각 80.8%, 72.2%, 39.3%를 달성함을 확인하였다.
