Current wireless power transfer(WPT) technology is widely used for various applications because of convenience and safety. One of those emerging application is high power charging system such as electric vehicle, bus, and train. However, unlike previous WPT system, transferring high power wirelessly causes efficiency and EMF issues. The fundamental cause of these issues is switching frequency limitation of power transistor in inverter, so several solutions including using magnetic field forming, are proposed for settling the problem. The previous solutions have fragmentarily resolved the weakness of high power charging system, but they did not make high power charging system have high efficiency and low EMF level simultaneously. Our research has proposed the solution, which is hybrid loop-array, for high power charging system with high efficiency and low EMF level simultaneously, and we analytically propose the design procedure for maximum efficiency and minimum EMF level. Moreover, for the validity of the proposed hybrid loop-array, we have proved the same tendency with simulation result and measurement result. With the proposed design process and equations, hybrid loop-array can be designed for other WPT system with high efficiency and low EMF.
무선 충전의 편리함과 안정성에 휴대폰과 스마트워치를 포함한 그 적용분야가 점점 확대되고 있는 상태이며, 자동차나 버스, 기차와 같은 대전력을 사용하는 시스템에도 무선 충전이 적용되고 있다. 하지만, 기존 무선 충전 시스템과 다르게 대전력을 무선으로 전달하면서 낮은 효율과 높은 전자계 문제를 가지게 되었는데, 이는 대전력 시스템에 사용되는 트랜지스터의 스위칭 주파수 제한이 근본적인 원인이다. 이러한 문제를 극복하기 위해 자기장 빔형성을 통한 다양한 해결책들이 수 년간 연구되고 제시되었다. 그럼에도 불구하고 기존의 해결책들은 대전력 무선충전 시스템이 가지는 단점을 단편적으로 극복하였지만, 높은 효율과 낮은 전자계를 동시에 가지도록 하진 못하였다. 본 논문에서는 대전력 무선충전 시스템의 두 가지 단점을 모두 극복하기 위한 하이브리드 루프 코일 구조를 제시하고, 최대의 효율과 최저의 전자계를 가지게 하도록 설계와 분석 방정식을 유도하였다. 더불어 설계의 타당성을 입증하기 위해, 개략적인 실험을 통하여 시뮬레이션과 같은 경향성을 가지는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 설계와 분석 방정식을 통한다면, 다른 시스템에도 효과를 가지는 하이브리드 루프 코일을 설계할 수 있을 것으로 기대된다.
