The interest in magnetic resonance coupling for wireless power transfer has increased in recent years. It is known that utilizing multiple transmit and receive coils can improve the power transfer efficiency, but a bit surprisingly, utilization of multiple transmit and receive coils at the same time, i.e., magnetic multiple input multiple output (MIMO), has not been well studied in literature. In this paper, we jointly optimize transmit multi-coil beamforming and receive coil selection in a magnetic MIMO wireless power transfer system to minimize the total transmit power, while satisfying a required level of the charged power. The optimal current allocation for transmit multi-coil beamforming is derived for an arbitrary number of receive coils, and then it is shown that using only a subset of the receive coils can be more beneficial than using all the receive coils in some conditions when mutual couplings among receive coils exist. Based on our analysis, we develop an algorithm to find the optimal subset of the receive coils. Our simulation results verify that the proposed scheme with multi-coil transmit beamforming and receiver coil selection requires the lowest transmit power to meet the constraint on the charged power.
최근 자기 공진 현상을 이용한 무선 전력 전송에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 알려진 바로는 송신기나 수신기에서 다수의 코일을 사용하면 전력 전송 효율을 높일 수 있다고 한다. 하지만 송신기와 수신기에서 동시에 다수의 코일을 사용하여 무선 충전하는 시스템에 관한 연구는 아직 그 수가 적다. 본 논문에서는 자기 공진 무선 전력 전송 시스템의 수신기에서 요구하는 최소 충전 전력을 만족하면서 송신기에서 사용되는 전송 전력을 최소화하기 위해 다수 코일 빔포밍과 수신 코일 선택 방법을 동시에 최적화하였다. 임의의 수신 코일 개수에 대해 최적의 전류를 찾을 수 있었고, 수신 코일 사이의 상호 인덕턴스를 고려하면 수신 코일의 일부만 사용하는 것이 코일 모두를 사용하는 것보다 성능이 좋은 경우가 있다는 것을 보였다. 이러한 분석을 토대로 최적의 수신 코일을 선택하는 알고리즘을 구성하였다. 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제안한 방법이 가장 작은 전송 전력 값이 필요하다는 것을 보였다.
