Safety-related electronics require continuous power supply even in harsh environments such as high ambient temperature, because they must operate reliably at all times. Among them, mobile devices that perform missions on the move are more difficult to be powered because of their distance from the power source. As examples of mobile devices with high reliability, this paper introduces drones to perform environmental monitoring and sliding doors of vehicles. In Chapter 1, new tethered aerial robots including roaming tethered aerial robots (RTARs) for radioactive material sampling and stationary tethered aerial robots (STARs) for environment monitoring are proposed. The load power, power type, operating frequency, and flight attitude of the RTAR and STAR were 180 W, AC 100 kHz, 20 m and 300 W, AC 100 kHz as well as DC, 80 m, respectively.
In Chapter 2, a sliding EE transformer (SEET) rail, which has a strong and independent magnetic coupling to the gap variation between the transmitter (Tx) line and receiver (Rx) coil for powering the sliding door, is newly proposed. Through detailed coil designs based on electric and magnetic circuit analyses, design constraints on voltage, output power, flux density, and zero voltage switching are proposed with a closed form solution of output voltage and theoretical maximum output power. The SEET rail is successfully designed and optimized to provide a maximum load power of 200 W for the sliding door within an ambient temperature range from -40℃ to 125℃ by following design constraints. The proof-of-concept prototype shows a strong magnetic coupling , κ = 0.76 at 20℃. The maximum power transfer efficiency excluding the regulator was 85% at a nominal load power of 100 W, and the efficiency at the maximum load power of 200 W was measured as 82% with a 3%P variation by the temperature variation.
안전과 관련된 전자 기기들은 고신뢰도로 상시 동작해야 하기 때문에 높은 대기 온도와 같은 가혹한 환경에서도 지속적인 전력공급을 필요로 한다. 그 중에서도 이동하면서 임무를 수행하는 모바일 기기는 전원으로부터의 거리가 변해서 전력공급은 더욱 더 힘들다. 본 논문에서는 고신뢰도 모바일 기기의 예로 환경감시 임무를 수행하는 드론과 차량의 슬라이딩 도어를 소개한다. 제 1장에서는 드론의 전력공급시스템으로 얇은 전력선을 통해 지속적으로 전력을 공급받으며 장시간 비행이 가능한 유선드론을 새롭게 제안한다. 제안한 유선드론은 2 g/m의 UTP 케이블을 통해서 300 W의 직류 전력을 80 m 거리에서 공급받는데 성공하였다.
제 2장에서는 차량의 슬라이딩 도어에 지속적으로 전력을 공급하기 위한 EE 코어를 이용한 무선 전력공급 레일을 새롭게 제안한다. 무선 전력공급 레일의 전기회로와 자기회로를 동시에 분석하여 출력전압, 출력전력, 자속밀도에 관한 구속조건을 도출하고, $-40^\circ C$에서 $125^\circ C$까지의 온도범위에서 성능을 유지하는 최적설계 방법을 제시한다. 시작품을 제작하여 최대 효율 85%, 최대 전력 200 W의 무선 전력공급 레일의 성능을 실험적으로 검증하였다.
