Wireless power transfer (WPT) technology is expected to deliver new levels of convenience and safety for the charging of electric vehicles. However, a major problem is that a high-power automotive WPT system is a kind of the intentional magnetic field source generating relatively intense electromagnetic fields (EMFs) to transfer the high power through a large air gap between transmitting and receiving coils. The EMFs can adversely affect human tissues and interfere with vehicle's on-board and adjacent off-board electronics. The aim of this dissertation is to propose novel design and control methods to reduce the magnetic field emission from a loosely-coupled series-resonant WPT system using the magnetic coupling.Firstly, this dissertation proposes a coil design methodology for high efficiency and low magnetic field emission of the WPT system. The results show that the designed coils met the relevant EMF safety guidelines (ICNIRP 1998/2010), and achieved the high power transfer efficiency (PTE) over 95% even underneath the lossy automotive body. After that, for the first time, this study presents the derivation and experimental verification of the minimum conditions of the leakage magnetic fields with a given coil structure.The minimum EMF condition is also reviewed from the magnetic energy perspective, and it is shown that the EMF and PTE reach their optimal values in almost the same condition. Finally, a novel synchronous phase-shift control scheme is proposed and demonstrated by simulation for the selective harmonic elimination of the leakage magnetic fields from the WPT system.
무선충전 기술은 전기자동차의 단점인 긴 충전 시간과 충전 과정의 불편함을 해결하는 열쇠로 주목을 받아오고 있다. 그러나 문제는 송전 코일과 수전 코일 간의 먼 이격 거리를 통해 대전력을 전송하면서 발생하는 강한 전자파가 인체에 악영향을 줄 수 있고, 차량 및 주변 전자기기에 전자파 장해를 일으킬 수 있다는 점이다. 본 연구는 직렬-공진을 사용하는 약-결합 자기장 공진 기반 무선전력전송 시스템의 누설 자기장을 줄이기 위한 새로운 설계 및 제어 방법을 제안한다. 먼저, 효율과 자기장 세기를 고려한 코일의 설계 방법을 제안하고 검증하였다. 다음으로, 주어진 코일 구조에서 누설 자기장 세기가 최소화되는 조건을 최초로 유도 및 실증하였다. 자기 에너지 개념 및 최대 효율 조건과의 비교 분석을 통해 이들이 근사적으로 같은 조건에서 최적값을 갖게 된다는 것을 보였다.마지막으로 누설 자기장의 특정 고조파를 선택적으로 제거하기 위한 동기 위상-변이 제어 기법을 처음으로 제안하고 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
