In this study, we propose a inductive power transfer (IPT) technology that can be applied to various transportation systems such as electric vehicles (EVs) and automated guided vehicles (AGVs) using the characteristics of ferrite core and aluminum.
First, a new conductive-plate-integrated IPT system for AGVs with little output power variation according to air-gap changes between the transmitter (Tx) and receiver (Rx) is proposed. The inductance change of the ferrite core due to variations in the air-gap is nullified by a corresponding change in an aluminum plate. Compared to conventional ferrite IPT systems, self-inductance of the proposed Tx coil is little changed against air-gap variations, which results in robust resonant frequency and output voltage. The self-inductance was experimentally verified to remain within 0.45% even when the air-gap changes by fivefold from 10 mm to 50 mm. The output power variation became a twelfth of that of the conventional ferrite IPT for air-gap variations of 30 ~ 50 mm, where the efficiency was found to be 96.0% when the output power was 1 kW.
Second, a new toroidal-type compensation coil structure for integrated-LCC topology is proposed. By integrating the toroidal-type compensation coil to main coil, unwanted cross coupling is fundamentally eliminated. The proposed structure is verified through experiments that the compensating inductor can be integrated to the Tx and Rx without additional magnetic material. Experimental results show that the proposed structure has the same performance compared with the conventional LCC circuit with an external inductor when the output power was a 3.3 kW.
본 연구에서는 페라이트 코어와 알루미늄의 특성을 이용하여 전기 자동차, 무인 운반차 등 다양한 교통 시스템에 적용 가능한 무선충전 요소 기술을 제안한다. 첫 번째로, 페라이트 코어와 알루미늄을 결합한 무선충전 패드 구조를 이용하여 넒은 공극 편차를 허용하는 무선 충전 기술을 제안한다. 기존의 차량용 무선충전 기술의 경우, 송수신부의 공극 변화에 따른 시스템 특성 변화를 보상하기 위하여 스위칭 주파수 제어, 인덕터 보상 회로 추가 기법 등을 이용한다. 본 연구에서는 페라이트 코어와 알루미늄의 공극 변화에 따른 상보적 특성 변화를 이용한 무선전력전송 시스템을 구성하여 단일 스위칭 주파수로 제어 가능한 무선충전 기술을 제안하였다. 제안하는 구조는 10 ~ 50 mm의 공극 변화에서도 송신부 자기 인덕턴스가 0.45 % 이내로 일정하게 유지되며, 출력 변동폭이 1/12 이하로 감소하는 것을 실험으로 확인하였다. 두번째로, 송수신부 코일과 보상 인덕터를 토로이달 형태로 결합한 구조를 제안하여 송신부 전류 제어 복잡도를 낮추면서도 작은 폼팩터를 가지는 무선전력전송 시스템을 제안한다. 제안하는 구조는 추가적인 자성체 사용 없이 보상 인덕터가 송수신부에 결합 가능하며, 3.3 kW 무선전력 실험 환경에서도 외부 인덕터를 사용한 기존 구조와 동일한 성능을 보이는 것을 실험을 통하여 검증하였다.
