The wireless power transfer (WPT) system generates high density leakage electromagnetic field (EMF) during the operation. The human exposure to leakage EMF has an adverse effect on human health. In order to reduce the leakage EMF, shielding method can be applied to the WPT system. The shielding methods in previous research reduce leakage EMF, but power transfer efficiency (PTE) of the WPT system has decreased. Therefore, a shielding method providing high shielding effectiveness (SE) without PTE degradation is necessary. This paper proposes a dual loop reactive shield application for the reduction of leakage EMF without PTE degradation. A proposed dual loop reactive shield generates in phase and out of phase magnetic field simultaneously. The out of phase magnetic field depresses leakage EMF, and the in phase magnetic field makes the increases of the PTE. A proposed method is verified for the cases of symmetric and asymmetric WPT systems, including misalignment conditions. The experimental results of the symmetric WPT system were 2.1% PTE increase with 55.5% SE in alignment condition, and 3.9% PTE increase with 53% SE in misalignment condition. In addition, the experimental results of the asymmetric WPT system were 1.6% PTE increase with 61.3% SE in alignment condition, and 2.7% PTE increase with 54.1% SE in misalignment condition.
자기유도 방식 무선전력전송 시스템은 자기장을 통해 전기에너지를 전송하며, 이 과정에서 무선전력전송 장치 주변에 고밀도의 자기장이 외부로 누설된다. 이러한 누설자기장의 인체 노출 은 신체에 부정적인 영향을 줄 수 있으며, 이를 방지하기 누설자기장을 저감하기 위한 차폐 장치가 적용될 수 있다. 기존 연구에서 소개된 무선전력전송 장치에 대한 차폐 적용 방법은 누설자기장을 저감할 수 있다는 측면에서 장점이 존재하지만, 차폐 장치의 적용에 따른 전력 전송 효율 저하가 발생하는 단점이 존재한다. 따라서 누설자기장을 효과적으로 저감함과 동시에 무선전력전송 장치의 효율을 보전할 수 있는 차폐 방법이 필요하다. 본 논문에서는 이중 루프를 가지는 리액티브 코일을 활용한 무선전력전송 시스템의 누설자기장 저감 및 효율 향상 방법을 제안한다. 제안하는 이중 리액티브 코일은 역위상의 자기장과 동위상 자기장이 동시에 발생하게 되며, 역위상의 자기장은 누설자기장을 저감하고 동위상의 자기장은 무선전력전송 장치의 효율을 향상한다. 제안하는 차폐 방법은 부정합 상태를 포함한 대칭형 및 비대칭형 무선전력전송 시스템에 대해 각각 검증하였다. 대칭형 무선전력전송 시스템에 대해, 정합 상태에서 2.1%의 효율 향상 및 55.5%의 누설자기장 저감효과가 있었으며, 부정합 상태에서는 3.9%의 효율 향상 및 53%의 누설자기장 저감 효과가 측정되었다. 또한, 비대칭형 무선전력전송 시스템에 대해, 정합 상태에서 1.6%의 효율 향상 및 61.3%의 누설자기장 저감 효과가 있었으며, 부정합 상태에서는 2.7%의 효율 향상 및 54.1%의 누설자기장 저감 효과가 측정되었다.
