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Design and implementation of regulator-less wireless power transfer system for electric bikes = 전기 자전거용 레귤레이터가 없는 무선전력전송시스템의 설계 및 구현
서명 / 저자 Design and implementation of regulator-less wireless power transfer system for electric bikes = 전기 자전거용 레귤레이터가 없는 무선전력전송시스템의 설계 및 구현 / Sungkyu Kim.
저자명 Kim, Sungkyu ; 김성규
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2014].
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Because of the limited fossil fuel and environmental pollution problems around the world, the interest on eco-friendly transportation has increased among people. In addition, researches and commercialization of the wireless power transfer system (WPTS) that is operated by electricity for more convenient and safe transportation are being studied and commercialized actively. The demand of the public bike sharing system, which is one of the public transportation for citizens, has increased rapidly and continuously these days. It suggests that the new mechanism for the ecofriendly electric bikes should be applied to the public bike sharing system. The system is disclosed to the public in many different environment. Generally, the charger has to be plugged-in, but it has the risk of getting an electric shock when rain and snow comes because of their humid atmosphere. Therefore, to share the electric bikes the wireless power transfer system is certainly needed. However, cost, volume and weight of a pick-up part, which is installed to apply the wireless power transfer system to the electric bike, are limited unlike those of an electric vehicle. Therefore, the regulator-less wireless power transfer system, which takes the greatest space in pick-up part, is proposed. There is no additional equipment needed to remove the regulator, but the only thing needed is the charging algorithm to an inverter, using a battery profile. Regulator is an equipment that allows charging with the constant voltage and the constant current. It controls the output power that is entered to a battery. However, in the regulator-less wireless power transfer system for electric bike, there are external environmental variables. Those variables can cause the misalignment from the minimum value of mm to the maximum value of cm, by different conditions for occurrence of misalignment. The output voltage can rapidly change because of those misalignments. Therefore, a novel coil structure is suggested and analyzed to decrease the loss caused by the misalignments, with the increase in misalignment tolerance. To verify the high electrical performance of the proposed coil structure, the proposed model is compared with the bar type and the E type. Then, the proposed model shows the extremely improved results than the bar type and the E type. As a result, the regulator-less wireless power transfer system for electric bike is implemented and measured by the actual wireless charging electric bike experiment, using a proposed coil structure. By reduc-ing the loss caused by the switching of a regulator, the efficiency of pick-up part could be improved. Also the cost, volume and weight could be reduced. The battery charging experiment without a regulator is succeeded, with the maximum 200 W-class.

전 세계적으로 제한된 화석 연료와 환경 오염 문제로 인하여 친환경 교통 수단에 대한 관심이 매우 증가되고 있는 중이다. 또한 전기 동력을 이용하여 움직이는 친환경 교통 수단을 편리하고, 안전하게 충전하기 위한 무선전력전송시스템의 연구와 상용화가 활발이 증가되고 있다. 최근 시민들을 위한 대중 교통 수단 중에 하나인 공공 자전거 공유 시스템의 수요가 급격히 늘어나고 있다. 공공 자전거 공유 시스템에 전기 동력을 이용한 친환경 교통 수단인 전기 자전거를 적용하기 위하여 새로운 메커니즘을 필요로 하게 된다. 전기 자전거를 적용한 공공 자전거 공유 시스템은 외부의 다양한 환경에 노출되어 있다. 일반적으로 전기 자전거를 충전하기 위해서 충전 플러그를 연결해야 하지만, 비와 눈과 같은 습한 환경에 노출이 되면 감전에 위험이 있다. 따라서 전기 자전거를 공유하기 위해서는 무선전력전송시스템이 반드시 필요하게 된다. 하지만 전기 자동차와 달리 전기 자전거에 무선전력전송시스템을 적용하기 위해서 설치되는 픽업 파트의 비용, 부피 및 무게가 제한되어 있다. 따라서 무선충전 전기 자전거의 픽업 파트에서 가장 많은 부분을 차지하는 레귤레이터가 없이 충전이 가능한 무선전력전송시스템이 제안된다. 레귤레이터는 정전압, 정전류로 충전이 가능하도록 만들어 주는 장비로써 배터리에 입력되는 파워를 제어하게 된다. 하지만 전기 자전거용 레귤레이터가 없는 무선전력전송시스템에서 다양한 비정렬 발생 조건들에 의하여 최소 수 mm에서 수 cm까지 비정렬이 발생할 수 있는 외부 환경의 변수들을 가지고 있다. 이러한 비정렬로 인하여 출력 전압이 심하게 변동될 수 있다. 따라서 비정렬로 인하여 발생하는 손실을 줄이기 위하여 비정렬 관용을 향상시킬 수 있는 새로운 코일 구조가 제안되고 분석된다. 제안된 코일 구조의 높은 전기적인 퍼포먼스를 입증하기 위하여 비정렬에 따라 bar 타입과 E 타입의 코일 구조와 비교되었다. 그 결과, 제안된 코일 구조가 bar 타입과 E 타입보다 매우 향상된 결과를 보여 주었다. 이에 따라, 설계된 코일 구조를 이용하여 전기 자전거용 레귤레이터가 없는 무선전력전송시스템이 실제로 실험에 의하여 구현 및 측정되었다. 레귤레이터 스위칭에 의한 손실을 줄임으로써 픽업 파트의 효율이 향상 되었다. 또한 레귤레이터에 의한 비용, 부피 및 무게를 줄일 수 있게 되었다. 마지막으로, 200 W급 전기 자전거용 레귤레이터가 없는 무선전력전송시스템으로 배터리 충전 실험에 성공하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MGT 14014
형태사항 ii, 51 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김성규
지도교수의 영문표기 : Seungyoung Ahn
지도교수의 한글표기 : 안승영
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 조천식녹색교통대학원,
서지주기 References : p. 47-48
주제 Regulator-less Wireless Power Transfer System
misalignment
charging algorithm
power transfer efficiency of pick-up part
electric bike
레귤레이터가 없는 무선전력전송시스템
비정렬
충전 알고리즘
픽업파트의 전력 전송 효율
전기 자전거
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