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고품질 계수를 갖는 소형 평판형 동축 단면 다중 루프 자기 공진 코일 해석 및 응용
손현창(Hyeon-Chang Son),김진욱(Jinwook Kim),김도현(Do-Hyeon Kim),김관호(Kwan-Ho Kim),박영진(Young-Jin Park) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.4
본 논문에서는 무선 충전에 사용할 수 있는 동축 단면의 도선을 이용한 소형 평판형 다중 루프 자기 공진 코일을 제시한다. 제안한 공진 코일은 높은 품질 계수를 갖고, 분포 커패시턴스를 조절하여 쉽게 공진 주파수를 제어할 수 있다. 공진 코일의 설계를 위해 제안한 공진 코일의 자기 인덕턴스 및 분포 커패시턴스 값을 이론적으로 계산하였다. 자기 인덕턴스는 단면 분할법을 사용하여 분할된 단면 사이의 상호 에너지의 합으로 계산할 수 있다. 검증을 위해, 특성 임피던스 50 Ω 동축선으로 공진 코일을 제작하였다. 측정된 공진 주파수는 계산된 공진 주파수와 거의 일치하였고, 튜닝 파라미터 γ를 조절하여 원하는 공진 주파수로 조절할 수 있었다. 제작한 공진 코일을 태블릿 PC에 적용한 결과, 송·수전부 공진 코일의 품질 계수는 각각 282, 135를 가졌다. 공진 코일 사이의 간격이 4.4 ㎝인 경우, 송전부 공진 코일의 반경 5 ㎝ 이내에서 80 % 이상의 전력 전송 효율을 얻을 수 있었다. In this paper, a compact planar multi-loop self-resonant coil of high quality factor with a coaxial cross section is proposed for effective wireless charging. The proposed coil has high Q-factor and a resonant frequency of a coil can be easily controlled by adjusting distributed capacitance. For designing the coil, a self-inductance and a distributed capacitance are calculated theoretically. The self-inductance is calculated from the sum of the mutual energies between small circular loops that are made by dividing the cross section of the coil. To verify its properties and calculation results, the self-resonant coils are fabricated by using a coaxial cable with characteristic impedance of 50 Ω. The measured frequencies are very consistent with the calculated ones. In addition, the resonant frequency can be adjusted slightly by the tuning parameter γ. The resonant coils are applied to a tablet PC, the Q-factors of the Tx and Rx resonant coils are 282 and 135, respectively. As a result of measurement when height between the two resonant coils is 4.4 ㎝, the power transfer efficiency is more than 80 % within a radius of 5 ㎝.
김진욱(JinWook Kim),손현창(Hyeon-Chang Son),김관호(Kwan-Ho Kim),박영진(Young-Jin Park) 제어로봇시스템학회 2012 제어로봇시스템학회 합동학술대회 논문집 Vol.2012 No.7
본 논문에서는 전력 중계형 무선전력전송 방식을 이용한 근거리 무선전력전송에서의 전송 효율 및 전송 거리 향상 기술에 대해 소개한다. 전력 중계 방식은 송수신 사이의 커플링이 낮아져 효율이 낮아질 때, 송수신 자기 공진기 사이에 자기 공진기를 추가함으로써 전송 효율을 증가시킬 수 있는 방식이다. 논문에서는 이러한 전력 중계 기술을 이용하여 넓은 면적에서 다중기기를 충전할 수 있는 구조를 제작하였다. 제작된 중계 기술을 이용한 무선전력전송 보드는 6.78 MHz를 사용하며, 무선전력전송 보드의 유효 면적은 57 cm × 15.8 cm이다.
박민수 ( Min Su Park ),손현창 ( Hyeon Chang Son ),박연상 ( Yeonsang Park ) 충남대학교 기초과학연구원 2021 충남과학연구지 Vol.38 No.1
We have investigated experimentally electron beam lithography condition for the nanoscale patterning on a glass substrate. The condition for the nanoscale patterning using electron beam lithography are affected by various parameters such as the electron acceleration voltage, ebeam dose, and working distance etc. We investigated and reported the optimal condition of the nanoscale patterning on a glass substrate using the TESCAN MIRA3 in Center of Research Facilities.
다중 디바이스 시스템에서 모드 해석을 통한 무선 에너지 전달 현상 분석
김진욱(Jin-Wook Kim),손현창(Hyeon-Chang Son),김관호(Kwan-Ho Kim),박영진(Young-Jin Park) 대한전자공학회 2010 대한전자공학회 학술대회 Vol.2010 No.6
In this paper, characteristics of wireless energy transfer to multiple devices based on the Coupled Mode Theory (CMT) is reported. Time-based modes of resonant coils are solved easily, by assuming that device resonant coils are independent, that is, not coupled each other. Time and efficiency of the maximum energy transfer to device resonant coils are proposed. It is found that transfer energy is divided as the rate of coupling coefficient. And it is shown that the number of devices have to be decided to design the wireless energy transfer system.
전자기 유도 방식 무선 전력 전송을 위한 다중 탭을 갖는 평판형 스파이럴 안테나
김진욱(Jin-Wook Kim),손현창(Hyeon-Chang Son),정승호(Seung-Ho Jeong),김승균(Seung-Gyun Kim),김관호(Kwan-Ho Kim),박영진(Young-Jin Park) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.8
본 논문에서는 저주파 자기 유도(magnetic induction)를 이용한 무선 전력 전송 시스템을 위한 새로운 다중탭을 갖는 평판형 스파이럴 안테나 구조를 제시한다. 제안된 안테나는 사각 스파이럴 안테나와 같은 기존 상용 안테나에 비해 높은 전송 효율을 가지고, 안테나 개구면에서 고르게 전력을 전송할 수 있다. 검증을 위해 132 ㎑ 저주파에서 자기 유도를 이용한 무선 전력 전송을 위한 송수신 안테나 시제품을 제작하였다. 송신 안테나는 안테나 개구면에서 최대한 많은 양을 균일하게 송신할 수 있도록, 3중 탭을 갖도록 하였다. 수신 안테나는 수신부의 크기를 소형화하기 위해, 2중 탭을 갖도록 설계하였으며, 탭을 위해 단면을 사용한 경우와 직렬로 양면을 사용한 두 경우에 대해 설계 제작하였다. 측정 결과, 제안한 송수신 안테나는 기존의 안테나보다 3~10 ㏈ 이상 큰 전력을 송수신할 수 있었다. In this paper, a novel planar spiral antenna of multi-tabs is proposed for wireless power transmission system based on low frequency magnetic inductive coupling. The proposed antenna has higher transmission efficiency than conventional antennas such a rectangular spiral antenna and a spiral antenna. Also, it has a useful property of uniform power transmission in the region of the antenna aperture. For verification, a transmitting antenna and a receiving one for a wireless power transmission system using magnetic inductive coupling of 132 ㎑ low frequency are designed and tested. The transmitting antenna has three-tabs spiral of unequal-space for higher uniform magnetic coupling in the antenna aperture. For reducing the receiving antenna size, two receiving antennas of unequal space two-tabs on one-side and series double sides as well are designed, respectively. From measurement, transmission efficiency of the proposed antennas is improved up to 3~10 ㏈ compared to conventional antennas.
수직 배열된 원형 코일 사이의 상호 인덕턴스 계산 및 해석
김진욱(JinWook Kim),손현창(Hyeon-Chang Son),김도현(Do-Hyeon Kim),김관호(Kwan-Ho Kim),박영진(Young-Jin Park) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.10
본 논문에서는 무선 전력 전송 시스템에서 널리 사용되는 원형 코일 사이의 상호 인덕턴스 계산 방법과 이를 이용한 해석 결과를 제시한다. 두 원형 코일은 수직으로 배열되었다. 상호 인덕턴스 계산을 위해 수직 배열된 수전부 원형 코일의 면적을 일정한 높이의 단위 셀로 나누고, 각 단위 셀에 쇄교하는 자속 밀도를 구하여 상호 인덕턴스를 계산하였다. 이를 위해 두 원형 코일을 필라멘트 코일로 모델링하였고, 각 코일에서의 전류는 균일 하다고 하였다. 검증을 위해 헬리컬, 스파이럴 형태로 두 원형 코일을 제작하였고, z 방향의 간격이 50~100 cm인 구간에서 상호 인덕턴스를 측정한 결과, 본 논문에서 제시한 이론값과 일치하였다. In this paper, calculation method of mutual inductance for two circular coils which are widely used in wireless power transfer system and analysis results using the method are proposed. Two circular coils are arranged in a perpendicular way. For calculation of the mutual inductance, an Rx coil placed perpendicularly with the other coil is uniformly subdivided into many unit cells and both magnetic flux density linked with the Rx coil at each unit cell and the total magnetic flux density of the Rx coil are obtained. Two circular coils are considered as a filamentary coil and uniform current density on each coil is assumed. For verification, helical and spiral coils are fabricated. As a result of measurement in 50 cm to 100 cm distance, theoretical mutual inductance is almost agreed with measured one.