The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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A Study on Characteristics and Equivalent Circuit Model of Underwater Wireless Power Transfer System by Salinity

염도에 따른 수중 무선전력전송 시스템 특성 및 등가모델 연구

  • Lee, Jeong-Geon (Dept. of Smart ICT Convergence, Konkuk University) ;
  • Kang, Wonshil (Emerging Wireless Power Research Center, Konkuk University) ;
  • Ku, Hyunchul (Electrical and Electronic Engineering, Konkuk University)
  • 이정건 (건국대학교 스마트ICT융합학과) ;
  • 강원실 (건국대학교 차세대무선전원센터) ;
  • 구현철 (건국대학교 전기전자공학부)
  • Received : 2018.05.24
  • Accepted : 2018.11.06
  • Published : 2018.11.30
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Abstract

In this study, we analyze the characteristics of wireless power transfer(WPT) based on magnetic resonance in an underwater environment and propose an equivalent model suitable for underwater WPT. The proposed underwater WPT equivalent model is constructed by expanding the free-space WPT T-model reflecting characteristics change according to media. Considering the water salinity, we propose a method to extract the parameters of the proposed model based on the S parameters. To verify the proposed model, a 6.78-MHz underwater WPT system was constructed and compared with the predicted power transfer efficiency of the model. As a result, it was confirmed that the proposed model predicts the variation of characteristics with an average error of less than 3 %.

본 논문에서는 수중 환경에서 자기공진기반 무선전력전송 특성을 분석하고, 수중 무선전력전송에 적합한 등가모델을 제시한다. 제안하는 수중 무선전력전송 등가모델은 자유공간 무선전력전송 T 등가모델을 확장하여 매질에 따른 전자기장 감쇠를 반영한 저항, 공진주파수 변화 및 상호인덕턴스 변화를 반영한 커패시터 및 인덕터를 포함한다. 전송매질인물의 염도에 따른 S 파라미터를 기반으로 제안한 등가모델의 변수를 추출하는 방법을 제시하였다. 제안하는 모델을 검증하기 위하여 6.78 MHz 수중 무선전력전송 시스템을 구축하고, 모델의 전력전송효율 계산 값과 측정값을 비교하였으며, 그 결과 제안하는 모델은 평균 3 % 이내 오차로 특성변화를 예측함을 확인하였다.

Keywords

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그림 1. 자유공간 자기공진 무선전력전송 시스템 Fig. 1. Magnetic resonance WPT system in free space.

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그림 2. 자유공간 자기공진형 무선전력전송 T형 등가모델 Fig. 2. T-type equivalent circuit model of magnetic resonance WPT in free space.

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그림 3. 상호인덕턴스에 따른 S11 모의실험 Fig. 3. Simulation of S11 according to mutual inductance.

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그림 4. 제안하는 수중 무선전력전송 등가모델 Fig. 4. Proposed equivalent circuit model of underwater magnetic resonance WPT.

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그림 5. 실험 블록 다이어그램 Fig. 5. Block diagram of experiment.

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그림 6. 실험 환경 Fig. 6. Measurement environment.

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그림 7. 매질별 거리에 따른 S11 모의실험값 및 측정값 Fig. 7. Simulated and measured S11 by transfer medium and distance between coils.

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그림 8. 매질별 거리에 따른 무선전력전송 효율 모의실험값 및 측정값 Fig. 8. Simulated and measured power transfer efficiency by transfer medium and distance between coils.

표 1. 무선전력전송 코일 및 회로 파라미터 Table 1. Parameters of WPT coil and circuit.

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References

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