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

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A Study on Fingerprint-Based Coil Alignment Improvement Technique for Magnetic Resonant Wireless Power Transfer System

핑거프린트 방식의 자기 공진형 무선전력전송 코일 정렬 상태 개선 기법 연구

  • Kim, Sungjae (Department of Electronics, Information and Communication Engineering, Konkuk University) ;
  • Lee, Euibum (Department of Electronics, Information and Communication Engineering, Konkuk University) ;
  • Ku, Hyunchul (Department of Electronics, Information and Communication Engineering, Konkuk University)
  • 김성재 (건국대학교 전자정보통신공학과) ;
  • 이의범 (건국대학교 전자정보통신공학과) ;
  • 구현철 (건국대학교 전자정보통신공학과)
  • Received : 2018.11.19
  • Accepted : 2019.01.18
  • Published : 2019.01.31
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Abstract

This paper proposes fingerprint-based positioning methods which can be used in a magnetic resonant wireless power transfer(WPT) system and verifies their performance. A new receiver coil with small orthogonal auxiliary coils is proposed to measure magnetic field signals in three axial directions. The magnitude and phase characteristics of the three-axis electromotive force can be obtained by using the proposed coil. To predict a position with the measured values, we propose a lookup table-based method and linear discriminant analysis-based method. For verification, the proposed methods are applied to predict 75 positions of the 6.78 MHz WPT system, and the performances such as accuracy and computation time are compared.

본 논문에서는 자기 공진형 무선전력전송 시스템에서 사용 가능한 핑거프린트 방식의 측위 기법을 제안하고 성능을 검증하였다. 측위를 위해 3축 방향의 자기장 신호 측정이 가능한 소형 직교 보조코일을 가지는 수신기 코일 설계 방안을 제시하고, 제안한 코일을 이용해 획득한 3축의 기전력의 크기와 위상 특성을 추출하였다. 측정 지점에서 획득된 값을 이용하여 위치를 측정하기 위해 LUT(Look-up Table)를 이용하는 기법과 기계학습 방식 중 LDA(Linear Discriminant Analysis)을 이용하는 기법을 제안하고, 각 기법별 측위 정확도 및 계산 속도를 비교 제시하였다. 6.78 MHz 무선전력전송시스템에서 75개의 지점을 측위하는 실험에서 제안하는 코일과 기전력 특성을 이용한 LUT 기법을 적용하여 측위 정확도 97.33%를 달성하였다. LDA 기법의 경우, 기전력과 위상을 이용하여 측위하는 경우 LUT 기법에 비해 계산 속도가 늘어나지만 정확도를 향상시킬 수 있었다.

Keywords

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그림 1. 제안하는 수신 코일의 형태 Fig. 1. The configuration of the proposing Rx coil.

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그림 2. 제안하는 시스템의 회로도 Fig. 2. Schematic of the proposing system.

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그림 3. 제안한 코일에서 측정된 3축 기전력 Fig. 3. Measured 3-axis electromotive force in the proposed coil.

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그림 4. 측위 과정 예시 (LUT 기반) Fig. 4. Example of positioning process (LUT based).

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그림 5. 제안하는 측위 진행도 Fig. 5. The progress of the proposed positioning methods.

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그림 6. 제작한 송신 코일과 수신 코일 Fig. 6. Fabricated Tx coil and Rx coil.

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그림 7. 실험 환경 Fig. 7. Experimental environment.

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그림 8. 코일 타입별 파라미터 Fig. 8. The parameters of each coil type.

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그림 9. 각 요소별 측정 결과 Fig. 9. The measurement results of each attribute.

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그림 10. 측위 결과에 따른 오차 분포 Fig. 10. Error distribution according to positioning result.

표 1. 각 코일별 정보 Table 1. Specification of each coil.

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표 2. 제안 기법의 정확도와 처리 속도 Table 2. Accuracy and processing time of the proposed me-thods.

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