In this paper, we analyzed the efficiency of magnetic resonance wireless power transmission (WPT) using superconductor coil according to the changing position of transmission and receiving coils. We implemented a WPT system using a magnetic resonance at a frequency of 63.1 kHz. Transmission and receiving coils using superconductor coil were wound on a spiral manner of diameter 100mm. For comparison, transmission and receiving coils using normal conductor coil were designed under the same condition. At a distance of 50mm, we measured efficiency when transmission-receiving coils were matched 25%, 50%, 75% and 100%. When a superconductor coil was applied to the transmission and receiving units, efficiency of WPT was very high. In addition, in the case of the superconducting transmission-receiving coils, when coils matched 100% the efficiency was 30% and matched 25% the efficiency was 8%.
Experiencing power declines when the secondary coil is at the middle position between two primary coils is a serious problem in segmented on-road charging systems with a single energized segmented primary coil. In this paper, the topological transformation of a primary circuit and a hierarchical compensation capacitor control are proposed. Firstly, the corresponding compensation capacitors and receiving powers of different primary structures are deduced under the condition of a fixed frequency. Then the receiving power characteristics as a function of the position variations in systems with a single energized segmented primary coil and those with double segmented primary coils are analyzed comparatively. A topological transformation of the primary circuit and hierarchical compensation capacitor control are further introduced to solve the foregoing problem. Finally, an experimental prototype with the proposed topological transformation and hierarchical compensation capacitor control is carried out. Measured results show that the receiving power is a lot more stable in the movement of the secondary coil. It is a remarkable fact that the receiving power rises from 10.8W to 19.2W at the middle position between the two primary coils. The experimental are in agreement with the theoretical analysis.
본 연구에서는 드론을 무선으로 충전할 수 있는 고효율 무선 전력 전송 송, 수신 코일 개발에 대한 기술을 소개한다. 드론 스테이션은 드론의 배터리를 충전하기 위해 배터리를 분리 할 필요 없이 무선으로 배터리를 충전할 수 있는 기능을 지원한다. 드론의 배터리를 최단 시간 내에 충전하기 위해서는 무선 충전 효율이 높아야 한다. 드론 스테이션의 무선 충전 효율을 높이기 위해 고효율 송, 수신 코일 제작 방법과 성능 측정 방법을 제시하였다. 송, 수신 코일은 드론의 비행에 방해가 되지 않도록 드론의 크기와 무게를 고려하여 PCB 기판을 이용해 제작하였다. 송, 수신 코일 사이의 거리가 40mm 이상 떨어진 거리에서 88% 이상의 효율을 구현하였다.
In magnetically coupled resonant (MCR) wireless power transfer (WPT) systems, the introduction of additional intermediate coils is an effective means of improving transmission characteristics, including output power and transmission efficiency, when the transmission distance is increased. However, the position of intermediate coils in practice influences system performance significantly. In this research, a three-coil MCR WPT system is adopted as an exemplification for determining how the spatial position of coils affects transmission characteristics. With use of the fundamental harmonic analysis method, an equivalent circuit model of the system is built to reveal the relationship between the output power, the transmission efficiency, and the spatial scales, including the axial, lateral, and angular misalignments of the intermediate and receiving coils. Three cases of transmission characteristics versus different spatial scales are evaluated. Results indicate that the system can achieve relatively stable transmission characteristics with deliberate adjustments in the position of the intermediate and receiving coils. A prototype of the three-coil MCR WPT system is built and analyzed, and the experimental results are consistent with those of the theoretical analysis.
자왜방식 원거리 초음파검사의 최적화된 개별 응용들을 위해, 분리되어 적층된 송수신 나선형 코일 배열들이 사용되어 왔었다. 본 연구에서는 기존에 비해 반으로 줄어든 다리 폭을 갖는 나선형 코일들과 이 다리 폭 감소에 기인한 빈 공간들을 활용할 때, 보다 쉬운 사용과 제조를 허용하는 단층 구조를 형성하도록 송수신 코일들이 배열될 수 있다는 것을 실증하였다. 다리 폭에 비례하는 수신코일의 감은 수 때문에 단층 코일 배열의 감도는 대응되는 이층 코일 배열의 그것의 반 정도이었지만 이는 메인-뱅(main bang) 에코로 인한 포화로부터 수신증폭기의 보다 빠른 회복을 허용하였다. 또한 지향성 조종과 SNR(signal-to-noise ratio)의 관점에서는 이 두 종류의 코일 배열들이 거의 같은 성능을 갖는 것으로 밝혀졌다.
In this study, we analyze the structure of the transceiver coil in the inductive power transfer (IPT) system. In the IPT system, the transceiver coil design needs to have the highest magnetic coupling possible because of the relatively low magnetic coupling due to the large gap of distance without the core. The transmitting coil may be formed as a multi-layer type according to the distance between the transmitting and receiving coils if the receiving coil is configured as a multi-layer type on the inner structure of the receiving apparatus, thereby improving the magnetic coupling and system efficiency. We compare and analyze the coil magnetic coupling, and system efficiency according to the layer structure of the transmitting and receiving coils and verify the analysis by JMAG simulation. Experimental results show that the layer structure of the transceiver should be considered according to the inner space of the receiving device and the spacing distance.
In this article, we evaluated the performance of radiofrequency (RF) coils in terms of the signal-to-noise ratio (S/N) and homogeneity of magnetic resonance images when used for ultrahigh-frequency (UHF) 7T magnetic resonance imaging (MRI). High-quality MRI can be obtained when these two basic requirements are met. However, because of the dielectric effect, 7T magnetic resonance imaging still produces essentially a non-uniform magnetic flux (|B1|) density distribution. In general, heterogeneous and homogeneous RF coils may be designed using electromagnetic (EM) modeling. Heterogeneous coils, which are surface coils, are used in consideration of scalability in the |B1| region with a high S/N as multichannel loop coils rather than selecting a single loop. Loop coils are considered state of the art for their simplicity yet effective |B1|-field distribution and intensity. In addition, combining multiple loop coils allows phase arrays (PA). PA coils have gained great interest for use in receiving signals because of parallel imaging (PI) techniques, such as sensitivity encoding (SENSE) and generalized autocalibrating partial parallel acquisition (GRAPPA), which drastically reduce the acquisition time. With the introduction of a parallel transmit coil (pTx) system, a form of transceiver loop arrays has also been proposed. In this article, we discussed the applications and proposed designs of loop coils. RF homogeneous coils for volume imaging include Alderman-Grant resonators, birdcage coils, saddle coils, traveling wave coils, transmission line arrays, composite right-/left-handed arrays, and fusion coils. In this article, we also discussed the basic operation, design, and applications of these coils.
3-코일 자기공진방식 무선전력전송 시스템을 등가회로 모델로 해석하여 시스템의 |S21|을 3개 코일의 Q와 송신코일과 중계코일, 중계코일과 수신코일의 커플링 계수 k의 수식으로 표현하였다. 유도된 수식으로부터 중계코일이 송신코일과 수신코일의 중앙에 위치할 때 최대 이득을 얻을 수 있음을 수식으로 제시하고 실험으로 그 결과가 타당함을 보였다. 송신코일과 수신코일의 거리가 30 cm이고 두 코일이 정렬되었으며 중계코일이 두 개의 코일 중앙에 위치하였을 때 9 %의 최대 효율을 얻었다. 송신코일과 수신코일이 비 정렬된 경우는 정렬된 경우에 비하여 효율이 떨어지나, 중계코일을 회전시키면 효율이 크게 증가하는 것을 실험으로 보였다. 전기자동차의 무선충전 시 송신코일과 수신코일이 비 정렬되면 효율이 정렬 시와 비교해 많이 감소할 것으로 예상되며, 이런 경우 중계코일을 사용하고 중계코일을 회전시킴으로써 효율을 높일 수 있을 것으로 보인다.
Proximity magnetic sensor is able to detect the object target accurately in close range and it has been widely used in the underwater guided weapon system because there is no countermeasures from the target. In order to increase the damage of target by shock wave due to explosion of the underwater guided weapon system, the maximum detection range of the proximity magnetic sensor needs to be increased. In this paper, we describe the techniques of the optimum transmitting and receiving coils design using the Finite Element Method for the output power enhancement of the transmitter and the sensitivity improvement of the receiver. Finally, the proposed design techniques of the transmitter and the receiver were verified using a experimental setup and a prototype.
In this paper, the wireless power transfer system using the magnetic resonance was designed, analyzed by circuit analysis methode and the calculated transfer function was compared with the measured one. The self-resonant coil was made up of the commonly used capacitor which had the lumped capacitance and it enabled the stable magnetic resonance not to be affected by the circumstance. The transmission efficiency of this system was 70[%] at the 15[cm] between the transmission and receiving coil and the measured transfer function was similar to the calculated one, which means the circuit analysis methode is valid in this system. When the intermediate coils were added between the transmission and receiving coil, the transmission efficiency was increased, which produced the increase of transfer distance. In the case of the five intermediate coils adding, the 35[%] transmission efficiency was achived at the 90[cm] distance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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