Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제1권4호
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pp.483-491
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2012
It is expected that, in the future, DC power service will be widely used for photovoltaic home power generation systems, since DC consuming devices are ever increasing. Instead of using multiple converters to convert DC to AC and then AC to DC, the power service could solely be based on DC. This would eliminate the need for converters, reducing the cost, complexity, and possibly increasing the efficiency. However, configuration of direct DC power service with mechanical contacts can cause spark voltage or an electric shock when the switch is turned on and off. To solve these problems, in this paper, a contactless power supply for a DC power service that can transfer electric power produced by photovoltaics to the home electric system using magnetic coupling instead of mechanical contacts has been proposed. The proposed system consists of a ZVS boost converter, a half-bridge LLC resonant converter, and a contactless transformer. This proposed contactless system eliminates the use of DC switches. To reduce the stress and loss of the boost converter switching devices, a lossless snubber with coupled inductor is applied. In this paper, a switching frequency control technique using the contactless voltage sensing circuit is also proposed and implemented for the output voltage control instead of using additional power regulators. Finally, a prototype consisted of 150W boost converter has been designed and built to demonstrate the feasibility of the proposed contactless photovoltaic DC power service. Experimental results show that 74~83% overall system efficiency is obtained for the 10W~80W load.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제18권1호
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pp.13-19
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2018
Wireless power transfer (WPT) based on magnetic resonant coupling is a promising technology in many industrial applications. Efficiency of the WPT system usually depends on the tilt angle of the transmitter or the receiver coil. This work analyzes the effect of the tilt angle on the efficiency of the WPT system with horizontal misalignment. The mutual inductance between two coils located at arbitrary positions with tilt angles is calculated using a numerical analysis based on the Neumann formula. The efficiency of the WPT system with a tilted coil is extracted using an equivalent circuit model with extracted mutual inductance. By analyzing the results, we propose an optimal tilt angle to maximize the efficiency of the WPT system. The best angle to maximize the efficiency depends on the radii of the two coils and their relative position. The calculated efficiencies versus the tilt angle for various WPT cases, which change the radius of RX ($r_2=0.075m$, 0.1 m, 0.15 m) and the horizontal distance (y=0 m, 0.05 m, 0.1 m), are compared with the experimental results. The analytically extracted efficiencies and the extracted optimal tilt angles agree well with those of the experimental results.
The electromagnetic wave scattering from active objects has only recently attracted attention.$^{(1).(3)}$ Theoretical studies have considered normal-incidence plane-wave interactions with active dielectric cylinders with the prediction of large enhancements in the scattered field for bound mode structures. According to the theory of the electromagnetic wave scattering from a dielectric cylinder, the eigenvector solutions are discrete and have both guided (non-radiative) and leaky (radiative) mode solutions. By using an anti-guiding (leaky) structure instead of a guided structure and scattering at oblique incident angles near critical angle, the scattering resonances predicted by theoretical studies were obtained for the first time. A fine-grained scan of the plane-wave incident angle a reveals the existence of discrete scattering resonances. The diameter and real part of the index of refraction determine the resonant conditions and the imaginary part of the refractive index has a threshold value to make mode up for its radiation loss. The cross coupling between transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) modes is clearly detected for both active and passive scattering as theoretically expected. (omitted)
In this paper, a modifed TE$_{113}$/TM$_{012}$ triple-mode bandpass filter is implemented by using a modified inter-cavity iris in which the number of slots are reduced upto 50%. In a coventioanl iris two prirs of slot apertures are used to independently couple three resonant modes between two adjacent cavities. However, if transverse magnetic polarizability of a pair of veritcal slot apertures is used to control weak horizontal TE$_{h}$-TE$_{h}$ mode coupling, the width of novel iris slots would substitute for the slot length of the conventional iris, causing to eliminate the horizontal slot apertures. The measured data of two filters, which are the modified filter and ocnventional one, are compared. Experimental result shows that the characteristics of the novel triple-mode filter matches well that of the conventional filter.
Among the alternative energy sources, the solar energy is recognized as an important energy source and its application is increasing. Especially in future, the hybrid solar energy generation system with battery will be widely used as an independent distributed power generation system. In this paper, a solar power hybrid home generation system using a contact-less power supply (CPS) that can transfer an electric power without any mechanical contact by using magnetic coupling instead of the power transfer by directly supplying the DC power to the home electric system is proposed. The proposed system consists of a ZVS boost converter, a half bridge LLC resonant converter and contact-less transformer.
본 논문에서는 자기 공명 방식의 무선 전력 전송 시스템에서 효율 향상 방안을 제시하였다. 공진 코일은 헬리컬과 스파이럴 형태가 결합된 구조를 제안하였으며, 소스와 디바이스 코일은 단일 원형 루프 형태로 설계하였다. 측정 결과, 송수전 코일이 120 mm의 거리로 이격되어 있을 때 헬리컬과 스파이럴 구조를 결합한 공진기는 기존의 헬리컬 구조의 공진기보다 효율이 13 % 향상되는 결과를 보였다. 뿐만 아니라, 크기도 기존 공진기에 비해 33 % 소형화할 수 있었다.
본 논문에서는 트랜스포머의 자가공진 특성에 대하여 분석하였으며, 부유용량과 권선량, 권선비에 따른 변화관계를 수식으로 정리하였다. 일반적으로 트랜스포머에서의 부유용량은 제작과 관련하여 불요인자로 간주되나, 모든 트랜스포머에서 내재하는 특성을 갖는다. 특히 고역의 구동 주파수에서는 해당 특성이 확연하게 나타남은 주지의 사실이며, 자기적 요소와 결합하여 특정주파수에서 공진형상을 유발한다. 출력이득 값이 높아야 하는 소형 고전압기기, 특히 의료용 응용전기기의 경우 트랜스포머의 자가공진 특성을 이용하면 트랜스포머 및 회로의 사이즈를 줄임과 동시에 시스템의 경량화가 가능하여 추가적 설계 기법으로 제안한다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제17권3호
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pp.126-132
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2017
In this study, we designed, measured, and analyzed a rearranged L-shape magnetic resonance coupling wireless power transfer (MR-WPT) system for practical applications with laptops. The typical four resonator MR-WPT (Tx part: source loop and Tx coil; Rx part: Rx coil and load loop) is difficult to apply to small-sized stationary and mobile applications, such as laptop computers, tablet-PCs, and smartphones, owing to the large volume of the Rx part and the spatial restrictions of the Tx and Rx coils. Therefore, an L-shape structure, which is the orthogonal arrangement of the Tx and Rx parts, is proposed for indoor environment applications, such as at an L-shaped wall or desk. The relatively large Tx part and Rx coil can be installed in the wall and the desk, respectively, while the load loop is embedded in the small stationary or mobile devices. The transfer efficiency (TE) of the proposed system was measured according to the transfer distance (TD) and the misaligned locations of the load loop. In addition, we measured the TE in the active/non-active state and monitor-open/closed state of the laptop computer. The overall highest TE of the L-shape MR-WPT was 61.43% at 45 cm TD, and the TE decreased to 27.9% in the active and monitor-open state of the laptop computer. The conductive ground plane has a much higher impact on the performance when compared to the impact of the active/non-active states. We verified the characteristics and practical benefits of the proposed L-shape MR-WPT compared to the typical MR-WPT for applications to L-shaped corners.
본 논문에서는 무선 신호전송을 위한 비접촉 방식의 AC 커플링 기반 육각 나선형 박막 인덕터의 주파수 특성을 분석하였다. 사각 나선형 인덕터와 육각 나선형 인덕터에 대하여 권선수 변화, 도체 선 폭 및 선 간격을 변화에 따른 주파수 특성을 비교 분석하였다. 육각 나선형 인덕터는 사각 나선형 인덕터와 비교하여 동일한 인덕턴스를 갖기 위하여 더 많은 권선수를 갖게 되지만 전체적인 도선의 길이는 짧아지게 된다. 이는 자기인덕턴스는 감소하고 상호인덕턴스가 증가하여 전체적인 인덕턴스는 같은 값을 가질 수 있다. 또한 전체적인 도선의 길이가 짧아지고 자기저항이 감소하므로 품질계수와 자기공진주파수의 성능을 확보할 수 있다. 제안된 육각 나선형 박막 인덕터는 2GHz에서 3.54nH의 인덕턴스와 5.0GHz에서 최댓값 14.00의 품질계수를 가지며, 약 11.3GHz에서 자기공진주파수를 가진다.
본 논문에서는 6.78 MHz 자기공진방식 무선전력전송 송수신 코일을 최적화하고 이에 따른 시뮬레이션 및 측정 결과를 제시하였다. 전송 효율은 시스템 형태 및 코일 크기 등 다양한 요인에 따라 영향을 받게 되므로 자기 공진형 무선전력전송의 실용화에 있어 코일 구조를 각각 송신용 헬리컬 공진코일과 수신용 평판형 스파이럴 공진코일을 구성하여 부피의 문제점을 최소화하고 원통형 형태의 무선충전형태에 맞게 코일의 크기, 공진기 내의 코일과 코일 간의 거리 등을 결정하였으며, 전자계 시뮬레이션을 통해 이를 확인하였다. 860mm 지름 상판과 600mm 떨어진 기둥의 원통형 구조에 대하여 적용 가능한 무선전력전송 코일을 설계하여 특성을 시뮬레이션하고, 제작하여 특성을 측정하였다. 시뮬레이션 특성은 ${\mid}S_{21}{\mid}$이 -0.53 dB, 효율 88 %, 측정 결과는 ${\mid}S_{21}{\mid}$이 -0.71 dB 로 효율 85 %를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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