차량에 무선으로 파워를 전달하는 새로운 방법

노스캐롤라이나 주립대학교의 연구원들은 고정적인 소스로부터 모바일 수신기에 무선으로 파워를 전송하기 위한 새로운 기술을 개발하고 있다. 이것은 엔지니어들이 하이웨이 주유소를 만들기 위한 목표에 근접한 것으로서 자동차가 주행하고 있을 때 무선으로 전기자동차를 충전할 수 있게 해줄 것이다. 

“우리는 더 안전하고 더 효율적인 무선에너지 전송을 만들기 위해서 수신기와 송신기 모두를 변화시키려고 한다”고 NC주립대학 전기공학과 교수인 Srdjan Lukic 박사가 말했다. 그는 이 연구논문의 선임저자(senior author)이다. 

연구원들은 연속적으로 세그멘트화된 송신기 코일을 개발하고 있다. 이것들 각각은 낮은 수준의 전자기장을 전달하게 된다. 또한 연구원들은 각각의 전송기 코일과 같은 크기를 갖는 수신기 코일을 만들었다. 그래서 이것을 자동차에 놓거나 다른 모바일 플랫폼에 놓게 되었다. 코일의 크기는 중요하다. 왜냐하면, 같은 크기의 코일이 더 효율적인 에너지를 전송하기 때문이다. 

연구원들은 수신기가 범위 내에 있을 때 송신기 코일과 커플링되도록 변경하였다. 그리고 특정 송신기 코일이 자동으로 전류를 증가시키도록 하였는데 이것이 자기장강도를 증가시키고, 관련된 에너지 전송률을 400% 정도 증가시켰다. 전송기 코일의 전류는 수신기가 전송기 범위를 넘어서게 될 때 정상적인 레벨로 돌아오게 되었다. 이러한 변경은 이전의 모바일, 무선파워 전송기술을 향상시킨 것이다. 

이전의 방법 중 하나는 큰 송신기 코일을 사용하는 것이었다. 그러나 이러한 방법은 자동차의 틀 내에서 커플링될 수 있거나 필드를 통과하는 금속 물체에서 커플링될 수 있는 강력하고 부정확한 필드를 만들었다. 수신기에 강력한 파워를 전달하는데 필요한 자기장의 강도 때문에, 이러한 전자기장은 누수와 관련된 안전 문제를 발생시켰으며, 시스템의 효율을 감소시켰다. 

또다른 이전의 방법은 더 작은 송신기 코일을 사용하였으며, 이것은 안전과 효율문제를 해결하였다. 그러나 이 방법은 도로의 부분들을 효율적으로 커버하는데 대규모의 송신기가 요구되었으며, 시스에 상당한 비용과 복잡도가 추가되어야 했다. 또한 매우 정확한 차량의 위치감지기술이 요구되었다. “우리는 이러한 방법들 중에서 가장 최고의 것만을 갖기 위해서 노력했다”고 Lukic이 말했다. 

Lukic과 그의 연구팀은 작고, 기능적인 시스템 프로토타입을 개발하였다. 그리고 현재 이것의 크기를 확대시키고 시스템의 파워를 증가시키기 위해서 연구 중에 있다. 현재 최고의 효율을 가진 새로운 시스템은 0.5kW의 비율로 에너지를 전송할 수 있다. “우리의 목표는 0.5 kW에서 50 kW의 범위로 확장시키는 것이다. 이것은 더 실용적인 것이 될 것”이라고 Lukic이 말했다. 

이 논문의 제목은 “동적인 유도전력 전송시스템의 반사성 필드방지(Reflexive Field Containment in Dynamic Inductive Power Transfer Systems)”로서 IEEE Transactions on Power Electronics 온라인판에 실리게 되었다. 이 논문의 주저자는 NC 주립대학교의 박사과정학생인 김기복이며, 공동저자는 NC 주립대학교에서 박사과정을 마친 Zeljko Pantic 박사이다. 이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)에서 일부분을 지원받고 있으며, 승인번호는 EEC-0812121이다.

출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

원문: http://news.ncsu.edu/releases/wms-lukic-dynamic2013/