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1. 졸업작품 결과보고서 - 무선 전력 전송/충전 기술
1.1. 서론
1.1.1. 연구배경 및 목표
졸업 작품을 제작하면서 전시회를 위한 일회성 작품이 아닌 개발 가능성과 실생활에 적용 시 인류 사회의 편리성을 한 층 더 발전시킬 수 있는 실용적인 졸업 작품을 만들고 싶었다. 현대 사회는 '무선 사회'로 진입하고 있다고 해도 과언이 아니다. 핸드폰에 블루투스 이어폰을 연결하여 노래를 듣기도 하고 배터리 충전 시 무선 충전 방식으로 편리성을 도모하고 있다. 더욱이 나아가 무선 충전 방식의 단점을 보완한다면 탄소 배출 저감 문제의 해결책이 될 수도 있다. 세계적으로 저탄소 정책이 필수로 대두됨에 따라 전기자동차, 전기자전거 이용이 늘어나고 있다. 전기 배터리의 가장 큰 문제점은 충전의 시간과 편리성이다. 문제점들을 100% 해결할 수 없지만, 주파수 공진 방식의 무선 충전 방식을 채택하면서 충전의 편리성을 증진하는 것이 졸업 작품의 목적이다.
1.1.2. 개요
작품의 방향은 크게 원리와 효율로 정하였다. 기존의 자기유도방식의 장, 단점을 파악하고 비교할 수 있어야 두 충전방식을 비교할 수 있었다. 자기유도는 코일 간 전자기 유도 현상을 원리로 소형화와 근거리 전송이 가능하지만 지기유도방식은 자기공진현상을 이용하여 코일설계가 어렵다는 단점을 가지고 있다. 자기공진 방식은 현재 효율이 낮고 전자파 문제가 발생한다. 두 번째로 거리에 따른 효율은 자기공진 방식의 치명적 단점이다. 자기공진 방식은 1차 코일에 흐르는 전류에서 발생하는 자기장이 2차 코일을 통과해 유도 전류가 발생한다는 점에서는 자기유도 방식과 비슷하다. 하지만 1차 코일과 2차 코일의 공진주파수가 같아야 하며 두 코일 간의 공진모드 에너지 결합을 통해 1차 코일에서 발생한 에너지가 2차 코일로 전달되는 방식이라는 점이 다르다. 자기공진방식은 일정 거리에서 여러 제품을 동시에 충전하지만 전송효율이 낮고 이에 아크릴판을 사용하여 거리에 따른 효율을 측정해보았다. 이러한 거리에 따른 효율 문제가 해결 된다면 자기공진방식이 더욱 크게 발전하지 않을까 생각한다.
1.1.3. 추진일정 및 역할 분담표
추진일정 및 역할 분담표""
작품 제작을 위한 추진일정과 역할 분담은 다음과 같다. 학부(과) 학번 성명 임무분담 참여도(%)가 표시되어 있는데, 전기공학과 학생 5명이 참여하여 각자 맡은 역할을 100% 수행한 것으로 나타난다.
세부적인 추진일정을 살펴보면, 1월에 주제를 선정하고, 2월부터 6월까지 이론 정리, H/W 설계 및 구성, 실험 연구 및 분석, 테스트 등의 과정을 거쳤다. 7월과 8월에는 최종 테스트 및 결과 정리 작업을 수행한 것으로 보인다.
이처럼 체계적인 추진일정 및 역할 분담을 통해 무선 전력 전송/충전 기술 관련 졸업작품을 성공적으로 수행한 것으로 판단된다.
1.2. 작품의 내용
1.2.1. 무선충전방식 비교
무선 충전이란 기존의 전선으로 전력을 전송하여 기기를 충전하는 방식 대신 전력을 대기를 통해 무선으로 전송하여 기기를 충전하는 방식을 말한다. 무선충전 기술은 전자기유도를 이용하는 것으로, 자기유도방식과 자기공진방식으로 구분된다.
자기유도방식은 1차 코일과 2차 코일 간의 자기유도 현상을 이용하는 것으로 코일이 근접거리에 위치해야 가능한 방식이다. 충전패드에서 수 mm의 근접거리만 충전되므로 전송효율이 높다. 하지만 자기장이 근접거리에서 코일에 공동으로 영향을 줄 수 있어야 하므로, 거리에 민감하다. 또한 Rx 코일의 위치 정합성에도 매우 민감한 문제를 가지고 있다.
자기공진방식은 일정거리에서 여러 제품을 동시에 충전하지만 전송효율이 낮고 전자파 차단이 필요하다. 수 MHz에서 수십 MHz 대역의 주파수를 사용하여 자기적 공명을 이루어 전력을 전송하는 기...
