지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최성진
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 울산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수23
이 논문의 연구 히스토리 (3)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
최근 자기유도형 무선전력전송은 전기자동차, 의료기기, 드론 및 휴대용 기기 등에 많이 활용되면서 편리하고 매력적인 전력 전달 방법으로 떠오르고 있다. 본 논문은 자기유도형 무선전력전송에서의 송수신부 코일설계에 대해서 연구한다. 자기유도형 무선전력전송 원리는 변압기와 비슷하지만 통상 변압기 설계와 달리 일반화된 코일설계 방법이 연구가 많이 되지 않고 있고 또한 자기유도형 무선전력전송 시스템의 높은 효율을 위해서 송수신부 코일 사이의 효율도 중요하기 때문에 송수신부 코일 사이의 높은 효율을 낼 수 있는 코일설계 연구가 필요하다.
지금까지 자기유도형 무선전력전송 코일설계는 수식 기반 코일설계와 유한요소해석(FEA)을 이용한 코일설계 방법 이 두 가지가 연구되고 있다. 하지만 전자는 코일 형상이 바뀌면 인덕턴스 식이 변하게 되고 페라이트 코어가 결합이 되면 기존에 존재하는 인덕턴스 식을 통해 인덕턴스를 계산하게 되면 계산값이 부정확해지는 단점이 있다. 그리고 후자는 코일 형상이 바뀌거나 페라이트 코어가 결합하여도 쉽게 인덕턴스를 구할 수 있는 장점이 있지만 효율이 최대가 되는 지점을 찾기 위해 각 코일 형상 파라미터에 대한 일차원 최적화를 이용하고 FEA를 통해 얻은 코일의 내부저항은 표피효과 및 근접효과를 무시하고 구하였기에 높은 효율을 낼 수 있는 코일 형상 파라미터 값을 찾아내기 힘들다. 또한 코일 형상 파라미터 스윕을 통해 많은 FEA 계산량으로 인하여 코일 형상 파라미터 추출 시간이 오래 걸리는 단점이 존재한다.
본 논문에서는 기존 FEA 기반 코일설계 방법의 단점을 보완하기 위하여 FEA 코일 내부저항의 정확성을 높이기 위한 코일 모델링 및 최적화 알고리즘을 적용하여 높은 효율을 낼 수 있는 코일 형상 파라미터 값의 정확성을 높이고 보다 빠른 코일 형상 파라미터 값을 추출하는 방법을 제안한다.
본 논문에서 제안한 코일설계를 위해서 최적화 알고리즘 중 탐색 기반 알고리즘(Search-based optimization)인 스캔 앤 줌을 적용하고 해당 알고리즘을 MATLAB을 통해 구현한다. 또한 목적함수인 효율 계산을 위해 MATLAB과 FEA 프로그램인 Ansys Maxwell을 연동하여 MATLAB과 Ansys Maxwell 간 데이터 송수신을 자동화한다. 제안한 코일설계 방법을 증명하기 위해 100W 자기유도형 무선전력전송 시스템을 설계 예시로 들고 기존 FEA 기반 코일설계 방법, 모든 파라미터를 스윕한 경우, 그리고 제안한 코일설계 방법의 코일설계 지점 및 FEA 실행 횟수를 비교하고 기존 FEA 기반 코일설계 방법에서 찾은 코일 형상 파라미터 및 제안하는 코일설계 방법의 코일 형상 파라미터를 가지고 실제 하드웨어를 구성 및 효율 비교를 통해 코일설계의 타당성을 검증한다.
지금까지 자기유도형 무선전력전송 코일설계는 수식 기반 코일설계와 유한요소해석(FEA)을 이용한 코일설계 방법 이 두 가지가 연구되고 있다. 하지만 전자는 코일 형상이 바뀌면 인덕턴스 식이 변하게 되고 페라이트 코어가 결합이 되면 기존에 존재하는 인덕턴스 식을 통해 인덕턴스를 계산하게 되면 계산값이 부정확해지는 단점이 있다. 그리고 후자는 코일 형상이 바뀌거나 페라이트 코어가 결합하여도 쉽게 인덕턴스를 구할 수 있는 장점이 있지만 효율이 최대가 되는 지점을 찾기 위해 각 코일 형상 파라미터에 대한 일차원 최적화를 이용하고 FEA를 통해 얻은 코일의 내부저항은 표피효과 및 근접효과를 무시하고 구하였기에 높은 효율을 낼 수 있는 코일 형상 파라미터 값을 찾아내기 힘들다. 또한 코일 형상 파라미터 스윕을 통해 많은 FEA 계산량으로 인하여 코일 형상 파라미터 추출 시간이 오래 걸리는 단점이 존재한다.
본 논문에서는 기존 FEA 기반 코일설계 방법의 단점을 보완하기 위하여 FEA 코일 내부저항의 정확성을 높이기 위한 코일 모델링 및 최적화 알고리즘을 적용하여 높은 효율을 낼 수 있는 코일 형상 파라미터 값의 정확성을 높이고 보다 빠른 코일 형상 파라미터 값을 추출하는 방법을 제안한다.
본 논문에서 제안한 코일설계를 위해서 최적화 알고리즘 중 탐색 기반 알고리즘(Search-based optimization)인 스캔 앤 줌을 적용하고 해당 알고리즘을 MATLAB을 통해 구현한다. 또한 목적함수인 효율 계산을 위해 MATLAB과 FEA 프로그램인 Ansys Maxwell을 연동하여 MATLAB과 Ansys Maxwell 간 데이터 송수신을 자동화한다. 제안한 코일설계 방법을 증명하기 위해 100W 자기유도형 무선전력전송 시스템을 설계 예시로 들고 기존 FEA 기반 코일설계 방법, 모든 파라미터를 스윕한 경우, 그리고 제안한 코일설계 방법의 코일설계 지점 및 FEA 실행 횟수를 비교하고 기존 FEA 기반 코일설계 방법에서 찾은 코일 형상 파라미터 및 제안하는 코일설계 방법의 코일 형상 파라미터를 가지고 실제 하드웨어를 구성 및 효율 비교를 통해 코일설계의 타당성을 검증한다.
목차
국문 요약 i목 차 iii그림 목차 v표 목차 vii1. 서론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 연구 목표 및 내용 51.3 논문 구성 62. 자기유도형 무선전력전송 구조 및 분석 73. 기존 자기유도형 무선전력전송 코일설계 방법 143.1 수식 기반 코일설계 방법 143.1.1 Neumann 공식을 이용한 코일설계 방법 143.1.2 Wheeler 공식을 이용한 코일설계 방법 163.1.3 수식 기반 코일설계의 공통적인 한계 163.2 유한요소해석(FEA) 기반 코일설계 방법 224. 제안하는 자기유도형 무선전력전송 코일설계 방법 264.1 제안하는 코일설계 방법 개요 및 필요성 264.2 Ansys Maxwell에서의 코일 모델링 284.3 MATLAB과 Ansys Maxwell 연동 방법 314.3.1 Ansys Maxwell 스크립트 314.3.2 MATLAB에서의 스크립트 작성 354.4 스캔 앤 줌 384.5 제안하는 코일설계 방법 415. 성능 비교 및 검증 445.1 설계 예시 및 성능 비교 435.1.1 Case 1: 10mm ≤ Rin < Rout ≤ 100mm일 경우 465.1.2 Case 2: 10mm ≤ Rin < Rout ≤ 200mm일 경우 495.2 하드웨어 검증 525.2.1 Case 1: 10mm ≤ Rin < Rout ≤ 100mm일 경우 535.2.2 Case 2: 10mm ≤ Rin < Rout ≤ 200mm일 경우 616. 결론 및 향후 과제 686.1 결론 686.2 향후 과제 69참 고 문 헌 70ABSTRACT 74부록 76A. 단일 권선 코일의 저항을 통해 권선 수를 고려한 저항 공식 증명 76연구논문 실적 82수상 실적 83감사의 글 84
최근 본 자료
댓글(0)
0