공동공진기를 이용한 무접점 전력 전송 장치 설계

Abstract

본 논문은 공동공진기(cavity resonator)와 스트립라인(stripline) 구조를 이용하여 전력을 전송할 수 있도록 구현한 무접점 전력 전송 장치에 관한 것이다. 전력 전송 시 송수신기가 밀착된 상태에서 구현되는 무접점 전력 전송 방식으로, 외부에 도체 단자가 없어 송수신기가 전기적으로 분리되며, 전력 송수신에 필요한 수신부의 크기를 최소화할 수 있다. 공진기용 공동(cavity)의 윗면 도체판에 입력 포트 및 출력 포트용 슬롯(slot)을 구성하고, 그 위에 스트립라인 구조를 이용하여 입력 포트와 출력 포트를 형성한 공동공진기에서, 출력 포트의 일부를 분리하여 탈착 가능하도록 전력수신부를 형성하고, 이 전력수신부를 제외한 나머지 부분 즉, 스트립라인-슬롯 결합(coupling)된 입력 포트, 공동공진기, 출력 포트용 슬롯 등은 모두 전력송신부에 포함시킴으로 전력 전송 장치를 송수신기로 분리하여 제작할 수 있다. 이 송수신기를 결합시키면 마치 하나의 공진기 내에서 입력 포트에서 출력 포트로 전력이 전달되는 형태가 된다. 제작된 무접점 전력 전송 장치의 중심 주파수는 5.782 GHz이며, 이때 측정된 <TEX>$S_{21}$</TEX>값은 -1.07 dB로 나타나 약 78 %의 높은 전력 전송율을 갖는 것을 확인하였다. In this paper, we introduce the contactless power transmission device for transmitting the power with the resonant characteristic of the cavity resonator. When transmitting the power, the contactless power transmission device begins to work in the condition where the transceiver adheres closely. The transceiver is electrically separated because there is no conductive terminal outside and the size of the receiver required for the electric power transmission can be minimized. The cavity resonator comprises slots for the input port and output port in the upper side conductor plate of the cavity and forms the input port and output port using the stripline structure at this upper part. The some of output port is separated from it and the electric power receiver is formed thus the union can be possible. The rest except electric power receiver become the electric power transmitter, which includes the input port of stripline-slot coupling, cavity, and the slot of the output port. If the transmitter and the receiver are combined, they become the form in which the electricity is transferred from the input port to the output port in a cavity resonator. The center frequency of the contactless power transmitter manufactured is 5.782 GHz. and <TEX>$S_{21}$</TEX> is measured as -1.07 dB. It is confirmed that the high electric power transfer rate is approximately 78 %.