인체 활동기반 에너지 하베스팅 소자에서의 무선전력전송을 위한 섬유형 공진코일 연구

Abstract

이 논문은 의류에 통합 될 수 있는 전도성 원사로 만들어진 공진 코일과 자기 공진 커플링을 사용하는 무선 전력 전송 방법을 제시한다. 전도성 실은 은도금 된 구리 및 폴리에스테르 필라멘트로 구성되었다. 실과 구리로 구성되는 각 공진 코일의 전송 특성은 시뮬레이션 및 측정 도구를 사용하여 비교되었다. 전도성 실로 구성되는 공진 코일의 신호 손실은 구리선으로 구성되는 코일의 신호 손실보다 높았다. 그러나 전송 거리가 6.5 cm 미만일 때 신호 손실 변동의 증가는 1 dB 미만이었다. 도전사로 구성되는 공진 코일을 신발과 바짓단에 위치하고, 수신 된 교류 전력을 AC-DC 컨버터를 사용하여 직류 전력으로 변환 한 후에 전송 효율을 측정 하였다. 측정 결과는 최대 전송 효율이 50％임을 보여주었다. 평균적인 전달 효율은 45％였다. 또한, 피검자가 6 km/h의 속도로 움직일 때 40％ 이상의 탁월한 전송 효율을 나타냈다. 또한 인체의 팔에 착용 된 공진 코일의 전송 특성은 시뮬레이션 및 측정 툴을 사용하여 측정되었다. 전도성 실은 폴리우레탄으로 코팅 된 구리와 폴리에스테르 필라멘트로 구성되었다. 전도성 실로 구성된 공진 코일의 공진 주파수 변화는 코일 길이, 스티치 간격, 직물 두께를 이용한 방정식으로 결정될 수 있다. 송수신 코일의 측정 공진 주파수는 코일이 착용되었을 때 13.56 MHz의 공진 주파수가 되도록 설계되었다. 공진 코일은 다양한 속도로 움직이는 착용자의 팔에 착용되었고, 전송 효율은 교류 직류 변환기를 사용하여 측정되었다. 측정 결과는 피험자가 6km/h 속도로 움직일 때 공진 코일이 다리가 아닌 팔 주위에 착용되었지만 최대 전송 효율이 55.1% 였고 평균 전송 효율은 52.1%였다. 향후 섬유형 코일은 차세대 웨어러블 디바이스의 착용감과 지속적인 전력 공급을 극복하는 통합 솔루션이 될 것으로 기대된다.|This thesis presents a wireless power transmission method using magnetic resonant coupling with resonant coils made of conductive yarn that can be integrated into clothing. This conductive yarn consists of silver-plated copper and polyester filaments, and its transmission characteristics were compared with that of copper resonant coils using simulation and measurement tools. The signal loss in the resonant coils was found to be higher than that of the copper coils. However, the increase in signal-loss variation was less than 1 dB when the transmission distance was less than 6.5 cm. The conductive-yarn resonant coils were placed in the shoes and trouser cuffs of a human subject, and the transmission efficiency was measured, resulting in a maximum transmission efficiency of 50% and average transmission efficiency of 45%, despite the change in the coil shape and alignment conditions due to body movement. An excellent transmission efficiency of over 40% was obtained when the subject was moving at a speed of 6 km/h. The transmission characteristics of resonant coils made of polyurethane-coated copper and polyester filaments, which were worn on the arm, were evaluated. The change in resonant frequency of the conductive-yarn resonant coils is obtained from the coil length, stitch intervals, and fabric thickness using equations. The measured resonant frequencies of the sending and receiving coils were designed to achieve a resonant frequency of 13.56 MHz when the coils are worn. The resonant coils were worn on the arm of a subject moving at various speeds, and the transmission efficiency was measured, resulting in a maximum transmission efficiency of 55.1% and an average transmission efficiency of 52.1% when the subject was moving at a speed of 6 km/h. It was also shown that the textile coils could be an integrative solution for providing continuous power supply for the next generation wearable devices without causing any discomfort to the wearer.