본 논문은 무선 전력전송기에서 두 유도 코일 사이의 무선 전력전송 특성과 영향에 대해서 알아보고, 무선 전력전송 기술을 이용한 전력변환기 회로와 배터리 충, 방전기 회로를 제안한다.
무선 전력전송기 및 무선 충전기의 장점은 기존의 플러그인 탑재형 유선 충전기(OBC, On-board charger) 대신 무선으로 전력을 전송하여 배터리에 전력 충전 시 사용자가 외부에서 전원을 연결시키지 않고 무선으로 충전할 수 있다는 점이다. 또한 무선충전의 이점은 2차 측 정류기의 회로와 수신 코일을 사용하여 에너지 효율 향상 효과를 가져 올 수 있다. 하지만 대용량의 원거리 무선충전 방식은 전송거리에 대한 한계가 있어 현재 많은 연구가 진행되고 있다.
따라서, 본 연구에서는 비 접촉 방식의 무선 전력전송기의 전력을 전송 할 수 있는 송신부 인 1차측 코일과 수신부인 2차측 코일 및 하프브리지(Half bridge) 직렬공진 컨버터를 적용한 무선 전력전송장치의 송신부 회로와 수신부 회로의 연구를 목적으로 무선충전시스템의 전력전송거리 향상을 위한 새로운 토폴로지를 적용하여 이를 검증하는 것이다. 그리고 스마트 그리드(Smart-grid) 시스템에 대비해 배터리에 충전된 에너지를 전력변환기를 통해 계통과 양방향 무선 전력 전송이 가능 하도록 전력 밀도와 수명 향상을 위한 무선 전력 충, 방전기(Wireless power charger/discharger) 회로를 제안하고 최적의 설계 가이드를 이론적으로 제시한 후 실험을 통해 검증하는 것이다. 기존의 충전장치는 충전 시간의 단축을 위하여 용량이 증가함에 따라 충전기의 부피도 증가하게 되고, 이에 따라 배터리 충전기의 고전력 밀도화에 대한 연구가 시급하게 되었다.
또한, 본 연구에서 LLC공진형 컨버터를 이용하여 무선 전력전송으로 에너지 전달이 가능한지 실험을 통해 검증해 보고 문제점을 분석한 후 새로운 방식의 HQ_PWM방식을 도출한다. 제안된 무선 전력전송방식은 송신단과 수신단이 완전히 분리 되므로 무선통신을 이용하여 배터리 전압 상태를 무선으로 피드백을 받아 송신단에서 제어하고 최적의 공진 파라미터를 수식을 통해 도출한다. 무선 전력전송을 위한 최적의 PFC(Power factor correction)회로와 PFC컨버터 회로 설계를 위한 수식적인 해석과 손실 분석을 통한 최적의 설계 가이드를 제시하며 링크 커패시터로 사용하는 리플전압 보상기의 최적 값과 리플 전압 저감회로를 도출한다.
또한 공진형 전력변환기 연구를 통한 무선 전력전송기의 시제품 제작을 통하여 성능을 검증하고 모바일 로봇, 로봇청소기, 이송로봇 등 산업에 적용하는 방안을 제시 하였다.