최근 전 세계적으로 무선전력전송(Wireless Power Transfer) 기술에 대한 관심이 증가함에 따라 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 무선전력전송이란 가전기기나 전기자동차 등에 전원을 공급하는 전원선을 없애고 이를 무선으로 대체하는 기술 말한다. 무선전력전송 기술은 스마트폰 전자기기 등의 충전 시 전선으로부터 자유롭기 때문에 전자기기 사용에 편리하다. 전송 효율을 향상시키는 것은 무선 전력 전송 기술에서 중요한 문제이다. 전송 효율(PTE)을 극대화하기 위해 많은 연구자들은 임피던스 정합, 송신기(TX) 또는 수신기(RX) 간의 결합 조정, 인접한 두 개의 송신기 사의 의 위상차 및 진폭 비의 최적 조건 등을 다양한 방법을 사용했다. 무선전력전송 시스템에서 널리 고려되는 구성은 두개의 병렬 동축 원형 코일(다일 TX 코일과 단일 RX 코일)을 사용하는 것이다. 각도 불일치 또는 수평 불일치가 발생하면 전력전송효율이 급격하게 떨어진다. 이러한 조건은 실제로 불가피해서 우리가 이러한 불가피한 요소를 사용하여 전송 효율을 향상시킬 수 있다,본 논문은 이러한 문제를 극복할 수 있는 방법으로 송신기와 수신기 사의에 각도와 위치를 가진 무선전력전송 시스템의 효율 향상 기법에 대하여 연구하였다. 3차원 좌표계에서 임의의 위치에 있는 2개 코일의 상호 인덕턴스 계산은 수치 해석 방법을 통해 추출된다. 상호 인덕턴스 계산을 사용하여 전력 전달 효율을 극대화하기 위해 RX 코일의 최적 위치를 결정한다. 3 종류의 코일 (헬리컬 원형 코일, 스파이럴 원형 코일 및 스파이럴 사각형 코일)을 연구했다. 효율성을 극대화하기 위해 가장 좋은 각도를 두 원형 코일의 반경과 상대 위치에 의존한다고 제안했다. 제안한 계산식에 의한 시뮬레이션 결과와 실측 결과가 잘 일치한다. 결과는 제안 된 최적의 송신 방식이 가장 높은 송신 효율을 달성 할 수 있음을 보여준다. 우리는 또한 최대 PTE를 얻기 위해 코일 반경과 코일 회전 수를 변경하여 스파이럴 원형 코일의 최적 설계를 제안했다. 우리는 이 방법으로 직 사각형 코일의 상호 인덕턴스를 계산했다. 원형 코일이든 직사각형 코일이든 최적의 위치를 알 수 있고 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
Wireless power transfer(WPT) makes it possible to cut off the last wire of electrical equipment and provides great convenience for use. In spite of the convenience of wireless power transmission, the lack of wire leads to a decrease in transmission efficiency. Therefore, it is necessary to improve the efficiency of wireless power transmission. At present, WPT have great potential in many applications, such as mobile robots, cell phone wireless chargers, non-contact charging electric vehicle and so on. The use of magnetic coupling resonant WPT can improve the power conversion efficiency (PTE) or extend the service range compared to the inductive coupling system. Many researchers used various methods to maximize the power transfer efficiency such as impedance matching, applying optimum condition of the values of phase difference, adjusting the coupling between multiple transmitters (TXs) or multiple receivers (RXs) and amplitudes’ ratio between two adjacent TXs and so on. In fact, adding more TXs or RXs will make the circuit too complex and difficult to apply in practice. The widely considered configuration in the WPT system is the use of two parallel coaxial circular coils: a single TX coil and a single RX coil. It is known that the PTE drops sharply when an angle misalignment or lateral misalignment occurs. These conditions are inevitable in practice, so what we need is to use these unavoidable factors to improve the transmission efficiency.Despite the commitment to high efficiency and high power capability, wireless power transmission has a great hurdle to break through before its widespread adoption. This thesis proposes a method which use these unavoidable factors to improve transmission efficiency. We analyzed the effects of lateral misalignment and angular misalignment on the PTE of WTP system. The tilt angle of two coils in arbitrary position in three-dimensional coordinate system is extracted via numerical analysis method. Using the calculations of mutual inductance determine the optimum position of the RX coil to maximize power transfer efficiency. In this thesis, we study three kinds of coils (helical circular coil, spiral circular coil and spiral rectangular coil). We proposed the best angle to maximize the efficiency depends on the radii of the two circular coils and their relative position. The experimental results are in good agreement with the results which based on the analysis. The results show that the proposed optimal transmission scheme can achieve the highest power transmission efficiency. We also proposed the best design of spiral circular coil via changing the radius of coil and the number of coils’ turns to obtain maximum PTE. We calculated the mutual inductance of rectangular coils by this method. Whether it is circular coils or rectangular coils, optimum position can be found and the transmission efficiency can be improved.