소형 비행선의 무선 전력 공급 시스템 개발 Development of Wireless Power Transfer System

for Small Airship

최지훈 ( 전북과학고 ), 송시원 ( 정읍고 ) , 정익수 ( 전북과학고 ), 이지수 ( 근영여고 ), 허준영 ( 상산고 )

멘토 : 이정률 교수님부멘토 : 최미진 , 신혜진

항공우주공학과 & 로스알라모스연구소 - 전북대학교 한국공학연구소

전북대학교

2013. 02. 06

오디세우스 프로젝트 중간발표

발표 순서

1. 구성원 소개

2. 연구 목적

3. 선행연구 - 무선전력전송 기술

4. 진행 사항

5. 향후 계획

6. 오디세우스 프로젝트를 통해 배운 점

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1. 구성원 소개

멘티 :최지훈 ( 전북과학고 ) , 송시원 ( 정읍고 ), 정익수 ( 전북과학고 ), 이지수

( 근영여고 ), 허준영 ( 상산고 )

멘토 : 이정률 교수 부멘토 : 박사과정 최미진 , 신혜진

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레이저 발생기(532nm)

하단부에 태양 전지 설치

전력 충전 !

대류권

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태양전지판 태양전지판

2. 연구목적 (1)

태양전지와 레이저를 이용한소형 비행선의 무선전력공급시스템 개발

햇빛에 민감한 전지

Laser 에 민감한 전지

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2. 연구목적 (2)

어째서 Laser 라는 수단을 택했는가 ?

자기유도 방식자기공명 방식RF 방식광학 방식(Laser)

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3. 무선전력전송 기술 (1)

Galaxy S III

① 거리가 수 cm, m 일 때만전력 전송 가능

핸드폰 간 전자기장으로 충전

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② 매우 제한적 상황에서만 전력 전송 가능

Optimus LTE 2

3. 무선전력전송 기술 (2) – 자기유도 ( 공명 ) 방식

③ 거리가 멀어지면효율이 매우 낮아짐

(거리 )

( 전자기장 세기 )

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Figures from http://www.intemag.com/faqs.html (FAQs on Magnets and Magnetics – Integrated Magnetics)

3. 무선전력전송 기술 (3) – 자기유도 ( 공명 ) 방식의 한계

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1거리

전자기장의세기

① 인체에 유해하다 .

전파를 이용한 전력 전송 방식

② 공간적 제약이 크다 .

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3. 무선전력전송 기술 (4) – RF 방식의 한계

비교적 먼 거리까지 전력을 전송할 수 있다 .

거리에 따른 에너지 손실 , 효율 저하가 적다 .

공간의 제약이 적다 .

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3. 무선전력전송 기술 (5) – 레이저방식의 장점

마이크로파나 레이저를 통해 우주선으로 에너지를 발사하는 방식은중요한 경제적 잠재력을 가지고 있다 .

레이저 방식은 특히 마이크로파 방식에 비교해 보았을 때 , 확실한기술적 , 운용 및 경제적 이점을 가지고 있다 .

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(Steinsiek et al. Wireless Power Transmission Experiment using an airship as relay sytem and movable rover as ground target for later planetary exploration missions, 2004)

3. 무선전력전송 기술 (6) – 레이저 전력 전송 방식 선행연구

4. 진행사항 – 태양전지 자동차 실습을 통한 태양전지 원리 학습(1)

목적 : 태양 전지 작동 원리 이해

모터

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2V, 400 mA태양전지

N- 형 반도체

P- 형 반도체

LOAD

전자

정공

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4. 진행사항 – 태양전지 자동차 실습을 통한 태양전지 원리 학습 (2)

N 형 반도체

P 형 반도체

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4. 진행사항 – 태양전지 자동차 실습을 통한 태양전지 원리 학습 (3)

50m

레이저 발생기

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4. 진행사항 – 50 m 장거리 레이저 실험 (1)

1. 비행선을 띄웠을 때처럼 먼 거리에서의 상황을 구현

2. 거리와 레이저의 세기의 변화에 따른 레이저의 크기 변화를 확인

3. 실제 비행기에 부착 해야 할 태양전지의 크기를 추정해 볼 수 있다

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4. 진행사항 – 50 m 장거리 레이저 실험 의의 (2)

• 태양전지를 이용한 충전실험 태양전지실리콘결정계

비결정계화합물…

효율 ↑ / 무게 ↑

효율 ↓ / 무게 ↓

GaInP, GaAs, InP

a-Si c-Si GaInP

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4. 진행사항 – 태양전지 비교 실험 (1)

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4. 진행사항 – 태양전지 비교 실험 (2)

태양 전지

브레드보드

Super Ca-pacitor

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4. 진행사항 – 태양전지 비교 실험 (3)

레이저

컴퓨터

결정질 , 비결정질 충전 시간 비교

비결정질결정질1V 충전 - 40 초 (0.66분 )

1V 충전 1288 초(21.41 분 )

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4. 진행사항 – 태양전지 비교 실험 결과 (4)

1. 태양 전지 자동차 실험

2. 50m 거리에서 Laser 실험

3. 동일 조건에서의 결정질 , 비결정질 전지 충전 시간 , 전압 비교 실험

4. 실험에 사용할 비행선 선정

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4. 진행사항 – 결론

5. 향후 계획

1. 실험을 통해 비행선에 가장 적합한 전지와 전지 크기 선정

2. 비행선 구입 및 적재 하중을 고려해 개조

3. 비행선을 이용한 공중 실험

4. 실험 내용과 결과를 바탕으로 보고서 및 논문 작성

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전문적 실험 도구의 사용법 , 전문가용 프로그램 등 학교 과학실에서는 배울 수 없던 전문적 지식과 실제 실험실 환경 , 분위기에 대해 그 분야의 전문가들에게 많은 것을 배우고 , 스스로도 직접 느낄 수 있었다 .

6. 오디세우스 프로젝트를 통해 배운 점

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끝The End

오디세우스 프로젝트 항공우주공학과

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