طراحی و پیاده‌‏سازی سامانه ‌انتقال توان بیسیم مبتنی بر تشدید‌کننده‌های تزویج‌شده مغناطیسی مارپیچ با بازده بالا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه برق/ دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی/تهران/ایران

2 گروه مهندسی برق، دانشکده علوم و مهندسی، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 عضو هیئت علمی دانشکده علوم مهندسی، دانشکده فنی، دانشگاه تهران

چکیده

سامانه‌های انتقال توان بیسیم غیر تشعشعی بر پایه تشدیدکننده‏های تزویج شده مغناطیسی، به‌واسطه بازده بالا در مسافت‏های انتقال بیشتر از قطر سیم‏پیچ‏هایشان و محدوده میانی عملکردشان مورد توجه محققین زیادی قرار گرفته است. ساختار ارائه‌شده در این مقاله طراحی و پیاده‏سازی یک سامانه انتقال توان بیسیم مبتنی بر 4 سیم‏پیچ شامل سیم‏پیچ‏های تحریک، فرستنده، گیرنده و بار ارائه شده است. در حالتی که فرکانس تقویت‌کننده کلاس E با فرکانس تشدید فرستنده و گیرنده برابر باشد انتقال توان صورت خواهد گرفت. هدف این مقاله رسیدن به بالاترین بازده کاری بدون طراحی سامانه تطبیق امپدانس اضافی است و این رویکرد با تنظیم ضرایب تزویج و تغییر فاصله بین سیم‏پیچ‏های تحریک-بار و تشدیدکننده محقق خواهد شد. بیشینه بازده در فاصله cm 15، 93 درصد است و در فاصله cm 60 و cm 100 به ترتیب 3/56 و 6/35 درصد بهبود بازده نسبت به وضعیت ثابت بودن سیم‏پیچ‏ها مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and Implementation of a Highly Efficient Wireless Power Transfer System Using Magnetic Spiral Resonant Coupling

نویسندگان [English]

  • SAM MOEINI 1
  • J. Bazr Afshan 2
  • Abdorreza Torabi 3
1 Department of electrical engineering /iIslamic Azad university/central tehran branch
2 School of Engineering Science, College of Engineering, University of Tehran
3 School of Engineering Science, College of Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

Non-radiative wireless power transfer systems based on magnetic resonant coupling have received the attention of many researchers, due to their high efficiency over distances greater than the diameter of their coils and their mid- range of operations. In this article, the design and implementation of a 4-wireless power transmission system consisting of a power coil (drive loop), a transmitting coil (Tx coil), a receiving coil (Rx coil) and a load coil (load loop) is presented. Power is transmitted when the frequency of the E class amplifier is equal to the self-resonant frequency of the transceiver coils. The purpose of this paper is to achieve the highest efficiency without designing an additional impedance matching system. This condition is achieved by varying the coupling factor between the power coil (load) and the two resonators. The maximum efficiency is 93% at 15 cm and using this method results in efficiency improvements of 56.3% and 35.6% at the distances of 60 cm and 100 cm respectively, compared to the case of the coils being fixed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wireless Power Transfer
  • 4-Coils
  • Efficiency
  • Magnetic resonant coupling

مراجع

   [1]      M. Ghorbel, M. Samet, A. Bhamida, and J. Tomas, “An Advanced Low Power and Versatile CMOS Current Driver for Multi-Electrode Cochlear Implant Microstimulator,” Journal of Low electronics. Vol 2, No. 3, December 2006. P.p 1-14.##
   [2]      J. Ohta, T. Tokuda, K. Sasagawa, T. Noda, "Implantable CMOS biomedical devices", Sensors, vol. 9, no. 11, pp. 9073-9093, 2009.##
   [3]      Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies, Vol. 1, No. 4, Article 143. Publication date: December 2017##
   [4]      Narayanamoorthi R, Vimala Juliet A, Bharatiraja Chokkalingam, Sanjeevikumar Padmanaban and Zbigniew M. Leonowicz “Class E Power Amplifier Design and Optimization For the Capacitive Coupled Wireless Power Transfer System in Biomedical Implants” Energies 2017, 10, 1409##
   [5]      Roes, M.G.L., Duarte J.L, Hendrix, M.A.M, Lomonova E.A," Acoustic Energy Transfer: A Review," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, pp. 242-248, 2013##
   [6]      S.D. Rankhamb and A. P. Mane, "Review Paper on Wireless Power Transmission", IJSR, vol. 5, no. 2, pp. 1340-1343, 2016##
   [7]      X. Lu, P. Wang, D. Niyato, D. Kim and Z. Han, "Wireless Charging Technologies: Fundamentals, Standards, and Network Applications", IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 18, no. 2, pp. 1413- 1452, 2016.##
   [8]      A. Siddiqui, A. Nagani and R. Ali, "Wireless Power Transfer Techniques: A Review", Recent and Innovation Trends in Computing and Communication, vol. 3, no. 12, pp. 6711-616, 2015.##
   [9]      Ki.Young Kim,”Wireless Power Transfer Prinsiple And Engineering Expolaration.ISBN:978-953-307-874-8##
[10]      B. L. Cannon, J. F. Hoburg, D. D. Stancil, and S. C. Goldstein, “Magneticresonant coupling as a potential means for wireless power transfer to multiple small receivers,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no 7, pp. 1819–1825, Jul. 2009.##
[11]      Ahmad,Naderna”Two-side Impedance Matching for Maximum Wireless Power TransmissIETE Journal of Research · December 2015ion##
[12]      Benjamin H. Waters, Brody J. Mahoney, Gunbok Lee and Joshua R. Smith, “Optimal Coil Size Ratios for Wireless Power Transfer Applications”, 28 July 2014##
[13]      F. Grover, Inductance calculations, ser. Dover phoenix editions. Dover Publications, Incorporated, 2004##
[14]      S. Senjuti, “Design and optimization of efficient wireless power transfer links for implantable biotelemetry systems,” Master’s thesis, University of Western Ontario, May 2013##
[15]      L. H. Chen, S. Liu, Y. C. Zhou, and T. J. Cui, "An optimizable circuit structure for high-efficiency wireless power transfer," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 1, pp. 339-349, Jan 2013.##
[16]      W. C. Brown, "The History of Power Transmission by Radio Waves," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 32, no. 9, pp. 1230-1242,##
[17]      A. P. Sample, D. T. Meyer and J. R. Smith, "Analysis, Experimental Results, and Range Adaptation of Magnetically Coupled 1-Resonators for Wireless Power Transfer," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 2, pp. 544-554, Feb. 2011##
[18]      K. Kaiser, Electromagnetic Compatibility Handbook, ser. Electrical engineering handbook series. Taylor & Francis, 2004. [Online].Available:http://books.google.com/books?id=nZzOAsroBIEC##
[19]      M. K. Kazimierczuk, RF Power Amplifiers, John Wiley & Sons, New York, NY, 2008##
 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 دی 1398
  • تاریخ بازنگری: 02 شهریور 1399
  • تاریخ پذیرش: 08 اردیبهشت 1399
  • تاریخ انتشار: 01 آذر 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار