Inductive Power Transfer (IPT) method becomes more and more popular for the Electric Vehicle (EV) battery charger due to its convenience and safety in comparison with plugged-in charger. In recent years, Lithium batteries are increasingly used in EVs and Constant Current/Constant Voltage (CC/CV) charge needs to be adopted for the high efficiency charge. However, it is not easy to design the IPT Battery Charger which can charge the battery with CC/CV charge under the wide range of load variation due to the wide range of variation in its operating frequency. This paper propose a new design and control method which makes it possible to implement the CC/CV mode charge with minimum frequency variation (less than 1kHz) during all over the charge process. A 6.6kW prototype charge has been implemented and 96.1% efficiency was achieved with 20cm air gap between the coils.
Inductive power transfer (IPT) systems for electric vehicles generally require zero phase angle (ZPA) frequency tracking control to achieve high efficiency. Current sensors are used for ZPA frequency tracking control. However, the use of current sensors causes several problems, such as switching noise, degrading control performance, and control complexity. To solve these problems, this study proposes ZPA frequency tracking control without current sensors. Such control enables ZPA frequency tracking without real-time control and achieves stable zero voltage switching operation closed to ZPA frequency within all coupling coefficient and load ranges. The validity of the proposed control algorithm is verified on LCCL-S topology with a 3.3 kW rating IPT experimental test bed. Simulation verification is also performed.
본 논문에서는 그 동안 서울대학교에서 수행된 무선 전력 전송 관련 몇 가지 기본적인 연구 결과를 요약 정리하였다. 첫 번째 고찰은 무선전력 전송의 물리적인 한계에 대한 것으로, 주어진 안테나(공진기)를 이용하여 주어진 거리에서 얻을 수 있는 전송효율의 한계를 구면파 모드 이론을 이용하여 구하는 것이다. 두 번째로, 무선 전력 전송에서 사용되는 전력원의 종류에 따른 무선 전력 전송 특성 변화를 연구한 것이다. 더불어, 무선 전력 전송 안테나 사이의 거리가 변할 때 효율적인 전력전송이 가능한 방법을 제안하는 것이다. 마지막으로, 그 동안 무선 전력 전송에서 불분명하게 사용된 자기 유도방식과 자기 공명 방식의 차이를 분명히 하고자 하였으며, 결합 모드 이론을 이용하여 정량적인 구별 기준을 제시하였다.
무선전력전송은 각종 전자기기에 필요한 전력을 전선 없이 무선으로 공급하는 기술이다. 무선전력전송 기술은 자기 코일을 이용하는 근거리 무선전력전송 기술과 안테나를 이용하는 원거리 무선전력전송 기술로 구분된다. 본 연구에서는 시설물 관리용 전원공급 문제를 해결하기 위한 방안으로 UWB를 활용하여 초정밀 측위가 가능한 RTLS 태그와 무선 충전부를 설계하였다. 무선 충전 패드는 자기 공진 방식을 이용하여 4개의 기기를 충전할 수 있는 기능을 제공한다.
웨어러블 디바이스는 일상생활에서 실질적으로 필수적이며 사용자들에게 편리하게 이용되고 건강관리와 의학 분야 등에 활용되고 있다. 전력분야에서 전원 배터리의 사용시간의 한계를 극복하고 효율적인 충전방법에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 무선전력전송은 전선을 사용하지 않고 무선으로 전기장을 부하에 전력을 전달하는 기술이다. 이 전송기술은 저 전력의 스마트폰에서부터 고 전력을 사용하는 철도 충전시스템까지 응용분야가 다양하다. 충전방식은 유도방법과 자기공진방법의 2 종류로 나누는데 자기공진주파수는 13.45 Mhz를 사용하였다. 본 연구에서는 전송효율을 측정 비교하기 위하여 2 종류의 하드웨어를 구현한 후 비교하는데 있다.
To deal with the major challenges of embedded sensor networks, we consider the use of magnetic fields as a means of reliably transferring both information and power to embedded sensors. We focus on a power allocation strategy for an orthogonal frequency-division multiplexing system to maximize the transferred power under the required information capacity and total available power constraints. First, we consider the case of a co-receiver, where information and power can be extracted from the same signal. In this case, we find an optimal power allocation (OPA) and provide the upper bound of achievable transferred power and capacity pairs. However, the exact calculation of the OPA is computationally complex. Thus, we propose a low-complexity power reallocation algorithm. For practical consideration, we consider the case of a separated receiver (where information and power are transferred separately through different resources) and propose two heuristic power allocation algorithms. Through simulations using the Agilent Advanced Design System and Ansoft High Frequency Structure Simulator, we validate the magnetic-inductive channel characteristic. In addition, we show the performances of the proposed algorithms by providing achievable ${\eta}$-C regions.
Recent improvement in semiconductor technology make efficient switching possible at higher frequencies, which benefits the application of wireless inductive energy transfer. However, a higher frequency does not alter the magnetic coupling between energy transmitter and receiver. Due to the still weak magnetic coupling between transmitting and receiving sides that are separated by a substantial air gap, energy circulates in the primary transmitting side without being transferred to the secondary receiving side. This paper proposes an analysis on the system efficiency to determine the optimal impedance requirement for coils, rectifier and DC-DC Converter. A novel Boost DC-DC Converter is designed to provide the optimal impedance matching in WPT(Wireless Power Transfer) system for various loads.
Wireless power transfer (WPT) technology with various transfer mechanisms such as inductive coupling, magnetic resonance and capacitive coupling is being widely researched. Until now, power transfer efficiency (PTE) and power transfer capability (PTC) have been the primary concerns for designing and developing WPT systems. Therefore, a lot of studies have been documented to improve PTE and PTC. However, power consumption in the standby mode, also defined as the no-load mode, has been rarely studied. Recently, since the number of WPT products has been gradually increasing, it is necessary to develop techniques for reducing the standby power consumption of WPT systems. This paper investigates the standby power consumption of commercial WPT products. Moreover, a standby power reduction technique for WPT systems via magnetic resonance coupling (MRC) with a parallel resonance type resonator is proposed. To achieve a further standby power reduction, the voltage control of an AC/DC travel adapter is also adopted. The operational principles and characteristics are described and verified with simulation and experimental results. The proposed method greatly reduces the standby power consumption of a WPT system via MRC from 2.03 W to 0.19 W.
The 3D printing of electronics has been a major application topics in additive manufacturing technology for a decade. In this paper, wireless power transfer (WPT) technology for 3D electronics is studied to supply electric power to its inner circuit. The principle of WPT is that electric power is induced at the recipient antenna coil under an alternating magnetic field. Importantly, the efficiency of WPT does rely on the design of the antenna coil shape. In 3D printed electronics, a flat antenna that can be placed on the printed plane within a layer of a 3D printed part is used, but provided a different antenna response compared to that of a conventional PCB antenna for NFC. This paper investigates the WPT response characteristics of a WPT antenna for 3D printed electronics associated with changes in its design elements. The effects of changing the antenna curvature and the gap between the wires were analyzed through experimental tests.
A transmitting coil with an optimal topology and number of turns can effectively improve the performance of the wireless power transfer (WPT) systems for endoscope robots. This study proposes the evaluation parameters of the transmitting coils related to the performance of the WPT system to standardize the design of the transmitting coils. It considers both the quality factor of transmitting coils and the coupling factor between the two sides. Furthermore, an analytical model of transmitting coils with different topologies is built to exactly estimate the evaluation parameters. Several coils with the specified topologies are wound to verify the analytical model and the feasibility of evaluation parameters. In the case of a constant power received, the related evaluation parameters are proportional to the transfer efficiency of the WPT system. Therefore, the applicable frequency ranges of transmitting coils with different topologies are determined theoretically. Then a transmitting coil with a diameter of 69 cm is re-optimized both theoretically and experimentally. The transfer efficiency of the WPT system is increased from 3.58% to 7.37% with the maximum magnetic field intensity permitted by human tissue. Finally, the standardized design of the transmitting coil is achieved by summing-up and facilitating the optimization of the coils in various situations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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