In wireless power transfer systems, it is important to design resonant energy links in order to increase the power transfer efficiency and to obtain desired system performances. This paper proposes a method for designing and analyzing the resonant energy links in a series-series configured IPT (inductive power transfer) system using the FOM-rd plane. The proposed FOM-rd graphical design plane can analyze and design the voltage gain and the power efficiency of the energy links while considering changes in the misalignment between the coils and the termination load condition. In addition, the region of the bifurcation phenomena, where voltage gain peaks are split over the frequency, can also be distinctly identified on the graphical plane. An example of the design and analysis of a 100 W inductive power transfer system with the proposed method is illustrated. The proposed method is verified by measuring the voltage gain and power efficiency of implemented hardware.
본 논문에서는 전자 유도 법칙을 이용한 차량용 유도 전력 집전장치가 제안하였으며 전력 전송 특성을 개선하기 위한 전력 집전체의 몇 가지 설계에 관련된 개점을 제시하였다. 또한 다양한 공진 주파수로 동작되는 직렬 공진 컨버터와 연결하여 전력 전송 시스템의 해석을 나타내었다. 동작 주파수와 파라미터의 변동에 대한 시스템의 민감도가 고려되며, 유도 전력 전송 시스템에 있어서 전력은 코일이나 트랙의 형태인 1차 권선을 통하여 하나, 혹은 그 이상의 절연된 급전 코일로 전송된다. 본 논문은 유도전력전송의 집전장치의 구조를 기존변압기와 유사한 등가회로의 파라미터로 구성하고, 공극 및 권선을 고려한 1차, 2차측 파라미터를 설정하여 1차측 급전 주파수의 변화에 따른 집전특성에 대하여 기술하였다.
In this paper, the bifurcation criteria for inductive power transfer (IPT) systems is suggested considering the inductive power pad losses. The bifurcation criteria for series-series (SS) and series-parallel (SP) topologies are derived in terms of the main parameters of the IPT system. For deriving precise criteria, power pad resistance is obtained by copper loss calculation and core loss analysis. Utilizing the suggested criteria, possibility of bifurcation occurrence can be predicted in the design process. In order to verify the proposed criteria, 50 W IPT laboratory prototype is fabricated and the feasibilities of the switching frequency and AC load resistance shift to escape from bifurcation are identified.
This paper shows the analysis of the inductive power transfer system in conjunction with series resonant converter operating variable high frequency. Of particular interest is the sensitivity of the complete system to variations in operational frequency and parameters. In inductive power transfer system, electrical power is transferred from a primary winding in the form of a coil or track, to one or more isolated pick-up coils that may relative to the primary. The ability to transmit power without contact enables high reliability and easy maintenance that allows inductive power transfer system to be implemented in hostile environments. This technology has found application in many fields such as electric vehicles, PRT(Personal Rapid Transit) etc. The coupling between the primary and secondary is then presented to include the effects of parameter and operational frequency variation.
자기 공진 결합 (resonant inductive coupling) 현상을 이용한 무선 전력 전송 기술을 구현하기 위하여 새로운 구조의 자기 공진기를 제시한다. MIT 연구팀이 제안한 헬릭스 (helix) 모양의 자기 공진기의 크기를 줄이고, 공진 주파수 10 MHz를 유지하며, 무선 전력 전송 효율이 크게 열화 되지 않도록 설계한다. 새로운 구조의 자기 공진기는 스파이럴 (spiral) 모양으로써 헬릭스 모양 대비 소형화를 달성하였다. 스파이럴 모양 ($1,696cm^3$)의 자기 공진기는 헬릭스 모양 ($59,376cm^3$) 대비 97% 소형화를 이룩하였고, 무선 전력 전송 효율은 기존 기술 (2 m 거리에서 40 % 전송 효율) 대비 9% 이하로 차이를 줄임으로써 무선 전력 전송 기술의 실용화에 기여할 수 있게 되었다.
In this paper, the inductive power collector using electromagnetic induction for the PRT{Personal Rapid Transit) system is suggested and some ideas for power collector design to improve the power transfer performance are presented. The proposed the inductive power collector is used for the PRT system, which has a large air-gap and demands a large electrical power capability. But, low output power is generated due to a loosely coupled characteristic of the large air-gap. Therefore, double layer construction of secondary winding, which was divided in half to increase both output current and output voltage was suggested. Also, model of power collector and parallel winding structure are presented, in addition, the performance of inductive power collector to alignment condition between the primary power line and the inductive power transformer was verified by computer simulation of 2kW model.
In this paper, the inductive power transformer using electromagnetic induction for the road/railway applied to contactless power transfer system is suggested and some ideas for power collector design to improve the power transfer performance are presented. The proposed the inductive power transformer is used for the light railway/road transportation system. which has a large air-gap and demands a large electrical power capability. But. low output power is generated due to a loosely coupled characteristic of the large air-gap. Therefore, double layer construction of secondary winding, which was divided in half to increase both output current and output voltage was suggested. In addition, the performance of inductive power transformer to alignment condition between the primary power line and the inductive power transformer was verified by computer simulation of 2kW model.
This paper shows the analysis of the inductive power transfer system in conjunction with series resonant converter operating variable high frequency. Of particular interest is the sensitivity of the complete system to variations in operational frequency and parameters. In inductive power transfer system, electrical power is transferred from a prima교 winding in the form of a coil or track, to one or more isolated pick-up coils that may relative to the primary. The ability to transmit power without contact enables high reliability and easy maintenance that allows inductive power transfer system to be implemented in hostile environments. This technology has found application in many fields such as electric vehicles, PRT(Personal Rapid Transit) etc. The coupling between the primary and secondary is then presented to include the effects of parameter and operational frequency variation.
In this paper, the concept of contactless inductive power transfer system used for the PRT system is suggested and some ideas for Power transformer design to improve the power transfer performance are presented. This system has a large air-gap and demands a large electrical power capability But, low output power is generated due to a loosely coupled characteristic of the large air-gap. Therefore, double layer construction of secondary winding, which was divided in half to increase both output current and output voltage was suggested. In addition, the performance of power transformer alignment condition between the primary power line and the power collector was verified by computer simulation of 2kW model.
In this paper, performance of rectangular shaped magnetic power pads for inductive power transfer (IPT) system according to ferrite structure is analyzed. In order to evaluate the influences of ferrite structure, six cases of magnetic power pads are proposed. Self-inductance, coupling coefficient, quality factor, and coil to coil efficiency are compared as the displacement increases in the direction of x or y axis. For accurate estimation, finite element method (FEM) simulation is used and loss components of the power pads are numerically calculated and considered. Through the simulation and measured results, effectiveness of protrusive and enveloping ferrite structure is identified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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