Efficiency Enhancement in a Multi-coil Wireless Power Transfer System
Description
Wireless power transfer technology via magnetic resonance coupling now has significant interest in industry and research with many applications. This paper proposes a linear multiple transmitter coil array (5 coils) for wireless power transfer for added gain and hence higher transfer efficiency in comparison to a single transmitter coil. The frequency splitting effect as a result of the coupling between the resonant transmitter coils due to their close proximity is shown to reduce the transfer efficiency to a receiver. The effect of the array spacing on splitting effect suppression is verified. It is shown that the splitting effect is sup-pressed as the distance between the coils is increased leading to a higher received signal and hence higher efficiency. Proposed horizontal displacement of the middle transmitter coils (2nd and 4th coils) in the coil array is shown to suppress frequency splitting. To further suppress the splitting effect due to the magnetic coupling between the transmitter coils, a multiple transmitter array is proposed with different coil turns. Thus it is shown that designing the multiple coil array with mixed number of coil turns (the 2nd and 4th coils are designed to have different number of turns as compared to the other three coils) causes uniform coupling among the coils reducing and eventually eliminating the splitting effect. Also to increase the efficiency at the receiver coil, displaced stacked coils are introduced on top of the coil array. The pro-posed stacked coil array is demonstrated to improve the transfer efficiency. Using the techniques, the proposed linear array structure achieves a transfer efficiency of 36.9% for a receiver coil at the boresight of the array at a transfer distance of 40 cm.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تتمتع تقنية نقل الطاقة اللاسلكية عبر اقتران الرنين المغناطيسي الآن باهتمام كبير بالصناعة والبحث مع العديد من التطبيقات. تقترح هذه الورقة مجموعة ملفات خطية متعددة لجهاز الإرسال (5 ملفات) لنقل الطاقة لاسلكيًا لتحقيق كسب إضافي وبالتالي كفاءة نقل أعلى مقارنة بملف جهاز إرسال واحد. يظهر تأثير تقسيم التردد نتيجة للاقتران بين ملفات جهاز الإرسال الرنانة بسبب قربها الشديد لتقليل كفاءة النقل إلى جهاز الاستقبال. يتم التحقق من تأثير تباعد المصفوفة على قمع تأثير التقسيم. يظهر أن تأثير التقسيم يتم ضغطه مع زيادة المسافة بين الملفات مما يؤدي إلى إشارة استقبال أعلى وبالتالي كفاءة أعلى. تظهر الإزاحة الأفقية المقترحة لملفات جهاز الإرسال الأوسط (الملفان الثاني والرابع) في مصفوفة الملف لمنع تقسيم التردد. لزيادة قمع تأثير الانقسام بسبب الاقتران المغناطيسي بين ملفات جهاز الإرسال، يتم اقتراح مصفوفة جهاز إرسال متعددة مع لفات ملف مختلفة. وهكذا يتضح أن تصميم مصفوفة الملفات المتعددة بعدد مختلط من لفات الملفات (تم تصميم الملفين الثاني والرابع بحيث يكون لهما عدد مختلف من اللفات مقارنة بالملفات الثلاثة الأخرى) يتسبب في تقارن منتظم بين الملفات مما يقلل من تأثير التقسيم ويزيله في النهاية. أيضًا لزيادة الكفاءة في ملف جهاز الاستقبال، يتم إدخال الملفات المكدسة المزالة أعلى مصفوفة الملف. يتم عرض مجموعة الملفات المكدسة المقترحة لتحسين كفاءة النقل. باستخدام التقنيات، تحقق بنية المصفوفة الخطية المقترحة كفاءة نقل تبلغ 36.9 ٪ لملف جهاز الاستقبال عند مسقط المصفوفة على مسافة نقل تبلغ 40 سم.Translated Description (French)
La technologie de transfert d'énergie sans fil par couplage par résonance magnétique a maintenant un intérêt significatif dans l'industrie et la recherche avec de nombreuses applications. Cet article propose un réseau linéaire de plusieurs bobines émettrices (5 bobines) pour le transfert de puissance sans fil pour un gain supplémentaire et donc une efficacité de transfert plus élevée par rapport à une seule bobine émettrice. Il est démontré que l'effet de division de fréquence résultant du couplage entre les bobines émettrices résonantes en raison de leur proximité étroite réduit l'efficacité de transfert vers un récepteur. L'effet de l'espacement du réseau sur la suppression de l'effet de division est vérifié. Il est démontré que l'effet de division est sup-pressé à mesure que la distance entre les bobines augmente, ce qui conduit à un signal reçu plus élevé et donc à une efficacité plus élevée. Il est démontré que le déplacement horizontal proposé des bobines d'émetteur du milieu (2e et 4e bobines) dans le réseau de bobines supprime la division de fréquence. Pour supprimer davantage l'effet de division dû au couplage magnétique entre les bobines d'émetteur, un réseau d'émetteurs multiples est proposé avec différentes spires de bobine. Ainsi, il est montré que la conception du réseau de bobines multiples avec un nombre mixte de spires de bobine (les 2ème et 4ème bobines sont conçues pour avoir un nombre de spires différent par rapport aux trois autres bobines) provoque un couplage uniforme entre les bobines réduisant et éliminant finalement l'effet de division. Également pour augmenter l'efficacité au niveau de la bobine réceptrice, des bobines empilées déplacées sont introduites sur le dessus du réseau de bobines. Il est démontré que le réseau de bobines empilées pro-posé améliore l'efficacité de transfert. En utilisant les techniques, la structure de réseau linéaire proposée atteint une efficacité de transfert de 36,9 % pour une bobine réceptrice au niveau de la ligne de visée du réseau à une distance de transfert de 40 cm.Translated Description (Spanish)
La tecnología de transferencia de energía inalámbrica a través del acoplamiento por resonancia magnética ahora tiene un interés significativo en la industria y la investigación con muchas aplicaciones. Este documento propone una matriz de bobinas transmisoras múltiples lineales (5 bobinas) para la transferencia de energía inalámbrica para obtener una ganancia adicional y, por lo tanto, una mayor eficiencia de transferencia en comparación con una sola bobina transmisora. Se muestra que el efecto de división de frecuencia como resultado del acoplamiento entre las bobinas transmisoras resonantes debido a su proximidad cercana reduce la eficiencia de transferencia a un receptor. Se verifica el efecto del espaciado de la matriz en la supresión del efecto de división. Se muestra que el efecto de división se suprime a medida que aumenta la distancia entre las bobinas, lo que conduce a una señal recibida más alta y, por lo tanto, a una mayor eficiencia. Se muestra que el desplazamiento horizontal propuesto de las bobinas transmisoras medias (2ª y 4ª bobinas) en la matriz de bobinas suprime la división de frecuencia. Para suprimir aún más el efecto de división debido al acoplamiento magnético entre las bobinas transmisoras, se propone una matriz de transmisores múltiples con diferentes vueltas de bobina. Por lo tanto, se muestra que el diseño de la matriz de bobinas múltiples con un número mixto de vueltas de bobina (las bobinas segunda y cuarta están diseñadas para tener un número diferente de vueltas en comparación con las otras tres bobinas) provoca un acoplamiento uniforme entre las bobinas, lo que reduce y finalmente elimina el efecto de división. También para aumentar la eficiencia en la bobina receptora, se introducen bobinas apiladas desplazadas en la parte superior de la matriz de bobinas. Se demuestra que la matriz de bobinas apiladas propuesta mejora la eficiencia de transferencia. Usando las técnicas, la estructura de matriz lineal propuesta logra una eficiencia de transferencia del 36.9% para una bobina receptora en el eje de puntería de la matriz a una distancia de transferencia de 40 cm.Files
1085.pdf
Files
(1.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:253aec10f3a009be81cef75ac5c03262
|
1.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحسين الكفاءة في نظام نقل الطاقة اللاسلكي متعدد الملفات
- Translated title (French)
- Amélioration de l'efficacité dans un système de transfert d'énergie sans fil à bobines multiples
- Translated title (Spanish)
- Mejora de la eficiencia en un sistema de transferencia de energía inalámbrico de múltiples bobinas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3129848007
- DOI
- 10.17762/pae.v58i1.1288