The technology of inductive power transfer has been proved to be a promising solution in many applications especially in electric vehicle (EV) charging systems, due to its features of safety and convenience. However, loosely coupled transformers lead to the system efficiency not coming up to the expectation at the present time. Therefore, at first, the magnetic core losses are calculated with a novel magnetic-circuit model instead of the commonly used finite-element-method (FEM) simulations. The parameters in the model can be obtained with a one-time FEM simulation, which makes the calculation process expeditious. When compared with traditional methods, the model proposed in the paper is much less time-consuming and relatively accurate. These merits have been verified by experimental results. Furthermore, with the proposed loss calculation model, the system is optimized by parameter sweeping, such as the operating frequency and winding turns. Specifically, rather than a predesigned switching frequency, a more efficiency-optimized frequency for the series-parallel (SP) compensation topology is detected and a detailed investigation has been presented accordingly. The optimized system is capable of an efficiency that is greater than 93% at a coil separation distance of 200mm and coil dimensions of $600mm{\times}400mm$.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.13
no.3
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pp.173-177
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2013
This paper presents a new method for analyzing the maximum efficiency of a wireless power transfer (WPT) system with multiple n resonators. The method is based on ABCD matrices and allows transformation of the WPT system with multiple n resonators into a single two-port network system. The general maximum efficiency equation of a WPT system with multiple n resonators is derived using the ABCD matrix. Use of this equation allows placement of the relay resonators for maximum efficiency even though they are asymmetrical. The general maximum efficiency equation and the method of the optimum placement are verified by a full wave simulation. The results show that the method is useful for the analysis of a WPT system with relay resonators.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.10
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pp.5116-5131
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2017
This paper studies the radio frequency to direct current (RF-DC) conversion efficiency of rectennas applicable to wireless power transfer systems, where multiple receive antennas are arranged in serial, parallel or cascaded form. To begin with, a 2.45 GHz dual-diode rectifier is designed and its equivalent linear model is applied to analyze its output voltage and current. Then, using Advanced Design System (ADS), it is shown that the rectifying efficiency is as large as 66.2% in case the input power is 15.4 dBm. On the other hand, to boost the DC output, three composite rectennas are designed by inter-connecting two dual-diode rectifiers in serial, parallel and cascade forms; and their output voltage and current are investigated using their respective equivalent linear models. Simulation and experimental results demonstrate that all composite rectennas have almost the same RF-DC conversion efficiency as the dual-diode rectifier, yet the output of voltage or current can be significantly increased; in particular, the cascade rectenna obtains the highest rectifying efficiency.
As the wireless power transfer (WPT) technology based on strongly resonance coupled method realizes large power charging without any wires through the air, there are advantages compared with the wired counterparts, such as convenient, safety and fearless transmission of power. From this reason, the WPT systems have started to be applied to the wireless charging for various power applications such as train, underwater ship, electric vehicle. This study aims for the effect and characteristics of different inserted resonance coil between Tx and Rx coils for charging system of superconducting magnetic levitation (MAGLEV) train. The transfer efficiency and effect are evaluated with helix type, rectangular type copper resonance coil, and HTS resonance coil under bulb and HTS magnet load, respectively. The input power is adapted with radio frequency (RF) power of 370 kHz below 500 W.
Generally, a single phase H-bridge converter feeding a single primary track is employed in conventional inductive power transfer systems. However, these systems may not be suitable for some high power applications due to the constraints of the semiconductor switches and the cost. To resolve this problem, a novel dual coupled primary tracks IPT system consisting of two high frequency resonant inverters feeding the tracks is presented in this paper. The primary tracks are wound around an E-shape ferrite core in parallel which enhances the magnetic flux around the tracks. The mutual inductance of the coupled tracks is utilized to achieve adjustable power sharing between the inverters by configuring the additional resonant capacitors. The total transfer power can be continuously regulated by altering the pulse width of the inverters' output voltage with the phase shift control approach. In addition, the system's efficiency and the control strategy are provided to analyze the characteristic of the proposed IPT system. An experimental setup with total power of 1.4kW is employed to verify the proposed system under power ratios of 1:1 and 1:2 with a transfer efficiency up to 88.7%. The results verify the performance of the proposed system.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.53
no.1
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pp.22-26
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2016
In this paper, using the globular structure designed and implemented for the transmitter and the receiver resonant wireless power transfer(WPT). The coil of the transmitter was proposed to emit a magnetic energy in three-dimensional space by winding a ball shape. Each side of the transmitter has been designed to obtain a high Q value by a spiral structure. This solves the problem that the transfer efficiency decreases rapidly depending on the location in the conventional WPT. The resonance frequency is used 6.78 MHz and the distance between the trasnitter and the receiver is 200 mm. The transfer efficiency of the proposed WPT system is higher than 40% at all direction.
This paper proposes a high efficiency wireless power transfer system with an asymmetric 4-coil resonator. It presents a theoretical analysis, an optimal design method, and experimental results. In the proposed asymmetric 4-coil system, the primary side consists of a source coil and two transmitter coils which are called intermediate coils, and in the secondary side, a load coil serves as a receiver coil. In the primary side, two intermediate coils boost the apparent coupling coefficient at around the operating frequency. Because of this double boosting effect, the system with an asymmetric 4-coil resonator has a higher efficiency than the conventional symmetric 4-coil system. The prototype operates at 90 kHz ofswitching frequency and has 200 mm of the power transmission distance between the primary side and the secondary side. An AC-DC overall system efficiency of 96.56% has been achieved at 3.3 kW of output power.
Xiang, Feng;Tao, Zhou;Jialei, Zhang;Boya, Zhang;Dongliang, Ma
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.7
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pp.1409-1416
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2020
The study of heat transfer coefficient of supercritical water plays an important role in improving the heat transfer efficiency of the reactor. Taking the supercritical natural circulation experimental bench as the research object, the effects of power, flow, pipe diameter and mainstream temperature on the heat transfer coefficient of supercritical water were studied. At the same time, the experimental data of Chen Yuzhou's supercritical water heat transfer coefficient was collected. Through the factorial design method, the influence of different factors and their interactions on the heat transfer coefficient of supercritical water is analyzed. Through the corresponding analysis method, the influencing factors of different levels of heat transfer coefficient are analyzed. It can be found: Except for the effects of flow rate, power, power-temperature and temperature, the influence of other factors on the natural circulation heat transfer coefficient of supercritical water is negligible. When the heat transfer coefficient is low, it is mainly affected by the pipe diameter. As the heat transfer coefficient is further increased, it is mainly affected by temperature and power. When the heat transfer coefficient is at a large level, the influence of the flow rate is the largest at this time.
Ann, Sang-Joon;Joo, Dong-Myoung;Kim, Min-Kook;Lee, Byoung-Kuk
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.22
no.5
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pp.423-430
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2017
This paper proposes a control methodology for a high efficiency operation of an inductive power transfer (IPT) converter by combining full bridge (FB) and half bridge (HB) controls. To apply the proposed control to the IPT converter, the characteristics of each control method are analyzed. By examining the output voltages of the IPT converter and a theoretical loss analysis, the control shifting points between FB and HB controls are evaluated in accordance with the coupling coefficients and the load. Based on the control shifting points, the FB-HB control algorithm is implemented. By applying FB-HB control, high efficiency operation at the light load condition can be achieved.
For MHz-class high frequency inverter in wireless power transfer applications, the voltage/current surges can be occurred in power stage when driving on the inverter. And also, the high-frequency oscillations can be produced at a high switching frequency due to the parasitic elements. The voltage and current stresses of the switching devices lead to the switching losses. The efficiency of the high frequency inverter will be reduced. And the inverter circuit with the sudden voltage and current fluctuations also generates the noise such as the EMI. Zero voltage, zero current switching technique can be used to reduce the switching loss and the noise. The high power density and high efficiency can be obtained. In this paper, the high-frequency inverter for short-range wireless power transfer applications was discussed. The feasible inverter circuit is analyzed in the circuit operating characteristics and the results are verified by the simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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