Wireless power transmission (WPT) for wireless charging is currently attracting much attention as a promising approach to miniaturize batteries and increase the maximum total range of an electric vehicle. The main advantage of the laser power beam (LPB) approach is its high power transmission efficiency (PTE) over long distance. In this paper, we present the design of a laser power beam based WPT system, which has a best WPT channel selection technique at the receiver end when multiple power transmitters and single power receiver are operated simultaneously. The transmitters send their transmission channel information via optically modulated laser pulses. The receiver uses the received signal strength indicator and digitized data to choose an optimum power transmission path. We modeled a vertical multi-junction photovoltaic cell array, and conducted an experiment and simulation to test the feasibility of this system. From the experimental result, the standard deviation between the mathematical model and the measured values of normalized energy distribution is 0.0052. The error between the mathematical model and measured values are acceptable, thus the validity of the model is verified.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.24
no.3
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pp.352-355
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2013
In this paper, a high power tuneable resonator for a wireless power transfer system based on magnetic resonance is proposed. A spiral structure is used for a self-resonant coil and tuneable trimmer capacitors are added at the edges of resonant coils such that the frequency can be easily tuned. 3D simulation tools and equivalent circuit modeling method are used for predicting self-resonant frequency and scattering parameters according to the change of capacitor values. From the measurement of the prototype WPT system, the resonant frequency could be controlled from 3.0 MHz to 4.5 MHz and the transmission efficiency way over 50 % when the distance between transmitting coil and receiving coil was 160 mm.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.28
no.1
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pp.69-75
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2017
In this paper, slit ground resonator with slit and capacitor is proposed for practical use of magnetic resonant wireless power transfer(MR-WPT). And this paper presents the performance comparison of conventional loop resonator as Rx resonator to slit ground resonator. The proposed silt ground resonator with 31 cm width, 20.5 cm length, $35{\mu}m$ thickness is designed the crossing slit 1 cm width with only opened edge. And an external capacitors were connected at the opened edge of slit ground resonator for resonating at 6.78 MHz. The transfer efficiencies of MR-WPT were measured at open and short mode, and then the highest transfer efficiencies of MR-WPT according to the Rx resonators were plotted. In result, the transfer efficiency of MR-WPT with loop resonator was the highest. However, when the ground was inserted in receiver part at the bottom of laptop model, the transfer efficiency was closed 0 %. The transfer efficiency recovered the transfer efficiency of 67 % using slit ground resonator. The magnetic field was penetrated through the slit and proposed slit ground resonator works as resonator in MR-WPT.
Wireless charging is a technology of transmitting power through an air gap to an electrical load for the purpose of energy dissemination. Compared to traditional charging with code, wireless power charging has many benefits of avoiding the hassle from connecting cables, rendering the design and fabrication of much smaller devices without the attachment of batteries, providing flexibility for devices, and enhancing energy efficiency, etc. A transmitting coil and a receiving coil for inductive coupling or magnetic resonant coupling methods are available for the near field techniques, but are not for the far field one. In this paper, the wireless power transfer (WPT) circuit by using magnetic resonant coupling method with a resonant frequency of 13.45 Mhz for the low power system is implemented to measure the power transmission efficiency in terms of mutual distance and omnidirectional angles of receiver.
Wireless power transfer (WPT) system studied recently is very attractive because it removes power cables from home appliances, office equipment and battery chargers for electric vehicle. In this paper a pickup design method based on a conventional design method is proposed. A prototype pickup system designed according to the proposed method is constructed and tested, and its validness is verified.
A capacitive wireless power transfer (C-WPT) system uses an electric field to transmit power through a physical isolation barrier which forms a pair of ac link capacitors between the metal plates. However, the physical dimension and low dielectric constant of the interface medium severely limit the effective link capacitance to a level comparable to the main switch output capacitance of the transmitting circuit, which thus narrows the soft-switching range in the light load condition. Moreover, by fundamental limit analysis, it can be proved that such a low link capacitance increases operating frequency and capacitor voltage stress in the full load condition. In order to handle these problems, this paper investigates optimal design of double matching transformer networks for C-WPT. Using mathematical analysis with fundamental harmonic approximation, a design guideline is presented to avoid unnecessarily high frequency operation, to suppress the voltage stress on the link capacitors, and to achieve wide ZVS range even with low link capacitance. Simulation and hardware implementation are performed on a 5-W prototype system equipped with a 256-pF link capacitance and a 200-pF switch output capacitance. Results show that the proposed scheme ensures zero-voltage-switching from full load to 10% load, and the switching frequency and the link capacitor voltage stress are kept below 250 kHz and 452 V, respectively, in the full load condition.
In this study, a planar printed circuit board (PCB) coil with FR4 substrate was designed and simulated using the finite element method, and the results were analyzed in the frequency domain. This coil can be used in wireless power transfer (WPT) as a transmitter or receiver, eliminating wires. It can also be used as the receiver in radio frequency energy-harvesting (RF-EH) systems by optimizing the planar PCB coil to convert radio-wave energy into electricity, and it can be employed as an excitation (transmitter) or receiver coil in nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. This PCB coil can replace the conventional coil, yielding a reduced occupied volume, a fine-tuned design, reduced weight, and increased efficiency. Based on the calculated gain, power, and electromagnetic and electric field results, this planar PCB coil can be implemented in WPT, NMR spectroscopy, and RF-EH devices with minor changes. In applications such as NMR spectroscopy, it can be used as a transceiver planar PCB coil. In this design, at frequencies of 915 MHz and 40 MHz with 5 mm between coils, we received powers of 287.3 μW and 480 μW, respectively, which are suitable for an NMR coil or RF-EH system.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.27
no.4
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pp.335-341
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2016
In this paper, we propose the method of controling the turns of a receiving coil for the matching directly to the receiver input impedance(typically $50{\Omega}$) with a maximum wireless power transfer(WPT) efficiency. Based on the presented the expression of the optimum load depending on a system figure of merit, number of the turns of a receiving coil, and proximity effect between conducting lines, the theoretical efficiencies have been compared with the measured ones with a good agreement. The results of this work may be used to realize a allowable maximum efficiency with a simple and low-profile 2-coil WPT system not requiring a separate feeding loop.
The wireless power transfer (WPT) system using a magnetic resonance was based on magnetic resonance coupling of the transmission and the receiver coils. In these system, it is important to maintain a high quality-factor (Q-factor) to increase the transmission efficiency of WPT system. Our research team used a superconducting coil to increase the Q-factor of the magnetic resonance coil in WPT system. When the superconductor is applied in these system, we confirmed that transmission efficiency of WPT system was higher than normal conductor coil through a preceding study. The efficiency of the transmission and the receiver coil is affected by the magnetic shielding effect of materials around the coils. The magnetic shielding effect is dependent on the type, thickness, frequency, distance, shape of materials. Therefore, it is necessary to study the WPT system on the basis of these conditions. In this paper, the magnetic shield properties of the cooling system were analyzed using the High-Frequency Structure Simulation (HFSS, Ansys) program. We have used the shielding materials such as plastic, aluminum and iron, etc. As a result, when we applied the fiber reinforced polymer (FRP), the transmission efficiency of WPT was not affected because electromagnetic waves went through the FRP. On the other hand, in case of a iron and aluminum, transmission efficiency was decreased because of their electromagnetic shielding effect. Based on these results, the research to improve the transmission efficiency and reliability of WPT system is continuously necessary.
Wearable devices have become practically indispensable to daily life and helped people track and manage fitness, health, and medical functions etc. As these wearable devices become smaller and more comfortable for the user, the demand for longer run time and charging ways presents new challenges for the power management engineer. Wireless power transfer (WPT) is the technology that forces the power to transmit electromagnetic field to an electrical load through an air gap without interconnecting wires. This technology is widely used for the applications from low power smart phone to high power electric railroad and main electrical grid. There are two kinds of WPT methods: Inductive coupling and magnetic resonant coupling. The model using magnetic resonant coupling method is designed for a resonant frequency of 13.45 MHz. In this study, the hardware implementations of these two coupling methods are carried out, and the efficiencies are compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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