Алгоритмы, основанные на методах оптимизации геометрии катушек, позволяют повышать устойчивость к смещениям без усложнения конструкции, как это происходит при использовании разных форм обратной связи. Существенной особенностью таких алгоритмов является необходимость учета схемы параллельной или последовательной компенсации реактивной мощности в передающем и принимающем LC -контурах. В работе на основе предложенного ранее алгоритма для систем с последовательной компенсацией в приемном и передающем контурах разработан алгоритм для систем с последовательной компенсацией в передающей части и параллельной компенсацией в приемной части. Данный алгоритм учитывает допустимое значение индуктивности катушки в принимающем контуре при заданных рабочей частоте и компенсирующей емкости. Преимущество представленного алгоритма проектирования заключается в разрабатываемых с его помощью системах индуктивной передачи энергии с высокой устойчивостью к смещениям катушечной пары с помощью оптимальной геометрии катушек без усложнения конструкции системы индуктивной передачи энергии. Разработанная система работает на резонансной частоте и в области сверхкритической связи, что обеспечивает высокие эффективность передачи энергии и уровень выходной мощности. Выполнено проектирование систем с номинальной мощностью 0,1 Вт и рабочими частотами 6,78 МГц и 880 кГц. Требования по устойчивости к обеим система сформулированы так: Δ PL не более 0,01 Вт (10 % от номинала) для боковых смещений в пределах 0-30 мм, т. е. при боковых смещениях, достигающих радиуса принимающей катушки. Осевое расстояние между катушками принято постоянным и равно 10 мм. Показано, что разработанный алгоритм позволяет проектировать передающий и принимающий LC -контуры так, что перепад выходной мощности не превышает 10 % от номинала для смещений, достигающих радиуса приемной катушки индуктивности. Паразитные эффекты, которые не учитываются в алгоритме, могут приводить к уменьшению выходной мощности системы на 3-7 %, что можно компенсировать увеличением напряжения питания или увеличением заданной номинальной мощности на 2-4 % при использовании алгоритма для проектирования системы.
Гуров Константин Олегович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)
Данилов Арсений Анатольевич
Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)
1. Triviño A., González-González J. M., Aguado J. A. Wireless power transfer technologies applied to electric vehicles: A review // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 6. Art. No. 1547. DOI: 10.3390/en14061547 EDN: UGBBKQ
2. Feng J., Li Q., Lee F. C., Fu M. Transmitter coils design for free-positioning omnidirectional wireless power transfer system // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2019. Vol. 15. Iss. 8. P. 4656-4664. DOI: 10.1109/TII.2019.2908217
3. Wireless power transfer for future networks: Signal processing, machine learning, computing, and sensing / B. Clerckx, K. Huang, L. R. Varshney et al. // IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing. 2021. Vol. 15. Iss. 5. P. 1060-1094. DOI: 10.1109/JSTSP.2021.3098478 EDN: LDLAGL
4. Battery-free and wireless technologies for cardiovascular implantable medical devices /j. Zhang, R. Das, J. Zhao et al. // Adv. Mater. Technol. 2022. Vol. 7. Iss. 6. Art. ID: 2101086. DOI: 10.1002/admt.202101086 EDN: XKYFMV
5. Khan S. R., Pavuluri S. K., Cummins G., Desmulliez M. P. Y. Wireless power transfer techniques for implantable medical devices: A review // Sensors. 2020. Vol. 20. Iss. 12. Art. No. 3487. DOI: 10.3390/s20123487 EDN: YGBYJK
6. Nelson B. D., Karipott S. S., Wang Y., Ong K. G. Wireless technologies for implantable devices // Sensors. 2020. Vol. 20. Iss. 16. Art. No. 4604. DOI: 10.3390/s20164604 EDN: CVMDAH
7. Das R., Moradi F., Heidari H. Biointegrated and wirelessly powered implantable brain devices: A review // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. 2020. Vol. 14. Iss. 2. P. 343-358. DOI: 10.1109/TBCAS.2020.2966920 EDN: NGGGMX
8. Zhao W., Peng Y., Zhan S., Wang H. Design and optimization of litz-wire planar spiral coil for inductive power transfer application: preprint // TechRxiv [Электронный ресурс]. 07.04.2023. 10.36227/techrxiv.22491235.v1 (дата обращения: 04.03.2024). DOI: 10.36227/techrxiv.22491235.v1
9. An automatic coil design method with modified AC resistance evaluation for achieving maximum coil-coil efficiency in WPT systems / G. Wei, X. Jin, C. Wang et al. // IEEE Transactions on Power Electronics. 2020. Vol. 35. Iss. 6. P. 6114-6126. DOI: 10.1109/TPEL.2019.2952120 EDN: ULFVLK
10. An integrated inductive power transfer system design with a variable inductor for misalignment tolerance and battery charging applications / Z. Zhang, F. Zhu, D. Xu et al. // IEEE Transactions on Power Electronics. 2020. Vol. 35. Iss. 11. P. 11544-11556. DOI: 10.1109/TPEL.2020.2987906 EDN: SHQWDB
11. Simonazzi M., Campanini A., Sandrolini L., Rossi C. Design procedure based on maximum efficiency for wireless power transfer battery chargers with lightweight vehicle assembly // Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 1. Art. No. 70. DOI: 10.3390/en15010070 EDN: FSDPQP
12. Optimization design of resonance coils with high misalignment tolerance for drone wireless charging based on genetic algorithm / C. Rong, X. He, Y. Wu et al. // IEEE Transactions on Industry Applications. 2022. Vol. 58. Iss. 1. P. 1242-1253. DOI: 10.1109/TIA.2021.3057574 EDN: LXJAPI
13. Zhou W., Ma H. Design considerations of compensation topologies ICPT system // APEC 07 - Twenty-Second Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. Anaheim, CA: IEEE, 2007. P. 985-990. DOI: 10.1109/APEX.2007.357634
14. Sallán J., Villa J. L., Llombart A., Sanz J. F. Optimal design of ICPT systems applied to electric vehicle battery charge // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. Vol. 56. Iss. 6. P. 2140-2149. DOI: 10.1109/TIE.2009.2015359
15. Wang Y., Yao Y., Liu X., Xu D. S/CLC compensation topology analysis and circular coil design for wireless power transfer // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2017. Vol. 3. Iss. 2. P. 496-507. DOI: 10.1109/TTE.2017.2651067
16. A review of compensation topologies and control techniques of bidirectional wireless power transfer systems for electric vehicle applications / M. Venkatesan, N. Rajamanickam, P. Vishnuram et al. // Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 20. Art. No. 7816. DOI: 10.3390/en15207816 EDN: ADSIKV
17. Aubakirov R., Danilov A. Magnetic and coupling approach to optimizing inductive power transfer systems // 2022 Wireless Power Week (WPW). Bordeaux: IEEE, 2022. P. 788-791. DOI: 10.1109/WPW54272.2022.9901361
18. An algorithm for the computer aided design of coil couple for a misalignment tolerant biomedical inductive powering unit / A. A. Danilov, R. R. Aubakirov, E. A. Mindubaev et al. // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 70755-70769. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2919259 EDN: BJTGSL
19. Aubakirov R., Danilov A. A. Difference in geometrically optimized wireless power transmission systems with SS and SP compensations // 2021 IEEE PELS Workshop on Emerging Technologies: Wireless Power Transfer (WoW). San Diego, CA: IEEE, 2021. P. 1-5. DOI: 10.1109/WoW51332.2021.9462884 EDN: MDDFZX