Prototyp układu bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej

• Autorzy: Cieśla T. , Kaczmarczyk Z. , Stępień M. , Kustosz R. , Grzesik B.

Warianty tytułu

EN

Prototype of wireless energy transfer system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule opisano prototyp układu bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej, który może być zastosowany do zasilania protezy serca. Opisano poszczególne podzespoły prototypu oraz zaprezentowano wybrane wyniki pomiarów przy mocy wyjściowej ~30 W i odległości pomiędzy planarnymi cewkami sprzężonymi magnetycznie 10÷15 mm. Przy mocy wyjściowej 32,5 W i odległości pomiędzy cewkami 13 mm, pomimo wysokiej częstotliwości pracy układu (800 kHz), uzyskano całkowitą sprawność 92,3%. W artykule zaproponowano metodę projektowania układu oraz oszacowano rozkład strat mocy w jego podzespołach.

EN

A prototype of a wireless energy transfer system is described in the paper. It could be applicable for powering the artificial heart. Wire-less energy transfer is based on magnetically coupled planar coils (Fig. 4). The coils are attached to the coordinate table (Fig. 2) which is used to set the distance between them. The system operates at 800 kHz with output power of ~30 W and distance between the coils of 10÷15 mm. It is powered by a Class E inverter (Fig. 3). A synchronous rectifier (Fig. 6) and capacitive output filter are used to supply a resistive load with high efficiency. In order to minimize power losses of the system, an appropriate design procedure is included and explained in the paper. The prototype system was fabricated and tested to confirm theoretical predictions. Meas-ured voltage and current waveforms illustrates the inverter and synchronous rectifier operation (Fig. 7). The DC-DC efficiency and output power of the system as a function of the distance between the coils were also measured (Fig. 8). The maximum efficiency of 92,3% was obtained for the distance between the coils of 13 mm and output power of 32,5 W. Additionally, the analysis of power losses distribution in each component of the system was included (Fig. 9). The results confirm satisfactory performances of the tested prototype system.

Słowa kluczowe

PL

bezprzewodowa transmisja energii; falownik klasy E; prostownik synchroniczny

EN

wireless energy transfer; class E inverter; synchronous rectifier

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 8
• Strony: 922--925
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12, rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cieśla T.

autor

Kaczmarczyk Z.

autor

Stępień M.

autor

Kustosz R.

autor

Grzesik B.

• Wydział Elektryczny Politechniki Śląskiej, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice,

Bibliografia

• [1] Guanying M., Guozheng Y., Xiu H.: Power transmission for gastrointestinal microsystems using inductive coupling. IOP Publishing, Phys Meas., VOL. 28, N 9-18, 2007, pp. 140-147.
• [2] Mukhopadhyay S. C., Gupta Sen G., Lake B. J.: Design of a Contactless Battery Charger for Micro-robots. IEEE I2MTC - Int. Instr. and Meas Techn. Conf., May. 2008 pp. 3578-3580.
• [3] Choi B., Nho J., Cha H., Ahn T., Choi S.: Design and Implementation of Low-Profile Contactless Battery Charger Using Planar Printed Circuit Board Windings as Energy Transfer Device. IEEE Trans. on Ind. Electron., VOL. 51, NO 1, Feb. 2004, pp. 140-147.
• [4] Miura H., Arai S., Kakubari Y., Sato F., Matsuki H., Sato T.: Improvement of the Transcutaneous Energy Transmission System Utilizing Ferrite Cored Coils for Artifcial Hearts. IEEE Trans. on Magn., VOL. 42, NO 10, Oct. 2006, pp. 3578-3580.
• [5] Chen Q., Wong S. C., Tse C. K., Ruan X.: Analysis, Design, and Control of a Transcutaneous Power Regulator for Artifcial Hearts. IEEE Trans. on Biomed. Circ. and Syst., VOL. 3, NO 1, Feb. 2009, pp. 23-31.
• [6] Mizannojehdehi A., Shams M., Mussivand T.: Design and Analysis of A Class-E Frequency-Controlled Transcutaneous Energy Transfer System. IEEE ICECS Int. Conf. on Electr. Circ. and Syst., 2006, pp. 21-24.
• [7] Tsai C. -C., Chen B. -S., Tsai C. -M.: Design of Wireless Transcutaneous Energy Transmission System for Totally Artificial Hearts. IEEE APCCAS Conf. on Circ. and Syst., 2000, pp. 646-649.
• [8] Cieśla T., Kaczmarczyk Z., Grzesik B., Stępień M.: Obwody do bezprzewodowego przesyłu energii elektrycznej. Prace Naukowe Politechniki Śląskiej, Elektryka, 4/2009.
• [9] Kaczmarczyk Z.: A high-efficiency Class E inverter - computer model, laboratory measurements and SPICE simulation. Bulletin. of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences, VOL. 55, NO 4, 2007, pp. 411-417.
• [10] Fukushima K., Hashimoto T., Ninomiya T.: Analysis of Abnormal Oscillation Phenomenon in DC-DC Converter with Active-Clamp Snubber and Self-driven Synchronous Rectifier. IEEE Intern. Power Electr. Congr., 2006, pp. 1-6.
• [11] Skubis T.: Opracowanie wyników pomiarów. Przykłady. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice, 2003.
• [12] Kubisa S., Moskowicz S.: Niepewność pomiaru. Próba usystematyzowania pojęć i metod obliczeń. Wydawnictwo Pomiary Automatyka Kontrola. 1/2004, pp. 32-36.