Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 8

An investigation on electric field emission in shielded capacitive coupler for wireless power transfer utilizing diverse materials

Badanie emisji pola elektrycznego w ekranowanym sprzęgaczu pojemnościowym do bezprzewodowego przesyłu mocy przy użyciu różnych materiałów

10.15199/48.2024.08.49

nr katalogowy: 149770
10.15199/48.2024.08.49

Streszczenie

This investigation proposes the utilization of diverse dielectric materials to reduce electric field emissions in shielded capacitive coupler for wireless power transfer. To identify the most influential dielectric materials in minimizing electric field emissions, Finite Element Analysis (FEA) was conducted. The dielectric materials incorporated in this proposed initiative encompass rubber, glass, FR4, halowax, air, mineral oil, and paper. These dielectrics served as separators between the coupler and the shielding plate. The work demonstrates the electric field emissions at various values in distinct locations of the exposure area, encompassing the top, bottom, and side of the coupler. The result shows the air is the most suitable insulator among all dielectric materials.

Abstract

W tym badaniu zaproponowano wykorzystanie różnorodnych materiałów dielektrycznych w celu zmniejszenia emisji pola elektrycznego w ekranowanym sprzęgaczu pojemnościowym do bezprzewodowego przesyłania mocy. Aby zidentyfikować materiały dielektryczne, które najbardziej wpływają na minimalizację emisji pola elektrycznego, przeprowadzono analizę elementów skończonych (FEA). Materiały dielektryczne uwzględnione w proponowanej inicjatywie obejmują gumę, szkło, FR4, halowax, powietrze, olej mineralny i papier. Dielektryki te służyły jako separatory pomiędzy łącznikiem a płytą ekranującą. W pracy przedstawiono emisję pola elektrycznego o różnej wartości w różnych miejscach obszaru narażenia, obejmującego górę, dół i bok łącznika. Wynik pokazuje, że powietrze jest najbardziej odpowiednim izolatorem spośród wszystkich materiałów dielektrycznych.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] M. Asri, Z. Abidin, W. I. Ibrahim, and M. S. Jadin, “DESIGN OF INDUCTIVE POWER TRANSFER (IPT) FOR LOW-POWER APPLICATION,” vol. 10, no. 21, 2015,
[Online]. Available: www.arpnjournals.com.
[2] W. Cao, J. Wang, and S. Wang, “Simulation Analysis of Inductive Coupling and Capacitive Coupling between Cables,” in 2021 4th International Conference on Energy, Electrical and Power Engineering, CEEPE 2021, Apr. 2021, pp. 330–333, doi: 10.1109/CEEPE51765.2021.9475676.
[3] Z. Kaczmarczyk and M. Zellner, “Wireless power transfer with almost constant output voltage at variable load,” Przeglad Elektrotechniczny, vol. 96, no. 7, pp. 24–29, 2020, doi: 10.15199/48.2020.07.05.
[4] A. Sagar et al., “A Comprehensive Review of the Recent Development of Wireless Power Transfer technologies for Electric Vehicle Charging Systems,” IEEE Access, vol. 11, no. June, pp. 83703–83751, 2023, doi: 10.1109/ACCESS.2023.3300475.
[5] M. A. Houran, X. Yang, W. Chen, and M. Samizadeh, “Wireless Power Transfer: Critical Review of Related Standards.”
[6] C. Lecluyse, B. Minnaert, and M. Kleemann, “A review of the current state of technology of capacitive wireless power transfer,” Energies, vol. 14, no. 18. MDPI, Sep. 01, 2021, doi: 10.3390/en14185862.
[7] N. Korakianitis, G. A. Vokas, and G. Ioannides, “Review of wireless power transfer (WPT) on electric vehicles (EVs) charging,” in AIP Conference Proceedings, Dec. 2019, vol. 2190, doi: 10.1063/1.5138558.
[8] J. M. Stankiewicz, “The influence of coils system geometry on the efficiency of wireless power transfer,” Przeglad Elektrotechniczny, vol. 96, no. 6, pp. 7–10, 2020, doi: 10.15199/48.2020.06.02.
[9] J. M. Stankiewicz, “Comparison of the efficiency of the WPT system using circular or square planar coils,” Przeglad Elektrotechniczny, vol. 97, no. 10, pp. 38–43, 2021, doi: 10.15199/48.2021.10.08.
[10] E. Rong, P. Sun, X. Zhang, G. Yang, and X. Wu, “3.3kW Underwater Capacitive Power Transfer System for Electric Ship Charging Application,” 2023 IEEE Int. Conf. Power Sci. Technol. ICPST 2023, pp. 1052–1057, 2023, doi: 10.1109/ICPST56889.2023.10164993.
[11] A. Muharam, S. Ahmad, and R. Hattori, “Scaling-factor and design guidelines for shielded-capacitive power transfer,” Energies, vol. 13, no. 6, Aug. 2020, doi: 10.3390/en13164240.
[12] L. Yang, L. Ma, J. Huang, and Y. Fu, “Characteristics of Undersea Capacitive Wireless Power Transfer System,” 2020 IEEE 9th Int. Power Electron. Motion Control Conf. IPEMC 2020 ECCE Asia, no. 18, pp. 2952–2955, 2020, doi: 10.1109/IPEMC-ECCEAsia48364.2020.9367722.
[13] L. Yang et al., “Coupling Capacitor Structure Model of Underwater Capacitive Wireless Power Transfer System,” PEDG 2023 - 2023 IEEE 14th Int. Symp. Power Electron. Distrib. Gener. Syst., no. 52107205, pp. 94–98, 2023, doi: 10.1109/PEDG56097.2023.10215202.
[14] A. Triviño, J. M. González-González, and J. A. Aguado, “Wireless power transfer technologies applied to electric vehicles: A review,” Energies, vol. 14, no. 6. MDPI AG, Mar. 02, 2021, doi: 10.3390/en14061547.
[15] S. Maji, S. Sinha, and K. K. Afridi, “Theoretical Limits of Power Transfer in Capacitive Wireless Charging Systems,” Nov. 2020, doi: 10.1109/COMPEL49091.2020.9265824.
[16] R. Erfani, F. Marefat, A. M. Sodagar, and P. Mohseni, “Modeling and Experimental Validation of a Capacitive Link for Wireless Power Transfer to Biomedical Implants,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 65, no. 7, pp. 923–927, 2018, doi: 10.1109/TCSII.2017.2737140.
[17] R. Sedehi et al., “A Wireless Power Method for Deeply Implanted Biomedical Devices via Capacitively Coupled Conductive Power Transfer,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 36, no. 2, pp. 1870–1882, 2021, doi: 10.1109/TPEL.2020.3009048.
[18] R. Erfani, F. Marefat, A. M. Sodagar, and P. Mohseni, “Modeling and characterization of capacitive elements with tissue as dielectric material for wireless powering of neural implants,” IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., vol. 26, no. 5, pp. 1093–1099, 2018, doi: 10.1109/TNSRE.2018.2824281.
[19] T. M. Mostafa, A. Muharam, and R. Hattori, “Wireless battery charging system for drones via capacitive power transfer,” 2017 IEEE PELS Work. Emerg. Technol. Wirel. Power Transf. WoW 2017, 2017, doi: 10.1109/WoW.2017.7959357.
[20] T. Ohira et al., “Live demonstration: An HF capacitive wireless power transfer to a quad-rotor drone,” Proc. - IEEE Int. Symp. Circuits Syst., vol. 2019-May, p. 7281, 2019, doi: 10.1109/ISCAS.2019.8702169.
[21] C. Park et al., “Separated Circular Capacitive Coupler for Reducing Cross-Coupling Capacitance in Drone Wireless Power Transfer System,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 68, no. 9, pp. 3978–3985, 2020, doi: 10.1109/TMTT.2020.2989118.
[22] Z. Wang, Y. Zhang, X. He, B. Luo, and R. Mai, “Research and Application of Capacitive Power Transfer System: A Review,” Electronics (Switzerland), vol. 11, no. 7. MDPI, Apr. 01, 2022, doi: 10.3390/electronics11071158.
[23] F. Lu, H. Zhang, and C. Mi, “A Two-Plate Capacitive Wireless Power Transfer System for Electric Vehicle Charging Applications,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 2, pp. 964–969, 2018, doi: 10.1109/TPEL.2017.2735365.
[24] H. Zhang, F. Lu, H. Hofmann, W. Liu, and C. C. Mi, “A Four- Plate Compact Capacitive Coupler Design and LCLCompensated Topology for Capacitive Power Transfer in Electric Vehicle Charging Application,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 12, pp. 8541–8551, 2016, doi: 10.1109/TPEL.2016.2520963.
[25] Q. Zhu, L. J. Zou, M. Su, and A. P. Hu, “Four-plate capacitive power transfer system with different grounding connections,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 115, no. August 2019, p. 105494, 2020, doi: 10.1016/j.ijepes.2019.105494.
[26] H. Zhang, F. Lu, H. Hofmann, W. Liu, and C. C. Mi, “Six-Plate Capacitive Coupler to Reduce Electric Field Emission in Large Air-Gap Capacitive Power Transfer,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 1, pp. 665–675, 2018, doi: 10.1109/TPEL.2017.2662583.
[27] S. Ahmad, R. Hattori, and A. Muharam, “Generalized Circuit Model of Shielded Capacitive Power Transfer,” Energies, vol. 14, no. 10, p. 2826, 2021, doi: 10.3390/en14102826.
[28] A. Muharam, S. Ahmad, R. Hattori, and A. Hapid, “13.56 MHz scalable shielded-capacitive power transfer for electric vehicle wireless charging,” 2020 IEEE PELS Work. Emerg. Technol. Wirel. Power Transf. WoW 2020, pp. 298–303, 2020, doi: 10.1109/WoW47795.2020.9291299.
[29] A. Reatti, L. Pugi, F. Corti, and F. Grasso, “Effect of Misalignment in a Four Plates Capacitive Wireless Power Transfer System,” Proc. - 2020 IEEE Int. Conf. Environ. Electr. Eng. 2020 IEEE Ind. Commer. Power Syst. Eur. EEEIC / I CPS Eur. 2020, pp. 31–34, 2020, doi: 10.1109/EEEIC/ICPSEurope49358.2020.9160627.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-8 , nr katalogowy 149770 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-8 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-8

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma