RU2801388C1 - Device for transmitting electrical energy at industrial frequency through conductive screen - Google Patents

Device for transmitting electrical energy at industrial frequency through conductive screen Download PDF

Info

Publication number
RU2801388C1
RU2801388C1 RU2022129187A RU2022129187A RU2801388C1 RU 2801388 C1 RU2801388 C1 RU 2801388C1 RU 2022129187 A RU2022129187 A RU 2022129187A RU 2022129187 A RU2022129187 A RU 2022129187A RU 2801388 C1 RU2801388 C1 RU 2801388C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transmitting
electrical energy
coils
coil
receiving
Prior art date
Application number
RU2022129187A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Никита Михайлович Боев
Сергей Дмитриевич Крёков
Иван Валерьевич Подшивалов
Платон Николаевич Соловьев
Андрей Викторович Изотов
Ирина Александровна Негодеева
Александр Анатольевич Александровский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Application granted granted Critical
Publication of RU2801388C1 publication Critical patent/RU2801388C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering
SUBSTANCE: wireless transmission of electromagnetic energy through conductive screens at industrial frequency and can be used in wireless chargers, in power supply systems for devices located in partially or completely closed metal screens. A device for transmitting electrical energy at an industrial frequency through a conductive screen includes an electrical energy transmitter with a transmitting coil, an electrical energy receiver with a receiving coil, the novelty is that between the transmitting and receiving coils there is a conductive electrical current screen, the thickness of which is less than the depth of the skin layer in it for the given operating frequency, capacitors are connected in parallel to the transmitting and receiving coils, while the coils and capacitors form coupled oscillatory circuits, and transmission of electrical energy is carried out at one of the resonant frequencies, on which the difference between the phases of the currents flowing in the receiving and transmitting coils is in the range from 160° up to 180°.
EFFECT: possibility of transmitting electrical energy at an industrial frequency (50/60 Hz) through an electrically conductive screen.
1 cl, 17 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, предназначено для беспроводной передачи электромагнитной энергии через проводящие экраны на промышленной частоте. Устройство может быть использовано в беспроводных зарядных устройствах, в системах энергоснабжения устройств, находящихся в частично или полностью замкнутых металлических экранах.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for wireless transmission of electromagnetic energy through conductive screens at industrial frequency. The device can be used in wireless chargers, in power supply systems for devices located in partially or completely closed metal screens.

Известно устройство для беспроводной индукционной передачи энергии [патент США №10778048, CПК H02J 50/60, H02J 50/10, H02J 50/12, H02J 50/90, опубл. 15.09.2020], позволяющее передавать электрическую энергию индукционным способом. Устройство включает передатчик с передающей катушкой и приемник с приемной катушкой.A device for wireless induction power transmission [US patent No. 10778048, CPC H02J 50/60, H02J 50/10, H02J 50/12, H02J 50/90, publ. 09/15/2020], which allows the transfer of electrical energy by induction. The device includes a transmitter with a transmitting coil and a receiver with a receiving coil.

Известны метод, система и устройство для беспроводной передачи энергии [патент США №11108280, CПК H02J 50/80, H02J 5/005, H02J 7/025, H02J 50/12, опубл. 31.08.2021]. Устройство позволяет передавать электрическую энергию индукционным способом, включает передатчик с передающей катушкой и приемник с приемной катушкой.Known method, system and device for wireless power transmission [US patent No. 11108280, CPC H02J 50/80, H02J 5/005, H02J 7/025, H02J 50/12, publ. 08/31/2021]. The device allows the transmission of electrical energy by induction, includes a transmitter with a transmitting coil and a receiver with a receiving coil.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является устройство для передачи энергии, входящее в систему для передачи энергии [патент США №2012/0001493, МПК H01F 38/14, опубл. 05.01.2012 (прототип)]. Устройство позволяет передавать электрическую энергию индукционным способом, включает передатчик с передающей катушкой и приемник с приемной катушкой. Устройство дополнительно содержит схемы обнаружения посторонних предметов, в том числе металлических, и схемы адаптивной регулировки параметров приемника и передатчика для повышения эффективности всей системы. Система может работать на частотах в диапазоне от десятков килогерц до десятков мегагерц.The closest analogue in terms of essential features is a device for transmitting energy, which is part of the system for transmitting energy [US patent No. 2012/0001493, IPC H01F 38/14, publ. 01/05/2012 (prototype)]. The device allows the transmission of electrical energy by induction, includes a transmitter with a transmitting coil and a receiver with a receiving coil. The device additionally contains circuits for detecting foreign objects, including metal ones, and circuits for adaptive adjustment of receiver and transmitter parameters to improve the efficiency of the entire system. The system can operate at frequencies ranging from tens of kilohertz to tens of megahertz.

Недостатками известных конструкций и конструкции-прототипа являются невозможность передачи электрической энергии через проводящие экраны и неспособность работы на промышленных частотах (50/60 Гц).The disadvantages of the known structures and the design of the prototype are the impossibility of transmitting electrical energy through conductive screens and the inability to work at industrial frequencies (50/60 Hz).

Техническим результатом заявленного решения является обеспечение возможности передачи электрической энергии на промышленной частоте (50/60 Гц) через проводящий экран.The technical result of the claimed solution is to enable the transmission of electrical energy at industrial frequency (50/60 Hz) through a conductive screen.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в устройстве для передачи электрической энергии на промышленной частоте через проводящий экран, включающем передатчик электрической энергии с передающей катушкой, приемник электрической энергии с приемной катушкой, новым является то, что между передающей и приемной катушками расположен проводящий электрический ток экран, толщина которого меньше глубины скин-слоя в нем для заданной рабочей частоты, параллельно передающей и приемной катушкам подключены конденсаторы, при этом катушки и конденсаторы образуют связанные колебательные контуры, а передача электрической энергии осуществляется на одной из резонансных частот, на которой разница между фазами токов, текущих в приемной и передающей катушках, находится в диапазоне от 160° до 180°.The claimed technical result is achieved by the fact that in a device for transmitting electrical energy at an industrial frequency through a conductive screen, including an electrical energy transmitter with a transmitting coil, an electrical energy receiver with a receiving coil, the new thing is that between the transmitting and receiving coils there is a conductive electric current screen , the thickness of which is less than the depth of the skin layer in it for a given operating frequency, capacitors are connected in parallel to the transmitting and receiving coils, while the coils and capacitors form coupled oscillatory circuits, and the transmission of electrical energy is carried out at one of the resonant frequencies, at which the difference between the phases of the currents , current in the receiving and transmitting coils, is in the range from 160° to 180°.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием проводящего электрический ток экрана, расположенного между передающей и приемной катушками. При этом важно, что толщина проводящего экрана выбирается меньшей, чем глубина скин-слоя в нем для заданной рабочей частоты устройства.Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized by the presence of a conductive screen located between the transmitting and receiving coils. In this case, it is important that the thickness of the conductive screen is chosen to be less than the depth of the skin layer in it for a given operating frequency of the device.

Другим существенным отличием является то, что передача электрической энергии осуществляется на одной из резонансных частот системы связанных колебательных контуров, причем существенно, что на этой резонансной частоте разница между фазами токов, текущих в приемной и передающих катушках, находится в диапазоне от 160° до 180°.Another significant difference is that the transmission of electrical energy is carried out at one of the resonant frequencies of the system of coupled oscillatory circuits, and it is significant that at this resonant frequency the difference between the phases of the currents flowing in the receiving and transmitting coils is in the range from 160° to 180° .

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».Thus, the above distinguishing features from the prototype allow us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».The features that distinguish the claimed technical solution from the prototype are not identified in other technical solutions and, therefore, ensure that the claimed solution meets the criterion of "inventive step".

Данное изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен эскиз устройства для передачи электрической энергии токов промышленной частоты через проводящий экран, на фиг. 2 – его электрическая принципиальная схема. На фиг. 3–9 показаны зависимости электрических и механических характеристик катушек устройства от числа витков и диаметра. На основе приведенных графиков выбираются конкретные параметры устройства при его реализации на практике. На фиг. 10 показаны обобщающие зависимости, построенные на основе данных фиг. 3–9. Цветом на фиг. 10 закрашена область «работа», внутри которой обеспечивается работа устройства с заданными параметрами. На фиг. 11 показаны зависимости массы одной катушки и параметра связи от числа витков и диаметра катушки. На фиг. 12–15 показаны зависимости параметров устройства от числа витков и диаметра катушки, в том числе КПД устройства (фиг. 15). На фиг. 16 показан вертикальный разрез трехмерной электродинамической модели устройства, а на фиг. 17 – результаты численного расчета.This invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a sketch of a device for transmitting electrical energy of industrial frequency currents through a conductive screen, in Fig. 2 is its electrical circuit diagram. In FIG. Figures 3–9 show the dependences of the electrical and mechanical characteristics of the coils of the device on the number of turns and diameter. On the basis of the above graphs, specific parameters of the device are selected during its implementation in practice. In FIG. 10 shows generalizing dependencies built on the basis of the data of FIG. 3–9. The color in Fig. 10, the “work” area is shaded, inside which the operation of the device with the specified parameters is ensured. In FIG. 11 shows the dependence of the mass of one coil and the coupling parameter on the number of turns and the diameter of the coil. In FIG. 12-15 shows the dependence of the device parameters on the number of turns and the diameter of the coil, including the efficiency of the device (Fig. 15). In FIG. 16 shows a vertical section of a three-dimensional electrodynamic model of the device, and FIG. 17 - results of numerical calculation.

Устройство для передачи электрической энергии на промышленной частоте через проводящий экран содержит (фиг. 1) проводящий экран (1), с одной из сторон которого размещен передатчик (2) электрической энергии, а с другой – приемник (3). К выходу передатчика (2) подключена передающая катушка (4), а вход приемника (3) соединен с приемной катушкой (5). На фиг. 2 показана электрическая принципиальная схема устройства, включающего передающий колебательный контур (6) и индуктивно связанный с ним приемный колебательный контур (7). Колебательные контуры (6) и (7) включают сосредоточенные емкости (8) и (9), индуктивности (10) и (11) катушек (4) и (5), эквивалентные сопротивления (12) и (13) потерь катушек (4) и (5). Источник электрической энергии (14) с внутренним сопротивлением (15) подключен к передающему колебательному контуру (6). Приемный колебательный контур (7) нагружен на сопротивление (16) нагрузки. Поскольку индуктивно связанные колебательные контуры (6) и (7) расположены с разных сторон проводящего экрана (1), а также из-за низкой рабочей частоты системы передачи энергии (50/60 Гц), важно выбрать оптимальные параметры передающей (4) и приемной (5) катушек. К исходным параметрам катушки относят диаметр и материал провода, параметры его изоляции (толщина и диэлектрические свойства), количество витков, способ намотки и диаметр намотки. Расчетными параметрами являются индуктивность катушки, межвитковая паразитная емкость катушки и частотно-зависимое сопротивление потерь, складывающееся из потерь на постоянном токе, потерь вследствие поверхностного эффекта (скин-эффект) и потерь вследствие вихревых токов (токи Фуко, эффект близости). Для круглых катушек с квадратным сечением из медного провода диаметром 5 мм (диаметр с изоляцией 5,2 мм, относительная диэлектрическая проницаемость изоляции 3,75) на фиг. 3–9 приведены зависимости электрических и механических характеристик в зависимостях от числа витков и диаметра внутреннего ряда витков катушки. Для получения максимального КПД устройства необходимо стремиться к максимально допустимым размерам катушек и числу витков. На практике максимальные значения этих параметров ограничены двумя факторами: влиянием собственного резонанса катушек и их массой. На фиг. 3 приведены зависимости собственной резонансной частоты одной катушки, исходя из которых определяют максимально возможные число витков и диаметр. Например, для катушки с диаметром внутреннего ряда витков 20 м, максимальное число витков для собственной резонансной частоты 100 Гц составит 1500. На фиг. 4 показаны зависимости массы одной катушки, из которых видно, что катушки с частотой собственного резонанса 100 Гц имеют массу более 10 т. Таким образом, исходя из технических требований к системе передачи электрической энергии определяют максимально возможные габариты и число витков катушек. Далее рассчитывают следующие параметры катушек: индуктивности L (фиг. 5), активные сопротивления R (фиг. 6) на рабочей частоте f, добротности 2πfL/R (фиг. 7), коэффициент связи (приведен на фиг. 8 для расстояния между внутренними сторонами катушек 15 мм) без проводящего экрана (1), параметр связи Qk (фиг. 9). Для увеличения КПД устройства необходимо увеличивать значение параметра связи Qk, что ограничивает минимальные диаметр и число витков катушек. На основании зависимостей, показанных на фиг. 3–9, на фиг. 10 построены обобщающие графики, ограничивающие «рабочую» область устройства. Минимальное значение коэффициента связи катушек k выбрано равным 0,8. На фиг. 11 на одном графике показаны зависимости массы катушки и параметра связи Qk от диаметра внутреннего ряда и числа витков катушки. Видно, что при постоянной массе катушки выгоднее увеличивать диаметр катушки и уменьшать число витков для получения наибольшего значения параметра связи. На фиг. 12 показаны величины емкостей (8) и (9) для каждого колебательного контура (6) и (7), при которых наступает такой резонанс в системе связанных контуров, когда на рабочей частоте разность фаз токов в катушках (4) и (5) ΔΦ = 160°…180°. Величины характеристических сопротивлений колебательных контуров (6) и (7) показаны на фиг. 13. На фиг. 14 показаны величины сопротивлений (15) источника (14) и нагрузки (16), при которых разница фаз между токами в передающей катушке (4) и приемной катушке (5) равна 174°. Для упрощения математической модели сопротивление (15) источника (14) выбрано равным сопротивлению (16) нагрузки. При необходимости, сопротивления могут быть согласованы с колебательными контурами (6) и (7) частичным включением емкостных или индуктивных элементов. На фиг. 15 показаны зависимости КПД системы связанных колебательных контуров без проводящего экрана (1). На основании этих зависимостей определяют максимально достижимый КПД устройства, который на практике будет снижен за счет влияния проводящего экрана (1). Толщина экрана (1) не должна превышать глубину скин-слоя на частоте 50/60 Гц. Например, для проводящего экрана (1) из алюминия глубина скин-слоя на частоте 50 Гц составит 11,6 мм, для медного – 9,2 мм. При необходимости параметры системы уточняют с помощью численного электродинамического моделирования или в процессе макетирования.A device for transmitting electrical energy at an industrial frequency through a conductive screen contains (Fig. 1) a conductive screen (1), on one side of which there is a transmitter (2) of electrical energy, and on the other, a receiver (3). A transmitting coil (4) is connected to the transmitter output (2), and a receiver input (3) is connected to a receiving coil (5). In FIG. 2 shows an electrical schematic diagram of a device including a transmitting oscillatory circuit (6) and a receiving oscillatory circuit (7) inductively coupled to it. Oscillatory circuits (6) and (7) include lumped capacitances (8) and (9), inductances (10) and (11) of coils (4) and (5), equivalent resistances (12) and (13) of losses of coils (4 ) and (5). The source of electrical energy (14) with internal resistance (15) is connected to the transmitting oscillatory circuit (6). The receiving oscillatory circuit (7) is loaded on the load resistance (16). Since the inductively coupled oscillatory circuits (6) and (7) are located on different sides of the conductive screen (1), and also because of the low operating frequency of the power transmission system (50/60 Hz), it is important to choose the optimal parameters of the transmitting (4) and receiving (5) coils. The initial parameters of the coil include the diameter and material of the wire, the parameters of its insulation (thickness and dielectric properties), the number of turns, the winding method and the winding diameter. The calculation parameters are the coil inductance, the interturn parasitic capacitance of the coil, and the frequency-dependent loss resistance, which consists of DC losses, losses due to skin effect (skin effect) and losses due to eddy currents (Foucault currents, proximity effect). For round coils with a square section of copper wire with a diameter of 5 mm (diameter with insulation 5.2 mm, relative dielectric constant of the insulation 3.75) in Fig. Figures 3–9 show the dependences of the electrical and mechanical characteristics on the number of turns and the diameter of the inner row of turns of the coil. To obtain the maximum efficiency of the device, it is necessary to strive for the maximum allowable coil sizes and the number of turns. In practice, the maximum values of these parameters are limited by two factors: the influence of the self-resonance of the coils and their mass. In FIG. 3 shows the dependences of the natural resonant frequency of one coil, on the basis of which the maximum possible number of turns and diameter are determined. For example, for a coil with an internal row diameter of 20 m, the maximum number of turns for a natural resonant frequency of 100 Hz would be 1500. FIG. Figure 4 shows the dependences of the mass of one coil, from which it can be seen that coils with a natural resonance frequency of 100 Hz have a mass of more than 10 tons. Thus, based on the technical requirements for the electrical energy transmission system, the maximum possible dimensions and number of coil turns are determined. Next, the following parameters of the coils are calculated: inductance L (Fig. 5), active resistances R (Fig. 6) at the operating frequency f , quality factor 2πfL / R (Fig. 7), coupling coefficient (shown in Fig. 8 for the distance between the inner sides coils 15 mm) without a conductive screen (1), the connection parameter Qk (Fig. 9). To increase the efficiency of the device, it is necessary to increase the value of the coupling parameter Qk , which limits the minimum diameter and number of turns of the coils. Based on the dependencies shown in Fig. 3–9, in Fig. 10, generalizing graphs are constructed that limit the “working” area of the device. The minimum value of the coil coupling coefficient k is chosen to be 0.8. In FIG. 11 shows one graph of the coil mass and the coupling parameter Qk as a function of the diameter of the inner row and the number of turns of the coil. It can be seen that at a constant mass of the coil, it is more advantageous to increase the diameter of the coil and reduce the number of turns in order to obtain the highest value of the coupling parameter. In FIG. 12 shows the values of capacitances (8) and (9) for each oscillatory circuit (6) and (7), at which such a resonance occurs in the system of connected circuits, when at the operating frequency the phase difference of the currents in the coils (4) and (5) ΔΦ = 160°…180°. The values of the characteristic impedances of the oscillatory circuits (6) and (7) are shown in Fig. 13. In FIG. 14 shows the resistance values (15) of the source (14) and load (16) at which the phase difference between the currents in the transmitting coil (4) and the receiving coil (5) is 174°. To simplify the mathematical model, the resistance (15) of the source (14) is chosen to be equal to the resistance (16) of the load. If necessary, the resistances can be matched to the oscillatory circuits (6) and (7) by partial inclusion of capacitive or inductive elements. In FIG. 15 shows the dependences of the efficiency of a system of coupled oscillatory circuits without a conductive screen (1). Based on these dependencies, the maximum achievable efficiency of the device is determined, which in practice will be reduced due to the influence of the conductive screen (1). The thickness of the shield (1) must not exceed the skin depth at 50/60 Hz. For example, for a conductive screen (1) made of aluminum, the skin depth at a frequency of 50 Hz will be 11.6 mm, for copper - 9.2 mm. If necessary, the system parameters are refined using numerical electrodynamic simulation or in the prototyping process.

Устройство для передачи электрической энергии на промышленной частоте через проводящий экран работает следующим образом (фиг. 2). Источник электрической энергии (14) с сопротивлением (15) возбуждает колебания в индуктивно связанных колебательных контурах (6) и (7), катушки (4) и (5) которых (фиг. 1) находятся с разных сторон проводящего экрана (1). Параметры колебательных контуров (6) и (7) выбраны таким образом, что на промышленной частоте 50/60 Гц в связанных контурах наблюдается резонанс, причем разница фаз токов в катушках (4) и (5) ΔΦ = 170°…180°. Так как между катушками (4) и (5) находится проводящий экран (1), в нем возбуждаются и взаимодействуют формируемые двумя катушками (4) и (5) вихревые токи (токи Фуко), при этом важно, что толщина экрана не превышает глубину скин-слоя. Поскольку токи в катушках (4) и (5) практически противофазны, то возбуждаемые ими вихревые токи в проводящем экране (1) также противофазны и практически полностью компенсируют друг друга, за счет чего удается передавать электрическую энергию от источника (14) к сопротивлению (16) нагрузки. Таким образом обеспечивается заявляемый технический результат – возможность передачи электрической энергии на промышленной частоте через проводящий экран.A device for transmitting electrical energy at industrial frequency through a conductive screen operates as follows (Fig. 2). The source of electrical energy (14) with resistance (15) excites oscillations in inductively coupled oscillatory circuits (6) and (7), whose coils (4) and (5) (Fig. 1) are located on different sides of the conductive screen (1). The parameters of the oscillatory circuits (6) and (7) are chosen in such a way that at an industrial frequency of 50/60 Hz, resonance is observed in the coupled circuits, and the phase difference of the currents in the coils (4) and (5) ΔΦ = 170°…180°. Since there is a conductive screen (1) between the coils (4) and (5), eddy currents (Foucault currents) formed by two coils (4) and (5) are excited and interact in it, while it is important that the thickness of the screen does not exceed the depth skin layer. Since the currents in the coils (4) and (5) are practically antiphase, the eddy currents excited by them in the conductive screen (1) are also antiphase and almost completely compensate each other, due to which it is possible to transfer electrical energy from the source (14) to the resistance (16 ) load. Thus, the claimed technical result is ensured - the possibility of transmitting electrical energy at an industrial frequency through a conductive screen.

Для проверки корректности аналитических расчетов была создана численная электродинамическая трехмерная модель (на фиг. 16 показан вертикальный разрез 3D-модели). Размеры проводящего экрана (1) – 2×2 м2, толщина 5 мм. Диаметр медного провода катушек (4) и (5) без изоляции – 5 мм, с изоляцией – 5,2 мм. Число витков в каждой катушке (4) и (5) – 32×32 = 1024, расстояния между центрами витков равны диаметру провода с изоляцией – 5,2 мм. Внутренний диаметр катушек (4) и (5) – 994,8 мм, внешний – 1327,6 мм, сечение – 166,4×166,4 мм2. Расстояние между ближайшими сторонами катушек (4) и (5) – 15 мм. Масса каждой катушки (4) и (5) – около 650 кг. Величины емкостей (8) и (9) – по 15,41 мкФ, внутреннее сопротивление (15) источника (14) электрической энергии равно сопротивлению нагрузки (16) и составляет 1,5 кОм. При этом резонансные частоты системы колебательных контуров (6) и (7) составили приблизительно 26 и 50 Гц, а разница фаз между токами в индуктивностях (10) и (11) на частоте 50 Гц составляет 174°. Результаты моделирования для различных величин проводимости проводящего экрана (1) показаны на фиг. 17. Видно, что для проводящего экрана (1) с проводимостью 108 См/м (проводимость меди 6⋅107 См/м) затухание составит около 7 дБ. Таким образом, продемонстрирована возможность передачи электрической энергии на промышленной частоте (50/60 Гц) через проводящий медный экран толщиной 5 мм. Максимальная толщина экрана приблизительно равна глубине скин-слоя в выбранном материале на рабочей частоте.To check the correctness of the analytical calculations, a three-dimensional numerical electrodynamic model was created (Fig. 16 shows a vertical section of the 3D model). The dimensions of the conductive screen (1) are 2×2 m 2 , thickness 5 mm. The diameter of the copper wire of coils (4) and (5) without insulation is 5 mm, with insulation - 5.2 mm. The number of turns in each coil (4) and (5) is 32 × 32 = 1024, the distance between the centers of the turns is equal to the diameter of the wire with insulation - 5.2 mm. The inner diameter of the coils (4) and (5) is 994.8 mm, the outer one is 1327.6 mm, the cross section is 166.4 × 166.4 mm 2 . The distance between the closest sides of the coils (4) and (5) is 15 mm. The mass of each coil (4) and (5) is about 650 kg. The values of the capacitances (8) and (9) are 15.41 μF each, the internal resistance (15) of the source (14) of electric energy is equal to the load resistance (16) and is 1.5 kOhm. In this case, the resonant frequencies of the system of oscillatory circuits (6) and (7) were approximately 26 and 50 Hz, and the phase difference between the currents in the inductances (10) and (11) at a frequency of 50 Hz is 174°. The simulation results for different conductivity values of the conductive screen (1) are shown in FIG. 17. It can be seen that for a conductive screen (1) with a conductivity of 10 8 S/m (copper conductivity 6⋅10 7 S/m), the attenuation will be about 7 dB. Thus, the possibility of transmitting electrical energy at industrial frequency (50/60 Hz) through a conductive copper screen 5 mm thick has been demonstrated. The maximum screen thickness is approximately equal to the skin depth in the selected material at the operating frequency.

Claims (1)

Устройство для передачи электрической энергии на промышленной частоте через проводящий экран, включающее передатчик электрической энергии с передающей катушкой, приемник электрической энергии с приемной катушкой, отличающееся тем, что между передающей и приемной катушками расположен проводящий электрический ток экран, толщина которого меньше глубины скин-слоя в нем для заданной рабочей частоты, параллельно передающей и приемной катушкам подключены конденсаторы, при этом катушки и конденсаторы образуют связанные колебательные контуры, а передача электрической энергии осуществляется на одной из резонансных частот, на которой разница между фазами токов, текущих в приемной и передающей катушках, находится в диапазоне от 160° до 180°.A device for transmitting electrical energy at an industrial frequency through a conductive screen, including an electrical energy transmitter with a transmitting coil, an electrical energy receiver with a receiving coil, characterized in that between the transmitting and receiving coils there is a conductive electrical current screen, the thickness of which is less than the depth of the skin layer in it for a given operating frequency, parallel to the transmitting and receiving coils, capacitors are connected, while the coils and capacitors form connected oscillatory circuits, and the transfer of electrical energy is carried out at one of the resonant frequencies, at which the difference between the phases of the currents flowing in the receiving and transmitting coils is in the range from 160° to 180°.
RU2022129187A 2022-11-10 Device for transmitting electrical energy at industrial frequency through conductive screen RU2801388C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2801388C1 true RU2801388C1 (en) 2023-08-08

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6100663A (en) * 1996-05-03 2000-08-08 Auckland Uniservices Limited Inductively powered battery charger
RU2419945C2 (en) * 2007-09-01 2011-05-27 Маквет Гмбх Унд Ко. Кг Device and method of wireless transfer of energy and/or data between device-source and target device
RU128413U1 (en) * 2012-12-13 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" ELECTRICITY CONTACTLESS TRANSMISSION SYSTEM WITH MINIMUM LOSS
RU2696491C1 (en) * 2015-11-25 2019-08-02 Конинклейке Филипс Н.В. Wireless inductive power transmission

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6100663A (en) * 1996-05-03 2000-08-08 Auckland Uniservices Limited Inductively powered battery charger
RU2419945C2 (en) * 2007-09-01 2011-05-27 Маквет Гмбх Унд Ко. Кг Device and method of wireless transfer of energy and/or data between device-source and target device
RU128413U1 (en) * 2012-12-13 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" ELECTRICITY CONTACTLESS TRANSMISSION SYSTEM WITH MINIMUM LOSS
RU2696491C1 (en) * 2015-11-25 2019-08-02 Конинклейке Филипс Н.В. Wireless inductive power transmission

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6772140B2 (en) Transmitter charging station and optimization method
JP6607922B2 (en) Wireless energy transmission for mobile device applications
EP1741113B1 (en) A device and method of non-contact energy transmission
JP6097215B2 (en) Wireless power transmission apparatus and multiband resonant power transmission method thereof
Feliziani et al. Mitigation of the magnetic field generated by a wireless power transfer (WPT) system without reducing the WPT efficiency
KR102524585B1 (en) Wireless charger and wireless power receiver
US20210281122A1 (en) Wireless power transfer transmitter, system and method of wirelessly transferring power
CN110208602B (en) Calculation method of circuit beneficial to calculation of super-high harmonic transfer characteristics of transformer
Varghese et al. Design and optimization of decoupled concentric and coplanar coils for WPT systems
KR20190143242A (en) Wireless charger having electromagnetic wave shielding function
Bertoluzzo et al. Preliminary investigation on contactless energy transfer for electric vehicle battery recharging
Rasekh et al. Evaluation study on an integration method for a DDQP using LCC and series compensation topologies for inductive power transfer
Moghaddami et al. Pareto optimization of circular power pads for contactless electric vehicle battery charger
Campi et al. Wireless power transfer (WPT) system for an electric vehicle (EV): how to shield the car from the magnetic field generated by two planar coils
CN112600314A (en) Method and device for transmitting electrical energy
RU2801388C1 (en) Device for transmitting electrical energy at industrial frequency through conductive screen
Chaidee et al. Maximum output power tracking for wireless power transfer system using impedance tuning
RU2577522C2 (en) Method and device for transmission of electric power
Liang et al. Efficient modeling of multi-coil wireless power transfer systems using combination of full-wave simulation and equivalent circuit modeling
Hadadtehrani et al. On the use of conical helix inductors in wireless power transfer systems
CN111092497B (en) Magnetic induction wireless power transmission coil and magnetic induction wireless power transmission system
Sun et al. Design of a resonant reactive shielding coil for wireless power transfer system
Lu Synergetic attenuation of stray magnetic field in inductive power transfer
Zhang et al. Design and simulation analysis on the transmitter/receiver of MCR-WPT
Gathageth et al. Wireless power transfer system using series-series compensation topology