An application of multi-magnetic circular planar spiral relay to improve the performance of wireless power transfer system

Abstract

The system of delivering electricity without wires is known as wireless power transfer (WPT). The WPT system has been extensively used in a number of industries, health, telecommunications, and transportation. However, the distance between the transmitter and receiver coils has a significant impact on its efficiency. Lower power can be generated between coils the farther apart they are, and vice versa. The novelty of the proposed work is innovative in that it develops a multi-magnetic circular planar spiral relay to improve the WPT system’s performance and designs circular planar spiral coils to achieve an appropriate inductance value for the 5 kHz matching frequency. The goal of paper is to create a circular planar spiral coil with an appropriate inductance value for the 5 kHz matching frequency. Methods. The transmitter circuit, receiver circuit, and DC voltage source are parts of the WPT system. The inverter circuit uses the inductive coupling technique to transform the DC power source into AC voltage on the transmitter coil. The suggested coil is additionally employed as a multi-magnetic circular planar spiral relay in order to increase the mutual inductance between the receiver and transmitter coils. Results. To monitor the power improvement that results from adding a multi-magnetic relay to the system, the transmitter coil, receiver coil, and multi-magnetic relay are positioned at specific distances from each other. With Vdc = 30 V and dtr = 21 cm, the power received at the receiver coil can therefore be improved by up to 67 %. Practical value. The multi-magnetic circular planar spiral relay applied in the WPT system has been investigated in an experimental study and it can be applied for DC load.

Система доставки електроенергії без дротів відома як бездротова передача енергії (WPT). Система WPT широко використовується у ряді галузей промисловості, охорони здоров’я, телекомунікацій та транспорту. Однак відстань між передавальною та приймальною котушками істотно впливає на її ефективність. Чим далі котушки один від одного, тим нижча потужність, і навпаки. Новизна запропонованої роботи полягає в розробці багатомагнітного круглого плаского спірального реле для покращення продуктивності системи WPT і в проєктуванні круглих пласких спіральних котушок для досягнення відповідного значення індуктивності для частоти узгодження 5 кГц. Метою роботи є створення кругової плоскої спіральної котушки з відповідним значенням індуктивності для частоти узгодження 5 кГц. Методи. Схема передавача, схема приймача та джерело постійної напруги є частинами системи WPT. Схема інвертора використовує метод індуктивного зв’язку перетворення джерела постійного струму в змінну напругу на котушці передавача. Пропонована котушка додатково використовується як багатомагнітне кругле плоске спіральне реле для збільшення взаємної індуктивності між приймальною і передавальної котушками. Результати. Для контролю поліпшення потужності, яке відбувається в результаті додавання багатомагнітного реле в систему, котушка, що передає, приймальна котушка і багатомагнітне реле розташовуються на певних відстанях один від одного. При Vdc = 30 В і dtr = 21 см потужність, яка приймається приймальною котушкою, може бути покращена до 67 %. Практичне значення. Багатомагнітне кругле плоске спіральне реле, що застосовується в системі WPT, було досліджено експериментально, і його можна застосовувати для постійного навантаження.