Compact Multi-Coil Inductive Power Transfer System with a Dynamic Receiver Position Estimation

Inductive power transfer (IPT) systems with tolerance to the lateral misalignment are advantageous for enhancing the transmitted power, usability and security of the system. In this thesis, a misalignment tolerant multi-coil design is proposed to supply stationary and dynamic battery-free wireless devices. A compact architecture composed of individually switchable 3 layers of printed coils arranged with overlap for excellent surface coverage. A hybrid architecture based on three compact AC supply modules reduces the supply circuit complexity on the sending Seite 2 von 4side. It detects the position of the receiver coil quickly, controls the activation of the transmitting coils and estimates the next receiver position. The proposed architecture reduces the circuit footprint by a factor of 62% compared to common architectures. A transmitter coil activation strategy is proposed based on the detection of the transmitting coils voltage and communication between sending side and receiving side to detect devices to supply nature and position and to differentiate them from other conductive objects in the sending area to the supplying security. The experimental results prove that the proposed architecture has a good performance for different trajectories when the device speed does not exceed 15 mm/s. Besides, the maximum detection time for the initial device position is about 1.6 s. The maximal time interval to check the transmitter coils is around 0.7 s.:1. INTRODUCTION 2. THEORETICAL BACKGROUND 3. STATE OF THE ART OF MULTI-COIL IPT SYSTEMS 4. NOVEL DESIGN OF A MULTI-COIL IPT SYSTEM 5. MULTI-COIL ACTIVATION PROCEDURE 6. EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS 7. CONCLUSION AND OUTLOOKInduktive Energieübertragungssysteme (IPT) mit Toleranz gegenüber seitlichem Versatz sind vorteilhaft, um die übertragene Leistung, die Nutzbarkeit und die Sicherheit des Systems zu verbessern. In dieser Arbeit wird ein versatztolerantes Multispulen-Design vorgeschlagen, um stationäre und dynamische batterielose drahtlose Geräte zu versorgen. Die kompakte Architektur besteht aus 3 einzeln schaltbaren Schichten gedruckter Spulen, die überlappend angeordnet sind, um eine hervorragende Oberflächenabdeckung zu gewährleisten. Eine hybride Architektur, die auf drei kompakten AC-Versorgungsmodulen basiert, reduziert die Komplexität der Versorgungsschaltung auf der Senderseite. Sie erkennt die Position der Empfängerspule schnell, steuert die Aktivierung der Sendespulen und schätzt die nächste Empfängerposition. Die vorgeschlagene Architektur reduziert den Platzbedarf der Schaltung um einen Faktor von 62 % im Vergleich zu herkömmlichen Architekturen. Es wird eine Aktivierungsstrategie für die Sendespulen vorgeschlagen, die auf der Erkennung der Spannung der Sendespulen und der Kommunikation zwischen Sende- und Empfangsseite basiert, um die Art und Position der zu versorgenden Geräte zu erkennen und sie von anderen leitfähigen Objekten im Sendebereich zu unterscheiden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Architektur eine gute Leistung für verschiedene Trajektorien hat, wenn die Geschwindigkeit der Geräte 15 mm/s nicht überschreitet. Außerdem beträgt die maximale Erkennungszeit für die anfängliche Geräteposition etwa 1,6 s. Das maximale Zeitintervall für die Überprüfung der Senderspulen beträgt etwa 0,7 s.:1. INTRODUCTION 2. THEORETICAL BACKGROUND 3. STATE OF THE ART OF MULTI-COIL IPT SYSTEMS 4. NOVEL DESIGN OF A MULTI-COIL IPT SYSTEM 5. MULTI-COIL ACTIVATION PROCEDURE 6. EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS 7. CONCLUSION AND OUTLOO