Simulation und Optimierung resonanter Übertragungsstrecken für drahtlose Energieübertragungssysteme
Bernd Breitkreutz
Diese Publikation zitieren
Bernd Breitkreutz, Simulation und Optimierung resonanter Übertragungsstrecken für drahtlose Energieübertragungssysteme (2015), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832594480
28
Accesses
Accesses
Beschreibung / Abstract
Die drahtlose Energieversorgung von elektrischen Geräten stellt besondere Anforderungen an das Übertragungssystem, wenn größere Abstände zwischen der Quelle und dem Verbraucher überwunden werden sollen, ohne dass der Wirkungsgrad unter einen akzeptablen Wert fällt. Eine mögliche technische Lösung stellen nahfeldgekoppelte elektromagnetische Resonatoren dar. Durch die Resonanzüberhöhung genügt bereits eine schwache Kopplung zwischen dem Sender und dem Empfänger, um einen effizienten Energieaustausch gewährleisten zu können. Dieses Buch beschäftigt sich mit der Berechnung und Dimensionierung derartiger Resonatoren. Es wird ein physikalisches Modell selbstresonanter Luftspulen vorgestellt, welches eine effiziente numerische Simulation ihrer Kopplung, Abstrahlung und Güte erlaubt. Mithilfe dieses Modells wird untersucht, welche maximalen Reichweiten sich durch Optimierung der Resonatorgeometrie verwirklichen lassen.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 2 Kontaklose Energieübertragungssysteme
- 2.1 Transformatoren
- 2.2 Schwach koppelnde Induktivitäten
- 2.3 Resonant abgestimmte Transformatoren
- 2.4 Verkoppelte Resonatoren hoher Güte
- 2.5 Einfluss der Position des Empfängers auf die Kopplung
- 3 Simulation selbstresonanter Luftspulen
- 3.1 Wahl des numerischen Verfahrens
- 3.2 Parametrisierung des Drahtes
- 3.3 Herleitung der Systemgleichungen
- 3.4 Diskretisierung
- 3.5 Güten
- 3.6 Kapazitäten und Induktivitäten zwischen konzentrischen metallischen Ringen
- 3.7 Lösung der Laplacegleichung mit der Mittelpunktsmethode
- 3.8 Spiegelungsmethode
- 3.9 Numerische Lösung der Laplacegleichung mit der Drahtgittermethode
- 3.10 Berechnung der Kopplung
- 3.11 Verifikation der Simulationsergebnisse
- 3.12 Konvergenzverhalten der berechneten Eigenfrequenzen und Güten
- 3.13 Konvergenzverhalten der berechneten Kopplung
- 3.14 Konvergenz der Drahtgittermethode zur Berechnung der Oberflächenströme
- 3.15 Genauigkeit der Lösungsmethoden für die elektrische und magnetische Feldverteilung
- 4 Resonatoren
- 4.1 Analyse von selbstresonanten Spulen
- 4.2 Archimedische Spiralen
- 4.3 Ebene Spiralen mit linear veränderlichem Windungsabstand
- 4.4 Planare Spiralen mit idealer Windungsfunktion
- 4.5 Einfluss des Drahtdurchmessers
- 4.6 Höhere Moden
- 4.7 Schrauben
- 4.8 Parabolische zylindrische Spiralen
- 4.9 Reichweite schraubenförmiger Resonatoren
- 4.10 Torusförmige Resonatoren
- 5 Zusammenfassung und Ausblick