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系統識別號 U0002-2307201723005500
DOI 10.6846/TKU.2017.00821
論文名稱(中文) 用於電容式能量傳輸之像素化充電極板設計
論文名稱(英文) Novel Design of Pixelated Charging Electrodes for Capacitive Coupling Wireless Charging
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Electrical and Computer Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生(中文) 劉昀增
研究生(英文) Yun-Tseng Liu
學號 604440171
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2017-06-23
論文頁數 54頁
口試委員 指導教授 - 紀俞任
委員 - 李慶列
委員 - 甘堯江
關鍵字(中) 電容式
粒子群最佳化法
無線能量傳輸
關鍵字(英) Capacitive
Particle Swarm Optimization
Wireless Power transfer
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
在本論文中,我們將提出一種新的用於電容式無線充電的像素化電極板設計。此研究將著重於提升文獻上傳統電極板於軸心旋轉不對稱、X方向偏移、Y方向偏移等三種情況下電極板耦合效率低落的問題。此研究將利用粒子群最佳化法來設計像素化正負電極的分布,最佳化的目標是希望在電極板於軸心旋轉不對稱及水平偏移不對稱的情形下能夠降低耦合係數波動的幅度。所提出的MATLAB程式針對軸心旋轉不對稱與水平偏移不對稱的情況產生了兩種電極板的設計。模擬結果顯示經由程式自動產生的極板圖形非常合理,證明所提出最佳化法的演算法是可靠的。
英文摘要
In this thesis, a novel pixelated structure for electrode plates and initiate an innovative design of capacitive coupling for wireless charging. This research aims at improving the poor performance of traditional electrode plates in the literatures as the plates are misaligned in three cases: Yaw angle misalignment, X-direction misalignment, and Y-direction misalignment. This research utilized optimization technique to design the distribution of the positive (and negative) plate pixels, of which the optimization goal is to minimize the ripple of coupling coefficient vs the axial rotation angle and offset in the horizontal plane. The proposed MATLAB program generated two designs of electrode plates for the cases of yaw angle misalignment and horizontal offset misalignment. The simulation results shown that the automatically generated electrode pattern is reasonable, proven that the algorism of the proposed optimization method is reliable.
第三語言摘要
論文目次
目錄
中文摘要	I
英文摘要	II
第一章序論1
1.1 研究背景1
1.2 研究動機2
1.3 論文架構4
第二章	無線傳能與最佳化法概論5
2.1 電容式無線傳能系統5
2.1.1 電容式無線傳能系統基本結構6
2.1.2 像素化電極結構9
2.2 粒子群最佳化法10
2.3 離散型二進制粒子群最佳化法16
第三章 軸心旋轉偏移情形下之電極板最佳化設計19
3.1 位準敏感度問題19
3.2 以最佳化法及像素化概念進行電極板設計24
3.3 模擬流程26
3.4 模擬結果31
3.4.1 同尺寸軸心旋轉偏移31
3.4.2 不同尺寸軸心旋轉偏移36
第四章 水平垂直偏移情形下之電極板最佳化設計39
4.1 模擬流程40
4.2 模擬結果43
第五章結論50
參考文獻52
圖目錄
圖2.1 電容式無線傳能系統的基本架構5
圖2.2 Row array結構7
圖2.3 Column array結構7
圖2.4 contactless slip-ring結構8
圖2.5 contactless plug-in結構8
圖2.6 像素化電極結構10
圖2.7 粒子群最佳化法流程圖12
圖2.8 粒子群最佳化法中於二維目標函數等位線圖13
圖 2.9  三種不同邊界條件示意圖((xid^k')與(vid^k')表示更新後的粒子位置與速度)	16
圖 3.1  三種無線傳能架構的模型,利用MoM模擬比較耦合係數的變化(a)row array, (b) column array, (c)磁共振	20
圖 3.2  三種無線傳能架構耦合係數與Z方向偏離程度的關係比較圖        	21
圖 3.3  三種無線傳能架構耦合係數與X方向偏移程度的關係比較圖	22
圖 3.4  三種無線傳能架構耦合係數與Y方向偏移程度的關係比較圖	23
圖 3.5  三種無線傳能架構耦合係數與軸心偏轉角度的關係比較圖	24
圖 3.6  像素化電極概念結合離散型二進制粒子群最佳化法之電極板示意圖	26
圖 3.7  粒子群最佳化法流程圖	27
圖 3.8  精密度10*10的同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構	32
圖 3.9  精密度10*10同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構與row array結構耦合面積比率比較(耦合面積(%)/角度(°))	32
圖 3.10 精密度20*20的同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構	33
圖 3.11 精密度20*20同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構與row array結構耦合面積比率比較(耦合面積(%)/角度(°))	34
圖 3.12 精密度28*28的同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構	35
圖 3.13 精密度28*28同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構與row array結構耦合面積比率比較(耦合面積(%)/角度(°))	35
圖 3.14 精密度42*42的不同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構(初級板)	37
圖 3.15 精密度28*28的不同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構(次級板)	37
圖 3.16 精密度28*28不同尺寸軸心旋轉偏移最佳像素化電極結構與row array結構耦合面積比率比較(耦合面積(%)/角度(°))	38
圖 4.1  粒子群最佳化法流程圖	40
圖 4.2  精密度56*56的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(初級板)(W=3) (虛線範圍為加權重範圍29*29單位像素面積。)	44
圖 4.3  精密度28*28的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(次級板) (W=3)	44
圖 4.4  精密度56*56的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(初級板)(W=9) (虛線範圍為加權重範圍32*32單位像素面積。)	45
圖 4.5  精密度28*28的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(次級板) (W=9)	45
圖 4.6  精密度56*56的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(初級板)(W=11) (虛線範圍為加權重範圍33*33單位像素面積。)	46
圖 4.7  精密度28*28的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(次級板) (W=11)	46
圖 4.8  精密度56*56的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(初級板)(W=15) (虛線範圍為加權重範圍35*35單位像素面積。)	47
圖 4.9  精密度28*28的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(次級板) (W=15)	47
圖 4.10 精密度56*56的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(初級板)(W=17) (虛線範圍為加權重範圍36*36單位像素面積。)	48
圖 4.11 精密度28*28的不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構(次級板) (W=17)	48
圖 4.12 精密度28*28不同尺寸水平垂直偏移最佳像素化電極結構耦合面積比率(耦合面積(%)/位移量(單位像素長度))(藍:W=3,紅:W=9,橘:W=11,紫:W=15,綠:W=17)	49
參考文獻
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