Tóm tắt nghiên cứu

Một nhóm nghiên cứu của Giáo sư Sekiya Daio của Trường bóng đá tỷ lệ kèo nhà cái học Thông tin sau đại học, Đại học Chiba, Trợ lý Giáo sư Shu Mon, bóng đá tỷ lệ kèo nhà cái Kỹ thuật Điện Thiết bị được kết nối) trong các hệ thống truyền tải năng lượng không dây tần số cao (WPT)^{Lưu ý 1)}, và đồng thời đạt được điện áp đầu ra ổn định và hoạt động hiệu quả cao^{Lưu ý 2)}111775_111942

Phát hiện nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 2 tháng 7 năm 2025 trên Tạp chí Học thuật Giao dịch IEEE về Mạch và Hệ thống I: Giấy tờ thông thường

Bối cảnh nghiên cứu

112367_112604^{Lưu ý 3)}cho phép thu nhỏ các cuộn dây điện và tiếp nhận, và ngày càng được áp dụng cho các thiết bị IoT, cấy ghép y tế, robot công nghiệp, vv

Tuy nhiên, trong các hệ thống WPT, khi tải thay đổi, điện áp đầu ra trở nên không ổn định và hiệu suất truyền năng lượng giảm Một phương pháp để giải quyết điều này là "hành vi độc lập tải (li)" đã thu hút sự chú ý Hoạt động Li là một công nghệ cực kỳ hứa hẹn cho hoạt động nhỏ và tần số cao, vì nó có đặc điểm là duy trì điện áp đầu ra không đổi và hoạt động hiệu quả cao bất kể biến động tải Tuy nhiên, việc đạt được hoạt động LI đòi hỏi các thiết kế liên tục mạch chính xác dựa trên các phương pháp phân tích nâng cao và thách thức đối với việc thực hiện xã hội là chỉ một số ít các chuyên gia có thể thiết kế chúng

Kết quả nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, chúng tôi giới thiệu một phương pháp thiết kế dựa trên công thức phân tích truyền thống^{Tham chiếu 1)}Phương pháp thiết kế đầy đủ, kết hợp mô phỏng số và thuật toán tối ưu hóa sốPhương pháp này tính toán chính xác và dự đoán các dạng sóng vận hành của điện áp và dòng điện bằng cách mô hình hóa và mô phỏng chuyển động của toàn bộ mạch bằng phương trình vi phân Điều này cho phép nhiều màn trình diễn được tối ưu hóa trên máy tính đồng thời, chẳng hạn như biến dạng sóng hài (THD), một chỉ số đánh giá độ ổn định điện áp đầu ra, hiệu suất truyền công suất và biến dạng tín hiệu Các phương pháp thiết kế trước đây đã được phân tích và thiết kế dựa trên các giả định khác với thực tế, chẳng hạn như "các bộ phận không mất năng lượng" và "luôn luôn di chuyển vào thời gian lý tưởng" Tuy nhiên, phương pháp này loại bỏ các xấp xỉ phân tích và các giả định lý tưởng này, cho phép các thiết kế chính xác cao phù hợp với hoạt động của mạch thực tế

Hệ thống WPT Lớp học được thiết kế và triển khai bằng phương pháp này đã đạt được các kết quả sau thông qua các thử nghiệm:

• triệt tiêu dao động điện áp đầu ra xấp xỉ 60%so với các điện áp thông thường (18%> 7,8%>)
• đạt được tới 86,7 & percnt; Hiệu suất truyền điện ở công suất đầu ra 23,1W, tần số truyền 6,78 MHz
• Đầu ra điện áp không đổi được duy trì ngay cả trong các dao động tải trọng lớn (Hình 1C)
• Biến dạng điều hòa (THD) có thể bị triệt tiêu dưới 0,05
• Khám phá các cấu hình mạch mới nhận ra hoạt động Li, rất khó khám phá với các phương pháp thiết kế phân tích

Ngoài ra, cấu trúc và các thành phần của mạch được sử dụng trong thiết kế này là thực tế và được sao chép chính xác một cách chi tiết (Hình 2) Ví dụ, các yếu tố thường bị bỏ qua trong các mô hình lý thuyết truyền thống, chẳng hạn như tính chất điện bổ sung (điện dung ký sinh) được tạo ra trong các phần, mất năng lượng (mất chuyển mạch) xảy ra khi chuyển đổi và mất điện (mất lõi) xảy ra bên trong cuộn dây (mất lõi) Điều này cho phép tự động hóa các thiết kế khách quan và có thể tái tạo bằng cách sử dụng máy học mà không cần dựa vào các quy tắc truyền thống hoặc chuyên môn của các nhà thiết kế

Triển vọng tương lai

Phương pháp thiết kế toàn diện dựa trên ML được đề xuất không chỉ cung cấp một hệ thống WPT hiệu suất cao, mà còn cho thấy sự thay đổi mô hình trong thiết kế mạch điện điện tử Trước đây, việc thiết kế các mạch điện tử Power được thực hiện bởi các chuyên gia thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm và lỗi, nhưng người ta hy vọng rằng "thiết kế AI tự động" sẽ trở thành hiện thực trong tương lai thông qua các mô hình chính xác và tối ưu hóa số

115829_115908

• Xây dựng khung thiết kế tích hợp bao gồm lựa chọn các phần tử bán dẫn và các thành phần từ tính
• Tăng tốc thêm của các tính toán tối ưu hóa ML (sử dụng môi trường GPU và đám mây, vv)
• Mở rộng và khái quát hóa cho các bộ chuyển đổi nguồn tần số cao khác, chẳng hạn như bộ chuyển đổi cộng hưởng
• Phát triển các nguyên mẫu thực tế trong các lĩnh vực của IoT, robot và thiết bị y tế

Thuật ngữ

Lưu ý 1)

Đang tải biến động
Một hiện tượng trong đó đối tượng nguồn điện (= tải) thay đổi tính chất và công suất của nó theo thời gian Ví dụ, giá trị điện trở của pin thay đổi theo thời gian tùy thuộc vào mức độ sạc và động cơ tùy thuộc vào tốc độ quay

Lưu ý 2)

Học máy (ML)
Một công nghệ tự động tìm hiểu các mẫu và quy tắc từ dữ liệu, đưa ra dự đoán và quyết định về dữ liệu mới mà không có máy tính được lập trình rõ ràng

Lưu ý 3)

ISM Band (Ban nhạc bóng đá tỷ lệ kèo nhà cái học và y tế công nghiệp)
dải tần số truyền thông vô tuyến được gán để sử dụng sóng vô tuyến tần số vô tuyến trong các lĩnh vực công nghiệp, bóng đá tỷ lệ kèo nhà cái học và y tế

Giới thiệu về dự án nghiên cứu

Nghiên cứu này được thực hiện với sự hỗ trợ của các khoản tài trợ sau:

• Chương trình tạo công nghệ cơ bản sáng tạo cho điện tử công suất (JPJ009777)

Thông tin bài viết

Tiêu đề

Phương pháp thiết kế hoàn toàn dựa trên ML cho các hệ thống WPT Lớp học độc lập tải

Tác giả

117683_117802

Tên tạp chí

Giao dịch của IEEE trên các mạch và hệ thống I: Giấy tờ thông thường

doi

101109/tcsi20253579127

Tham chiếu 1)

Tiêu đề

Quy trình thiết kế các hệ thống WPT Class-E độc lập tải và ứng dụng của nó trong ROBOT ARM

Tên tạp chí

Giao dịch của IEEE về Điện tử công nghiệp

doi

101109/tie20223220818