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Título: Estudo, análise e simulação computacional de acoplamentos indutivos wireless utilizando software de elementos finitos
Autor(es): Macedo, Tatiana Saviato
Orientador: Santos, Walbermark Marques
Data do documento: 17-Jun-2019
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: A transferência indutiva de potência tem sido objeto de um número crescente de pesquisas nos últimos anos. Esse avanço foi impulsionado pela conveniência e segurança que essa tecnologia oferece para uma ampla gama de aplicações. Este trabalho apresenta uma análise dos parâmetros dos sistemas de bobinas utilizados para transferência indutiva de potência. Para calcular esses parâmetros foi utilizado um software de elementos finitos, cujos resultados das simulações são demonstrados graficamente. Duas geometrias de bobinas, circular e quadrada, foram consideradas para avaliar o comportamento do campo magnético em condições de variação da distância entre as bobinas e os desalinhamentos laterais das mesmas. O estudo também analisou teoricamente a influência do uso de blindagem eletromagnética no desempenho dos sistemas de transferência indutiva e concluiu que o uso da blindagem melhora em até 62% o fator de acoplamento, e seu efeito é maior nas bobinas quadradas, apesar da bobina circular apresentar um fator de acoplamento maior mesmo com a blindagem. Para validar os resultados teóricos, esses foram comparados com dados experimentais de um protótipo. A análise comparativa demonstrou que o uso de ferramentas de elementos finitos é válido para o cálculo dos parâmetros e a análise do comportamento do campo magnético, inclusive em condições de desalinhamentos espaciais entre as bobinas. Os resultados tanto teóricos quanto experimentais demonstraram que para garantir maiores níveis de potência transferida à carga, as dimensões das bobinas devem ser entre duas e três vezes a distância entre elas. Nessa faixa de distância o fluxo magnético entre as bobinas atinge seu ponto máximo. Neste trabalho foi observado que para sistemas estáticos de transferência indutiva, as bobinas circulares apresentam um desempenho melhor que as bobinas quadradas quando a distância entre elas é menos da metade da sua largura.
The research in inductive power transfer rising fastest in recent years. It was explained mainly because of the convenience and safety that this technology offers for a wide range of applications. This work presents a parameter analysis of coil systems used for inductive power transfer such as the geometry of coils, size of the coils, a distance of transmission, coupling coefficient, level of power and efficiency. To find the parameters the finite element software was available. Both geometries, circular coil, and square coil were studied to evaluate the magnetic field behavior for many distances of transmission and conditions of misalignments. The work also analyzed theoretically influence the use of electromagnetic shielding on the performance for inductive transfer systems. To add shielding in coils systems improves coupling factor up to 62%, and its effect is greater on square coils. However, the coupling factor is higher for circular coils even when adding a shield at the coils. To validate the theoretical results was compared simulation model data with experimentals data from a prototype. Comparative analysis has shown that the use of finite element tools is valid for parameter calculation and magnetic field behavior analysis, even in conditions os spatial misalignment between inductive power transfer system coils. Both theoretical and experimental results have shown that to ensure higher levels of load transfer power, the size of the coils was between 2 and 3.3 times the distance os transmission. In this distance, the magnetic flux between the coils reaches its maximum point. We concluded that static inductive transfer systems, circular coils perform better than square coils when the distance os transmissions are less than half their size.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/11252
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