Estudo, Análise e Simulação Computacional de Acoplamentos Indutivos Wireless Utilizando Software de Elementos Finitos

Nome: Tatiana Saviato Macedo
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 17/06/2019
Orientador:

Nomeordem decrescente Papel
Walbermark Marques dos Santos Orientador

Banca:

Nomeordem decrescente Papel
Eliete Maria de Oliveira Caldeira Examinador Externo
Jussara Farias Fardin Examinador Interno
Lucas Frizera Encarnação Examinador Interno
Marcia Helena Moreira Paiva Examinador Interno
Walbermark Marques dos Santos Orientador

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 de parâmetros de sistemas de bobinas utilizados para transferência indutiva de potência tais como geometria, dimensões e distância entre as bobinas, coeficiente de acoplamento, potência entregue na carga e eficiência do sistema de transmissão. 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. 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 de sistemas transferência indutiva de potência. Os resultados tanto teóricos quanto experimentais demonstraram que, para garantir maiores níveis de potência transferida à carga, as dimensões das bobinas devem ser entre 2 e 3,3 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.
Palavras-chave: transferência de potência indutiva, software de elementos finitos, projeto de bobinas, desalinhamento.

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