Kablosuz güç transferinde kullanılan bobin yapılarının incelenmesi

Abstract

Kablosuz Güç Transfer yöntemi aralarında hiçbir temas olmadan birincil bobine verilen enerjinin hava aralığından geçerek ikincil bobine aktarılması esasına göre çalışmaktadır. 1900'lü yılların başında ilk olarak Nicola Tesla tarafından başlatılan kablosuz güç transferi çalışmaları, mobil elektronik cihazlar ve elektrikli araçlar üzerine teknolojinin de gelişmesiyle cihazlarda kablo karmaşasını azaltmak amacıyla çokça araştırılan konular arasındadır. Elektromanyetik radyasyon, mikrodalga, lazer, endüktif kuplaj ve manyetik rezonans gibi çeşitli fiziksel prensiplere dayanan kablosuz güç transfer sistemleri geliştirilmiş ve literatüre sunulmuştur. Bu tez çalışmasında kablosuz güç transferinde kullanılan bobin yapılarından çember, kare, dikdörtgen, artı ve DD yapılı bobinlerin simülasyonları ANSYS Maxwell programı vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. İlk olarak çember bobin yapılarının değişik hava aralıkları, sarımlar arası mesafe ve sarım sayısı değiştirilerek simülasyonları yapılmıştır. Daha sonra çember, kare, dikdörtgen, artı ve DD bobin yapılarında üç sarım sayısında, sabit hava aralığında, ferrit eklenerek ve bobinlerin mükemmel hizalanma ve yanlış hizalanma durumlarının simülasyonları yapılarak, bobinler arasında meydana gelen güç bağlaşım seviyeleri incelenmiştir. Elde edilen veriler kullanılarak hangi bobin tipinde enerji iletim veriminin uygun olacağı belirlenmiştir.

Wireless Power Transfer systems' operation is based on transmitting electrical energy from a primary side coil to a secondary coil through air. Initial research efforts for wirelessly transmitting electrical energy dates back to Nicole Tesla's works in early 1900s. With recent technological developments in mobile devices and electric vehicles (EVs), wireless power transfer has become a hot topic in research community again. Wireless power transfer systems have been developed based on various physical principals, such as electromagnetic radiation, microwave, laser, inductive coupling and magnetic resonance. In this thesis work, some commonly utilized coil structures such as circular, square, rectangular, cross-shape and DD coils in wireless power transfer systems are simulated using ANSYS Maxwell. First, circular coils are simulated by systematically varying the air gap, number of turns and separation between the turns. Subsequently, ferrite layers are added to circular, square, rectangular, cross-shape and DD coils, and simulations are performed for various misalignments to observe coupling levels. The number of turns are fixed to three for all the coils in these simulations. Finally, coils are compared in terms of their coupling and misalignment-tolerance performances.