Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses

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dc.contributor.advisorResende, Úrsula do Carmo
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2792357895049279
dc.contributor.authorSoares, Ícaro Veloso
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6305567352022790
dc.contributor.refereeResende, Úrsula do Carmo
dc.contributor.refereeGonçalves, Sandro Trindade Mordente
dc.contributor.refereeSilva, Elson José da
dc.date.accessioned2025-05-29T14:01:58Z
dc.date.available2025-05-29T14:01:58Z
dc.date.issued2020-08-10
dc.description.abstractFrom the various existing techniques to wirelessly transfer energy, one of the most efficient in terms of power and distance range is through magnetic resonance. In this technique, the transmitter and receiver coils are inductively coupled, and this coupling is intensified when both coils are tuned at the same resonant frequency. One way to enhance the power transfer efficiency and also to control the magnetic field direction is by applying metamaterial lenses which are able to overcome the diffraction limit. In this engineered material, the effective electromagnetic properties are functions of the chemical composition and geometrical arrangement of the unit cells that compose it. The analysis of a resonant wireless power transfer with metamaterial lenses is a complex and computationally costly problem. Therefore, in this work, an alternative approach for the qualitative analysis of these structures is proposed by applying the thin-wire approximation and its numerical solution through the Method of Moments. In addition, the Transformation Optics technique is applied to determine the refractive index profile of a metamaterial lens that leads to a desired magnetic field collimation. In this way, different magnetic metasurface lenses are designed, and their behaviour is computationally and experimentally verified. Finally, two-coil and four-coil resonant wireless power transfer systems are designed, built and tested with and without the inclusion of metamaterials lenses.
dc.description.abstractotherDas várias técnicas existentes para transferência de energia sem fio, uma das mais eficientes em termos de faixa de potência e distância é por ressonância magnética. Nesta técnica, as bobinas transmissora e receptora são acopladas indutivamente, e esse acoplamento é intensificado quando ambas estão sintonizadas na mesma frequência de ressonância. Uma maneira de aumentar a eficiência da transferência de energia e também de controlar a direção do campo magnético é utilizando lentes metamateriais capazes de superar o limite de difração. Nestes materiais engenheirados, as propriedades eletromagnéticas efetivas são funções da composição química e do arranjo geométrico das células unitárias que os compõem. A análise da transferência de energia sem fio ressonante com lentes metamateriais é um problema complexo e computacionalmente dispendioso. Portanto, neste trabalho, uma abordagem alternativa para a análise qualitativa dessas estruturas é proposta aplicando a aproximação de fio fino e sua solução numérica através do Método dos Momentos. Além disso, a técnica de Óptica Transformacional é aplicada para determinar o perfil do índice de refração de uma lente metamaterial que conduz à desejada colimação de campo magnético. Dessa forma, diferentes lentes metassuperficiais magnéticas são projetadas e seu comportamento é verificado computacional e experimentalmente. Finalmente, sistemas de transferência de energia sem fio ressonante de duas e quatro bobinas são projetados, construídos e testados com e sem a inclusão de lentes metamateriais.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1592
dc.language.isoen
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG / UFSJ
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.subjectCampos elétricos
dc.subjectEquações – Soluções numéricas
dc.subjectLinhas de transmissão de micro-ondas
dc.subjectMetamateriais
dc.subjectDispositivos eletromagnéticos
dc.titleAnalysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses
dc.typeDissertação

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