Altıgen-kare melez sargılı temassız güç aktarım sistem tasarımı
Hexagon-square hybrid coil design for wireless power tranfer system
Yazar: ALI PASHAEI
Danışman: PROF. DR. MEHMET TİMUR AYDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Kablosuz sistemler = Wireless systems

Özet:
Kablosuz güç aktarımı (KGA), fiziksel temas kullanmadan bir hava boşluğu üzerinden enerji iletimidir. Bu yöntem temiz ve güvenilir olmasından dolayı gün geçtikçe elektrikli araçlar ve farklı uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Literatüre KGA sistemlerinde farklı sargı modelleri kullanılmaktadır. KGA sistemlerinde en önemli sorunlardan biri olan sargıların kayması sonucunda bağlaşım katsayısı değişimi ve dolayısıyla verim düşmesini gidermek için hibrit kare-altıgen sargı yapısı önerilmiştir. Bu sargı yapısı normal kare sargı yapısına göre karşılaştırıldığında X ve Y ekseninde kayma sonucu bağlaşım katsayısı noktasında daha az etkilenmektedir ve bunun sonucunda daha iyi bir verime sahiptir. Çalışmamızda öncelikle kare-altıgen sargı yapısının SEA analizleri ve ANSYS SİMPLORER ortamında benzetimleri yapılmıştır. Ayrıca laboratuvar ortamında 50 W, 85 KHz'te çalışan bir KGA sistemi tasarlanmış ve test edilmiştir. SEA analizleri ve deneysel uygulama sonuçları büyük oranda örtüşmektedir ve buna göre KGA sistemimizin sargıdan sargıya verimi %93.5 ve sistemin genel verimi %87 olarak sonuçlanmıştır. İki sargı arasında hava aralığı 5 cm olup ve sistemin etkinliğini ölçmek için X ve Y eksenlerinde 2 cm'den 10 cm'ye kadar kayma yapılmıştır ve hibrit kare-altıgen sargı yapısının daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Wireless power transfer (WPT) is the energy transmission over an air gap without physical contact. Since this method is clean and reliable, it has been widely used in electric vehicles and different applications nowadays. There is different coil models used in WPT literature. Hybrid square-hexagonal coil structure has been proposed in order to eliminate the coupling coefficient change and thus the decrease in efficiency as a result of the misalignment of the coils, which is one of the most important problems in WPT systems. Compared to the normal square coil structure, this structure is less affected by the coupling coefficient as a result of misalignment in the X and Y axis, and as a result, it has a better efficiency. In our study, first of all, SEA analyzes of the square-hexagonal coil structure and simulations were made in the ANSYS SIMPLORER environment. In addition, a WPT system operating at 50 W, 85 KHz was designed and tested in a laboratory environment. FEA analyzes and experimental application results largely overlap, and accordingly, the coil-to-coil efficiency of our WPT system was 93.5% and the overall efficiency of the system was 87%. The air gap between the two windings is 5 cm and a misalignment from 2 cm to 10 cm in the X and Y axes was made to measure the efficiency of the system, and it was observed that the hybrid square-hexagonal winding structure gave better results.