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Dec 18, 2023

Un nuevo receptor de solenoide hueco compatible con el doble global

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 11925 (2023) Cite este artículo 292 Accesos Detalles de métricas La tecnología de transferencia de energía inductiva (IPT) es una solución prometedora para cargar la electricidad

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 11925 (2023) Citar este artículo

292 Accesos

Detalles de métricas

La tecnología de transferencia de energía inductiva (IPT) es una solución prometedora para cargar vehículos eléctricos (EV) al permitir que un EV cargue su sistema de almacenamiento de energía (batería) sin ningún cable de conexión mediante acoplamiento magnético. Este artículo propone un nuevo diseño de receptor denominado receptor Hollow Solenoid que es compatible con el transmisor estándar doble D definido por el estándar SAE J2954. Se presenta un análisis de diseño profundo para el receptor de solenoide hueco propuesto para definir los parámetros de diseño óptimos para la bobina (inductancias, número de vueltas, dimensiones, cables, etc.) y el núcleo de ferrita (dimensiones, número, disposición, etc.). Se presentaron y analizaron varios diseños de receptores de solenoide (SR) WPT3 (11,1 kVA) en función de su eficiencia, peso, tamaño, volumen y coste. El rendimiento del SR propuesto se comparó con el receptor global Doble-D (DDR) presentado por el estándar SAE J2954 bajo diferentes condiciones de carga y alineación lateral y rotacional considerando el factor de acoplamiento, la potencia y eficiencia de transmisión y los campos electromagnéticos (EMF) parásitos. Todo el sistema IPT, incluidas las bobinas, la red de compensación, los convertidores de potencia, los controles y la carga de la batería, se modeló y analizó para las bobinas SR y DDR. Los resultados revelan que el SR propuesto es compatible con el transmisor DD global en diferentes condiciones de alineación y carga y es capaz de transmitir la potencia deseada (11 kW) con una eficiencia > 85%. El diseño Hollow SR muestra la mayor eficiencia y el menor tamaño, peso y costo en comparación con DDR y otros diseños.

El sector del transporte presenta una fuente importante de emisiones nocivas (las más altas en EE. UU.), ya que depende principalmente de combustibles fósiles, que son una fuente de energía no permanente y es probable que se agoten con el tiempo. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de utilizar vehículos eléctricos (EV) para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). La implementación de vehículos eléctricos a escala puede verse obstaculizada si la infraestructura de carga adecuada no está disponible o no es accesible. La tecnología de transferencia de energía inductiva (IPT) muestra características prometedoras que permiten la carga de vehículos eléctricos durante el estacionamiento y el movimiento a largo plazo. IPT es una técnica para cargar baterías de vehículos eléctricos a lo largo de una gran distancia de espacio de aire (100 a 400 mm) sin ningún contacto físico. Tiene varias ventajas sobre los cargadores enchufables en términos de automatización, flexibilidad, seguridad, mantenimiento y conveniencia. También es adecuado en condiciones ambientales adversas como lluvia, nieve, polvo, etc.1. El sistema IPT consta de dos lados aislados; el lado de tierra (transmisor) que contiene una almohadilla primaria, un circuito resonante, un inversor de alta frecuencia (HF) y un rectificador de red. El lado del vehículo (receptor) que contiene una almohadilla secundaria, un circuito resonante y un rectificador de diodo que alimenta la batería del EV, como se indica en la Fig. 1. La fuente de alimentación suministra energía de baja frecuencia al inversor, que la convierte en energía HF y alimenta el bobina del transmisor (primaria). Los campos electromagnéticos generados por la bobina primaria se acoplan con la bobina secundaria para transmitir la energía a la misma frecuencia de suministro. La energía secundaria HF se recertifica para cargar la batería del EV. Los lados primario y secundario se comunican entre sí a través de un enlace de comunicación inalámbrica para permitir la alineación, autenticación, control y pago de facturas.

Componentes ejemplares del sistema IPT débilmente acoplados.

El acoplador inductivo magnético (almohadillas primarias y secundarias) es un componente vital en el sistema IPT que es responsable de transferir la energía desde la fuente a la carga. En la literatura se han introducido y discutido muchas estructuras y diseños de almohadillas en función de la forma de los campos electromagnéticos generados. Estas estructuras se dividen en tres tipos: estructuras polarizadas, en las que los componentes del flujo viajan horizontalmente, como la almohadilla doble D (DD) y la almohadilla solenoide2. Las estructuras con componentes de flujo verticales se denominan no polarizadas, como las almohadillas rectangulares y circulares3. La tercera estructura consta de múltiples bobinas superpuestas que están mutuamente desacopladas y pueden generar flujo tanto vertical como horizontal, como almohadillas bipolares y tripolares4. Las almohadillas rectangulares y DD tanto para el transmisor como para el receptor se presentan en los estándares SAE J2954 para carga de vehículos eléctricos livianos. Estos pads presentan buenas ventajas en términos de simplicidad y rendimiento, lo que los hace adecuados como pad transmisor. Sin embargo, debido a la gran cantidad de alambres litz y ferrita utilizados en estas almohadillas, presentan un gran peso, gran tamaño y alto costo, lo que las hace inapropiadas para una almohadilla de vehículo, donde el espacio y el peso son críticos. La bobina de solenoide es una estructura magnética prometedora para pastillas de vehículos con muy buen rendimiento (alto factor de acoplamiento con alta densidad de potencia y tamaño pequeño) y bajo costo. También permite una gran tolerancia de desalineación con entrehierros medianos y grandes debido a la ausencia de una posición de acoplamiento cero porque es una estructura de doble cara y genera una gran radiación no ionizante5,6. Los autores de in7 diseñaron un sistema de carga inalámbrico que consta de una bobina solenoide plana y un convertidor elevador entrelazado. Se construyó un prototipo para investigación práctica que transmite potencia de 500 W a través de una distancia de entrehierro de 170 mm. Se optimizaron los parámetros de la bobina del solenoide y se obtuvo una eficiencia de transmisión CC-CC del 90,1%. En8, los investigadores combinaron una bobina de solenoide con una bobina rectangular para formar una plataforma transmisora. Por otro lado, se utilizaron por separado almohadillas circulares y rectangulares. Se hizo una comparación entre ellos en términos de variación de la inductancia de la bobina, el grado de disparidad en la desalineación, así como el factor de acoplamiento. Se descubrió que cuando el solenoide se combina y se coloca en el medio de una bobina rectangular, el coeficiente de acoplamiento aumenta significativamente. En5, se diseña un sistema IPT basado en una configuración de solenoide para transmitir la potencia deseada a través de un espacio de aire de 200 mm. Se propusieron núcleos de ferrita que guían el flujo para aumentar el coeficiente de acoplamiento y se utilizó un blindaje de aluminio metálico para eliminar los campos electromagnéticos de fuga. Los investigadores propusieron un sistema IPT basado principalmente en la configuración del solenoide en9. Este sistema consta de un solenoide plano en el lado del transmisor y dos solenoides en el lado del receptor. Se realizó un análisis del sistema para obtener el mayor coeficiente de acoplamiento y se probó el principio de interoperabilidad del sistema propuesto con configuraciones DD y bipolares. Se logra una transmisión de potencia de 6 kW a través de un entrehierro de 50 mm, con una tolerancia de desalineación horizontal de 125 mm.

En 10 se diseñó una bobina magnética tanto en el lado de tierra como en el del vehículo. Los factores que afectan el coeficiente de acoplamiento se estudiaron de dos maneras: inductancia mutua y teorías de circuitos magnéticos. El núcleo de ferrita también fue diseñado para alcanzar el mejor valor del coeficiente de acoplamiento. En 11, se utilizó una estructura de bobina de solenoide en el lado del receptor y una estructura bipolar en el lado del transmisor. El efecto de cambiar tanto el número de vueltas como la longitud y el ancho del núcleo de ferrita se analizó en función de la inductancia propia y mutua, el coeficiente de acoplamiento y la densidad de flujo magnético. Se descubrió que al aumentar la longitud o el ancho del núcleo de ferrita, aumenta la densidad de flujo alrededor de las bobinas. Además, aumentar la distancia entre las espiras tiene un efecto negativo en el campo al aumentar su valor y reduce significativamente el valor de la autoinductancia. En 12 se propuso un nuevo diseño en el lado de tierra y derivado del solenoide. Es una combinación entre un solenoide central y una bobina rectangular (o cuadrada) conectados en serie y se denomina XPAD. XPAD permite una transmisión de alta potencia a través de un gran espacio de aire con menos sensibilidad a la desalineación lineal. Se comparó con la estructura de solenoide convencional y se descubrió que proporciona un mayor coeficiente de acoplamiento y reduce el campo magnético parásito. Esto mejora el rendimiento del sistema, pero tiene una estructura más complicada y es más difícil de fabricar. En 13 se presenta un diseño de un solenoide para transmitir una potencia de 5 kW. El blindaje está hecho de cobre en diferentes formas, como una lámina continua o múltiples piezas pequeñas. Se presentó la optimización de las distancias entre las barras de ferrita para aumentar la potencia transmitida. El uso de láminas continuas en lugar de piezas múltiples reduce el flujo de fuga y las pérdidas por corrientes parásitas en un 29%, lo que hace que el sistema funcione con una alta eficiencia de hasta el 90%.

Los estudios antes mencionados relacionados con la bobina de solenoide se centraron en sistemas IPT de baja potencia (< 6 kW) y presentan un diseño convencional con núcleo y bobina de ferrita sólida, que no ofrece mejoras relacionadas con el tamaño, el peso y el costo. Por lo tanto, este estudio presenta un diseño novedoso de bobina solenoide como receptor que es compatible con el transmisor DD global. El diseño propuesto ofrece mayor eficiencia y menor costo, tamaño y peso en comparación con el receptor DD convencional. Las principales contribuciones de este manuscrito se enumeran a continuación:

Propuso un diseño novedoso para bobina receptora de solenoide hueco con un mejor rendimiento y menor costo/tamaño.

Desarrollé modelos 3D de elementos finitos (FEM) para DDT, DDR y SR propuestos considerando WPT3 con clase Z3 definida por el estándar SAE J2954.

Desarrollé modelos de circuitos en Simulink incluyendo bobinas, fuente de alimentación, convertidores de potencia, red resonante y carga de batería para sistemas DDT/DDR y DDT/SR.

Se estimaron los parámetros del circuito resonante, la frecuencia de operación y los parámetros pasivos de las bobinas que permiten al sistema transmitir potencia nominal con la mayor eficiencia para cada modelo.

Diseñó la bobina SR propuesta para WPT3 para lograr una mayor eficiencia con menor peso, tamaño y costo.

Se presentó un análisis comparativo detallado entre los sistemas DDT/DDR y DDT/SR considerando la potencia de transmisión, la eficiencia y los EMF parásitos en diferentes alineamientos (laterales y rotacionales) y condiciones de carga.

El diseño de las bobinas de TIP depende de la frecuencia de funcionamiento, los niveles de potencia, la distancia entre bobinas (entrehierro) y la capacidad de carga de corriente de los conductores que forman la bobina. En este estudio, la plataforma DD recomendada por SAE J2954 se utiliza como plataforma global en el lado de tierra para soportar el receptor DD así como el receptor de solenoide propuesto. Del lado del vehículo, se modelan y analizan dos pastillas: la pastilla DD proporcionada por SAE J2954 y la pastilla solenoide propuesta. Se desarrollan y utilizan modelos 3D de elementos finitos (3D FEM) para todos los transmisores DD (DDT), receptores DD (DDR) y el receptor de solenoide (SR) propuesto para diseñar y optimizar los parámetros del sistema. La solución magnetoestática del software ANSYS Maxwell se utiliza para estimar los parámetros magnéticos y calcular la distribución de los campos electromagnéticos.

La norma SAE J2954 define cuatro clases de potencia para el sistema WPT para aplicaciones de vehículos eléctricos ligeros (LDEV): WPT1 = 3,7 kVA, WPT2 = 7,7 kVA, WPT3 = 11,1 kVA y WPT4 = 22 kVA. En este estudio se pretendió que el nivel de potencia WPT3 fuera compatible con la tendencia de la mayoría de los fabricantes de vehículos eléctricos que consideraban un sistema a bordo de 11 kW en la mayoría de los modelos LDEV. SAE J2954 proporciona un diseño de referencia para WPT3 que incluye electricidad, mecánica y magnética, lo que brinda una oportunidad de comparar y mostrar las mejoras que ofrece el diseño propuesto. Estos detalles no están disponibles para el WPT4, que aún se encuentra en una etapa inicial. Además, hasta donde saben los autores, ningún estudio ha explorado todavía el acoplador de solenoide con nivel de potencia WPT3. La otra clasificación definida en J2954 depende de la distancia al suelo para cada nivel de potencia para dar cabida a varios modelos de LDEV: clase Z1 (100 a 150 mm), clase Z2 (140 a 210 mm) y clase Z3 (170 a 250 mm). )3,14. La separación magnética perpendicular real entre los dos lados (distancia entre bobinas o espacio de aire) depende de la posición de la almohadilla del transmisor, ya sea debajo, al ras o sobre el suelo, como se indica en la Fig. 2.

Clase Z y espacio de aire para diferentes esquemas de montaje de plataforma de transmisor.

Este estudio considera el nivel de potencia WPT3 (11,1 kVA) con clase Z3 y la instalación sobre el suelo, lo que significa que el entrehierro es menor que la distancia al suelo por el espesor de la plataforma primaria. Se considera una técnica iterativa basada en prueba y error para diseñar la bobina SR propuesta, que se describe en el diagrama de flujo de la Fig. 3 y se resume a continuación:

Estimar los parámetros de los componentes pasivos del receptor mediante un modelo de Simulink: condensador en serie (Css) y parámetros magnéticos (L2, k) que alcance la potencia nominal con máxima eficiencia.

Desarrollar una bobina magnética en el software Ansys Maxwell que alcance los parámetros definidos anteriormente.

Optimice el diseño considerando diferentes especificaciones de bobinas y núcleos de ferrita.

Evalúe estos diseños y seleccione el que tenga la mayor eficiencia y el menor tamaño, peso y costo.

Evalúe el rendimiento del mejor diseño de DDT/SR en comparación con DDT/DDR en función de: potencia de salida (Po), eficiencia (η) y campos electromagnéticos (EMF) en diferentes condiciones de alineación y operación.

Diagrama de flujo de la metodología de diseño.

Se construye un modelo 3D de elementos finitos para el DDT global considerando las especificaciones dadas en SAE J2954. Contiene dos bobinas similares de una sola capa en forma de D hechas de alambre litz de 5 mm de diámetro, como se indica en la Fig. 4. Este diámetro equivale a 4 American Wire Gauge (AWG) con una construcción de 5 × 5 × 3/35/38. según la hoja de datos15. Las espiras de las bobinas están diseñadas como una sola espira de cobre y el número de espiras asociado se asigna al modelo. Esta metodología para modelado de bobinas es muy popular en 3D FEM en varias aplicaciones, incluida la carga inductiva. Ayuda a minimizar significativamente el esfuerzo y el tiempo computacionales y a simplificar el análisis, sin afectar los resultados. El DDT incluye cinco placas largas de ferrita N87 que funcionan como concentradores de flujo. N87 muestra bajas pérdidas a altas frecuencias debido a su alta permeabilidad magnética y baja conductividad eléctrica que ayuda a reducir las corrientes parásitas. Cada placa tiene un espesor de 6 mm, separadas por 20 mm y unidas debajo de la bobina con una distancia de separación de 1 mm. Debajo de la capa de ferrita se coloca una placa de aluminio que actúa como escudo pasivo a una distancia de 1,3 mm y su espesor es de 4 mm16. Las dimensiones de diseño del DDT se enumeran en la Tabla 1.

Almohadilla transmisora ​​global basada en bobina DD para nivel WPT3/Z3, (a) vista superior, (b) vista lateral y (c) modelo 3D.

El receptor DD (DDR) está desarrollado considerando las recomendaciones proporcionadas por SAE J2954. Es una unión de dos bobinas rectangulares idénticas con distancia no lineal entre las espiras. Las vueltas externas están superpuestas; sin embargo, las espiras internas están ampliamente separadas para limitar las líneas del campo magnético en el medio de la bobina. Esta bobina se puede simular haciendo cada bobina rectangular en forma de tres vueltas, como se indica en la Fig. 5. La bobina está sostenida por dos placas de ferrita de 2 mm de largo separadas por una distancia de 35 mm. Se coloca una placa de aluminio encima de las placas de ferrita, a una distancia de 0,3 mm. Los parámetros y dimensiones de DDR se enumeran en la Tabla 2.

Pad receptor basado en bobina DD para WPT3/Z3.

La autoinductancia del transmisor y el receptor (L1 y L2) y el factor de acoplamiento (k) entre el transmisor y el receptor se obtienen en perfectas condiciones de alineación, considerando el entrehierro mínimo de clase Z3 con la instalación sobre el suelo. En este caso, el entrehierro es 17,7 mm menor que la distancia al suelo (grosor de la almohadilla del transmisor). Entonces, el entrehierro real para este diseño es de 152,3 mm. Los parámetros magnéticos (L1, L2, k) para el sistema DDT/DDR con alineación perfecta se extraen de 3D FEM y se presentan en la Tabla 3. Se puede notar una buena correlación entre los resultados del modelo y los valores recomendados en la norma SAE J295414. .

Los circuitos resonantes se utilizan en el sistema IPT para compensar la gran reactancia de fuga relacionada con el gran espacio de aire, lo que mejora la potencia de transmisión y la eficiencia del sistema IPT. Además, ayudan a minimizar la potencia aparente suministrada por la fuente al permitir las demandas de potencia reactiva y lograr una operación con factor de potencia unitario, que proporciona una conmutación suave para los dispositivos electrónicos. Se informan muchas topologías de circuitos resonantes, incluidas: paralelo-paralelo17, serie-serie18, serie-paralelo19, serie-paralelo18, LCL20, CCL21 y LCC22. Las comparaciones entre varias configuraciones se presentan en 23,24,25.

SAE J2954 recomienda un circuito resonante LC paralelo para ambos lados de DDT y DDR, como se muestra en la Fig. 6 con los parámetros para la clase Z3 introducidos en la Tabla 3. En este circuito, la frecuencia de operación se define como un rango de 79 a 90 kHz. Para definir la frecuencia nominal de operación adecuada, el modelo de Simulink para el circuito de la Fig. 6 se analiza dentro de una frecuencia que oscila entre 79 y 90 kHz en un paso de 0,5 kHz. La relación entre la potencia de entrada (Pin), la eficiencia CC-CC (η) y la frecuencia de funcionamiento (f) para la clase Z3 se representa en la Fig. 7. Como se puede observar, la potencia de entrada (Pin = 11,1 kVA) se logra a dos frecuencias: f = 82,5 kHz y f = 85 kHz. Sin embargo, f = 85 kHz muestra la mayor eficiencia (η = 96,39%) y potencia de salida (Po = 10,70 kW), que se considera en este estudio.

Diagrama esquemático del sistema DDT/DDR WPT3 para clase Z3.

Relación entre f, Pin y η del sistema DDT/DDR WPT3 para clase Z3.

Se propone considerar el receptor de solenoide (SR) en el lado del vehículo para transmitir el mismo nivel de potencia WPT3 cuando se utiliza el DDT global en el lado de tierra. En esta sección, se proponen, evalúan y comparan varios diseños de solenoides en función del rendimiento y el costo.

En el escenario del sistema DDT/SR WPT3, se consideran la misma bobina transmisora ​​y circuito resonante. Para la almohadilla SR, se utiliza un circuito resonante en serie, como se muestra en la Fig. 8. Se desarrolla y analiza un modelo de Simulink para el circuito de la Fig. 8 para definir los parámetros operativos del sistema. Los parámetros del transmisor (Vdc, Cps, Lps, Cpp) son los mismos que en el sistema DDT/DDR. Los parámetros del componente pasivo de SR (L2, k y Css) se seleccionan de manera que el sistema sea capaz de transferir la potencia nominal en las condiciones de alineación perfectas y alcanzar la máxima eficiencia (η). Para verificar estas condiciones, se analiza el modelo Simulink de DDT/SR a una frecuencia de funcionamiento de 85 kHz.

Diagrama esquemático de DDT/SR del sistema WPT3 para clase Z3.

A 85 kHz, L2 y k se cambian y la potencia de salida (Po), la eficiencia dc-dc (η) y el capacitor de compensación (Css) se estiman y presentan en la Fig. 9. Los valores de L2, k y el Css correspondiente que dan una potencia de entrada de 11,1 kVA se calculan como se indica en la Fig. 9a. Estos valores se utilizan para obtener una potencia de salida nominal (Po = 10,91 kW) con la eficiencia más alta (η = 98,28%) como se muestra en la Fig. 9b. Los valores seleccionados están marcados con un círculo en la Fig. 9 y se enumeran en la Tabla 4.

Determinación de parámetros eléctricos de DDT/SR del sistema WPT3 para clase Z3 a 85 kHz, (a) relación entre L2, Css, Pin, an dk, y (b) relación entre L2, k, Po, η.

Los parámetros pasivos de la bobina SR en la Tabla 4 se utilizan como entrada del FEM 3D para definir y optimizar las dimensiones y especificaciones de la bobina y la ferrita. Se construyó un FEM 3D para SR en el software Ansys Maxwell, que incluye un alambre litz de una sola capa con un diámetro de 5 mm, como se muestra en la Fig. 10. La bobina está enrollada sobre una placa sólida de ferrita con una altura Hf para limitar y concentra líneas de flujo magnético en el área entre el transmisor y el receptor. Además, se coloca una placa protectora de aluminio con un espesor de 2 mm sobre la bobina del solenoide litz con una distancia de separación de 2 mm.

Diseño A y B de la plataforma SR propuesta para WPT3/Z3, (a) vista superior, (b) vista lateral y (c) modelo 3D.

Para obtener L2 y k en la Tabla 4, la longitud de la bobina (Lc) se cambia de 275 a 284 mm en un paso de 1 mm, el número de vueltas (Nc) se cambia de 14 a 18 en un paso de 1 vuelta, y la altura de la bobina (Hc) se cambia de 21 a 30 mm en un paso de 1 mm. La relación entre estas variables se representa en la Fig. 11a. Se marca en rojo la combinación de los valores que consiguen el L2 deseado. Se analiza otra relación para obtener el valor de k. Este valor se obtiene cambiando la longitud del núcleo de ferrita (Lf) de 263 a 272 mm, el ancho del núcleo de ferrita (Wf) de 121 a 148 mm y la altura del núcleo de ferrita (Hf) de 9 a 18 mm. Se traza una relación entre estas variables y se obtiene la k requerida como se muestra en el punto circulado en la Fig. 11b.

Análisis de diseño magnético de dimensiones SR, (a) relación entre Lc, Nc, Hc y L2, para el Diseño A, (b) relación entre Lf, Hf, Wf y k, para el Diseño A (c) relación entre Lc, Nc , Hc y L2, para el Diseño B, y (d) relación entre Lf, Hf, Wf y k para el Diseño B.

Para minimizar el peso, tamaño y costo de SR, se propone el diseño B que incluye un núcleo de ferrita hueco en lugar de usar un núcleo deslizante, como se indica en la Fig. 10c. El mismo análisis para L2 yk se repite para el Diseño B y se presenta en la Fig. 11c,d. Las especificaciones finales de SR-Design A y SR-Design B se enumeran en la Tabla 5.

Se puede lograr otro Diseño C utilizando dos placas de ferrita sólidas separadas por una distancia (d), como se muestra en la Fig. 12. La distancia d se cambia de 5 a 50 mm en un paso de 5 mm, como se muestra en la Fig. 13a. , y se calculan los valores de L2 y k. Se concluye que al aumentar d, disminuye el valor de L2 y k. Las dimensiones de diseño que se muestran en la Fig. 12a,b se cambian juntas para obtener el valor requerido de L2 y k que proporciona la potencia máxima con la eficiencia más alta, que se mencionó anteriormente en la Tabla 4. La relación entre estas dimensiones se ilustra en Fig. 13b,c y el punto que representa las dimensiones deseadas está marcado con un círculo. Las dimensiones finales del SR-Design C se enumeran en la Tabla 5.

Almohadilla receptora de solenoide para Diseño C y Diseño D para nivel WPT3/Z3, (a) vista superior, (b) vista lateral y (c) modelo 3D.

Análisis de las dimensiones del SR-Diseño C, (a) relación entre d, k y L2, (b) relación entre Lc, Hc, Nc y L2, y (c) relación entre Lf, Hf, Wf y k.

El diseño D se propone utilizando dos núcleos de ferrita huecos. El modelo 3D de este diseño se muestra en la Fig. 12c. El valor de d que logra el valor deseado de L2 y k es igual a 30 mm tanto para el Diseño C como para el Diseño D. La relación entre L2 y k se estudia en el caso de utilizar núcleos de ferrita huecos, donde el espesor de los núcleos es cambió de 0,5 mm a 5 mm en incrementos de 0,5 mm. Se concluye que al aumentar el espesor del núcleo, el valor de L2 y k aumentan, como se muestra en la Fig. 14a. El valor del espesor del núcleo se elige como 2,5 mm para todos los diseños. En la Fig. 14b,c, se representan las relaciones entre las dimensiones de diseño que se muestran en la Fig. 12a,b y se rodea el punto que da las dimensiones deseadas. Las dimensiones finales del SR-Design D se enumeran en la Tabla 5.

Análisis de las dimensiones del SR-Diseño D, (a) relación entre el espesor, k y L2, (b) relación entre Lc, Hc, Nc y L2, y (c) relación entre Lf, Hf, Wf y k.

Cuando se utilizan tres núcleos sólidos dentro del solenoide se obtiene el diseño E, como se indica en la Fig. 15. Los tres núcleos están separados por una distancia d. Se ha estudiado la relación entre las dimensiones de este sistema para obtener los valores deseados de L2 y k. Ambos (Lc, Hc, Nc, Lf, Hf y Wf) se cambian para lograr los valores requeridos (L2 y k). El punto que representa las dimensiones requeridas está marcado con un círculo como se ilustra en la Fig. 16a,b. Las dimensiones del SR-Design E se enumeran en la Tabla 5.

Almohadilla receptora de solenoide para Diseño E y Diseño F para nivel WPT3/Z3, (a) vista superior, (b) vista lateral y (c) modelo 3D.

Análisis de dimensiones SR, (a) relación entre Lc, Nc, Hc y L2, para el Diseño E, (b) relación entre Lf, Hf, d y k, para el Diseño E (c) relación entre Lc, Nc, Hc y L2, para el Diseño F, y (d) relación entre Lf, Hf, Wf yk para el Diseño F.

Si los tres núcleos en el diseño E son huecos, entonces se obtiene un solenoide con tres núcleos huecos, denominado diseño F. El modelo tridimensional para este sistema se muestra en la Fig. 15c. Se estudia el cambio entre las dimensiones del sistema y se obtienen las dimensiones que alcanzan el valor requerido de L2 y k. La distancia d es igual a 27 mm para el diseño E y 23,5 mm para el diseño F. Se hizo un círculo en el punto que alcanza estas dimensiones, como se muestra en la Fig. 16c,d.

Otro estudio de caso se lleva a cabo con la bobina SR para utilizar varias bobinas en lugar de una sola. Se utilizan dos solenoides idénticos, conectados en serie y separados por una distancia (h), como se muestra en la Fig. 17. Dentro de estos dos solenoides, se coloca un núcleo de ferrita sólido que representa el Diseño G, y se coloca un núcleo hueco para representar Diseño H. El modelo 3D para los diseños D y H se indica en la Fig. 17c. La distancia h se cambia de 0 a 50 mm en incrementos de 5 mm.

Almohadilla receptora de solenoide para Diseño G y Diseño H para nivel WPT3/Z3, (a) vista superior, (b) vista lateral y (c) modelo 3D.

Cuanto mayor sea la distancia entre las dos bobinas (h), menor será la autoinductancia de la bobina receptora (L2). El factor de acoplamiento aumenta gradualmente y alcanza su valor más alto cuando cada una de las dos bobinas SR está exactamente opuesta al lado de la bobina del DDT, luego el valor del coeficiente de acoplamiento disminuye a medida que aumenta el valor de h, como se muestra en la Fig. 18a. El valor de h es 32 mm para el Diseño G y 31,8 mm para el Diseño H. Para el Diseño G, la longitud de la bobina (Lc) cambia de 90 a 120 mm, el número de vueltas (Nc) de 20 a 29 y la bobina La altura (Hc) se cambia de 20 a 40 mm. Se traza una relación entre estas variables y de la cual se obtiene el valor de L2 como se muestra en el punto circulado en la Fig. 18b. Se traza otra relación para obtener el valor de k. Este valor se obtiene cambiando la longitud del núcleo de ferrita (Lf) de 186 a 222 mm así como cambiando el ancho del núcleo de ferrita (Wf) de 78 a 109 mm y cambiando la altura del núcleo de ferrita (Hf) de De 9 a 28 mm. Se traza una relación entre estas variables y se obtiene la k requerida como se muestra en el punto circulado en la Fig. 18c. Para el diseño H, el valor de las dimensiones de la bobina se mantiene constante como en el diseño G. Por lo tanto, la longitud del núcleo de ferrita hueco Lf cambia con la distancia h, y la relación entre estas dos variables con L2 y k se representa como se muestra en la figura 18d. El punto que representa las dimensiones necesarias para lograr la transmisión de potencia nominal con la máxima eficiencia está marcado con un círculo. Las dimensiones de SR-Design G y SR-Design H se enumeran en la Tabla 5.

Análisis de dimensiones SR, (a) relación entre h, L2, k, para el Diseño G, (b) relación entre Lc, Hc, Nc y L2, para el Diseño G, (c) relación entre Lf, Hf, Wf y k, para el Diseño G, y (d) relación entre Lf, h, L2 y k para el Diseño H.

Cuando se utilizan dos bobinas de solenoide con dos núcleos de ferrita sólidos, este sistema puede denominarse Diseño I como se muestra en la Fig. 19. Las bobinas están separadas por una distancia h y los núcleos de ferrita están separados por una distancia d. El diseño J se alcanza si los dos núcleos de ferrita sólidos se reemplazan por otros huecos como se muestra en el modelo 3D de la Fig. 19c. Si se utilizan tres núcleos de ferrita sólida dentro de los dos solenoides, se obtiene el Diseño K como se indica en la Fig. 20. Además, las bobinas están separadas por una distancia h y los núcleos de ferrita por una distancia d. Cuando los núcleos de ferrita se vacían y se utilizan como núcleos huecos, se obtiene el Diseño L como se muestra en el modelo 3D de la Fig. 20c. En los diseños I, J, K y L las bobinas mantienen las mismas dimensiones del Diseño G en cuanto a número de vueltas, largo, ancho y alto como se indica en la Tabla 5. El cambio es únicamente en las dimensiones de los núcleos de ferrita y su número. para obtener el valor deseado para L2 y k. Las dimensiones de los SR-Designs I, J, K y L se enumeran en la Tabla 5.

Almohadilla receptora de solenoide para Diseño I y Diseño J para nivel WPT3/Z3, (a) vista superior, (b) vista lateral y (c) modelo 3D.

Almohadilla receptora de solenoide para Diseño K y Diseño L para nivel WPT3/Z3, (a) vista superior, (b) vista lateral y (c) modelo 3D.

En el Diseño I, el valor de d se cambia de 5 a 47 mm en pasos de 2 mm y el valor de h se cambia de 20 a 40 mm en pasos de 1 mm. Se obtienen los valores correspondientes de L2 yk y se dibuja la relación entre estas variables. El punto que da d, yh que logra el valor deseado de L2 yk se obtiene y se marca con un círculo como se muestra en la Fig. 21a, donde los valores de d = 29 mm y h = 31 mm. En el Diseño J, el valor de d se cambia de 5 a 70 mm en pasos de 5 mm y el valor de h se cambia de 5 a 70 mm en pasos de 5 mm. Se obtienen los valores correspondientes de L2 yk y se dibuja la relación entre estas variables. El punto que da d, y h que logra los valores deseados de L2 y k se obtienen y se marcan con un círculo como se muestra en la Fig. 21b, donde los valores de d = 35 mm y h = 30 mm.

Relación entre d, h, L2 y k; (a) para el Diseño I, (b) para el Diseño J, (c) para el Diseño K y (d) para el Diseño L.

Para el Diseño K, el valor de d se cambia de 0,5 mm a 30,5 mm en pasos de 3 mm y h de 16,8 mm a 36,8 mm en pasos de 2 mm. Para el Diseño L, la distancia d se cambia de 0,5 mm a 30,5 mm en el paso 3 mm y h de 16,5 mm a 36,5 mm en el paso 2 mm. La relación entre d, h, L2, k se dibuja para ambos diseños y se traza un círculo en el punto que da los valores deseados para L2, k como en la Fig. 21c para el diseño K y 21(d) para el diseño L. Para estos cuatro diseños, con el aumento tanto de la distancia entre los núcleos de ferrita (d) como de la distancia entre las dos bobinas (h), el valor de L2 disminuye y k aumenta.

Todos los diseños propuestos de diseños SR se comparan para seleccionar el mejor y más rentable. Es el momento de determinar el diseño más económico entre los diferentes diseños propuestos en el apartado "Diseño magnético del receptor de solenoide (SR) WPT3". La resistencia del SR para todos los diseños es muy cercana y oscila entre 0,014 Ω y 0,018 Ω. Esto hace que el cambio en la eficiencia de la bobina entre varios diseños sea muy pequeño (98%-98,28%) y pueda despreciarse. Por lo tanto, todos los diseños transfieren la misma potencia (Pin = 11,1 kVA) con casi la misma eficiencia de transmisión como se indica en la Fig. 22.

Valores de eficiencia para varios diseños de receptores de solenoides.

Se realiza una comparación entre varios diseños SR en términos de tamaño, peso y costo para determinar el diseño más económico. Conociendo las dimensiones de los diseños mencionados en la Tabla 5, se calculan los volúmenes de las bobinas litz y núcleos de ferrita. Utilizando hojas de datos de alambre litz y materiales de ferrita15,26, se calculan sus pesos. En el caso de los núcleos de ferrita huecos, se utiliza una placa de plástico en lugar de aire para lograr estabilidad mecánica. El material plástico es polietileno de alta densidad de estribor (S-HDPE). Este material está considerado como uno de los tipos de plástico más ligeros, con una densidad de 0,955 g/cm327. Por lo tanto, conociendo el volumen de la placa de plástico, se puede calcular su peso28.

El gráfico de la Fig. 23a muestra el volumen de todos los diseños propuestos, donde el diseño más grande en términos de tamaño es el Diseño C y el más pequeño es el Diseño K. El gráfico de la Fig. 23b muestra una comparación de pesos de los diferentes diseños, donde el más pesado es el Diseño C y el más liviano es el Diseño L. Aunque el Diseño K es el de menor tamaño, pesa más que el Diseño L, mientras que el tamaño del Diseño L es casi igual al tamaño del Diseño K. En consecuencia, el Diseño L puede considerarse el más pequeño en términos de tamaño y peso. El costo total de varios diseños de SR se calculó y se presentó en la Fig. 23c. Conociendo la longitud del alambre litz y el precio por metro mencionado en 29, se calcula el costo del alambre litz de cada diseño SR. Conociendo el precio por núcleo cuyas dimensiones son (91 × 56 × 10 mm3) mencionadas en 30, y el volumen total de núcleos de ferrita para cada diseño, se calcula el coste total de ferrita. El costo del alambre litz y el núcleo de ferrita representa el costo total de cada diseño. En la Fig. 23, se puede observar que el Diseño L es el de menor costo. Con base en este análisis, se puede concluir que el Diseño L muestra el menor tamaño, peso y costo, al tiempo que muestra la mayor eficiencia (98,28%) en comparación con otros diseños.

Comparación entre volumen, peso y costo para diferentes diseños de receptores de solenoide, (a) volumen (cm3), (b) peso (kg) y (c) costo (pu).

Teniendo en cuenta que los vehículos eléctricos pueden contener varios tipos de almohadillas receptoras al mismo tiempo que la estación de carga puede contener otros tipos de almohadillas transmisoras, estas distintas almohadillas deben funcionar juntas de manera armoniosa, eficiente y fluida. El principio de interoperabilidad establece que cualquier vehículo debe poder cargar su batería desde cualquier estación, independientemente de la configuración de las almohadillas en ambos lados. Este concepto facilita el proceso de carga del vehículo porque el conductor no necesita prestar atención al tipo de plataforma en el vehículo o en la estación, por lo que el vehículo puede cargarse desde cualquier estación pública. En este apartado se estudia la interoperabilidad de los dos sistemas DDT/DDR y DDT/SR-Design L. Se elige SR-Design L por sus características en términos de peso, tamaño y coste. La interoperabilidad se mide en función de índices de rendimiento: factor de acoplamiento (k), potencia de salida (P) y eficiencia CC-CC (η), y campos electromagnéticos parásitos3. Estos índices se estiman tanto en alineación perfecta como en desalineaciones laterales y rotacionales. Según la norma J2954, el sistema puede estar sujeto a desalineaciones lineales en la dirección del eje X (ΔX = ± 75 mm) y en la dirección del eje Y (ΔY = ± 100 mm), y desalineaciones angulares como rotación alrededor del eje X ( Rollo = ± 2°), rotación alrededor del eje Y (Pitch = ± 2°) y rotación alrededor del eje Z (Guía = ± 10°).

Los FEM desarrollados se analizan junto con el circuito de simulación para sistemas DDT/DDR y DDT/SR-Design L para estudiar la interoperabilidad entre ellos. Se examina el rendimiento de ambos sistemas considerando la clase Z3 bajo diversas condiciones de desalineación lineal y angular. Para cada sistema, k, Po y η se evalúan y comparan en diversas desalineaciones. El rendimiento de los dos sistemas bajo desalineaciones lineales en los ejes X e Y se presenta en la Fig. 23 y la Tabla 6. El Diseño L DDT/SR muestra una disminución en el coeficiente de acoplamiento que el DDT/DDR en varias condiciones de desalineación en X y Direcciones del eje Y como se muestra en la Fig. 24a,c respectivamente. Para DDT/SR Diseño L, el coeficiente de acoplamiento es significativamente menor en condiciones de desalineación que en la posición de alineación ideal. La potencia y la eficiencia del sistema se ven afectadas por el valor del coeficiente de acoplamiento, como se presenta en la Fig. 24b,d. El sistema DDT/DDR muestra un rendimiento sólido durante la desalineación en la dirección del eje Y, lo cual es evidente por la pequeña caída en la capacidad de transferencia de potencia y la eficiencia desde la condición perfectamente alineada hasta el desplazamiento máximo, como se presenta en la Tabla 6. El diseño DDT/SR L muestra un rendimiento deficiente de la transmisión de potencia con el desplazamiento máximo en la dirección de los ejes X e Y. Esto se muestra en la caída significativa en los valores de potencia, como se muestra en la Tabla 6. Aunque los valores de potencia son bajos en condiciones de compensación máxima, los valores de eficiencia permanecen dentro del límite permitido para ambos sistemas (η > 85% para condiciones de alineación y η > 80% para condiciones de desalineación). Al moverse en la dirección del eje X, ambos modelos muestran una gran caída en la potencia (71,58 % para el DDT/SR-Design L y 21,02 % para el DDT/RDD), debido a la gran reducción en el factor de acoplamiento. Sin embargo, la eficiencia de los dos sistemas se mantiene dentro del límite permitido, que oscila entre el 95,45% y el 97,28%. A diferencia del modelo RT/RDD, el modelo DDT/SR-Design L es sensible a desalineaciones lineales.

Rendimiento de los sistemas DDT/DDR y DDT/SR-Design L bajo desalineaciones lineales, (a) k vs. ∆X, (b) η, Po vs. ∆X, (c) k vs. ∆Y, y (d) η, Po frente a ∆Y.

La Figura 25 presenta el rendimiento de DDT/SR-Design L y DDT/DDR bajo las diversas desalineaciones angulares (Yaw o, Roll o y Pitch o). La potencia y la eficiencia de ambos sistemas se comparan en la Tabla 6. Los perfiles de potencia y eficiencia son casi constantes en el sistema DDT/DDR para Yaw o y Pitch o; por lo tanto, este sistema ofrece un rendimiento sólido. En Roll o, la potencia se reduce al aumentar el valor de Roll o. El sistema DDT/DDR ofrece una pequeña caída en potencia (17,66–33,64%) y eficiencia (-0,81–1,44%) en comparación con DDT/SR-Design L que presenta una reducción significativa en potencia (56,46–77,91%) y eficiencia ( 1,96–8,92%) en el peor de los casos de desalineación. Para todos los casos de desalineación angular, los valores de eficiencia aún están dentro de los límites permitidos y oscilan entre 89,51% y 97,19%.

Rendimiento de los sistemas DDT/DDR y DDT/SR-Design L bajo desalineaciones angulares, (a) k vs. Yaw, (b) η, Po vs. Yaw, (c) k vs. Roll, (d) η, Po vs. Roll, (e) k vs. Pitch, y (f) η, Po vs. Pitch.

En el caso de alineación total, y cuando ocurre una ligera desalineación, los dos sistemas transmiten casi la misma potencia con una eficiencia dentro de un rango aceptable. En el caso del sistema DDT/SR-Design L, la potencia se reduce en las peores condiciones de compensación. Por lo tanto, se puede concluir que este sistema es sensible cuando los desalineamientos son máximos. Por lo tanto, se puede decir que los dos sistemas, DDT/DDR y DDT/SR-Design L son interoperables en condiciones de alineación ideal y ligera desalineación.

Se estudió el efecto de las condiciones de carga variables sobre la eficiencia de transmisión (η) para los modelos DDT/DDR y DDT/SR-Design L como se muestra en la Fig. 26. Se observó que con el aumento en el porcentaje de carga, la eficiencia de cada uno de los dos modelos aumenta, hasta obtener la mayor eficiencia en condiciones de plena carga.

Eficiencia (η) vs. porcentaje de carga de Po (% Po).

El transmisor transmite energía a través de una distancia de espacio de aire enviando una cantidad significativa de campos electromagnéticos (EMF) en sistemas IPT. Algunos de estos campos magnéticos se acoplan al secundario para expresar la potencia útil, mientras que otros se esparcen en el aire que rodea el modelo. Si los campos perdidos superan los límites permitidos, es probable que generen problemas de seguridad para los organismos que se encuentran muy cerca del modelo31. Estos campos magnéticos callejeros tienen un efecto negativo en los dispositivos médicos que pueden llevar los pacientes, como los marcapasos, ya que alteran su funcionamiento32. Además, pueden generar enormes corrientes inducidas dentro de los órganos internos vitales del ser humano, lo que produce estrés térmico en los tejidos corporales y presenta grandes riesgos para la salud humana33. Muchas organizaciones globales han establecido límites de seguridad permitidos para los campos electromagnéticos dispersos en diversas frecuencias operativas. El Comité Internacional para la Protección contra la Radiación No Ionizante (2010 ICNIRP) es una de estas organizaciones que recomendó los límites seguros permitidos de densidad de campos magnéticos extrínsecos (B) de 27 µT para organismos y 15 µT para marcapasos14,34. Las pautas de la norma J2954 eligen los límites de seguridad permitidos mencionados por la ICNIRP de 2010 para sistemas IPT. Por lo tanto, como acción conservadora, recomendó 15 µT como límite público alrededor de los modelos para ajustarse a los límites de los organismos y marcapasos.

El J2954 proporciona pautas para medir los EMF alrededor del sistema, que recomiendan medir los EMF a una distancia de 800 mm desde el centro del transmisor desde las cuatro direcciones. Para hacerlo, se consideran cuatro líneas perpendiculares en cuatro direcciones (norte, sur, este y oeste) y comienzan desde la superficie del suelo hasta la parte superior del receptor como se muestra en la Fig. 27. Los dos puntos de prueba delante y detrás del vehículo están representados por las líneas 1 y 3 respectivamente, mientras que los dos lados del vehículo están representados por las líneas 2 y 4. A lo largo de cada línea, se mide el valor de densidad del campo magnético y se determina su valor máximo, que está en la distancia media. entre las dos bobinas del modelo. Como tercer índice de interoperabilidad se tiene en cuenta el nivel de campos electromagnéticos alrededor de los modelos. Se espera que este nivel cambie con la variación de las configuraciones del receptor, los estados de desalineación y la distancia del entrehierro. Desde este punto de vista, los modelos deben poder proporcionar los límites de seguridad estándar permitidos.

Puntos de prueba de EMF según J2954.

Se investigan los circuitos eléctricos de los modelos DDT/SR-Design L y DDT/RDD. En este análisis se consideran los parámetros relacionados en la condición de alineación ideal. En la Fig. 28 se comparan el voltaje y la corriente de salida para el inversor primario (Vpi, Ipi), la corriente de la bobina del transmisor (IPc) y la corriente de la bobina del receptor (ISc) para los sistemas DDT/SR-Design L y DDT/RDD. Dado que los campos magnéticos son Principalmente vinculado a las corrientes de las bobinas, se verifican cuatro instantes de formas de onda de corriente. (t1, t2, t3 y t4), como se indica en la Fig. 28b,d. En cada instante, la corriente del transmisor (IPc) y la corriente del receptor (ISc) son extraídas e introducidas en los FEM. La distribución del campo magnético se prueba tanto para los modelos DDT/SR-Design L como para DDT/DDR, considerando el peor caso de desalineaciones. La densidad del campo magnético (B) se mide en todas las líneas del 1 al 4, pero debido a la similitud en ambos modelos, cada dos líneas opuestas dan resultados idénticos. Por lo tanto, se tienen en cuenta los resultados de las líneas 1 y 2. Los valores de B en la línea 1 (frente a EV) y la línea 2 (a un lado de EV) se muestran en la Tabla 7. El instante que muestra las distribuciones de campo más grandes se considera para el análisis restante, que es t2 para DDT/SR -Diseño L y t1 para DDT/DDR.

Posiciones de extracción de Current para los modelos EMF (a) Ipi frente a Vpi para DDT/SR-Design L, (b) ITc frente a IRc para DDT/SR-Design L, (c) Ipi frente a Vpi para DDT/DDR, y ( d) TIc versus IRc para DDT/DDR.

El B medido para los modelos DDT/SR-Design L y DDT/RDD bajo desalineaciones lineales y angulares se muestra en la Fig. 29. Ambos modelos dan B inferior al límite seguro permitido con al menos un 20,26% bajo diversas desalineaciones teniendo en cuenta las incertidumbres. debido a las mediciones que generalmente es alrededor del 5%35. El sistema DDT/SR-Design L en las líneas 1 y 2 produce un nivel de campo magnético de valor muy cercano al sistema DDT/DDR en la línea 1. En la línea 2, el sistema DDT/DDR produce un nivel de campo magnético más alto en varios desalineaciones. Como se muestra, los valores más altos de B son mucho más pequeños que el límite de seguridad aceptado (15 µT). De esto se puede decir que los modelos DDT/SR-Design L y DDT/DDR para WPT3/Z3 están en armonía con las recomendaciones ICNIRP de 2010 para campos magnéticos parásitos. Por tanto, se puede concluir que los dos modelos son compatibles entre sí con un grado de seguridad muy alto.

Distribución de densidad de flujo magnético frente al EV (línea 1), en el lado izquierdo del EV (línea 2, (a) B vs. ∆X, (b) B vs. ∆Y, (c) B vs. Yawº , (d) B vs. Rollº, y (e) B vs. Pitchº.

Este estudio propone un diseño novedoso de bobina solenoide en la plataforma del receptor que es compatible con el transmisor DD estándar. Se presentó un estudio extenso para diseñar una bobina de solenoide WPT3 apropiada para el lado del vehículo con alta eficiencia y tamaño, peso y costo reducidos. Se desarrollan y utilizan FEM analíticos y 3D para diseñar y optimizar los parámetros del sistema/bobina. Se propusieron y compararon varios diseños de solenoides en términos de eficiencia, tamaño, peso y costo. SR-Design L con tres núcleos huecos y dos bobinas conectadas en serie muestra la mayor eficiencia y el menor tamaño, peso y costo. El análisis de interoperabilidad entre el modelo DDT/SR-Design L y el modelo DDT/DDR se realizó en términos de k, Po, η y EMF de fuga. Los dos sistemas son interoperables en caso de alineación perfecta y bajo diferentes condiciones de desalineación y carga. Los dos modelos están en armonía con los límites de seguridad permitidos por las directrices internacionales. Los valores B de los dos sistemas son inferiores a 15 µT (límite de seguridad aceptable), teniendo en cuenta la incertidumbre debida a las mediciones. Por lo tanto, se puede decir que los dos sistemas pueden funcionar juntos de manera transparente y eficiente y esto es consistente con el principio de interoperabilidad.

Los principales hallazgos se resumen a continuación:

Se propone una bobina receptora de solenoide para soportar vehículos de clase WPT3 y Z3.

La bobina receptora de solenoide es interoperable y compatible con la bobina transmisora ​​DD estándar.

El receptor de solenoide hueco muestra mejoras significativas en tamaño, peso y costo, al tiempo que mantiene una alta eficiencia en diferentes condiciones de alineación y carga.

Tanto DDR como SR-Design L funcionan con un DDT universal y transmiten la potencia requerida mientras logran una eficiencia de transmisión dentro de los límites permitidos.

DDT/SR-Design L logra campos electromagnéticos de fuga por debajo de los límites permisibles (15 µT) tanto para organismos como para marcapasos, lo que los alinea con las recomendaciones de ICNIRP para campos electromagnéticos.

Dependiendo del análisis, hallazgos y conclusiones presentados en este manuscrito, surgen numerosos temas de investigación que pueden ser buenos candidatos para futuras investigaciones, que se enumeran a continuación:

Realizar pruebas experimentales exhaustivas para el diseño propuesto y el análisis de interoperabilidad.

Explore la compatibilidad e interoperabilidad del SR propuesto con el transmisor rectangular global recomendado en J2954.

Realice una optimización automática de los parámetros propuestos de la bobina del solenoide para lograr una mayor eficiencia o un rendimiento anti-compensación.

Explore la influencia de otras condiciones de instalación de la plataforma transmisora: al ras y subterránea en la interoperabilidad de los sistemas inductivos estáticos.

Estudiar el desempeño del receptor de solenoide propuesto durante la carga dinámica inductiva.

Los datos utilizados para respaldar los hallazgos de este estudio están disponibles a pedido del autor correspondiente.

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Los autores agradecen a la Universidad de Zagazig por apoyar este esfuerzo. Eaton Corporation es la dirección actual únicamente del segundo autor (Ahmed Mohamed). Eaton no contribuyó a este trabajo.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB). Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB).

Departamento de Máquinas y Energía Eléctrica, Facultad de Ingeniería, Universidad de Zagazig, Zagazig, Egipto

Ahmed A. Shaier, Hamid Metwally y Sameh I. Selem

Eaton Research Labs, Eaton Corporate, Golden, CO, EE. UU.

Ahmed A. Mohamed

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AAS: conceptualización, metodología, software, curación de datos, redacción: preparación del borrador original. AASM: Investigación, redacción: revisión y edición. HM: Visualización, Investigación, Escritura-Revisión y Edición. SIS: Conceptualización, Supervisión, Redacción—Revisión y Edición.

Correspondencia a Ahmed A. Shaier.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Shaier, AA, Mohamed, AAS, Metwally, H. et al. Un nuevo receptor de solenoide hueco compatible con el transmisor global doble D para carga inductiva de vehículos eléctricos. Informe científico 13, 11925 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38645-1

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Recibido: 26 de mayo de 2023

Aceptado: 12 de julio de 2023

Publicado: 24 de julio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38645-1

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