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

Abstract

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 dos parâmetros dos sistemas de bobinas utilizados para transferência indutiva de potência. 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 das mesmas. 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. Os resultados tanto teóricos quanto experimentais demonstraram que para garantir maiores níveis de potência transferida à carga, as dimensões das bobinas devem ser entre duas e três 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.