Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses
| Ano de defesa: | 2020 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Brasil CEFET-MG / UFSJ |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
|
| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
|
| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1592 |
Resumo: | From 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. |
| id |
CEFETMG_6435726fd09bb2f9327b0ea9a4bcf052 |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.cefetmg.br:123456789/1592 |
| network_acronym_str |
CEFETMG |
| network_name_str |
Repositório Institucional do CEFET-MG |
| repository_id_str |
|
| spelling |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lensesCampos elétricosEquações – Soluções numéricasLinhas de transmissão de micro-ondasMetamateriaisDispositivos eletromagnéticosFrom 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.Das 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.Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-ReiPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaBrasilCEFET-MG / UFSJResende, Úrsula do Carmohttp://lattes.cnpq.br/2792357895049279http://lattes.cnpq.br/6305567352022790Resende, Úrsula do CarmoGonçalves, Sandro Trindade MordenteSilva, Elson José daSoares, Ícaro Veloso2025-05-29T14:01:58Z2020-08-102025-05-29T14:01:58Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1592engreponame:Repositório Institucional do CEFET-MGinstname:Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG)instacron:CEFETinfo:eu-repo/semantics/openAccess2026-03-31T14:35:00Zoai:repositorio.cefetmg.br:123456789/1592Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.cefetmg.br/server/oai/requestrepositorio@cefetmg.bropendoar:2026-03-31T14:35Repositório Institucional do CEFET-MG - Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG)false |
| dc.title.none.fl_str_mv |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses |
| title |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses |
| spellingShingle |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses Soares, Ícaro Veloso Campos elétricos Equações – Soluções numéricas Linhas de transmissão de micro-ondas Metamateriais Dispositivos eletromagnéticos |
| title_short |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses |
| title_full |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses |
| title_fullStr |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses |
| title_full_unstemmed |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses |
| title_sort |
Analysis of resonant wireless power transfer systems with magnetic metasurface lenses |
| author |
Soares, Ícaro Veloso |
| author_facet |
Soares, Ícaro Veloso |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Resende, Úrsula do Carmo http://lattes.cnpq.br/2792357895049279 http://lattes.cnpq.br/6305567352022790 Resende, Úrsula do Carmo Gonçalves, Sandro Trindade Mordente Silva, Elson José da |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Soares, Ícaro Veloso |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Campos elétricos Equações – Soluções numéricas Linhas de transmissão de micro-ondas Metamateriais Dispositivos eletromagnéticos |
| topic |
Campos elétricos Equações – Soluções numéricas Linhas de transmissão de micro-ondas Metamateriais Dispositivos eletromagnéticos |
| description |
From 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. |
| publishDate |
2020 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2020-08-10 2025-05-29T14:01:58Z 2025-05-29T14:01:58Z |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| format |
masterThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1592 |
| url |
https://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1592 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
| language |
eng |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Brasil CEFET-MG / UFSJ |
| publisher.none.fl_str_mv |
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Brasil CEFET-MG / UFSJ |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional do CEFET-MG instname:Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG) instacron:CEFET |
| instname_str |
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG) |
| instacron_str |
CEFET |
| institution |
CEFET |
| reponame_str |
Repositório Institucional do CEFET-MG |
| collection |
Repositório Institucional do CEFET-MG |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional do CEFET-MG - Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG) |
| repository.mail.fl_str_mv |
repositorio@cefetmg.br |
| _version_ |
1863183899713077248 |