Indonesi an  Journa of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   23 ,  No.   1 ,   Ju ly   20 21 pp.   132 ~ 139   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v 23 .i 1 . pp 13 2 - 139          132       Journ al h om e page http: // ij eecs.i aesc or e.c om   Des i gn o f circul ar ind ucti ve pad  coup le with  mag n etic flux   density a nalysis f or wirel ess po wer  transf er in EV       Syasya  Az ra Z aini Mohd  S ha hrin  Abu  H an if ah Siti   H ajar  Yu s off, N ad ia   N az ie ha   Nand a,     Ah med  S amir  Badaw i   Depa rt m ent   o E le c tri c al a nd  Co m pute Engi n ee r ing,   In te rn at ion a Islamic   Univer sit y ,   Ma lay sia         Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Oct   9 , 2 0 20   Re vised  Jun   8 , 2 021   Accepte J un   15 , 2 021       As   the   popul at io grows ,   people   will   consum m ore   nat ura r esourc es.   Thi s   issue  will   le ad   t low  p et rol   suppl y   for  a ll   la n tra nsport at ion ,   espe c ial l y   supplie for  ca consum pti on.   T her efo re ,   th el e ct ri vehicle   ( E V)  has  bee int roduc ed  to   ov erc om th is   issue.   Curr ent l y ,   wir ed  ch arg ing  of   E Vs   has  bee n   implemente in   m ost  of  the   deve lope co untr y ,   includin Malay s ia.  How eve r,   som dra wbac ks  have   bee found  from   thi te chno log y .   The ref or e ,   wire le ss   cha rg in comes  int the  pic ture   to  solv thi issue.   Charg ing  pad  on  the   roa and  at   the   ca ar req u ire for  both  wire and  wire le ss   cha rging.  Vari ous  designs  of  cha rging  p ad  are   av ai l able.   H oweve r,   th is  pap er  will   on l y   foc us  on  th ci r cul ar   design .   T her is  m an y   so ftwa re  tha t   c an  be  used  to   design  the  coil  pad.   Ea ch   software   h as  diff er ent   proc edur e   a nd  steps  to   design  the   co il   pad.   In  thi pap er,   JM AG   Desig ner   software   wil be  used  t o   design  the   c ircula coil  pad .   The n,   thre coil  pai wer sim ula t ed  using  JMAG  Designe r   to  inv esti ga te   t he  m agne t ic   f lu density   b et we en  prima r y   and  sec ond ar y   c oil   when  v ar y in the   m isalignm ent   of  0   cm,  4   c m   and  cm .   From   the   si m ula ti on ,   the r is  no  spec ifi tr end   in  the   relati ons hip  bet wee n   m agne ti c   flux   de nsit y   and   m isal i gnm ent .     Ke yw or ds:   Ci rcu la c oil p ad   Ele ct ric v e hicle   (E V)   JMAG   Desi gner   Ma gn et ic  f l ux  densi ty   Mi sal ign m ent    W i reless c harg ing   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Mohd S ha hr i n Abu  Ha nifa h,     Dep a rtm ent o f El ect rical  an Com pu te E ng i neer i ng,   In te r natio nal Is lam ic  U niv er sit y M al ay sia ,   Jal an Go m bak ,  5310 0 Ku al Lum pu r, M al ay sia .   Em a il : nn azi eh a.n a nd a @ gm ail.co m       1.   INTROD U CTION   The  c on s um pti on  o oil  after  t he  ye ar  20 10   is   higher  tha th producti on  of   oil.  This  sit uat ion   is  ve ry   crit ic al   becau s oil  pr od uctio is  no bei ng  able  to  m ee t he  dem and   of  the  co ns um ers  sta rting   f ro m   2010.   Ther e f or e,  t he  us of  fuel   car  will   be  irrel evan in  the  fut ur e.  Gove rn m ent  has  intr oduc ed  el ect ric  ve hicle   (EV)  as  one  of  the  ways  t s ol ve  this  iss ue.   Ele ct ric   veh ic l (E V)   has  bee intr oduce i 2012  due  t public  awar e ness  of  the  eff ect   of  ga e m issi on   from   the  tradit ion al   car  an the  extinct io n   of   pet ro le um   natu ral  resou rces  [1 ] .   Be sides,  E V   a nd  pl ug - in   hy bri E V   can   im pro ve  ai r   qual it y.  This  a bili ty  is  beca us e   22 of  t he  carbo dioxide   gas   in   the  ai is  e m it te fr om   transp ort at io [2 ] I Ma la ysi a,  there  are  six  m od el of   el ect ric   car  avail able   in  the  m ark et Am on the  m od el are  nissa le af,  m it su bish m oto rs   i - Mi EV,   BM W   i8  and  vol vo   XC90.  The  us of   E has  been   i m ple m ented  in  m any  fo reig co un t ries  suc as  China,  Ca nad a Wester E uro pe , J a pan an t he  Unit ed  Stat es  [3] - [ 5].    Ther are  tw ways  of   cha r gin the  E V,   w hi ch  is  wired   an wireless  cha r ging.  W ire te chn i qu is  a   tradit ion al   wa of   c hargin the  el ect ric  ve hicle Wh il st  wireless  c harg ing   of   EV  off ers  com pactne ss  an safety   without   any  us of   cable  due  to  c harg in c om petence  [ 6] - [ 9].  How e ver,  ther are  so m risk  an Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Desig n of circ ula r  in du ct iv pad  c ouple wi t mag netic  fl ux  d e ns it y an alysis   ( Sya sy a Azra Zai ni )   133   hazar ds   when  us in wireless  chargin pad.  Larg e   po wer   l evels  f ro m   the  chargin pa will   po te ntial l cause   el ect ric  sh oc k,  fire  haza rd and   m agn e ti fiel ex posure   hazar ds   [ 10] - [12].  The refo r e,  the  cha rg i ng  pa desig ns   ha ve  t m eet  the saf e ty  stand ar d set   by the i nter national  gro ups  be fore it ca n b use c omm ercia ll y.   In   wireless  ch arg i ng   of   E V,  the  coil  pad   desig is  am o ng   t he  cr ucial   factor   th at   ne eds  to  be   consi der e d.  G ood  coil  pad  de sign   will   re du c the  lo ss  of   powe t s urr ou nd i ng  due  t m isa li gn m ent  and  ai r   gap.  T he  desi gn t hat  ha ve  been   disc us se act ively   a m o ng   resea rch e rs   are  ci rcu la r,   r ect angular,  d ouble - (DD),  d ouble - q ua dr at ur ( DDQ).  Am ong  m any  pad   desi gn s the  ci rcu l ar  pa is  the  m os f un ct i on al   desig because   of   thei m agn et ic   pr operti es  [ 13] - [ 16] The re  are  va rio us   de sig ns   of   th coil,  a nd  each  of  the  de sign s   has  it ben e fit f or it s sp eci fic  re q ui rem ents and a pp li cat io ns   [17] - [ 21] .   The  pri m ary  a nd   sec onda ry  coil  pad   syst e m   can  be  repr esented  as  the   ci rcu it   sh ow in  Figure  belo w.   The   ci r cuit  co ns ist of  the  pr im ary  side,  w her e   pri m ary  in du ct a nce   (L p)  is  the   pr i m ary  coil  pa wh il e   Ls  is  the  sec onda ry  coil  pad.  This  is  t he  s eries - se ries  co m pen sat ion   to po l og y,   the  si m plest  co m pen sat io topolo gy am on al l avail a b le   c om pen sat ion t opologies  [22] - [26] .           Figure   1 .  Induc ti ve  pa c ouple sc hem atic circuit       Be fore  pro du c ing   the  pr oto t ype  of   the  ci r cular  coil  pa d,  the  coil  pad   was  desi gn   usi ng   spe ci fic   so ft war for  t he  sim ulati on   process Am ong  the   softw are  that  ca be  use is  S olidwo rk,  CO MSOL  Mult iph ysi cs a nd JMA Desi gn e r .  D if fer e nt  softwa re  has d iffer e nt  w ay s to dra t he  c oil pa d.     In   this  pa per the  sim ulatio of   c oil  pad   usi ng   JM AG   D esi gn e r   softwa re  an the  m a gn et ic   fl ux   densi ty   pr opert ie wer exp la i ned.  The  rem ain in sect ion   of   this  pap er  co m pr ise of   few  m ai par ts.  Sect ion  will   be  ex pla ining   a bout  t he   m et ho dolo gy,   wh il sect ion   will   la ou the  sim ulati on   resu lt from   JM A G   Desig ner   s of tw are. As a  concl us io n, the last   sect ion   will  conclu de  the  pap er.       2.   METHO DOL OGY   This  sect ion   w il discuss   the  pro po se m et ho dolo gy  that  is  us ed  t desi gn   ci rc ular  p ad I this  sect ion the re  will   be  four   s ubsect io ns ov e r view  de sig on  coil  pad,  ge om et ric  par a m et ers  cal culat ion pa coupler  desi gn  an sim ulati o in  JMA D esi gn e r   a nd   e va luati on .   S ub s ect ion   2.1  will   discu ss  the  overal l   process  t sim ulate   the  c oil  pad,   incl ud i ng  cal culat ion   a nd  sim ulati on s.  Wh il st  su bs e ct ion   2.2  s hows  t he   form ula  and  c al culat ion   nee ded  f or  geo m et ric  pa ram et e rs.   Subsect io 2.3   des cribe s   the  flo of  t he  c oil   desig in  JMA Desig ne r   so f tware.  Last ly su bse ct ion   2.4  is  abo ut  the  sim ula ti on   and   e valuati on  w hich  will   be  e xp la in ed  m or e  in  sect io n 3     2 . 1.     O verv ie w  design  on  c oil  p ad   T h i s   s e c t i o n   w i l l   d i s c u s s   t h e   s t e p s   n e e d e d   t o   d e s i g n   a n d   s i m u l a t e   t h e   c i r c u l a r   c o i l   a n d   t o   i d e n t i f y   t h e   g e o m e t r i c   p a r a m e t e r s   u s e d .   T h e   f o l l o w i n g s   a r e   g e o m e t r i c   p a r a m e t e r s   c o n s i d e r e d   i n   t h i s   p r o j e c t ;   t h e   n u m b e r   o f   t u r n s   ( N ) ,   i n n e r   d i a m e t e r   ( ) ,   a n d   o u t e r   d i a m e t e r   ( )   o f   c o i l s .   F i g u r e   2   s h o w s   t h e   s t e p   n e e d e d   i n   d e s i g n i n g   g e o m e t r i c   p r o p e r t i e s .   F i r s t l y ,   t h e   g e o m e t r i c   p a r a m e t e r s   a r e   c a l c u l a t e d   a n d   w i l l   b e   u s e d   i n   d e s i g n i n g   t h e   p a d   c o u p l e r   i n   J M A G .   L a t e r ,   t h e   c o m p l e t e d   d e s i g n   o f   t h e   p a d   c o u p l e r   i s   s i m u l a t e d   i n   t h e   J M A G   D e s i g n e r   s o f t w a r e .   F i n a l l y ,   t h e   e v a l u a t i o n   p r o c e s s   c o n s i s t s   o f   a   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y   b e t w e e n   t h e   t w o   c o i l s   w e r e   i n v e s t i g a t e d .           Figure   2 Steps  n ee ded to  desi gn the  ge om et r ic  p r operti es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   23 , N o.   1 Ju ly   20 21 13 2   -   139   134   2.2 .     Ge om etri c pa r ame ters  c alcula tion   The  c oil pa d p aram et ers  are c al culat ed usin ( 1 )   [ 13 ] , [ 27 ] ,  L a nd  in  that e quat ion   represe nts in ne r diam e te r,  out er  diam e te r,  in du ct a nce a nd  num ber  of tu r ns   of the c oil res pe ct ively .     N 2 ( D out + D in ) 2   8 ( 15D out 7D in ) 2 . 54     (1)     Wh e re    is  t he  in ne diam e te (in   cm ),     is  the outer di a m et er  (in  cm ),   L   the   in du ct a nce ( in  µ H )   and  is   the  nu m ber   of  tur ns   of   c oil.  E quat ion  on  is  a pp li ed   to  both   pr im ary  and   seco nd a ry  in duct anc e   cal culat ion   i accor da nce  with  the  pa ram eter in volve d.   Mi sal ign m ent  is  cal culat ed  horiz on ta ll f r om   the  centre  of  the  pri m ary   coil  to  the  centre  of  the  seco ndary  coil.  W hilst   ai gap   distance  is  m easur ed  ve rt ic al ly   from  the su r fac e of the  prim ar y coil  to  th e s urface  of the  sec onda ry coil.   In   t his  pro j ect ,   the  value  of  pr im ary  and   s econda ry  indu ct ance   is  333. µH  a nd  37  µH.  Ta ble  belo disp la ys   the  value  for   cal culat ed  and   m easur ed  in du ct a nce  (L ),   nu m ber   of  tur ns   of  coil  (N),   inn er   diam e te ( )   an oute dia m et er  ( out ) T he  values   of   c al culat ed  a nd  m easur ed   in du ct ance  ar al m os the  sam e and   in t he  accepta ble r a ng e .       Table  1.  C om par iso n of cal cu la te an m easur e d for i nduct ance a nd no o f t urns   Calcu lated   in d u ctan ce   Measu red  in d u ctan ce   No o f  turn s calcul ated   No o f  turn s f ab ricated   Inn er  d ia m et er  (c m )   Ou ter  d ia m e ter  ( c m )   3 3 3 .9 µH   3 2 4 .6 µH   4 5 .93   43   5 .5   3 2 .5   3 7 .09  µH   3 3 .3 µH   8 .86   8   2 2 .0   2 6 .8   3 7 .09  µH   3 5 .4 µH   7 .86   8   2 7 .5   3 2 .5   3 7 .09  µH   3 6 .1 µH   6 .96   7   3 3 .0   3 7 .0       The n,   the  dia m et er  of   the  coil  pad   is  set   fo eac pair.   T he  siz of   the  ci rcu la pa f or  the  pr im ary  coil  is  fixed   f or   al coil  pair s.  H ow e ve r,   th seconda ry  coil’s  diam et er  is  var ie d.  The r are  three  c oil  pair   desig n s   in  this   proj ect   wh ic are  P - S 1,   P - S 2 P - S 3 re presents  the  pr i m ary  coil,  whil rep rese nt the  seco nd a ry  coil.   The  s ubscri pt   1,   2   a nd   3   a re   t he   three   dif fer e nt   ci rcu la r   coil   desig n.   Table   a bove  al s s hows   t h e   geo m et ric   p aram et er  of   the  coil   pad.   The  pr im ary  coil  is   desig with  5. cm   inn er  diam et er  ( a nd  32. c m  o uter  d ia m et er ( out ):     Co il   p air  P - S 1 T he  in ner   di a m et er  of   the  seco nd a ry  coil  ( , is  bigg er   than  t he   pri m ary  coil   ( , ),   w hilst   the  ou te di a m et er  of   seconda ry  coil  ( , is  sm al le than   pr im ary   coil   ( , );  ,   ,   ,   <   , .     Co il   p air  P - S 2 :   The  oute dia m et er  of   sec ondar coil  ( , an pri m ary  coil  ( , )   is  the  sam wh il the  in ne diam et er  of   seco nd a ry  coil  ( , is  bi gg e tha pri m ary  coil   ( , );   ,   > ,   ,   , .     Co il   pa ir   P - S 3 T he   oute r   diam e te r   of   se conda ry   coil   ( , )   is   bigg er   tha n   the   pr i m ary   coil   ( , w hil the  inn e diam et er  of   sec ondar c oil  ( , is  bigge th an  pri m ary  coi ( ,   );   ,   ,   ,   , .   The  m isa li gn m ent for  this sim ulati on   is   va rie d betwee n 0 c m , 4  c m  an d 8 cm  w hilst  the a ir g a is  fixe to  4 cm . F igure  s hows  the P - S c oil  pair desig n wit hout m isa li gn m ent co ndit io n.  Wh il st, Fi gur e 4   il lustrate s the t op v ie w of t he c oil desi gn w it h 4 cm   m isa l ign m ent. Th is  fig ur e  is the t op vi ew  of t he  c oil. Th e   red coil  in  the  Figure  belo w r epr ese nts t he p rim ary coil  w hi le  b r own rep re sent sec onda ry coil.             Figure  3. To p view  of P - S 1 d esi gn in  JM AG  Desig ner   at  0  m isa li gn m ent     Figure  4. P - S1  desig i JM A Desig ner   at   cm   m isa li gn m en   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Desig n of circ ula r  in du ct iv pad  c ouple wi t mag netic  fl ux  d e ns it y an alysis   ( Sya sy a Azra Zai ni )   135   Figure   3   has   no  m isa li gn m ent  beca us th c ent re   of  the   pr i m ary  coil  is   al ign ed   wit th seco ndar y   coil.   H ow e ve r,  f r om   Figu re  4 the  ce nt re   of  the  pri m ary  coil  is  no al ign e with   the  ce nt re   of  the  se co ndary   coil.  The  distance  from   the  cent re   of  the  p rim ary  coil  t the  cent re   of  the  seco ndar coil  is  c m .   The   horizo ntal  dis ta nce  betwee them   is  m e asur e an c al le as  m isalign m ent.  The se  tw desig ns  of   m isa li gn m ent  and  without  m isa li gn m ent  wer us e for  t he  sim ulati on   in  JMA G   Desi gn e r Ta ble   2   bel ow   sh ows  all  the  de sign (P - S 1,  P - S 2,  P - S 3)   for 0 c m ,   c m  an d 8 cm   m isa l ign m e nt in JM A D esi gn e r .       Table  2.  C oil p ai desi gn at  0 c m , 4  cm  an d 8  cm   m isa li gn m ent   Misalig n m en t ( c m )   P - S 1   P - S 2   P - S 3   0         4         8             2.3 .     P ad  c oup le r design   Ther are  th ree   m ai ste ps   in  desig ning  the  c oil  pad  co uple r   in  JMA De s ign e r   softwa re.   The  ste ps  are s ketchin g, r evo l ving a nd c ircuit  constr uct ion   a s s how i F i gure  5           Figure   5 .  Steps  n ee ded to  desi gn the ci rcu la r c oil pa in  JM AG  Desi gner       2.3 . 1.   Ske tchi ng   o f  circ ular   c oil  p ad   Ba sed  on the i nfor m at ion  in Ta ble 1  a bove ,  the n e xt step  i s to  desi gn  t he se coils base d on  t he   D in   a nd   D out   us i ng  the   JMAG   Desi gner   s of t war e.   T he  first  ste in   orde t desig the se  c oils  ( P,  S 1,  S 2,   S3)   is  t sk et ch   li ne   that  re presents   the  in ner  ra dius  of  t he  c oil  ( R in ),   a nd  oute r   ra diu s   of  t he  coil  (R out a re  dr a w i the  ‘G e om et ry   editor ’  sect io as  il lustrate in  Fig ur below The  value  of   R in   is  ta ken   as    2 ,   w hilst   R ou t   is   consi der e as    2   .   Th us t he  valu of  Ri is  165  m m   and   R out   is  185  m m Figu re  represe nts  the  sec onda r coil, S a nd th e unit  u se i t his s ketchin i s in  m il l i m e te (m m ).     These ste ps   of   desi gnin the  c oil pa are  re pe at ed  f or   pri m a ry coil exce pt that the  value o the s ketch   li ne  that  repres ents  the  in ne r adius  of   t he  c oi (R in and  outer  ra diu s o f   the   coil  (R out is  now  base on  T able  unde r pr im ary coil   ( P par a m et ers  [28] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   23 , N o.   1 Ju ly   20 21 13 2   -   139   136       Figure  6.   S ketchin g of t he  sec onda ry coil,  S3 i ns ide  the  ge om et ry editor   usi ng   JMA Des ign e r       2.3 . 2.   Re vo l ving   th s ket ch   Now,   t he  seco nd a ry  coil’s  s ke tc is  revolve 0o  a bout  z - a xis  as  in dicat ed  in  the  blu li ne  sho wn   i Figure  7.  I th is  0 o t he  sec onda ry  c oil  is  just  li ne T his   init ia ste is  cru ci al   to   pr oduce  ci rcu la sh a pe .   The n,   Fi gure   8   il lustrate th seco nd a ry  c oil   revolve d   at   360 o   a bout  th z - axis T his  ste will   pro duce  a   com plete  circl e  an a f ull design   of  the c oil.   Af te c om pletin the  desig f or  eac pri m ar y and  seco ndar y pad,   bo t pa ds   will   app ea as  dis pl ay   in  Figure   9 .   The  re col o u re pr ese nts  th pr im ary  coil  ( P wh il bl ue  colo u represe nts  the  seco nd a ry coil  (S 3 ) .               Figure   7.   Sec onda ry c oil, S 3   revolve d 0°     Figure   8 .  Sec onda ry  c oil,   S 3   revolve d 3 60°     Figure  9. Coil   desig i the   geo m et ry edito r of  JM A Desig ner       2.3 . 3 .   C on s tru ct  ci rcui in   JMA Desig ne r   Af te c om pletin t he  s ketchin pr ocess,   t he  m od el   will   be  im po rted  to  the   JMAG  Desig ne r   to  stu dy   the m agn et ic  p roper ti es. T he n, a circuit  as in  Figure   10   wh ic re pr e sents  both prim ary and  seco nd a ry coil wil l   be  co ns tr ucte in  this  s of twa re  to  sta te   the  coil’s  pa ram eter   su c as  t he  nu m ber   of   t urns,   ca pacit anc e,  loa resist or an d v ol ta ge  sourc e.   T he value  f or  e a ch param et er has b ee m entioned in  T able  1 pr e viously .           Figure   10 . Circ uit co ns tr ucted  in  JM AG  Desi gn e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Desig n of circ ula r  in du ct iv pad  c ouple wi t mag netic  fl ux  d e ns it y an alysis   ( Sya sy a Azra Zai ni )   137   2.3 . 4.   Simul ati on  in  JM AG  Designe r   an d   eva lu ati on   Af te r   com pletin the  par am et ers  cal culat io a nd   coil  de s ign ,   the  sim ulati on   will   then   be  i niti at ed.   JMAG  Desig ne r   will   r un   t he   si m ulati on   betwee c oil  pad   ( pr im ary  and   seco ndary   coil)  to  st udy  the   relat ion s hip   be tween  eac co il   design   a nd   m isa li gn m ent  towa rd t he  m agn et ic   fl ux   de ns it produce d.   I su m m arize,  there  are  ste ps  wh ic c om pr ise   of  ge om e tric   par am et ers  ca lc ulati on pad   c ouple de sign,   si m ulati on   us i ng   t he  JMA G   Desig ner   s of t war a nd   e val uation.  Th re su lt for  the  m agn et ic   flu densi ty  si m ulati on  w il l be e xpla ine i sect io n 3.       3.   SIMULATI O N RESULTS   I n   J M A G   D e s i g n e r ,   t h e   d e s i g n e d   c o i l   p a i r s   a r e   s i m u l a t e d   t o   o b s e r v e   a n d   m e a s u r e   t h e   v a l u e   o f   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y .   F o r   e a c h   p a i r ,   t h e   s i m u l a t i o n s   a r e   f i x e d   t o   4   c m   a i r   g a p   a n d   v a r y i n g   t h e   m i s a l i g n m e n t   f r o m   0   c m ,   4   c m   a n d   8   c m .   D e s i g n   1   i n   T a b l e   3   s h o w s   t h e   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y   f o r   P - S 1   p a i r   a t   0   c m ,   4   c m   a n d   8   c m  m i s a l i g n m e n t   p o s i t i o n   r e s p e c t i v e l y .   T h e   c o l o u r   l e g e n d   p r o v i d e d   o n   t h e   r i g h t   o f   t h e   s i m u l a t e d   c o i l   i n d i c a t e s   t h e   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y   d i s t r i b u t i o n   i n   a   c o i l .   E v e n   t h o u g h   t h e   h i g h e s t   m a g n e t i c   f l u x   v a l u e   i n   t h e   c o l o u r   l e g e n d   i s   r e p r e s e n t e d   b y   r e d   c o l o u r ,   b u t   t h e   o p t i m u m   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y   f o r   t h i s   c o n d i t i o n   i s   b e t w e e n   o r a n g e   a n d   r e d   r e g i o n   ( 5 . 3 3 3 3 E - 04  T   t o   6 . 0 0 0 0 E - 0 4   T ) .   T h i s   o r a n g e   r e g i o n   v a l u e   i s   w r i t t e n   a s   t h e   m a x i m u m   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y   o f   5 . 8 0 0 4 E - 0 4   T   w r i t t e n   b e l o w   t h e   c o l o u r   l e g e n d .   T h e   r e d   c o l o u r   m a y   i n d i c a t e   t h e   h i g h e s t ,   b u t   i t   i s   n o t   o p t i m u m   b e c a u s e   t h e   f l u x e s   a r e   t o o   s a t u r a t e d ,   t h u s   n o t   i d e a l   f o r   p o w e r   t r a n s f e r .       Table  3.  Ma gnet ic  r eflu c oil  pair desig at  0 cm , 4  cm  an d 8 cm   m isa l ignm ent   Desig n   Misalig n m en t   0  c m   4  c m   8  c m   1         2         3             F r o m   d e s i g n   1   f o r   a l l   m i s a l i g n m e n t s   i n   T a b l e   3 ,   i t   c a n   b e   s e e n   t h a t   t h e   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y   v a l u e   f o r   P - S 1   p a i r   i s   d i f f e r e n t   a t   d i f f e r e n t   m i s a l i g n m e n t   c o n d i t i o n .   A t   0   c m   m i s a l i g n m e n t ,   t h e   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y   v a l u e   a t   t h e   p r i m a r y   c o i l   i s   l o w ,   w h i c h   i s   5 . 0 0 8 E - 0 4   T .   H o w e v e r ,   a s   t h e   m i s a l i g n m e n t   b e t w e e n   p r i m a r y   a n d   s e c o n d a r y   c o i l   i n c r e a s e s ,   t h e   m a g n e t i c   f l u x   d e n s i t y   i n c r e a s e s   a s   w e l l   u n t i l   i t   r e a c h e s   1 . 7 3 3 E - 0 3   T   a t   8   c m   m i s a l i g n m e n t .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   23 , N o.   1 Ju ly   20 21 13 2   -   139   138   Desig is   P - S2   c oil  pair  w as  sk et che a nd  sim ulate in  JMAG  Desig ner This  desig has  sim il ar  ou te diam et er  (D out )   val ue  f or   t he  pr im ary   an sec ondar y   coil ,   w hich   is  32.5   cm The  s i m ulate resu lt at   c m cm   an cm   m isa li gn m ent  are  s how i Ta ble  3 .   P - S 2   pair   ha high  m agn et ic   flu de ns it a rou nd  2.439 6E - 03  T   at   cm   m isa lig nm ent.  H owe ver,  as  t he  m i sal ign m ent  between  pri m ary  and  sec ondar y   coil  increases ,   the   m agn et ic  f lu x densi ty  d ecreas es as  well  unti l i t reaches  1.66 29E - 03 T at  8 c m   m isa l ign m e nt.    Desig 3   is  P - S 3   coil  pair  where  the  oute di a m et er  (D out seconda ry  coil  i 37 cm   wh il st  pr im ary  coil  is  32.5cm .   P - S 3   pair  has   lo m agn et ic   flu densi ty   aroun 1.2 784E - 03  T   at   cm   m isa lig nm ent.  H owe ver,  as  the  m isa l ign m ent  bet ween  pr i m ary  and   sec onda ry  coil  i ncrea ses ,   the   m agn et ic   flu de nsi ty   decr eases  a well   un ti it   reache 1.2 407E - 03  at   cm   m is al ign m ent.   gr a ph  that  c om par es  the  m a xim u m   m agn e ti flux   densi ty  f or all  thr ee  d esi gns ( P - S 1 , P - S 2 , P - S 3 are e xpresse d i n   Fig ure  11 .   Figure  11  s hows  that  m isali gn m ent  aff ect s   the  m agn et ic   flu de ns it value.   W he c om par ing   P - S 1   coil  pair  an P - S 2   coil  pair  at   cm   m isa li gn m ent,  P - S 2   pa ir  has  hi gh e m agn et ic   flux   densi ty The  tr end   of   m agn et ic  f lu x densi ty  v al ue  over m isa li gn m ent for  P - S 2   de sign  is  dif fer e nt  co m par ing  to   P - S 1 ,   wh e re th e  trend  is  increasi ng   i c on tra st  to  P - S 1 Furthe rm or e,   P - S 3   desig giv es   lo wer  value  of  m agn et ic   flux   de ns it tha P - S 2   pair  but  hi gh e tha P - S 1   pair  at   cm   m isa li gn m ent.  The  m agn et ic   flu de ns it va lue  f or  P - S 3   at   cm   m isa li gn m ent  i 1. 27 8E - 03  wh ic is  the  second - hi gh est   a fter  P - S 2 Therefo re,  these  si m ula ti on   resu lt sh ow  that t he  m agn e ti c flu x de ns it y dist rib utio at   P - S c oil i s the  lowest am ong  t he othe tw o d esi gn ( P - S 2 ,  P - S 3 ) .           Figure  11. Ma gn et ic   flu x densi ty  f or all  thr e e coil pai rs des ign   f or  ai r gap   4cm       4.   CONCL US I O N   This  pa pe ha s   su ccess fu ll inv e sti gated  the   m agn et ic   flu densi ty   value  for  eac coil  pa ir  (P - S 1,  P - S 2,  P - S 3 un der   diff e re nt  m isa lig nm ent co ndit ion  at fix  ai r ga p.   T he  coil pair s w ere  desig n and  sim ulate us in JMAG  Desi gner   softwa re.   O ver al l,  the re  a re   no  s pecific   tren i t he  r el at ion sh i bet ween   m agn et i flu densi ty   and  m i sal ign m ent.  Th ab ove  r esult s   we re   due  to   the  diff e ren t   de sign  of  t he  c oil  pair   us ed   i this   pro j ect   wh ic h   giv the  diff e r ent  eff ect   of  th m agn et ic   flu distrib utio in  coil.  Lo m agn et ic   flux   will   be  pro du ce bet w een  tw coils  wh e the  pr im ary  and   sec onda ry  coil  gets  f ur t her   a par t ,   a nd   t he  surface  area  of   these  coils  a re   not  al ign e d.   Ther e f or e,   the   low  value   of  m agn et ic   flu densi ty   betwee the  c oils  will   then   induced  l ow   c urren t ,   w hich  then  giv es  l ow   powe trans fer.   Thus,  P - S 2   is  the  best  desig in  te rm of   m a gn et ic   flu x den sit y f r om  this si m ulati on   fo ll owin g by P - S 3   a nd P - S 1 .       ACKN OWLE DGE MENTS   This w or was   pa rtia ll su pp or te under  Re search   I niti at ive  G ran t Schem ( RI GS nu m ber  RI GS17 - 053 - 06 28   a nd   t he  I ntern at i on a Isla m ic   Un iversity   Ma la ysia  under   the K ul li yyah  of   E ng i neer i ng   P os tg r adu at e   Tuiti on Fee  W ai ver   Schem e 2 01 9 (TF W20 19) .       REFERE NCE S   [1]   Bolge r,   J.  G.,   Ng,  L.   S.,   Turner,   D.  B. ,   and  W al la c e,   R.   I. ,   Te sting  prototy pe  induc ti v power   coupl ing  for  an  el e ct ri highwa y   s y st em ,”   29 th  IEE Ve hi cul ar  Technol o gy  Confe renc e ,   vol.   29 19 79,   pp.   48 - 56 ,     doi:   10 . 1109/VT C. 1979. 1622664 .   [2]   Malay s i an  Gr ee T ec hno lo g y   Corpor at io n,   Low  Car bon  Mobili t y ,   2016 .   [Onl ine ] .   Avala b le:  htt ps:// ww w.m gtc . gov. m y /our - se rvic es/ low - ca rbo n - m obil ity /   [3]   O f f i c e   o f   E n e r g y   E f f i c i e n c y   &   R e n e w a b l e   E n e r g y ,   F A C T   # 9 1 8 :   M a r c h   2 8 ,   2 0 1 6   G l o b a l   P l u g - I n   L i g h t   V e h i c l e   S a l e s   I n c r e a s e d   B y   A b o u t   8 0 %   I N   2 0 1 5 ,   2 0 1 6 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / w w w . e n e r g y . g o v / e e r e / v e h i c l e s / f a c t - 9 1 8 - m a r c h - 28 - 2016 - g l o b a l - p l u g - l i g h t - v e h i c l e - s a l e s - i n c r e a s e d - a b o u t - 80 - 2 0 1 5   [4]   J.  G.  Gea r,   G uses  ai   to  cha rge   elec tr ic   c ars  without   running  up  the   bil l,”  2014 [Onli ne] .   Avail abl e htt ps:// ww w.wir ed. com/2014/12 / ge - n y c - e lectr i c - c ar - cha rg ing/   [5]   A.  Mac ke nzie,  Bosch  and  Evatra p art ne to   bring  EV  wir el e ss   cha rging  s y st em  to  th US ,   2013.   [Onl ine ] .   Avail ab le :   htt ps: // newa tl as. com/bosch - eva tr an - ind uct iv e - cha rg in g - s y stem - ev/ 2797 1/   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Desig n of circ ula r  in du ct iv pad  c ouple wi t mag netic  fl ux  d e ns it y an alysis   ( Sya sy a Azra Zai ni )   139   [6]   N.  N.  Nanda ,   S.   H.  Yus off,   S.  F.  Toha ,   N.  F.  Hasbulla h,   and  N.  A.  S.  Rosza i die ,   Brie R evi ew:  B asic   Co il   Designs  for  Ind uct iv Pow er  T ran sfer,”  Indone sian  Journal  of   Elec tri cal   Enginee ring  and   Co mputer  Scienc e   ( IJE ECS) ,   vol. 2 0,   no .   3 ,   pp .   170 3 1716,   2020 ,   d oi:   10 . 11591/ije e cs. v20. i3 . pp170 3 - 1716.   [7]   S .   Y .   R .   H u i ,   W .   Z h o n g ,   a n d   C .   K .   L e e ,   " A   C r i t i c a l   R e v i e w   o f   R e c e n t   P r o g r e s s   i n   M i d - R a n g e   W i r e l e s s   P o w e r   T r a n s f e r ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o w e r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   2 9 ,   n o .   9 ,   p p .   4 5 0 0 - 45 1 1 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T P E L . 2 0 1 3 . 2 2 4 9 6 7 0 .   [8]   W .   Chen,   J.  Li a ng,   Z.   Yang ,   an G.  Li ,   rev ie of  li thi um - i on  bat te r y   for  e le c tri v ehi c le   a ppli c at ions  an d   be y ond ,   En ergy   Proce d ia ,   vol .   1 58 ,   pp .   4363 - 43 68,   2019 ,   doi 10 . 1016/j.e g y pro . 2 019. 01. 783 .   [9]   R.   C hen ,   C.   Zh eng,   Z.   U .   Z ahid,  and   E.  Fara c i,   Anal y sis  and   Para m et ers  Opt imiza ti on   of  Conta ctless  IPT   S y stem  for  EV  Charge r,”  2014  IEE Appl.  Po wer  El ec tron .   Conf.   Ex po .   -   APEC  2014 2014,   pp.   1654 1661,     doi:   10 . 1109/APEC.2014. 680352 8.   [10]   H.  Jiang,   P.  B raz is,  M.  Ta baddo r,   and  J.  Babl o,   Safe t y   Conside rat ions  of  W ire l ess  Charge for  El e ct ri Vehic l e -   Revi ew  Paper , ”  2012  IEE Symposium  on  Product   Compli ance   Engi n ee rin Proce edi ngs 2012,   pp.   51 56,     doi:   10 . 1109/ISP CE. 2012. 639828 8.   [11]   C .   L i u ,   C .   J i a n g ,   a n d   C .   Q i u ,   O v e r v i e w   o f   c o i l   d e s i g n s   f o r   w i r e l e s s   c h a r g i n g   o f   e l e c t r i c   v e h i c l e ,   2 0 1 7   I E E E   P E L S   W o r k s h o p   o n   E m e r g i n g   T e c h n o l o g i e s :   W i r e l e s s   P o w e r   T r a n s f e r   ( W o W ) ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 - 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / W o W . 2 0 1 7 . 7 9 5 9 3 8 9 .   [12]   M.  Kim ,   J.  B y e on,   B.   K.  L ee,   and  J.  Lee,   Perform anc anal ysis  of  m agne ti power  pads  for  induc ti v power   tra nsfer  s y st ems   with  fer rite  struc ture   var i at ion , ”  2016  IEE Ene r gy  Conve rs ion  Congress   and  Ex p ositi on  ( ECCE ) 2016,   pp .   1 - 6 ,   d oi:   10 . 1109/E CC E. 2016. 7855338 .   [13]   J.  T.   Bo y and   G.  A.  Covic ,   The   Induc ti v Pow er  Tra nsfer  Stor y   at   th Univer sit y   of  Auckl and,”  in  IEE Circuits   and  Syste ms   Ma gazine ,   vo l. 15,  no.   2 ,   pp .   6 - 27 ,   Secondqua rt er  2 015,   doi 10 . 110 9/MCAS . 2015. 2418972 .   [14]   F.  Corti ,   F.  Gra ss o,   L.   Paolu cci ,   L .   Pugi,   and  L .   Lu che t ti ,   Circular   Coi for  E W ire le ss   Cha rging  Design  an d   Optimiza ti o Consideri ng  Ferrite   Satura ti on , ”  20 19  IEE 5th  Int ernati onal  foru on  Re search  and  Technol ogy  f or   Soci e ty   and   Indu stry  ( RTSI) ,   2019,   pp .   279 - 284 ,   doi:   10 . 1109/RTS I. 2019. 889560 1 .   [15]   T .   Campi ,   S.  Cr uci an i,   G.   Rodrí guez ,   and  M.   Fe li ziani ,   Coil   d e sign  of  wir el es power  tra nsfer   cha rging   s y st em   for  drone , ”  2016  IEE Co nfe renc on  E l ec tromagnet ic   Fi el d   Computat ion  ( CEF C) ,   2016,   pp.   1 - 1 ,     doi:   10 . 1109/CEF C. 2016. 781607 0 .   [16]   B.   M.  Mos am ma m ,   N.  Rasekh,  M.  Mirsali m ,   and  J.  S.  Mogh ani ,   Com par at i ve  Anal y s is  of  the   Convent ion a Magne tic  Structure  Pads  for  t he  W ire l ess  Po wer  Tra nsfer  Applic a ti ons,”   2019  10th  Inter nati onal  Power   El e ct ronics,   Dr iv Syste m and  Technol ogie Conf ere nce   ( PE DST C) 2019,   pp.   624 - 628,     doi:   10 . 1109/PE DS TC. 2019. 869 7878 .   [17]   S.  A.  Za in i,   S.  H .   Yus off,   A.  A.  Abdulla h,   S.  Kh an,   F.  Abd  Rah m an,   and  N.  N.  Nanda ,   Inve stig at ion  of  Magne tic  Properti es  for  Diffe ren Coil   Siz es  of  Dy n amic  W ire le ss   Charging  Pads  for  El ectric   Veh i cle  (EV ), ”  IIUM  Eng.   J. vol.   21 ,   no .   1 ,   pp .   23 32 ,   2020 ,   d oi:   10 . 31436/iiu m ej . v21i1. 1108 .   [18]   A.  Za he er,  H.  Hao,   G.  A.  Co vic ,   and  D.  Ka cpr za k ,   Inve sti gat ion  of  Mul tiple  Dec oup le Coil   Prim ar y   Pad   Topol ogie in  L um ped  IPT  Sy st ems   for  Inte rope rab le   El e ct ri V ehi c le   Charg ing,”  in  IEEE  Tr ansacti ons  on  Power  El e ct ronics ,   vol .   30,   no.   4,   pp.   19 37 - 1955,   April   2 015,   doi 10 . 110 9/T PEL . 2014. 23 29693 .   [19]   R.   A.  Deshm ukh  and  D.  B .   T alange ,   Design  of  1kW   induc ti v e   power  tra nsf er  s y stem  for  e lect ric   veh icle,”  201 Inte rnational   Co nfe renc on   Tec hnologi cal  Ad va nce ments  in  Po wer  and  En ergy   ( TAP  Ene rgy) ,   2015,   pp.   93 - 97,   doi:   10 . 1109/T A PENERGY . 2015. 7229598 .   [20]   G.  Southern  et   al. ,   Elec tri V ehi c le W ire l ess  Pow er  Tra nsfe Stat e - of - The - Art, ”  En ergy   Pr oce dia ,   vol .   16 2,     pp.   24 37 ,   2019 ,   doi: 10. 1016 /j . e g y pro . 2019. 04 . 0 04.   [21]   B.   M.  Mos amm am,  N.  Rasekh ,   M.  Mirsali m   an A.  Khors andi ,   El ectrom agne t ic   Ana l y sis  fo DD   Pad  Magne t ic  struct ure   of  W ire l ess  Pow er  Tr ansfe (W PT)  fo El ectrical   Vehi cl es, ”  2018  Smar G rid  Confe renc ( SGC ) ,   2018 ,   pp.   1 - 6 ,   doi 10 . 1109/SGC.2018.8777750 .   [22]   M .   A .   A .   R o s l a n ,   N .   N .   N a n d a ,   a n d   S .   H .   Y u s o f f ,   S e r i e s - S e r i e s   a n d   S e r i e s - P a r a l l e l   C o m p e n s a t i o n   T o p o l o g i e s   f o r   D y n a m i c   W i r e l e s s   C h a r g i n g ,   I n t .   I s l a m .   U n i v .   M a l a y s i a   E n g .   J . ,   v o l .   2 2 ,   n o .   2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 1 4 3 6 / i i u m e j . v 2 2 i 2 . 1 6 6 0 .   [23]   K.  Adit y and  S.  S.  W il li ams on,   Com par at ive   stud y   of  serie s - ser ie and  serie s - pa ral l el   topol og y   f or  long  tra ck  EV   cha rging   applic at ion , ”  2014   IE EE   Tr anspor tat i on  El e ct rif ic a ti o Confe renc a nd  Ex po  ( ITEC ) ,   2014,   pp.   1 - 5 ,     doi:   10 . 1109/ITEC. 2014. 686179 3 .   [24]   C.   Fang,   J.   Song,  L .   Li n ,   and   Y.   W ang,   Prac tica consid era t ions  of  serie s - ser ie a nd  serie s - pa ralle compensat ion   topol ogie in  wi rel ess  power  trans fer   s y stem  appl icati on , ”  2017  I EE P ELS  Workshop  on   Eme rging  Technol ogi e s :   Wirel ess P ow er  Tr ansfer  ( WoW ) ,   2017,   pp.   255 - 2 59,   doi 10 . 1109 /WoW . 2017. 7959404 .   [25]   Y.  Chao  and  J.  Shieh,   Seri es - par allel  loos ely   coup le b a tt er y   cha rg er  with  primar y - si de  cont ro l,”  20 12   Inte rnational   C onfe renc on   Control,   Aut om ati on  and   Infor mation  Sc ie nc e ( ICCAIS) ,   20 12,   pp.   226 - 23 0,     doi:   10 . 1109/IC CAIS . 2012. 6466592 .   [26]   K.  Adit y and  S .   S.  W il l ia m son,   Com par at ive   s tud y   of  Seri es - Serie and   Serie s - Para llel  compensat ion  topo logi e s   for  el e ct ri vehicle   cha rging , ”  2 014  IEE 23 rd  Inte rnational   S y mpos ium  on  Ind ustrial  El e ct roni cs  ( ISIE ) ,   2014,     pp.   426 - 430 ,   doi 10. 1109 /ISIE. 2 014. 6864651 .   [27]   K.  Adit y a,   Design  and  Im ple m ent a ti on  of  An  Induc ti v Pow er  Tra nsfer  S y st em  for  W ire le ss   Chargi ng  of  Future   El e ct ri Tra nspo rta ti on , ”  Doc t or al   D issertation,   D epa rt m ent   E lectr i ca and  Com pute Engi n ee r i ng,   Univer sit y   o Ontar io  Inst it ut e   of  T ec hno log y ,   Cana da ,   2016 .   [28]   S.  A.  Za ini ,   Design  of  Induc tive  Pad  Couple in  D y namic  W ire le ss   Pow er  Tra nsfer  for  El ec tr i Vehic l e,”  M.S.  T hesis,   In te rn at i onal   Isl amic  Uni ver sit y   Ma lay sia ,   Mal a y s ia   2019.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.