I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m b e r   20 20 ,   pp .   1703 ~   1 716   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 20 .i 3 . pp 170 3 - 1716             1703       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   A   b r i e f   r e v i e w :   b a si c   c o i l   d e si g n f o r   i n d u c t i v e   p o w e r   t r a n sf e r       N ad i N a z i e h N an d a 1 ,   S i t i   H aja r   Y u s o ff 2 ,   S i t i   F au z i ah   T o h a 3 ,   N u r u l   F ad z l i n   H as b u l l ah 4   A m e l i S h af i n R o s z ai d i e 5   1 , 2 , 4 , 5 D e pa r t m e nt   o f   E l e c t r i c a l   a nd   C o m put e r   E ng i ne e r i ng ,   I nt e r na t i o na l   I s l a m i c   U n i v e r s i t y ,   M a l a y s i a   3 D e pa r t m e n t   o f   M e c ha t r o ni c s   E ng i ne e r i ng ,   I nt e r na t i o na l   I s l a m i c   U n i v e r s i t y ,   M a l a y s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e A pr   1 ,   20 20   R e v i s e J un   21 ,   2020   A c c e pt e J ul   2 0,   2020       T he   i n duc t i v e   po w e r   t r a ns f e r   ( I P T )   h a s   c o nt r i bu t e d   t o   t he   f a s t   g r o w t h   o f   t he   e l e c t r i c   v e h i c l e   ( E V )   m a r k e t .   T he   t e c hno l o gy   t o   r e c ha r g e   t h e   E V   b a t t e r y   ha s   a t t r a c t e d   t he   a t t e nt i o o f   m a ny   r e s e a r c he r s   a nd   c a r   m a n uf a c t ur e r s   i n   de v e l o pi ng   g r e e n   t r a ns po r t a t i o n.   I I P T   c ha r g i ng   s y s t e m ,   t h e   c o i l   d e s i g n   i s   i nd i s p e ns a b l e   i e nh a nc i ng   t h e   E V   ba t t e r y   c ha r g i ng   pr o c e s s   pe r f o r m a nc e .   T hi s   pa pe r   s t a r t s   by   de s c r i b i ng   t h e   t w o   c ha r g i ng   t e c hni que s ;   s t a t i c   c ha r g i ng   a n dy na m i c   c ha r g i ng   be f o r e   f ur t he r   p r e s e n t s   t h e   I P T   s y s t e m   d e s c r i p t i o ns .   A f t e r w a r ds ,   t hi s   pa p e r   d e s c r i be s   a   br i e f   r e v i e w   o f   c o i l   de s i g ns   w hi c h   d i s c us s e s   t he   c r i t i c a l   f a c t o r s   t ha t   a f f e c t   t h e   po w e r   t r a ns m i s s i o e f f i c i e n c y   ( P T E )   i nc l ud i ng   t he i r   ba s i c   d e s i g ns ,   d e s i g c o nc e pt s   a nd   f e a t u r e s   m e r i t s .   T he   di s c us s i o ns   o t h e   ba s i c   c o i l   d e s i g ns   f o r   I P T   a r e   o f   t he   c i r c ul a r   s pi r a l   c o i l   ( C S C ) ,   s q ua r e   c o i l   ( S C ) ,   r e c t a ng ul a r   c o i l   ( R C ) ,   a nd   do ub l e - D   c o i l   ( D D C ) .   F ur t he r m o r e ,   t he   s i g n i f i c a nt   a dv a n t a g e s   a nd   l i m i t a t i o ns   o f   e a c r e s e a r c o di f f e r e n t   g e o m e t r i e s   a r e   a n a l y z e a n d   di s c us s e d   i n   t hi s   pa pe r .   F i na l l y ,   t hi s   pa pe r   e v a l ua t e s   s o m e   e s s e nt i a l   a s p e c t s   t h a t   i nf l ue nc e   t he   c o i l   g e o m e t r y   de s i g ns   i pr a c t i c a l .   Ke y w or d s :   b a s i c   c o i l   de s i gn s     d y n a m i c   w i r e l e s s   c h a rgi n g   (D W C)   e l e c t r i c   v e h i c l e   ( E V )   i n duc t i v e   po w e r   t ra n s f e r   (IP T )   pow e r   t ra n s f e r   e f f i c i e n c y   (P T E )     s t a t i c   w i r e l e s s   c ha r g i n g   (S W C)    w i r e l e s s   pow e r   t ra n s f e r   (W P T )   C opy r i gh t   ©   20 20   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   N a di a   N a z i e ha   N a n d a ,   D e pa rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   a nd  Co m p ut e r   E n g i n e e r i ng,   I nt e rna t i o na l   Is l a m i c   U n i v e r s i t y   M a l a y s i a ,   J a l a G o m b a k,   5310 K u a l a   L u m pu r,   M a l a y s i a .   E m a i l :   nn a z i e h a . na n d a @ g m a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     W i r e l e s s   po w e r   t r a n s f e (W P T )   s y s t e m   i s   us i ng   t h e   po w e r   t ra n s m i s s i o c o i l   p r i n c i p l e   t o   t ra n s f e t h e   e l e c t r i c   po w e r   f r o m   t h e   p ri m a r y   gri d   s o ur c e   t o   e n e r gi z e   t h e   e l e c t r i c   v e hi c l e   ( E V )   [1] .   T h e   i m pl e m e n t a t i o o t h e   W P T   s y s t e m   t o   t h e   E V   ha s   h uge l y   e vo l ve a f t e t h e   i s s ue   r e l a t e t o   t h e   de pl e t i o o f   e n e r gy   r e s o ur c e e s pe c i a l l y   pe t r o l e um   s t a rt e d   t o   ge t   gl o b a l   a t t e nt i o b e s i de s   t he   f a c t   t h a t   pe t r o l e um   g a s   e m i s s i o ha s   c o n t ri b ut e t o   a i r   po l l ut i o n   [2 ].   F o r t u na t e l y ,   t h i s   a ri s i n i s s ue   i s   s uppo r t e by   t h e   w i l l i n g n e s s   o f   c a r   m a n uf a c t u r e r s   t o   b e   i n v o l ve i n   t h i s   t e c hn o l o g y .   T h e r e   a r e   d i f fe r e nt   a pp r o a c h e s   t o   W P T ,   s uc h   a s   t h e   c a pa c i t i v e   c o upl i n g ,   i nduc t i v e   c o upl i n g ,   a nd   m a g n e t i c - r e s o na n c e   c o upl i n g   [3] .   C a p a c i t i v e   c o upl i n g   r e l i e s   o t h e   c o upl i n g   o f   t w o   pl a t e s   t h a t   pr o duc e   t h e   e l e c t r i c   f i e l d.   T h e   a l t e rn a t i ng  v o l t a ge   o f   t r a n s m i t t e pl a t e   w i l l   c r e a t e   t h e   e l e c t r o s t a t i c   f i e l o n   t h e   r e c e i v e r   pl a t e   c a us e s   by   t h e   i n duc e E M F   f r o m   t h e   o s c i l l a t i n g   e l e c t r i c   f i e l d   [4] .   T h e   c a pa c i t i v e   c o upl i ng  c a b e   us e o n l y   f o r   l o w   pow e r   a ppl i c a t i o n s ,   s uc a s   d r o n e   c ha r gi ng   o m o b i l e   c h a rgi n g ,   a n d   t hi s   a p p r o a c i s   ob v i o us l y   l e s s   s ui t a b l e   fo r   c h a rgi n g   t h e   E V   [5 6] .   H ow e v e r ,   t hi s   a pp r o a c m i g ht   b e   a b l e   t o   b e   i m pl e m e nt e fo r   E V   i f   a   p r o pe r   de s i g o f   a   c o m pe n s a t i o n   n e t w o r i s   u t i l i z e [7].   M e a n w hi l e ,   i IP T ,   t h e   f i e l c r e a t e d   f r o m   t h e   c o upl i n g   o f   t h e   t w o   c o i l s ;   t r a n s m i t t e r   (p r i m a r y c o i l   a n d   r e c e i v e r   (s e c o n da r y c o i l ,   i s   r e f e rr e t o   a s   t h e   m a g n e t i c   f i e l d.   T h e   m a g n e t i c   f i e l p r o duc e r e s ul t s   f r o m   o b e y i n t h e   A m pe r e ' s   L a w   a n F a ra d a y ' s   L a w   [8].   T h e   s o ur c e   ge n e r a t e s   a a l t e rn a t i n g   c urr e nt   t ha t   c r e a t e s   a n   o s c i l l a t i n m a g n e t i c   f i e l a t   t h e   t r a n s m i t t e r   c o i l .   T h e   m a g n e t i c   f i e l p r o duc e i s   t h e n   p a s s e t hr o ug h   t o   t h e   r e c e i v e r   c o i l   a n t h us   p r o duc e t h e   i n d uc e a l t e rna t i n g   c u rr e nt   t o   f l ow   i t h e   l o a o f   t h e   c i r c ui t ,   w hi c h   c o m m o nl y   i s   t h e   E V ' s   b a t t e r y .   F o r   t h e   m a g n e t i c - r e s o na n c e   c o upl i n g,   i t   us e s   t h e   r e s o n a nt   p r i n c i p l e   w h e r e   i t   a l l o w e t h e   c o upl i ng  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     17 03   -   17 16   1704   b e t w e e n   c o i l s   t o   oc c ur   i n   s e v e r a l   c e nt i m e t r e s   ga p .   T h e   a l i g nm e nt   f l e xi b i l i t y   a nd  po w e r   t ra n s m i s s i o n   e f f i c i e n c y   (P T E )   f o r   t hi s   a pp r o a c h   a r e   h i g h e c o m pa r e t o   t h e   c a p a c i t i v e   a n d   i n duc t i v e   c o upl i n g   [9 10].     H ow e ve r ,   o nl y   t h e   i n duc t i v e   c o upl i n p ri n c i pl e   ha s   e xt e n s i v e l y   a ppl i e t o   n o t   o n l y   E V   b ut   a l s o   t s uppl y   p ow e r   t o   h o us e h o l a pp l i a n c e s ,   b i o l o gi c a l   i m p l a nt s   a nd  o t h e r   m e a n s   o f   t ra n s po rt a t i o n   s uc h   a s   b us e s   a n d   s h u t t l e   v e h i c l e s   [1 1 - 14] .   Cu rr e n t l y ,   m o s t   r e s e a r c h e r s   a r e   fo c us i n o t h e   P T E ,   c o i l   ge o m e t r y ,   c o upl i ng  c oe ff i c i e n t ,   m i s a l i g nm e nt   t o l e r a nt   a nd  a i r - g a b e t w e e n   t h e   c o upl i n c o i l   [15 - 17 ].   T h e   f oc us   of   t h i s   p a pe r   i s   t o   b r i e f l y   di s c us s   t h e   b a s i c   c o i l   ge o m e t r y   de s i gn s   o f   t h e   IP T   s y s t e m   fo r   E V ,   w h i c h   a p pl i e e i t h e r   t o   t h e   s t a t i c   c h a r g i n g   o dy n a m i c   c h a r g i n g .   Co unt l e s s   s t ud i e s   a r e   e xe c ut e o di f f e r e n t   ge o m e t r i e s   t o   gu a ra n t e e   go o d   c o upl i n g   e v e n   i c o n d i t i o n s   o f   m i s a l i g nm e nt s .   S i n c e   t h e r e   i s   no   di s c us s i o n   y e t   r e l a t e t o   t h e   b a s i c   c o i l   ge o m e t r y   de s i gn s ,   e s pe c i a l l y   fo r   E V ,   t h e r e f o r e ,   t hi s   b r i e f   o v e r v i e w   w i l l   i n v e s t i ga t e   s e v e r a l   c o m m o n l y   us e ge o m e t r y   de s i gn s   f o E V   a ppl i c a t i o t ha t   us ua l l y   c o n c e r a b o ut   t h e   c o s t .   W i t t ha t ,   n o   di s c us s i o n s   o o t h e c o i l   ge o m e t r i e s   s uc h   a s   E - t y pe ,   U - t y p e ,   W - t y p e ,   I - t y pe   a n d   S - t y pe   w i l l   b e   di s c us s e h e r e   a s   t h e s e     ge o m e t r i e s   do m i n a t e   t h e   us e   o f   f e r ri t e ,   w hi c l e a t o   hi g h e r   c o s t .   T h e   e v a l ua t i o n   o f   c o i l   ge o m e t r i e s   h e r e   i s   m a i n l y   o n   t h e   c i r c ul a s p i r a l   c o i l   (CS C) ,   s qu a r e   c o i l   (S C ),   r e c t a n gu l a c o i l   (R C)   a nd  do ub l e - D   c o i l   (D D C) .   T h e   ke y   pa ra m e t e r s   a f f e c t i n g   t h e   o v e r a l l   s y s t e m ,   t o ge t h e w i t h   t h e   a dv a nt a ge s   a n l i m i t a t i o n s ,   a r e   a l s o   di s c us s e i t h i s   pa pe r .       2.   S TA TI C   A N D   D Y N A M I C   C H A R G I N G   E V   t e c hn o l o gy   i s   w e l l - kn o w n   i n   t h e   v e h i c l e   i n d us t r y   s i n c e   t he   e a r l y   1900s   [18] .   T hi s   t e c hn o l o gy   h a s   r e c e n t l y   be c o m e   o n e   o f   t h e   ul t i m a t e   s o l ut i o n s   o u t i l i z i n g   t h e   e l e c t r i c   po w e r   s o u r c e ,   w h i c i s   k n o w n   t o   b e   e n v i r o n m e n t a l l y   f r i e ndl y   c o m pa r e d   t o   t h e   c o n v e n t i o n a l   i nt e rna l   c o m b us t i o e n gi n e .   T h e   e m e rge n c e   o f   t hi s   t e c hn o l o g y   a r i s e s   f r o m   t h e   e xi s t e n c e   o f   t h e   pl ug - i s t a t i c   c ha r gi ng.   T h e   e xi s t i n g   pl ug - i c o n duc t i v e   c h a rgi ng  r e qui r e s   p h y s i c a l   c o n t a c t   b e t w e e n   t h e   e l e c t r i c   po w e r   s o ur c e   a n t h e   v e h i c l e   b a t t e r y .   T h i s   m e t h o ha s   b e c o m e   l e s s   c o m pa t i b l e   a s   i t   c a us e s   i n c o n v e ni e n c e   a n d   r e qui r e s   c a b l e   t o   s upp l y   t h e   e l e c t ri c   po w e r   t o   t h e   E V .   T o   b e   w i de l y   a c c e pt e by   t h e   pub l i c ,   r e s e a r c h e r s   a nd  c a m a n uf a c t ur e r s   ha v e   put   t r e m e n do us   e ff o r t   i nt o   p r o duc i ng  a   c o n v e n i e n t   a n d   s a f e   m e t h o t o   c h a r ge   t h e   E V .   T h e r e f o r e ,   t he   s t a t i c   w i r e l e s s   c ha r g i n g   (S W C)   i nt r o duc e s   t h e   c h a r g i n g   p r o c e s s   w i t h o ut   a n y   pr e s e n c e   o f   c a b l e s .   I t   o ff e r s   c om pa c t n e s s   a n d   s a f e t y   due   t o   c ha r gi ng   c a pa b i l i t y   w i t h o ut   a n y   us e   o f   a   c a b l e .   A ddi t i o n a l l y ,   t h e   e ff i c i e n c y   c o ul r e a c up   t o   91%   o v e r   25 . 4 - c e nt i m e t e a i r - g a p   [8].   F i g u r e   1   i l l us t r a t e s   t h e   t y pi c a l   s t r uc t u r e   o f   t h e   s t a t i c   w i r e l e s s   c ha r gi ng   (S W C)   o f   t h e   W P T   s y s t e m .   A s   t h e   y e a r s   p a s s ,   r e s e a r c h e r s   s t a r t e d   i n v e s t i g a t i ng   t h e   dy n a m i c   w i r e l e s s   c ha r gi ng  (D W C).   T h i s   i de a   i s   due   t o   t h e   t i m e   t a ke n   t o   f ul l y   c h a rge   a n   E V   w h i c h   a pp r o xi m a t e l y   t oo h o urs   w i t h   t h e   3 . kW   o f   E V   c h a rgi ng  r a t e   w h e n   us i n g   t h e   S W t e c hn i que   [19] .   T h e   D W t e c hn i q ue   p r o po s e t o   e na b l e   t h e   E V   c ha r g i n p r o c e s s   t o   o c c ur   w h i l e   t h e   v e h i c l e   i s   i m o t i o n   w i t h o ut   t h e   n e e t o   s t o a n d   pa rk  a t   t h e   de s i gna t e c h a rgi ng  s t a t i o n .   H ow e ve r ,   t h e   S W i s   s t i l l   r e l i a b l e   a t   p l a c e s   s uc h   a s   o ff i c e   a r e a s   o r   r e s i de nt i a l   a r e a s   w h e r e   t h e   v e hi c l e   i s   p a r ke f o r   s o m e   qui t e   a m o u n t   o f   t i m e   b e f o r e   s t a rt i n g   t h e   e ngi n e   a ga i n.   T h e   b a s i c   i de a   o f   w i r e l e s s   c h a r g i n f o r   t h e   E V   w h i l e   t h e   v e h i c l e   i s   p a r ke i s   i l l us t r a t e s   i F i g u r e   1.           F i gu r e   1 .   B a s i c   w i r e l e s s   c h a rgi ng  s t ruc t u r e   [20 ]       F i gu r e   s h o w s   t h e   p ri m a r y   A v o l t a ge   c o n v e r t e t hr o ugh  a A C - A C   po w e r   c o n v e r t e r   w i t h   a o pe r a t i ng  f r e que n c y   of   85  kH z .   T h e   o pe r a t i ng  f r e que n c y   r a n ge   s t a rt s   f r o m   1 kH z   t o   1 00   kH z   f o r   t h e   W P T   s y s t e m   t o   be   w o r ki n g .   D e s pi t e   t h i s ,   t h e   o pe ra t i n f r e que n c y ,   a s   s t a t e i n   S A E   J 2954 ,   i s   l i m i t e t o   85±3 . kH z   fo r   E V   [21] .   T h e   A C   v o l t a ge   i s   t h e n   t r a n s m i t t e d   t o   t h e   t ra n s m i t t e c o i l   a f t e r   pa s s e s   t hr o ug t h e   p ri m a r y   c o m pe n s a t i o n   i w h i c h   t h e   t ra n s m i t t e r   c i r c ui t   s y s t e m   e m be dde i n   t h e   g r o u n w i t t h e   p ri m a r y   c o m pe n s a t i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   br i e f   r e v i e w bas i c   c oi l   de s i gns   f or   i nduc t i v e   pow e r   t r ans f e r   ( Nadi N az i e ha  N anda )   1705   n e t w o r k.   T h e   r e c e i ve r   c o i l   t h e n   r e c e i v e s   t h e   e n e rgy   t ha t   i s   t ra n s m i t t e d   by   t h e   t r a n s m i t t e c o i l   o t h e   r e c e i v e r   s i de .   T h e   po w e r   r e c e i ve i s   t h e p a s s   t hr o ug t h e   s e c o n da r y   c o m pe n s a t i o b e f o r e   i t   i s   b e i n g   c o n v e r t e d   t o   D C   vo l t a ge   t o   b e   us e t o   r e c h a r ge   t h e   E V   b a t t e r y .   T h e   t r a n s m i t t e r   a n r e c e i v e r   c o i l s   m a de   up  o f   s e v e r a l   c o i l   ge o m e t r y   de s i gn s   de pe n d   o n   t h e   m a g n e t i c   f i e l di s t r i b ut i o n   d e s i r e f o r   t h e   s y s t e m ' s   a pp l i c a t i o n.   N o w ,   i m a gi n e   t h e   s a m e   c o n c e pt   a s   b e f o r e   be i n i m pl e m e n t e d,   b ut   t h e   di f fe r e n c e   i s   t h a t   t h e   c a r   i s   i m o t i o n .   T hi s   c o n c e pt   r e f e r s   t o   D W C.   D W w i l l   ha ppe n   w h e t h e   r e c e i v e r   c o i l   a t t a c h e u n de rn e a t h   t h e   E V   c ha r ge s   t hr o ug h   t h e   m a g n e t i c   f i e l b e t w e e n   s e v e r a l   t r a n s m i t t e r   c o i l s   (c o m m o n l y   e m b e dde i t h e   g r o und).   D W C   h a s   a   de s i g t ha t   c o ul r e duc e   t h e   ra n ge   a nxi e t y   a n d   t i m e - c o n s um e   t o   c ha r ge   due   t o   t h e   r a n ge   l i m i t a t i o n   t h a t   a r i s e s   f r o m   t h e   S W of   E V .   H ow e ve r ,   w h e n   c o n s i de ri n t h e   D W C,   t h e   m i s a l i g nm e n t   b e t w e e n   t h e   t ra n s m i t t e r   a n d   r e c e i ve r   c o i l s   i s   a   m a j o r   c o n c e rn.   A n   i n c r e a s e   i m i s a l i g nm e n t   c o ul re duc e   t h e   c o upl i n g   c o e f f i c i e n t   a n d   t h us   r e duc i ng  t h e   m u t u a l   i n d uc t a n c e   a nd  P T E   o f   t h e   s y s t e m .           F i gu r e   2 .   S c h e m a t i c   o f   m ul t i p l e   t ra n s m i t t e c o i l s   a nd  s i n gl e   re c e i v e r   c o i l   i D W s y s t e m   [22]       T h e   m i s a l i g nm e n t   m a y   h i g hl y   o c c ur   b e c a us e   o f   t h e   m o v e m e n t   o f   t h e   r e c e i v e r   c o i l   f r o m   o n e   t r a n s m i t t e r   c o i l   t o   a n o t h e t ra n s m i t t e c o i l   a l o n g   t h e   t r a c k ,   a s   s h o w n   i F i gur e   2 .   T h e   m a i i de a   o f   t h i s   t e c hni que   i s   s i m pl e   w h e r e   m ul t i pl e   p r i m a r y   c o i l s   c a l l e t r a n s m i t t e r   c o i l s   e m b e dde i n   t h e   g r o u n d   r e qui r e s   t o   t r a n s m i t   t h e   e l e c t ri c   pow e r   f r o m   t h e   g r i d   t o   t h e   s e c o n da r y   c o i l   c a l l e r e c e i v e r   c o i l   m o u n t e d   a t   t h e   b o t t o m   o f   t h e   v e hi c l e .   T h e r e   i s   n o   p h y s i c a l   o m e c ha n i c a l   c o nt a c t   b e t w e e n   t h e   t w o   c o i l s   a n d   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   t r a n s m i t t e a n d   r e c e i v e r   c o i l s   i s   r e f e rr e t o   a s   g r o un d   c l e a r a n c e   o r   t y pi c a l l y ,   a i r - ga p.   A s   t h e   r e c e i v e r   c o i l   pa s s e s   o n e   of   t h e   m ul t i p l e   t r a n s m i t t e r   c o i l s ,   t h e   t ra n s m i s s i o o f   pow e r   ha s   e xpe c t e t o   o c c ur   f r o m   o n e   t ra n s m i t t e c o i l   t o   t h e   n e xt   t r a n s m i t t e r   c o i l .   T h e   t r a n s m i t t e r   c o i l s   a r e   pl a c e a l o n g   t h e   r o a a s   i t   n e e ds   t o   be   a b l e   t o   t r a n s f e r   po w e r   w i r e l e s s l y   in - m o t i o n   [8 23] .   I s i m pl e   w o r ds ,   t h e   t ra n s m i t t e r   a n r e c e i v e r   c o i l s   w i l l   b e   s w i t c h e o n   a n o f f   d y n a m i c a l l y   de pe n di n g   o t h e   E V   po s i t i o n.       3.   P A R A M ETER S   A F F EC TI N G   T H E   I P S Y S TE M   P ER F O R M A N C E   T y pi c a l l y ,   t h e   IP T   s y s t e m   c o n s i s t s   o f   n o t   o n l y   t h e   s ui t a b l e   c o i l   ge o m e t r y   t o   c r e a t e   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   i n duc t i o n   b ut   a l s o   c o n s i s t s   o f   s ui t a b l e   c o m pe n s a t i o t o po l o g y   (CT ).   D i f f e r e n t   CT s   c h o i c e s   c a a pp l y   t di f fe r e nt   a r e a s   o f   a ppl i c a t i o n .   T h e   e l e c t r o m a g n e t i c   i nduc t i o c r e a t e d   by   t h e   c o upl e r   do e s   n o t   i m pl y   t h a t   a l l   f l ux   f r o m   t h e   t ra n s m i t t e r   c o i l   ge t s   l i nke t o   t h e   r e c e i ve r   c o i l   [8]   t he   l o s s e s   of   t h e   f l ux  r e s ul t   i n   a   p h e n o m e n o n   c a l l e f l ux  l e a k a ge .   H ow e v e r ,   t h e   u n w a n t e d   e v e n t   c o ul b e   a v o i de w i t h   t h e   us e   o f   a   CT   t ha t   a ppl i e t h e   c a p a c i t o r s   t o   c o m pe n s a t e   fo r   t h e   IP T   c i r c u i t   s y s t e m .   A l s o ,   t h e   m i ni m i z a t i o n   o f   pow e r   s uppl y   V A   r a t i n g   w i l l   b e   po s s i b l e ;   t h us ,   i t   l e a ds   t o   m a xi m um   P T E .   T h e r e   a r e   f o ur   b a s i c   CT s   w hi c e i t h e m a de   up   o f   s e r i e s - s e r i e s   (S S ),   s e ri e s - pa r a l l e l   (S P ) ,   pa ra l l e l - p a r a l l e l   (P P ) ,   o p a r a l l e l - s e r i e s   (P S c a p a c i t o r s   a rr a nge m e nt s   [24 - 2 6].   N o t   l i m i t e d   t o   t ha t ,   t h e   h y b r i C T s   ha v e   a l s o   be e n   r e po r t e i n c l udi ng  L CC - L C C,   L CL - L CL ,   L CC - P ,   L CL - P ,   S - CL C,   L CL - S ,   CCL - S   a nd   m u l t i - L CC   c a pa c i t o r s   a nd   i n d uc t o r s   a rra n ge m e n t s   [27] .   T h e   C T   i s   c h o s e n   b a s e o t h e   s ui t a b i l i t y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     17 03   -   17 16   1706   of   t h e   de s i g n e s y s t e m   a n d   i t s   a pp l i c a t i o n.   B a s e o n   s e v e r a l   s t udi e s ,   t h e   m o s t   po pul a r   CT s   a r e   t h e   S S   a nd  L CC - L CC  t o po l o gi e s   due   t o   t h e i s u i t a b i l i t y   a n d   f l e xi b i l i t y   t o   o pt i m i z e   t h e   hi g f r e que n c y   t o   o b t a i t h e   de s i r e P T E .   B e s i de s   t h e   f a c t   t ha t   t h e i t ra n s m i t t e r   c a p a c i t a n c e s   b e i n i n d e pe n de nt   t o w a r ds   t h e   l o a w hi c h   m a ke   b o t C T s   b e s t   s ui t e f o r   n o t   o nl y   S W b ut   a l s o   D W C,   w h e r e   t h e   re l a t i v e   po s i t i o n   o f   t r a n s m i t t e r   c o i l   i s   c ha n gi ng  c o n c e r ni n g   t h e   r e c e i v e r   c o i l ' s   po s i t i o n   [24 26 28 29 ].   F i gu r e   3(a de m o n s t ra t e s   t h e   S S   t o po l o g y .   T hi s   t o po l o g y   i s   s ui t a b l e   i n   f ul f i l l i n di f f e r e n t   u t i l i t i e s '   pr e f e r e n c e s   o f   t h e   IP T   s y s t e m .   T h e   S S   t o po l o g y   i s   c h o s e n o t   o n l y   i s t a t i c   c h a r g i n g   b ut   a l s o   i dy n a m i c   c h a r g i n g   [27] .   P r e v i o us   r e s e a r c h a s   p r o v e n   t h a t   t hi s   C T   i s   s ui t a b l e   fo r   t h e   l o n g - t ra c a pp l i c a t i o n   [3 25 30] .   M e a n w hi l e ,   F i gu r e   3 (b s h o w s   t h e   L CC - L CC   t o po l o g y .   T hi s   t o po l o g y   c a a c hi e v e   z e r o   c u rr e n t   s w i t c hi n g ,   w h i c m e a n s   t ha t   t h e   r e duc t i o n   o f   c urr e nt   s t r e s s   i n   t h e   i n v e r t e i s   po s s i b l e   by   t un i n g   t hi s   C T .   P r e v i o us   r e s e a r c h   ha s   p r o v e n   t h a t   t hi s   CT   h a s   a   h i g h   t o l e r a n c e   t o   m i s a l i g n m e n t   a n i n de pe n de nt   o f   l o a [28 31] .   O t h e r   C T s   a r e   n o t   di s c us s e i n   de t a i l   i t hi s   p a pe r .           (a )   (b )     F i gu r e   3 .   ( a )   B a s i c   s e r i e s - s e ri e s   a n d   (b H y b r i d   L CC - L CC  c o m pe n s a t i o t o po l o gi e s       T h e   t o po l o gi e s ,   a s   m e nt i o n e e a rl i e r ,   m a i n l y   c o m pr i s e   o f   b o t t ra n s m i t t e a n d   r e c e i ve r   c i r c u i t s .   R a n d   R r e p r e s e nt   t h e   r e s i s t a n c e   o f   t h e   t ra n s m i t t e a n d   r e c e i v e c o i l s ,   r e s pe c t i v e l y .   C1,   C3   a n d   C 2,   C 4   a r e   t h e   c o m pe n s a t i o c a pa c i t o r s   o f   t h e   t r a n s m i t t e a nd   r e c e i v e r   c o i l s ,   r e s pe c t i v e l y .   Co m pe n s a t i o c a pa c i t o r s   c o m pe n s a t e   t h e   i nduc t a n c e s   o f   t h e   IP T   s y s t e m   s o   t h a t   t h e   s y s t e m   c a o pe ra t e   a t   t h e   de s i g na t e o pe ra t i n g   f r e que n c y .   R L   r e f e r s   t o   t h e   l o a d ,   w h i c h   i n   t h i s   c a s e   i s   t h e   E V   b a t t e r y   pa c t h a t   a c t s   a s   t h e   E V   c h a r g i n s y s t e m ,   a n d   i t   d i r e c t l y   c o nn e c t s   t o   t h e   r e c e i v e r   c o i l   [32] .   R L ,   w h i c i s   t h e   s i m pl i f i e r e s i s t o r ,   m a y   a l s o   b e   r e p r e s e nt i n g   t h e   d r i v i n s y s t e m   o r   r e c t i f i e r   [8] .   T h e   o v e r a l l   c i r c u i t   w o r ks   by   t r a n s f e rr i n g   po w e r   f r o m   t h e   t ra n s m i t t e r   c o i l   t t h e   r e c e i ve r   c o i l   i w h i c p r o duc e s   t h e   m a g n e t i c   f i e l w h e n   t h e   t w o   c o i l s   (L a n L 2)   r e s pe c t i v e l y   a r e   c o upl e d   t o ge t h e r .   T h e   h i g h e r   t h e   c o upl i n c o e f f i c i e n t ,   t h e   hi g h e r   t h e   m ut u a l   i n duc t a n c e   ( M t h us   i n c r e a s i n t h e   po w e r   t r a n s m i s s i o n.   T h e s e   a r e   t h e   ke y   f a c t o r s   t ha t   de t e r m i n e   t h e   e f fi c i e n c y   of   t h e   o v e r a l l   IP T   s y s t e m .   E qu a t i o (1)   i s   t h e   f o r m ul a   t o   de t e rm i n e   M   a n t h e   r e l a t i o n s hi b e t w e e n   po w e r   a nd  m ut u a l   i n duc t a n c e ,   M     i s   de t e rm i n e by   e qua t i o n   (2 [3 3]:     M = k√(L _1  L _2   )   (1)     P = M ^ 2/ L _2     ω I_1   Q   (2)     w h e r e   i s   t h e   c o upl i n g   c o e ff i c i e n t ,   m e a n w hi l e ,   L a nd  L 2   a r e   t h e   s e l f - i n duc t a n c e s   of   t h e   t ra n s m i t t e r   a nd  r e c e i v e r   c o i l s ,   r e s pe c t i v e l y .   O n e   o f   t h e   e s s e n t i a l   p a ra m e t e r s   t h a t   n e e t o   b e   t a ke n   i n t o   a c c o un t   w h e n   de a l i ng  w i t t h e   c o upl i n g   c o e f f i c i e n t   i s   c o i l   ge o m e t r y   a s   i t   i s   a b l e   t o   a f f e c t   t h e   c o upl i n g   c o e ff i c i e n t   [2 2].   T h e   m u t ua l   i n duc t a n c e ,   M   w i l l   de t e rm i n e   t h e   a m o un t   o f   f l ux  t h a t   w i l l   b e   pa s s i n t hr o ug h   t h e   r e c e i ve r   c o i l .   T hus ,   t h e   c h a nge s   i c o upl i n g   c o e ff i c i e n t ,   k   w i l l   a f f e c t   t h e   m ut u a l   i nduc t a n c e ,   M   a n d   o ut pu t   po w e r ,   P .   I i s   t h e   t ra n s m i t t e c i r c ui t   c u rr e nt ,   Q   i s   t h e   qu a l i t y   f a c t o r   o f   t h e   r e c e i ve r   c i r c ui t ,   a n ω   i s   t h e   o pe ra t i n f r e que n c y .   T h e   p r e v i o us   m e nt i o n e d   e qua t i o n s   a r e   ge n e ra l l y   f o r   IP T   s y s t e m   ut i l i z i ng   a n y   CT   f o r   t h e   s y s t e m .   F o r   t h e   IP T   s y s t e m   t f un c t i o v e r y   w e l l ,   t h e   po w e r   f a c t o i s   de s i r e t o   b e   u n i t y .   T h e r e f o r e ,   T a b l e   gi v e s   t h e   e f f i c i e n c y   of   IP T   s y s t e m   w h e n   us i n g   t h e   S S   [25 2 6]  a n d   L CC - L CC  [34 35]   t o po l o gi e s   a s   f o l l ow s .   F i gu r e   i l l us t ra t e s   t h e   W P T   e qu i v a l e nt   c i r c ui t ,   w hi c c o n t a i n s   c o n v e r t e a t   b o t h   t h e   t ra n s m i t t e r   a nd  r e c e i v e r   s i de s .   T h e   t r a n s m i t t e r   c o n v e r t e r   a c t s   a s   t h e   hi g h - f r e que n c y   c urr e nt   ge n e r a t o r . M e a n w h i l e ,   t h e   r e c e i v e r   pow e r   c o n v e r t e a c t s   a s   t h e   r e c t i f i e t o   r e c t i f y   t h e   s y s t e m   o nc e   t h e   po w e r   i s   de l i v e r e d   f r o m   t h e   t ra n s m i t t e t o   t h e   r e c e i ve r   c o i l   [36] A   p o w e r   c o n v e r t e r   i s   v i t a l   i b oo s t i n g   t h e   e ff i c i e n c y   of   t h e   s y s t e m .   T h e   b l ue   do t t e l i n e   bo i n   F i gu r e   i s   t h e   S S   t o po l o g y .   T h e   s a m e   e qui v a l e n t   c i r c ui t   c a n   us e   a n y   o t h e r   t o po l o gi e s   t h a t   b e s t   s ui t e t t h e   a p pl i c a t i o n ' s   go a l .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   br i e f   r e v i e w bas i c   c oi l   de s i gns   f or   i nduc t i v e   pow e r   t r ans f e r   ( Nadi N az i e ha  N anda )   1707   T a b l e   1 .   S S   a n d   L CC - L CC  t o po l o gi e s   e ff i c i e n c y   T o p o l o g y   E ffi c i e n c y   S e r i e s - S e ri e s   2 +   +   1 ( 2 +   ) 2 0 2 2   L CC - L CC   ( 1 1 ) ( 2 2 ) ( 1 2 1 2 )       w h e r e   L f a n d   L f a r e   t h e   c o m pe n s a t e i nduc t a n c e   f o r   t r a n s m i t t e r   a n d   r e c e i ve r   c o i l s ,   r e s pe c t i v e l y ,   m e a n w hi l e ,   U a nd  U a r e   t h e   A C   v o l t a ge   f o r   i n v e rt e a nd  r e c t i f i e r .         T r a n s m i t t e r   s i de   R e c e i v e r   s i de     F i gu r e   4 .   E qui v a l e nt   c i r c ui t   o f   t h e   W P T   s y s t e m       T h i s   t y pe   o f   CT   i s   a b l e   t o   m i ni m i z e   t h e   v o l t a ge   a t   t h e   t r a n s m i t t e c o i l   a n d   c o n c u rr e nt l y ,   p r o v i de   t h e   l o a w i t c o n s t a n t   v o l t a ge   [37] .   If   t h e   s y s t e m   ut i l i z e s   t h e   S S   t o po l o g y ,   t h e   i n put   v o l t a ge   a nd   e ff i c i e n c y   a r e   hi g a t   t h e   m a x i m u m   m ut ua l   i nduc t a n c e   [27 ].   I n   c o nt r a s t ,   i f   t h e   s y s t e m   ut i l i z e s   L CC - L CC  t o po l o g y ,   h i g h e r   m i s a l i g nm e n t   t o l e ra n c e   i s   e xpe c t e a t   t h e   m i ni m u m   m u t u a l   i n duc t a n c e   [3 1].   T h e   t o t a l   m a g n e t i c   f i e l o r   a l s o   kn o w a s   t h e   t o t a l   f l ux   t ha t   i s   p r o duc e by   t h e   t ra n s m i t t e r   c o i l   i s   e i t h e e nt i r e l y   c o upl e o p a r t i a l l y   c o upl e t t h e   r e c e i v e r   c o i l .   T h e   t e r m s   f o t hi s   o c c ur r e n c e   a r e   t i g ht l y   c o upl e c o i l s   i f   a l l   f l ux   i s   d i s t ri b ut e a n d   l o o s e l y   c o upl e c o i l s   i f   t h e   f l ux  i s   pa rt i a l l y   di s t r i b ut e d.   T y pi c a l l y ,   t h e   t i g ht l y   c o upl e c o i l s   pr o duc e m uc l a r ge r   m ut u a l   i n duc t a n c e ,   M   t ha t h e   l e a k a ge   i n d uc t a n c e .   I [3 8],   t h e   c o upl i n g   c o e ff i c i e n t   i s   a pp r o xi m a t e l y   92%   t 98%   f o r   t h e   t i g ht l y   c o upl e c o i l s   s uc a s   i n duc t i o m o t o r s   a n d   t ra n s f o r m e r s .   O t h e   o t h e h a nd,   t h e   l o o s e l y   c o upl e c o i l s   m a y   pr o duc e   h i g h   l e a ka ge   m a g n e t i c   f i e l i f   t h e   c o i l s   a r e   po o r l y   c o upl e a n c o m m o nl y ,   t h e   w i n di n gs   o f   t h e   c o upl e r s   a r e   i t h e   pl a n a s pi ra l   f o r m   [39 4 0 ].       4.   R ELA TED   WO R K S   In  t h e   IP T   s y s t e m ,   v a r i o us   c o i l   s t r uc t u r e s   ha v e   e xi s t e due   t o   t h e   o n go i n g   r e s e a r c f o t h e   b e s t   c o upl e ge o m e t r y   de s i gn   w i t b e t t e r   e f f i c i e n c y   of   t h e   o v e r a l l   s y s t e m .   D i f fe r e n t   c o i l   ge o m e t r i e s   g i v e   di ff e r e n t   m a g n e t i c   f i e l di s t r i b ut i o n   [4 1].   T h e   d i v e r s i t y   of   c o i l   ge o m e t r i e s   c o n t r i b ut e s   t o   t h e   f o un di n o f   m a n y   t y pe s   of   c o upl e r s .   A m o n t h e   c o upl e de s i g n s   a r e   t h e   CS [40 42 - 45] ,   S [36 39 46] ,   R [ 47 - 49]   a nd  D D C   c o i l s   [17 23 5 0].   O v e r   t h e   y e a r s ,   s o m e   i nn o v a t i v e   c o upl e r   ge o m e t r y   de s i gn s   ha v e   b e e n   p r o po s e d,   f o r   i n s t a n c e ,   b i po l a r   c o i l   (B C)  [51 5 2]  a nd  do ub l e - D   qua d r a t u r e   c o i l   (D D Q C)  [28 ].   N o t   l i m i t e t o   t ha t ,   t h e   m ut ua l   i n d uc t a n c e ,   s e l f - i n duc t a n c e ,   c o upl i n g   c o e ff i c i e n t ,   a nd   m i s a l i g nm e nt   v a r i a t i o a r e   a m o ng  t h e   ke y   f a c t o r s   t ha t   a r e   a f f e c t e by   t h e   c o i l   ge o m e t r y   de s i gn s .   T h e   c o i l   ge o m e t r y   de s i g n s   f ur t h e a f fe c t   t h e   P T E   o f   t h e   IP T   s y s t e m .   W i t t h e   a i m   o a c hi e v i n b e t t e P T E ,   t h e   a u t h o r s   o f   [42]  put   f o r w a r t h e   i de a   o f   c a n c e l l a t i o n   c o i l   i m p l e m e n t a t i o n   w i t h   t h e   m a i n   c o i l   a t   b o t t ra n s m i t t e a n d   r e c e i ve r   c o i l s   t o   m i n i m i z e   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   f i e l d   (E M F )   o ut s i de   t h e   c h a r g i n g   r e gi o n.     R .   A .   D e s h m uk a n d   D .   B .   T a l a nge   [15]   p r o po s e t h e   IP T   s y s t e m   t ha t   i s   c a pa b l e   o f   t r a n s f e rr i ng  1   kW   pow e r   o v e r   10   c m   a i r - ga a t   15   kH z   f r e que n c y   w i t 95%   e f f i c i e n c y .   R .   V a ka   a n d   R .   K um a [16]   s ugge s t e a e xt e n de i de a   o f   a s y m m e t ri c a l   CS a s   t h e   ge o m e t r y   de s i gn   of   t h e   c o upl e r   c o i l s .   T hi s   de s i g n   e x hi b i t s   a   b e t t e c o upl i n g   c o e ff i c i e n t   a n d   m i s a l i g nm e n t   t o l e ra n c e   w h i l e   h a v i n g   e qua l   o ut e di a m e t e b ut   a dj us t e d   i nn e d i a m e t e w i t 120   m m   a i r - ga f o e a c c a s e .   O t h e   o t h e h a nd,   G .   K e   e t   a l .   [23]   di s c us s e t h e   n ul l   c o upl i n g   po s i t i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     17 03   -   17 16   1708   fo r   CS t o   a n a l y z e   t h e   m a g n e t i c   p r o pe r t i e s   o f   t h e   s y s t e m .   T h e s e   r e s e a r c h e r s   f o un o ut   t ha t   t h e   n u l l   c o upl i ng  o c c ur s   w h e n   t h e   l a t e r a l   o ff s e t   i s   a pp r o xi m a t e l y   50%  o f   t h e   o ut e r   di a m e t e r   f o r   t h e   CS C .   H ow e ve r ,   i n   r e c e n t   f i n di ngs   by   T .   F uj i t a ,   H .   K i s h i ,   H .   U n o   e t   a l .   [53 ],   t h e   i m pl e m e n t a t i o n   o f   t h e   s o l e n o i c o i l s   ra t h e t ha n   t h e   CS C   i s   a dd r e s s e t o   i m p r o v e   t h e   m i s a l i g nm e n t .   E v e t h o ug h   t h a t   i s   t h e   c a s e ,   CS i s   s t i l l   p r e f e rr e b e c a us e   o f   i t s   ge o m e t r y   t h a t   o ff e r s   s i m pl e r   ge o m e t r y   w i t h   pe r f e c t   s y m m e t ry   w h i l e   a b l e   t o   c o n t r o l   t h e   c o upl i ng  c o e ff i c i e n t   by   c o n t r o l l i n g   t h e   p h y s i c a l   s i z e s   o f   t h e   c o upl e ge o m e t r i e s   [40] .     O t h e t ha n   CS ge o m e t r y ,   t h e   S C   a n d   R ge o m e t ri e s   a r e   a l s o   c o m m o n   i n   t h e   W P T   s y s t e m   ow i n t t h e   c ha ra c t e ri s t i c s   o f   t h e i r   m a g n e t i c   f i e l d   t ha t   i s   s i n g l e - s i de [8] .   T h e   s i n gl e - s i de d   c ha ra c t e ri s t i c s   h e l p   w i t l e a ka ge   f l ux   r e duc t i o n   a s   i t s   f l ux  p a t t e r n,   a s   s h o w n   i F i g u re   5(c ),   di s t ri b ut e   m o s t   o f   t h e   f l ux   u n de t h e   c o i l s   a n a w a y   f r o m   t h e   f l o o r   p a n   [ 54].   Co n s e que n t l y ,   i t   a v o i ds   t h e   l e a ka ge   f l ux   f r o m   c o upl e i nt o   t h e   v e hi c l e ,   w hi c h   m a y   l e a d   t o   u nde s i r a b l e   e f f i c i e n c y   l o s s   [38].   I a ddi t i o n ,   t h e   a u t h o r s   o f   [47 48 ]   a g r e e t ha t   R ge o m e t r y   e xh i b i t s   e xc e l l e nt   t o l e ra n c e   t o   m i s a l i g nm e n t ,   a s   s h o w n   i F i gur e   8(b )   a n d   t h e r e f o r e ,   s ui t a b l e   f o h i g po w e r   t r a n s m i s s i o n.   T h e   S a n R ge o m e t ri e s   n o t a b l y   po s s e s s   qu i t e   s i m i l a r   c h a ra c t e r i s t i c s   a s   t h e y   h a v e   a l m o s t   t h e   s a m e   ge o m e t r i e s .   H ow e v e r ,   R ge o m e t r y   i s   pr e f e rr e a s   i t   o ff e r s   gr e a t e r   m a g n e t i c   f i e l a r e a   e v e n   i f   t h e y   bo t h   o pe r a t e   us i ng  t h e   s a m e   m a t e ri a l   a n d   c o i l   t u rn s   t hus ,   o ff e r i n g   m uc b i gge r   c h a rgi n g   r e gi o n   [2 2 55] .     Inn o v a t i v e l y ,   i [29 56 ],   t h e   a ut h o r s   r e c o m m e n d e i n t e g ra t i n g   t h e   c o m pe n s a t e c o i l s   w i t t h e   m a i n   c o i l s   a t   b o t t ra n s m i t t e a n d   r e c e i v e r   c o i l s   t o   e nh a n c e   t h e   P T E   o f   t h e   IP T   s y s t e m .   T h e   c o m pe n s a t e d   c o i l s   a r e   t e s t e t o   b e   e i t h e r   u ni po l a o r   b i po l a r   c o i l s .   N o t e   t ha t   t h e   b i p o l a r   c o i l s   m e nt i o n e i n   t h e s e   r e f e r e n c e s   c a rr y   t h e   m e a n i ng  o f   po l a r i z e c o i l s   a n n o t   b i po l a r   ge o m e t r y   de s i gn.   T h e   t ra n s m i t t e r   a n r e c e i v e r   c o i l s   a r e   de s i r e t ha v e   h i g s e l f - i nduc t a n c e   a n d   t h e r e f o r e ,   l e a ds   t o w a r ds   a c hi e v i n hi g h   c o upl i ng  c o e ff i c i e n t ,   h i g m ut u a l   i n duc t a n c e   a n d   hi g m i s a l i g nm e n t   t o l e r a n c e   w h e t h e y   a r e   c o upl e [57 58] .   T h e   m i s a l i g nm e n t   t h a t   o c c ur s   duri n g   t h e   c o i l   c o upl i n g   r e duc e s   t h e   P T E .   T h e r e f o r e ,   a e ffo r t   o ffe r i n g   a   pe r f e c t   a l i g nm e nt   t o   i m p r o v e   t h e   P T E   us i n g   gi a n t   m a g n e t o r e s i s t a n c e   (G M R s e n s o r s   w e r e   b ui l t   i a   s t ud y   [59] .   T h e   a ut h o r s   de s i g n e d   t h e   s y s t e m   t o   r e s o l v e   t h e   m i s a l i g nm e nt   w h e t h e   de s i g n a t e a l go r i t hm   de t e c t s   t h e   s u i t a b l e   di r e c t i o a n d   m a g ni t ude   t h a t   a E V   r e qui r e d   f o r   c o upl i n g   i a l i g nm e n t   b a s e o n   t h e   r e s ul t s   s h o w e by   t h e   G M R   s e n s o r s .     F o r   E V   a p pl i c a t i o n ,   t h e   IP T   s y s t e m   m i g h t   e n c o un t e r   i m pe da n c e   m a t c hi n g   p r o b l e m   w i t hi g h - f r e que n c y   c i r c ui t s   a n d   a c hi e v i n g   h i g P T E   s e e m s   t o   b e   c om pl i c a t e d.   T h e r e f o r e ,   t o   a c h i e v e   gr e a t e r   P T E ,   t h e   a ut h o r s   o f   [60]  pr e s e nt e t h e   i m pe da n c e   m a t c h i ng  n e t w o r (IM N t o   o pt i m i z e   t h e   t r a n s m i t t e r   c o i l   t ra c k.   H .   D a s h o r a ,   G .   B uj a ,   M .   B e r t o l u z z o   e t   a l .   [61]   h a v e   s um m a r i z e d   t h e   c ha ra c t e ri s t i c s   o f   c o m pa t i b l e   c o i l   ge o m e t r i e s   t h a t   s h o ul d   b e   l i g ht ,   t h i n,   a nd   c o m pa c t   t o   a v o i u nn e c e s s a r y   a ddi t i o n a l   w e i gh t   t o   t h e   E V .   T h e   c ha r gi ng   s y s t e m   s h o ul ha v e   a   s a t i s f a c t o r y   c o upl i n g   c o e ff i c i e n t   t o   o pe r a t e   w i t h o ut   a n y   ph y s i c a l   c o n t a c t   a nd  a l s o   a b l e   t o   t o l e r a t e   a n   a c c e pt a b l e   m i s a l i g nm e nt   w i t a i r - ga v a r i a t i o n   a t   l e a s t   150  t o   200  m m ,   e s pe c i a l l y   w h e n   dy n a m i c a l l y   c h a r g i n t h e   E V   [11 53 60 62 63] .   I D W a p pl i c a t i o n ,   D D i s   c o m m o n l y   pr e f e r r e f o r   s e gm e n t e r a i l s   ra t h e r   t h a CS due   t o   i t s   a b i l i t y   t o   de l i ve r   s t r o n ge c o upl i n c oe ff i c i e n t   a n g r e a t e r   o f fs e t   t o l e r a n c e   [50].   E v e i f   t h e   CS C   a nd   D D C   h a v i n g   s i m i l a m a t e r i a l s   a nd   o ut put   po w e r ,   D D C   c o n t ri b ut e a   f i v e   t i m e s   l a r ge c ha r g i n r e gi o n   c o m pa r e d   t o   CS [64] .   A .   A .   S .   M o h a m e e t   a l .   [ 32]   pr o po s e t h e   i de a   t o   e nh a n c e   t h e   D D C   us i ng   t h e   i m p r o v e T a b s e a r c h   a l go r i t hm .   T h e   f l ux   di s t ri b ut i o n   o f   t h e   c o i l s   i s   s i m ul a t e d   t o   f urt h e a n a l y z e   t h e   P T E   w i r e l e s s l y   by   D D ge o m e t r y .   G .   K e   e t   a l .   [23]   di s c us s e t he   n ul l   c o upl i n g   po s i t i o f o r   D D C   a n d   f o un d   o ut   t h a t   t h e   n u l l   c o upl i n g   o c c ur s   w h e n   t h e   l a t e ra l   o f fs e t   i s   a pp r o xi m a t e l y   33. 3%  o f   t h e   l e n gt h   o f   s e c o n da r y   c o i l   fo r   D D C.   Y e t ,   i t s   ge o m e t r y   s t i l l   e xpe ri e n c e s   a   d ra m a t i c   d r o w he n   E V   i s   m o v i n f r o m   o n e   t r a n s m i t t e r   t o   t h e   n e x t   t r a n s m i t t e r   c o i l .   T h i s   d r o l e a ds   t o   f a i l u r e   i a c h i e v i n go o P T E   a s   t h e   m u t ua l   i n duc t a n c e   i s   n o t   s t a b l e   a nd  i n s uf f i c i e n t l y   s t r o n g .     T h e r e f o r e ,   a   c r o s s e D D ge o m e t r y   w a s   i n v e s t i ga t e w i t h   i t s   do ub l e - c o i l   s t r a t e gy   [17].   T h e   s ugge s t i o t o   de s i g a   w e l l - f un c t i o n i ng   t ra n s m i t t e c o i l   t ha t   s h o ul d   a c hi e v e   l ow   e l e c t r i c   a nd   m a g n e t i c   v a l ue s   by   a t t a i ni n g   h i g e f f i c i e n c y   a n d   h i g h   o ut pu t   po w e r   i s   e l a b ora t e m o r e   i n   pa pe [17]   w h e r e   i t   r e s ul t s   i t h e   e xt e n de v e r s i o n   o f   t h e   r e c t a n gu l a c o i l .   T h e   m ut ua l   i n d uc t a nc e   pr o fo un dl y   i n f l ue n c e s   t h e   e ff i c i e n c y   a n o ut put   pow e r   of   a   W P T   s y s t e m .   T h e   m u t ua l   i nduc t a n c e   s h o ul a l s o   b e   de s i gn e v e r y   w e l l   t o   b e   l a r ge   a n s uf f i c i e n t   e n o ugh  t o   a t t a i n   t h e   r e a s o n a b l e   o ut put   po w e r   [15 - 17 23 32 53].   U s ua l l y ,   t h e   c o i l   ge o m e t r y   of   t h e   i n duc t i v e   m a g n e t i c   c o upl e r   f o r   D W i s   t h e   e xt e n de ra i l   a r c hi t e c t u re .   H ow e v e r ,   t hi s   e xt e nde r a i l   a r c h i t e c t u r e   ha s   s uff e r e f r o m   l ow   e ff i c i e n c y   a n s ub s t a nt i a l   e l e c t r o m a g n e t i c   i n t e r f e r e n c e .   F o rt u n a t e l y ,   O a L a b o r a t o r y   i n   t h e   U S A   h a s   de v e l o pe a   d y n a m i c   c ha r g i n s y s t e m   us i n g   t h e   a rr a y   of   t h e   c o i l .   T hi s   a r c h i t e c t u r e   s uc c e s s f ul l y   a c hi e v e l ow e r   e l e c t r o m a g n e t i c   c o m pa t i b i l i t y   a n a l s o   r e du c e t h e   v a l ue s   o f   t h e   e l e c t ri c   a n d   m a g n e t i c   f i e l d,   a n t hi s   m a ke s   t h e   c o i l   a rra y   m o r e   a t t ra c t i v e   a nd  c o m pa t i b l e   t o   b e   i m pl e m e nt e [11] .   B e s i de s ,   [62]  ha s   r e c e n t l y   s ugge s t e t h e   do ub l e - t r a n s m i t t i ng  c o i l   s c h e m e   t o   i m p r o v e   pow e r   f l uc t ua t i o n   c a us e by   t h e   r e l a t i v e   po s i t i o n   c h a nge s   e ff e c t   i n   D W C .     4 . 1 .      C i r c u l ar   s p i r al   c o i l   In  t h e   i n i t i a l   s t a ge   o f   W P T   e v o l ut i o n ,   t h e   c i r c ul a s pi ra l   c o i l   (CS C)   w a s   p r o po s e f o r   s e v e r a l   y e a r s   [39 40 4 3].   T h e   t y pi c a l   CS i s   a s   de m o n s t ra t e i F i gu re   5(a ).   T h e   m a g n e t i c   f l ux  o f   t h i s   c o i l   ge o m e t r y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   br i e f   r e v i e w bas i c   c oi l   de s i gns   f or   i nduc t i v e   pow e r   t r ans f e r   ( Nadi N az i e ha  N anda )   1709   di s t r i b ut e s   i n   a   c y l i n d r i c a l   s y m m e t r y   [39].   T h e r e f o r e ,   due   t o   i t s   s pi ra l   ge o m e t r y ,   t h i s   c o i l   o ff e r s   a   h i g m i s a l i g nm e n t   t o l e ra n c e   i a l l   di r e c t i o n s .             (a )   (b )   (c )     F i gu r e   5 .   CS C   ( a t y pi c a l   g e o m e t r y ,   (b w i t f e rr i t e   s po ke s   [55]  a nd  (c )   f l ux  l i n e s   f r o m   f r o nt   v i e w       R .   D e s hm uk a n d   D .   T a l a n ge   [ 15]   d i s c us s e t h e   p r o c e dur e s   i de s i g n i ng   a   1   kW   po w e r   f o r   t h e   IP T   s y s t e m .   T h e   a ut h o r s   a na l y z e t h e   m a g n e t i c   pa ra m e t e r s   o f   t h e   D W C   i nduc t i v e   c o upl i n g   c o i l s   w hi c i m pl e m e n t   t h e   c i r c ul a r   s p i r a l   c o i l   ge o m e t r y   a t   b o t h   s i de s ,   t ra n s m i t t e r   a nd  r e c e i ve r   c o i l s .   T h e   CS C   i s   t h e i nt r o duc e w i t h   t h e   us e   o f   f e r r i t e   s h o w n   i F i gu r e   5(b ).   T h e   a dd i t i o o f   fe rr i t e   a t   t h e   b a c o f   t h e   c o i l   pa i s   t o   p r o m o t e   t h e   f l ux  pa t a n d   t o ge t h e w i t t ha t   i t   m a y   h e l p   i r e duc i n g   t h e   f l ux   l e a ka ge .   T h e   IP T   s y s t e m   n e e ds   s ui t a b l e ,   a nd  hi g h   f r e que n c y   w i t p r o pe c o m pe n s a t i o t o   a c hi e v e   a   r e a s o n a b l y   h i g e f f i c i e n c y   c o n t ri b ut e s   t o   b e t t e s y s t e m   pe r f o r m a n c e .   T h e   IP T   s y s t e m   w i l l   gi v e   m a xi m u m   o ut put   p ow e r   w h e n   t h e   o pe ra t i ng  f r e que n c y   i s   s i m i l a r   o r   c l o s e   t o   t h e   r e s o na n t   f r e que n c y .   H e n c e ,   t h e   c a pa c i t a n c e   a n d   i n duc t a n c e   a t   b o t t ra n s m i t t e a n d   r e c e i ve r   c o i l s   n e e t o   b e   de s i g n e t o   m a t c t h e   s y s t e m ' s   r e s o n a nt   f r e que n c y   [65].     H ow e ve r ,   t h e   i n c r e a s e   i o pe ra t i ng   f r e que n c y   m i g ht   r e s ul t   i a   hi g h l y   i n d uc t i v e   c i r c ui t .   T hus ,   i t   i n c r e a s e s   t h e   i m pe da n c e   o f   t h e   o v e r a l l   c i r c ui t   [16] .   T hi s   i n c r e m e n t   w i l l   r e s ul t   i r e d uc e po w e r   f a c t o a s   i t   a pp r o a c h e s   z e r o   w h e t h e   o pe r a t i ng  f r e que n c y   gr o w s .   T h e r e f o r e ,   s i n c e   t h e   l o a a n d   W P T   c o i l   i nduc t a n c e s   a r e   t h e   f a c t o r s   a f f e c t i n g   t h e   po w e r   t ra n s f e r ,   t hi s   w i l l   c a us e   t h e   t ra n s m i t t e c o i l   t o   ha v e   a   h i g V A   ra t i n g   a nd  t h us ,   r e duc i n t h e   e ff i c i e n c y   o f   t h e   ov e r a l l   s y s t e m .   H ow e v e r ,   R .   D e s hm uk h   a n D .   T a l a n ge   [15]   f o un t ha t   c a p a c i t i v e   c o m pe n s a t i o n   i b o t h   t ra n s m i t t e a n d   r e c e i ve r   c o i l s   i s   m uc h   re c o m m e n de t o   m a g ni fy   t h e   o pe r a t i n g   f r e que n c y   w h i l e   i m p r o v i n g   t h e   po w e r   f a c t o r   by   e m pl oy i n t h e   CS g e o m e t r y .   T h e   CS C   i s   w e l l - k n o w n   b e c a us e   of   i t s   e xc e l l e n t   m a g n e t i c   p r o pe rt i e s   a n d   e l e c t r i c a l   p r o pe r t i e s   w h i c r e s ul t s   i i t s   s i m p l i c i t y   t o   e xpe r i m e nt   o [63 ].   I t   i s   t h e   m o s t   u t i l i z e d   ge o m e t r y   fo r   W P T ,   a s   m e n t i o n e d   i [ 1 5 16 23]   w h e r e   t h e   o ut e a n d   i nn e r   di a m e t e i s   de c i de f r o m   t h e   c u rr e n t   de n s i t y   o f   t h e   m a t e r i a l   us e d.     4 . 2 .      S q u ar e   an d   r e c tan gu l ar   c o i l s   F i gu r e   6( a )   de m o n s t r a t e s   t h e   t y pi c a l   ge o m e t r y   o f   t h e   s q ua r e   c o i l   (S C).   T h e   t y pi c a l   ge o m e t r y   o f   t h e   r e c t a n g ul a r   c o i l   (R C)  i s   s h o w n   i n   F i gu r e   6(b ),   a n d   F i g u r e   6( c i l l us t r a t e s   t h e   R w i t h   f e rri t e   b a r s .   F o r   t h e   S w i t f e rr i t e   b a r s ,   t h e   i l l us t ra t i o i s   q ui t e   t h e   s a m e   w i t t h e   R w i t f e rr i t e   b a r s ,   a s   s h o w n   i F i gu r e   6(c ) .   F o r   t h e   S C,   t h e   c a l c ul a t i o n   f o r   t h e   m a g n e t i c   f i e l i s   qui t e   di f f e r e n t   f r o m   t h e   CS i n   w hi c h,   t h e   m a g n e t i c   f i e l c a l c ul a t i o f o r   t h i s   c o i l   ge o m e t r y   c a b e   qui t e   t ri c ky   s i n c e   i t   i n v o l v e s   fo ur   s i m i l a s i de s   t ha t   a r e   e qua l .   T h e r e f o r e ,   m o s t   c o m m o n l y ,   t h e   CS C   i s   p r e f e rr e b e c a us e   of   m o r e   s t ra i g ht f o r w a r d   c a l c ul a t i o n s .   In  [46] ,   t h e   r e s e a r c h e r s   ha v e   t r i e a na l y z i n m u l t i - s i n gl e   S t ha t   e na b l e s   t h e   E V   b a t t e r y   t o   c h a r ge   f r o m   o n e   S t o   a n o t h e r   S C   w h i c h   i s   a l o n g   t h e   t ra c e i t h e w i t f e rr i t e   o r   d i r e c t l y   a i r   a s   t h e i c o r e .   A s   e xpe c t e d,   t h e   po w e r   e ff i c i e n c y   of   t h e   s y s t e m   i n c r e a s e s   w h e t h e   c o upl e c o i l s   a r e   m a de   up   o f   fe rr i t e - c o r e r a t h e t ha a i r - c o r e d.   H ow e v e r ,   S i s   t e s t e t o   h a s   a   s e n s i t i v e   m i s a l i g nm e nt   t o l e r a n c e   w h e c o m pa r e t o   t h e   h e x a go na l   c o i l   ge o m e t r y   [36].   T h e   S i s   l e s s   p r e f e rr e c o m pa r e t o   t h e   CS a nd  R a s   m o s t   r e s e a r c h e r s   o nl y   f oc us   o n   t h e   t w o   o t h e c o i l   de s i g n s   t o   b e   i m pl e m e n t e d   i t h e   W P T   s y s t e m .   P ra c t i c a l l y   s pe a ki n g,   t h e   r e a s o b e h i n d   t h i s   i s   m a y b e   due   t o   t h e   c l o s e   s i m i l a ri t y   b e t w e e n   t h e   s qu a r e   a n d   r e c t a n gul a ge o m e t r y   f e a t ur e s .   B o t c o i l   ge o m e t ri e s   a r e   s uppo s e t o   ha v e   t h e   s a m e   m e t h o d   o f   c a l c ul a t i o b e c a us e   of   t h e i c l o s e   r e s e m b l a n c e   i t h e   f o r m   i t s e l f .   H ow e ve r ,   s i n c e   R ge o m e t r y   h a s   a   m o r e   s ub s t a n t i a l   a r e a   e v e n   i f   us i n g   t h e   s a m e   l e n g t o f   w i r e   t ha t   S C   us e d,   t h e   po w e r   e ff i c i e n c y   of   t h e   R i s   f o un t o   b e   be t t e r .   B a s e o n   a   s t udy   c o n duc t e i n   [67] ,   t h e y   fo un o ut   t ha t   t h e   b i gge t h e   c o i l   s i z e ,   t h e   b e t t e r   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   pow e r   e ff i c i e n c y .     T h e   R C   ge o m e t r y   i s   s u i t a b l e   i t h e   dy n a m i c   c h a r g i n g   due   t o   i t s   h i g t o l e ra n c e   o m i s a l i g nm e n t   [ 23]  w h i l e   c a pa b l e   o f   t r a n s f e rri n po w e r   e ffe c t i v e l y   a n i t s   c o s t - e ff e c t i v e n e s s   [22 47].   I n   t h e   s a m e   c a s e ,   a s   m e nt i o n e d   i t h e   CS C   s e c t i o n,   t h e   f e r ri t e   b a ha s   b e e us e a nd  a t t a c h e t o   t h e   r e c t a n gu l a c o i l   t o   o pt i m i z e   pow e r   e ff i c i e n c y .   S o m e   r e s e a r c h e r s   ha t e s t e t h e   IP T   t e c h n i que   f o r   a   v a r i e t y   o f   m i s a l i g n m e nt   t h a t   i s   po s s i b l e   o n   t h e   r e c t a n gu l a c o i l   t o   i m p r o v e   t h e   c o upl i ng  c o e f f i c i e n t   a n m u t ua l   i n duc t a n c e   b e t w e e n   t h e   t w o   c o upl e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     17 03   -   17 16   1 710   c o i l s   [47].   I a   s t u dy ,   i t   s h o w s   t h a t   t h e   l o n ge t h e   f e rr i t e   b a r s ,   t h e   h i g h e po w e r   t ra n s f e r   c o m p a r e t o   t h e   s h o r t e r   b a r   [66] .   T h e r e fo r e ,   po w e r   t ra n s f e r   i s   p r o v e n   t o   i n c r e a s e   w i t t h e   a dd i t i o o f   l o n ge f e rr i t e   b a r s .   B i l a n d ž i j a   e t   a l .   i t h e i s t udy ,   ha v e   p r o po s e t o   a na l y z e   t h e   u n i f o r m i t y   of   t h e   m a g n e t i c   f i e l i n t e n s i t y   t ha t   i s   p r o duc e by   t h e   R ge o m e t r y   [48].   T h e y   l a t e r   f o un d   t h e   o pt i m a l   d i s t a nc e   o r   m i s a l i g n m e n t   t ha t   t h e i p r o po s e R c a n   a c hi e v e .   T h e y   us e b o t h   t h e   t ra n s v e r s a l   a n d   l o n gi t ud i n a l   s h e e t s   t o   r e p r e s e n t s   t h e   m a g n e t i c   f i e l i n t e n s i t y   pr o duc e d.   H ow e v e r ,   due   t o   t h e   ge o m e t r y   of   t h e   R C,   s o m e   a r e a s   ha v e   l o w   m a g n e t i c   f i e l i n t e n s i t y   a s   e xpe c t e d.             (a )   (b )   (c )     F i gu r e   6 .   G e o m e t r y   of   t h e   (a )   t y pi c a l   S C,   (b t y pi c a l   R a nd  (c R w i t f e rr i t e   b a r s   [66]       4 . 3    D o u b l e - D   C o i l   F i gu r e   7 (a )   de m o n s t ra t e s   t h e   t y pi c a l   ge o m e t r y   of   c o r e l e s s   do ub l e - D   c o i l   (D D C )   a n d   F i gu r e   7(b i l l us t r a t e s   t h e   D D w i t f e rr i t e   b a r s .   W h e d i s c us s i n g   D D C ,   t h e   ge o m e t r y   i t s e l f   c o m m o n l y   m a de   up   o f   fe rr i t e   c o r e s   a s   t h e   c o i l s   a r e   pl a c e a t   t h e   t o o f   f e r r i t e ,   a nd  t hi s   c h a ra c t e ri s t i c   i s   r e f e rr e t o   a s   po l a ri z e c o i l   [61] .   T h e   o r i gi e xi s t e n c e   o f   D D i s   t h e   r e s ul t s   o f   t h e   c o m b i n a t i o o f l ux  p i pe   a nd  CS C   ge o m e t ri e s   a dv a nt a ge s   [5 4].   F o r   m o r e   s t ra i g ht f o r w a r u nde r s t a n d i n g ,   t h e   D D ge o m e t r y   i s   c l o s e   t o   t w o   e qua l   r e c t a n gu l a r   ge o m e t r y   a s   i F i gu r e   7( a t h a t   c o nn e c t s   m a g n e t i c a l l y   i s e ri e s   w i t h   o ppo s i t e   c urr e n t   di r e c t i o n   i n   e a c D   c o i l   [ 50].             (a )   (b )   (c )     F i gu r e   7 .   D D C   (a t y pi c a l   c o r e l e s s   ge o m e t r y ,   (b w i t h   f e rr i t e   b a r s   a n d   (c f l ux  l i n e   di s t ri b ut i o n       In  a d di t i o n,   t h e   c o upl i n c o e f f i c i e n t   o f   t h i s   ge o m e t r y   de c l i n e s   s m o o t h l y   c o m pa r e t o   S a s   i t   a pp r o a c h e s   z e r o   w i t h   t h e   di s p l a c e m e n t   i n c r e m e n t ,   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   8( a ).   T h e r e f o r e ,   pe rm i t t i n g   a   h i g P T E   of   t h e   o v e r a l l   s y s t e m ,   e s pe c i a l l y   i n   D W [11] .   T h e   s e l e c t i on   o f   c o i l   ge o m e t r i e s   d i f fe r s   f o r   e a c h   a p pl i c a t i o n ,   a n d   di f f e r e n t   r e s e a r c h e r s   ha v e   t o   m a ke   e f fo r t s   t o   o pt i m i z e   t h e i c o i l   ge o m e t r y   s e l e c t i o n   t o   a c h i e v e   t h e i r   c o n f l i c t i ng  go a l s .   T h e r e f o r e ,   t h e   a u t h o r s   o f   [68]   c o m pa r e s e v e r a l   c o i l   ge o m e t r y   w i t s i m i l a po w e r   de n s i t y   t e n s u r e   a   f a i c o m pa ri s o o f   t h e i c o upl i n g   c o e ff i c i e n t   (k)   u nde d i f fe r e nt   m i s a l i g n m e nt   a n d   a i r - g a p   a s   i l l us t ra t e i n   F i g u r e   8(b a nd  F i g u r e   8(c ).   T h e   hi g h e r   t h e   c o upl i n c o e ff i c i e n t   o v e r   t h e   di s pl a c e m e nt ,   m i s a l i g nm e nt   o r   a i r - ga p,   t h e   h i g h e t h e   e ff i c i e n c y   t ha t   pa rt i c ul a ge o m e t r y   c a o ff e r .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   br i e f   r e v i e w bas i c   c oi l   de s i gns   f or   i nduc t i v e   pow e r   t r ans f e r   ( Nadi N az i e ha  N anda )   1711         (a )   (b )   (c )     F i gu r e   8:   Co upl i n Co e ff i c i e n t   (a )   v s .   D i s pl a c e m e n t   [61] ,   (b v s .   M i s a l i g nm e n t   [68]   a n (c v s .   A i r - G a p   [68]       5.   DISCUSSIO N   T h e   b a s i c   c o i l   de s i gn s   di s c us s e ha v e   t h e i b e n e f i t s   t o   t h e   IP T   s y s t e m .   A f t e r   a l l ,   t h e s e   b a s i c   c o i l   de s i gn s   a r e   e a s y   t o   o pe r a t e   b e c a us e   of   i t s   ge o m e t r y .   N o t   l i m i t e t o   t ha t ,   t h e s e   b a s i c   c o i l   de s i g n s   a r e   t h e   o n e s   t h a t   t ri gge r e t h e   de v e l o pm e n t   o f   o t h e c o i l   ge o m e t r y   de s i g n s   t ha t   t h e   W P T   s y s t e m   ha s   up   u nt i l   r e c e n t l y .   W h e n   t h e   c o upl e c o i l s   a r e   i pe r f e c t   a l i g nm e n t ,   t h e   o v e r a l l   m a x i m um   po w e r   e ff i c i e n c y   i s   e xpe c t e d.   H ow e ve r ,   t h e   all - t i m e   c o n c e rn s   w h e s pe a ki n g   o f   c o upl e c o i l s   a r e ,   o c o ur s e ,   t h e   m i s a l i g n m e nt   t o l e r a n c e   a nd  po w e r   e ff i c i e n c y .   Bo t o f   t h e s e   c o n c e rn s   a r e   a f f e c t e by   t h e   c o upl i ng  c o e f f i c i e n t   a nd   m u t u a l   i nduc t a n c e   o f   t h e   o ve r a l l   W P T   s y s t e m .   M o s t   c o m m o n l y ,   a ddi ng  f e rr i t e   b a r s   o r   f e rr i t e   i n   a n y   s h a pe   ha s   m a na ge t o   f a c i l i t a t e   t h e   P T E   t o   b e   m u c h   b e t t e w h e n   c o m pa r e t o   t h e   a i r - c o r e o r   c o r e l e s s   c o upl e c o i l .   T ra n s m i s s i o n   o f   pow e r   b y   e l e c t r o m a g n e t i c   i nduc t i o b e t w e e n   t h e   t r a n s m i t t e a nd   r e c e i ve c o i l s   i s   po s s i b l e   w h e s e v e r a l   a s pe c t s   a r e   g i v e n   a t t e n t i o t o   de s i g s uc a   w i r e l e s s   t e c hn o l o g y .       T h e   a s pe c t s   t h a t   r e qu i r e   o b s e r v a t i o i de s i g ni n g   t h e   c o i l s   f or  t h e   W P T   s y s t e m   a r e   s uc a s :     G e o m e t r y   de s i gn  o f   t h e   c o i l   i n c l ud i n g   t h e   c o i l   n um b e o f   t urn s ,   l a y e r   n um b e o f   t urn s   a nd  s p a c i n g   b e t w e e n   t h e   t u rn s   o c o m m o n l y   r e f e rr e t o   a s   p i t c h     T y p e   of   w i r e   us e e i t h e r   t h e   c o ppe r   w i r e   o L i t z   w i r e   o f   a n y   A W G   t h a t   b e s t   s ui t e d   t h e   a pp l i c a t i o n' s   go a l     O b e y   t h e   b i f ur c a t i o n - f r e e   c r i t e ri a   by   us i ng  t h e   s ui t a b l e   L i t z   w i r e   a n d   p r o pe o pe r a t i ng  f r e que n c y   t h a t   i s   t h e   b e s t   i f   i t   i s   c l o s e r   t o   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y     Co m m o n l y ,   c o ppe r   i s   s e l e c t e a s   t h e   m a t e ri a l   f o r   de s i g ni n g   t h e   c o i l   b e c a us e   of   i t s   b e t t e c o n duc t i v i t y   a n d   l o w e r   p ri c e   de s pi t e   o t h e m a t e r i a l s .   A l s o ,   l e s s   v o l t a ge   i s   r e qui r e d   t o   p r o duc e   a   s uf f i c i e n t   m a g n e t i c   f i e l i f   c o ppe r   i s   us e d.   T h us ,   t h e   h e a t   o f   t h e   c o i l   c o ul a l s o   r e duc e   s i g n i f i c a n t l y .   H ow e v e r ,   w i t t h e   us e   o f   s o l i c o n duc t o r ,   i n duc e e ddy   c urr e nt   u n de s i r a b l e   e f fe c t s   s uc h   a s   s ki n   e f f e c t   a n p r o xi m i t y   e ff e c t   a r e   do m i n a nt   a n d   t h e r e f o r e ,   a f f e c t i n g   t h e   W P T   e f f i c i e n c y .   F e e di n g   t h e   c o i l s   w i t hi g h - f r e que n c y   vo l t a ge   w i l l   r e s ul t   i a   h i g h - f r e que n c y   c urr e nt   f l ow s   t hr o ugh  t h e   c o i l .   D ue   t o   t hi s   s o - c a l l e d   t i m e - v a r y i n g   c u rr e n t ,   t h e   t i m e - v a r y i n g   m a g n e t i c   f i e l i s   p r o duc e a n d   r e s ul t s   i i nduc e e ddy   c ur r e n t .     Co n s e que n t l y ,   t o   r e duc e   t h e   l o s s e s   c a us e by   e dd y   c urr e nt ,   a   b u n c o f   s t r a nde w i r e s   a t   a   hi g f r e que n c y   s uc h   a s   L i t z   w i r e   i s   r e c o m m e n de t o   b e   us e [18].   L i t z   w i r e   i s   m a de   o f   s e ve r a l   t hi s t r a nds   t ha t   a r e   i n s ul a t e d,   a n i t   i s   t h e   b e s t   s ui t a b l e   o pt i o n   t o   i m p r o v e   t h e   W P T   e ff i c i e n c y   w i t h   i t s   l e s s   r e s i s t a n c e   v a l ue .   H ow e ve r ,   a n o t h e a s pe c t   w h i c i s   b i f ur c a t i o i s   c o n s i de r e w o r r i s o m e   i f   i t   ha ppe n s   du ri n t h e   de s i g n i ng  pr o c e s s .   B i f ur c a t i o i s   a o c c ur r e n c e   o f   m o r e   t ha o n e   z e r o   p h a s e   a ngl e   f r e que n c y   i a   c i r c ui t .   T h e   W P T   s y s t e m   i s   s uppo s e t o   o pe r a t e   a t   t h e   r e s o n a n c e   f r e que n c y ,   w h i c m e a n s   t h e   v a l ue   s h o ul b e   z e r o   i f   t h e   po w e r     e ff i c i e n c y   i s   t o   b e   i m p r o v e d.   T h e r e f o r e ,   t o   i m p r o v e   t h e   P T E ,   R .   A .   D e s hm uk a n d   D .   B .   T a l a nge   [1 5]  ha s   c o n c l ude t h a t   i t   a l s o   de pe n ds   o n   t h e   q ua l i t y   f a c t o r ,   Q   a nd  c o upl i n g   c o e ff i c i e n t ,   k.   T h e s e   f a c t o r s   a r e   de t e r m i n e by   n o t   o n l y   c o i l   ge o m e t r y ,   c o r e   m a t e ri a l   a n d   c o upl e r   di s t a n c e ,   b ut   a l s o ,   t h e   s e l f - i n duc t a n c e   o f   t h e   c o i l s   m us t   b e   hi g w i t h   l o w   s e r i e s   r e s i s t a n c e   t o   a t t a i n   hi g Q   a nd  [ 8].   T a b l e   s um m a ri z e s   t h e   a dv a n t a ge s   a n d   l i m i t a t i o n s   of   r e l a t e w o r ks .                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     17 03   -   17 16   1712   T a b l e   2 .   S u m m a r y   t a b l e   o f   r e l a t e w o r ks   Re f .   A u t h o r s   D e s c ri p t i o n   Co i l   D i m e n s i o n s   A d v a n t a g e s   L i m i t a t i o n s   [4 2 ]   A .   T e j e d a   e t   a l .   (2 0 1 6 )     P ro p o s e d   t h e   u t i l i z a t i o n   o f   a n   i n d u c t i v e   c a n c e l l a t i o n   c o i l   t h a t   c o n n e c t e d   i n   s e ri e s - o p p o s i n g   w i t h   t h e   t ra n s m i t t e (m a i n c o i l   t o   r e d u c e   t h e   E M F   o u t s i d e   t h e   c h a r g i n g   re g i o n   T ra n s m i t t e r   a n d   c a n c e l l a t i o n   c o i l   i n n e r   d i a m e t e r   a n d   o u t e d i a m e t e r,   r e s p e c t i v e l y :   3 5 7 . 2   m m   a n d   5 0 0   m m     T ra n s m i t t e r   ( c a n c e l l a t i o n c o i l   n u m b e o f   t u r n s :   9   (3 )     S u g g e s t e d   c a n c e l l a t i o n   c o i l   i s   g o o d   e n o u g h   a s   i t   w a s   a b l e   t o   t ra n s fe m o re   p o w e w i t h   l e s s   s t ra y   l e a k a g e   a n d   l o w   i m p a c t   o n   t h e   c o u p l i n g   f a c t o r s     N o   c o m p a ri s o n   i s   m a d e   i n   t e r m s   o f   o v e ra l l   e ff i c i e n c y   a n d   p o w e l o s s e s   w i t h   a   s i m i l a r   g e o m e t r y   c o n s i s t s   o f   fe rri t e   [3 6 ]   E .   A y d i n   e t   a l .   (2 0 1 8 )   In s p e c t e d   t h e   c o m p a ri s o n   o f   t h e   s q u a re   c o i l   a n d   h e x a g o n a l   c o i l   fo r   t h e   m i s a l i g n m e n t   t o l e ra n c e   S q u a r e   c o i l   s i d e s   l e n g t h :   2 1 2   mm     H e x a g o n a l   c o i l   s i d e s   l e n g t h :   1 3 2   mm     T h e   i n t e n d e d   c o i l   g e o m e t r y   h a s   a   t ra n s m i s s i o n   p o w e o 2 . 2   k W   f o r   c h a r g i n g     T h e   s q u a re   c o i l   i s   m o re   s e n s i t i v e   t o   m i s a l i g n m e n t   c o m p a r e d   t o   h e x a g o n a l   c o i l   [1 7 ]   L .   X i a n g   e t   a l .   (2 0 1 8 )   S u g g e s t e d   t h e   c r o s s e d   D D   c o i l   s t ru c t u r e   a n d   p u t   f o r w a r d   t h e   i d e a   o f   u s i n g   t h e   d o u b l e - c o i l   e x c i t a t i o n   m e t h o d   T ra n s m i t t e r   c o i l :   1 0 0 0   m m   x   2 5 0   m m     Re c e i v e r   c o i l :   5 0 0   m m   x   4 0 0   m m     L e s s e n   t h e   p o w e r   f l u c t u a t i o n   w i t h   t h e   e ff i c i e n c y   v a ri a t i o n   fro m   8 9 . 2 %   t o   8 8 . 7 %   re g a rd l e s s   o E V   p o s i t i o n s     Im p l e m e n t a t i o n   o f   t h e   s u g g e s t e d   c o i l   s t ru c t u r e   i s   o n l y   fo t h e   t ra n s m i t t e r   c o i l     [2 9 ]   T .   K a n   e t   a l .   (2 0 1 8 )   In t e g ra t i o n   o b i p o l a c o i l s   a s   t h e   c o m p e n s a t e d   c o i l s   i n t o   t h e   u n i p o l a c o i l s   a s   t h e   m a i n   t ra n s m i t t e r   a n d   r e c e i v e r   c o i l   s t ru c t u r e s   T ra n s m i t t e r   c o i l :   6 0 0   m m   x   4 5 0   m m   x   4   m m     Re c e i v e r   c o i l :   4 0 0   m m   x   3 0 0   m m   x   4   m m       G o o d   p e r fo r m a n c e   o n   f r o n t - to - r e a m i s a l i g n m e n t   a n d   a i r - g a p   w i t h   9 5 . 4 9 %   d c - d c   e ff i c i e n c y     T h e   c o i l   s t ru c t u r e s   i n t r o d u c e d   a d d i t i o n a l   w e i g h t   t o   EV   [4 7 ]   S .   Ra o   e t   a l .   (2 0 1 9 )   In v e s t i g a t e d   t h e   c o u p l i n g   c o e ffi c i e n t ,   m u t u a l   i n d u c t a n c e   a n d   fl u x   d i s t ri b u t i o n   o re c t a n g u l a c o i l   T ra n s m i t t e r   a n d   r e c e i v e c o i l s :   1 5 2   m m   x   1 3 2   m m     T ra n s m i t t e r   a n d   r e c e i v e c o i l s   n u m b e o f   t u r n s :   2 0   t u rn s     T h e   r e l a t e d   p a ra m e t e r s   a re   t e s t e d   w i t h   v a ri o u s   m i s a l i g n m e n t   fo a i a n d   fe rri t e   c o r e d     T h e   a n a l y s i s   i s   d o n e   fo o n e   d i m e n s i o n   o f   t h e   re c t a n g u l a c o i l   [4 5 ]   M .   S .   A l a m   Ch o w d h u ry   a n d   X .   L i a n g   (2 0 1 9 )   A n t i c i p a t e d   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   t h e   c i r c u l a a n d   d o u b l e - (D D c o i l s   s t ru c t u r e   w h e r e   t h e   t w o   d i ffe r e n t   g e o m e t ry   c o i l s   a r e   e l e c t r i c a l l y   c o n n e c t e d   i n   p a ra l l e l   Co i l   d i m e n s i o n s   a s   re c o m m e n d e d   i n   S A E   J 2 9 5 4     Be t t e r   m a g n e t i c   c o u p l i n g   w a s   s h o w n   b y   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   t h e   p ro p o s e d   c o i l   w h e n   c o m p a r e d   w i t h   t h e   c o n v e n t i o n a l   c o i l s     T h e   p e r f o rm a n c e   m e t ri c s   a r e   o n l y   fo t h e   s p e c i f i c a t i o n s   s u g g e s t e d   b y   S A E   J 2 9 5 4   [6 0 ]   L .   T a n   e t   a l .   (2 0 2 0 )   P re s e n t e d   a   W P T   s y s t e m   t h a t   o p t i m i z e s   t h e   t ra n s m i t t i n g   c o i l   t ra c k   w i t h   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   n e t w o rk   (I M N )   T ra n s m i t t e r   c o i l :   1 0 0 0 0   m m   x   1 5 0   m m     Re c e i v e r   c o i l :   1 5 0   m m   x   1 5 0   m m     A   c o n s t a n t   r e f l e c t e d   l o a d   r e s i s t a n c e   t o g e t h e w i t h   t h e   m a x i m u m   s p e e d   l i m i t   i s   a c h i e v e d   f r o m   t ra n s m i t t e r   l e n g t h   s e l e c t i o n   a n d   I M N     T h e   s y s t e m   i s   t e s t e d   fo 2   m m   a i r - g a p   o n l y   [6 2 ]   S .   L i   e t   a l .   (2 0 2 0 )   S u g g e s t e d   d o u b l e - t ra n s m i t t i n g   c o i l   s c h e m e   t o   i m p r o v e   t h e   re l a t i v e   p o s i t i o n   c h a n g e s   e ffe c t   T ra n s m i t t e r   c o i l :   7 2 0   m m   x   2 7 0   m m     Re c e i v e r   c o i l :   3 6 0   m m   x   3 6 0   m m     S u g g e s t e d   W P T   s y s t e m   w a s   a b l e   t o   re s t ra i n   t h e   p o w e f l u c t u a t i o n   e x p e ri e n c e d   i n   D W C     T h e   s y s t e m   i s   t e s t e d   fo 1 0 5   m m   a i r - g a p   o n l y       6.   C O N C LU S I O N   A   b r i e f   r e v i e w   o f   t h e   b a s i c   c o i l   de s i g n s   f o r   t h e   W P T   s y s t e m   i s   c a rr i e o ut .   T h e   b a s i c   c o i l   de s i g n s   t i m p l e m e nt   t h e   po w e r   t r a n s m i s s i o n   w i r e l e s s l y   a r e   i n v e s t i ga t e a n d   d i s c us s e t o ge t h e r   w i t t h e   ke y   f a c t o r s   a f fe c t i n g   t h e   de s i g c o n s i de ra t i o n s .   I t   ha s   b e e n   s h o w n   t ha t   di f f e r e n t   c o i l   ge o m e t r y   de s i gn s   h a v e   t h e i c o n t ri b ut i o t o   t h e   IP T   c h a r gi ng  s y s t e m .   T h e   ke y   pa ra m e t e rs   i n f l ue n c e   t h e   o v e r a l l   s y s t e m   r e ga rdl e s s   o f   t h e i c o i l   ge o m e t r i e s   ha s   a l s o   b e e n   e v a l ua t e d .   A l s o ,   t h e   e v a l u a t i o o f   t h e   c o m pa r a t i v e   a na l y s i s   of   di f f e r e n t   ge o m e t r i e s   e f f i c i e n c y   i s   do n e .   T h us ,   i t   i s   h o pe t ha t   t h i s   b ri e r e v i e w   m a n a ge s   t o   o f fe r   a u n de r s t a n d i n g   o f   t h e   b a s i c   c o i l   ge o m e t r i e s   d i s c us s e a s   t h e   c o n v e nt i o na l   de s i g n s   o f   t h e   W P T   s y s t e m .       A C K N O WL ED G E M EN TS   T h i s   r e s e a r c w o r k   h a s   p a r t i a l l y   s uppo r t e d   by   t h e   IIU M   F l a gs h i p   G ra n t ,   n u m b e IR F 19 - 026 - 002 unde t h e   M a l a y s i a   M i n i s t r y   o f   H i gh e r   E duc a t i o M a l a y s i a .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.