In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  4, D e c e m ber   201 9,  pp.  2157~ 21 64  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 4.pp2157-2164          2157     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Efficiency investi gation of SS  a nd SP compensation topologies  for wireless power transfer       M a sood  R ehm a n 1 ,   Perum a l  N a lla g o wn den 2 ,  Zu ha i r i   B a ha r u d i n 3   1, 2, 3   E l ect rical  a n d   E l e ct ron i cs Engi neerin g D e partmen t ,  Univers i ti T ekn o l o g i  PET RON A S  32 61 0 Ban d ar Seri   Isk a ndar,  P erak, M al aysia  3   S IRIM  B erh a d,  N o. 1 Pers i aran  D at o ’  Men t e ri, S ection   2   P. O.  Bo x  7 0 3 5 ,   4 07 00  Shah   A l a m ,  M alay sia       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  Mar  11,  2 0 1 9   Re vise d Ma y  2 8 , 201 9   A c c e pte d   J u l   3 ,   2019       Wi reles s   pow er  t ransf e r  (W PT )  usi n g  i n duct ive  and  re s o nant   c o u p lin g  has  been   w i d el y  ex p l ored  i n   rece n t   y ears  f o r  ease  an d  saf e ty   o v e r  c on ven tio nal  cabl e   c h a rg ing   sy st e m s.   T he   e f f i c iency   of  W PT  s ystem s   i s   redu c i ng  dras ti ca lly   d u e   t o   an  i n c reas e  in   a ir-g aps  and   m i s a lig n m e n t   b et we e n   transmitter  (Tx)   a nd  r eceiver   (Rx) .  M a ny  c ircui t   t opo l ogies  hav e  be en   anal yzed   t o  im prov e  t h e  ef fici e n cy  o f   W P T  syst em  b ased  o n  sy mm e tr ical   coi l s.  H ow ever,  th e  ci rcui t  to p o log i es   h ave  no t  been   s tu died  w i de ly  f or   un sy mmet r ical   c o i l s .  T h is   p a p er  p resent s  the  investigat i o n  of  t wo  f u n d am ent a l  t o p o lo gi es   i . e .  S e ries-S eri e s  (SS )   a nd  S e ries -P aral lel  (SP)   f or  un sy mmet r ical   c oi ls  a s  w e ll  as  s ym m e tri c al   c oi ls .  T h eoret i cal  a nalysi s  o f   b o th  t h e   c omp e nsa t io n  to po log i e s   h a v e   b e e n   a c c o m pl ishe d,  t he n  m od e lin g  of   bo th   t he  t o pologies   h ave  been   d on e  u s i ng  t w o  d i f f e rent   c o m bin a t io n  of   circu l ar  c oi ls .  In   f irs t   case,   t wo   s i m ilar  s ize  coi l s   have  b een   d es ig ned  an d   in   seco nd   c ase  tra n smi t ter  co il   o f  h i g h er  d im ensio n s  than   r eceiv e r  c o i l   i s   des i g n ed.   Th e  ef fici ency   o f  the  s y st em   h as   b een  a n a ly zed  a t   m u l ti pl e  di s t ances  i n  b o th  cas es  b y  i n te g r ati n g   coil  stru ct ure  w i t h   t h e   circuit.  T he   o v e r a l l   r e s u l t  s h o w  t h a t   w h e n  T x   i s  b i g g e r   t h a n  R x ,  t h e  S P   t o p o logy  g i v es  bet t er effi ciency  th a n SS   c oun terp art. K eyw ord s :   Circ ular  C oil   Effic i e n c y  I nv estiga tio n   Series-P a r all e l   (SP)   T opology  Series-S e r ies   ( S S )   T opology  Un sy mme t ri cal  Co i l s   Wire l e ss  P ow e r  Tr a nsfe r   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Mas o od Rehm a n,   Elec tric a l  and  Elec tron ics  E n g i ne eri n g D e partm e nt,  Un iv ersit i   T ekn o lo gi   P ETRO NAS,   32 6 10  Ban d ar  S e r i Iska n d ar,   P e ra k, Ma l a y sia   Em ail:  ma soo d . rehm an_g 03 2 2 9 @ ut p.ed u. my       1.   I N TR OD U C TI O N   Wi r e less  power  tran sfer  ( WPT)  u si ng  in d u ct i v e  an d  re so na n t   c o u p l i n g   h as  b ec om e  one  o f  t h e   dem a nde d  tec h n o lo g i es  i n  r ece nt  y e a rs.   WP T  c a n  be  v ery  use f u l   f or   c harg in g  e l ec t r i c   v e h ic les,  e le ctro nic   a p pli a n ces   a n d   i mpl a nt ab l e   m ed i c al   d ev i c e s .  Th e   id e a   of   W PT  w a s   i nit i a ll y  pr esen te d  by  N i kola   Te s l a   in  t he   late  19t h  Ce nt ury  [1].   W P T   c an  b e   w i de l y   s e p ara t e d   i n t o  tw o  ty p es ;  ra d i a tive   or  n o n -radia tive  [2,  3].  N o te   t h at   b e cau se   o f  u n id i r e c t i on al   n at u r e  of     ra d i a t i v e  ap p r o a c h   o f   W P T ,  it  doe s  no t   o ffe r  a ny  go o d   a d j u s t m en t   betw ee n  the  e f fic i e n c y   o f  WP T  a n d  i t s  d i re ct iona lit y  [4].   T h e   n o n -r adi a t i ve   W P T   w orks  o n   ba sis  of  i n d u c ti ve  c o upl in g   an d  ma g n e ti c   re son a nt   c ou pli n g   t o   t ran s f e r  t h e  en e r gy   fr om   t he   t ra n s m i tt in g  coi l   t o  re cei v i ng   c o i l.  U s ual l y ,  t h e  se lf-re sona nce   fr e que nc y  of   c o i ls  i s  ac h i eve d   f rom   p ara s it i c   c ap a c i t a n c e  and   s e l f -i ndu c t anc e   o f  coi l s,  h ow eve r ,  the  par a si tic   c apa c i t a n ces  a re   i na de qua t e   f or   r e s ona tin g  b o t h  t h e   c o ils  a c c o rd in g  to  e s t i m ated   fre que nc y,  the n  a lum p ed  c a p a c itor   ca n be  in c lu de d to  m a k e   it o pe ra te  on d e sire d fr eq uenc y [5,   6].  I n   y ear   2 0 07,  a   t e c h n i q u e  o f   W P T   u si ng  ma gnet i c  re so na nce  c o u p l in g  (M RC)   w a s  prop ose d   b y   rese arc h ers  a t   M assa c h uset t s   I nsti tu te   o f  Techn o l o g y   ( MIT).   The y  use d   f o u r   se lf-re so nan t   c oi l s   o f  30  c m   radi us  t o  l i gh t   up  a   bu l b   o f  6 0   W a t t s   a t  2  m   d i sta n c e   w i t h  effi c i e n c y  o f   4 0 %  [ 8 ,  9 ] .   T h e r e a f t e r ,  t h e  W P T   tech n o l o gy  w a s  a l so  c omm e rcial i ze d  for  th e  c h argi n g   o f  por t a b l e   e l e c t ro ni c  c o m p on en ts,  su c h   a s  mo bil e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   2 1 5 7  – 2 164  2 158 ph o n es, too t h brus hes  e t c. [7 ] .   WP T t e chno lo g y   u s i ng i n d u ct ive   and   reson a nt   c o upl ing   c a n   b e   a   g ood   s ol uti on  f o r  ch a r gi ng   o f   mo bil e   p h one s  in   a   r o o m ,  c h argin g   of   r o bot   i n  f ut ure ,   c harg i ng  o f   i mplan t a b le   m edica l   dev i ce s  e t c.   N e v erthe l ess,  W P T   u sin g   i n duc tive  a nd  r e so nan t   c o u pl i ng  pos se ss  ad va nta g e s   o ver   ot her  tech n i q u es  a t  shor t  an d  me dium  d is t a nces,   but  s t ill  t h i s   t ec hno l ogy   i s   in e f f e ct iv e  b eca u s e  t h e  v a ri ati o n   i n   di sta n c e   b e t w e en  t he   t ra nsm i t t e r   ( Tx)   an d  rec e iver  ( Rx)   ca uses  t h e  c h a nge  i n   res ona nc e  freq ue ncy,   t h u s  affec t s  the   e ffi cienc y .   F u rt he rm ore,  t he   m i s ali g nme n t  bet w ee n  t he   T x  a n d   Rx   can   a ff ect  t he   pow er   t rans fe r  efficie n c y   [ 1 0 ,  11].   Man y   r e s ear ch  s t u d i e s   h ave  be en  c ond uc t e d  t o   i m p ro ve   t he   e f f i c ienc y.   S tu dy  on  t h e   circ u i t mo de l and fre que nc y a n al ys is ar e   p r e sen t ed in [1 2,   13].   T he   s p l i t t i ng frequ enc y   o c c urs, w hen sing le  or   mult i p le   c o i l s   f rom   prim ary  a nd  sec o nda r y   s ide   com e   i n  c l o s e   v i ci nit y   t o  e a c h   ot h e r,  t he n   th e   p r o d u c t i on  of  st ron g   r el a t i v e   ma g n e ti c  fi el d  i s   i n e vit a bl e ,   w h i ch  c an  c au se   t he   s pl it of  fre que n c y i n  tw o  differ e nt   p e a k s   [14] ,  w h ic h  u l tima t e l y  re duc es  t he  pow er  t ran s fe r   c a pab i l ity  o f  WP T  s y s t e m.  M an y   c i rc uit   to po l ogi e s   h av e  b e e n   stud ie d  t o   i mp rove   t he   e ffic ie ncy   o f   W P T   s ys tem .   A na lysis  of  s e c o n d a r y  series  a nd   p a r al lel   to po l o gy   f or  in duc t i ve   pow e r   t ransfe r  for  a c hie v in g  opt i m al  e ff i c i e nc y  is  c a rri e d  ou t   in   [ 15 ]  a n d   lo ad   i nd ep e n d e n t   v olt a ge  trans f e r   i s  d i sc usse d,   how eve r ,  unsym m e trica l   c o i ls  h a v e  no t   be e n   u ti liz ed.   H ybr id  t op ol o g ie s  for   WP T  ar e  in ves tiga t e d   f o r   c ons ta n t   c urre nt  a n d   co ns ta nt   v o ltage   o utp u t   t o   c h arge   t h e   b a t ter i e s   i n  [16].   Mo de li ng   a nd   η - α-pa r eto  opt im i z at i o n  of  W P T   c oi ls  f or   e le ctric  ve h i cle s   u s i n g   d i ffere nt   t o p o l og ies  is  c on d u cte d   i n  [17].   A   gene ra l  the o r y   f oc us in g  o n   S P-Com b ine d   t o p o l ogy  is  s t u d i e d   i n  [ 18]   a n d   e qua t i o n s  of  e f f icie nc y  a r e  der i ve d.  A n al ys is  o f  WP T  usin g  S S   a nd  S P -Com bin e d  To pol og y  is   p rov i de d  i n  [ 1 9,  20].     A n  op tim iza t i o n  tech ni q u e  to   e n h a n ce   t he  e ff icie nc y  of  W P T   s y s tem   u s i n g   S S   t opo l o gy   i s  pr o pose d   i n   [2 1].   It  w as  d em on st r a te d   tha t   t he   ma ximum   effi c i e n c y   can  b e  ac hi e v e d   w hen   Tx  a n d   R x  are   no t  on  sa m e   p lane  a nd  R x   h a s   s ome   m i sali g n m e nt   wi t h   t ilt   a n g l e   o f   π / 4 .  In   g en era l ,  til t   ang l e  a f fe ct s  t h e  co up lin g  c o effic i e n t;  how e v e r ,  th is  p aper   d o e s  not   d i s c u ss  t h e  ove ra l l   i mp a c t   o f   c ou plin g   co effi c i e n t   on  th e   e f fi c ie nc y  of  s ys t e m.   F ini t e   El e m e n t  A n a l ys is  i s   con d u cte d   b y  de s i g n i n g   t w o   E   t y p e   fe rri te  c ore s   w it h  S S   c om pen s at i on  a nd  a   m e ta  m ate r ia l   is  p l a c e d  n e ar  t he  transm itt er   s i d e  E  ty pe  c ore   to   i m p r ove   t he   t r a ns fe r  d i s t a n ce   b y   en ha nc i n g  e l ec t r oma g net i c   i n duc t i o n   [ 2 2 ] ,  how e v e r   t o  de sign  E   t y pe  T x  a nd  Rx  c o i ls  m ay  n ot  b e   fe asi b le  i n   m a n y  si t u a tio ns.  Si m u l a ti on   o f  M u l tip le  Coi l   M ode l   for   WP T  S y stem   a re   car ried  o ut  i n   [23].  In  t h i s  m ode l,  4   overl appe d  c o i l s  w e r e   u se d  a s   a   T x   c o il   and   sin g l e  c o i l   w as  u se d  as   a   r ece i v e r   c oi l   to  o b t a i n  1 5 %   m o re   efficie n c y   t ha n  j u s t   s i n gle   T x   c oil,  b u t   t h i s   ty pe  o f  mo de l  ha s  i n cre a se d  c a pi ta l  co st.  S i mula ti on  a n d  A n al ys is  o f  WP T  syst e m   a re   c on d u cte d   i n  [2 4],  it   w a s  conc l ude d   t h at  t he   c han g es  i n   n u m b e r   o f  tur n s  o f   c oi ls  a n d   d i st a n c e   aff e c t s   t h e   ov e r al l   e ffi ci ency   of  s ys tem .   Thi s   p ape r   p re sent s  t h e  i nve sti g ati o n   of   t wo   f un d a me nta l   t opol o gi es  i .e.  Series-S e r ies  (SS)  a nd  S e r i e s - P ar a l le l  ( S P )   o f  in d u c t i v e   W P T   s y s t e m .   S i m u l a t i o n   is   p e r form ed  b y  de si gni n g   t h e   c oi l  a n d  i n te gra t i n g   it  w i th   c i r c u i t   s truc ture   t o  e x am ine  t h e   o v e r all  pe rform anc e   o f   t he   m o d e l.  T he or et ica l   a na lys i s  o f   b oth  t h e  com p en sat i on  top o l o gie s   h a v e   been  acc ompl is he d,  t he n  m odel i ng  o f  b o t h   t he  t o p o lo gie s   h a v e  be e n   d one   us i n g  t w o di ffe rent c ombi na ti on o f  coils.  I n   f i r st case, t wo  s a me   s i z e   coi l s   h av e   b e en  t ake n  a nd  i n   sec o n d   case  transm itt er   c oi l  of  h i g her   di me nsi ons  t ha n   r ece i v e r   c oil  i s   d e s i g ned.     T he   e ffic i en cy  o f  th e  sys t em   h as  b ee n   ana l yz e d   a t  m u l tip le   d ista nc es  i n  b o t h   ca s e s.  S e c ond   cas e   c o il  c o m b i n a t i o n  ca n  be   s u i ta ble   fo r   b i o m edica l   app l ica t i o ns,  where   r ece i v e r   c oi l  m o s t l y   r em ains  s m a l l e r   a s  com pare d  to  t r a nsm i t t er  c oi l.  T h i s  pa pe r  is   orga nize d  in  s uc h  a  m a n n e r   t hat  the   sec t i o n   1  i n c l u d es  t he   I ntr o duc t i o n .  S ectio n  2  com p rises  of  t he  a nal y s i s   and   d e riva t i o n   of   e ffic ie n c y   e qua t i on   f or   W P T   s yste m.   T h e   d e s ig n   of  c ir cula r  c o il  a n d   fin i t e   e lem e n t   a nal y s i s   is  p ro v i de d  i n   s ec tio n  3.   T he  s im u l a t i on  r e s u lts  o f  WP T  m o de l  a re   g ive n   i n  se ct ion  4  and  the  c onc l u sion  is  prese n t e d i n  se c tio n  5.      2.   RESEARCH  M ETH O D   Th is  s ec ti on  i n cl u d es  t he  e ffi c i e n cy  a nal y sis  o f   S er ies-Series  ( S S )   t op olo gy,   S e r ies-P a ra ll e l   ( S P )   to pol o gy.  T he  e qua t i o n s   o f   e f f ic ie ncie s  for  bo t h   t he   c ircui t   t o p o lo gi es  h a v e  be en   d e r ive d   i n   sec t i o n  2. 1  a n d   sect io n  2. 2.  T h e   c om bina ti on of  s ym m e trica l   a nd  u n sym m e trica l   c o ils  s tru c ture s  ha s  bee n   d e s i g n e d  i n   s e c tio n   2.3.   T he   m ag ne tic  f ie l d   a t  thre e  differ e n t   di sta n ce s  for   bo t h   c ombi n a ti o n s  is  c a l cu late d  us i n g  3 D   f ini t e   elem en t  a n al ys is  b y  a p p l y i n g   t he   c urre nt   e xc i t a tio n   of  1   A .   The   S S   an d  S P   t op o l og y  m o de ls  a r e   e xam i n e d  for   ca se s.  I n  the   fi rst  case   the  c o i l s  a r e  s y mm etrica l   i.e .   t he   t ra n s mit t er  a n d   rece i v e r   c oi l s   r emai n   sa me   s i ze,  w h i l e   in  t he  s ec o n d   c ase  the  c o il s  a r e  uns ym me t r i c al  i . e .   the   tra n sm i tt e r   c o i l  i s   b ig ge r  tha n   t he   r ece ive r   c o il.  I n  sect io n  2.4. ,  th e  co ils  a re  i n t e g r a te d  w i t h   c irc u it  sim u l a t i o n s   t o   a c h i ev e  the   ac c u ra t e   a n a ly si s  re sul t s   a t   th ree  di ffe re nt d is ta n c e s   f or  b o t h  ca se s usi n g   S S  and S P  topo l o g y .    2.1.   Efficien cy  i n v estig a ti on  a nd d eri v a t io ns  o f series-series ( SS)   to po l o g y   m o de l  To   d e r i v e  th e   eq u a ti on s  of  e ffi c i en c y ,  a n   e q u i v al en t   c i rc ui t   o f   S S   top o l o gy   m odel  i s   s ho w n   i n  F i g u re  1(a) .  Thi s   r ese a rc h cons iders  t h e   f unda me n t a l  com po ne n t  of v o l t a g e a n d cur r ent  for sim p lic it y.   Usi n g   Ki r c h hof f ’ s   Vo lt ag e  Law (KVL ), fo l l o wi ng  eq u a t i o n s  can   b e  derived using F i gur e  1  ( a ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Ef f i c i e n cy in v e st i g a t i o n  of  S S  and SP  c o m p e n sa ti on to po l o gi e s   for wi re l e ss …  (M a s o od  Rehm a n )  2 159 U Z I j ω M I  ( 1 )   0 j ω M I   Z I  ( 2 )     wher e  Z R  R j ω L    and  Z j ω L   R    R       (a)  ( b )    F i gur e 1.  (a )   E qu iva l e n t   circ uit o f  S S  t o p o l o gy m ode l (b)   S P   t o po l o g y  m odel       F i gure  1   de p i c t s  t h e  S S   t op o l og y  mode l ,   w h e re  U S   i s  t h e  s ourc e   v ol ta ge  a pp l i e d   on  t h e   tra n smit ter   resona t o r   a t   r eson a n ce  freq u e nc y  ( ω ) ,  a n d  Z 1   a nd  Z 2   a re   t h e   i mp ed a n c e s  o f   t ran s mitt er  a n d   re ce iv er  s i d e  re sp ec ti v e ly .  Th e   mut u al   i n d u ct a n c e   (M)   b e t w een  t he  t r a ns mitter  a n d  t h e   rec e iver  c a n   b e   ex pre s se d  in  t er ms  of  c o u p li ng  co efficie n t  k  and  coi l  i nd uc ta nce s ,   w h ic h is gi v en by,     Mk L   L  ( 3 )     N o te   t ha t  the  hi g h er  c ou p lin g  c o e f f i c i en t  repr esen ts  t he  s m a ll  d i s t a n ce  betw ee n  the   transm i t ter   a n d   rec e iver   c o i l   a nd  vi ce   v e r sa.   The  curr en ts  f low i n g   t hro u g h   t he   so urc e   s ide  a n d  t h e  l o a d   a re   c alcu la t e d  b y   si m p li fy ing  (1)  and ( 2 ).    I     a nd  I         O u t p u t  p ow e r  a t   gi ve n  R L  l oa d  and  the   effic i enc y   ɳ   c a n be   e x p r e sse d  by  (4),     ƞ          1 0 0    ( 4 )     A d d i t i o n a l l y,   i n  S S   a nd  S P   t opo lo g y   m o d e l s,   t he  r e s ona nc e  occ u r s  whe n   t he   r e act iv e  i m p e danc e   o f   t h e  co il   b e c o m es  z e r o   and   the   re ac t a nc e  o f   t h e   c oi l  ap p r oac h e s   to  z ero,   t he n   re so na nce   fr eq ue nc i e s   o f   t h e   transm itt er   1   a nd re ce ive r   2   b ec o m e,    ω , ,  ,   (5 )     F r om   t he  e qu ati ons  ( 3)-( 5),  i t   i s  c o nc lu d e d  t h a t   t he  c urr e nts,  vo lt age s   a n d   effi ci en cy   c a n   b e  ca l c u l a t e d   by  us ing  e q u i va le nt   c irc u i t   m e t h od.   A c c ord i n g   to  A la n s o n   e t   al .  [9 ],  t h e re  i s  a   c r i t i c al   c ou pli ng  parameter  for  dis t a n ce  k now n   a s   the   p o in t   of  c ri tic a l   c o u p l i n g  (K cri tical ) ,   a part  f r o m  t h at  p oi n t   t he   s y s tem  ca nno t  o p e r ate   a   presc r ibe d   l oad   a t   t he   m a x i m um   e ff i c i e ncy.   I n   SS   t op ol o gy  mo d e l ,   w h e n  t h e  sy st em  i s  s y m m e t r i c a l ,  i .e .  R 1 =R 2 =R X  a nd  R S =R L = R ;  the n  K critic al  is   g i v e n   b y   ( 6 ) .     K       ( 6 )     A s   p rese nt e d   i n  (6) ,   K cr i tical   i s  lar g el y  co nf ine d   by  ω L   a nd  t h e  l o ad  r esi s ta nce .   F or  t hi s  r eason,   t he   series- s e r ies  m odel  is  n o t   c apa b le   o f  t r ansfer ri ng  p o wer   at  l a r ge  d ista nc e.  F rom   the   a b ove   a na l y t i ca l   equa t i o n s,  i t  c a n  be  c o n c l u d e d   t ha t  se ries  r e s on a n t  m ode l  has  t h e ir  o w n   p ros  an d  co ns.  The   S S   c i r cuit  m odel   prese n t s   l ar g e   v al ue  o f  m a xi m u m  tra n sfer  e fficie nc y  ow ing   t o   t h e  le ss  se ns i t i v it y  for   the   para si tic   r e s is tance .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   2 1 5 7  – 2 164  2 160 But  w h en   t he  i n duc ta nce   is  i nc rea s ed  f or  r e a liz i ng  gre a t e r   t ra n sf e r   d i s t a n c e;   t h a t   wi ll   l ea d  to   d ec rea s e   th e  e ffi c i en cy   b ecau s e   o f   l a rg e r   p ara s it i c   r esi s ta n c e   lo ss  of   l arg e -size d   c oi ls.   Moreo v e r ,  t h e   parasi tic  r e sis t ances   R1  a n d   R2   o f  the  c o il  ha ve  t he  h u g e  im pac t   o n   the  e f fic i e n c y   o f  the   sy st em.  Smal l   t h e  p a ra sit i c  resi sta n c e ,  hi ghe r the   over a ll ef fic i e n cy  o f system  a nd  v i ce ver s a . A dd it io na ll y, t he  der i v a tio n o f  cir c u it para me t e rs o f SP  c o mp e n sa tio n   to pol ogy  i s p r e s e n t e d   in  t he  s ec t i on  2 .2 .    2.2.   Efficien cy  i n v estig a ti on  a nd d erivati o ns  o f se ries-p aral le l (S P )   to po l ogy  mo d e l   The   S e ries- P aralle l  (S P )   t op o l o g y   c a n   b e  de fi ne d  a s   t he  s e r ies  c o mpe n sa tio n  from   tra n s m it te r  s i de  and   pa ralle l   c o mpe n sa tio n  fro m   re ceiver   s i d e   a s  i l l u s t rate d   in  Figu re   1   ( b).  Th e  fol l o w i n g  eq u a ti on s  can   b e  deri ve d   fr om  F ig ure   1  ( b ),   w here   U S   i s  source  v olta ge  a nd  Z 1   a nd  Z C2   a re  t he  c orr e sp on d i n g   i mpe d a n ce s  fr om   p r i m ary   a n d   sec o nd a r y  sid e .  In   t hi s  to pol og y  C 1   i s  c o nnec t e d   i n   serie s   f r o m  prim ary  side   a n d   C 2   i s   c o nn ec t e d  in par a lle l fr o m   s e c ondar y  si d e.    U Z I j ω M I      (7 )  0 j ω M I   Z  I   I  ( 8 )   0                 (9 )      wher e  Z R  R j ω L       a nd    Z      j ω L   R       Th e cu rre n t s I S ,  I C2  a nd I L   can  b e  calc u l a t e d by  Cra m e r ’s rule.    A ⎣ ⎢ ⎢ ⎡ Z jωM 0 j ωM Z   0     R ⎦ ⎥ ⎥ ⎤  ( 1 0 )   I     Z     R     ( 1 1 )   I      jωM    R   ( 1 2 )   I      ( 1 3 )   ƞ     _   _   100        ( 1 4 )     The   reso na nc e   fr eque nc y  form ul a   w i l l   r em ain  the   sam e   f or  b o t h  S S  a n d   S P   t o pol og y  mo d e ls  a s  p r ov id ed   i n   (5 ).   W e   ca n   ca l c u l at e   t h e  requ i r e d   c ap a c i t a n c e   v a l u e   at  o ur   d es ired  f re que ncy  usi n g  (5)  i n   b o t h   ca se s.  T his  re sona nce  fre que n c y  form u l a  is   i nde pen d e n c e   o f  c o u p l i n g ,  b e cause   w e  m u st  calc u la t e   r es o n anc e   fre que nc y  for  prima r y  a n d  sec onda ry  s id e  separ a te ly.  Th ere   is  a n   impa ct  o f  co up l i ng  coe f fic i e n t  (k )   on  th e   resona nce  fr e q uenc y.  D ue  t o   varia t i o n  in  k  v a lue ,   t he  r es on ati n g  poi nt  o f  fre que ncy  m a y   sh i f t   s lig ht l y ,  w h ic h   is  f ur the r  di s cu ssed i n   s e c t i o n  3.  The  effi c i e n cy  o f S P   c om pens a t i on  to pol o gy c a n  be c a l c u la te d  usin g  (14).    2.3.   D e sign  of  circ u l ar  s t r u c tu re s  of symm e tr i c al an d  u n s ymme tric a l   co il s  The  spira l   i s  a  very  p opul a r  s t r u ct ure  i n   r e s o n a n t   w i r e less  pow er  t ra nsfer  s y s t em   due  t o   i t s  com p ac t  si ze   a n d   g r ea tly   c onf in ed   e l ect ro mag n e ti c  fi e l d   c h a r ac t e ri sti c s .  A n   i nc lu sive   s t u dy  o f     circu l ar   h e lix   c oi ls,   p l an a r   s p i ral   c o i l s ,  an d   s q u a re   h el ix   c oi ls  w as   c on du ct ed   i n   [2 5].   I t   w as  s how n  tha t   t he   c ircu la r  he lix   c oils  offe r  the  bes t   p erform ance   ( e. g.  t h e  h i g h e s t  e f f i c i e n c y ,   t h e   w i de s t   b andw id t h ,  a n d   the   lon g es t  t r ansfe r   di sta n c e )  un de r   op tim al  l oa d   w h ere a s  the   pl a n ar  s p i ral   c o i l s   e x hi bit  the  w o rst   perform ance  a m o ng  t he m.   T he   op tim al  l oa d  c a n  be   d ef ine d   a s  the  loa d   v a l ue,   w h er e  the  ma xi m u m  e ffi ci e n cy   i s  ach i e v a bl e.  A n o th e r   s t udy  rega rdi n g   t h e  sha p e   o f   t he  c oi l   w a s  pre s en ted   i n   [ 26] .  I t   w as  f oun d  th a t   c ircu lar   ge o m etries  o ffer   b et te r   cou p l i ng  in p er fec t   a l i gnme n t   w h i l e   sq uare  ty p es  a re  better   u n d e r  mi s al ig nmen t   b e t w een  th e  c o i l s .  B e cau se   o f   abo v e   m e n ti o n e d  a d v a nt ag es ,  c i rcul ar  c oi l s   a re  s e l e c ted  for  this   w or k.  T wo  d if ferent  ca se s a r e consi d ere d . I n  the fi r st ca s e,  simila r size coi l s ar e   d e s i g ne d as ill us trated  i n F i g u re  2 (a),   w h ile  in t h e  seco nd   c ase  t h e  transm i t ter   c o i l   h a s   b e e n   k e p t   bi g g er   t ha n  the   re c e i v er  c oi l  a s   s h o w n   in   F i g u r e  2   ( b ).  S e c ond  com b i n a t i o n  o f   c o ils  c a n   b e  suita b l e  for  b i ome d i c a l   a p p li ca tio n s.  T he  d i m e n si ons  o f  t h e  big  s i z e   c oi ls  a n d   s m a l l   s i z e  a r e  g i v e n   i n   T a b l e   1 .  B i g  s i z e   c o i l  i n   b o t h  c a s e s   h a s  bee n   k e p t  si m i lar.   T he   s e l f-i n duc ta nce ,   m utua l   in duc ta nce   a n d  t h e  c o up l i n g   c oe ff i c i e nts  at  t hree   d i f fer e nt   d is t a nce s   a re   calc u la te d   us in g  f i n ite  e le me nt   me tho d   ( F E M )   s imulat i o n s .   The   sel f - i nd uc ta nce s   o f  the  c o ils,  mu t u al  i nd uc ta nce s   b e t w e en  t he   c oi ls   a nd   cou p l i ng  coe ffi cien t a r e  ana l y z ed a t m u lti p l e   dis t ance s an d  the ir re s ults a re pro vi de d in  T a b le  2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Ef f i c i e n cy in v e st i g a t i o n  of  S S  and SP  c o m p e n sa ti on to po l o gi e s   for wi re l e ss …  (M a s o od  Rehm a n )  2 161 Ta b l e   1.  P ara m e t e r s of b ig ger  and sm al l size  coi ls   B i g Si z e  C oi ls  P a r a m ete r  V a l u e  ( mm)   S ma ll Si z e   C o il  Pa r a mete r V a l u e  ( mm)   Pol ygon  R a dius  2 . 5 m m   P oly gon  Ra dius  2 . 5 m m   Sta r t  H e lix Ra d ius  100  m m   S ta r t   H e lix Ra d ius  20  m m   Ra dius C ha ng e  7m m  Ra dius C ha ng e   7m m  P i tch   0   mm  P i tch   0   mm  N o . o f Tu r n s  1 7   N o . o f Tu r n s  1 0   D i a m e t e r   433  m m   D i a m e t e r   176  m m       Tab l e 2 .  C al cu la t e d   v a lu e s  o f   d i s t an ce  v s   c oup li n g   c o e f fi ci en t   of sym met r ical coils and  u nsymm e tr i c a l  c oils   S.  No.   Dis t a n c e   (m m )   Se l f - I n du c t an ce  of  B oth  S y mm e t r i cal   Co i l s   ( µ H)   Mu tu al  Ind u c t a n ce   (µ H )   be twee n   symme tr ica l   co i l s   C oupl ing  C o ef f i ci en t   (k )   be twee n  sy mme tr i cal  c o ils   Se lf- I n du ct an ce  of B ig C oil  (µH )   Se lf- I n du ct an ce  of  S m a l l   Co il  ( µH)   Mu tu al  I n d u ct an c e   (µH )  o f   unsym m e t r i c a l   co i l s   C oupling  C o ef f i ci en t   ( k )   be twee n   unsym m e trica l   co il s   1  50   98. 37   52. 36   0 . 519   98. 37   10. 10   3 . 4 0   0. 108  2  100   98. 37   28. 95   0 . 286   98. 37   10. 10   1 . 9 5   0. 062  3  150   98. 37   16. 46   0 . 163   98. 37   10. 10   1 . 1 1   0. 035      (a)   ( b)    F i gure  2.  ( a)  D esi gn o f  symm e tr i c a l  c oils a n d  the ir  m a g n e t i c   fi e l d  pa tter n   ( b) D esign o f   U nsymm e trica l   c oi ls  and t h e i r  ma gnetic  f ie ld pa t tern       2.4.   An al ys is of  S S  an d  SP  T o p o logy  M odel s   A   schem a t i c  d i a g ram   o f   S S   to p o l o gy  usin g  s y mm etrica l  co i l s  is  s h o w n   i n  F i gur e  3.   I ns tea d   o f  in duc ta nce s  L 1  and L 2 , coi l   s truct u re s  w e re inte g ra ted i n  circ u it.   S S and  S P   t o p o lo g y   ci rc uit s   a re   s i m ul at ed   f o r   bo th  s ym me trical  a nd   u ns ym me t r i c al  c o i l s .   The  e ffic i enc y   i n  ter ms   o f   P out /P in   i s  cal c u l a t e d   at   t h r ee   d i s t a n ces  50   m m ,   100  m m ,   a nd  15 0  m m .   T he  c irc u it and   co i l  para m e t ers  u s e d   f or  s im ul a t i ons   a re   g i v e n  in  Ta b l e 3.  T he   in duc ta nce   of  c oils  i s  c a lc u l a t ed  u sin g   F EM   a na lys i s  an d  o t he r  par a m e te r  values  a re  e x t rac t e d   a ccor d i ng  to  the  gi ve n  va l u e  o f   freq u e n c y   a n d   i n d uc t a nce.   T he   r e s o n ance   f r e q u e ncy   i s   k e p t   at   3 00   k Hz.  An a l ysi s   i s  perform ed  f or  m ea surin g   p o w er   i npu t   an d  pow er  o u t pu t  to  f i n d  o u t  the  efficie n c y   o f  WPT  syste m   a t  t h re e  di ffe re nt d is ta n c e s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   2 1 5 7  – 2 164  2 162     F i gure  3.  S imula t i on c i rcui t o f   S S   top o lo gy  mode l   u s in g  sy m m e tr ica l   c oi l s       Ta b l e 3.  Circu i t  S im ulat io n  pa ra me ters use d for   symm etric a l   a n d  u nsy m me tri c al  c oi ls  P a ra m e te r  N a m e   o f   Symme tr ica l  C oils  Pa r a m e t e r  Va lu e   o f   S y mmetri c a l  C oils  P a r a met e r   N a me o f   Unsymmet r ica l  C o ils  P a ra m e te r  V a l u e   of   Unsymme tr ica l  C o ils   U S   A m p lit ude  10  V   U S   A m p litude   10  V   F r e que n c y  300  kH z   C 1   2 . 84  nF   C 1  &  C 2   2. 84  n F   C 2   28. 4  nF   R S  a nd R L   50  Ω  R S  a nd  R L   50  Ω  L 1   &  L 2   98. 37  µH   L 1  a nd L2  98. 37  µH  a nd  1 0 . 10  µH   R 1  &  R 2   0 .3  Ω  R 1  &  R 2   0 .3  Ω      3.   RESULT S   A N D  ANALY S IS   The   si m u la t i on   r esult s   f o r   S S   and  S P   t op o l o gy  m o del s   f or  t hre e   d i ffe r en t  di st a n ces  u si n g   sa me   s i z e  coi l s  are   g i ven   in  F i gure  5  (a) .   W hen  w e   h a v e   simu la te d  v a lue s   o f   i npu t  pow e r   a n d   o u t pu t  pow e r ,  the n   t he   efficie n c i es  c a n   b e   c a l cu la te d  by  ( 8 )  an d  ( 20)  f or  S S   and   S P   t o po l ogy   m od el s.  T h e   e f f i c i e n c i e s  of  S S  com p en sat i on  m odel  a t   5 0  mm,  100  mm,  a nd  1 50  m m   a re  98%,   97%   a n d  9 3 % ,   r espe ct i v e l y.   F or  S P   com p en sat i o n   m odel,   t he   e ffi c ie nc ies   at  5 0  m m ,  100  m m   a nd   1 5 0   m m  a r e  72%,   38%   a nd   5 3%,  re spe c ti ve ly.   There f ore ,   f or   t he   s am e  si z e   c oils,  i t   i s  ob v i o u s  t h at  S S  com p e nsa tio n  to pol o gy  pro v i d es  m u c h  be t t er   e ffi c i en cy   t h a n  S P   t o pol ogy .  Th e   si mu l a ti on  re su lt s  fo r  b o th   t o p o l og ies  us in g  d i ffer en t  s i ze   c oi l s   a r e   g i v e n   i n  F i gure   4.  A t  t h e  d i s t anc e   of  5 0  mm ,  the   effic i enc y   i s   73%.   Wh il e   at   1 0 0   m m,  a nd   1 50  mm,  t he   e ff i c i e ncie s   a r e  3 6 %   a nd   1 3 % ,  res p ec ti v e l y .  To   a na ly z e   t h e   ef fi ci e n cy   o f  SP  to p o l o gy   m odel usi n g tw o di ffe re nt c o ils,   the   corr espo n d in g  efficie n c i e s   a t  50  m m ,   100  m m   a nd  15 0  m m   a re  92%,   8 9%   a n d   71% ,  re sp e c ti ve l y .  There f ore ,   from   t he  d e t a i l e d  inve s tiga t i on,  i t  is  c o n c l ude d  t h a t   w he n  d i ff e r e n t   s i z e  c o i l s  a r e  u s e d ,  S P   c o m p e n s a t i o n   to pol o gy  i s   p r o m i s i n g   c h o i c e ,   be cause   it  g i ve s  be tter  effi cienc y  t h a n   S S   c oun t e rpar t .   T ab le  6   p r o v i d e s  the  efficie n c y   c a l c u l a tio ns  f or  b o t h   sym m e t rica l   (sam e  siz e )  and   u n s y m m e t r i c a l  (d i f fer e n t   s ize )   c o il  sim u la tio n   resul t s.  B e caus e   only  re sis tive   load  i s  used,  the r efore  o n ly  r e a l  com po ne n t  of  p o w e r   is inc lu de d.  F r om   T able  4 ,   i t   i s  ob v i ous  t ha t  w h e n   s y m m e trica l   c o i l s   i .e .  sa m e   s ize  coils  for  tra n s m itt e r  and  rec e iver   a re   u t i l i ze d  t h e n   S S   to p o lo gy  g i ves   m u ch  h i g he r  effici en c y   a t   all   th re e  di s t a n ce s  t h an   SP  t o po log y .  Wh i l e  b y   u sin g   u ns ym me t r i c al  c o ils  i . e .  when  t r a nsmit t er  c oi l   i s  big g e r   t han  rec e i ver  c o i l ,   t h e  S P   t op olo g y   g i v e s  mu c h   b e t t e r  e f fi ci e n c y   t h a n  SS   t op ol og y  at   a l l   t h r e e   d i st an ce s.  T h e ref o re,  t h e s e  r e sul t s  a r e  use f u l   f o r   dec i d i n g  t he  d e s ired  t op o l o g y  a ccor d i n g  to  s pe cific  des i gn o f   c oi ls,   i.e .   s ymm e trica l  or  unsym m e trica l       Ta b l e   4.  Effi c ie ncy  com p ar is on o f   b oth  top o l o g i es   Dista n c e =5 0 mm  Dista n c e =1 0 0 mm   D istan c e=1 5 0 mm  Ef f i ci e n cy  ( % )   S S  S P     S S SP   SS   SP S y mmet r i c a l  C oils  9 8   72   S ymmetri c a l  C oils  9 7 38   S ym m e t r i c a l  C oils  9 3   53 Unsymme tr ica l  C o ils  7 3   92   U nsymmet r ica l  C o ils  3 6   89   U nsymme tr ic a l  C o ils  1 3   71       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Ef f i c i e n cy in v e st i g a t i o n  of  S S  and SP  c o m p e n sa ti on to po l o gi e s   for wi re l e ss …  (M a s o od  Rehm a n )  2 163 (a)   (b)    F i gure  4. Effic i e nc y re sult u s i ng S S   a nd S P   c om pen s at i on (a ) S y m m e t r i c a l C o i l s  (b) U n sy m m e trica l   C o i l s       4.   CONCL U S ION  The   m o d e l i n g   a nd  in ves tiga t i on  of  t w o   d iff e re nt   c ircu i t   t o p o l og ies  f o r  W P T  syst em  a re  c ar ried  o ut  by  c i rc u i t  the o r y   a nd  s i m u l a tio ns.  The  e q ua tio ns  o f  p o w e r  t r ans fe r  e f fic i enc y   i n  term s  of  c ircui t   p ar a m eters  and  der i va ti on  of  c ur ren t s  are   pr esente d.   T he   e ffects  of  v ar io u s  co u p l i ng  c o effic i e n t s   o n   t h e   eff i c i e n cy  o f  t h e  W P T  sy st e m   a re   a l s o   an al y z e d .  It   i s  con f i r me d   t h at   w ith   i ncre as i n g   d i st ance   b et we en   t ran s mit t er  a n d   rec e i v e r   coi l ,  the  c o up li ng  c o e f fic i e n t  is  d ec rea s in g  ra pid l y.   T he  f r e qu e n c y   s p l it tin g  p h en om en on   i s  n o t   vis i ble   us in g   bo th  t he   t o pol og ies   a t   a ll  ca l c ula t e d   d ist a nc es.  There f ore ,   i t   ca n  be  e x t r acte d   t ha t  sp lit ti ng   fre que nc y  c a n   b e   miti ga te d  us in g  S S   a nd  S P   c om pen s at i on  t o p o l o g y   w i t h   i n cre a si ng   c oupl ing   co eff i ci e n t .   T h e   o v e ral l   resu l t   show s  tha t   t ha t  S P   t opo l o g y   m odel  is  s u i t a bl e   w h e n   T x  size   b ig g er  t ha n   Rx  s i z e.   B eca use  t h e  SP   t op olo g y   gi ves  m u c h   b e tter  effi c i e n c y   t ha n  S S   t o p o l o gy  w h e n   t w o   d iffer e n t  s i ze   c oi ls  a re  u til iz e d .   SS  top o l o g y   i s  a   go o d  cho ice   w h e n  tw o  sa m e   size  coi l s for  transm itter   an d  re c e iv er  ar e  empl o ye d .       ACKNOW LEDG E MEN T S   Th e au t h o r s wo ul d   l i k e to  th a n k   Uni v ersi ti  Tek nol ogi  PETR ONAS  f o r  p ro vid i ng  re s e a rc h   f und  t o   carry  o ut  t his research.       REFE RENCES   [1]  N.  Tesla, "A pparat u s   f o r t r ansm itt in g   el ectri cal en e rgy, "   e d :   G oo gle  P a tent s,   1 9 14.  [ 2 ]   S .  Y.   R .  Hu i ,   W . Z ho ng,  and  C .   K .   L ee,  "A cr i t i c al  r ev i e w  o f   recent   p r ogres s in mid-ran g e  w i rel e ss po wer t r ansf er,"   IEEE T r an sa c tions   on  P o wer  Elect ro nics,   v o l .   2 9,  n o.   9 ,   pp .   45 00 -451 1,   2 0 14.   [3 ]  D.   V a n   W a g e n in g e n  a n d   T.  S ta ring ,   " T he   Q i  w i r e le ss  p owe r   s t andard , "   i n  Po wer El ectro n i cs  an d M o ti on Co ntrol  Co nfe r e n c e  ( E P E /P EM C),  20 10  14 th   In te rn a tion a l ,  201 0,   p p .   S 15-25 -S 15 -3 2:   I EE E.   [4]  S .   D .   Barm an ,  A.  W .   Reza,  N .  Ku mar,   M .   E .   K ari m ,  and  A.  B .  M u n i r,  " Wi rel e ss   pow erin g  by   m agnet i c  reso nan t   cou p l i n g :   Recent tren ds in   w i reles s   p ow er tran s f e r  s y s t em   a nd   i ts  a ppli cation s ,"  Re ne wa ble  an d S u sta i na b l e  En e r g y   Revi ews,  vo l. 51 ,   p p. 1 52 5-1 5 5 2 ,   2 01 5.  [5]  B.   L .  Cann on ,   J.  F .  Ho bu rg ,   D.   D .   St ancil,  a nd   S .   C.   G ol d s t e i n ,   " M a g n eti c   r es on ant   co uplin g  as  a   p o t ential   m ean s   f o r  wireles s   p ow er  t rans fer  t o   m ul t i p l e  sm al l   re cei vers ,"   IE EE   Transaction s  on  Power Elect ron i c s ,  vo l.   2 4,   n o.   7 ,  pp .   1 81 9-18 25 , 2 00 9.   [6]  D.   V il a t h g am u w a  an d  J.   S am pa t h ,   "Wi r eless  Power  Tran sf er  ( W PT )  f o r  Elect ri c  Vehi cles   ( EVs ) —P res e nt  a nd  Fut u re  T rends,"  i n   P l u g  In   El ectric V e h i cl es  i n   S m a r t G r ids :  S p ring er,   20 15 ,  pp .   33-6 0 .   [7]  C.  E .   Greene,  D .  W .   H arri s t ,   and  M.   T .   Mc Elhi nny,  " Poweri ng   cell  p h o n es   a nd  s i m ilar  d e vices   u s i n g   R F   energ y   harv est i n g , "   e d: G oog le  P a t ent s ,   200 7.   [8]  A.   K urs ,   A .  Karal i s,   R .   M o ff att,   J .   D.   J oan nopou lo s,   P .   Fis her,  a nd   M .  S o lj ačić,  " Wirel e ss  p o w e r  t r ansf er  v ia   st ron g l y  co u p l ed   m ag netic res on ances, "   s c ien ce,  vo l.   3 1 7 ,  n o .   5 8 34,   p p .   8 3-8 6 ,  2 007.   [9 ]  A.   P .  Samp l e ,  D.  T .  Me yer,  a n d   J.   R .  S m it h ,   " An al y s i s ,  exp e rimen t al   r esults,   and   ran g e  ad ap tati on  o f   m agn e ti cally   cou p l e d  res onat o rs   f or  w ireles s   p o w e r  transf er,"  IEEE  T r a n s a ct ion s  o n  In du s t rial Elect ro n i cs,  v o l .   58,   no.   2 ,  pp .  5 4 4 - 55 4, 2 01 1.   [10 ]   J .   W a ng ,   S .   H o ,   W .  F u ,   an d  M.   S u n ,   "An a ly t i cal  d esi gn  stud y  o f   a   nov el  w i t ri city  c harger  w i t h  l a teral  and   an gu lar  m i s a l i gnments   for  ef fi cient  wireles s   e nergy  trans m is s i on , "   IEE E  Tran sac t io ns o n  M a gn e t ic s,  vo l .   4 7 ,   no.   10,   pp.  2 6 1 6 -2 61 9, 2 01 1.  [11 ]   K .   F o t o p o u l ou   a n d   B .   W .   F l ynn,   " W i reles s   power  t ransf e r  in   l oos ely   cou p l e d  links :  Coil  mi sa l i g n m e nt   m od el, "   IEEE T r an sa c tions   on  M a g n e ti cs,  v o l . 47 ,   n o . 2 ,   p p . 41 6 - 43 0,  20 1 1.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   2 1 5 7  – 2 164  2 164 [1 2]  S .  Cheo n,  Y .- H.  K im,   S . -Y .   Kang ,  M.  L .  Lee,   J .- M.   L ee,  a n d  T.   Zy ung ,   "Circu it -m odel - bas e d  an a l ysis   o f   a  w i reless  energ y -t ransf e r  sys t e m   v ia  c o u p l ed   m agn e tic  reson a nces ,"  IEE E   T r ans actio ns on Ind u s t r i al  Electr o n i cs ,  vo l .   5 8 ,   no .   7 ,  p p .  2 9 0 6 -2 91 4,   2 01 1.  [13 ]   Y .   Zh ang ,   Z .  Zhao ,  an d  K .   C hen,  " F r eq uen c y  d ecre a se  a n a ly s is   o f   resonant  w irel ess  power  tr ans f er,"   IE E E   Tr an sa c tio ns  o n   P o w e r  E l e c t ro ni c s ,  vol.  29 ,  no .  3,   p p.  1 05 8-1 063 ,  2 0 1 4 .  [ 1 4 ]   R .   H u a n g ,  B .   Z h a n g ,  D .   Q i u ,  a n d  Y .   Z h a n g ,  " F r e q u e n c y   s p l i t ti ng   p h e nom en a  of   m ag neti c  reso nant   c ou pl in g   wi reless pow e r   transf er,"  IEE E  Tr an sactio ns on   M a g n e ti cs,  vo l.  5 0 , no . 1 1,  p p.  1 -4 ,  2 0 1 4 .   [ 1 5 ]   W .   Z h a n g ,   S . - C .   W o n g ,  K .   T .  C h i ,   a n d   Q .  J .   I .   T .   o .  P .   E .   Ch en,  "A naly s i s  and   co m p ariso n   o f   seco ndary   s eries-an d  paral l el -com pen s at e d   i nd ucti ve  p o w er  t ransfer  sy st e m s   o p erating   f or  opti m a l   e f f i c iency   an d  load -in d epen den t   vo lt age-t r an sf er rat io , "   vol.  2 9 ,   n o .   6 ,  pp .  2 9 7 9 -2990 ,   2 01 3.  [1 6]  X .   Qu ,  H.  H an,  S . -C.  W o ng ,  K.  T .   Ch i ,   a n d   W.   J .  I.   T .  o.  p .  e .   C h e n ,   " Hy brid  I PT  t op olog ie s  w i th   c o n sta n t  c u rre nt  o r   c o n s ta nt  vo lta ge  o utpu t   fo r ba t t e r y c h a r ging  a p p l ic a tio ns ,"   v o l.  3 0,   n o.   1 1 ,   p p .   632 9-6 337 ,   2 01 5.  [17]  R .  B o s s hard  et al . ,   "M od eli ng  and   $ \ eta  $-$\al p h a  $-P a reto   O ptimizatio n  of   I n d uct iv e  P o w e r  T r ansf er  C o i l s   f or  El ectr i c Vehic l es," v ol .  3 ,   n o .  1 ,   p p . 5 0-6 4 ,   20 1 4 .   [1 8]  S .  Liu,  L .   C hen ,   Y .  Z h ou ,  an d  T.  J .  J .   I .  j.  o .  e.  C u i ,   "A   g eneral th e o r y to anal y se a nd   d es ig n  w i rele s s  pow er  t ra n s f e r   bas e d  o n   i m p ed ance  m a tch i n g , "   vol .  10 1,   n o .   1 0,  pp.   1 3 75-1 4 0 4 ,  2 0 14.   [19 ]   M .  Rehm an,  Z.   B ah aru d i n ,  P .   N al lago wn den,   B .  J.   I .  J .   o .  E .  E.  I sl am ,   an d  C.  S cience,  " M o del ling  and   Eff i c i en cy- An aly s i s  of Wi reless  P ower Tra n s f e r usi ng M a g n e t ic Res on ance Co upl in g , "  v o l.  6,   no .  3 ,   p p .   5 63-57 1,   2 01 7.  [20 ]   M .  Rehm an,  Z .   B ah arudi n,   P .  N a l l ag own d en ,  B.  I s l am,  and   M .   U .  J.  I .   Rehm an,  " M o d eli n g   an d  anal ysi s   o f   seri es- seri es  a nd  seri es-paral lel   com b ined  t op ol og y  f o r  w i reless  po wer   t ransfer  using  M u ltiple  c ou pli ng  coef fi c i ents,"  vol .   17 ,   n o.  11,   p .   114,   201 7.   [21]  T .   Li n lin,  Q.  H ao,  H.  X uel i ang,  C .  W e ijie,   and  S.  J .   T .   I .   J .   o .   E .   E.   W en hui,   " A   n ov el  o pt im iza t io n  m e an s  o f   tran s f er effi ciency  f or  r e s on ance co up led  wire l e ss po wer t r ans f er, "  vo l . 11 ,   n o .  5 ,   p p . 2 74 7-2 7 5 2 ,   2 0 1 3 .  [22 ]   L .   J .   J .  T.  I .   J.   o .  E .   E .  Y u ,  " F i n i t e  elem ent   an a l ysis   o f   a   c o n t actless  po wer  t r ansf orm e r  w i th   m et amaterial , "  vo l.   1 2 ,   no .   1 ,  p p .  6 7 8 - 6 8 4,   201 4.   [2 3]  D .   Z h ao ,   E .   D i n g ,   Y .   Hu ,  an d  Z .   J .  T .   I .  J .   o .  E .   E .  Su n ,   " D esig n  and   S i m u la tio n  of   M ulti ple  Coi l   M od el  f or  Wi reless Power T r a n smi s sion  Sy s tem, "   vo l. 12 , n o .  6 ,   p p . 4 16 6-4 17 7 ,  2 01 4.   [2 4]  C .  K.   H .  C .   K .  Yah a ya,  S.   F .  S .   A d n an ,  M.  K as si m,  R .  A.  R a hman ,  M.  F .  B .   J .  I.   J .  o .   E .  E .   R u s d i ,  and   C.  S ci en ce,  "An a l y s i s o f  Wirel ess   P o w e r  Tra n s f er on th e Ind u ct iv e Cou p l i ng  Reso nan t , "   v ol.   12 ,   n o.  2 ,  p p .   592-5 99,   2 0 1 8 .   [25]  X .   Shi  et a l . ,  "Eff ects   of   c o i l   shap es  o n   w i reles s   p o w er  t ran s fer  via  m a gn et i c   r es on a n ce   c o u p l i n g , "   J o urna l o f   El ectr o m agn eti c  W a ves  and  Applications,   v o l . 2 8,  no . 11 ,  p p . 1 31 6 - 1 3 2 4 , 2 01 4.   [26 ]   M .  M c Don o u g h   an d  B.   F ahimi,   " Com p ari s o n   b et ween  c ircu lar  a nd  sq uare  c oils  f or  u s e   i n  Wi re l e ss   P ower  Tran smi s si on, "  20 14 .       BIOGRA P HI ES  O F A U THO R S        M a so od   R eh man   rec e iv ed  t h e   B achel or  o f   E ngi neeri n g   Deg r ee   i n   El ect ri cal  T e c hn ol og y  fro m  Q u aid - e-Awam   Un iv ersit y   o f  En gin eerin g,  S cien ce   &   T echn o lo gy   ( Q .U .E.S .T)  Na wab s h a h ,   P a k i s t an  i n  20 0 6 .   M . S c .  d e gree  i n   E lectri cal  &   E lect roni c  En gi n eeri n g ,   f rom   U n i v ersitä t  D u is bu rg-E ssen ,  Germ any ,   i n  20 13 .   H e   w orke d   as   a n   E l ectrical  E n gin eer  w it h  SIEM EN S ,   P a k i s t an  a nd   K -El ectri c  K a rachi,   P ak is tan .   C u r rentl y ,  h e   i s  a  s tudying  PhD  in  E lectrical  a nd  E l ectro n i cs E ng in e e ri ng  at U n i v e r s i t i  T eknolo g i PET R ONAS , M a lay si a.        P e rum a l   Nallagowan den   is   w ork i n g   a s   an  a s s o c i a te  p rof e ss or  i n  t he  E lect rical  &   E lect roni c  E ngi neeri n g   Dep a rtm e nt   i n  Univ ersiti  Tek n o l ogi  P ET RONA S.  H e  rec ei ved   hi s  P h .D .   from  U n iv ersi ty   o f  Wal e s,  UK.  H is   e xp erien ce  in clu d es  P ol y t ecnic  U n g k u   O m a r,   C onso   Lig ht   S dn  Bh d  and   U n iv er siti   T ekno lo g i   P E T RON A S .   H is   s pecial   a re as   o f   i n t eres t  are  e l ectri cal  p o w er  syste m ,  dere gulated  op eration  of   p ower  s yste m,  p ower  quality  a n d  ren e wabl e  energ y   (T idal  en ergy).   He  h as   p ub lished   m a n y   r esearch   p ap ers.  H e  is  a   m em b e r  of  t he   I nstitu t io n   of  E n g i n e e r s  Ma la ysia  a n d   i s  a   pro f e ssion a l  e ng in ee r  registered  with th e  Boa rd  of   E ngin eers   M a lay s i a       Z uhai r i  Baharu din   recei ved   h i s   Ph .D.  deg r ee  f r o m   U niv e rsi t i   T e k no lo gi  P E T RO N A S,  M alay si a,   in   2 01 0.   C u rre n tly,   h e   i s   a n   Ass oc ia te   P ro fe sso r   i n  the   de p a rtm e n t  of  E lect rical  a n d   E l ectronics  E ngi neeri ng.  H e   i s   v ery   comm it ted   to   h is  l ect u r es   a n d   a l s o   ac ti v e ly   doing   r ese a rch .   H e  has  pu bli s h e d  ma n y   p a p e r s  in   t h e   a re a   of  p owe r   s y s te m s   a nd   c o mmu n i c ati o n s   t echn o l ogy .   His  res earch   i nt erests  i n c lud e   f o r ecastin g,  e m p i r ical  m od eli n g ,   r en ewab le  e nerg y,  p o w er  q u a lit y  and   h a rmo n i c  s t udies, artif ic i a l i n t e ll igen ce app l i cations  and  comm u n icatio n techn o l o g i es.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.