Estudio de un sistema de transferencia inalámbrica de energía electromagnética basado en metamateriales

Abstract

Wireless Power Transfer (WPT) has been established as a promising solution for charging devices whose wired connection or battery replacement is impractical, dangerous or not feasible. Typical systems are based on inductive coupling and are composed of resonant coils. However, these systems also bring along a series of challenging issues such as size reduction, efficiency improvement or transfer distance increase. Metamaterials have emerged as a potential solution to these challenges. This Master¿s Dissertation aims at designing a metamaterial-based resonator which solves these limitations. Its resonant characteristics are analyzed according to the design parameters. In addition, different feeding mechanisms are investigated. The misalignment between the transmitter and receiver resonators is studied in depth since it is one of the critical factors that reduce transfer efficiency. The simulations show that the proposed system improves the typical efficiency of these systems and that the degree of dependence with the misalignments is low. In addition, it has the advantage that it is more compact than traditional systems based on coil resonators.

La transferencia inalámbrica de energía se ha establecido como una solución prometedora para la carga de dispositivos cuya conexión con cables o reemplazo de baterías es poco práctico, peligroso o no es factible. Los sistemas típicos se basan en el acoplamiento inductivo y están compuestos por bobinas resonantes. Sin embargo, estos sistemas también traen consigo una serie de desafíos tales como, la reducción de tamaño, la mejora de la eficiencia o el aumento de la distancia de transferencia. Los metamateriales han surgido como una solución potencial a estos retos. El presente Trabajo Fin de Máster plantea como objetivo principal diseñar un resonador basado en metamateriales que resuelva estas limitaciones. Sus características resonantes son analizadas en función de los parámetros de diseño. Adicionalmente, se investigan diferentes formas de alimentación. La desalineación entre los resonadores transmisor y receptor es estudiada en profundidad, debido a que es uno de los factores críticos que degradan la eficiencia de transferencia. Las simulaciones realizadas demuestran que el sistema propuesto mejora la eficiencia típica de estos sistemas y que el grado de dependencia con las desalineaciones es bajo. Además, presenta la ventaja de que es más compacto que los sistemas tradicionales de bobinas.