Nesse trabalho é apresentada uma estratégia de controle para manter a potência entregue a carga do link indutivo de um sistema de transferência de potência sem fios maximizada continuamente. Inicialmente, foi desenvolvido o modelo do link indutivo do sistema, de forma a encontrar uma expressão para a potência na carga. Em seguida, essa expressão foi analisada, buscando os pontos de potência máxima correspondentes às frequências ressonantes quando o fator de acoplamento magnético do link indutivo era variado. Assim, foi estabelecido um método para estimar esse fator de acoplamento k e consequentemente da indutância mútua M a partir do monitoramento direto da fase e do módulo da corrente de entrada do link e indireto da impedância de entrada. Portanto, a estratégia de controle proposta consiste em monitorar a corrente da fonte de entrada do link para estimar o fator de acoplamento magnético k e finalmente, sintonizar a fonte na frequência de ressonância associada ao coeficiente de acoplamento magnético pela função obtida fres(k). Os resultados experimentais mostraram que a estratégia proposta aumenta significativamente a potência entregue a carga em comparação a uma fonte de alimentação sintonizada em uma frequência fixa. / A control strategy is presented in this work to maintain the power delivered to a load continuously maximized at the output of a wireless power transfer system. Initially, the inductive link model of the system was developed in order to find an expression for the power delivered to the load. Thus, the maximum power delivered to the load points were obtained experimentally while the magnetic coupling factor of the inductive link was varied and associated with the frequency of the source. The frequency and magnetic coupling variables were related to the maximum power on the load by a simple analytic function. Thus, a method has been established to estimate the coupling factor k and consequently the mutual inductance M by direct monitoring of the phase and the module of the input current of the link and indirect monitoring of the input impedance. Therefore, the proposed control strategy is to monitor the current of the input source of the link to estimate the magnetic coupling factor k and finally to tune the source at the resonance frequencies associated to the magnetic coupling coefficient by the obtained function fres(k). The experimental results showed that the proposed strategy increases significantly the power delivered to the load compared to a power source tuned at a fixed frequency.

Nesse trabalho é apresentada uma estratégia de controle para manter a potência entregue a carga do link indutivo de um sistema de transferência de potência sem fios maximizada continuamente. Inicialmente, foi desenvolvido o modelo do link indutivo do sistema, de forma a encontrar uma expressão para a potência na carga. Em seguida, essa expressão foi analisada, buscando os pontos de potência máxima correspondentes às frequências ressonantes quando o fator de acoplamento magnético do link indutivo era variado. Assim, foi estabelecido um método para estimar esse fator de acoplamento k e consequentemente da indutância mútua M a partir do monitoramento direto da fase e do módulo da corrente de entrada do link e indireto da impedância de entrada. Portanto, a estratégia de controle proposta consiste em monitorar a corrente da fonte de entrada do link para estimar o fator de acoplamento magnético k e finalmente, sintonizar a fonte na frequência de ressonância associada ao coeficiente de acoplamento magnético pela função obtida fres(k). Os resultados experimentais mostraram que a estratégia proposta aumenta significativamente a potência entregue a carga em comparação a uma fonte de alimentação sintonizada em uma frequência fixa. / A control strategy is presented in this work to maintain the power delivered to a load continuously maximized at the output of a wireless power transfer system. Initially, the inductive link model of the system was developed in order to find an expression for the power delivered to the load. Thus, the maximum power delivered to the load points were obtained experimentally while the magnetic coupling factor of the inductive link was varied and associated with the frequency of the source. The frequency and magnetic coupling variables were related to the maximum power on the load by a simple analytic function. Thus, a method has been established to estimate the coupling factor k and consequently the mutual inductance M by direct monitoring of the phase and the module of the input current of the link and indirect monitoring of the input impedance. Therefore, the proposed control strategy is to monitor the current of the input source of the link to estimate the magnetic coupling factor k and finally to tune the source at the resonance frequencies associated to the magnetic coupling coefficient by the obtained function fres(k). The experimental results showed that the proposed strategy increases significantly the power delivered to the load compared to a power source tuned at a fixed frequency.

Nesse trabalho é apresentada uma estratégia de controle para manter a potência entregue a carga do link indutivo de um sistema de transferência de potência sem fios maximizada continuamente. Inicialmente, foi desenvolvido o modelo do link indutivo do sistema, de forma a encontrar uma expressão para a potência na carga. Em seguida, essa expressão foi analisada, buscando os pontos de potência máxima correspondentes às frequências ressonantes quando o fator de acoplamento magnético do link indutivo era variado. Assim, foi estabelecido um método para estimar esse fator de acoplamento k e consequentemente da indutância mútua M a partir do monitoramento direto da fase e do módulo da corrente de entrada do link e indireto da impedância de entrada. Portanto, a estratégia de controle proposta consiste em monitorar a corrente da fonte de entrada do link para estimar o fator de acoplamento magnético k e finalmente, sintonizar a fonte na frequência de ressonância associada ao coeficiente de acoplamento magnético pela função obtida fres(k). Os resultados experimentais mostraram que a estratégia proposta aumenta significativamente a potência entregue a carga em comparação a uma fonte de alimentação sintonizada em uma frequência fixa. / A control strategy is presented in this work to maintain the power delivered to a load continuously maximized at the output of a wireless power transfer system. Initially, the inductive link model of the system was developed in order to find an expression for the power delivered to the load. Thus, the maximum power delivered to the load points were obtained experimentally while the magnetic coupling factor of the inductive link was varied and associated with the frequency of the source. The frequency and magnetic coupling variables were related to the maximum power on the load by a simple analytic function. Thus, a method has been established to estimate the coupling factor k and consequently the mutual inductance M by direct monitoring of the phase and the module of the input current of the link and indirect monitoring of the input impedance. Therefore, the proposed control strategy is to monitor the current of the input source of the link to estimate the magnetic coupling factor k and finally to tune the source at the resonance frequencies associated to the magnetic coupling coefficient by the obtained function fres(k). The experimental results showed that the proposed strategy increases significantly the power delivered to the load compared to a power source tuned at a fixed frequency.

A transferência de energia sem fio (WPT) rege um importante papel no carregamento de aparelhos remotos. Em um acoplamento indutivo ressonante há várias topologias de sistemas WPT que podem ser implementados para realizar a transferência de energia. Neste trabalho é utilizado uma topologia que utiliza quatro capacitores de compensação para realizar o ajuste da potência entregue a carga, onde estes capacitores são calculados através das fixações dos demais parâmetros do circuito elétrico. Quando o sistema WPT é projetado, uma distância fixa entre as bobinas é almejada, todavia há incertezas e movimentos que podem provocar a alteração desta distância. Há várias técnicas na literatura que buscam realizar a sintonia do acoplamento indutivo para compensar estes desalinhamentos gerado entre as bobinas. Este trabalho apresenta um método multivariável para maximização da potência entregue a carga em um sistema de transferência sem fio. O método proposto utiliza os conceitos de um capacitor variável e a variação de frequência a fim de variar a potência entregue a carga. Os resultados experimentais obtidos para os fatores de acoplamento magnético k > 0;3 mostraram que controlando a frequência e uma capacitância da rede de compensação o desempenho do sistema é melhor que os casos onde apenas uma dessas variáveis é controlada. / Wireless power transfer (WPT) plays an important rule in charging remote devices. In a resonant inductive coupling there are several topologies of WPT systems that can be implemented to perform the energy transfer. In this work, a topology is used that uses four capacitors of compensation to realize the adjustment of the power delivered to load, where these capacitors are calculated through the xations of the other parameters of the electric circuit. When the WPT system is designed, a xed distance between coils is desired, however there are uncertainties and movements that may cause this distance to change. There are several techniques in the literature that seek to realize the tuning of the inductive coupling to compensate for these misalignments generated between the coils. This work presents a multivariable method to maximize the power delivered to the load in a wireless transfer system. The proposed method uses the concepts of a variable capacitor and the frequency variation in order to vary the power delivered to the load. The experimental results obtained for the magnetic coupling factors k > 0:3 showed that controlling the frequency and capacitance of the compensation network system performance is better than the cases where only one of these variables is controlled.

A transferência de energia sem fio (WPT) rege um importante papel no carregamento de aparelhos remotos. Em um acoplamento indutivo ressonante há várias topologias de sistemas WPT que podem ser implementados para realizar a transferência de energia. Neste trabalho é utilizado uma topologia que utiliza quatro capacitores de compensação para realizar o ajuste da potência entregue a carga, onde estes capacitores são calculados através das fixações dos demais parâmetros do circuito elétrico. Quando o sistema WPT é projetado, uma distância fixa entre as bobinas é almejada, todavia há incertezas e movimentos que podem provocar a alteração desta distância. Há várias técnicas na literatura que buscam realizar a sintonia do acoplamento indutivo para compensar estes desalinhamentos gerado entre as bobinas. Este trabalho apresenta um método multivariável para maximização da potência entregue a carga em um sistema de transferência sem fio. O método proposto utiliza os conceitos de um capacitor variável e a variação de frequência a fim de variar a potência entregue a carga. Os resultados experimentais obtidos para os fatores de acoplamento magnético k > 0;3 mostraram que controlando a frequência e uma capacitância da rede de compensação o desempenho do sistema é melhor que os casos onde apenas uma dessas variáveis é controlada. / Wireless power transfer (WPT) plays an important rule in charging remote devices. In a resonant inductive coupling there are several topologies of WPT systems that can be implemented to perform the energy transfer. In this work, a topology is used that uses four capacitors of compensation to realize the adjustment of the power delivered to load, where these capacitors are calculated through the xations of the other parameters of the electric circuit. When the WPT system is designed, a xed distance between coils is desired, however there are uncertainties and movements that may cause this distance to change. There are several techniques in the literature that seek to realize the tuning of the inductive coupling to compensate for these misalignments generated between the coils. This work presents a multivariable method to maximize the power delivered to the load in a wireless transfer system. The proposed method uses the concepts of a variable capacitor and the frequency variation in order to vary the power delivered to the load. The experimental results obtained for the magnetic coupling factors k > 0:3 showed that controlling the frequency and capacitance of the compensation network system performance is better than the cases where only one of these variables is controlled.

A transferência de energia sem fio (WPT) rege um importante papel no carregamento de aparelhos remotos. Em um acoplamento indutivo ressonante há várias topologias de sistemas WPT que podem ser implementados para realizar a transferência de energia. Neste trabalho é utilizado uma topologia que utiliza quatro capacitores de compensação para realizar o ajuste da potência entregue a carga, onde estes capacitores são calculados através das fixações dos demais parâmetros do circuito elétrico. Quando o sistema WPT é projetado, uma distância fixa entre as bobinas é almejada, todavia há incertezas e movimentos que podem provocar a alteração desta distância. Há várias técnicas na literatura que buscam realizar a sintonia do acoplamento indutivo para compensar estes desalinhamentos gerado entre as bobinas. Este trabalho apresenta um método multivariável para maximização da potência entregue a carga em um sistema de transferência sem fio. O método proposto utiliza os conceitos de um capacitor variável e a variação de frequência a fim de variar a potência entregue a carga. Os resultados experimentais obtidos para os fatores de acoplamento magnético k > 0;3 mostraram que controlando a frequência e uma capacitância da rede de compensação o desempenho do sistema é melhor que os casos onde apenas uma dessas variáveis é controlada. / Wireless power transfer (WPT) plays an important rule in charging remote devices. In a resonant inductive coupling there are several topologies of WPT systems that can be implemented to perform the energy transfer. In this work, a topology is used that uses four capacitors of compensation to realize the adjustment of the power delivered to load, where these capacitors are calculated through the xations of the other parameters of the electric circuit. When the WPT system is designed, a xed distance between coils is desired, however there are uncertainties and movements that may cause this distance to change. There are several techniques in the literature that seek to realize the tuning of the inductive coupling to compensate for these misalignments generated between the coils. This work presents a multivariable method to maximize the power delivered to the load in a wireless transfer system. The proposed method uses the concepts of a variable capacitor and the frequency variation in order to vary the power delivered to the load. The experimental results obtained for the magnetic coupling factors k > 0:3 showed that controlling the frequency and capacitance of the compensation network system performance is better than the cases where only one of these variables is controlled.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1377074 bytes, checksum: 9d0bcaa0daae6ad97072fe3a335f2cad (MD5) Previous issue date: 2007-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The quantum Hall effect (QHE) remains the target of an immense research effort twenty six years after its discovery. In fact this phenomenon has been a source of fundamental questions. Among the open problems in the field is the spatial distribution of the electric current in the quantum Hall effect. This question has been in debate since its discovery. Some experimental and theoretical results indicate the Hall current is distributed uniformly across the width of a Hall bar. Contradictorily, other results suggest the current flows mostly in a narrow region along the device s edges. Prominent works by Yahel et al. [PRL 76, 2149 (1996) and PRL 81, 5201 (1998)] shed new lights on the subject by using an experimental technique that came to known as inductive coupling . This method is based on the measurement of the nanovoltage signal induced by an alternating Hall current in a compact coil, carefully positioned above one edge of a Hall bar. It is perhaps the least invasive method available to study the current distribution in the QHE. It remained nonetheless a challenging experiment, as regards the positioning and making of the coil and the measurement of the minute induced voltage. We showed with calculations that it is possible to greatly simplify the aforementioned technique and make it more sensitive and useful by fabricating the coil on the chip containing the Hall bar. The concept was tested experimentally replacing the semiconductor Hall bar with a metal strip whose current distribution is known to be uniform from the electrodynamics. The voltage induced by the current in the metal strip in a nearby coil fits was measured. It fits in precisely, in magnitude and phase, with the values calculated. As our most important contribution, we found out that the presence of a two dimensional electron gas (2DEG), located 200 nm underneath the coil, increases the induced signal by thirty times. The magnitude and phase of the signal indicate it comes mostly from the current induced in the 2DEG by the alternating Hall current. This amplification effect renders a stronger signal with a sample containing a milimetric size Hall bar and a coil with ten turns, conveniently fabricated by simple optical lithography, than the signal measured by Yahel, using a ten times larger Hall bar and a handcrafted coil with 3,000 turns. We speculate that the effect of the 2DEG shall allow the use of our technique to map the current distribution in the QHE and also to study nanoscopic magnetic systems. / O efeito Hall quântico (EHQ) permanece como foco de um imenso esforço de pesquisa vinte e seis anos após sua descoberta. De fato este fenômeno tem levantado uma série de questões fundamentais. Entre os problemas em aberto nesse campo está a distribuição espacial de corrente elétrica durante o efeito Hall quântico. Esta questão tem sido continuamente debatida desde a sua descoberta. Alguns experimentos e modelos teóricos indicam que a corrente se distribui uniformemente pela largura da ponte Hall. Contraditoriamente, outros resultados sugerem que a corrente flui predominantemente nas bordas do dispositivo. Trabalhos importantes de Yahel et al. [PRL 76, 2149 (1996) e PRL 81, 5201 (1998)] trouxeram novas pistas sobre o assunto usando a técnica experimental que ficou conhecida como "acoplamento indutivo . O método é baseado na medida da tensão induzida (da ordem de dezenas de nanovolts) por uma corrente Hall alternada em uma bobina compacta, cuidadosamente posicionada acima de uma das bordas da ponte Hall. Ele é talvez o método menos invasivo disponível para estudar a distribuição de corrente no EHQ. Entretanto, trata-se de uma técnica experimentalmente desafiadora no que se refere ao posicionamento e a fabricação da bobina e a medida tênue da tensão induzida. Mostramos com cálculos que é possível simplificar grandemente a técnica mencionada e fazê-la mais sensível e útil fabricando a bobina no mesmo chip da ponte Hall. O conceito foi testado experimentalmente substituindo a ponte Hall semicondutora por uma tira metálica cuja distribuição de corrente é conhecida a priori da eletrodinâmica. Medimos a tensão induzida pela corrente na tira metálica na bobina vizinha. O resultado ajusta-se perfeitamente, em magnitude e fase, aos valores calculados. Como nossa contribuição mais importante, descobrimos que a presença de uma gás bidimensional de elétrons (2DEG), localizado a 200 nm abaixo da bobina, aumenta o sinal induzido por um fator de trinta. A magnitude e a fase do sinal indicam que ele tem origem na corrente induzida no 2DEG pela corrente Hall alternada. O efeito de amplificação fornece um sinal mais forte em uma amostra contendo uma ponte Hall com dimensão milimétrica e com uma bobina com dez voltas, convenientemente fabricada por litografia óptica, do que o sinal medido por Yahel, usando uma ponte Hall dez vezes maior e uma bobina manufaturada com 3000 voltas. Especulamos que o efeito do 2DEG poderá permitir que a nossa técnica seja usada para mapear a distribuição de corrente no EHQ e também no estudo de sistemas magnéticos com dimensões nanométricas.