O presente trabalho trata do estudo, análise, construção e teste de uma nova configuração para um atuador planar. O dispositivo é composto de um núcleo de armadura ferromagnético plano, estático e sem ranhuras sobre o qual são montados dois conjuntos de enrolamentos planares, ortogonais entre si, com quatro bobinas cada, eletricamente independentes entre si. A parte móvel consiste de um carro equipado com ímãs permanentes de alto produto energético responsáveis pela produção de fluxo magnético de excitação. A movimentação bidirecional sobre o plano se dá pela interação entre esse fluxo e a corrente elétrica adequadamente aplicada aos enrolamentos. O atuador apresenta uma distribuição espacial da densidade de fluxo magnético em toda a sua estrutura. Este trabalho preocupa-se em analisar numérica e experimentalmente os fenômenos eletromagnéticos envolvidos, tanto em regime estático como dinâmico. O emprego de dois diferentes materiais utilizados separadamente no núcleo da armadura é investigado: o aço maciço (caso 1) e um compósito magneticamente macio de grão isolado (caso 2). Devido à movimentação do carro e conseqüentemente do fluxo magnético de excitação, uma força eletromotriz induzida aparecerá no núcleo da armadura, sendo responsável pelo estabelecimento de correntes elétricas induzidas no mesmo. Essas correntes, que também dependem da condutividade do material do núcleo, produzem um efeito de frenagem sobre o carro do atuador que afeta a sua dinâmica. Produzem ainda perdas Joule no núcleo da armadura. A redução desses efeitos pode ser obtida com a utilização de um material magnético isotrópico de alta resistividade, caso 2, que possibilita ainda a distribuição tridimensional da densidade de fluxo magnético na estrutura do atuador. Uma análise dinâmica a partir do método dos elementos finitos tornou possível a verificação da distribuição da densidade de corrente elétrica induzida no núcleo da armadura, bem como a obtenção dos seus valores em função da velocidade do carro e do material utilizado. Ainda, o efeito de frenagem foi quantificado em ensaios práticos, propondo-se então um coeficiente de atrito total, k, para cada um dos dois casos em estudo. Nessa caracterização, obteve-se que o coeficiente de atrito eletromagnético, devido às correntes induzidas, de 1,74469 Ns/m para o caso 1, enquanto que para o caso 2 esse valor fica em 0,261285 Ns/m. Os resultados numéricos e experimentais apontam que existem diferenças significativas na utilização dos dois materiais propostos, indicando que o caso 2, quando utilizado de maneira adequada no sistema, reduz as correntes elétricas induzidas minimizando seus efeitos. / The present work deals with the study, analysis, construction and testing of a new configuration of a planar actuator. The device comprehends a static ferromagnetic slotless core in form of slab, on which two sets of planar windings are assembled. They are orthogonal with respect to each other and have four independent coils. The moving part consists of a car, equipped with high energy product permanent magnets that deliver the excitation magnetic flux. The bidirectional movement on the plan is a result of the interaction between the excitation magnetic flux and the electric currents that fed the armature windings properly. The actuator features a spatial distribution of the magnetic flux density throughout its structure. This work is concerned with the numerical and experimental analyses of the electromagnetic effects involved in terms of static and dynamic behavior of the actuator. These effects are investigated for two different materials employed separately in the core of the armature: solid steel (case 1) and a grain isolated soft magnetic composite (case 2). Owing to the movement of the car and so the excitation magnetic flux, an induced electromotive force appears on the core of the armature and is responsible for the establishment of induced electrical currents in there. These currents, that also depend on the conductivity of the material of the armature core, produce a braking effect on the car that affects the dynamics of the actuator. It also produces Joule losses on that core. The reduction of those effects can be obtained with the use of an isotropic ferromagnetic material with high resistivity, case 2, that allows the 3d distribution of magnetic flux density on the structure of the actuator. A dynamic analysis by means of the finite element method made possible to verify the distribution of the induced electrical current density in the core of the armature, and to compute its value according to the speed of the car and to the material employed. Still, the effect of the braking force was quantified experimentally; as a result, a total friction coefficient, k, is proposed in order to take into account that force. By doing that, a resulting coefficient of electromagnetic friction due to the induced currents is 1.74469 Ns/m for case 1, while for case 2 it is 0.261285 Ns/m. The numerical and experimental results indicate that exist significant differences in the use of the two materials proposed, indicating that the case 2, when used in an appropriate manner, reduces the induced electrical currents minimizing its effects.

CAPES e CNPq / A Biotelemetria apresenta-se como uma importante técnica que possui várias aplicações na área de Engenharia Biomédica e outras. A miniaturização da unidade sensora é um grande desafio dentro desta área, sendo que na maioria dos casos, deseja-se uma unidade menor possível. Desta maneira, sensores passivos são interessantes, pois possibilitam uma menor dimensão do dispositivo e não necessitam de uma fonte própria de energia, ou bateria, que pode causar danos ao indivíduo monitorado caso ocorra vazamento do seu conteúdo químico. Deste modo, o sensor indutivo autorressonante apresenta-se como uma promissora solução, uma vez que este pode ser construído com apenas um componente, um indutor, que utiliza a sua própria capacitância parasita no lugar de um capacitor externo. Por apresentar pequenas dimensões, este tipo de sensor possui uma baixa capacitância parasita, o que torna a sua frequência de ressonância bastante alta. Isso pode resultar em alguns problemas e até mesmo inviabilizar o projeto. Neste caso, a bobina bifilar idealizada por Nikola Tesla pode ser uma solução, uma vez que o objetivo de Tesla foi aumentar a capacitância intrínseca de suas bobinas. Portanto, um entendimento físico e devido equacionamento da bobina bifilar se faz necessário, uma vez que, até onde se sabe, este tipo de abordagem não existe na literatura. A partir de uma análise física em função das tensões entre espiras adjacentes da bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido um equacionamento que possibilita a determinação do aumento da capacitância interna e, consequente, redução na frequência de ressonância da bobina bifilar. Um modelo elétrico equivalente da bobina também foi elaborado através desta análise. Testes foram realizados para validar a análise física, e comparar a frequência de autorressonância calculada e medida para diversos números de espiras, de modo a comprovar a validade do modelo e das equações desenvolvidas. Um sensor biotelemétrico indutivo autorressonante, para medição de deslocamentos, utilizando a bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido para caracterizar a sua utilização como um sensor biomédico. / Biotelemetry is an important technique with many applications in biomedical engineering and other areas. The size of the remote unit or sensor is a major challenge in this area, and, in most cases, a sensor is desired to be as small as possible. Thus, passive sensors are interesting because they allow a smaller dimensions and do not require a power source or battery, which can harm the patient in the event of leakage of its chemical content. Thus, the self-ressonant inductive sensor is a good solution since it can be built with only one component. Due to its small size, this type of sensor has a low stray capacitance, which makes its self-resonance frequency very high. In this case, the bifilar coil, devised by Nikola Tesla, can be a solution, since Tesla's idea was to increase the intrinsic capacitance of his coils. Therefore a physical understanding of the bifilar coil is necessary, since as far as is known, this approach does not exist in the literature. From an analysis of the voltage between adjacent turns, equations of the Tesla's bifilar coil were developed, allowing the prediction of the increase on the internal capacitance and consequent reduction of the resonance frequency. An equivalent electric model was also developed from this analysis. This allowed the project of bifilar coils and the calculation of the internal capacitances and self-resonance frequencies of these coils. Tests were realized in order to compare the calculated and measured self-resonance for various numbers of turns, showing the validity of the presented method. A passive self-resonant biotelemetric sensor for displacement measurement using the Tesla's bifilar coil, was also developed.

CAPES e CNPq / A Biotelemetria apresenta-se como uma importante técnica que possui várias aplicações na área de Engenharia Biomédica e outras. A miniaturização da unidade sensora é um grande desafio dentro desta área, sendo que na maioria dos casos, deseja-se uma unidade menor possível. Desta maneira, sensores passivos são interessantes, pois possibilitam uma menor dimensão do dispositivo e não necessitam de uma fonte própria de energia, ou bateria, que pode causar danos ao indivíduo monitorado caso ocorra vazamento do seu conteúdo químico. Deste modo, o sensor indutivo autorressonante apresenta-se como uma promissora solução, uma vez que este pode ser construído com apenas um componente, um indutor, que utiliza a sua própria capacitância parasita no lugar de um capacitor externo. Por apresentar pequenas dimensões, este tipo de sensor possui uma baixa capacitância parasita, o que torna a sua frequência de ressonância bastante alta. Isso pode resultar em alguns problemas e até mesmo inviabilizar o projeto. Neste caso, a bobina bifilar idealizada por Nikola Tesla pode ser uma solução, uma vez que o objetivo de Tesla foi aumentar a capacitância intrínseca de suas bobinas. Portanto, um entendimento físico e devido equacionamento da bobina bifilar se faz necessário, uma vez que, até onde se sabe, este tipo de abordagem não existe na literatura. A partir de uma análise física em função das tensões entre espiras adjacentes da bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido um equacionamento que possibilita a determinação do aumento da capacitância interna e, consequente, redução na frequência de ressonância da bobina bifilar. Um modelo elétrico equivalente da bobina também foi elaborado através desta análise. Testes foram realizados para validar a análise física, e comparar a frequência de autorressonância calculada e medida para diversos números de espiras, de modo a comprovar a validade do modelo e das equações desenvolvidas. Um sensor biotelemétrico indutivo autorressonante, para medição de deslocamentos, utilizando a bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido para caracterizar a sua utilização como um sensor biomédico. / Biotelemetry is an important technique with many applications in biomedical engineering and other areas. The size of the remote unit or sensor is a major challenge in this area, and, in most cases, a sensor is desired to be as small as possible. Thus, passive sensors are interesting because they allow a smaller dimensions and do not require a power source or battery, which can harm the patient in the event of leakage of its chemical content. Thus, the self-ressonant inductive sensor is a good solution since it can be built with only one component. Due to its small size, this type of sensor has a low stray capacitance, which makes its self-resonance frequency very high. In this case, the bifilar coil, devised by Nikola Tesla, can be a solution, since Tesla's idea was to increase the intrinsic capacitance of his coils. Therefore a physical understanding of the bifilar coil is necessary, since as far as is known, this approach does not exist in the literature. From an analysis of the voltage between adjacent turns, equations of the Tesla's bifilar coil were developed, allowing the prediction of the increase on the internal capacitance and consequent reduction of the resonance frequency. An equivalent electric model was also developed from this analysis. This allowed the project of bifilar coils and the calculation of the internal capacitances and self-resonance frequencies of these coils. Tests were realized in order to compare the calculated and measured self-resonance for various numbers of turns, showing the validity of the presented method. A passive self-resonant biotelemetric sensor for displacement measurement using the Tesla's bifilar coil, was also developed.

O presente trabalho trata do estudo, análise, construção e teste de uma nova configuração para um atuador planar. O dispositivo é composto de um núcleo de armadura ferromagnético plano, estático e sem ranhuras sobre o qual são montados dois conjuntos de enrolamentos planares, ortogonais entre si, com quatro bobinas cada, eletricamente independentes entre si. A parte móvel consiste de um carro equipado com ímãs permanentes de alto produto energético responsáveis pela produção de fluxo magnético de excitação. A movimentação bidirecional sobre o plano se dá pela interação entre esse fluxo e a corrente elétrica adequadamente aplicada aos enrolamentos. O atuador apresenta uma distribuição espacial da densidade de fluxo magnético em toda a sua estrutura. Este trabalho preocupa-se em analisar numérica e experimentalmente os fenômenos eletromagnéticos envolvidos, tanto em regime estático como dinâmico. O emprego de dois diferentes materiais utilizados separadamente no núcleo da armadura é investigado: o aço maciço (caso 1) e um compósito magneticamente macio de grão isolado (caso 2). Devido à movimentação do carro e conseqüentemente do fluxo magnético de excitação, uma força eletromotriz induzida aparecerá no núcleo da armadura, sendo responsável pelo estabelecimento de correntes elétricas induzidas no mesmo. Essas correntes, que também dependem da condutividade do material do núcleo, produzem um efeito de frenagem sobre o carro do atuador que afeta a sua dinâmica. Produzem ainda perdas Joule no núcleo da armadura. A redução desses efeitos pode ser obtida com a utilização de um material magnético isotrópico de alta resistividade, caso 2, que possibilita ainda a distribuição tridimensional da densidade de fluxo magnético na estrutura do atuador. Uma análise dinâmica a partir do método dos elementos finitos tornou possível a verificação da distribuição da densidade de corrente elétrica induzida no núcleo da armadura, bem como a obtenção dos seus valores em função da velocidade do carro e do material utilizado. Ainda, o efeito de frenagem foi quantificado em ensaios práticos, propondo-se então um coeficiente de atrito total, k, para cada um dos dois casos em estudo. Nessa caracterização, obteve-se que o coeficiente de atrito eletromagnético, devido às correntes induzidas, de 1,74469 Ns/m para o caso 1, enquanto que para o caso 2 esse valor fica em 0,261285 Ns/m. Os resultados numéricos e experimentais apontam que existem diferenças significativas na utilização dos dois materiais propostos, indicando que o caso 2, quando utilizado de maneira adequada no sistema, reduz as correntes elétricas induzidas minimizando seus efeitos. / The present work deals with the study, analysis, construction and testing of a new configuration of a planar actuator. The device comprehends a static ferromagnetic slotless core in form of slab, on which two sets of planar windings are assembled. They are orthogonal with respect to each other and have four independent coils. The moving part consists of a car, equipped with high energy product permanent magnets that deliver the excitation magnetic flux. The bidirectional movement on the plan is a result of the interaction between the excitation magnetic flux and the electric currents that fed the armature windings properly. The actuator features a spatial distribution of the magnetic flux density throughout its structure. This work is concerned with the numerical and experimental analyses of the electromagnetic effects involved in terms of static and dynamic behavior of the actuator. These effects are investigated for two different materials employed separately in the core of the armature: solid steel (case 1) and a grain isolated soft magnetic composite (case 2). Owing to the movement of the car and so the excitation magnetic flux, an induced electromotive force appears on the core of the armature and is responsible for the establishment of induced electrical currents in there. These currents, that also depend on the conductivity of the material of the armature core, produce a braking effect on the car that affects the dynamics of the actuator. It also produces Joule losses on that core. The reduction of those effects can be obtained with the use of an isotropic ferromagnetic material with high resistivity, case 2, that allows the 3d distribution of magnetic flux density on the structure of the actuator. A dynamic analysis by means of the finite element method made possible to verify the distribution of the induced electrical current density in the core of the armature, and to compute its value according to the speed of the car and to the material employed. Still, the effect of the braking force was quantified experimentally; as a result, a total friction coefficient, k, is proposed in order to take into account that force. By doing that, a resulting coefficient of electromagnetic friction due to the induced currents is 1.74469 Ns/m for case 1, while for case 2 it is 0.261285 Ns/m. The numerical and experimental results indicate that exist significant differences in the use of the two materials proposed, indicating that the case 2, when used in an appropriate manner, reduces the induced electrical currents minimizing its effects.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema integrado transdutor/bobinas de gradientes de alto desempenho para Imagens por Ressonância Magnética. Este sistema é composto por um transdutor de radiofreqüência tipo sela e um conjunto de 3 bobinas locais assimétricas. No desenho do transdutor foram otimizados os parâmetros: relação sinal ruído e uniformidade do campo magnético por ele gerado. A densidade de corrente de cada bobinas local foi otimizada mediante técnicas numéricas estocásticas para gerar um gradiente de campo magnético uniforme em cada uma das 3 direções do espaço numa região das dimensões do crânio. O conjunto de bobinas de gradientes construído possui um diâmetro livre de 31.5 cm e gera em média 25 mT/m/A por bobina, com indutâncias inferiores a 310 mH. São mostradas as aplicações clínicas desenvolvidas nas áreas de imagens tridimensionais e angiografia, a partir das seqüências de pulsos implementadas e aproveitando o uso do sistema integrado, em um tomógrafo de ressonância magnética de 0.5 Tesla. Imagens de phantom foram adquiridas em menos de 500 ms usando o conjunto integrado e técnicas do tipo Echo Planar Imaging. Aspectos referentes à caracterização e correção de campos magnéticos estáticos e homogêneos são também comentados. As soluções descritas nesta tese têm um amplo conteúdo tecnológico e beiram nas fronteiras da Física Aplicada e a Engenharia Biomédica. / Here we describe the development of a high performance radio-frequency/gradient coil integrated system for Magnetic Resonance Imaging. A saddle radio-frequency coil and a three-axis asymmetric local gradient coil composed this system. Two parameters were optimized in the RF coil design: signal-to-noise ratio and magnetic field uniformity. The current density of each local coil was optimized using stochastic numerical techniques, in order to generate a uniform magnetic field gradient by axis in a region representing a human head. The build gradient coil set has an inner diameter of 31 cm. The average gradient efficient of the three-axis is 25 mT/m/A and the maximum inductance is less than 310 mH. We show the clinical applications performed in three-dimensional and angiography imaging areas in a 0.5 Tesla magnetic resonance tomograph. These applications were optimized to taking advantage from the integrated system. Phantom images were acquired in less than 500 millisecond using echo planar techniques and the integrated set. Some aspects about static and homogeneous magnetic field characterization and correction are also commented. In this work we described solutions with wide technologic content close to the boundaries of the Applied Physics and Biomedical Engineering.

Experimentos de Imagens por Ressonância Magnética (IRM) em pequenos animais, assim como em humanos, exigem um conjunto especifico de bobinas de Radiofrequência (RF) para maximizar ambos a homogeneidade de campo durante a transmissão e a Relação Sinal Ruído (RSR) durante a recepção. As geometrias mais comuns de bobinas transmissoras utilizadas em sistemas de humanos são as bobinas tipo gaiola ou Birdcage Coil. Dentre as geometrias de bobinas receptoras, o conceito de bobina tipo Phased Array é amplamente utilizado em aplicações que necessitam de alta RSR em uma grande região de interesse, além de permitirem obter imagens com metodologias de aquisição paralela. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um conjunto de bobinas transmissoras e receptoras especificamente projetadas para a aquisição de imagens do cérebro de ratos para o estudo do hipocampo. As geometrias de bobinas transmissoras estudadas foram dois Birdcages com 8 e 16 condutores e a geometria proposta por nós chamada Double Crossed Saddle (DCS Coil). Para a recepção desenvolvemos uma bobina de superfície com dois loops e um Phased Array com dois canais de recepção. Os resultados confirmam que dentre as bobinas transmissoras desenvolvidas a geometria do tipo Birdcage com 16 condutores é a mais homogênea, produzindo campos de RF com alta uniformidade em regiões de interesse de até 80% do diâmetro interno das bobinas. No entanto, o elevado número de capacitores em sua estrutura faz com que a geometria DCS coil, devido à sua simplicidade e reduzido número de capacitores, represente uma alternativa em experimentos onde as condições de carga da amostra possam variar. Dentre as geometrias de receptoras estudadas a bobina de superfície obteve maior desempenho em termos de RSR em comparação com o Phased Array de 2 canais. A comparação dos resultados utilizando bobinas específicas para a transmissão e recepção com uma bobina volumétrica operando como transmissora e receptora simultaneamente comprova a superioridade em termo de RSR dos sistemas que utilizam bobinas dedicadas, sendo confirmados através de imagens in vivo do cérebro de ratos, possibilitando aquisições com mesma resolução e RSR em um tempo reduzido de experimento. / Magnetic Resonance Imaging (MRI) experiments on small animals, as well as in human, require a specific RF coil set in order to maximize the Radiofrequency (RF) field homogeneity during transmission and Signal-to-Noise Ratio (SNR) during reception. The most common geometries of RF transmitter coil used in human systems are the well known Birdcage resonators. Among the receiver coils geometry the concept of NMR Phased Arrays or multi channel coils is widely employed in applications that need a high SNR in a large region of interest (ROI), further allowing parallel imaging acquisition methodologies. The work reported here describes the development of a transmit-only and receive-only RF coil set actively detuned specifically designed to MRI acquisition of rats brain for purposes of neuroscience studies. The transmitter geometries developed were two Birdcages with 8 and 16 rungs and our proposed geometry named Double Crossed Saddle (DCS). For reception we developed one common surface coil made of two turn loops and a 2-channel Phased Array, both actively detuned during reception. The results have confirmed that the 16 rungs Birdcage are superior among other transmit coils in producing homogeneous RF field inside a ROI of 80% of coil´s inner diameter. However, the simplicity and reduced number of capacitors makes the DCS coil a good choice in experiments with different samples and load conditions. Among the receive coils developed, the surface coil showed a better SNR in comparison with the 2-channel Phased array, which has the advantage of producing a large area with high SNR. The SNR of both surface coil and 2-channel array was compared with a transceiver Saddle Crossed coil, available at our lab, specific designed to obtain rat brain images. These results have corroborated that transmit-only and receive-only RF coils have best performance than transceiver volume coils for obtain MRI images of rats brain, allowing image acquisition with same resolution and reduced scan time.

Objective: The purpose of this in vitro study was to determine if there is a difference in force decay between three sliding retraction methods under a standardized force delivery system (200 gm at 25 mm stretch) at 2, 4, 6, and 8 weeks. Background: In order to achieve proper esthetics, occlusion and stability, orthodontic treatment may require extractions. Elastomeric chains, Nickel Titanium (NiTi) coils, and active ligatures are commonly used to close these extraction spaces. Methods: Twenty samples of each retraction method (elastomeric chains, NiTi Coils and active ligatures) were evaluated under standardized conditions (200 gm at 25 mm). The force of each retraction method was measured at 0, 2, 4, 6, and 8 weeks on a customized force gauge test stand (Shimpo FGV-1XY force gauge; Shimpo Instruments, Itasca, IL). Ten control samples were evaluated at 0 weeks and left un-stretched until the final measurement at 8 weeks. All samples were stored in a bath of Fusayama/Meyer artificial saliva (Pickering Laboratories, Mountain View, California) at 37°C in order to simulate the oral cavity. Results: At 2 weeks, the NiTi coils maintained their force while both the elastomeric chains and active ligatures experienced a statistically significant decrease in force over time. At 4, 6, and 8 weeks, the force of the elastomeric chains and active ligatures continued to decay and demonstrated a statistically significant decrease in force as compared to the NiTi coils and each other. At 8 weeks, the NiTi coils, elastomeric chains and active ligatures maintained 94.0%, 66.8% and 50.9%, respectively. This signifies a hierarchy of force decay with NiTi coils maintaining the largest amount of force, followed by the elastomeric chains and then the active ligatures. Conclusion: There is a significant difference in the amount of force decay of the three retraction methods over time under a standard initial force delivery of 200 gm over a 25 mm stretch. NiTi coils provide the light and constant force desired for efficient and biologically compatible tooth movement. The elastomeric chains maintained a larger amount of force than expected and have proven to achieve comparable tooth movement to NiTi coils in clinical studies. Active ligatures do not appear to be an effective means of force delivery. A force gauge is recommended to evaluate all forces placed clinically.

No description available.

Coiled coils are a well-known protein structure prevalent in eukaryotic function, synthetic applications, and de novo protein design. Coiled-coil folding is often described using heptad repeat positions labeled abcdefg where a and d positions occupy the interface between the coils, e and g positions flank the interface, and the b, c, and f positions face the solvent-exposed surface. The a, d, e, and g positions have been extensively studied in the coiled-coil literature. There is a lack of investigation on the impact of the b, c, and f positions on coiled-coil folding. Chapter 1 is an introduction to the heptad repeat of coiled coils and the impact on folding of each heptad repeat position. In Chapter 2 we introduce a non-covalent interaction among the b, c, and f positions of a coiled-coil trimer that significantly enhances thermodynamic stability. We identify characteristics of the f-position residue (hydrogen bond donating ability and hydrophobicity) that lead to the greatest amount of stability. Chapter 3 introduces crystal structures and molecular dynamic simulations of the interaction to identify the mechanism of stabilization. Further thermodynamic studies find a key salt-bridge interaction between the b and c positions that are influenced by the f-position residue. Chapter 4 explores the impact of salt on the non-covalent interaction and determines that the interaction is sensitive to salt screening and is ionic in nature. It also explores more characteristics of the f-position amino acid, in particular the hydrogen bond donating component. In Chapter 5 we insert the solvent-exposed interaction into helix bundles of differing length and oligomeric state. We find that stability is not only dependent upon amino acid identity but also the length and stoichiometry of a coiled coil.

Significant stray magnetic field exists around the coils when charging the electric vehicles (EVs) with inductive power transfer (IPT), owning to the large air gap between the transmitter and receiver. The methods for field attenuation usually introduce extra losses and reduce the efficiency. This study focuses on the synergetic attenuation of stray magnetic field which is optimized simultaneously with the efficiency. The optimization is realized with Pareto front. In this dissertation, three methods are discussed for the field attenuation. The first method is to tune the physical parameters of the winding, such as the inner radii, outer radii, distribution of the turns, and types of the litz wires. The second method is to add metal shields around the IPT coils, in which litz wires are used as shields to reduce the shielding losses. The third method is to control the phases of winding currents, which avoids increasing the size and weight of the IPT coils. To attenuate the stray magnetic field by tuning the physical parameters, the conventional method is to sweep all the physical parameters in finite-element simulation. This takes thousands of simulations to derive the Pareto front, and it's especially time-consuming for three-dimensional simulations. This dissertation demonstrates a faster method to derive the Pareto front. The windings are replaced by the lumped loops. As long as the number of turns for each loop is known, the efficiency and magnetic field are calculated directly from the permeance matrices and current-to-field matrices. The sweep of physical parameters in finite-element simulation is replaced by the sweep of the turns numbers for the lumped loops in calculation. Only tens of simulations are required in the entire procedure, which are used to derive the matrices. An exemplary set of coils was built and tested. The efficiency from the matrix calculation is the same as the experimental measurement. The difference for stray magnetic field is less than 12.5%. Metal shields attenuate the stray magnetic field effectively, but generates significant losses owning to the uneven distribution of shield currents. This dissertation uses litz wires to replace the conventional plate shield or ring shield. Skin effect is eliminated so the shield currents are uniformly distributed and the losses are reduced. The litz shields are categorized to two types: shorted litz shield and driven litz shield. Circuit models are derived to analyze their behaviors. The concept of lumped-loop model is applied to derive the Pareto front of efficiency versus stray magnetic field for the coils with litz shield. In an exemplary IPT system, coils without metal shield and with metal shields are optimized for the same efficiency. Both the simulation and experimental measurement verify that the shorted litz shield has the best performance. The stray magnetic field is attenuated by 65% compared to the coils without shield. This dissertation also introduces the method to attenuate the stray magnetic field by controlling the phases of winding currents. The magnetic field around the coils is decomposed to the component in the axial direction and the component in the radial direction. The axial component decreases with smaller phase difference between windings' currents, while the radial component exhibits the opposite property. Because the axial component is dominant around the IPT coils, decreasing the phase difference is preferred. The dual-side-controlled converter is applied for the circuit realization. Bridges with active switches are used for both the inverter on the transmitter side and the rectifier on the receiver side. The effectiveness of this method was verified both in simulation and experiment. Compared to the conventional series-series IPT with 90° phase difference between winding currents, stray magnetic field was attenuated by up to 30% and 40% when the phase differences of winding currents are 50° and 40°, respectively. Furthermore, an analytical method is investigated to calculate the proximity-effect resistance of the planar coils with ferrite plate. The objective of this method is to work together with the fast optimization which uses the lumped-loop model. The existence of the ferrite plate complicates the calculation of the magnetic field across each turn which is critical to derive the proximity-effect resistance. In this dissertation, the ferrite plate is replaced by the mirrored turns according to the method of image. The magnetic fields are then obtained from Ampere's Law and Biot-Savart Law. Up to 200 kHz, the difference of the proximity-effect resistance is less than 15% between calculation and measurement. / Ph. D. / Inductive power transfer for the battery charging of electric vehicles uses loosely coupled coils to replace the cables and plugs. The power is transferred from transmitter to receiver across tens of centimeters. Significant stray magnetic field exists around the coils owning to the large gap, which should be attenuated for the safety consideration of human beings. Three methods are discussed for the field attenuation. The first method is to tune the physical parameters of the winding, such as the inner radii, outer radii, distribution of the turns, and types of the litz wires. The second method is to add metal shields around the IPT coils, in which litz wires are used as shields to reduce the shielding losses. The third method is to control the phases of winding currents, which avoids the increase of the size and weight of the IPT coils. However, the field attenuation usually comes with reduced efficiency of the system. The work in this dissertation is focused on the synergetic attenuation of stray magnetic field in inductive power transfer for electric vehicles. The optimization is realized with Pareto front. The coils are optimized for low stray magnetic field and high efficiency simultaneously.