The introduction of inverters utilizing wide band-gap semiconductors allow for higher switching frequency and improved machine drive energy efficiency. However, inverter switching results in fast voltage surges which cause overvoltage at the stator terminals and uneven voltage distribution in the stator winding. Therefore, it is important to understand how next generation machine drives, with higher switching frequency, affect the voltage distribution. For this purpose, a lumped-parameter model capable of simulating winding interturn voltages for the wide frequency range of 0-10 MHz is developed for a slotless PMSM. The model includes both capacitive and inductive couplings, extracted from 2D finite element simulations, as well as analytically estimated resistive winding losses. The developed model of a single phase-winding is used to investigate how machine design aspects such as insulation materials and winding conductor distribution affects both voltage distribution and winding impedance spectrum. Validation measurements demonstrate that the model is accurate for the wide frequency range. The sensitivity analysis suggests that the winding conductor distribution affect both impedance spectrum and voltage distribution. For the slotless machine, capacitance between the winding and the stator is several times smaller than capacitance between turns. Therefore, the high-frequency effects are dominated by the capacitance between turns. Insulation materials that affect this coupling does therefore have an impact on the impedance spectrum but does not have any significant impact on the voltage distribution. / Nästa generations inverterare för styrning av elektriska maskiner, baserade på bredbandgaps komponenter, tillåter högre switchfrekvenser vilket skapar en energieffektivare drivlina. Nackdelen är att snabba spänningsflanker från den höga switchfrekvensen skapar överspänning på stators anslutningar och en ojämn spänningsfördelning i statorlindningen. Det är därför betydelsefullt att förstå hur dessa nya drivlinor påverkar lindningens spänningsfördelning. I denna rapport används en modell kapabel att simulera lindningens spänningsfördelning i det breda frekvensspektrumet 0-10 MHZ. Modellen är framtagen för en faslindning av en PMSM, utan statoröppning, som inkluderar både kapacitiva och induktiva kopplingar samt analytiskt beräknade lindningsförluster. Modellen används för att undersöka spänningsfördelningen i lindningen samt inverkan från designparametrar som isolationsmaterial och lindningsdistribution. Känslighetsanalysen visar att lindingsdistributionen har en signifikant påverkan på både impedansspektrumet och spänningsfördelningen. För den studerade maskintypen är det kapacitansen mellan varv som är dominerande för högfrekventa fenomen. Isolationsmaterial som påverkar denna koppling har en påverkan på impedansspektrumet men är liten för spänningsfördelningen.

This thesis deals with wireless power transfer from an external source to embedded small devices (such as for conditioning monitoring, control etc.) located at different distances from the source. The proposed designs can be used in a variety of applications, including mobile phones, electric cars, unmanned aerial vehicles, robots, etc. where it could be very convenient to transmit power without wires/cables. The wireless charging method which avoids using conventional cables and wires for energizing or charging electrical devices has been one of the fastest developed recent technologies. The inductive coupling technique is one way to transfer power wirelessly and works fairly well over very short distances. For distances greater than the radius of the emitter, however, inductive coupling rapidly declines. An improved approach is to create inductive-capacitive resonance which improves efficiency and transfer distance, which was proposed by Tesla. Other methods using more than two coils have lately been proposed, which improve transfer characteristics even further. Several designs were proposed consisting of two, three and four coil combinations, with different shapes and sizes. A ferrite cored solenoid was also chosen as emitter in some setups over air cored solenoid, for better field enhancement in longitudinal energy transfer applications. To have low resistive high energy transfer, coil-capacitor designs were proposed. Several simulations were performed using COMSOL Multiphysics software to understand the magnetic field distribution and transfer to the adjacent coils in air medium. Based on this power transfer efficiency graphs were plotted for every proposed design. For validation, few simulations were contrasted with lab experiments. The focus was to develop and contribute to the improvement of existing techniques. For this, it is sometimes enough to transfer a small amount of power (e.g., 0.5 W) at different distances and frequencies with different set ups. The results obtained from the simulation and measurements were used to evaluate the impact of frequency and transfer distance on energy transfer in wireless power transfer techinque for proposed design. The analysis was used to suggest the improvements or part of future work in the designs such as use of Litz wire and ferrite concentrators with thin conductive laminates. / Detta examensarbete behandlar trådlös kraftöverföring från en extern källa till inbyggda små enheter (såsom för tillståndsövervakning, kontroll etc.) placerade på olika avstånd från källan. De föreslagna designerna kan användas i en mängd olika applikationer, inklusive mobiltelefoner, elbilar, obemannade flygfordon, robotar, etc. där det kan vara mycket bekvämt att överföra ström utan ledningar/kablar. Den trådlösa laddningsmetoden som undviker att använda konventionella kablar och ledningar för att strömsätta eller ladda elektriska apparater har varit en av de snabbast utvecklade nya teknologierna. Den induktiva kopplingstekniken är ett sätt att överföra ström trådlöst och fungerar ganska bra över mycket korta avstånd. För avstånd större än sändarens radie avtar emellertid den induktiva kopplingen snabbt. Ett förbättrat tillvägagångssätt är att skapa induktiv-kapacitiv resonans som förbättrar effektiviteten och överföringsavståndet, vilket föreslogs av Tesla. Andra metoder som använder mer än två spolar har nyligen föreslagits, vilka förbättrar överföringsegenskaperna ytterligare. Flera konstruktioner föreslogs bestående av två, tre och fyra spolar kombinationer, med olika former och storlekar. En solenoid med ferritkärna valdes också som sändare i vissa inställningar framför solenoid med luftkärna, för bättre fältförstärkning i longitudinella energiöverföringstillämpningar. För att ha låg resistiv hög energiöverföring föreslogs spolkondensatorkonstruktioner. Flera simuleringar utfördes med COMSOL Multiphysics programvara för att förstå magnetfältets distribution och överföring till intilliggande spolar i luftmedium. Baserat på detta ritades grafer för effektöverföringseffektivitet för varje föreslagen design. För validering kontrasterades få simuleringar med labbexperiment. Fokus var att utveckla och bidra till förbättringen av befintliga tekniker. För detta räcker det ibland att överföra en liten mängd effekt (t.ex. 0,5 W) på olika avstånd och frekvenser med olika uppsättningar. Resultaten från simuleringarna och mätningarna användes för att utvärdera effekten av frekvens och överföringsavstånd på energiöverföring i trådlös kraftöverföringsteknik för föreslagen design. Analysen användes för att föreslå förbättringar eller delar av framtida arbete i designen, såsom användning av Litz-tråd och ferritkoncentratorer med tunna ledande laminat.