Metodología de diseño y criterios de sistemas de carga sin contacto inductivos simples y matriciales

Resumen

En las últimas décadas, la proliferación de sistemas informáticos cada vez más potentes ha permitido abrir nuevas vías de investigación en multitud de ámbitos y sistemas industriales. En el terreno de los vehículos eléctricos, una de las líneas de investigación que más interés está suscitando es el diseño de sistemas de carga sin contacto entre el sistema de alimentación y el vehículo. Una carga donde el usuario final no tenga que verse involucrado, es un gran paso para la instauración del vehículo eléctrico. La aparición de nuevas exigencias del mercado, tales como la comodidad de los usuarios en la carga del vehículo y la reducción del mantenimiento al no tener conectores que se han de enchufar y desenchufar y el aislamiento eléctrico entre los sistemas de alimentación y carga hace que los sistemas de carga sin contacto estén tomando fuerza. El objetivo de esta tesis ha sido definir una metodología de diseño de cargadores inductivos simples y matriciales. Dadas las particularidades de estos sistemas y la ausencia de herramientas específicas para este propósito, un segundo objetivo de esta tesis ha sido la generación de una herramienta analítica de dimensionamiento y cálculo y la obtención de una serie de criterios para el diseño de cargadores inductivos simples y matriciales. Se han definido dos metodologías de dimensionamiento. Por un lado se define una metodología para los sistemas inductivos simples, consistente en la obtención de una geometría tal que se obtenga una inductancia mutua requerida para la tensión de diseño especificada y que cumpla con las especificaciones y restricciones de diseño. Por otro lado se define la metodología para los sistemas matriciales, consistente en la obtención de una geometría tal que se obtenga la inductancia mutua global requerida, para la tensión de diseño especificada y que cumpla con las especificaciones y restricciones de diseño. En este caso, la inductancia mutua global que permite dimensionar el sistema resulta de la suma de las inductancias mutuas existentes entre las diferentes bobinas que componen el sistema matricial. Debido al acoplamiento existente entre las bobinas del mismo plano, el cual es un efecto indeseado, se ha llevado a cabo un estudio del solapamiento entre bobinas con el fin de mitigar el acoplamiento entre las mismas. Las metodologías definidas se han implementado desarrollando una herramienta analítica de dimensionamiento y cálculo. Tras su implementación, se ha procedido a su validación, empleando para ello datos experimentales, simulaciones de programas de elementos finitos y simulaciones eléctricas. Los resultados obtenidos con la herramienta desarrollada han ofrecido una excelente concordancia respecto de los datos experimentales. Una vez validadas las metodologías de diseño definidas y la herramienta desarrollada, se ha procedido a cumplir el objetivo último de la tesis: la obtención de criterios de diseño para sistemas de carga simples y matriciales. Dichos criterios están orientados a ser empleados por un diseñador de este tipo de sistemas en etapas tempranas del dimensionamiento con el fin de resolver posibles incertidumbres.