Design of wireless power transfer system based on resonant rotary transformer

In order to avoid the formation of ice on the propellers of helicopters or on any Vertical Take Off and Landing (VTOL) vehicles, it is common to adopt electrical de-icing systems based on slip-ring mechanisms. They are devices which transfer electric power by means of brushes. These contact-based power transfer systems are characterized by high maintenance and low reliability. To overcome these criticalities, a solution is to substitute them with Wireless Power Transfer Systems (WPTS). To this aim, the purpose of this thesis is to develop a design methodology for a WPTS based on a resonant rotary transformer. This design approach takes into account the geometrical and electrical characteristics which are peculiar to the rotary transformer and it allows to find optimal solution from the point of view of weight, volume, and efficiency. Two optimized configurations showing different structural properties have been designed by means of the proposed strategy. Their comparison underlines advantages introduced by the use of a resonant configuration. Finally, a new case study is considered and a third resonant transformer is designed.

Comunemente, si adottano sistemi di sbrinamento elettrico basati su meccanismi di contatti striscianti al fine di evitare la formazione di ghiaccio sulle eliche di elicotteri o di qualsiasi veicolo a decollo e atterraggio verticale (Vertical Take Off and Landing VTOL). Di fatto, si impiegano dispositivi che trasferiscono energia elettrica mediante spazzole. Queste soluzioni sono caratterizzate da elevati costi di manutenzione e da una bassa affidabilità. Una possibilità per superare queste criticità consiste nel sostituire i sistemi a spazzole con altri che prevedono un trasferimento di potenza wireless (Wireless Power Transfer System WPTS). A tale proposito, lo scopo di questa tesi è sviluppare una metodologia di progettazione per un WPTS basato su un trasformatore rotante risonante. Questo approccio progettuale tiene conto delle caratteristiche geometriche ed elettriche uniche del trasformatore rotante e consente di trovare una configurazione ottima dal punto di vista del peso, del volume e dell'efficienza. Attraverso la strategia proposta sono state progettate e ottimizzate due configurazioni che mostrano proprietà strutturali diverse. Alcune considerazioni fatte su queste due soluzioni evidenziano i numerosi vantaggi introdotti dall’impiego di una configurazione risonante. Infine, è stato preso in esame un nuovo caso studio che ha portato alla progettazione di un terzo trasformatore risonante.