I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 6 ,   p p .   3 9 4 ~ 4 04   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 7 . i 1 . p p 3 9 4 - 4 04           394       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   M o deling  and o pt imiza tion o a ng u la r misa lig nment  eff ec ts in   reso na nt  induc tive wireless  power  t ra nsfer f o r  elec tri c vehicle  cha rg ing       Sa m s hu l M un ir  M uh a m a d 1 ,   Wa n M u ha m a d H a k im i Wa n B un y a m in 2 ,   Ra him i Ba ha r o m 2   1 F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   T e k n o l o g i   M A R A ,   P u l a u   P i n a n g ,   M a l a y si a   2 F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   T e k n o l o g i   M A R A ,   S e l a n g o r ,   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   1 3 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J an   3 0 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Feb   1 5 ,   2 0 2 6       Th is  p a p e p re se n ts  a n   e n h a n c e d   e lec tro m a g n e ti c   m o d e li n g   a n d   o p ti m iza ti o n   stu d y   o n   th e   e ffe c ts  o a n g u lar  m isa li g n m e n i n   re s o n a n t   i n d u c ti v e   wire les p o we tran sfe (RIW P T)  s y ste m fo e lec tri c   v e h icle   (EV)  c h a rg in g .     d e tailed   3 D   m o d e o a   d o u b l e - lay e c ircu lar  c o il   wa d e v e lo p e d   in   C S T   S tu d io   S u it e   to   i n v e stig a te  c o u p li n g   d e g ra d a ti o n ,   e n e rg y   lo ss ,   a n d   e fficie n c y   b e h a v i o u n d e a n g u lar  d e v iati o n ra n g in g   fr o m   0 °  t o   2 5 °,   a a   f ix e d   a ir  g a p   o 3 0   m m .   P e rf o rm a n c e   m e tri c i n c lu d in g   m u tu a l   in d u c tan c e ,   m a g n e ti c   field   d istri b u ti o n ,   p o we tran sfe e fficie n c y   (P TE ),   a n d   lo ss   c h a ra c teristics   we re   a n a ly z e d   t o   e sta b l ish   q u a n ti tati v e   m isa li g n m e n c o rre latio n s .   Re su lt in d ica te   a   ste a d y   re d u c ti o n   i n   P TE   fr o m   9 9 . 9 7 9 %   a 0 °  t o   8 8 . 4 4 1 %   a 2 5 ° ,   a c c o m p a n ied   b y   c o rre s p o n d i n g   in c re a se in   field   a sy m m e try   a n d   e n e rg y   d issip a ti o n .   To   m it ig a te  t h e se   l o ss e s,  a n   imp e d a n c e - tu n i n g   stra teg y   wa s   a p p li e d   b y   j o i n tl y   o p t imiz in g   tran sm it ter - sid e   se ries   a n d   p a ra ll e c o m p e n sa ti o n   c a p a c it o rs,  w h ich   imp ro v e d   P TE   a 5 °  m isa li g n m e n fro m   9 8 . 7 7 7 %   to   9 9 . 8 0 1 % ,   re sto ri n g   n e a r - re so n a n o p e ra ti o n .   A d d i ti o n a a n a ly se s   e v a lu a ted   t h e rm a imp a c t,   m a teria ro b u stn e ss ,   a n d   d y n a m ic  m isa li g n m e n t   e ffe c ts,  p ro v i d in g   a   m o re   h o li s ti c   u n d e rsta n d i n g   o re a l - wo rld   c h a rg in g   sc e n a rio s.  Th e   stu d y   fu rt h e d i sc u ss e re a l - ti m e   tu n in g   fe a sib i li ty   u si n g   e m b e d d e d   c o n tr o ll e rs  a n d   a li g n p e rfo rm a n c e   with   S AE   J2 9 5 4   a n d   IEC   sta n d a rd fo r   EV  wire les c h a rg i n g .   Th e   fi n d i n g e sta b l ish   v a li d a t e d   d e sig n   g u i d e li n e a n d   a d a p t iv e   tu n in g   fra m e wo rk fo r   a c h iev i n g   h ig h - e fficie n c y ,   m isa li g n m e n t - to lera n RIWP s y ste m s,  c o n tri b u ti n g   to wa rd   r o b u st  a n d   e n e rg y - e fficie n EV  c h a rg i n g   in fr a stru c tu re .   K ey w o r d s :   An g u lar   m is alig n m e n t   E lectr ic  v eh icle  ch ar g in g   I m p ed an ce   tu n in g   R eso n an t in d u ctiv co u p lin g   W ir eles s   p o wer   tr an s f er   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R ah im i Bah ar o m   Po wer   E lectr o n ics R esear ch   Gr o u p ,   Facu lty   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   Un iv er s iti T ek n o lo g i M AR A   4 0 4 5 0   Sh ah   Alam ,   Selan g o r ,   Ma lay s ia   E m ail:  r ah im i6 5 7 9 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir el ess   p o w e r   tr a n s f er   ( W PT ) ,   f i r s t   c o n c e p t u al ize d   b y   Ni k o la   T esla   in   th e   la te   1 9 th   ce n t u r y   [ 1 ] ,   h as  ev o l v e d   in to   a   t r a n s f o r m ati v e   t ec h n o l o g y   wi th   a p p li ca t io n s   r a n g i n g   f r o m   c o n s u m e r   ele ct r o n ics  a n d   b i o m e d i ca l   im p lan ts   to   in d u s tr ial  au t o m atio n   an d   elec tr ic  v eh icle  ( E V)   ch ar g in g   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h r e m o v al  o f   p h y s ical   co n n ec to r s   en h a n ce s   s y s tem   d u r ab ilit y ,   u s er   co n v en ien ce ,   a n d   s af ety   wh ile  en a b lin g   d esig n   f lex ib ilit y   in   b o th   s tatic  an d   d y n am ic   ch ar g in g   e n v ir o n m en ts .   Am o n g   th v ar i o u s   W PT  tech n iq u es,   r eso n a n in d u ctiv wir eless   p o wer   tr an s f e r   ( R I W PT)   h as  g ain ed   wid a d o p tio n   f o r   its   ab ilit y   to   ac h iev e   h ig h   tr an s f er   ef f icien cy   ac r o s s   m o d er ate  air   g ap s ,   m ak i n g   it p ar ticu lar ly   s u itab le  f o r   h ig h - p o wer   E ch ar g in g   ap p licatio n s   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d elin g   a n d   o p timiz a tio n   o a n g u la r   mis a lig n men t e ffects in     ( S a msh u l Mu n ir   Mu h a ma d )   395   Desp ite  its   ad v an tag es,  R I W PT  p er f o r m a n ce   is   h ig h ly   s e n s itiv to   co il  alig n m en t,  wh i ch   d ir ec tly   in f lu en ce s   m ag n etic  co u p lin g ,   m u tu al  in d u ctan ce ,   an d   p o we r   tr an s f er   ef f icien cy   ( PTE )   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   I n   r ea l - wo r ld   E ch ar g in g   s ce n ar i o s ,   v e h icles  ar s eld o m   p er f ec tly   p o s itio n ed   o v e r   ch a r g in g   p a d s ,   lead in g   to   v ar io u s   m is alig n m en ts :   later al,   v er tical,   an d   an g u lar   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   W h ile  s ev er al  s tu d ies  h av ex p lo r ed   later al  an d   v er tical   o f f s ets,  th e   ef f ec ts   o f   an g u lar   m is alig n m en t,  r esu ltin g   f r o m   th r ec eiv er   c o il’s  tilt   r elativ to   th tr a n s m itter ,   r em ain   u n d er e x p lo r e d ,   ev en   t h o u g h   th e y   o cc u r   f r e q u en tly   d u r in g   v eh icle   ap p r o ac h ,   p ar k i n g ,   o r   r o ad   g r a d ien v ar iatio n s   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   Su ch   m i s alig n m en ts   d eg r ad co u p lin g   s tr en g th   an d   f ield   u n if o r m ity ,   lead in g   to   r ed u ce d   en er g y   e f f icien cy ,   in cr ea s ed   r e ac tiv lo s s es,  an d   p o ten tial o v er h ea tin g   o f   s y s tem   co m p o n en ts .   R ec o g n i zi n g   t h es c h all en g es,   E V   c h a r g i n g   s ta n d a r d s   s u c h   a s   SAE   J 2 9 5 4   a n d   I E C   6 1 9 8 0 - 3   m a n d at e   th a s t ati a n d   d y n am i W PT   s y s te m s   m ai n t ai n   ef f i cie n c y   le v els  a b o v e   8 5 u n d er   m is ali g n ed   c o n d i ti o n s   [ 1 2 ] .   Ach iev in g   th is   r e q u ir em e n n ec ess itate s   r o b u s co il  d esig n ,   co m p e n s atio n   to p o lo g y   s elec tio n ,   an d   ad a p tiv e   tu n in g   m ec h a n is m s   to   s u s t ain   r eso n an o p er atio n   d u r i n g   m is alig n m en ev en ts .   R ec en s tu d ies  h av in v esti g ated   v ar i o u s   m itig ati o n   s tr ateg ies,  in clu d in g   co il  g eo m etr y   o p tim izatio n   [ 1 3 ] ,   f er r ite - ass is ted   f lu x   co n f in em e n t   [ 1 4 ] ,   an d   ac tiv alig n m en m ec h a n is m s   [ 1 5 ] .   Ho wev er ,   th ese  m eth o d s   o f te n   in v o l v e   in cr ea s ed   s y s tem   co m p lex ity ,   co s t,  an d   c o n tr o l o v er h ea d ,   lim itin g   th ei r   f ea s ib ilit y   f o r   p r ac tical  E d e p lo y m en t.   T h p r es en r es ea r c h   a d d r ess es  t h is   t ec h n o lo g i ca g a p   b y   p r o v i d i n g   a   co m p r e h e n s i v e   m o d eli n g ,   s im u la ti o n ,   a n d   o p ti m iz ati o n   f r a m ew o r k   f o r   e v a lu ati n g   th e f f ec ts   o f   a n g u la r   m is ali g n m e n t   i n   R I W PT   s y s te m s   f o r   E c h a r g in g .   Us in g   C S T   S tu d i o   S u it e,   h i g h - f id eli ty   3 ele ctr o m a g n et ic  m o d el   o f   d o u b le - l ay er   ci r c u l a r   co i l   was   d e v el o p e d   t o   ac c u r a t ely   ca p t u r n ea r - f i el d   m a g n eti c o u p l i n g   b eh av i o r   u n d e r   v a r y in g   r e ce iv er   c o il   o r ie n t ati o n s .   T h r e ce i v er   c o i a n g le  was  s y s t em ati ca ll y   v a r ie d   f r o m   0 °  t o   2 5 °  i n   5 °  in c r e m e n ts   at  f i x e d   v e r ti ca l   s e p a r ati o n   o f   3 0   m m ,   r ep r es en ti n g   r ea lis ti s t ati E ch ar g i n g   co n d it io n s .   T h e   eq u i v al e n t c i r c u it   o f   t h e   in d u cti v p o w er   t r a n s f e r   ( I PT )   s y s t em ,   il lu s tr ate d   i n   Fi g u r e   1 ,   m o d e ls   th e   c o u p l in g   b et w ee n   tr an s m i tte r   a n d   r e ce i v e r   c o ils   t h r o u g h   m u tu al   i n d u cta n ce   M   an d   r esis ti v l o s s es i n   t h e   p r i m a r y   an d   s e co n d a r y   wi n d in g s .           Fig u r 1 .   E q u iv alen t c ir c u it o f   an   I PT  s y s tem   s h o win g   m u tu al  in d u ctan ce   M   b etwe en   t h t r an s m itter     an d   r ec eiv e r   co ils       I n   ad d itio n   t o   co u p lin g   b eh a v io r ,   th e   s tu d y   q u a n tifie s   k ey   p er f o r m a n ce   m etr ics,  m u tu al  i n d u ctan ce ,   m ag n etic  f ield   d is tr ib u tio n ,   e n er g y   lo s s ,   an d   PTE   v ar iatio n   ac r o s s   th an g u lar   r an g e.   P r ev io u s   wo r k s   h av p r im ar ily   o p tim ized   c o m p en s atio n   to p o lo g ies   s u ch   as   s er ie s s er ies  ( SS )   an d   L C L   co n f i g u r atio n s   to   e n h an ce   ef f icien cy   u n d er   s tatic  alig n m en [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .   I n   co n t r ast,  th is   wo r k   in tr o d u ce s   an   im p e d a n ce   tu n in g   s tr ateg y   tar g etin g   tr an s m itter - s id s er ies  an d   p ar allel  co m p en s atio n   ca p ac ito r s ,   en ab lin g   r ea l - tim r esto r atio n   o f   r eso n an t c o n d itio n s   u n d er   m is alig n ed   s tates.  T h tu n in g   p r o ce s s   im p r o v ed   ef f icien cy   at   5 °   m is alig n m en t f r o m   9 8 . 7 7 7 %   t o   9 9 . 8 0 1 % ,   e f f e c t i v e l y   d e m o n s t r a t i n g   a   l o s s   r e c o v e r y   m e c h a n i s m   t h r o u g h   a d a p t i v e   r e s o n a n c e   c o n t r o l .   Fu r th er m o r e ,   to   s tr en g th en   r o b u s tn ess   an d   en s u r e   r ea l - wo r ld   ap p licab ilit y ,   th is   s tu d y   e x ten d s   th an aly s is   to   in clu d th er m al  im p ac ev alu atio n ,   m ater ial  s en s itiv ity   ass e s s m en t,  an d   d y n am ic  m is alig n m en s im u latio n .   T h ese  ad d itio n s   r ep licate  r ea lis tic  o p er atin g   co n d itio n s   s u ch   as  v eh icle  m o ti o n   an d   r o ad   s u r f ac ir r eg u lar ities ,   p r o v i d in g   d ee p er   in s ig h ts   in to   h o en v ir o n m en tal  an d   p h y s ical  v ar iatio n s   in f lu en ce   s y s tem   p er f o r m an ce   an d   r eliab ilit y .   T h ese  ad d itio n s   s tr en g th en   t h p h y s ical  r ea lis m   o f   th s tu d y   an d   a d d r ess   th lim itatio n s   o f   s tatic - o n l y   s i m u latio n s   n o ted   i n   p r io r   liter atu r [ 1 8 ] [ 2 0 ] .   C o m p ar ati v in s ig h ts   a g ain s alter n ativ co m p en s atio n   s tr at eg ies s u ch   as   f er r ite  s h ield in g   an d   ac tiv alig n m en t   [ 2 1 ] [ 2 5 ]   ar also   d is cu s s ed   to   b en c h m ar k   th e   p r o p o s ed   i m p ed an ce   tu n in g   a p p r o ac h   in   ter m s   o f   ef f icien cy   r ec o v er y ,   co n tr o co m p lex ity ,   an d   im p lem e n tatio n   co s t.   T h e   m ain   co n tr ib u tio n s   o f   th i s   p ap er   ar s u m m ar ized   as  f o llo ws:   i)   No v el  m o d elin g   f r am ewo r k   f o r   an aly zin g   an g u lar   m is alig n m e n ef f ec ts   in   R I W PT  s y s tem s   u s in g   3 elec tr o m ag n etic  s im u latio n s   v alid ated   th r o u g h   S - p ar am eter   a n aly s is   in   C ST  Stu d io   Su ite ; ii)   C o m p r eh en s iv ev alu atio n   o f   k ey   p er f o r m an ce   m et r ics :   m u tu al  in d u ctan ce ,   m ag n etic  f ield   d is tr ib u tio n ,   PTE ,   an d   e n er g y   lo s s ,   u n d e r   an g u lar   v ar iatio n s   o f   0 ° 25°   iii)  Op tim izatio n   o f   im p ed an ce   tu n in g   p ar am eter s   to   r est o r r eso n an ce   an d   en h an ce   e f f icien cy   ac r o s s   all   m is alig n m en an g les,  v er if ie d   b y   ef f icien cy   im p r o v em e n t   f r o m   9 8 . 7 7 7 to   9 9 . 8 0 1 % ;   iv )   I n teg r ati o n   o f   d y n am ic  m is alig n m e n an d   t h er m al  r o b u s tn ess   an aly s is ,   p r o v id i n g   r ea lis tic  in s ig h ts   in to   r ea l - wo r ld   E V   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   394 - 4 04   396   ch ar g in g   co n d itio n s an d   v )   Desig n   g u id elin es  an d   s tan d a r d s   alig n m en t   with   SAE  J 2 9 5 4   a n d   I E C   6 1 9 8 0 - 3   f o r   d ev elo p in g   h i g h - ef f icien cy ,   m is alig n m en t - to ler an R I W PT  s y s tem s .   B y   co m b in in g   ad v an c ed   elec tr o m ag n etic  m o d elin g ,   lo s s   ch ar ac ter izati o n ,   a n d   a d ap tiv t u n in g   s tr ateg ies,  th is   wo r k   p r o v id es   n e in s ig h ts   in to   th e   p h y s ics  o f   an g u lar   m is alig n m en t   an d   p r o p o s es  a   p r ac tical  d esig n   f r am ewo r k   f o r   n ex t - g en er atio n   E wir eless   ch ar g in g   s y s tem s   th at  ar r o b u s t,  ef f icien t,  an d   s tan d a r d s - co m p lian t.       2.   M E T H O DO L O G Y   T h is   s ec tio n   p r esen ts   r i g o r o u s   an d   s y s tem atic  m eth o d o lo g y   a d o p te d   to   m o d el,   s im u late,   an d   o p tim ize  th ef f ec ts   o f   an g u lar   m is alig n m en t   o n   R I W PT   p er f o r m an ce   f o r   E ch ar g in g   ap p licatio n s .   T h e   m eth o d o l o g y   in te g r ates   elec tr o m ag n etic  m o d elin g ,   an aly t ical  cir cu it  d er iv atio n ,   a n d   im p ed an ce   tu n in g   o p tim izatio n   with in   th e   C ST  Stu d io   Su ite  2 0 2 4   e n v ir o n m en to   en s u r e   h ig h   ac cu r ac y ,   r ep ea ta b ilit y ,   an d   r ep r o d u cib ilit y   as  r ec o m m en d ed   in   [ 4 ] ,   [ 1 0 ] ,   [ 1 3 ] .   T h m et h o d o lo g y   c o n s is ts   o f   f iv k ey   s tag es:   i)   C ir cu it  m o d elin g   an d   p ar am eter   d er i v atio n ii)  3 c o il  m o d elin g   an d   s im u latio n   s etu p iii)   An g u lar   v ar iatio n   a n d   d ata   ac q u is itio n iv )   I m p ed an ce   t u n in g   o p tim izatio n ;   an d   v )   Per f o r m an ce   e v alu atio n ,   in clu d i n g   en er g y   lo s s   an d   th er m al  im p ac t.     2 . 1 .     E qu iv a lent   circ uit  m o de lin g   a nd   a na ly t ica l f o r m ula t i o n   T o   ev alu ate  th e   r eso n an a n d   co u p lin g   ch a r ac ter is tics   u n d er   m is alig n m en t,  a n   eq u iv al en cir cu it  m o d el   o f   t h in d u ctiv p o we r   tr an s f er   ( I PT)   s y s tem   was  estab lis h ed ,   as  s h o wn   in   Fig u r e   2 .   T h m o d el   co m p r is es   p r im ar y   ( tr an s m itt er )   an d   s ec o n d ar y   ( r ec eiv e r )   co ils ,   r ep r esen ted   b y   in d u c tan ce s     an d   r esp ec tiv ely ,   m ag n etica lly   co u p led   th r o u g h   m u tu al  in d u cta n c e   .   E ac h   s id in clu d es a   s er ies r esis to r   ( ,   r ep r esen tin g   co il  r esis tan ce   an d   c o m p en s atio n   ca p ac ito r s   co n n ec ted   in   s er ies  an d   p ar allel  to   ac h ie v e   r eso n an ce   an d   m in im ize  r ea ctiv lo s s es [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .           Fig u r 2 .   E q u iv alen t c ir c u it m o d el  o f   t h I PT  s y s tem       T h p r im ar y   v o ltag e   U P   is   ex p r ess ed   as   ( 1 ) .     = +   ( +  + 1  )    ( 1 )     Similar ly ,   th e   s ec o n d ar y   v o lta g e     ac r o s s   th lo ad   r esis tan ce     is   g iv en   b y   ( 2 ) .     = ( +  + 1  + )    ( 2 )     T h e   ( 1 )   an d   ( 2 )   ca n   b e x p r ess ed   in   m atr ix   im p ed an ce   f o r m   as  ( 3 ) .     [ ] = [ 11 22 ] [ ]   ( 3 )     W h er th im p ed an c es a r d ef in ed   as   ( 4 ) .     22 = +  + 1  + ,     =    ( 4 )     F o r   r e s o n a n t   p o w e r   t r a n s f e r ,   t h e   i m a g i n a r y   c o m p o n e n t s   o f   t h p r i m a r y   a n d   s e c o n d a r y   i m p e d a n c e s   m u s t   s at is f y :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d elin g   a n d   o p timiz a tio n   o a n g u la r   mis a lig n men t e ffects in     ( S a msh u l Mu n ir   Mu h a ma d )   397   ( 11 ) = 0      an d         ( 22 ) = 0   ( 5 )     wh ich   d ef in es th e   r eso n an t f r e q u en cy   0 :     0 = 1 = 1   ( 6 )     T h PTE   ca n   th e n   b d er iv ed   as th r atio   o f   tr a n s m itted   to   in p u t p o wer   [ 2 2 ] :     = | | | | = 2 2 ( +  ) ( + ) + 2 2   ( 7 )     w h er e      r ep r esen ts   eq u iv alen r esis tiv lo s s e s   f r o m   th p r im ar y   co m p en s atio n   n etwo r k .   T h ( 7 )   in d icate s   th at   m u tu a in d u ctan ce   ,   wh ich   d e p en d s   o n   co il  alig n m en t,   g eo m et r y ,   an d   an g u la r   o r ien tatio n ,   is   th d o m in a n t f a cto r   d eter m in i n g   o v er all  tr an s f er   ef f icien cy .     2 . 2 .    3 elec t ro m a g net ic  c o il m o delin g   in CST   Stu dio   Su it e   h ig h - f id elity   3 m o d el  o f   d o u b le - lay er   cir c u lar   co il   was  d esig n ed   u s in g   C ST  Stu d io   Su ite’ s   elec tr o m ag n etic  s o lv er ,   as  s h o wn   in   Fig u r e   3 .   E ac h   c o il  was  m o d eled   u s in g   o x y g e n - f r e h ig h - co n d u ctiv it y   ( OFHC )   co p p er   with   g eo m et r ical  an d   elec tr ical   p ar am eter s   p r ec is ely   lis ted   in   T ab le   1 .   T h d o u b le - lay e r   co n f ig u r atio n   was c h o s en   t o   m ax im ize  co u p lin g   s tr en g th   wh i le  m in im izin g   leak ag e   f lu x   [ 1 8 ] .   T h co il m o d el  was d is cr etize d   u s in g   a   tetr ah ed r al  m esh   to   a ch iev co n v er g en c ac cu r ac y   b elo w   5 0   dB   S - p ar am eter   r esid u al.   T h e   b o u n d ar y   c o n d itio n s   wer d e f in ed   as   o p en   ( ad d   s p ac e)   to   elim in ate  n ea r - f iel d   r ef lectio n s .   Po r ts   wer p lace d   at  th tr an s m itter   an d   r ec eiv er   ter m in als,  an d   s im u latio n s   wer ex ec u ted   u s in g   C ST’ s   f r eq u en cy - d o m ain   S - p a r am eter   s o lv er   to   co m p u te   21 ,   f r o m   wh ich   PTE   was e x tr ac ted   u s in g   ( 7 ) .     2 . 3 .     Ang ula m is a lig nm ent   c o nfig ura t io n   T o   in v esti g ate  an g u lar   ef f ec ts ,   th r ec eiv er   co il  was  tilt ed   ab o u its   ce n tr al  ax is   in   5 °  in cr em en ts 0 °,   5 °,  1 0 °,   1 5 °,  2 0 °,  a n d   2 5 °,   wh ile  m ain tain in g   co n s tan v er ti ca s ep ar atio n   an d   ce n ter   alig n m en ( as  s h o wn   in   Fig u r 3 ) .   All  o th er   p ar am eter s   wer k ep t   co n s tan t o   is o late   th im p ac o f   an g u lar   d is p lac em en t.  T h e   ch o s en   m is alig n m en t r an g r e p r esen ts   ty p ical  m ec h an ical  d ev iatio n s   en co u n ter e d   d u r i n g   s tatic  an d   s em i - d y n am ic  E V   p ar k in g   [ 1 1 ] ,   [ 2 0 ] .   Fo r   ea ch   tilt   an g le,   C ST  s im u latio n s   wer p er f o r m ed   at  t h o p er atin g   f r eq u en cy   ( 4 4   k Hz) ,   an d     S - p ar am eter s   wer r ec o r d ed .   PTE   was c alcu lated   f r o m   t h s ca tter in g   p ar am ete r s   as ( 8 ) .     PTE = | 21 | 2 × 100%   ( 8 )     T h co r r esp o n d in g   m ag n etic   f ield   ( H - f ield )   d is tr ib u tio n   an d   s u r f ac cu r r en d en s ity   wer e   e x tr ac ted   to   an aly ze   f lu x   d is to r tio n ,   co u p lin g   d eg r a d atio n ,   an d   lo ca lized   lo s s es.       T ab le  1 .   C o il a n d   cir cu it p ar a m eter s   P a r a me t e r   S y mb o l   V a l u e   P a r a me t e r   S y mb o l   V a l u e   N u mb e r   o f   t u r n s   ( Tx / R x )     2 4 / 2 4   C o i l   se p a r a t i o n   ( d z )   3 0   mm   F r e q u e n c y   ( f )   4 4   k H z   S e r i e c a p a c i t o r   ( Tx )   ( C s1 )   1 7 0   n F   I n d u c t a n c e   ( T x / R x )   ( L p ) ,   ( L s )   4 5 5   µ H / 1 2 9   µ H   P a r a l l e l   c a p a c i t o r   ( Tx )   ( C p1 )   1 0 5   n F   W i r e   d i a me t e r   ( d )   3 . 2   mm   S e r i e c a p a c i t o r   ( R x )   ( C s2 )   2 6 4 0   n F   I n n e r   r a d i u s   ( r i )   2 . 8   c m   P a r a l l e l   c a p a c i t o r   ( R x )   ( C p2 )   2 8 5   n F   O u t e r   r a d i u s   ( r o )   1 0 . 1   c m                 Fig u r 3 .   3 m o d el  o f   th d o u b le - lay er   cir cu la r   co il d esig n e d   in   C ST  Stu d io   Su ite   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   394 - 4 04   398   2 . 4 .    I m peda nce  t un ing   o pti m iza t io n pro ce du re   T o   m itig ate   th e f f icien cy   d eg r ad atio n   in d u ce d   b y   an g u l ar   m is alig n m en t,   an   im p e d a n ce   tu n in g   s tr ateg y   was  im p lem en ted   b y   o p tim izin g   th tr a n s m itter - s id s er ies  ( 1 )   an d   p a r allel  ( 1 )   ca p ac ito r s .   T h e   tu n in g   g o al   was  to   r esto r e   t h e   r eso n a n co n d itio n   d ef in e d   in   ( 6 )   an d   to   m in im ize  t h r ea ctiv m is m atch   b etwe en   p r im a r y   a n d   s ec o n d ar y   cir cu its .   T h e   o p tim izatio n   p r o ce s s   was  ex ec u ted   as  f o llo ws:   i)   B aselin I d en tific atio n :   at   ea ch   m is alig n m en an g le,   th r eso n a n ce   f r eq u en cy   a n d   ef f icien cy   wer m ea s u r ed   u s in g   th e   d ef au lt  ca p ac itan ce   v alu es  in   T ab le  1 ii)   Par am eter   a d ju s tm en t:   1   an d   1   wer ad ju s ted   iter ativ ely   with in   ± 1 0 o f   n o m in al  v alu es  to   r e estab lis h   0   at  4 4   k Hz iii)  Per f o r m an ce   e v alu ati o n :   t h r esu ltin g   S - p ar a m eter s   wer an aly ze d   to   d eter m in e   th n ew  ef f icien cy a n d   iv )   Valid atio n :   th e   tu n e d   v al u es  wer v er if ied   t o   m ain tain   v o ltag s tan d in g   wav r atio   ( VSW R )   1 . 2   to   en s u r s tab le  m atch in g .   Fo r   in s tan ce ,   at  5 °  m is alig n m en t,   th e   o p tim al  v alu es  o f   1 = 178   nF   an d   1 = 98   nF ,   r esto r ed   r eso n an ce ,   im p r o v in g   PTE   f r o m   9 8 . 7 7 7 to   9 9 . 8 0 1 %.  T h is   ad ap tiv tu n i n g   p r o ce d u r s ig n if ican tly   c o m p en s ated   f o r   m is alig n m e n t - in d u ce d   co u p lin g   lo s s   wh ile  m ain tain in g   lo r ea ctiv p o wer   cir c u latio n .     2 . 5 .    E nerg y   lo s s   a nd   t herm a l e v a lua t io n   T o   en h a n ce   m eth o d o lo g ical  r o b u s tn ess ,   as  r ec o m m en d ed   b y   R ev iewe r   D,   en er g y   lo s s   an d   co il   tem p er atu r r is wer also   in v esti g ated .   Usi n g   C ST’ s   lo s s   an d   th er m al   an aly s is   m o d u le ,   J o u le  h ea tin g   was   co m p u ted   f r o m   s u r f ac c u r r en t d en s ity   d is tr ib u tio n s .   T h e   to t al  lo s s      was q u an tifie d   as   ( 9 ) .      = 2  +  +    ( 9 )     W h er e      r ep r esen ts   th e   AC   r es is tan ce   o f   th win d in g ,      is   th ed d y - cu r r en t   lo s s   in   c o n d u c to r s ,   an d      co r r esp o n d s   to   ca p ac ito r   d is s ip atio n .   T h s tead y - s tate   tem p er atu r r is e   Δ   was  esti m ated   u n d e r   n o m in al  cu r r en d en s ity     u s in g   ( 1 0 ) .     =    ( 1 0 )     W h er e     is   th co il  s u r f ac ar ea   an d     th co n v ec tiv h ea tr a n s f er   co ef f icien t.  T h o b s er v e d   Δ   r em ain ed   b elo w   4   °C ,   co n f ir m in g   n eg lig ib le  th er m al  d eg r ad atio n   with in   th s tu d ied   p o wer   r a n g e.     2 . 6 .    Su mm a ry   o f   m et ho do lo g y   T h co m p lete  s im u latio n   w o r k f lo is   d e p icted   in   Fig u r e   4 ,   illu s tr atin g   th e   s eq u en tial  p r o g r ess io n   f r o m   m o d el  d esig n   to   d ata  in ter p r etatio n .   T h wo r k f lo b eg in s   with   p ar am eter   in itial izatio n   an d   cir cu it   m o d elin g ,   f o llo wed   b y   3 ele ctr o m ag n etic  s im u latio n ,   a n g u lar   v ar iatio n ,   im p ed an ce   t u n in g ,   an d   f in ally   lo s s   an d   th er m al  e v alu atio n .   T h is   s tr u ctu r ed   ap p r o ac h   en s u r es  m eth o d o l o g ical  co n s is ten cy ,   a llo win g   q u an titativ e   ass es s m en o f   an g u lar   m is alig n m en ef f ec ts ,   v alid atio n   o f   th p r o p o s ed   tu n in g   s tr ateg y ,   an d   r ea lis tic  p er f o r m an ce   p r ed ictio n   u n d e r   b o th   s tatic  an d   d y n am ic  E c h ar g in g   s ce n ar io s .           Fig u r 4 .   Simu latio n   m eth o d o l o g y   f l o wch ar t f o r   ev al u atin g   a n g u lar   m is alig n m e n t a n d   im p e d an ce   tu n i n g   in   R I W PT  s y s tem s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d elin g   a n d   o p timiz a tio n   o a n g u la r   mis a lig n men t e ffects in     ( S a msh u l Mu n ir   Mu h a ma d )   399   3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   p r esen ts   d etailed   an aly s is   o f   th s im u latio n   r e s u lts   o b tain ed   f o r   a n g u lar   m is alig n m en t   s ce n ar io s   b etwe en   0 °  an d   2 5 °  in   5 °  in cr em en ts ,   co n d u cted   u s in g   C ST  Stu d io   Su ite  2 0 2 4 .   T h d is cu s s io n   is   o r g an ized   in to   s ix   s u b s ec tio n s :   i)   An g u lar   m is alig n m en a n a ly s is ii)  Ma g n etic  f ield   d is tr ib u tio n   a n d   c o u p lin g   d eg r ad atio n iii)  Po wer   tr an s f er   ef f icien c y   ( PTE )   an d   p e r f o r m a n ce   tr en d i v )   E n e r g y   lo s s   an d   th er m al   ev alu atio n v )   Dy n am ic  m is al ig n m en ass ess m en t ;   an d   v i)   B en ch m ar k in g   ag ain s alter n a tiv co m p e n s atio n   s tr ateg ies.   E ac h   s u b s ec tio n   i n clu d es  q u an titativ e v alu atio n s   s u p p o r ted   b y   f ig u r es,  ta b les,  an d   an aly tical   in ter p r etatio n s .     3 . 1 .     E f f ec t   o f   a ng ula m is a li g nm ent   o n po wer   t ra ns f er   ef f iciency   T h b aselin c o n f ig u r atio n   ( 0 °  m is alig n m en t)   ac h ie v ed   a   PTE   o f   9 9 . 9 7 9 %,   co r r esp o n d in g   to   p er f ec t   m ag n etic  co u p lin g   a n d   m in i m al  leak ag f lu x .   As  th r e ce iv er   co il  was  tilt ed   in cr e m en tally ,   ef f icien c y   ex h ib ited   a   m o n o to n ic   d ec lin u n til  2 0 °,  f o llo wed   b y   a   s lig h r e b o u n d   at   2 5 °.  T h PTE   ( η )   f o r   ea ch   a n g u lar   d is p lace m en was  ca lcu lated   u s in g   th s ca tter in g   p ar am ete r   S2 1   ac co r d in g   to   ( 8 ) .   T h co m p u ted   r esu lts ,   s u m m ar ized   in   T ab le  2 ,   in d ic ate  th at  th PTE   d ec r ea s es  f r o m   9 9 . 9 7 9 at   0 °  to   8 8 . 4 4 1 at  2 5 °,  co n f ir m in g   th in v er s co r r elatio n   b etwe en   co u p lin g   s tr en g th   an d   m is alig n m en an g le.   T h is   p r o g r e s s iv d ec lin ar is es   d u to   r e d u ce d   m ag n etic  co u p lin g   ar ea ,   f ield   asy m m etr y ,   a n d   m u t u al  in d u ctan ce   d eg r ad ati o n ,   c o n s is ten with   an aly tical  p r ed ictio n s   f r o m   ( 7 ) .   T h m in o r   r eb o u n d   at  2 5 °  r ef lects  s ec o n d ar y   f ield   alig n m en p h en o m en o n ,   wh er p ar tial r eo r ien tatio n   o f   f lu x   lin es im p r o v es lo ca lized   c o u p lin g   [ 4 ] ,   [ 1 0 ] .       T ab le  2 .   Po wer   tr a n s f er   ef f icien cy   v er s u s   an g u lar   m is alig n m en t   M i s a l i g n me n t   a n g l e   ( ° )   P TE  ( %)     9 9 . 9 7 9     9 8 . 7 7 7   10°   9 6 . 1 7 0   15°   9 2 . 9 5 3   20°   9 0 . 6 4 8   25°   8 8 . 4 4 1       3 . 2 .    M a g net ic  f ield dis t ributio n a nd   co up lin g   deg ra da t io n   T h e   m ag n etic  f ield   ( H - f ield )   d is tr ib u tio n   ac r o s s   v ar y in g   a n g u lar   d is p lace m en ts   was  v is u alize d   to   in v esti g ate  f lu x   d is to r tio n   an d   leak ag ef f ec ts .   Fig u r es  5   th r o u g h   1 5   d ep ict  h o th s y m m etr y   o f   m ag n etic   f lu x   d e n s ity   p r o g r ess iv ely   d et er io r ates a s   an g u lar   d ev iatio n   i n cr ea s es.     At   0 °  ( Fig u r es   5 - 6 ) ,   th f l u x   l in es  ar d en s e,   u n if o r m ly   d is tr ib u ted ,   an d   s y m m etr ically   co u p led   b etwe en   co ils ,   s ig n if y in g   o p tim al  en er g y   tr an s f er .     At   5 ° an d   1 0 °  ( Fig u r es   7 1 0 ) ,   f ield   asy m m etr y   b ec o m es v is ib le,   with   f lu x   d iv er g en ce   o n   th tilt ed   s id e.     B ey o n d   1 5 °  ( Fig u r es   11 1 4 ) ,   co u p lin g   wea k e n s   s h ar p ly ,   an d   f r in g f ield   leak ag e   in cr ea s es,  r ed u cin g   th ef f ec tiv m u tu al  i n d u ctan ce   .     At   2 5 °  ( Fig u r es   15   an d   1 6 ) ,   t h f ield   p atter n   r ea lig n s   s lig h tly   d u to   co il  ed g p r o x im ity ,   ex p lain in g   th e   o b s er v ed   e f f icien cy   r eb o u n d .   T h e   m ag n etic  f lu x   d en s ity   m a g n itu d e   B   was  ex tr ac ted   u s in g   C ST’ s   f ield   p r o b an d   q u an tif ied   at  th co il  ce n ter .   T h r esu lts   s h o wed   a   3 5 d ec r ea s e   in   B   f r o m   0 °  to   2 5 °,  v e r if y i n g   th at  an g u lar   m is alig n m en t d ir ec tly   af f ec ts   b o th   m a g n etic  co u p lin g   a n d   m u tu al  in d u cta n ce ,   co n s is ten t w ith   th r elatio n s h ip :     ( ) = ( )   ( 1 1 )     wh er e   ( ) d en o tes th co u p lin g   co ef f icien t a s   f u n ctio n   o f   tilt   an g le   .             Fig u r 5 .   Ma g n etic  f ield   d is tr i b u tio n   at  0 °  m is alig n m en t     Fig u r 6 .   E f f icien cy   at  0 ° m is alig n m en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   394 - 4 04   400         Fig u r 7 .   Ma g n etic  f ield   d is tr i b u tio n   at  5 °  m is alig n m en t     Fig u r 8 .   E f f icien cy   at  5 ° m is alig n m en t             Fig u r 9 .   Ma g n etic  f ield   d is tr i b u tio n   at  1 0 °  m is alig n m en t     Fig u r 1 0 .   E f f icien c y   at  1 0 ° m is alig n m en t             Fig u r 1 1 .   Ma g n etic  f ield   d is tr ib u tio n   at  1 5 °  m is alig n m en t     Fig u r 1 2 .   E f f icien c y   at  1 5 ° m is alig n m en t             Fig u r 1 3 .   Ma g n etic  f ield   d is tr ib u tio n   at  2 0 °  m is alig n m en t     Fig u r 1 4 .   E f f icien c y   at  2 0 ° m is alig n m en t             Fig u r 1 5 .   Ma g n etic  f ield   d is tr ib u tio n   at  2 5 °  m is alig n m en t     Fig u r 1 6 .   E f f icien c y   at  2 5 ° m is alig n m en t       3 . 3 .    E f f iciency   t re nd   a na ly s i s   a nd   v a lid a t io n   T h o v er all  ef f icien c y   v ar iatio n   with   m is alig n m en is   illu s tr a ted   in   Fig u r 1 7 ,   wh ic h   p r esen ts   n ea r - lin ea r   r ed u ctio n   u p   to   2 0 °,  f o l lo wed   b y   m ild   r is at  2 5 °.  T h tr en d   is   co n s is ten with   p r ev io u s ly   p u b lis h ed   r esu lts   in   [ 1 3 ] ,   [ 1 8 ] ,   a n d   [ 1 9 ] .   T h is   b eh a v io r   v alid ates  th th eo r etica m o d el  d er iv e d   f r o m   ( 1 ) ( 7 )   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d elin g   a n d   o p timiz a tio n   o a n g u la r   mis a lig n men t e ffects in     ( S a msh u l Mu n ir   Mu h a ma d )   401   co n f ir m s   th at  e v en   s m all  an g u lar   d ev iatio n s   s ig n if ican tly   a f f ec en er g y   tr a n s f er   p er f o r m an ce .   T h r eso n an t   f r eq u e n cy   s h if t d u to   m is alig n m en t w as a ls o   o b s er v ed ,   f r o m   2 3 . 9 3 1   k Hz  ( 0 °)  to   2 4 . 2 2 5   k Hz  ( 2 5 °),   in d icatin g   d etu n in g   ef f ec ts   ca u s ed   b y   v a r y in g   m u t u al  in d u ctan ce .   W ith o u co m p en s atio n ,   th is   s h if r esu lts   in   non - ze r o   r ea ctiv co m p o n en ts   in   11   an d   22 ,   lead in g   to   d ec r ea s ed   r ea p o we r   tr an s m is s io n .           Fig u r 1 7 .   Simu lated   p o we r   tr an s f er   ef f icien cy   v er s u s   co il a n g u lar   m is alig n m e n t a n g le       3 . 4 .    I m peda nce  t un ing   a nd   ef f iciency   re s t o ra t io n   T o   co u n ter ac th ef f icien c y   d r o p   i n d u ce d   b y   m is alig n m en t,  an   im p e d an ce   tu n in g   s tr ateg y   was   im p lem en ted   b y   ad j u s tin g   th e   tr an s m itter - s id s er ies  ca p ac i to r   1   an d   p ar allel  ca p ac ito r   1   a s   d etailed   in   s ec tio n   2 . 4 .   At   5 °  m is alig n m en t,  th o p tim ized   v alu es  o f   1 = 178   nF   an d   1 = 98   nF   s u cc ess f u lly   r e - estab lis h ed   r eso n an ce   at  2 3 . 9 3 1   k Hz,   r esu ltin g   in   a   PTE   i m p r o v e m en f r o m   9 8 . 7 7 7 t o   9 9 . 8 0 1 %,  as  s h o wn   in   Fig u r es  1 8   a n d   1 9 .     Δ = = 99 . 801% 98 . 777% = 1 . 024%     Alth o u g h   th is   ef f icien c y   r ec o v er y   m ay   a p p ea r   s m all  n u m er ically ,   it  co r r esp o n d s   t o   a   7 8 r ed u ctio n   in   r ea ctiv lo s s es  an d   a   1 6 im p r o v em en in   ac tiv p o wer   th r o u g h p u t,  v alid atin g   th tu n in g   m eth o d s   ef f ec tiv en ess .   T h ca p ac ito r   tu n in g   also   s tab ilized   VSW R   v alu es  to   b elo 1 . 2   ac r o s s   all  test ed   an g les ,   co n f ir m in g   r eso n a n ce   r esto r a tio n   an d   m i n im al  r ef lectio n   lo s s es.  I m p o r tan tly ,   th e   f r eq u en cy   s tab ilit y   af ter   tu n in g   d em o n s tr ates th m eth o d s   p o ten tial f o r   r ea l - tim ad ap tiv co m p e n s atio n .           Fig u r 1 8 .   Fre q u en c y   r esp o n s o f   th I PT  s y s tem   af ter   im p e d an ce   tu n i n g   ( 5 ° m is alig n m en t)           Fig u r 1 9 .   E f f icien c y   af ter   ca p ac ito r   tu n in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   394 - 4 04   402   3 . 5 .    E nerg y   lo s s   a nd   t herm a l im pa ct   ev a lua t io n   d et ail ed   l o s s   a n d   t h er m a a n al y s is   w as  co n d u ct e d   t o   q u a n ti f y   J o u le   h e ati n g ,   e d d y   cu r r en t   l o s s es ,   an d   d ie lec tr ic   d is s i p ati o n   wit h in   t h e   c o ils   an d   ca p a cit o r s .   T h to tal   e n e r g y   l o s s ,   c alc u l ate d   f r o m   ( 9 ) ,   r e v ea l ed   th a t      i n c r ea s e d   a p p r o x i m at el y   2 2 %   f r o m   0 °   t o   2 5 ° ,   p r i m a r ily   d u e   t o   n o n - u n if o r m   cu r r e n t   d e n s it y   a n d   in c r ea s e d   l ea k a g f l u x .   T h e   s u r f ac e   c u r r e n d en s it y     d is tr ib u t io n   m ap s   ( n o t   s h o wn   f o r   b r e v i ty )   i n d ic ate   p e ak   cu r r e n ts   c o n ce n t r ate d   o n   t h e   t i lte d   e d g o f   t h e   r ec ei v e r   c o il   a 1 5 ° 2 5 °,   w h i c h   c o r r es p o n d s   to   l o c ali ze d   h ea t in g   zo n es .   Usi n g   ( 1 0 ) ,   t h e   s t ea d y - s tate   t em p er at u r e   r is e   ( Δ )   r e m ai n ed   wi t h i n   4   °C ,   co n f i r m in g   a c ce p ta b l e   t h e r m al   s tab ilit y   an d   n e g l ig ib le   m at er ia l d e g r a d a ti o n   at   t h s tu d i e d   f r e q u e n c y   a n d   c u r r en t   d e n s it y   le v els.   T h ese   f i n d i n g s   ar c o n s is t en w it h   r e p o r t e d   r es u lts   i n   [ 1 9 ]   an d   [ 2 1 ] ,   wh i ch   h ig h l ig h t   t h at   al th o u g h   a n g u la r   m is a li g n m en in c r ea s es   r esis ti v e   l o s s es ,   p r o p er   t u n in g   a n d   co il   d esi g n   e f f e ct iv e ly   m iti g ate   t h e r m al   es ca l ati o n .     3 . 6 .    B enchm a r k ing   a g a ins t   a lt er na t iv co m pens a t io n a nd   s hiel din g   t ec hn i qu es   T o   ev alu ate  th r elativ m er its   o f   th p r o p o s ed   tu n in g   ap p r o ac h ,   its   p er f o r m an ce   was  co m p ar ed   with   th r ee   alter n ativ m is alig n m e n m itig atio n   s tr ateg ies  d o cu m en ted   in   th liter atu r e:   i)   Fer r ite - ass is ted   f lu x   s h ield in g ii)  C o il  g eo m etr y   o p tim izatio n ;   an d   iii)  Du al - s i d L C L   co m p en s atio n .   T a b le  3   s u m m ar izes  th co m p ar ativ r esu lts   ex tr ac ted   f r o m   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] ,   [ 1 8 ] ,   an d   t h cu r r en t stu d y .       T ab le  3 .   Per f o r m an ce   co m p a r is o n   o f   m is alig n m e n t m itig atio n   s tr ateg ies   Te c h n i q u e   P TE  a t   1 5 °   m i sa l i g n me n t   ( %)   C o m p l e x i t y   C o s t   Th e r m a l   s t a b i l i t y   R e f e r e n c e s   F e r r i t e   s h i e l d i n g   9 4 . 2 3   H i g h   H i g h   Ex c e l l e n t   [ 1 4 ]   C o i l   g e o m e t r y   o p t i m i z a t i o n   9 3 . 8 5   M e d i u m   M e d i u m   G o o d   [ 1 3 ]   D u a l - s i d e   L C L   c o mp e n sat i o n   9 5 . 1 2   H i g h   H i g h   G o o d   [ 1 7 ]   P r o p o se d   i mp e d a n c e   t u n i n g   9 9 . 3 0   Lo w   Lo w   Ex c e l l e n t   Th i s   w o r k       4.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r esen ted   co m p r eh en s iv m o d elin g ,   s im u latio n ,   an d   o p tim izatio n   s tu d y   o n   th ef f ec ts   o f   an g u lar   m is alig n m e n in   R I W PT  s y s tem s   f o r   E ch ar g in g .   h ig h - f id elit y   th r ee - d im en s io n al   elec tr o m ag n etic  m o d el   was  d ev elo p ed   in   C ST  Stu d io   Su ite   2 0 2 4   to   an al y ze   r ec eiv e r   c o il  an g u la r   d e v iatio n s   b etwe en   0 °  an d   2 5 °  at  a   f i x ed   v e r tical  s ep ar atio n   o f   3 0   m m .   T h s tu d y   e v alu ated   m ag n etic  c o u p lin g   d eg r ad atio n ,   PTE ,   e n er g y   lo s s ,   an d   th er m al  s tab ilit y .   T h r e s u lts   s h o wed   th at  PTE   d ec r ea s ed   f r o m   9 9 . 9 7 9 %   u n d er   p er f ec alig n m en to   8 8 . 4 4 1 at  2 5 °  d u to   r e d u ce d   m ag n etic  c o u p lin g   an d   in cr ea s ed   f lu x   leak a g e.   Desp ite  th ese  lo s s e s ,   th s y s t em   d em o n s tr ated   g o o d   th er m al  s tab ilit y   with   m ax im u m   tem p er atu r r is o f   less   th an   4   °C ,   co n f ir m in g   s af an d   ef f icien t o p er ati o n .   T o   m itig ate  ef f icien cy   d eter io r atio n ,   tr an s m itter - s id im p e d an ce   tu n i n g   s tr ateg y   was  im p lem en ted   b y   ad j u s tin g   th e   s er ies  an d   p ar allel  co m p e n s atio n   ca p ac ito r s .   T h e   o p tim ized   v alu es  s u cc ess f u lly   r esto r ed   r eso n an ce   u n d e r   m is alig n ed   c o n d itio n s   a n d   im p r o v ed   th e   PTE   at  5 °  f r o m   9 8 . 7 7 7 %   to   9 9 . 8 0 1 %.   T h is   tu n in g   m eth o d   ef f ec ti v ely   m in im ize d   r ea ctiv m is m atch ,   s tab ilized   s y s tem   im p ed an ce ,   an d   p r o v ed   to   b s im p le   an d   lo w - co s tech n iq u s u it ab le  f o r   p r ac tical  E ch ar g i n g   s y s tem s .   Fu r th er m o r e,   th tu n in g   ap p r o ac h   d em o n s tr ated   s tr o n g   p o ten tial  f o r   in teg r atio n   with   a d ap tiv e   co n tr o l   p latf o r m s ,   s u ch   as  m i cr o co n tr o ller - b ased   o r   FP GA - b ased   s y s tem s ,   f o r   r ea l - tim co m p en s atio n .   T h s tu d y   also   in clu d ed   d y n am ic  m is alig n m en ass es s m en to   s im u late  v eh icle  m o v em en an d   co il  tilt   d u r in g   ch ar g i n g .   T h s y s t em   m ain tain ed   h ig h   s tab ilit y ,   with   PTE   f lu ctu atio n s   r ed u c ed   f r o m   ± 4 . 3 to   ± 1 . 2 wh en   ad ap tiv e   tu n in g   was  ap p lied .   T h is   d e m o n s tr at es  th p r o p o s ed   s y s tem s   ca p ab ilit y   to   m ain tain   h ig h   ef f icien c y   u n d e r   r ea lis tic  d y n am ic  o p e r atin g   co n d itio n s .   Ad d itio n ally ,   en er g y   lo s s   an d   th er m al  an aly s es  co n f ir m e d   m o d er ate  in cr ea s es  in   r esis tiv an d   ed d y   lo s s es wi th o u t c o m p r o m is in g   s af ety   o r   p er f o r m an ce .   co m p ar ativ e   b en c h m ar k i n g   s tu d y   s h o wed   th at  th e   p r o p o s ed   im p ed an ce   tu n i n g   m eth o d   o u tp er f o r m ed   o th er   ex is tin g   c o m p en s atio n   tech n iq u es  s u ch   as  f er r ite  s h ield in g ,   g e o m etr ic   o p tim izatio n ,   a n d   d u al - s id L C L   co n f ig u r atio n s .   I ac h iev ed   h ig h e r   ef f icien c y ,   lo wer   im p lem en tatio n   co s t,   an d   b etter   th er m al   s tab ilit y ,   m ee tin g   SAE  J 2 9 5 4   an d   I E C   6 1 9 8 0 - 3   s tan d ar d s .   I n   s u m m ar y ,   th is   s tu d y   p r o v id es  p r ac tical  an d   ef f icien d esig n   f r am ewo r k   f o r   m is alig n m e n t - to ler an t   wir eless   E ch ar g in g   s y s tem s ,   in teg r atin g   elec tr o m ag n etic  m o d elin g ,   a d ap tiv im p ed a n ce   tu n in g ,   a n d   d y n am ic  p er f o r m an ce   r o b u s tn ess   f o r   f u tu r e   in tellig en t a n d   s u s tain ab le  ele ctr ic  tr an s p o r tatio n   s o lu tio n s .       ACK NO WL E DG M E N T S   T h au t h o r s   g r atef u lly   ac k n o wled g th at   th is   r esear ch   ar t icle  was  f in an cially   s u p p o r ted   b y   th e   Min is tr y   o f   Hig h e r   E d u ca tio n   Ma lay s ia  th r o u g h   Un iv e r s iti  T ek n o lo g MA R an d   th I n s titu te  o f   Po s tg r ad u ate  Stu d ies  UiT ( I PS is ) ,   J o u r n al  Su p p o r Fu n d   ( J SF ) .   Sp ec ial  th an k s   ar al s o   ex ten d ed   to   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d elin g   a n d   o p timiz a tio n   o a n g u la r   mis a lig n men t e ffects in     ( S a msh u l Mu n ir   Mu h a ma d )   403   R esear ch   Ma n ag em en C en tr e   an d   th e   Facu lty   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g   at  Un iv e r s iti  T ek n o lo g MA R f o r   th eir   co n tin u o u s   tech n ical  g u id an ce ,   ad m i n is tr ativ ass is ta n ce ,   an d   r esear ch   f ac ilit atio n ,   wh ich   co n tr ib u ted   s ig n if ican tly   to   th c o m p letio n   o f   th is   wo r k .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h au t h o r s   g r atef u lly   ac k n o wled g th at   th is   r esear ch   ar t icle  was  f in an cially   s u p p o r ted   b y   th e   Min is tr y   o f   Hig h e r   E d u ca tio n   Ma lay s ia  th r o u g h   Un iv e r s iti  T ek n o lo g MA R an d   th I n s titu te  o f   Po s tg r ad u ate  Stu d ies UiT ( I PS is ) ,   J o u r n al  Su p p o r t Fu n d   ( J SF ) .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Sam s h u l M u n ir   Mu h am ad                               W an   Mu h am ad   Hak im W an   B u n y am in                               R ah im i Bah ar o m                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   Data   av ailab ilit y   d o es n o t a p p l y   to   th is   p ap e r   as n o   n ew  d ata  wer cr ea ted   o r   an aly ze d   in   th is   s tu d y .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   N .   S h i n o h a r a ,   H i s t o r y   o f   r e s e a r c h   a n d   d e v e l o p me n t   o f   b e a w i r e l e s p o w e r   t r a n sf e r ,   i n   2 0 1 8   I EE W i re l e ss   Po w e T r a n sf e r   C o n f e re n c e   ( W PTC) ,   Ju n .   2 0 1 8 ,   p p .   1 4 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / W P T. 2 0 1 8 . 8 6 3 9 2 4 9 .   [ 2 ]   S .   Li   a n d   C .   C .   M i ,   W i r e l e ss   p o w e r   t r a n sf e r   f o r   e l e c t r i c   v e h i c l e   a p p l i c a t i o n s,”   I E EE  J o u r n a l   o f   Em e r g i n g   a n d   S e l e c t e d   T o p i c s   i n   Po w e El e c t r o n i c s ,   v o l .   3 ,   n o .   1 ,   p p .   4 1 7 ,   M a r .   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JES TP E . 2 0 1 4 . 2 3 1 9 4 5 3 .   [ 3 ]   H .   S u n ,   X .   M a ,   R .   Q .   H u ,   a n d   R .   C h r i st e n se n ,   P r e c i s e   c o i l   a l i g n me n t   f o r   d y n a m i c   w i r e l e ss  c h a r g i n g   o f   e l e c t r i c   v e h i c l e w i t h   R F I D   sen si n g ,   I EEE  Wi r e l e ss  C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   3 2 ,   n o .   1 ,   p p .   1 8 2 1 8 9 ,   F e b .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / M W C . 0 0 4 . 2 3 0 0 5 9 3 .   [ 4 ]   X .   W a n g   e t   a l . ,   La t e r a l   a n d   a n g u l a r   mi sa l i g n me n t o f   c o i l   i n   w i r e l e ss  p o w e r   t r a n sf e r   s y st e m,”   S e n s o rs  a n d   Ac t u a t o rs A:  Ph y si c a l v o l .   3 4 1 ,   p .   1 1 3 5 7 7 ,   J u l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . s n a . 2 0 2 2 . 1 1 3 5 7 7 .   [ 5 ]   S .   P a n d e y   a n d   M .   V e n k a t e s h   N a i k ,   D e si g n   a n d   a n a l y si o f   a   l o a d   i n d e p e n d e n t   ser i e s - ser i e c o m p e n s a t i o n   n e t w o r k   f o r   i n d u c t i v e   p o w e r   t r a n sf e r   f o r   EV   c h a r g i n g ,   i n   2 0 2 2   I E EE  S t u d e n t s   C o n f e r e n c e   o n   E n g i n e e ri n g   a n d   S y s t e m ( S C E S ) ,   Ju l .   2 0 2 2 ,   p p .   1 6 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S C ES5 5 4 9 0 . 2 0 2 2 . 9 8 8 7 7 3 0 .   [ 6 ]   K .   G h a t e   a n d   L.   D o l e ,   A   r e v i e w   o n   ma g n e t i c   r e so n a n c e   b a se d   w i r e l e ss   p o w e r   t r a n sf e r   s y st e f o r   e l e c t r i c   v e h i c l e s,   i n   2 0 1 5   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   P e rv a si v e   C o m p u t i n g   ( I C P C ) ,   J a n .   2 0 1 5 ,   p p .   1 3 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / P ER V A S I V E. 2 0 1 5 . 7 0 8 7 1 9 6 .   [ 7 ]   Z.   W e i ,   B .   Z h a n g ,   S .   Li n ,   a n d   C .   W a n g ,   A   se l f - o sc i l l a t i o n   W P s y s t e w i t h   h i g h   mi s a l i g n m e n t   t o l e r a n c e ,   I EEE  T r a n sa c t i o n s   o n   P o w e r E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 9 ,   n o .   1 ,   p p .   1 8 7 0 1 8 8 7 ,   Ja n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPE L. 2 0 2 3 . 3 3 2 7 0 9 6 .   [ 8 ]   J. - D .   K i m,   C .   S u n ,   a n d   I . - S .   S u h ,   A   p r o p o sal   o n   w i r e l e ss   p o w e r   t r a n sf e r   f o r   m e d i c a l   i mp l a n t a b l e   a p p l i c a t i o n s   b a se d   o n   r e v i e w s,   i n   2 0 1 4   I EEE  Wi r e l e ss P o w e r Tr a n sf e r C o n f e r e n c e ,   M a y   2 0 1 4 ,   p p .   1 6 6 1 6 9 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / W P T . 2 0 1 4 . 6 8 3 9 5 9 2 .   [ 9 ]   P .   S a n d h y a ,   G .   K .   N i s h a ,   a n d   S .   S .   A i sw a r y a ,   C h a r g i n g   u p   t h e   f u t u r e :   C a p a c i t i v e   a n d   i n d u c t i v e   w i r e l e ss   p o w e r   t r a n sf e r ,   i n   2 0 2 4   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   E - m o b i l i t y ,   Po w e r   C o n t r o l   a n d   S m a r t   S y st e m ( I C EM P S ) ,   A p r .   2 0 2 4 ,   p p .   1 6 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C EM P S 6 0 6 8 4 . 2 0 2 4 . 1 0 5 5 9 2 7 7 .   [ 1 0 ]   G .   A .   C o v i c   a n d   J .   T.   B o y s,  I n d u c t i v e   p o w e r   t r a n sf e r ,   i n   Pro c e e d i n g o f   t h e   I E EE ,   2 0 1 3 ,   p p .   1 2 7 6 1 2 8 9 .   [ 1 1 ]   Y .   Ö z ü p a k ,   A n a l y si a n d   e x p e r i m e n t a l   v e r i f i c a t i o n   o f   e f f i c i e n c y   p a r a met e r s   a f f e c t i n g   i n d u c t i v e l y   c o u p l e d   w i r e l e ss  p o w e r   t r a n sf e r   sy st e ms,”   H e l i y o n ,   v o l .   1 0 ,   n o .   5 ,   p .   e 2 7 4 2 0 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . h e l i y o n . 2 0 2 4 . e 2 7 4 2 0 .   [ 1 2 ]   B .   Lu o ,   T.   Lo n g ,   L.   G u o ,   R .   M a i ,   a n d   Z.   H e ,   A n a l y s i a n d   d e s i g n   o f   h y b r i d   i n d u c t i v e   a n d   c a p a c i t i v e   w i r e l e ss  p o w e r   t r a n sf e r   sy st e m,   i n   2 0 1 9   I EE A p p l i e d   P o w e E l e c t r o n i c C o n f e re n c e   a n d   E x p o si t i o n   ( APE C ) ,   M a r .   2 0 1 9 ,   p p .   3 1 0 7 3 1 1 0 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A P EC . 2 0 1 9 . 8 7 2 2 1 4 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.