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Physical-layer security and efficiency in wireless power transfer: a simulation-based comparative study of self-resonant coil geometries

dc.contributor.advisorWang, Qingsong
dc.contributor.advisorGuerrero Vargas, José Alejandro
dc.creatorMontoya Quintero, Julieta
dc.creator.degreeProfesional en Matemáticas Aplicadas y Ciencias de la Computación
dc.creator.degreeLevelPregrado
dc.date.accessioned2026-06-30T13:35:49Z
dc.date.available2026-06-30T13:35:49Z
dc.date.created2026-06-19
dc.descriptionLa transferencia inalámbrica de potencia, conocida como Wireless Power Transfer (WPT), permite transmitir energía eléctrica sin contacto físico directo entre una fuente transmisora y una carga receptora. En los sistemas inductivos resonantes, esta transferencia se produce principalmente mediante acoplamiento magnético entre bobinas que operan en condiciones de resonancia similares. Por esta razón, el desempeño del sistema depende de variables electromagnéticas como la inductancia, la resistencia, el coeficiente de acoplamiento, la frecuencia de resonancia y el factor de calidad. Dentro de este contexto, las bobinas auto-resonantes representan una alternativa relevante, ya que su propia geometría contribuye a definir tanto el comportamiento inductivo como los efectos capacitivos distribuidos del sistema. En consecuencia, la forma de la bobina no solo influye en la eficiencia de transferencia de potencia, sino también en la distribución espacial del campo magnético, la sensibilidad ante desalineamientos, la fuga de campo y la interacción con receptores no deseados. Por ello, el estudio comparativo de diferentes geometrías de bobinas, como circular, octagonal y figura-8, permite evaluar la interrelación existentes entre eficiencia, robustez y seguridad electromagnética. Para abordar este problema, las simulaciones electromagnéticas constituyen una herramienta fundamental, ya que permiten modelar el comportamiento de los campos, extraer variables eléctricas y generar conjuntos de datos bajo condiciones controladas. Estos datos pueden ser procesados mediante métodos estadísticos y numéricos, como regresión, análisis de varianza, interpolación, integración numérica y análisis multiobjetivo, con el fin de obtener indicadores comparables y cuantificar el balance entre desempeño energético y seguridad en capa física.
dc.description.abstractWireless Power Transfer (WPT) enables the transmission of electrical energy without direct physical contact between a power source and a receiving load. In resonant inductive systems, energy transfer mainly occurs through magnetic coupling between coils operating under similar resonant conditions. Therefore, system performance depends on electromagnetic parameters such as inductance, resistance, coupling coefficient, resonant frequency, and quality factor. In this context, self-resonant coils are relevant because their geometry contributes to both the inductive behavior and the distributed capacitive effects of the system. As a result, coil shape affects not only power transfer efficiency but also magnetic field distribution, sensitivity to receiver misalignment, field leakage, and interaction with unintended receivers. For this reason, the comparative study of different coil geometries, such as circular, octagonal, and figure-8 configurations, makes it possible to evaluate the trade-offs between efficiency, robustness, and electromagnetic security. Electromagnetic simulation is a fundamental tool for this type of analysis because it allows the behavior of magnetic fields to be modeled, electrical variables to be extracted, and structured datasets to be generated under controlled conditions. These datasets can then be processed using statistical and numerical methods, including regression, analysis of variance, interpolation, numerical integration, and multi-objective analysis, in order to obtain comparable indicators and quantify the balance between energy performance and physical-layer security.
dc.description.sponsorshipÉcole de technologie supérieure
dc.format.extent28 pp
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.48713/10336_47988
dc.identifier.urihttps://repository.urosario.edu.co/handle/10336/47988
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidad del Rosario
dc.publisher.departmentEscuela de Ciencias e Ingeniería
dc.publisher.programPrograma de Matemáticas Aplicadas y Ciencias de la Computación - MACC
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.accesRightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accesoAbierto (Texto Completo)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.source.bibliographicCitationANSYS Inc., ANSYS Maxwell Documentation. Canonsburg, PA, USA. Available: https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-maxwell
dc.source.bibliographicCitationÉcole de technologie supérieure (ÉTS), “About ÉTS.” Available: https://www.etsmtl.ca/en/about-ets. Accessed: May 6, 2026
dc.source.bibliographicCitationM. Mohammad et al., “Magnetic Shield Design for Double-D Coil-Based Wireless Power Transfer Systems,” 2022
dc.source.bibliographicCitationPower Electronics and Industrial Control Research Group (GRÉPCI), “Research Areas and Objectives,” École de technologie supérieure (ÉTS). Available: https://www.etsmtl.ca/en/research/research-units/research-laboratories-groups-centres/greepci. Accessed: May 6, 2026.
dc.source.bibliographicCitationQ. Liu, K. Y. Michael, H. Tang, and J. Wang, “Safe and Secure Wireless Power Transfer Networks,” IEEE Wireless Communications, vol. 23, no. 2, pp. 74–81, Apr. 2016
dc.source.bibliographicCitationX. Zhang et al., “Performance Study of Eight-Figure Coils in Wireless Power Transfer System,” in 2019 IEEE Symposium on Product Compliance Engineering Asia (ISPCE-CN), 2019
dc.source.bibliographicCitationZ. Bi, T. Kan, C. C. Mi, Y. Zhang, Z. Zhao, and G. A. Keoleian, “A Review of Wireless Power Transfer for Electric Vehicles: Prospects to Enhance Sustainable Mobility,” Applied Energy, vol. 179, pp. 413–425, Oct. 2016
dc.source.bibliographicCitationS. Li and C. C. Mi, “Wireless Power Transfer for Electric Vehicle Applications,” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 3, no. 1, pp. 4–17, Mar. 2015
dc.source.instnameinstname:Universidad del Rosario
dc.source.reponamereponame:Repositorio Institucional EdocUR
dc.subjectTransferencia de energia inhalambrica
dc.subjectSeguridad en la capa fisica
dc.subjectAcoplamiento magnético
dc.subjectBobinas auto-resonantes
dc.subjectFigura-8
dc.subjectFuga de campo magnético
dc.subjectSimulación electromagnética
dc.subjectAnálisis multiobjetivo
dc.subject.keywordWireless power transfer WPT
dc.subject.keywordResonant inductive coupling
dc.subject.keywordFigure-8 coil
dc.subject.keywordPhysical-layer security
dc.subject.keywordMagnetic field leakage
dc.subject.keywordMulti-objective analysis
dc.subject.keywordSelf-resonant coils
dc.titlePhysical-layer security and efficiency in wireless power transfer: a simulation-based comparative study of self-resonant coil geometries
dc.title.TranslatedTitleSeguridad en capa física y eficiencia en transferencia inalámbrica de energía: estudio comparativo basado en simulación de geometrías de bobinas auto-resonantes
dc.typebachelorThesis
dc.type.hasVersioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.type.spaTrabajo de grado
local.department.reportEscuela de Ciencias e Ingeniería
local.regionesBogotá
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