Новый подход к беспроводной передаче энергии
Автор: Фэди Мишрики
Перевод с английского: Логинов В.А.
Источник: http://www.sensorsmag.com/networking-communications/approach-wireless-power-transfer-6538. Также Вы можете просмотреть английский вариант этой статьи в моей библиотеке
Беспроводное питание обеспечивает большую гибкость конструирования
В прошлом проектировщики и инженеры столкнулись со сложностями насчёт энергии: непрерывность энергоснабжения, перезарядка батарей, оптимизация расположения датчиков, а также работа с перемещающимися и вращающимися узлами. И хотя эти проблемы остаются, возникновение новым потребности от возросшего объёма использования мобильных устройств, а также работы в грязной либо влажной среде, означает, что проектировщики в новых способах передачи энергии оборудованию.
Оборудование, созданное для секторов промышленности, часто должно быть спроектировано таким образом, чтобы надёжно работать во влажной и загрязнённой среде. Примером могут служить роботизированные руки либо вращающиеся узлы, которые должны быть способны двигаться на все 360 градусов, как те, с которыми мы сталкиваемся в конструировании деталей машин и воздушных турбин. Часто подвод энергии к таким вращающимся частям зависит от механический скользящих контактов, которые страдают от падения производительности, износа и прерывистых подключений, что требует частого обслуживания, или же ограничения подвижности.
Возможно также, что промышленная сборка или технологические линии подразумевают поток предметов и используют датчики для слежения за этими объектами с разных точек по ходу процесса сборки. Часто датчики установлены в сложных, труднодоступных местах, или функционируют неблагоприятных условиях. И вместо выполнения сложного проводного монтажа каждого датчика, можно питать устройства беспроводно, что упрощает установку, обслуживание и замену последних.
Подвод питания в труднодоступные места
Общепринятым способом подвода питания к вращающимся частям промышленного оборудования является использовании механических скользящих контактов. К несчастью, скользящие контакты являются проблемными с точки зрения надёжности, что влечет за собой простой оборудования и текущие затраты на обслуживание.
Для сборки либо технологических линий инженеры могут вести разработку, основываясь на скользящих контактах. Тем не менее, из-за стоимости укладки кабеля, клемм и изменений потребления напряжений и токов, они могут рассчитывать на систему, использующую аккумуляторные батареи. В таких системах главным вопросом является уже не электроснабжение, а перезарядка и замена батарей. Радиопередача или заряженная конденсаторная система могли бы действовать при очень малом энергопотреблении, но если датчику необходимо более 50 мА, это уже становится проблемой.
Однако сегодня разработчики устройств имеют другой выбора: беспроводная передача энергии.
Третье поколение беспроводной энергии
PowerbyProxi разработала беспроводную 3G систему доставки энергии. Предыдущие поколения беспроводной энерготехнологии остовывались на разделенных трансформаторах, состоящих из двух половин: входная сторона (первичная) и выходная сторона (вторичная). При этом электрическая энергия, подведенная в первичной стороне, преобразуется в электромагнитное поле, индуцирующее ток во вторичной стороне, которая уже питает нагрузку. Существенным отличием разработки PowerbyProxi от беспроводных технологий ранних поколений, является то, что система PowerbyProxi предлагает высокую производительность устройств, относительно свободно связываемых сквозь воздушный промежуток и неметаллический материал.
Обычные системы передачи энергии при помощи индуктивной связи (inductively coupled power transfer, ICPT) типично достигают КПД до 50%. И это даже в тех случаях, когда расстояние между катушками сведено к минимуму, положение закреплено, или катушки точно настроены. Такая стесненность, да еще и проблемы с нагреванием и надежностью из-за свойственной данной системе производительности, компенсируют предоставляемые системой ICPT преимущества.
PowerbyProxi применяет другой подход к беспроводному питанию – это технология ProxyWave (на рисунке показана демонстрационная модель). В этой технологии используются катушки для передачи и приёма энергии между энергопередатчиком (PTx) и энергоприёмником (PRx). Данные катушки подобны антеннам, применяемым в радиовещании. Для возбуждения передающей катушки может использоваться преобразователь, включенный в сеть общественного электроснабжения, автомобильный аккумулятор и другие источники. Поток энергии, принятый приёмником регулируется с помощью энергоконтроллера ProxiWave в зависимости от конкретных потребностей питаемого устройства.
Для максимализации силы сигнала, радиоантенны должны быть настроены, поэтому система ProxiWave настроена на поддержание высокоэффективной передачи энергии даже при меняющейся нагрузке. Ядро PowerProxi — патентованная технология динамического контроля гармонизации (dynamic harmonization control, DHC), которая даёт значительные преимущества среди подобных решений тем, что динамически изменяет частоту в зависимости от изменения нагрузки и окружающей обстановки. DHC достигает большего КПД энергопередачи и позволяет уменьшить размеры приёмника, в то время как производимые им помехи несущественны, а диапазон передачи расширяется.
В большинстве случаев, например при использовании скользящих контактов, технология ProxyWave достигла ведущего в промышленности уровня производительности – 90%. Это особенно подходит для различных условий, когда необходимое количество энергии изменяется в зависимости от питаемого устройства.