Rezonátor láncon alapuló nagytávolságú vezeték nélküli energiaátvitel

Az utóbbi években a vezeték nélküli elektromos energiaátviteli módszerek jelentős fejlődésen mentek keresztül. Ennek során a már korábban jelenlévő, tisztán induktív elven működő megoldások felől a rezonanciát kihasználó konfigurációk kutatása felé tolódott a hangsúly.

Utóbbi esetben a rendszer rezonátor elemei tipikusan tekercsek. Ezek, a gerjesztés és a lezárások együtt alkotnak egy WPT (Wireless Power Transfer) láncot. Az ilyen, vezeték nélküli energiaátvitel esetében a mobilitás kérdése kulcsfontosságú, melynek egyik fő paramétere a hatótávolság. A jelenlegi rendszerekben elmondható, hogy kb. a rezonátorok méretének néhányszorosa az a távolság, amin belül hasznosítható mértékű energiatranszportra számíthatunk. Kézenfekvő tehát a kérdés, miszerint hogyan lehetséges ezen távolság növelése úgy, hogy a rezonátorok mérete ne növekedjen.

Erre egy megoldás, hogy az adó- és vételi oldalak közé egy (vagy akár több) újabb rezonátort helyezünk. Ezeket ismétlőknek (repeater) nevezik.

A dolgozat fő célja az ilyen, ismétlőkkel kiegészített láncok vizsgálata. Különös tekintettel a hatótávolságra, valamint a betáplált energia eloszlásának és az impedancia viszonyoknak a megváltozására.

Az elektromágneses modellezést alapvetően a Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszéken korábban kidolgozott integrálegyenlet-módszerre támaszkodva végezzük, azonban azt az ismétlőkön túl számos vonatkozásban kiterjesztjük és továbbfejlesztjük.

A lezárások hagyományosan induktívan csatlakoznak a WPT rendszerhez, amely impedancia illesztés tekintetében előnyös. A dolgozatban emellett az ún. autotranszformátoros csatolási módszert is vizsgáljuk, mely újdonságnak számít WPT rendszerek esetében. Ennek során a lezárások galvanikusan csatlakoznak a rezonátorok néhány menetéhez. Ilyen módon anyagot takaríthatunk meg, miközben az illesztési képességet nem veszítjük el, hiszen a módszer helix antennák esetében szintén használatos.

Nyilvánvaló, hogy egy jól működő WPT rendszer nem létezhet aktív elektronika nélkül. Értjük ezalatt pl. a rendszer számára megfelelő generátort vagy a visszacsatolt impedancia illesztő áramkört. Ezek elkészítése hálózat tervezési feladat, amely viszont nem működhet anélkül, hogy tudnánk, mi zajlik az elektromágneses térben. A Tanszéken készülő program erre a feladatra is hivatott: a térelméleti modellből megkapható kétkapu paraméterek már egyszerűen beilleszthetőek akármelyik áramkör tervező programba. Ezáltal a hálózat szintézis és a térelmélet összefonódik.

Mindezek mellett a dolgozat fontos célja, hogy az eddig kevéssé elterjedt rezonáns vezeték nélküli energiaátviteli rendszerben fellépő jelenségeket szemléletesen és jól érthető formában bemutassa. Ennek legfőbb eszköze a hatásos teljesítmény áramlásának felvázolása különböző konfigurációk esetén.

szerző

• 
  Bálint Botond
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulensek

• 
  Dr. Pávó József
  egyetemi tanár, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
• 
  Dr. Bilicz Sándor
  docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

helyezés