Thiết kế hệ thống truyền năng lượng không dây sử dụng anten thu phát có hình dạng linh hoạt

Công nghệ cốt lõi

Hệ thống truyền năng lượng không dây cộng hưởng từ với các cuộn dây có thể uốn cong được nhóm nghiên cứu thiết kế, chế tạo và đo kiểm ở tần số 6,78 MHz. Kết quả cho thấy hướng uốn của cuộn cộng hưởng làm hiệu suất thay đổi rõ rệt: uốn vào trong giúp hiệu suất tăng, còn uốn ra ngoài khiến hiệu suất giảm.

Khi cuộn dây không còn nằm trên một mặt phẳng

Nguyên mẫu thử nghiệm

Trong truyền năng lượng không dây, hình dạng và vị trí các cuộn dây ảnh hưởng đến mức ghép từ giữa bộ phát và bộ thu. Với thiết bị có bề mặt cong hoặc không phẳng, một cấu trúc chỉ phù hợp với hình học cố định có thể khó bố trí. Đề tài khảo sát một hướng tiếp cận là dùng anten thu phát có hình dạng linh hoạt và đo ảnh hưởng của việc uốn cuộn cộng hưởng đến hiệu suất hệ thống.

Từ mô hình bốn cuộn dây đến phép đo

Nhóm xây dựng hệ thống truyền năng lượng không dây cộng hưởng từ (MR-WPT) gồm bốn cuộn dây: bộ phát, cuộn cộng hưởng phía phát, cuộn cộng hưởng phía thu và bộ thu. Báo cáo trình bày mô phỏng hệ thống bằng phần mềm CST, sau đó chế tạo mô hình và bố trí phép đo với khoảng cách 20 cm giữa bộ phát và bộ thu. Hệ thống được khảo sát quanh tần số 6,78 MHz.

Mô hình hệ thống

Trong phép đo, nhóm thay đổi góc uốn của cuộn cộng hưởng theo hai hướng: uốn vào trong và uốn ra ngoài. Cách so sánh này cho thấy độ linh hoạt hình học cần được tính cùng với cấu hình ghép cuộn, vì hai hướng uốn không đem lại cùng một kết quả.

Hướng uốn quyết định xu hướng hiệu suất

Khi cuộn cộng hưởng uốn vào trong, hiệu suất đo tăng từ 60,5% lên 75,2% khi góc uốn tăng từ 0° đến 90°. Khi cuộn cộng hưởng uốn ra ngoài, hiệu suất giảm từ 60,5% xuống 20,5% trong khoảng góc khảo sát tương ứng. Các giá trị này là kết quả đo được báo cáo cho mô hình và bố trí thí nghiệm của đề tài; chúng không đại diện cho mọi khoảng cách, cấu hình cuộn dây hay môi trường vận hành.

Hiệu suất theo góc uốn

Điểm đáng chú ý là “uốn cong” tự nó không bảo đảm hiệu suất cao hơn. Kết quả phụ thuộc vào chiều uốn, vì vậy thiết kế cần xem xét hình dạng bề mặt đích và cách bố trí các cuộn dây ngay từ đầu. Báo cáo đề xuất hướng ứng dụng cho các thiết bị đặt trên bề mặt cong hoặc không phẳng; chưa cung cấp bằng chứng về triển khai trong sản phẩm thương mại hay môi trường sử dụng thực tế.

Đề tài cấp Trường năm 2022 do TS. Hoàng Mạnh Kha chủ nhiệm; báo cáo tổng kết lập tại Hà Nội tháng 12/2024.