FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Transferência de potência sem fios

Eduardo Luís Oliveira Fernandes

VERSÃO DE TRABALHO

PREPARAÇÃO DA DISSERTAÇÃO

Orientador: Prof. Doutor Henrique Manuel de Castro Faria Salgado

Co-orientador: Doutor Luís Manuel de Sousa Pessoa

18 de Fevereiro de 2015

c© Eduardo Fernandes, 2015

Resumo

A transferência de potência sem fios não é um tema novo. Com o surgimento de novas téc-nicas e o reduzido estudo sobre as mesmas, é necessário estudá-las e verificar a sua eficiência.Estas novas técnicas transferem energia, de forma eficaz, a média distância (entenda-se por médiadistância, distâncias que algumas vezes são superiores ao comprimento da bobine).

A dissertação tem como objetivo estudar essas técnicas. Para isso, pretende-se modelizar umsistema desse tipo, recorrendo quer a simulação, quer a processos empíricos. Serão feitas variaçõesno sistema como, por exemplo, a alteração da geometria das bobines, a distância entre elas, entreoutras; isto constará da análise do seu desempenho. O intuito final será aplicar os conhecimentosadquiridos em contexto subaquático.

Por fim, importa acrescentar que este documento é realizado no âmbito da Unidade CurricularPreparação da Dissertação.

i

ii

Abstract

The wireless power transmission is far from being a new subject. With the arrival of newtechniques and the reduced study about those, it becomes necessary to study them and check it’sefficiency. These new techniques transfer energy, in a efficient way, at mid range (mid rangedistances should be understood as distances that are often bigger than the height of the inductors).

The dissertation aim is to study those techniques. For that, it is necessary to model a systemof that kind by using simulation and empirical processes. Some variations will certainly occur inthe system, like the inductor’s geometry, the distance between the coils, and other variables; theresults will open the possibility to get a full analysis of the system’s performance. The final aim isto apply the acquired knowledge in underwater context.

To conclude, it is important to afirm that this document is being made in the college subject of"Preparação da Dissertação".

iii

iv

Conteúdo

1 Introdução 11.1 Enquadramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4 Estrutura do Documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Revisão Bibliográfica 32.1 Capacitive Power Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Inductive Power Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3 Coupled Magnetic Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4 Outros métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.5 Vantagens e Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.6 Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.7 Comportamento subaquático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.8 Conclusões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3 Caracterização do Problema 113.1 O problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2 Solução Proposta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4 Plano de Trabalho 134.1 Fase de Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.2 Ferramentas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Referências 15

v

vi CONTEÚDO

Lista de Figuras

2.1 Modelo equivalente e simplificado usado para a transferência de potência . . . . 32.2 Circuito que permite a transferência de sinais DC [1] . . . . . . . . . . . . . . . 42.3 Esquema elétrico de Inductive Wireless Power [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.4 Gráfico que nos relaciona a distância das bobinas com o rendimento do sistema [2] 62.5 Modelo elétrico da Coupled Magnetic Ressonance [3] . . . . . . . . . . . . . . 7

vii

viii LISTA DE FIGURAS

Lista de Tabelas

4.1 Planeamento do desenvolvimento da dissertação . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

ix

x LISTA DE TABELAS

Abreviaturas e Símbolos

AUV Autonomous Underwater VehicleCMR Coupled Magnetic RessonanceCPT Capacitive Power TransferHSS High Frequency Structural SimulatorIPT Inductive Power TransferRFID Radio-Frequency IdentificationWPT Wireless Power Transfer

C CapacidadeAC Alternating CurrentCg Capacidade da GateCoss Capacidade parasita do switchDC Direct currentε0 Permissividade do vácuoη Rendimentoη0 Impedânica intrínseca do arf Frequênciafr Frequência de Ressonânciak Constante de AcoplamentoK Constante de NagaokaL Indutânciaλ Comprimento de ondaM Indutância Mútuaµ0 Permeabilidade magnética do vácuoN Número de espirasω Velocidade angularPout Potência de saídaQ Fator de QualidadeR Resistênciar Raioρ Resistividade do materialrc Raio da Secção do CaboRohm Resistência óhmicasRon Resistência de EntradaRrad Resistência de radiaçãos Espaçamento entre espirast Grossura do revestimentoVD Tensão de DrenoVg Tensão de Gate

xi

Capítulo 1

Introdução

1.1 Enquadramento

Nos últimos anos, a tecnologia tem-se desenvolvido muito rapidamente. Um bom exemplo

prende-se com o facto de as chamadas por voz terem deixado de ser feitas exclusivamente por

telefone fixo; atualmente, é possível recorrer a um dispositivo móvel e a uma vasta gama de

tecnologias online para o efeito. Isto leva-nos a concluir que a mobilidade é um fator essencial e

até mesmo exigido para as tecnologias vindouras.

Um dos fatores que limita a mobilidade dos sistemas é a sua autonomia. Em boa verdade,

apesar da sua portabilidade, os dispositivos móveis veem a sua mobilidade condicionada para

a reposição de carga. Esta limitação impulsiona o desenvolvimento das tecnologias que serão

apresentadas.

No início do século XX, Tesla foi o primeiro ser humano a idealizar experiências nesta área,

(sendo considerado o Father of Wireless [4]). Contudo, devido a complicações técnicas e finan-

ceiras, estas experiências nunca chegaram a ser totalmente implementadas [5]. Posteriormente, o

investimento nestas tecnologias foi escasso devido ao baixo rendimento que apresentavam.

Um sistema de transferência de potência sem fios que está presente no nosso dia-a-dia é a

produção de energia solar. Neste sistema é possível discernir uma fonte,o sol, e a carga que podem

ser células foto-voltaicas. O rendimento deste sistema é muito baixo, mas é, no entanto, exequível,

pois a fonte é externa à Terra e liberta uma quantidade enorme de energia que pode ser aproveitada.

A radiação eletromagnética é comunmente usada para transmitir informação. Da mesma forma

que se transmite informação, também se pode transmitir energia; porém, as consequências pode-

riam ser desastrosas para os o seres vivos [6].

Recentemente, a transmissão de potência sem fios voltou a estar em voga, como consequên-

cia da baixa autonomia que os dispositivos eletrónicos face às capacidades que possibilitam. As

tecnologias para a transmissão de potência podem ser dividas em duas categorias: não radiativas

e radiativas. Usadas, respectivamente, em near-field e far-field.

Hoje em dia estas tecnologias já são amplamente usadas e um exemplo disso são os sistemas

RFID.

1

2 Introdução

1.2 Objetivos

O objetivo desta dissertação é implementar um sistema de transferência de energia a média

distância recorrendo a modos não radiativos. Para que tal seja possível, deve iniciar-se o desenvol-

vimento de um modelo de simulação 3D para realizar experiências, de modo a fazer varrimentos,

provocando variações em alguns parâmetros do sistema. Em seguida, serão comprovados os re-

sultados experimentalmente sendo que, numa parte final, será usado o ambiente subaquático.

1.3 Motivação

Os AUVs são aparelhos cuja função, atualmente, pode ser controlar a qualidade de água.

Devido à sua baixa autonomia, é necessário retirá-los periodicamente da água. A resolução para

este problema seria implementar um sistema de transferência sem fios em que o veículo fosse a

uma estação subaquática realizar o carregamento das suas baterias.

1.4 Estrutura do Documento

No capítulo 2 será feita uma abordagem sobre os diferentes tipos de tecnologias que podem

ser implementadas para efetuar a transferência de potência sem fios. Em seguida, falar-se-á das

vantagens e desvantagens destes métodos, bem como a sua aplicação. Na fase final deste capí-

tulo, será feita uma breve abordagem sobre o comportamento subaquático destes sistemas no seu

contexto.

No capítulo 3 será feita a caracterização do problema e, por consequência, será elaborada uma

proposta de solução para este.

No capítulo 4 será feito o planeamento para a elaboração da Dissertação que irá decorrer no

próximo semestre.

Capítulo 2

Revisão Bibliográfica

Neste capítulo são apresentadas as diferentes formas de transferência de energia sem fios.

Existem várias maneiras de transferir potência sem fios: Inductive Power Transfer, Coupled

Magnetic Resonance, Capacitive Power Transfer, Microwaves, Light waves.

Em seguida são apresentados alguns modelos propostos para algumas destas tecnologias.

2.1 Capacitive Power Transfer

Existem vários circuitos que permitem desfrutar desta tecnologia mas apenas será apresentado

um pois o conceito é o mesmo e é, por si só, suficiente para ilustrar o que se pretende. O modelo

referido tem como fonte a referência [1].

Esta forma de transferência de potência é atraente pois é de simples implementação e é de

baixo custo.

Uma das suas possibilidades é a conjugação da transferência de dados com a transferência

de potência. É óbvio que a modulação da informação tem que ser adequada, de modo a que não

interfira com o outro objetivo do circuito.

Hoje em dia, para se usar a WPT, são utilizadas, na sua grande maioria, indutâncias; porém, o

autor da referida fonte apresenta uma alternativa à tendência que se tem vindo a constatar. É feito

o recurso a capacidades em vez de indutâncias para se poder realizar o que é proposto. O modelo

elétrico é:

C

R

C

Figura 2.1: Modelo equivalente e simplificado usado para a transferência de potência

3

4 Revisão Bibliográfica

Os condensadores são formados por duas placas metálicas; uma delas está localizada no TX e

outra no RX . A fonte alternada é necessária para se poder efetuar a transferência e a resistência

representa o sistema que irá ser carregado.

O autor, ao longo do documento, vai introduzindo melhorias no circuito. Para trabalhar com

sinais contínuos, por exemplo, é proposto o seguinte circuito:

Figura 2.2: Circuito que permite a transferência de sinais DC [1]

Na figura 2.2 a potência é transferida através dos condensadores C. A parte do circuito cons-

tituída pelos switches e pelos COSS têm como objetivo tornar o sinal fornecido pela fonte VS num

sinal AC. As bobinas que antecedem os condensadores de acoplamento servem simplesmente para

permitir uma suavização da corrente quando há uma mudança de posição dos switches.

Os díodos do lado direito do circuito servem para tornar o sinal, que está em DC, em AC, de

modo a poder carregar fonte DC.

Importa referir que os switches têm três elementos parasitas que devem ser tidos em conta: Ron,

COSS e Cg em que Ron é dado por τswCOSS

Se houver uma variação repentina no switch, o condensador

gera uma perda de 4COSSV 2s f . Esta perda pode ser reposta se se usar o ZV S, zero voltage switching,

que permite recuperar a carga perdida. Existem igualmente perdas nos condensadores Cg mas se

VD�Vg, o mesmo pode ser desprezado

O rendimento deste circuito pode ser calculado através da seguinte fórmula:

η = 1− 12· || i(t) ||

2 ·RS

Pout(2.1)

RS é a resistência equivalente da indutância L, da capacidade, C e do interruptor, Ron. Esta

resistência é dada pela seguinte fórmula:

RS ≈ 2 · (Ron +ωLQ

) (2.2)

Como tipicamente a bobine tem um fator de qualidade muito mais baixo que o condensador, a

resistência do último pode ser desprezada.

O autor, ao longo do documento, continua a deduzir fórmulas que lhe permitem melhorar o

circuito a que se propôs desenvolver.

2.2 Inductive Power Transfer 5

Ao praticamente implementar o circuito, conseguiu obter resultados satisfatórios, para curtas

distâncias, como se pode constatar em [1]. Com um condensador de 156pF o autor conseguiu um

rendimento máximo de 84% em que a potência de saída era de 3.2W .

2.2 Inductive Power Transfer

Esta técnica goza de indução magnética. Aqui, a bobine do primário transfere energia para o

secundário em que o meio de transferência é o ar.

Uma das vantagens da transferência de energia sem fios é e sempre será a mobilidade que esta

tecnologia nos proporciona. De modo explicar a transferência de energia por indução tomar-se-á

o como referência o artigo [2] para exemplificar e retirar conclusões sobre ele.

Para curtas distâncias, este método é muito usado e consegue-se atingir bons rendimentos. Os

autores alegam que, para uma distância de um metro, conseguiram atingir um rendimento de 76%

para uma potência de 40W .

O sistema pode ser modelizado através do seguinte circuito:

Figura 2.3: Esquema elétrico de Inductive Wireless Power [2]

L1 e L2 representam as bobinas que permitem a transferência de potência com uma indutância

mútua M, sendo este um coeficiente determinante para calcular o rendimento do sistema. De notar

que o coeficiente M diminui com o aumento da distância entre as bobinas.

R1 e R2 representam as resistências intrínsecas dos componentes. Os condensadores são postos

em série com as indutâncias para a frequência a que o sistema trabalha seja uma frequência de

ressonância. Esta última permite que um sistema tenha uma impedância puramente real. Esta terá

que ser igual nas duas partes do sistema.

As tensões a e correntes dependem entre si da seguinte forma:

[V1

V2

]=

R1 + jωL1 +1

jωC1jωM

jωM R2 + jωL2 +1

jωC2

[I1

I2

](2.3)

À frequência de ressonância a relação anterior simplifica para a seguinte:

[V1

V2

]=

[R1 jωM

jωM R2

][I1

I2

](2.4)

6 Revisão Bibliográfica

Com esta análise que descreve o circuito, é possível retirar agora a potência de saída e calcular

o rendimento do sistema.

Pout =ω2M2RL

(R1(R2 +RL)ω2M2)2 (2.5)

η =w2M2RL

R1(R2 +RL)2 +ω2M2(R2 +RL)(2.6)

Para maximizar o rendimento em que a variável é RL, é necessário derivar η em ordem a RL

e igualar a 0. Feito isto, conclui-se que a RL que maximiza o rendimento é dada pela seguinte

fórmula:

RL, matched =

√R2

2 +ω2M2 R2

R1(2.7)

Pode-se observar que a impedância de carga tem uma grande importância quando se trata de

calcular o rendimento do sistema. De facto, quanto maior for a frequência, maior terá de ser RL

e menor será a potência de saída, pois no numerador haverá uma dependência quadrática e no

numerador haverá uma dependência duplamente quadrática.

Depois de apresentado o conceito os autores fazem simulações onde obtêm resultados interes-

santes e gráficos de análise que permitem tirar conclusões bastante apelativas. O mais relevante

para o enquadramento deste trabalho é o gráfico que relaciona o rendimento com a distância entre

as bobinas.

Figura 2.4: Gráfico que nos relaciona a distância das bobinas com o rendimento do sistema [2]

Como se pode observar na figura 2.4, no gráfico representado pela linha a negro, e como seria

de esperar, quanto maior for a distância, menor o será o rendimento. Isto deve-se ao facto de as

linhas de campo magnético geradas por L1 serem cada vez menos a atravessarem L2, à medida que

2.3 Coupled Magnetic Resonance 7

a distância aumenta. O outro gráfico não nos permite retirar tantas conclusões, pois a carga é fixa,

o que provoca uma desadaptação na maioria dos casos. É por esta razão que se observa o máximo

do rendimento um pouco depois dos 60 cm. O que este gráfico nos permite concluir é que, se a

impedância não estiver adaptada, este é um fator determinante para a diminuição do rendimento.

2.3 Coupled Magnetic Resonance

Esta secção será escrita baseado no artigo [3]. Os autores referem que, com este método,

obtiveram um rendimento de 40% a uma distância de 2m. O modelo elétrico é o seguinte:

Figura 2.5: Modelo elétrico da Coupled Magnetic Ressonance [3]

Como se pode observar através da figura, o elemento L1 está acoplado magneticamente ao L2.

O L2 tem uma frequência de ressonância que coincide com a frequência que provoca o maior fator

de qualidade no elemento L3. O elemento L4 também está magneticamente acoplado ao elemento

L4 que tem aos seus terminais a resistência de carga a alimentar. Os elementos L2 e L3 têm uma in-

dutância e uma capacidade, o que permite desde já que tenham uma frequência de ressonância. Se

não tivessem esta capacidade intrínseca haveria a necessidade de adicionar capacidades externas.

Ao adicionar-se capacidades externas, estas têm uma resistência intrínseca, o que levaria a uma

diminuição do fator de qualidade do elemento. Como já foi referido anteriormente, a frequência

de ressonância é a frequência que permite que a impedância seja puramente real, ou seja, que a

impedância da indutância e a da capacidade se anulem. Assim sendo, facilmente se pode concluir

que a frequência de ressonância é dada pela seguinte expressão:

fr =1

2π√

LC(2.8)

Mais abaixo apresentam-se as fórmulas da resistência das hélices (L1 e L2), resistência de

radiação da hélice e a indutância das hélices:

Rohm =Nr

G+1

√µ0ρω

2(2.9)

Rrad =π

6η0N2(

2π fr

c)4 (2.10)

8 Revisão Bibliográfica

L =Kµ0N2πr2

s(N−1)(2.11)

Nas expressões, N é o número de espiras, r é o raio das hélices, rc é o raio da secção, fr é a

frequência de ressonância, K é a constante de Nagaoka, G é o fator de proximidade, s é a distância

entre espiras.

A capacidade entre cada espira e o fator de qualidade podem ser calculados pelas seguintes

fórmulas:

Ct =2πrε0

ln[ s2rc

+√( s

2rc)2−1

(2.12)

Q =2π f L

Rohm +Rrad(2.13)

As equações (2.9) e (2.10) só são válidas se r < λ

6π. A equação (2.11) só é válida se s� Nrc.

A equação (2.12) só é válida se s≤ 2 e t� s−2rc.

Como é possível observar, o fator de qualidade depende de muitas fórmulas aqui representadas,

ou seja, o mesmo depende de vários parâmetros do circuito. Os autores no paper apresentam

fórmulas que permitem maximizar os valores de fator de qualidade, frequência e raio.

O rendimento deste sistema é dado, teoricamente, pela seguinte expressão:

η =k2

Tx_RxQTxQRx

1+ k2Tx_Rx

QTxQRx

(2.14)

Pode-se observar que se k2Tx_Rx

QTxQRx for aproximadamente 1 o valor do rendimento irá ser

100%. À medida que o valor de k2Tx_Rx

QTxQRx aumenta o valor do rendimento também aumenta.

Considera-se k o coeficiente de acoplamento. sendo dado pela seguinte fórmula:

k =M√L2L3

(2.15)

No artigo [7] os autores também usam esta técnica para carregar um telemóvel Nokia. Cum-

priram o objetivo com um rendimento de 52% em 32cm de distância.

2.4 Outros métodos

No artigo [8] é demonstrado que também é possível a transmissão de potência sem fios através

de luz visível. Esta experiência requer que o laser esteja bem alinhado com o recetor de forma

a retirar o maior rendimento possível do sistema. O que torna impossível aplicar este método ao

objetivo final desta dissertação é o facto de a luz ter uma atenuação enorme quando se trata de um

regime subaquático.

Tal como a transmissão através da luz visível, também é possível a transmissão através de

microondas, como é demonstrado no artigo [9]. Tal como na transmissão através de luz visível,

2.5 Vantagens e Desvantagens 9

esta tecnologia requer uma diretividade das antenas elevada para que a transmissão da potência

tenha alto rendimento.

2.5 Vantagens e Desvantagens

Nesta secção serão expostas as vantagens e desvantagens deste método de transferência de

potência. Como referido previamente, uma das grandes barreiras para a mobilidade das tecnolo-

gias de hoje em dia é a necessidade periódica de carregamentos. Uma das vantagens é então a

possibilidade de transmissão sem que haja obstáculos que impossibilitem a transmissão por cabo.

O corte de energia devido a uma falha no cabo, neste caso, não existiria. O uso de muitos cabos

seria eliminado, possibilitando assim uma melhor organização dos sistemas. A maior parte dos

objetos que nos rodeiam não interagem com o campo magnético e, por isso, não haverá problema

em fazer uso desta propriedade para a transmissão [4]. O uso destas tecnologias não interferia

igualmente com as radiofrequências. [10] Outra vantagem mencionada é o facto de não ser neces-

sário ligar, através de meios físicos, a fonte com o dispositivo a carregar, ou que irá consumir a

potência emitida.

As desvantagens associadas a esta tecnologia prendem-se com a perda de potência, que é

maior na presença de substâncias ferro-magnéticas; são também necessárias normas para se usar

esta tecnologia, para que não haja sobreaquecimento devido ao uso de diferentes voltagens. Outra

desvantagem é a necessidade de substituição dos equipamentos antigos, pois estes não se encon-

tram preparados para esta melhoria, pelo que existe a possibilidade de que aparelhos não desejados

utilizem a energia que se está a transmitir. Além disso, a implementação destes sistemas ainda tem

um custo relativamente elevado. [4]

Outro problema que se pode pôr em causa é o efeito que a radiação poderá causar nos seres

vivos. Estudos revelam que a exposição a estas radiações não são superiores à quantidade emitida

aquando da abertura de um microondas. De notar que um ser vivo que se interponha entre o

emissor e o recetor não dificultará a transmissão, uma vez que as linhas de campo magnético não

interferem com as células do ser vivo. [4, 10]

2.6 Aplicações

Esta tecnologia é promissora e com potencial para proporcionar uma melhor qualidade de

vida. Pode ser aplicada de diversas formas: a potência pode ser enviada diretamente para o dis-

positivo poder utilizá-la sem a necessidade de bateria [4]. Como por exemplo controlos remotos

de televisão, entre outros dispositivos; ou pode ser aplicada de modo a carregar automaticamente

para carregar baterias como por exemplo: telemóveis, veículos elétricos, entre outros.

10 Revisão Bibliográfica

2.7 Comportamento subaquático

Nesta secção, baseada em artigos, irá expor-se resultados sobre um possível implementação

destes sistemas em AUVs.

No artigo [11], os autores aplicaram o sistema de acoplamento magnético num AUV para

realizarem a transferência de potência na acostagem do veículo. Naturalmente, um dos indutores

estará na estação e outro no veículo. Durante o desenvolvimento do sistema, em testes de 10min,

verificou-se que foram emitidos 416W e que 61.5KJ foram entregues à bateria do veículo, sendo

que o rendimento do sistema foi de 48%.

No artigo [12], é usado acoplamento magnético para realizar as experiências. Os autores,

neste artigo, conseguiram rendimentos entre os 79.2% e os 80.8% em transferências de 3KW

de potência. A eficiência deste sistemas depende de muitos parâmetros, como por exemplo, a

voltagem da fonte. Estes resultados podem ser otimizados escolhendo a frequência mais indicada

para realizar este tipo de operações.

No artigo [13], é igualmente usado acoplamento magnético para realizar experiências. São

mostrados vários gráficos onde são obtidos vários resultados que se podem comparar aos mais

variados parâmetros do circuito. Por exemplo, para indutores de espiras de 18cm de diâmetro, a

uma distância de 5cm, os autores conseguiram um rendimento de aproximadamente 50%.

Assim sendo, pode concluir-se que é possível realizar carregamentos subaquáticos, apesar de

o rendimento destes não ser o mais aceitável.

2.8 Conclusões

Neste capítulo apresentou-se técnicas para a transmissão de potência sem fios. Neste capítulo

apresentou-se o estado da arte relativo à transmissão de potência sem fios, nomeadamente Capaci-

tive Power Transfer, Inductive Power Transfer, Coupled Magnetic Resnance. Foram apresentadas

vantagens e desvantagens do uso deste conceito. Como o objetivo desta dissertação é aplicar em

ambiente subaquático apresentou-se alguns artigos em que se conseguiu efetuar a transferência.

Capítulo 3

Caracterização do Problema

3.1 O problema

Uma das grandes limitações presentes no quotidiano é o facto de, periodicamente, ter que se

ligar aparelhos à rede elétrica com o intuito de os carregar. Os AUVs ( Autonomous underwater

vehicle) são veículos que são desenhados para serem pilotados autonomamente. Estes podem ser

utilizados para diversos fins mas são, principalmente, usados em barragens, de modo a elaborarem

análises à qualidade da água, entre outros fatores. Um dos contratempos que são provocados

por estes tipo de veículos é o facto de estes terem de ser retirados, constantemente, do ambiente

subaquático, devido ao descarregamento das baterias. Por esta razão, estes veículos não podem

estar a realizar medições, debaixo de água, em períodos contínuos.

Assim sendo, esta proposta de dissertação tenta resolver este problema.

3.2 Solução Proposta

Face ao problema acima descrito, usar-se-á o método Coupled Magnetic Resonance, pois,

como demonstrado previamente, é o método que permite rendimentos aceitáveis a média distância.

11

12 Caracterização do Problema

Capítulo 4

Plano de Trabalho

4.1 Fase de Desenvolvimento

O desenvolvimento da dissertação será realizado ao longo de 18 semanas e encontra-se estru-

turado da seguinte forma:

Fase DuraçãoImplementação, num simulador eletromagnético 3D, de um modelo detransferência de energia sem fios baseado em bobines e realizar varrimen-tos paramétricos (variação da geometria e dimensão, distância, ângulo deposicionamento)

7 semanas

Análise experimental, usando conjuntos de bobines já existentes, medi-ção de eficiência da transferência de energia, em função da distância efrequência de operação, primeiro no ar e posteriormente na água (na pis-cina de robótica da FEUP), comparação com os resultados de simulação

8 semanas

Escrita da dissertação 3 semanasTabela 4.1: Planeamento do desenvolvimento da dissertação

4.2 Ferramentas

Durante a elaboração da Dissertação será usado um programa de simulação eletromagnética

3D HFSS (High frequency structural simulator), produzido pela empresa Ansys. Esta ferramenta

será útil na realização de variações de parâmetros do sistema que permitam retirar algumas con-

clusões sobre o desempenho do mesmo.

13

14 Plano de Trabalho

Referências

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[3] O. Jonah e S.V. Georgakopoulos. Optimal helices for wireless power transfer via magneticresonance. Em Wireless and Microwave Technology Conference (WAMICON), 2012 IEEE13th Annual, páginas 1–4, April 2012. doi:10.1109/WAMICON.2012.6208448.

[4] Er. Lince Mathew e Prof. Yash Pal Singh. An extensive study of “wi-reless power transmission”- a next generation power transmission system.http://www.irjcjournals.org/ijieasr/Dec2013/5.pdf, dec 2013.

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[6] K.Y. Kim. Wireless Power Transfer: Principles and Engineering Explorations. Intech, 2012.URL: http://books.google.pt/books?id=SaEimQEACAAJ.

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