Transferência de Energia sem fios para carregamento de baterias

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

Numa sociedade cada vez mais evoluída e num mundo tecnológico em constante evolução, a comodidade e conforto na execução de tarefas torna-se cada vez mais preponderante. Por isso, os aparelhos móveis têm sido algo de muito foco por parte dos fabricantes e investigadores. Apesar das enormes vantagens que este tipo de aparelhos móveis apresenta, há uma clara preocupação que os fabricantes têm tido sempre em conta, que consiste na autonomia destes aparelhos. É precisamente neste âmbito que o projeto de alimentação sem fios tem ganho maior viabilidade. Por exemplo, tem-se na área da saúde os aparelhos de assistência ventricular que requerem baterias externas e por isso cabos que atravessem o corpo desde as baterias até ao aparelho de assistência ventricular. Assim, num cenário mais evoluído, poder-se-ia imaginar o alojamento de baterias internas de menor capacidade (menos volumosas) mas que fossem carregadas constantemente, por exemplo, quando o paciente se encontrasse em repouso na cama, sendo que a cama seria o transmissor de energia e estaria preparada para comunicar com o recetor de energia do aparelho do cliente e assim haver troca de energia e consequente carregamento das baterias. Outro exemplo, seria no uso dos “pacemaker´s”, que com a implementação desta tecnologia seria possível efetuar o carregamento de tais baterias e assim evitar as intervenções cirúrgicas para mudança de bateria ao fim de um período de tempo. Com o intuito de contribuição na área, nesta dissertação foram estudadas duas técnicas que caracterizam a tecnologia de alimentação sem fios, que são a transferência de energia por indução magnética onde a transferência de energia é feita por meio indutivo entre duas bobinas e a transferência de energia por acoplamento indutivo ressonante onde a transferência de energia é realizada por meio de um forte acoplamento eletromagnético a uma certa frequência. Foram realizados diversos testes, onde através deles tentou-se demonstrar quais as limitações e particularidades de uma e outra técnica, tendo em vista este tipo de aplicações que requerem algumas exigências a nível de eficiência e volume do conjunto físico. Com isto, o protótipo efetuou a transferência de energia sem fios e foi capaz de carregar uma pequena bateria que pode, por exemplo, estar a alimentar em simultâneo um aparelho elétrico de implante médico. Pretendeu-se assim que o protótipo fosse funcional e que pudesse servir de base para futuras aplicações.

In a society increasingly evolved and a constantly evolving technological world, the convenience and comfort in performing tasks becomes increasingly prevalent. Therefore, mobile devices have been something in focus by manufacturers and researchers. Despite the enormous advantages that this type of mobile devices presents, there is a clear concern that manufacturers have always taken into account, which is the range of these devices. It is precisely in this context that the power wireless project has gained greater viability. For example, it has been in the health ventricular assistance devices that require external batteries and cables so they pass through the body from the batteries to the ventricular assistance device. This, in a more advanced scenario, could be imaginable housing internal battery of smaller capacity (less massive), but they were loaded continuously, for example, when patients are lying in the bed, and the bed would transmitter energy and be prepared to communicate with the receiver power unit of the client and so there exchange of energy and consequent charging of the batteries. Another example would be the use of "pacemaker's” that with the implementation of this technology would be possible to perform the loading and then prevent the battery surgical interventions for battery change after a period of time. With intention of contribution in this area, in this dissertation will be studied two techniques that characterize the wireless power technology, which is the transfer of energy by magnetic induction where the energy transfer is by means of two inductive coils and the energy transfer where resonance energy transfer is accomplished by means of a strong electromagnetic coupling at a certain frequency. Will be performed several tests, which through them will try to show what limitations and peculiarities of one and another technique, considering this kind of applications that require few demands on efficiency and volume of all physical. With this, the prototype will make the transfer of wireless energy and being capable of carrying a small battery that could for example, be simultaneously feed an electric medical implant. It is intended that the prototype was functional and can served as a basis for future improvements.