Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Vezeték nélküli energiaátvitel

    A tantárgy angol neve: Wireless Power Transfer

    Adatlap utolsó módosítása: 2023. április 17.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak
    Szabadon választható tárgy
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHVAV25   2/0/0/f 2  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék dr. Gyimóthy Szabolcs,
    4. A tantárgy előadója
    Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
    Dr. Bilicz Sándor docens Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    Dr. Farkas Csaba adjunktus Villamos Energetika Tanszék
    Dr. Gyimóthy Szabolcs egyetemi tanár Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    Dr. Horváth Péter docens Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    Szűcs László tudományos segédmunkatárs Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Hálózatanalízis, elektromágneses alapjelenségek.
    7. A tantárgy célkitűzése Napjainkban a vezeték nélküli energiaátvitel robbanásszerű fejlődés előtt áll. A „mindenütt jelenlévő energia” technológiája eddig soha nem látott mobilitást kölcsönözhet eszközeinknek, járműveinknek, és csökkentheti a villamosenergia tárolásának problémáját. A környezeti energia hasznosításával (energy harvesting) többek között megoldható a szenzorhálózatok vezeték nélküli táplálása, amely a „dolgok internetének” (internet of things, IoT) fontos eleme.
    Éppen ezért lényegesnek tartjuk, hogy a jövő villamosmérnöke tisztában legyen ezen technológiák lehetőségeivel, elméleti hátterével és gyakorlati-tervezési kérdéseivel. Mivel a területnek egyaránt vannak villamosenergetikai, térelméleti és nagyfrekvenciás technológiai vonzatai, ezért a tárgyat a két tanszék (HVT és VET) közösen oktatja. Az órák egy részét tanszéki laborban tartjuk, ahol rendelkezésre állnak oktatási célra készített kísérleti WPT eszközök.
    8. A tantárgy részletes tematikája

    Bevezető rész (3 hét)

    • A vezeték nélküli energiaátvitel (wireless power transfer, WPT) fajtái: szorosan csatolt induktív átvitel, rezonancia alapú "közeltéri" átvitel (induktív, kapacitív), sugárzás útján történő átvitel (mikrohullám, lézer).
    • A WPT potenciális alkalmazási területei: háztartási és mobil eszközök töltése (telefon, laptop, TV), közlekedési eszközök töltése álló helyzetben vagy akár menet közben (elektromos autók és buszok, "intelligens autópálya" koncepció), orvosi alkalmazások (implantátumok és behelyezett diagnosztikai eszközök töltése), szenzorok energiaellátása ("internet of things" és "intelligens épület" koncepció), katonai alkalmazások.
    • A környezeti energia hasznosításának (energy harvesting) lehetőségei.
    • A WPT előnyei (energiatároló-szükséglet csökkentése, mobilitás), és hátrányai (egészségügyi kockázat, veszteség, EMC zavarok).
    • Az elektromágneses kompatibilitás (EMC) alapjai. Az elektromágneses tér biológiai hatásai, és a vonatkozó előírások.
    • Néhány megvalósult rendszer, esettanulmányok, konzorciumok és szabványok, pl. KAIST Primove, COTA, Qi, AirFuel (korábban A4WP-Rezence).

    Elméleti háttér (5 hét)

    • Alapvető hullámterjedési ismeretek. Antennák, tekercsmodellek, menetkapacitás.
    • Az induktív rezonancián alapuló energiaátvitel matematikai modelljei: kétkapu-leírás (szórási és impedanciaparaméterek), a csatolt módusok elmélete, helyettesítő áramköri modellek.
    • A WPT fő jellemzői: működési frekvencia, átvihető teljesítmény, hatásfok. A hatásfok-optimalizálás kérdése, impedanciaillesztés, impedanciahálózatok.
    • Tekercsrendszer karakterisztikáinak és helyettesítő paramétereinek hatékony számítása az integrálegyenletek módszerével.
    • Nyalábformálás antennarendszerrel.

    A gyakorlati megvalósítás kérdései (6 hét)

    • Rádiófrekvenciás mágneses energiaátviteli rendszerek felépítése.
    • Adó- és vevőtekercsek (Qi és AirFuel).
    • Adó- és vevőáramkörök.
    • Adó/vevő kommunikációs rendszerek; az NFC fizikai rétege.
    • Mérő, és vezérlő áramkörök (mikrovezérlők, árammérők).
    • Adóoldali tápegységek.
    • Egyenirányító antenna (rectenna) működése.
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti 2 előadás tanteremben, illetve tanszéki laborban.
    10. Követelmények a.) A szorgalmi időszakban: részvétel a foglalkozások legalább 70%-án; személyre szabott házi feladat kidolgozása, amely lehet pl. szakirodalom feldolgozása, esettanulmány, számítás vagy mérés elvégzése. A félévközi jegyet a házi feladat osztályzata adja.
    b.) A vizsgaidőszakban: nincs
    11. Pótlási lehetőségek A házi feladat a pótlási héten beadható.
    12. Konzultációs lehetőségek A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak heti fogadóóráján (a fogadóóra időpontja az érintett tanszékek honlapján megtalálható).
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra28
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire 
    Házi feladat elkészítése18
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
    Vizsgafelkészülés 
    Összesen60
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
    Dr. Gyimóthy Szabolcs egyetemi tanár Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    Szűcs László tudományos segédmunkatársSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    Farkas Csaba adjunktus Villamos Energetika Tanszék
    Dr. Horváth Péter docens Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék