Vezeték nélküli energiaátvitel

A tantárgy angol neve: Wireless Power Transfer

Adatlap utolsó módosítása: 2018. február 23.

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, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
4. A tantárgy előadója
Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
Dr. Bilicz Sándor adjunktus Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
Dr. Farkas Csaba tanársegéd Villamos Energetika Tanszék
Dr. Gyimóthy Szabolcs docens Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
Dr. Horváth Péter docens Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
Szűcs László mérnök 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 órákra 
Felkészülés zárthelyire 
Házi feladat elkészítése16
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása16
Vizsgafelkészülés 
Összesen60
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
Dr. Gyimóthy Szabolcs docens Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
Szűcs László mérnök Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
Farkas Csaba tanársegéd Villamos Energetika Tanszék
Dr. Horváth Péter docens Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék