RU2817523C1 - Устройство подзарядки аккумуляторов узловых элементов беспроводной сенсорной сети - Google Patents
Устройство подзарядки аккумуляторов узловых элементов беспроводной сенсорной сети Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817523C1 RU2817523C1 RU2023118285A RU2023118285A RU2817523C1 RU 2817523 C1 RU2817523 C1 RU 2817523C1 RU 2023118285 A RU2023118285 A RU 2023118285A RU 2023118285 A RU2023118285 A RU 2023118285A RU 2817523 C1 RU2817523 C1 RU 2817523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- cover
- uav
- cone
- transformer
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 2
- -1 Nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005288 electromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- WLHQHAUOOXYABV-UHFFFAOYSA-N lornoxicam Chemical compound OC=1C=2SC(Cl)=CC=2S(=O)(=O)N(C)C=1C(=O)NC1=CC=CC=N1 WLHQHAUOOXYABV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области электропитания радиоэлектронного оборудования и может быть использовано с целью обеспечения бесперебойного питания элементов беспроводной сенсорной сети (БСС). Предлагаемое решение проблемы состоит в применении конусообразной крышки сенсорного элемента (СЭ) в качестве направляющей при взаимном перемещении обмоток, образующих трансформатор, через который электрическая энергия поступает на сенсорный элемент. Сущность предлагаемого решения состоит в том, что конусообразная крышка и обмотка обеспечивают их сближение и взаимную фиксацию обмоток трансформатора, повышая тем самым его коэффициент полезного действия. В устройстве обеспечивается трансформаторный режим передачи электроэнергии от беспилотного летательного аппарата (БПЛА) к СЭ. В рабочем состоянии на крышку надевается сверху обмотка, имеющая форму усеченного конуса. Обмотка может перемещаться относительно БПЛА и крышки. Перемещением обмотки вводят ее в зацепление с верхней частью конической крышки, а затем опускают обмотку до полного вхождения в нее этой крышки, чем обеспечивается надежная трансформаторная связь. Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение надежного электропитания узла БСС и уменьшение времени, затрачиваемого на подзарядку его аккумуляторов. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электропитания радиоэлектронного оборудования и может быть использовано с целью обеспечения бесперебойного питания элементов беспроводной сенсорной сети (БСС).
Обеспечение надежного круглосуточного электропитания имеет важное значение для эффективной работы элементов БСС. В зависимости от назначения, специфики построения и условий работы БСС [3], их узловые элементы могут питаться как от автономных источников электроэнергии, нуждающихся в периодической подзарядке или замене (аккумуляторные, химические батареи) [1, 2], так и от альтернативных источников (солнечные батареи, ветровые генераторы и др.) [1, 2]. Из уровня техники известен также ряд способов комбинированного применения разных источников, которые сочетают их достоинства.
В широко распространенных сенсорных узлах Mica, Telos, Iris и др. [4] основным источником электропитания является аккумуляторная батарея, нуждающаяся в периодической подзарядке. В системе энергоменеджмента элементов БСС Prometeus [4] для подзарядки аккумуляторов и резервирования электропитания используется солнечная батарея, постоянно подключенная к узлу БСС. Перспективной технологией подзарядки аккумуляторов является беспроводная передача электроэнергии [5] с использованием автоматизированных транспортных носителей (автомобилей, подвижных роботов, беспилотных летательных аппаратов - БПЛА) [7]. Передача электроэнергии при этом осуществляется посредством доставки зарядного устройства транспортным носителем к узлу БСС на расстояние, при котором достигается его необходимое по эффективности воздействие электромагнитным путем на аккумуляторные батареи. В системе Prometeus [4], для подзарядки аккумуляторной батареи используется солнечная батарея. Система обеспечивает удовлетворительное по энергетическим показателям, однако недостаточно надежное электропитание элемента БСС ввиду невозможности подзаряжать аккумуляторную батарею в сумеречное и темное время суток, а также на слабоосвещенных участках сенсорного поля [4]. Замена солнечной батареи другим альтернативным источником электроэнергии: ветровым генератором, вибропреобразователем механических колебаний, радиоактивным элементом и т.д. - не позволяет решить проблему ввиду ограничений, обусловленных стоимостью, массогабаритными показателями и безопасностью для окружающей среды узловых элементов БСС.
Наиболее близким по технической сущности является устройство подзарядки аккумуляторных батарей [6]. Это решение состоит в том, чтобы использовать в составе узла БСС управляемый блок, позволяющий производить беспроводную подзарядку аккумуляторной батареи от зарядного устройства, доставляемого БПЛА к узлу БСС на расстояние, при котором достигается его необходимое по эффективности воздействие на перезаряжаемую аккумуляторную батарею.
Сущность прототипа состоит в том, что в качестве транспортного средства доставки используется управляемый беспилотный летательный аппарат, на котором размещается устройство, осуществляющее электромагнитное воздействие на элементы беспроводной сенсорной сети с целью подзарядки аккумуляторных батарей, используемых для их электропитания.
Предлагаемое решение проблемы состоит в применении конусообразной крышки сенсорного элемента БСС в качестве направляющей при взаимном перемещении обмоток, образующих трансформатор, через который электрическая энергия поступает на сенсорный элемент.
Сущность предлагаемого решения состоит в том, что конусообразная крышка и обмотка обеспечивают их сближение и взаимную фиксацию обмоток трансформатора, повышая тем самым его коэффициент полезного действия.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение надежного электропитания узла БСС и уменьшение времени, затрачиваемого на подзарядку его аккумуляторов.
Известный способ-прототип осуществляется следующим образом.
В критической ситуации, когда разрядка аккумулятора какого-либо сенсорного элемента (СЭ) превышает допустимые значения, на базу расположения БПЛА, по сети, от данного СЭ поступает сигнал запроса. БПЛА, содержащий средства, необходимые для подзарядки, прибывает к месту расположения СЭ и включает генератор радиочастотного сигнала, который направляет передающую антенну в сторону СЭ, содержащего приемную антенну и ректенный элемент, осуществляющий прием электромагнитных колебаний и преобразующий их в энергию постоянного тока. Указанный канал передачи электромагнитной энергии обладает низким коэффициентом полезного действия, поэтому время, необходимое для подзарядки аккумулятора СЭ оказывается чрезвычайно большим, а требуемая значительная емкость аккумуляторных батарей, расположенных на БПЛА и обеспечивающих подзарядку, существенно увеличивает полетный вес БПЛА.
С целью устранения указанных недостатков необходимо осуществлять возможно большее сближение передающего и приемного элементов и переход от радиопередачи энергии к ее трансформаторной передаче.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В устройстве обеспечивается трансформаторный режим передачи электроэнергии от БПЛА к СЭ. Схема работы предлагаемого устройства показана на Фиг. 1.
На СЭ-1 размещается конусообразная крышка (из изоляционного материала). Внутри нижней части крышки размещается жестко связанная с крышкой кольцевая обмотка-2 трансформатора. В рабочем состоянии на крышку-3 надевается сверху обмотка-5, имеющая форму усеченного конуса. Обмотка-5 с помощью подвесов-6 и гибкого электрического проводника-10 (одновременно выполняющего роль троса, наматываемого на вращающийся блок-7, установленный на БПЛА-8) перемещается вместе с БПЛА. Обмотка-5 может перемещаться относительно БПЛА в вертикальном положении с помощью троса-10. На БПЛА может также размещаться механизм перемещения блока-7 (совместно обмоткой-5) в горизонтальном положении относительно БПЛА (на Фиг. 1 не показан). На БПЛА устанавливается видеокамера-9 в поле зрения которой находятся крышка-3 и обмотка-5. Перемещением обмотки-5 вводят ее в зацепление с верхней частью конической крышки-3, а затем, освобождая трос-10, опускают обмотку-5 до полного вхождения в нее крышки-3. (Конические поверхности обеспечивают такое совмещение). Для более качественной относительной фиксации обмоток в нижней части обмотки-5 размещается кольцевой постоянный магнит-11, а вокруг нижней части крышки-3 размещается кольцевой элемент-4 из магниточувствительного материала.
Взаимное перемещение крышек отслеживается и управляется при помощи видеокамеры-9. Обмотка-5 через проводники подвеса-6 и -11 питается электрическим током от генератора высокочастотных колебаний, установленного на БПЛА-8, образуя первичную обмотку трансформатора. Вторичную обмотку трансформатора образует обмотка-3, которая подключается к детектору и фильтру, расположенному на СЭ-1 и соединенному с заряжаемым аккумулятором (на Фиг. 1 не показаны). Для облегчения поиска СЭ в верхней части конуса может устанавливаться светодиод (на Фиг. 1 не показан), включаемый дистанционно по сигналу из сети или непосредственно от БПЛА. Жесткая взаимная фиксация обмоток трансформатора обеспечивает его высокий КПД и ускоренный заряд аккумуляторов СЭ.
ЛИТЕРАТУРА
1. B. Scrosati, R.J. Neat. Lithium polymer batteries, in: Applications of Electroactive Polymers, Springer, 1993, pp. 182-222.
2. Nickel metal hydride battery - http://www.batteryspace.com/nimhpacks24-48v.aspx.
3. B. Tong, G. Wang, W. Zhang, C. Wang, Node reclamation and replacement for long-lived sensor networks, in: Sensor, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks, 2009. SECON’09. 6th Annual IEEE Communications Society Conference on, IEEE, 2009, pp. 1-9.
4. Memsic wireless modules - http://www.memsic.com/products/wireless-sensor-networks/wireless-modules.html.
5. R. Doost, K. Chowdhury, M. Di Felice, Routing and link layer protocol design for sensor networks with wireless energy transfer, in: GLOBECOM 2010, 2010 IEEE Global Telecommunications Conference, IEEE, 2010, pp. 1-5.
6. Устройство электропитания узлового элемента беспроводной сенсорной сети. Патент РФ.2793177.
7. Powercast corporation, p2000 series 902 928 mhz powerharvester development kit. http://www.powercastco.com/products/development-kits/.
Claims (1)
- Устройство подзарядки аккумуляторов узловых элементов беспроводной сенсорной сети, доставляемое с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и включающее электромагнитное воздействие, отличающееся тем, что содержит неподвижную и закрепленную на сенсорном элементе конусообразную крышку с размещенной на ней первой обмоткой, а также содержит размещенную посредством подвесов на БПЛА вторую обмотку в форме усеченного конуса с возможностью перемещения обмотки в вертикальном направлении при помощи электрического проводника-троса, образующую совместно с первой обмоткой трансформатор, при этом для обеспечения жёсткой взаимной фиксации конусообразных крышек обмотки снабжены кольцевыми магнитными элементами, а для отслеживания и управления перемещением крышек на БПЛА установлена видеокамера.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2817523C1 true RU2817523C1 (ru) | 2024-04-16 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9387928B1 (en) * | 2014-12-18 | 2016-07-12 | Amazon Technologies, Inc. | Multi-use UAV docking station systems and methods |
US10075017B2 (en) * | 2014-02-06 | 2018-09-11 | Energous Corporation | External or internal wireless power receiver with spaced-apart antenna elements for charging or powering mobile devices using wirelessly delivered power |
RU2730468C1 (ru) * | 2020-01-30 | 2020-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Способ подзарядки аккумуляторов в беспроводной сенсорной сети |
RU2741064C1 (ru) * | 2019-04-22 | 2021-01-22 | Бейдзин Сяоми Мобайл Софтвэр Ко., Лтд. | Система беспроводной зарядки, беспроводное зарядное устройство и беспроводное устройство приема мощности |
US11413974B2 (en) * | 2015-01-18 | 2022-08-16 | Foundation Productions, Llc | Apparatus, systems and methods for unmanned aerial vehicles |
RU2793177C1 (ru) * | 2020-10-05 | 2023-03-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Устройство электропитания узлового элемента беспроводной сенсорной сети |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10075017B2 (en) * | 2014-02-06 | 2018-09-11 | Energous Corporation | External or internal wireless power receiver with spaced-apart antenna elements for charging or powering mobile devices using wirelessly delivered power |
US9387928B1 (en) * | 2014-12-18 | 2016-07-12 | Amazon Technologies, Inc. | Multi-use UAV docking station systems and methods |
US11413974B2 (en) * | 2015-01-18 | 2022-08-16 | Foundation Productions, Llc | Apparatus, systems and methods for unmanned aerial vehicles |
RU2741064C1 (ru) * | 2019-04-22 | 2021-01-22 | Бейдзин Сяоми Мобайл Софтвэр Ко., Лтд. | Система беспроводной зарядки, беспроводное зарядное устройство и беспроводное устройство приема мощности |
RU2730468C1 (ru) * | 2020-01-30 | 2020-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Способ подзарядки аккумуляторов в беспроводной сенсорной сети |
RU2793177C1 (ru) * | 2020-10-05 | 2023-03-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Устройство электропитания узлового элемента беспроводной сенсорной сети |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9573485B2 (en) | Electric machine and power supply system having battery pack | |
KR20130039031A (ko) | 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 수신 장치 그리고 무선 전력 송수신 장치 | |
WO2011112064A2 (ko) | 이동 단말의 무선 충전을 위한 방법 및 그를 위한 이동 단말 | |
KR101114428B1 (ko) | 공진자기유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 에너지 전송 시스템 | |
CN102971934A (zh) | 可感应充电的电源组 | |
KR20110103295A (ko) | 통신망을 이용한 무선 충전 방법 | |
KR101171937B1 (ko) | 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 전력 전송 시스템 및 무선 충전기기 | |
CN102792555A (zh) | 无线功率充电方法和装置 | |
JP2012143091A (ja) | 遠隔無線駆動充電装置 | |
US20170179768A1 (en) | Portable charging system and hybrid battery | |
CN110793668A (zh) | 一种共振磁耦合感应取电自供能无线测温系统 | |
KR101173947B1 (ko) | 멀티노드 무선충전 스위칭 명령 전송 방법 | |
KR20170066732A (ko) | 차량용 무선 충전 시스템 | |
US20200328613A1 (en) | Wirelessly rechargeable energy store | |
RU2817523C1 (ru) | Устройство подзарядки аккумуляторов узловых элементов беспроводной сенсорной сети | |
JP2008015692A (ja) | ロボットシステム | |
CN105515077A (zh) | 一种激光充电处理方法和设备 | |
RU2730468C1 (ru) | Способ подзарядки аккумуляторов в беспроводной сенсорной сети | |
KR101142388B1 (ko) | 자기공진유도 방식 기반 충전기기의 충전 시스템 및 충전 방법 | |
KR101651279B1 (ko) | 출입문에 설치되는 전기기기용 전원공급장치 | |
US11264836B2 (en) | Wireless kinetic charger | |
Manohar et al. | An overview of wireless power transmission system and analysis of different methods | |
RU2793177C1 (ru) | Устройство электропитания узлового элемента беспроводной сенсорной сети | |
JP2009058373A (ja) | 位置情報通知装置 | |
KR101171970B1 (ko) | 자기공진유도 방식 기반 충전기기의 충전 시스템 및 충전 방법 |