IT201800002986A1

IT201800002986A1 - Sistema e procedimento per la trasmissione di energia elettrica di potenza

Info

Publication number: IT201800002986A1
Application number: IT102018000002986A
Authority: IT
Inventors: Claudio Lastrucci
Original assignee: Powersoft S P A
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-23
Also published as: EP3531533A1; US20190267844A1; CN110190683A; EP3531533B1

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“Sistema e procedimento per la trasmissione di energia elettrica di potenza”

La presente invenzione ha per oggetto un sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza.

Nella vita di tutti i giorni si ha a che fare con apparecchi elettronici di ogni tipo e dagli usi più disparati. Personal computer, console per videogiochi, televisori, lampade, elettrodomestici e simili sono solo alcuni degli apparecchi con cui si ha a che fare ogni giorno. In generale, si farà riferimento a tali apparecchi con il termine utenze.

Un primo problema nasce dalla necessità di avere più utenze da collegare ad una rete domestica ed allo stesso tempo dall’avere un numero ridotto di prese in una stanza dove collegare i suddetti apparecchi.

Un altro problema nasce dai cavi di alimentazione delle suddette utenze che, anche se raggruppati in blocchi unici, possono causare ingombri di diversa natura. Ad esempio, un utente potrebbe inciampare sui suddetti cavi o, nel caso in cui si voglia spostare uno dei suddetti apparecchi, i cavi possono intrecciarsi tra di loro risultando in una perdita di tempo per l’utilizzatore.

Sono noti inoltre sistemi ed apparati per la trasmissione di energia wireless, ma svantaggiosamente non sono in grado di trasmettere sufficienti livelli di energia. Ad esempio, la distanza tra l’apparecchio trasmettitore e quello ricevitore è una prima causa per una trasmissione dell’energia non ottimale.

In particolare, tali sistemi/apparati sfruttano condensatori variabili al fine di assicurare un certo livello di energia trasmessa non riuscendo però ad arrivare a prestazioni soddisfacenti al fine del corretto funzionamento delle utenze alimentate dal sistema/apparato.

Ancor più in particolare, a seguito di variazioni nelle tolleranze costruttive o nell’introduzione di oggetti metallici all’interno del sistema/apparato la sintonizzazione nella trasmissione dell’energia può non risultare ottimale ed i condensatori variabili non risultano sufficientemente adatti a compensare queste variazioni, portando quindi ad uno sfasamento del sistema/apparato.

Compito tecnico della presente invenzione è dunque quello di fornire un sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza ed un procedimento per la trasmissione di energia elettrica di potenza che siano in grado di superare i problemi emersi dall’arte nota.

In particolare, uno scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza ed un procedimento per la trasmissione di energia elettrica di potenza che permettano di utilizzare un elevato numero di utenze anche in presenza di un numero ridotto di prese elettriche.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è dunque quello di mettere a disposizione un sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza ed un procedimento per la trasmissione di energia elettrica di potenza che permettano di avere una trasmissione maggiormente efficiente dell’energia rispetto ai sistemi ed agli apparati noti.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza ed un procedimento per la trasmissione di energia elettrica di potenza comprendenti le caratteristiche esposte in una o più delle unite rivendicazioni. Le rivendicazioni dipendenti possono corrispondere a possibili forme di realizzazione del presente trovato.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza ed un apparato di trasmissione di energia elettrica di potenza con riferimento alla figura allegata, in cui:

- La figura 1 è una rappresentazione schematica di un sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza oggetto della presente invenzione;

- La figura 2 è una rappresentazione schematica di un componente del sistema di trasmissione di figura 1 secondo una sua prima forma di realizzazione;

- La figura 3 è una rappresentazione schematica del componente di figura 2 secondo una sua seconda forma di realizzazione;

- La figura 4 è una rappresentazione schematica di un ulteriore componente del sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza secondo una sua forma alternativa.

Con riferimento alle figure allegate con 1 è stato complessivamente indicato un sistema di trasmissione di energia elettrica di potenza che, per semplicità di descrizione, verrà indicato come sistema 1.

Il sistema 1 comprende un generatore di corrente 2 ad alta frequenza operante ad una frequenza fissa.

Il generatore di corrente 2 è collegabile ad una rete domestica in modo da poter generare una corrente da immettere nel sistema 1 stesso.

Preferibilmente, il generatore di corrente 2 opera ad una frequenza fissa che può essere selezionata tra un intervallo compreso tra 25 hertz e 5 megahertz.

La scelta della frequenza a cui opera il generatore di corrente 2 è predeterminata sulla base delle utenze da alimentare con il sistema 1 o della rete domestica a cui il generatore di corrente 2 stesso è collegato. In particolare, il generatore di corrente 2 è un generatore di corrente alternata sinusoidale.

Il sistema 1 comprende inoltre un circuito di trasmissione 3 di tipo non risonante. La scelta di un circuito non risonante è preferibile ad altre soluzioni in quanto permette di facilitare l’installazione del sistema 1 all’interno della stanza. In particolare, un circuito non risonante non richiede aggiustamenti di sintonia in fase di installazione.

In particolare, il circuito di trasmissione 3 è collegato con il generatore di corrente 2 mediante un percorso chiuso ed è configurato per generare un campo magnetico. In altre parole, l’ingresso e l’uscita della corrente del circuito di trasmissione 3 coincidono con il generatore di corrente 2.

In particolare, il circuito di trasmissione 3 viene attraversato dalla corrente generata dal generatore di corrente 2 generando il campo magnetico sopra citato. In particolare, il campo magnetico è generato internamente ed esternamente al perimetro delimitato dal percorso chiuso del circuito di trasmissione 3.

La frequenza fissa del generatore di corrente 2 coincide con una frequenza non risonante del circuito di trasmissione 3

Come già detto in precedenza, la scelta della frequenza fissa dipende dalle caratteristiche della rete domestica e/o delle utenze da alimentare e/o del circuito di trasmissione 3 stesso. Preferibilmente, la scelta della frequenza fissa dipende da normative che limitano le intensità del campo magnetico in relazione al corpo umano.

Il sistema 1 comprende inoltre almeno un circuito ricevitore 4 di tipo risonante. Il circuito ricevitore 4 è collegato ad una utenza ed è posizionabile in un’area prossima al circuito di trasmissione 3 in modo che vi sia indotta una corrente da inviare all’utenza stessa.

In altre parole, il circuito ricevitore 4 è internamente o esternamente collocato al perimetro del circuito di trasmissione 3 in modo da venir investito dal campo magnetico per indurvi la corrente.

Per utenza si intende un qualsiasi tipo di dispositivo elettrico o elettronico o che comunque richiede una alimentazione per venire alimentato e quindi espletare la propria funzione.

Tali utenze possono essere ad esempio lampade, elettrodomestici o personal computer, dispositivi multimediali o dispositivi per la riproduzione audio.

In generale, per utenza si intende un qualsiasi apparecchio che necessiterebbe di venir collegato alla rete domestica o che necessiterebbe di batterie per poter funzionare.

In figura 1 è rappresentato un sistema in cui sono presenti tre utenze “U” con i relativi circuiti ricevitori 4.

Ciascun circuito ricevitore 4 è adatto a mantenere una sintonia tra la frequenza fissa del generatore di corrente 2 ed una frequenza di risonanza del circuito ricevitore 4 stesso. In particolare, la sintonia deve essere mantenuta per massimizzare la trasmissione di energia tra il circuito di trasmissione 3 ed il circuito ricevitore 4 stesso.

Preferibilmente, il circuito ricevitore 4 è configurato per generare una corrente di controllo in modo da mantenere la sintonia tra la frequenza fissa del generatore di corrente 2 e la frequenza di risonanza del circuito ricevitore 4 stesso.

Il circuito ricevitore 4 comprende preferibilmente un sistema di accumulo di energia 5 che permette di utilizzare l’utenza anche quando il sistema 1 non è in funzione per un qualsiasi motivo. Ad esempio, il sistema di accumulo di energia 5 può essere realizzato nella forma di una batteria di accumulo di energia.

Tale sistema di accumulo di energia 5 può essere ricaricato tramite l’induzione di corrente ottenuta con il circuito di trasmissione 3. In altre parole, il circuito di trasmissione 3 permette di trasmettere energia alle utenze ed a ricaricare il sistema di accumulo di energia 5.

Preferibilmente, le batterie di accumulo di energia permettono di generare la corrente di controllo che permette di mantenere il circuito ricevitore 4 (nello specifico la sua frequenza di risonanza) in sintonia con il circuito di trasmissione 3 (ovvero alla frequenza fissa del generatore di corrente 2). Il circuito ricevitore 4 potrebbe non avere un sistema di accumulo di energia 5 ma ricevere la corrente di controllo direttamente dal sistema 1 stesso. In questo modo, se il sistema 1 è spento, il circuito ricevitore 4 non funzionerebbe ma si evita la presenza di singoli sistemi di accumulo a bordo delle utenze “U”.

Preferibilmente, il circuito ricevitore 4 (o i circuiti ricevitori 4 come nelle figure allegate) è realizzato mediante un induttore lineare variabile 4a configurato per sintonizzare il circuito ricevitore 4 stesso alla frequenza fissa del generatore di corrente 2. In altre parole, il circuito ricevitore 4 comprende un induttore lineare variabile 4a per sintonizzare il circuito ricevitore 4 stesso (risonante) alla frequenza fissa non risonante del generatore di corrente 2.

In altre parole, come da progettazione dell’impianto le frequenze dei circuiti ricevitori 4 sono sintonizzate con la frequenza fissa del generatore di corrente 2.

A seguito di possibili interferenze o di variazioni nelle tolleranze costruttive, è necessario che tale sintonia venga mantenuta per evitare che vi sia uno scostamento tra le frequenze (detto anche desintonia) e quindi una trasmissione dell’energia non ottimale.

La corrente di controllo permette quindi di variare l’induttanza del circuito ricevitore 4 (nello specifico l’induttanza dell’induttore lineare variabile 4a con cui il circuito ricevitore 4 è realizzato) in modo da compensare la variazione o l’interferenza che porterebbe ad una desintonia tra le frequenze.

Come rappresentato in figura 2, l’induttore lineare variabile 4a può essere realizzato come una induttanza in serie rispetto all’utenza “U” (ovvero all’induttanza del circuito dell’utenza “U”). In questo modo l’induttore lineare variabile 4a genera una induttanza di controllo che corrisponde ad un delta induttanza in sottrazione all’induttanza dell’utenza “U”.

Come rappresentato in figura 3, l’induttore lineare variabile può essere realizzato come una induttanza in parallelo rispetto all’utenza “U” (ovvero all’induttanza del circuito dell’utenza “U”). In questo modo l’induttore variabile 4a genera una induttanza di controllo che corrisponde ad un delta induttanza che si somma all’induttanza dell’utenza “U”.

In figura 1 sono rappresentate due utenze “U” in cui l’induttore lineare variabile 4a è realizzato come una induttanza in serie ed una utenza “U” in cui l’induttore lineare variabile 4a è in parallelo.

Il sistema 1 è in grado di rilevare tale desintonia tramite appositi algoritmi implementati nel circuito ricevitore 4 che quindi attivano il circuito ricevitore 4 stesso portandolo ad intervenire per riportare la sintonia richiesta tra le frequenze al fine di massimizzare trasferimento di energia.

A solo titolo di esempio, quindi non limitativo, un algoritmo per la individuazione del punto di massimo trasferimento può essere l’algoritmo MPPT (Maximum Power Point Tracker).

Il sistema 1 sopra descritto ed in particolare il circuito di trasmissione 3 è associato, ad esempio, ad un perimetro di una stanza “S” in modo da generare il campo magnetico in modo da indurre una corrente nell’almeno un circuito ricevitore 4 quando posizionato in prossimità del perimetro stesso.

In altre parole, il generatore di corrente 2 è collegato alla rete domestica mediante una presa di corrente ed il circuito di trasmissione 3 è installato alle pareti o a porzioni di pareti o al pavimento della stanza in modo da formare il percorso chiuso con cui lo stesso si collega al generatore di corrente 2. Il circuito di trasmissione 3 può essere installato internamente o esternamente alle pareti della stanza “S”, purché tale installazione consenta la trasmissione dell’energia elettrica di potenza alle utenze “U”. In questo modo, quando il circuito ricevitore 4 installato sull’utenza “U” viene collocato internamente alla stanza “S” (ovvero in prossimità del circuito di trasmissione 3”) la corrente verrà indotta nel circuito ricevitore 4 stesso attivando l’utenza “U” stessa.

Preferibilmente, l’almeno un circuito ricevitore 4 (ovvero l’utenza “U”) è dotato di un interruttore di accensione in modo da indurre o meno la corrente quando il circuito ricevitore 4 stesso è posizionato internamente al perimetro della stanza “S”. In altre parole, se non fosse necessario che l’utenza “U” sia attiva pur essendo posizionata nella stanza, il circuito ricevitore 4 può essere spento mediante l’interruttore di cui sopra, permettendo un ulteriore controllo sull’utenza “U” stessa.

Preferibilmente, il circuito di trasmissione 3 è dotato di un proprio interruttore di accensione in modo da generare o meno il campo magnetico in base alle esigenze di un utilizzatore che entra nella stanza. Preferibilmente, l’almeno un circuito ricevitore 4 è dotato di una batteria di accumulo di energia 5, come precedentemente descritto, che è azionabile mediante all’interruttore di accensione sopra menzionato in modo che l’utenza possa essere accesa anche quando il circuito di trasmissione 3 è spento.

In altre parole, un utente è in grado di caricare la batteria di accumulo di energia 5 accendendo il circuito di trasmissione 3 e, una volta spento il circuito di trasmissione 3, di accendere il circuito ricevitore 4 dell’utenza “U” quando necessaria senza necessariamente utilizzare il circuito di trasmissione 3 stesso.

In figura 4 è riportata una forma alternativa del circuito di trasmissione 3 sopra descritto.

Preferibilmente, quindi non limitatamente, tale forma alternativa potrebbe essere installata nel pavimento o soffitto della stanza “S”.

In particolare, il circuito di trasmissione 3 è diviso in una prima porzione 3a ed una seconda porzione 3b formate da un unico circuito dove il circuito di trasmissione 3 stesso si ripiega su se stesso formando un punto di sostanziale sovrapposizione 3c.

In questo punto di sovrapposizione 3c (nonché lungo l’intera porzione in cui il circuito di trasmissione 3 è parallelo a se stesso), preferibilmente centrale alla stanza “S”, si ha un’intensità doppia del campo magnetico. In questo modo, a parità di potenza del sistema 1 sopra descritto, si ottiene un incremento della trasmissione di energia elettrica di potenza quattro volte maggiore del caso precedente.

La presente invenzione riguarda inoltre un procedimento per la trasmissione di energia elettrica di potenza.

Il procedimento prevede di predisporre un sistema 1 come quello precedentemente descritto. In particolare, il procedimento prevede di predisporre il circuito di trasmissione 3 del sistema 1 in prossimità di un perimetro di una stanza “S” (ad esempio nelle pareti o nel pavimento della stanza “S”) come rappresentato nelle figure allegate. In questo modo, il circuito di trasmissione 3 definisce un volume di trasmissione in prossimità del circuito di trasmissione 3 stesso.

Il procedimento prevede dunque di collegare il generatore di corrente 2 ad alta frequenza con la rete domestica o una qualsiasi fonte di fornitura di energia. Collegare il generatore di corrente 2 alla rete domestica (o altra fonte di fornitura di energia) consente ad una corrente di attraversare il circuito di trasmissione 3 in modo da generare un campo magnetico in prossimità del volume di trasmissione. In altre parole, in seguito al collegamento del generatore di corrente 2 (non risonante operante a frequenza fissa) alla rete domestica, viene generato il campo magnetico entro il volume di trasmissione.

A questo punto viene immerso un circuito ricevitore 4 (collegato ad una utenza “U”) nell’area interna in modo che venga investito dal campo magnetico in modo tale da generare una corrente indotta nel circuito ricevitore 4 stesso.

La corrente indotta permette quindi di alimentare l’utenza “U” collegata al circuito ricevitore 4.

Il sistema 1 ed il procedimento sopra descritti permettono di superare gli inconvenienti emersi dall’arte nota.

In particolare, il sistema 1 ed il procedimento sopra descritti permettono di trasferire l’energia con un’efficacia migliore rispetto ad i sistemi e agli apparati noti.

Vantaggiosamente, il sistema 1 ed il procedimento sopra descritti permettono un utilizzo di un elevato numero di utenze mantenendo allo stesso tempo la sintonia tra il circuito di trasmissione 3 e l’almeno un circuito ricevitore 4.

Vantaggiosamente, il sistema 1 ed il procedimento sopra descritti sono in grado di meglio compensare variazioni di tolleranze costruttive o l’introduzione di interferenze rispetto ai sistema e gli apparati dell’arte nota.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema (1) di trasmissione di energia elettrica di potenza comprendente: - un generatore di corrente (2) alternata sinusoidale collegabile ad una fonte di alimentazione ed operante a frequenza fissa non risonante; - un circuito di trasmissione (3), di tipo non risonante, collegato con detto generatore di corrente (2) mediante un percorso chiuso e configurato per generare un campo magnetico; - almeno un circuito ricevitore (4), di tipo risonante, collegabile ad una utenza (U) e posizionabile in un volume in prossimità di detto circuito di trasmissione per essere immerso in detto campo magnetico generato dal circuito di trasmissione (3) in modo tale da generare una corrente indotta per alimentare detta utenza (U), detto circuito ricevitore (4) essendo adatto a mantenere una sintonia tra detta frequenza fissa del generatore di corrente (2) ed una frequenza di risonanza del circuito ricevitore (4) stesso.
2. Sistema (1) di trasmissione di energia elettrica di potenza secondo la rivendicazione 1, in cui detto almeno un circuito ricevitore (4) è realizzato con un induttore lineare variabile (4a) configurato per sintonizzare la frequenza di risonanza del circuito ricevitore (4) stesso alla frequenza fissa non risonante di detto generatore di corrente (2).
3. Sistema (1) di trasmissione di energia elettrica di potenza secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui detto almeno un circuito ricevitore (4) è dotato di un sistema di accumulo di energia (5).
4. Sistema (1) di trasmissione di energia elettrica di potenza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un circuito ricevitore (4) è configurato per generare una corrente di controllo in modo di mantenere una sintonia tra detta frequenza fissa e detta frequenza del circuito ricevitore (4) stesso.
5. Sistema (1) di trasmissione di energia elettrica di potenza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta frequenza fissa è selezionabile tra un intervallo compreso tra 25 hertz e 5 megahertz.
6. Sistema (1) di trasmissione di energia elettrica di potenza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un circuito ricevitore (4) è dotato di un interruttore di accensione in modo da indurre o meno la corrente quando lo stesso è posizionato internamente a detto perimetro.
7. Sistema (1) di trasmissione di energia elettrica di potenza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto circuito di trasmissione (3) è dotato di un proprio interruttore di accensione in modo da generare o meno detto campo magnetico.
8. Sistema (1) di trasmissione di energia elettrica di potenza secondo le rivendicazioni 6 o 7, in cui detto almeno un circuito ricevitore (4) è dotato di un sistema di accumulo di energia (5) azionabile mediante detto interruttore di accessione per l’accensione o meno di detta utenza (U) quando detto circuito di trasmissione (3) è spento.
9. Procedimento per la trasmissione di energia elettrica di potenza comprendente le fasi di: - predisporre un sistema (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti; - predisporre un circuito di trasmissione (3) lungo un perimetro di una stanza (S) in modo da definire un volume di trasmissione in prossimità del circuito di trasmissione (3) stesso; - collegare un generatore di corrente (2) ad alta frequenza ed operante a frequenza fissa ad una rete domestica; - generare un campo magnetico entro detta area interna tramite detto circuito di trasmissione (3) in seguito al collegamento di detto generatore di corrente (2) a detta rete domestica; - immergere almeno un circuito ricevitore (4) in detta area interna in modo che venga investito da detto campo magnetico in modo tale da generare una corrente indotta; - alimentare una utenza (U) collegata a detto circuito ricevitore (4) con detta corrente indotta.