StartUp program ANSYS // Применением HFSS для расчета устройств с беспроводной зарядкой

Аватар пользователя Денисов Дмитрий
0 446

С ростом числа устройств Интернета вещей (IoT), перед инженерами встаёт проблема разработки беспроводных методов зарядки для пользовательских и промышленных устройств. Nikola Labs в Коламбусе, штат Огайо, работает над промышленной стороной этого вопроса. Компания Nikola Labs, участник SturtUp program Ansys, была основана в 2015 году в Университете штата Огайо, взяв за основу идею профессора Чи-Чи Чена о возможности передачи энергии с использованием радиочастот, передающихся между антеннами. На данный момент компания насчитывает около 30 сотрудников, которые нацелены на создание комплексного решения удаленного контроля за состоянием машины. Работоспособность машины измеряется приемником сверхнизкой мощности, включающим в себя температурный датчик и акселерометр. Так как в настоящее время приемники в полевых условиях могут довольно долго работать от одного заряда батареи, технология беспроводной передачи энергии может, разрабатываемая Nikola Labs, может принести существенную выгоду.

Инженеры Nikola Labs использовали 3D симуляци. ЭМ поля, созданного в Ansys HFSS, когда были студентами и продолжают использовать их в своей работе, из-за высокой точности симуляции и потому что они хорошо знакомы с этим программным обеспечением. 

“На старте нашей компании мы понимали, что нам нужен HFSS, однако это было вопросом довольно больших денег, особенно в начале, поэтому мы могли только мечтать о том, как мы заплатим за него”, говорит ведущий инженер Роланд Таллос, который использовал HFSS на протяжении 8 лет, начиная со средней школы. Когда их вице-президент узнал о программе StartUp Ansys  в 2017, Таллос сказал “это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой”. “Это было действительно стоящей сделкой и нам очень повезло участвовать в этой программе в последние три года - это позволило нам сделать то, что мы хотели, без вливаний огромного количества денег”.

Система Vero от Nikola Labs принимает данные акселерометра, собранные со своих приемников (четыре меньших блока), которые размещены на промышленном оборудовании, и отправляет данные в концентратор. Затем концентратор отправляет данные в облако, где они обрабатываются. Концентратор также обеспечивает беспроводное питание приемников для подзарядки их батарей:

A rendering of Nikola Labs' Vero system, which takes accelerometer data gathered from receivers (the four smaller units in the picture) and sends the data to a hub (the larger unit in the picture).

Они открыли для себя программу запуска Ansys как раз вовремя. Спустя несколько лет поиска потенциального ПО для их технологий и разработки прототипов для нескольких компаний, в 2017 они наткнулись на разработке, которая стала главным объектом их фокуса: промышленные сенсоры для отслеживания состояния оборудования (обычно корпусов двигателей или подшипников) с использованием вибрационного анализа. Каждый сенсор это приёмник со встроенным акселерометром. Он собирает данные акселерометра и конвертирует их в данные о вибрации, которые позже могут исследовать эксперты для заключения о состоянии машины.

ANSYS HFSS-симуляция трехмерной диаграммы направленности дипольной антенны:

An Ansys HFSS simulation of the 3D radiation pattern of the dipole antenna when it is mounted on top of a bottle.

Основная проблема существующих сенсоров в сроке службы их батареи - обслуживающий персонал тратит слишком много времени, чтобы заменить батареи в датчиках, которые зачастую расположены в труднодоступных местах. Главная проблема в том, что пользователя всегда хотят, чтобы система была как можно меньше. Поскольку мощность передатчика относительно небольшая и зачастую имеет фиксированные значения, наибольший вклад инженеры могут сделать, увеличивая производительность антенны на стороне приёмника.

Симуляция ускоряет разработку антенны

Комплексная система преобразования ВЧ-постоянного тока (SiP) от Nikola Labs принимает радиочастотную энергию, захваченную антенной, и преобразует ее в мощность постоянного тока. Затем он повышает напряжение и обеспечивает зарядку аккумулятора или суперконденсатора, а также подает регулируемую мощность в систему:

Nikola Labs' RF-to-DC system-in-package (SiP) wireless power system

Модель ANSYS HFSS изогнутой дипольной антенны вокруг антенны NFC:

An Ansys HFSS model of a dipole antenna around an NFC antenna.

Возможность быстрой симуляции различных антенн, используя различные техники, различные решения дизайна - это то, с чем HFSS блистательно справляется. Спустя почти пять лет после основания, усилия компании окупаются. Сейчас Nikola Labs имеют более 40 клиентов и 90 объектов, и это число только растёт. На данный момент они отслеживают более 700 единиц оборудования и собрали более 32 миллионов показаний датчиков. Часть этих успехов они приписывают программе запуска Ansys.

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии