2021潔能競賽 大專綠運輸組 銀牌

楊淞任、梁証柏

國立中興大學 電機工程學系

 

指導老師

賴慶明老師/國立中興大學 電機工程學系

 

■ 作品運作

在無線傳電系統中，如何穩定輸出電壓並維持高效率的電力傳輸是非常重要的研究議題。隨著時間變化，諧振電容值即開始老化、與原先的理想設計必然有所差異。為解決此問題，本作品透過X7R陶瓷電容所具有直流偏壓和電容值變化相依之特性，提出一新型驅動電路產生可調控脈衝電流，使陶瓷電容之偏壓可以調整。

■ 創意特色

本作品是利用陶瓷電容其特性為電容值與直流電壓呈反比關係去決定目前所選用的電容值大小為何，此方法可以更加容易的控制容值的穩定度以及當整體傳電系統距離改變時或是因元件老化改變到系統特性，此作品都更容易將效率調整至原先的最佳點，並且能穩定輸出電壓給予後方負載，本作品特色在於透過設計出的可變電容模組，其架構中所利用到的輔助電感，透過此組電感能與諧振電容產生出一組脈衝電流，而此脈衝電流則能決定目前電容值大小，或是在距離改變的狀況下，將改變的頻率調整回原先設定的最佳頻率點。
此作品最創意的地方在於選用陶瓷電容電容值與直流電壓呈反比關係，來決定電容值大小，透過一組可變電容模組產生出的脈衝電流與以往可變電容模組都較為不同，以往都採用開關控制串並聯電容是否導通，來決定電容值為何，但這種方式雖較為簡單，但因其方法開關較多，因此損耗也較多，所以本作品透過陶瓷電容原本特性，且可變電容模組內的輔助電感與陶瓷電容可達到零電流切換，因此可以將效率提升，且穩定控制容值的變化，使效率在不管是垂直距離變化下或是水平偏移下都能維持在最高效率點。

■ 發展潛能

目前自走車運用廣泛，尤其在工廠應用更為最多，而這些自走車在充電的過程中，許多都是利用將無線傳電系統裝設於廠內，讓自走車定位後回到充電站充電，而在自走車設計的軌道中，透過本作品設計出的可變電容模組，可讓當傳電的距離改變時，或是有水平偏移時，能將充電效率都維持在同一個效率點，且能讓設計自走車時能走的軌道範圍更大，而不是侷限在線圈設計好後所能傳遞到的距離下，而原先沒有加入可變電容模組之傳送端以及接收端都需完全對齊才能將效率最大化，因此設計自走車軌道上須更為準確，而透過本作品設計的可變電容模組則能自我調整，把傳電效率都為維持在最高點。
在發展淺能中，無人機也逐漸趨於熱門，因平時車用的無線充電系統，其傳電方式是透過磁共振的方法將能量傳遞，因此其充電的距離會較為近，且若需傳電更遠此線圈則須設計更大規格，進而整體的費用都較為昂貴，而無人機想在高空中充電時，若採用磁共振技術，可能會因場地較為難找以及耗材較貴重，則使無線充電系統無法和無人機結合的意願降低，但若採用射頻技術結合可變電容模組則可以將無人機充電系統整體範圍拉高，可將傳遞能量範圍拉高至數公尺外，且透過本作品之可變電容模組將無人機停靠位置有更大的範圍充電，這兩種技術結合將使無線傳電系統的應用範圍推向更廣。