التحديات والحلول التي تواجه حركة إيمكس في الأجهزة اللاسلكية

EMC Imperative in Wireless Power Transfer

وقد تسارع اعتماد الشحن اللاسلكي عبر أجهزة المستهلكين الإلكترونية، والأجهزة الآلية والطبية، والمعدات الصناعية، كما أن الوعد بتقديم الطاقة الخالية من الموصولات يوفر ملاءمة حقيقية، ويقلل من اللبس الميكانيكي، ويمكِّن من إيجاد عوامل جديدة لشكل المنتجات، غير أن الميادين الكهرومغناطيسية التي تجعل نقل الطاقة اللاسلكية ممكناً، تنطوي أيضاً على تحديات كبيرة في القدرة على المنافسة المغناطيسية دون قيود.

أساسيات القدرة على المنافسة المغناطيسية في الشحن اللاسلكي

أما القدرة على التكافل الكهرومغناطيسي فهي الانضباط الذي يكفل تشغيل النظم الإلكترونية دون التسبب في التدخل الكهرومغناطيسي أو المعاناة منه، وبالنسبة لأجهزة الشحن اللاسلكية، فإن الفحم المتنقل يولد مجالاً مغناطيسياً مستغرقاً من الزمن إلى طاقة مزدوجة في إطار جهاز استقبال، ويمكن أن يتجاوز هذا المجال المغنطيسي المتعمد منطقة الانقلاب المقصودة، كما أن الحركات المشغلة ذات التردد العالي التي تولدت في مراحل الارتطام.

ثانيا - القدرة على العمل في مجال التنظيم والمعايير

ويجب أن تمتثل أجهزة الشحن اللاسلكية لمعايير الانبعاثات والحصانة التي تختلف حسب المنطقة والتطبيق، وتنشر اللجنة الخاصة الدولية المعنية بالتفاعل الراديوي معايير مثل المعيار 11 من حقوق الملكية الفكرية لرابطة الدول المستقلة ورقم 32 من حقوق الملكية الفكرية، بينما تقوم لجنة الاتصالات الاتحادية بإنفاذ قواعد الباب 15 في الولايات المتحدة، وفيما يتعلق بنظم نقل الطاقة اللاسلكية التي تعمل بأقل من 30 ميغاهيرتز، تحدد المعايير ذات الصلة عادة الحدود المتعلقة بالانبعاثات الميدانية المغنطة بمسافات المحددة.

توزيع الترددات وآثارها

وعادة ما تعمل أجهزة الشحن اللاسلكية الاستهلاكية في نطاق 100-205 كيلو هيرتز للنظم المتوافقة مع الترددات، تم اختيار نطاق الترددات هذا لموازنة كفاءة التقارب مع القيود التنظيمية، واتساع الترددات العالية تسمح بتجميع كميات أصغر من المواد الكيميائية، ولكن مع تعقيدها، في حين تتطلب الترددات المنخفضة هياكل مغناطيسية أكبر، واختيار ترددات التشغيل تؤثر مباشرة على تصميم أجهزة التصفير، ومواد التحميص، والتأثيرات الشاملة

Detailed Challenges in Achieving EMC for Wireless Chargers

الانبعاثات العالية التردد من الدوائر البديلة

وينشأ التحدي الرئيسي الذي يواجهه الاتحاد الأوروبي في الشحن اللاسلكي من مرحلة اللافقار التي تحول قوة العاصمة إلى جهاز تحويل مضخة لنقل الطاقة، حيث يتحول جهاز تحويل من الدرجة دال أو من فئة هاء إلى مستويات عالية من الطاقة، وينتج عنها مقطورات تشغيلية أساسية، بل أيضا محتوى تناسقي كبير يمتد إلى نطاق الترددات المتوسطة، ويمكن أن تتداخل هذه الأجهزة مع عمليات استقبال لاسلكية، ونظم اتصالات قريبة من المداري.

الإشعاع النسوي والكوبلين في الميدان القريب

وعلى الرغم من أن الانقلابات المغناطيسية القريبة من الحقول هي مبدأ التشغيل المقصود، فإن المجال المغناطيسي لا يقتصر على زوج الفحم تماما، كما أن تدفق السدود يمتد إلى الفضاء المحيط، ويصطدم بسلوكات مجاورة، وطائرات أرضية، ودروع الكابلات، وهذا التسرب يمكن أن يحفز التيارات في الأجهزة الإلكترونية المتاخمة، مما يتسبب في حدوث تعطيل تشغيلي أو أضرار دائمة في الحالات القصوى.

Complex Electromagnetic Environments

ونادرا ما تعمل أجهزة الشحن اللاسلكية في عزلة، ويقع جهاز اتصال ذكي على لوحة شحن في عدد قليل من أجهزة اللاسلكي المتعددة - الخلوية، والواي فاي، والبلوتوث، والجهاز العالمي لتحديد المواقع، وشبكة الترددات الوطنية.

Constraints Design Constraints Imposed by Miniaturization

ويفرض الطلب على المستهلكين على أجهزة أخف وزناً وقيوداً شديدة على الحجم المتاح لمكونات التخفيف من الذخائر العنقودية، كما أن أوراق الشطب المستخدمة في الدرع المغنطيسي تضيف سميكاً ووزناً، وتحتاج المحاصد والمكثفات إلى منطقة تتنافس مع وظائف أخرى، كما أن التخلص من الخسائر في مراحل الدرع والكهرباء قد يُدار في ظروف مشددة أكثر من حيث الكفاءة.

قابلية التشغيل المتبادل وكشف الأجسام الأجنبية

)أ( أن تُنشئ نظم الكشف هذه نفسها حقول الكهرومغناطيسية ويمكن أن تخدع بواسطة هياكل معدنية أو شحنات أخرى، وأن يُستخدم الشاحن الذي يحدد بدقة عملاً على سطحه في عزلة قد لا يفعل ذلك عندما يوضع على مكتب معدني أو بالقرب من جهاز شحن آخر، فالتفاعل بين أجهزة متعددة الشحن تعمل في مواقع قريبة جداً، مثلاً، يؤدي إلى حدوث تفاعلات مزيفة بين أجهزة متعددة الأطراف تعمل في مواقع قريبة من بعضها البعض.

الحلول الشاملة للشركة في مجال الشحن اللاسلكي

المعمار المتقدم للتصوير

وتحتاج الانبعاثات المتناقلة من فئة اللافتر إلى تصفية متعددة المراحل لقمع كل من الاختلاف والضوضاء الشائعة، كما أن أجهزة التصفيف المستخدمة في سلسلة الموصلات وأجهزة التصفيق عبر خطوط الكهرباء من أجل تخفيف التناسق الأساسي والدني، كما أن أجهزة التصفيف ذات الحركة المشتركة تستخدم موصلات أو أجهزة اقتباس مخصبة لمنع الاختراعات التي تتدفق بالتساوي على السلوكين.

تصميم الدرعات والتصنيع

كما أن المواد ذات القدرة المغناطيسية العالية توفر آلية الدرع الأولية للشحنات اللاسلكية، كما أن طبقة الأسمدة التي خلفها الفحم المتنقل تحصر الحقل المغناطيسي وتخفض التسرب في الاتجاه الرجعي، إذ يجب أن تتفادى مساحات التخصيب التخصيب على النحو الأمثل لتجنب التشبع عند مستويات عالية من الطاقة مع الحفاظ على فعالية كافية في مجال الدرع، بما في ذلك السلوكيات المجزأة أو الشبك.

إن قياس الأرض الصلبة نفسه أداة قوية لإدارة حركة المركبات، إذ يمكن أن تشكل الكواكب الروحية ذات التقلبات المتحكم بها الصورة الميدانية المغناطيسية وتخفض حقول التفريغ، وتزيد من الطينات الكهربائية المتحركة، وتزيد من القدرة على التكتل بين الريح، مما يمكن أن يخلق مسارات للارتفاع في الصوتي العالي الترددي، وتضيف تشكيلات مسببة للإشعاعات المختلفة، حيث تلغى خطى خطى حراري.

تقنيات خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة هذه المواد الكيميائية

يمكن أن تعدل مقاييس التحكم التصحيحية بارامترات التحويل في الوقت الحقيقي لتقليل الانبعاثات إلى أدنى حد مع الحفاظ على توليد الطاقة، ويخفض تعديل الترددات المتناقلة مستويات الانبعاثات القصوى بتوزيع الطاقة التحويلية عبر مجموعة من الترددات، وهذه التقنية فعالة بشكل خاص لتلبية الاحتياجات من الطاقة الرباعية الحد من الضوضاء، التي تستجيب بشكل مختلف للإشارات ذات النطاق الواسع والمنتشرة بدقة.

وتستخدم نُهج الإلغاء الفعّال جني مساعد ثانوي مدفوعاً بنسخة غير مقصودة من حقل التسرب إلى انبعاثات باطلة في مواقع أو اتجاهات محددة، وتحتاج هذه النظم إلى استشعار في الوقت الحقيقي للميدان المغناطيسي وإلى مراقبة دقيقة للإلغاء الحالي، وفي حين أن الإلغاء الفعلي يضيف تكلفة وتعقيد النظام وحده، ويجب أن يظل مستقراً في ظل ظروف حمولة مختلفة، وأن تكون التنفيذ العملي غير كافٍ في التطبيقات الدروعة.

استراتيجيات العيون والرسوم الأرضية لتصميم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ولا يمكن أن يؤدي تصميم أجهزة التحكم المطبوعة لمرحلة تشغيل أجهزة التحكم اللاسلكية إلى إحداث أثر مباشر وكبير على أداء شركة EMC، ولا يمكن التقليل إلى أدنى حد من مجال التبدل السريع الذي يتحول إلى الإشعاعات الميدانية المغناطيسية وأجهزة التحويل، وينبغي أن تكون الطائرات الأرضية تحت مرحلة التحكم في الارتفاع، مع وضع أجهزة التحكم في المواهب على نحو استراتيجي لتوفير مسارات العودة المنخفضة السرعة.

تشمل المبادئ التوجيهية الأساسية: ]

• باستخدام أربعة مبيد أو ستة طوابق من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع الطاقة المكرّسة والطائرات الأرضية.
• وضع مسرح اللافتر على جانب واحد من اللوحة مع أجهزة التحكم الإلكترونية على الجانب الآخر
• تُبعد آثار التردد العالي عن حواف اللوحة و دبابيس الموصلة
• دمج قوارير الخياطة حول محيط الطائرات الأرضية لتقليل الإشعاعات الحادة
• إضافة حزام عبّارة على جميع الكابلات والأسلاك التي تخرج من الضميمة

اختبار الامتثال الشامل

وينبغي أن يبدأ اختبارات التعبئة اللاسلكية لأجهزة الشحن اللاسلكية في وقت مبكر من دورة التصميم، وليس كخطوة تحقق نهائية، وقد تُجرى قياسات ما قبل الامتثال باستخدام جهاز تحليلي طيف، أو اختبارات في الحقول القريبة، ويمكن أن تحدد الاختبارات الأساسية ترددات المشاكل ومسارات التقارب قبل الانتهاء من التصميم، كما أن اختبار الانبعاثات المتردية في غرفة كهرباء أو حجرة شبه كهربية يوفر بيانات نهائية عن وضعيات الشحنات غير خاضعة للرقابة.

(ب) المعايير الدولية مثل [(FLT:0]) CISPR 32] وFCC Part 15]] التي تحدد إجراءات القياس، وسلاسل النطاق الترددي، ووظائف أجهزة الكشف التي يجب اتباعها بدقة.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

أجهزة قوة الدفع والقوى السيكية

ويمكن أن تؤدي أجهزة تحويل الطاقة الكهربائية بواسطة جهاز غالويوم (GaN) وأجهزة نقل الطاقة السيليكونية (SiC) إلى سرعة التحول وإلى انخفاض مستوى المقاومات عن مستويات المحركات الهندسية التقليدية، ويمكن لهذه الأجهزة أن تقلل من الخسائر في الموازين في مرحلة اللافتر، مما يتيح التشغيل في فترات أعلى من الترددات التي يمكن استخدامها للتقليل من سرعة الشحنات إلى أدنى حد.

استراتيجيات رصد البيئة المحددة للبرامج البرمجية

مع أن أنظمة الشحن اللاسلكية أصبحت أكثر تطوراً، فإن النهج القائمة على البرامجيات لإدارة البرمجيات تكتسب مجازاً، ويمكن للمبرمجيات أن تعدل تواتر التحويل، ودورة العمل، والتحول التدريجي استجابة لقياس الانبعاثات في الوقت الحقيقي من أجهزة الاستشعار المتكاملة، ويمكن أن تؤدي أجهزة التجميل الماكنة إلى تحديد أنماط في البيئة الكهرومغناطيسية وتكييف عملية الشاحنات لتقليل التداخل إلى أدنى حد.

Meta-Materials and Advanced Shielding Structures

وقد أسفرت البحوث التي أجريت في مجال المواد المغناطيسية الكهرومغناطيسية - الهياكل الهندسية التي لا توجد فيها ممتلكات في المواد الطبيعية - عن نتائج واعدة لشحنات غير سلكية من طراز EMC.() ويمكن أن تحقق صفائح المواد الفوقية في مجال المغناطيسية تماثل طبقات الأسمدة الأكثر سماكاً، مما يتيح تصميمات الأجهزة النحيلة، ويمكن لبعض التشكيلات المميتة أن تمر بصورة انتقائية بتواتر التشغيل، مع سد الثغرات الناشئة عن التطبيقات البحثية.

توحيد المعايير والتعاون بين الصناعات

وقد أدى انتشار الشحن اللاسلكي عبر مختلف الصناعات إلى بذل جهود نحو مواءمة معايير الإدارة البيئية، ونشرت اللجنة الدولية للكهرباء الكهربائية 61880، التي توفر إطارا لقياس الانبعاثات من نظم نقل الطاقة اللاسلكية، وما زال الاتحاد لاسلكي للطاقة يستكمل مواصفاته المتعلقة بالسلاسل Qi مع متطلبات أكثر صرامة من التصنيف البيئي، حيث تكشف التجارب عن سيناريوهات جديدة للتدخل.

توصيات التصميم العملي لمهندسي الحركة

ابدأ بتصميم النظام الآلي

ويحدّد أداء الإدارة البيئية إلى حد كبير القرارات المتخذة على المستوى المعماري، إذ يُختار طب الطبوي اللافتر المُجدي، ويختار التردد المناسب للتحول، ويخصص مجالاً كافياً للترشيح والتحميل، خيارات أساسية لا يمكن تصحيحها فيما بعد مع تعديلات طفيفة، وينبغي أن يشمل الهيكل طائرات توليد الطاقة المخصصة، والفصل الواضح بين الدوائر المزعجة والحساسة، وتوفير عدة مراحل محددة من الاهتمام بالتصميم.

محاكاة استخدام مقررات التصميم الدليلي

وقد وصلت أدوات المحاكاة الكهرومغناطيسية إلى نقطة يمكن أن تتوقّع فيها بدقة الانبعاثات من نظم الشحن اللاسلكية. ويمكن لتحليل العناصر المحددة 3D أن يُضفي طابعاً على التوزيع الميداني المغناطيسي، وأن يحدد مسارات التسرب، وأن يقيّم فعالية الحماية قبل بناء أي معدات.

الاستثمار في القدرة على اختبار الامتثال قبل

والاختبارات الداخلية السابقة للامتثال هي واحدة من أكثر الاستثمارات فعالية من حيث التكلفة التي يمكن أن تقوم بها الشركة في نوعية الإدارة البيئية، ويمكن تجميع مجموعة أساسية من المحللين، ومجموعة من الاختبارات القريبة من الحقول، وشبكة تحقيق الاستقرار في المنطقة، وضميمة محمية، وعندما ينبغي إدماج اختبار الامتثال السابق في عملية التنمية - ينبغي قياس كل نوع من النماذج قبل إدخاله على عملية التوقيف.

خطة تصنيع التباين

ويختلف أداء الإدارة البيئية في الإنتاج عن النموذج الأولي بسبب التسامح بين المكونات، وتغيرات التجمع، والممتلكات المادية، إذ أن التصميم مع الهامش - وهو عادة 6 دي بي أو أكثر من الحد التنظيمي - يوفر غرفة رأسية لاستيعاب هذه التباينات، وينبغي أن تكون العناصر الحاسمة مثل أجهزة الاستنشاق والدروع الخصبية تحمل تحمل تحمل تحمل مسؤوليات محددة، وينبغي التحقق من التصميم بقيم مكوِّنة غير متوافقة مع ظروف معينة.

خاتمة

والقابلية للاختراق المغناطيسي للشحن اللاسلكي هي تحد هندسي متعدد الأوجه يلمس كل جانب من جوانب تصميم النظام - من اختيار نواقل القوى إلى تصميم سداسي كلورو البنزين والمقياس الجغرافي لتجمع الفحم، ويمتد التوتر الأساسي بين إيجاد ميدان مغنطيسي مقصود لنقل الطاقة، ويحتوي على هذا المجال لمنع التدخل، ويستلزم تطوير أساليب هندسية مدروسة أكثر توازناً في تطبيقات التصفية، والدعاية، والتحكم في كل حالة الرضاعة.

ويتطلب النجاح في هذا المجال نهجا منهجيا يدمج اعتبارات الإدارة البيئية من خلال اتخاذ القرارات المعمارية الأولى من خلال اختبار التصديق النهائي، إذ أن المصانع التي تستثمر في ممارسات تصميم قوية وأدوات محاكاة، واختبارات ما قبل الامتثال، والرصد المستمر لنوعية الإنتاج ستوفر منتجات تعمل بشكل موثوق في الطيف الكهرومغناطيسي المزدحم، ويتوقف استمرار نمو تكنولوجيا الشحن اللاسلكي على قدرة الصناعة الإلكترونية على إثبات أن هذه النظم يمكن أن تتعايش مع بعضها البعض.

وللحصول على مزيد من القراءة بشأن مبادئ تصميمات لجنة التنسيق البيئية ومتطلباتها التنظيمية، ينبغي للمهندسين أن يتشاوروا مع المواصفات التقنية لاتحاد القوى غير المأمونية ومع معايير لجنة استعراض البرامجيات للتدخلات اللاسلكية [(FLT:3]).