LUGLIO-AGOSTO 2014
AUTOMAZIONE OGGI 374
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gnetico variabile nel tempo investe un conduttore elettrico (per
esempio una bobina), viene indotta, nel conduttore stesso, una
forza elettromotrice (f.e.m.) proporzionale alla rapidità con cui il
flusso‘taglia’il conduttore. In pratica nasce una tensione variabile
ai capi della bobina investita da tale flusso. Il livello di accoppia-
mento indotto fra i conduttori è rappresentato dalla loro mutua
induttanza. Questa forma di accoppiamento induttivo è efficace
per le sorgenti di energia a bassa frequenza e a corto raggio. L’in-
terconnessione wireless tramite accoppiamento induttivo stan-
dard ha lo svantaggio di raggiungere le prestazioni più elevate
a bassa potenza e con piccole dimensioni. Nell’accoppiamento
induttivo risonante, la risonanza viene utilizzata per aumentare
la distanza alla quale può essere effettuato un trasferimento ef-
ficiente di energia. A medio raggio, il trasferimento wireless di
energia elettrica incampovicinopuòessereeffettuatoutilizzando
un accoppiamento induttivo risonante, che, in modo analogo al
precedente, utilizza una struttura a due bobine. Queste sono sin-
tonizzate in modo da risonare alla stessa frequenza e produrre
un trasformatore di risonanza o risonante, con un trasferimento
di energia fra le due bobine. In particolare nel caso di un link
near-field communication sia il risonatore primario, collegato alla
sorgente, sia il risonatore secondario, connesso al dispositivo da
alimentare, possono essere schematizzati come un circuito LC
(figura 2). A livello indicativo la potenza ricevuta dal risonatore se-
condario, con una potenza di trasmissione di 1 W al variare della
distanza del risonatore primario (alcuni cm) e dalla frequenza di
risonanza (ordine di MHz), può essere dell’ordine di qualche de-
cine dei mW, che rappresentano, ad esempio, consumi tipici di un
piccolo dispositivo elettronico.
Rispetto ad un collegamento in campo vicino basato sull’u-
tilizzo di sistemi risonanti accoppiati magneticamente, la tra-
smissione wireless di potenza in campo lontano (far-field
communication) mediante rectenne, garantisce distanze ope-
rative maggiori (anche di alcuni metri utilizzando delle fre-
quenze dell’ordine delle centinaia di MHz). Inoltre, una rectenna
può essere utilizzata anche per ‘riciclare’ radiazioni elettro-
magnetiche emesse da telefoni cellulari, trasmissioni radio e
WiFi. In tal caso, parleremo di Energy Harvesting o Scavenging.
La trasmissione wireless dell’energia, in questo caso, rappresenta
una tecnologia a basso costo e impatto ecologico e ambientale
nullo, con innumerevoli risvolti applicativi. Inoltre, di recente, in
virtù dei notevoli progressi delle nanotecnologie, è stato riesami-
nato il concetto di antenna rettificante per un suo utilizzo nella
conversione diretta di energia solare. Le rectenne solari si pon-
gono ormai come valida alternativa ai sistemi fotovoltaici grazie
ai bassi costi di produzione, alla semplicità di installazione e ai
rendimenti teoricamente molto più elevati. Oggi esiste uno stan-
dard per caricare i dispositivi a bassa potenza grazie al Wireless
Power Consortium(WPC) che venne istituitonel 2008per progre-
dire nella standardizzazione della tecnologia di ricarica wireless.
Lo standard crea interoperabilità fra i dispositivi che forniscono e
ricevono l’alimentazione.
Almomento lo standard si sta estendendo anche alle applicazioni
a media potenza. Sebbene le specifiche originali a bassa potenza
forniscano alimentazione fino a 5W, quelle amedia potenza sono
studiate per fornire alimentazione fino a 120 W, ampliando enor-
memente il numero di applicazioni (figura 3).
Dispositivi impiantabili
Una categoria di dispositivi che bene evidenzia i vantaggi dell’u-
tilizzo di una alimentazione wireless, è sicuramente quella dei
dispositivi impiantabili (settore Bioingegneria). Oggi infatti, l’ali-
mentazione di tali dispositivi viene implementata per mezzo di
batterie impiantate o per mezzo di una connessione fisica a una
sorgente esterna. Nel primo caso, l’utilizzatore del dispositivo
impiantato deve sottoporsi a periodici interventi chirurgici per la
sostituzione delle batterie (ad esempio, nel caso del pacemaker,
la periodicità di questi interventi è di circa cinque anni), nel se-
condo caso, la situazione è anchepiùgrave a causadellapresenza
di cavi passanti con possibili problemi di infezioni e una enorme
limitazione negli spostamenti. Da questo semplice esempio si
comprende, quindi, l’importanza di concentrare gli sforzi della ri-
cerca sulla possibilità di implementare una alimentazione di tipo
wireless per questi dispositivi (enon solo), visti gli enormi vantaggi
in termini di qualità della vita che l’adozione di questa innovativa
tecnologia comporterebbe. Emergequindi un crescente interesse
per le potenzialità dell’alimentazionewireless, soprattuttoper ap-
plicazioni innovative, incluse quelle in cui i dispositivi o i prodotti
possono essere alimentati o ricaricati letteralmente mentre sono
sugli scaffali oesposti invetrina! Per esempio, ci potrebberoessere
riviste intelligenti munite di chip, progettate per attirare l’atten-
zione dei potenziali acquirenti e aumentare il loro interesse grazie
a elementi luminosi sulla copertina, alimentati senza bisogno di
fili rimanendo sempre sullo scaffale, oppure giocattoli a batteria
che si ricaricano inmodo autonomo, sempre pronti per eventuali
dimostrazioni.
Ricaricare dispositivi mobili
Un’altra applicazione estremamente interessante (soprattutto
commercialmente) è quella di caricare gli smartphone o altri di-
spositivi consumer portatili utilizzando una custodia di ricarica
wireless collocata sul dispositivo che contiene la citata tecnologia:
cioè una delle bobine utilizzate nel concetto di accoppiamento
induttivo, per consentire il trasferimento wireless di energia.
Possono nascere quindi ‘tavoli’ di ricarica induttiva a luce solare,
per esempio, capaci di caricare tutti i dispositivi portatili che vi
vengono appoggiati. Un prodotto di questo genere potrebbe
diventare molto popolare in ristoranti, bar o sale d’attesa degli
aeroporti e in tutti i luoghi pubblici in cui le persone sarebbero
ben felici di poter ricaricare i propri dispositivi mobili. Un altro
settore di impiego entusiasmante è quello della ricarica wireless
dei veicoli elettrici, grazie a punti di ricarica collocati nei garage o
nei parcheggi pubblici. A lungo termine si cercherà di sviluppare
una versione di ricarica che potrebbe rendere possibile l’integra-
zione di piastre di caricamento lungo le strade pubbliche, così da
ricaricare veicoli elettrici ed elettrici-ibridi anche mentre sono in
movimento. Questo scenario, chiaramente, non potrà avvenire
nell’immediato futuro,ma il potenzialedi questa tecnologia risulta
già oggi veramente notevole inmolti settori.
Fig. 2 - Circuito
equivalente di
un link
induttivo-
capacitivo
Fig. 3 - Esempio
di ricarica di tutti
i dispositivi
di bassa potenza
in ambiente
domestico
