Wireless power transfer based on capacitive coupling

Currently, wireless electrical power transfer systems are widespread across all sectors. In aviation, particularly concerning helicopters or Vertical Take Off and Landing (VTOL) vehicles, these are equipped with systems which prevent ice accumulation, generally based on slip-ring mechanisms. Some of the most critical issues of these systems are their high maintenance costs, the necessary periodic checks due to their rapid wear and overall low reliability. Therefore, the substitution of brush systems with other ones that exploit the Wireless Power Transfer System (WPTS) may overcome or drastically reduce these criticalities. The knowledge of some parameters that are acquirable exclusively through sensors mounted on the blades of the rotor, such as the temperature of the blades themselves, is necessary to assure the proper operativity of the de-icing system. Therefore, a treatment is proposed to study the feasibility of the implementation of a Wireless Power Transfer System (WPTS) based on capacitive coupling, with the aim of transferring power to those sensors. Moreover, this report studies the insertion of a resonant system, so as to make the transmission of the signal more efficient. Finally, according to the geometrical constraints due to the necessity of weight reduction and therefore low amount of available space, two different configurations are proposed and analyzed.

Attualmente l'adozione di sistemi di trasmissione di potenza elettrica senza fili è in diffusione in tutti i settori. In aviazione, in particolare a bordo di elicotteri o veicoli a decollo ed atterraggio verticale (Vertical Take Off and Landing - VTOL) sono presenti sistemi che prevengono la formazione di ghiaccio generalmente basati su meccanismi di contatti striscianti, solitamente mediante spazzole. Le criticità peculiari di tali dispositivi sono gli elevati costi di manutenzione, i controlli periodici, necessari in quanto soggetti a rapida usura, e la scarsa affidabilità complessiva. La sostituzione dei sistemi a spazzole con altri che sfruttano il trasferimento di potenza wireless (Wireless Power Transfer System - WPTS) potrebbe eliminare o ridurre tali problemi. Affinché il sistema di sbrinamento funzioni correttamente, è richiesta la conoscenza di alcuni parametri rilevabili esclusivamente da sensori posti sulle pale del rotore, quali, ad esempio, la temperatura delle pale stesse. In relazione a quanto esposto si propone una trattazione per studiare la fattibilità dell'implementazione di un sistema di trasmissione di potenza wireless basato su accoppiamento capacitivo al fine di alimentare tali sensori. Questa analisi si propone, inoltre, di valutare l'introduzione di un sistema risonante in modo da rendere più efficiente la trasmissione del segnale. In accordo con i vincoli geometrici dettati dalla ristretta disponibilità di spazio sono proposte due diverse possibili configurazioni.