Поскольку количество новых устройств интернета вещей (IoT – Internet of Things) быстро растёт, очень актуальной задачей стала разработка методов беспроводной зарядки, упрощающих подзарядку бытовой и промышленной техники. Компания Nikola Labs, расположенная в городе Колумбус, штат Огайо, работает над решением этой проблемы для клиентов из различных отраслей промышленности.

Наша программа поддержки новых компаний Ansys Startup Program привлекла уже более 1000 участников. По этому случаю, мы хотим отдельно отметить достижения компании Nikola Labs

Компания Nikola Labs, которая является участником программы поддержки стартапов «Ansys Startup Program», была основана в 2015 году выходцами из Университета штата Огайо. Предпосылкой для создания компании послужили идеи профессора Чи-Чих Чена (Chi-Chih Chen) о передаче энергии между антеннами посредством электромагнитных волн радиочастотного спектра. В настоящее время в компании работает около 30 специалистов, ответственных за предоставление комплексного решения для удалённого мониторинга состояния оборудования. Состояние оборудования оценивается при помощи датчиков сверхмалой мощности, измеряющих температуру и ускорение. Хотя современные датчики могут довольно долго работать от батареи, они всё же сильно выигрывают при внедрении технологии беспроводной подзарядки, которую разрабатывает компания Nikola Labs.

Система Vero от компании Nikola Labs принимает данные с четырёх установленных на оборудовании акселерометров. Концентратор (большой блок на картинке) отправляет данные в облако для дальнейшей обработки и обеспечивает беспроводное питание для зарядки батарей в акселерометрах

Инженеры компании Nikola Labs были хорошо знакомы с программным обеспечением для анализа высокочастотных электромагнитных явлений Ansys HFSS ещё со студенческих лет, а потому хотели использовать этот высокоточный инструмент и в своей работе.

«Мы понимали, что для нашего стартапа необходим Ansys HFSS, но денежных средств у нас для этого было недостаточно, особенно на начальном этапе, поэтому мы задавались вопросом, как же мы сможем заплатить за эту лицензию», – рассказывает главный инженер Роланд Таллос (Roland Tallos), пользователь Ansys HFSS с 8-летним стажем. Когда в 2017 году вице-президент компании Nikola Labs узнал о программе поддержки новых компаний Ansys Startup Program, «мы не могли поверить своей удаче, – вспоминает Таллос. – Эта программа предоставила невероятно выгодные условия, и нам очень повезло быть её участником эти 3 года — она позволила нам выполнить все необходимые работы с минимальными капиталовложениями».

Беспроводная связь и беспроводное питание

Система преобразования радиоволн в постоянный ток от компании Nikola Labs выполнена в едином корпусе (SiP – system-in-package). Она принимает энергию радиоволн, преобразует её в постоянный ток, повышает напряжение и обеспечивает зарядку аккумулятора или суперконденсатора, а также обеспечивает электропитание самой системы

Компания открыла для себя программу Ansys Startup как раз вовремя. Потратив несколько лет на изучение потенциальных областей применения своей технологии и создание прототипов для нескольких компаний, в 2017 году специалисты компании Nikola Labs нащупали нишу, которая стала основным направлением их деятельности: промышленные датчики для мониторинга состояния оборудования (обычно корпусов двигателей или корпусов подшипников) на основе анализа вибраций. Каждый датчик, по сути, является беспроводным приёмником и передатчиком с интегрированным акселерометром. Сбор данных с датчиков обеспечивает получение комплексной информации о вибрации оборудования, которую затем просматривают и оценивают специалисты.

Основная проблема существующих датчиков – это время их автономной работы, и в результате обслуживающему персоналу приходится тратить очень много времени на замену батареек, которые при этом находятся на работающем оборудовании и часто в труднодоступных местах.

«Мы надеемся, что наша разработка позволит объединить датчик с технологиями беспроводного питания, что обеспечит и передачу данных, и питание без проводов. Такие датчики смогут работать на протяжении около 10 лет», – поясняет Таллос.

Построенная в Ansys HFSS модель дипольной меандр-антенны, расположенной вокруг NFC-антенны

Основная проблема заключается в том, что клиенты всегда хотят, чтобы система имела минимальный размер. Поскольку мощность передатчика ограничена на довольно низких значениях, наибольшее влияние на эффективность передачи энергии инженеры могут оказать, оптимизируя антенну на приёмнике.

Технологии компьютерного моделирования позволили ускорить разработку антенны

Результаты расчёта в Ansys HFSS трёхмерной диаграммы направленности дипольной антенны, установленной на крышке бутылки

«Возможность быстро выполнять расчёты различных антенн разными методами – это основной хлеб нашей компании, – отмечает Таллос. – Бесспорным преимуществом программного продукта Ansys HFSS является возможность быстро выполнять итерационное проектирование».

Сейчас, спустя пять лет с момента основания, усилия компании хорошо окупаются. У компании Nikola Labs уже более 40 клиентов и более 90 объектов, их число продолжает расти. В настоящее время компания следит за состоянием более 700 единиц оборудования и уже собрала более 32 миллионов пакетов информации с датчиков. Часть этих заслуг компания Nikola Labs приписывает программе Ansys Startup Program.

«Программное обеспечение Ansys помогает новым компаниям встать на ноги, – говорит Таллос. – Создавая стартап, вы неизбежно вступаете в гонку со временем, имея в распоряжении весьма ограниченные денежные средства и множество задач, которые необходимо решить в кратчайшие сроки, поэтому именно временной ресурс является наибольшим преимуществом программы Ansys Startup».

Источник: ansys.com
Автор: Susan Coleman

Если вы хотите узнать больше о расчётных возможностях Ansys HFSS, либо же хотите узнать, подходит ли ваша компания под условия программы Ansys Startup Program, обратитесь к официальному дистрибьютору Ansys в Украине, компании Софт Инжиниринг Групп.