Передача электричества без проводов: Китай добился успехов в области беспроводной передачи электроэнергии мощностью киловатта на расстоянии 20 метров_Russian.news.cn

Содержание

Передача электроэнергии без проводов- от начала до наших дней / Хабр

Передача электроэнергии без проводов, это способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи.

В конце XIX века открытие того, что при помощи электричества можно заставить светиться лампочку, вызвало взрыв исследований, целью которых было найти наилучший способ передачи электроэнергии.

Активно изучалась беспроводная передача энергии и в начале 20го века, когда ученые уделяли большое внимание поиску различных путей беспроводной передачи энергии. Цель исследований была проста – генерировать электрическое поле в одном месте так, чтобы затем можно было его приборами обнаружить на расстоянии. В то же время были предприняты попытки снабжения энергией на расстоянии не только высокочувствительных датчиков для регистрации напряжения, а и значительных потребителей энергии. Так, в 1904 году на выставке

St. Louis World’s Fair

был вручен приз за успешный запуск самолетного двигателя мощностью 0,1 лошадиной силы, осуществленный на расстоянии 30 м.

Гуру «электричества» известны многим (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas и др.), но мало кто знает, что японский исследователь Hidetsugu Yagi для передачи энергии использовал собственной разработки антенну. В феврале 1926 г. он опубликовал результаты своих исследований, в которых описал строение и способ настройки антенны Yagi.

Прим: про Никола Тесла (Nikola Tesla) я не упомянул сознательно: написано много и многими.

Очень серьёзные работы и проекты велись в СССР в период 1930-1941 гг и параллельно в Drittes Reich. Естественно, в основном, военного назначения. Естественно, в основном, военного назначения: поражение живой силы противника, уничтожение военной и промышленной инфраструктуры и т.д.

В СССР велись так же серьёзные работы по использованию СВЧ излучения для предотвращения поверхностной коррозии металлических конструкций и изделий.
Но это отдельная история. Опять надо лезть на пыльный чердак.

Один из крупнейших российских физиков прошлого столетия, лауреат Нобелевской премии, академик Пётр Леонидович Капица посвятил часть своей творческой биографии исследованию перспектив использования СВЧ-колебаний и волн для создания новых и высокоэффективных систем передачи энергии. В 1962 году в предисловии к своей монографии он писал

«… я хочу напомнить, что электротехника, прежде чем прийти на службу энергетике, в прошлом веке занималась широко только вопросами электросвязи (телеграф, сигнализация и пр.). Вполне вероятно, что история повторится: теперь электроника используется главным образом для целей радиосвязи, но её будущее лежит в решении крупнейших проблем энергетики»
.

Из длинного перечня фантастических технических идей, реализованных в ХХ веке, только мечта о беспроводной передаче электрической энергии продолжала оставаться нереализованной. Подробные описания энергетических лучей в фантастических романах дразнили инженеров своей очевидной потребностью, и при этом практической сложностью реализации.
Но ситуация постепенно стала меняться к лучшему.

В 1964 году эксперт в области СВЧ-электроники William C.Brown впервые испытал устройство (модель вертолета) способное принимать и использовать энергию СВЧ пучка в виде постоянного тока, благодаря антенной решётке, состоящей из полуволновых диполей, каждый из которых нагружен на высокоэффективные диоды Шоттки.

В 1964 г. William C. Brown продемонстрировал на канале CBS в программе Walter Cronkite News свою модель вертолета, получавшую достаточную для полета энергию от микроволнового излучателя.

Уже к 1976 году Вильям Браун осуществил передачу СВЧ-пучком мощности в 30 кВт на расстояние в 1,6 км с КПД превышающим 80%.

Испытания проводились в лаборатории и по заказу Raytheon Co.

Подробно (на английском) читать:
Microwave Power Transmission — IOSR Journals
The microwave powered Helicopter. William C. Brown. Raytheon Company.

В 1968 году американский специалист в области космических исследований Питер Е. Глэйзер (Peter E. Glaser) предложил размещать крупные панели солнечных батарей на геостационарной орбите, а вырабатываемую ими энергию (уровня 5-10 ГВт) передавать на поверхность Земли хорошо сфокусированным пучком СВЧ-излучения, преобразовывать её затем в энергию постоянного или переменного тока технической частоты и раздавать потребителям.

Такая схема позволяла использовать интенсивный поток солнечного излучения, существующий на геостационарной орбите (~ 1,4 кВт/кв.м.), и передавать полученную энергию на поверхность Земли непрерывно, вне зависимости от времени суток и погодных условий [2-12]. За счёт естественного наклона экваториальной плоскости к плоскости эклиптики с углом 23,5 град., спутник, расположенный на геостационарной орбите, освещён потоком солнечной радиации практически непрерывно за исключением небольших отрезков времени вблизи дней весеннего и осеннего равноденствия, когда этот спутник попадает в тень Земли. Эти промежутки времени могут точно предсказываться, а в сумме они не превышают 1% от общей продолжительности года.

Частота электромагнитных колебаний СВЧ-пучка должна соответствовать тем диапазонам, которые выделены для использования в промышленности, научных исследованиях и медицине. Если эта частота выбрана равной 2,45 ГГц, то метеорологические условия, включая густую облачность и интенсивные осадки, практически не влияют на КПД передачи энергии. Диапазон 5,8 ГГц заманчив, поскольку дает возможность уменьшить размеры передающей и приемной антенн. Однако влияние метеорологических условий здесь уже требует дополнительного изучения.

Современный уровень развития СВЧ-электроники позволяет говорить о довольно высоком значении КПД передачи энергии СВЧ пучком с геостационарной орбиты на поверхность Земли — порядка 70-75%. При этом диаметр передающей антенны обычно бывает выбран равным 1 км, а наземная ректенна имеет размеры 10 км х 13 км для широты местности 35 град. СКЭС с уровнем выходной мощности 5 ГВт имеет плотность излучаемой мощности в центре передающей антенны 23 кВт/кв.м., в центре приемной – 230 Вт/кв.м.

Были исследованы различные типы твёрдотельных и вакуумных СВЧ-генераторов для передающей антенны СКЭС. Вильям Браун показал, в частности, что хорошо освоенные промышленностью магнетроны, предназначенные для СВЧ-печей, могут быть использованы также и в передающих антенных решётках СКЭС, если каждый из них снабдить собственной цепью отрицательной обратной связи по фазе по отношению к внешнему синхронизирующему сигналу (так называемый, Magnetron Directional Amplifier — MDA).

Ректенна – высокоэффективная приёмно-преобразующая система, однако низковольтность диодов и необходимость их последовательной коммутации, может приводить к лавинообразным пробоям. Циклотронный преобразователь энергии позволяет в значительной мере устранить эту проблему.

Передающая антенна СКЭС может представлять собой обратно-переизлучающую активную антенную решётку на основе щелевых волноводов. Её грубая ориентация осуществляется механическим путём, для точного наведения СВЧ-пучка используется пилот-сигнал, излучаемый из центра приёмной ректенны и анализируемый на поверхности передающей антенны сетью соответствующих датчиков.

С 1965 по 1975 гг. была успешно завершена научная программа, руководимая Bill Brown, продемонстрировавшая возможность передачи энергии мощностью 30 кВт на расстояние более 1 мили с эффективностью 84%.

В 1978–1979 годах в США под руководством Министерства энергетики (Department of Energy – DOE) и НАСА (NASA) была выполнена первая государственная научно-исследовательская программа, направленная на определение перспектив СКЭС.

В 1995–1997 годах НАСА вновь вернулось к обсуждению перспектив СКЭС, опираясь на прогресс технологий, достигнутый к тому времени.

Исследования были продолжены в 1999–2000 годах (

Space Solar Power (SSP) Strategic Research & Technology Program

).

Наиболее активно и планомерно исследования в области СКЭС проводила Япония. В 1981 году под руководством профессоров М.Нагатомо (Makoto Nagatomo) и С.Сасаки (Susumu Sasaki) в Институте космических исследований Японии были начаты исследования по разработке прототипа СКЭС с уровнем мощности 10 МВт, который мог бы быть создан с использованием существующих ракетоносителей. Создание такого прототипа позволяет накопить технологический опыт и подготовить основу для формирования коммерческих систем.

Проект был назван СКЭС2000 (SPS2000) и получил признание во многих странах мира.

В 2008 доцент кафедры физики Массачусетского Технологического Института (МИТ) Марин Солджачич (Marin Soljačić) был пробуждён от сладкого сна настойчивым пиканьем мобильного телефона. «Телефон не умолкал, требуя, чтобы я поставил его заряжаться», — рассказывает Солджачич. Уставший и не собиравшийся вставать, он стал мечтать о том, чтобы телефон, оказавшись дома, начинал заряжаться сам по себе

.

Так появился WiTricity и WiTricity corporation.

В июне 2007 г. Marin Soljačić и еще несколько исследователей Массачусетского технологического института сообщили о разработке системы, в которой 60 Вт лампочка снабжалась от источника, располагавшегося на расстоянии 2 м, причем эффективность составила 40%.

По заявлению авторов изобретения, это не «чистый» резонанс связанных контуров и не трансформатор Теслы, с индуктивной связью. Радиус передачи энергии на сегодня составляет чуть больше двух метров, в перспективе – до 5-7 метров.

В целом, учеными испытывались две принципиально отличающиеся схемы.


1. В индукционной катушке или электрическом трансформаторе, которые имеют металлический или воздушный сердечник, передача энергии осуществляется путем простого электромагнитного соединения, называемого магнитной индукцией. С использованием этого метода передача и получение энергии стали осуществимы на значительном расстоянии, но для получения значительного напряжения подобным путем необходимо было расположить две катушки очень близко.
2. Если же используется магнитное резонансное сцепление, где оба индуктора настроены на взаимную частоту, значительная энергия может быть передана на немалое расстояние.

Сходные технологии лихорадочно разрабатываются и другими фирмами: компания Intel демонстрировала свою технологию WREL с КПД передачи энергии до 75%. В 2009 году фирма Sony продемонстрировала работу телевизора без сетевого подключения. Настораживает только одно обстоятельство: независимо от способа передачи и технических ухищрений, плотность энергии и напряженность поля в помещениях должна быть достаточно высокой, чтоб питать устройства мощностью несколько десятков ватт. По признанию самих разработчиков, информации о биологическом воздействии на человека подобных систем пока нет. Учитывая недавнее появление, и разный подход к реализации устройств передачи энергии, подобные исследования еще только предстоят, а результаты появятся не скоро. А мы сможем судить об их негативном воздействии только косвенно. Что-то опять исчезнет из наших жилищ, как, например, тараканы.

В 2010 году Haier Group, китайский производитель бытовой техники, представила на всеобщее обозрение на выставке CES 2010 свой уникальный продукт — полностью беспроводной LCD телевизор, основанный на исследованиях профессора Марина Солячича по беспроводной передаче энергии и беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI).

В 2012-2015 гг. инженеры Вашингтонского университета разработали технологию, позволяющую использовать Wi-Fi в качестве источника энергии для питания портативных устройств и зарядки гаджетов. Технология уже признана журналом Popular Science как одна из лучших инноваций 2015 года. Повсеместное распространение технологии беспроводной передачи данных само по себе произвело настоящую революцию. И вот теперь настала очередь беспроводной передачи энергии по воздуху, которую разработчики из Вашингтонского университета назвали PoWiFi (от Power Over WiFi).

На стадии тестирования исследователи сумели успешно заряжать литий-ионные и никель-металл-гидридные аккумуляторы небольшой емкости. Используя роутер Asus RT-AC68U и несколько сенсоров, расположенных на расстоянии 8,5 метров от него. Эти сенсоры как раз и преобразуют энергию электромагнитной волны в постоянный ток напряжением от 1,8 до 2,4 вольта, необходимых для питания микроконтроллеров и сенсорных систем. Особенность технологии в том, что качество рабочего сигнала при этом не ухудшается. Достаточно лишь перепрошить роутер, и можно будет пользоваться им как обычно, плюс подавать питание к маломощным устройствам. На одной из демонстраций была успешно запитана небольшая камера скрытого наблюдения с низким разрешением, расположенная на расстоянии более 5 метров от роутера. Затем на 41% был заряжен фитнес-трекер Jawbone Up24, на это ушло 2,5 часа.

На каверзные вопросы о том, почему эти процессы не сказываются негативно на качестве работы сетевого канала связи, разработчики ответили, что это становится возможным благодаря тому, что перепрошитый роутер, во время своей работы, по незанятым передачей информации каналам рассылает пакеты энергии. К этому решению пришли когда обнаружили, что в периоды молчания энергия попросту утекает из системы, а ведь ее можно направить для питания маломощных устройств.

Во время исследований систему PoWiFi разместили в шести домах, и предложили жильцам пользоваться интернетом как обычно. Загружать веб-страницы, смотреть потоковое видео, а потом рассказать, что изменилось. В результате оказалось, что производительность сети не изменилась никак. То есть интернет работал как обычно, и присутствие добавленной опции не было заметным. И это были лишь первые тесты, когда по Wi-Fi собиралось относительно небольшое количество энергии.

В перспективе технология PoWiFi вполне сможет послужить для питания датчиков, встроенных в бытовую технику и военную технику, чтобы управлять ими беспроводным способом и осуществлять дистанционную зарядку/подзарядку.

Актуальным является передача энергии для БПЛА (вероятнее всего уже по технологии PoWiMax или от радиолокатора самолёта носителя):

→ LOCUST — Swarming Navy Drones
→ Пентагон успешно испытал рой из 103 беспилотников
→ Intel управляла шоу беспилотников во время выступления Леди Гаги в перерыве Суперкубка США

Для БПЛА негатив от закона обратных квадратов (изотропно-излучающая антенна) частично «компенсирует» ширина луча антенны и диаграмма направленности:

Ведь БРЛС ЛА в импульсе может выдавать под 17 кВт энергии ЭМИ.

Это не сотовая связь -где ячейка должна обеспечить связь конечным элементам на 360 градусов.
Допустим такая вариация:
Самолёт носитель ( для Perdix) это F-18 обладает (сейчас) БРЛС AN/APG-65:

максимальная средняя излучаемая мощность по 12000 Вт

или в перспективе будет иметь AN/APG-79 AESA:

в импульсе должен выдавать под 15 кВт энергии ЭМИ

Этого вполне достаточно, что бы продлить активную жизнь Perdix Micro-Drones с нынешних 20 минут до часа, а может и больше.

Скорее всего будет использоваться промежуточный дрон Perdix Middle, которого будет облучать на достаточном расстоянии БРЛС истребителя, а он в свою очередь осуществит «раздачу» энергии для младших братьев Perdix Micro-Drones по PoWiFi/PoWiMax, параллельно обмениваясь с ними информацией (полётно -пилотажной, целевыми задачами, координацией роя).

Возможно вскоре дело дойдет и до зарядки сотовых телефонов, и других мобильных устройств, которые находятся в зоне действия Wi-Fi, Wi-Max или 5G?

Послесловие: 10-20 лет, после широкого внедрения в повседневную жизнь многочисленных электромагнитных излучателей СВЧ (Мобильные телефоны, Микроволновые печи, Компьютеры,WiFi,Blu tools и т.д.) внезапно тараканы в больших городах вдруг превратились в раритет! Теперь таракан- насекомое, которое можно встретить разве что в зоопарке. Они неожиданно исчезли из домов, которые раньше так любили.

ТАРАКАНЫ КАРЛ!
Эти монстры лидеры списка «радиорезистентных организмов» бесстыдно капитулировали!
Справка
LD 50 — средняя летальная доза, то есть доза убивает половину организмов в эксперименте; LD 100 — летальная доза убивает всех организмов в эксперименте.

Кто следующий на очереди?

Допустимые уровни излучения базовых станций мобильной связи (900 и 1800 МГц, суммарный уровень от всех источников) в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:
Украина: 2,5 мкВт/см². (самая жесткая санитарная норма в Европе)
Россия, Венгрия: 10 мкВт/см².
Москва: 2,0 мкВт/см². (норма существовала до конца 2009 года)
США, Скандинавские страны: 100 мкВт/см².
Временно допустимый уровень (ВДУ) от мобильных радиотелефонов (МРТ) для пользователей радиотелефонов в РФ определён 10 мкВт/см² (Раздел IV — Гигиенические требования к подвижным станциям сухопутной радиосвязи СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи» ).
В США Сертификат выдается Федеральной комиссией по связи (FCC) на сотовые аппараты, максимальный уровень SAR которых не превышает 1,6 Вт/кг (причем поглощенная мощность излучения приводится к 1 грамму ткани органов человека).
В Европе, согласно международной директиве Комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), значение SAR мобильного телефона не должно превышать 2 Вт/кг (при этом поглощенная мощность излучения приводится к 10 граммам ткани органов человека).
Сравнительно недавно в Великобритании безопасным уровнем SAR считался уровень равный 10 Вт/кг. Такая же примерно картина наблюдалась и в других странах.
Принятую в стандарте максимальную величину SAR (1,6 Вт/кг) даже нельзя с уверенностью отнести к «жестким» или к «мягким» нормам.
Принятые и в США и в Европе стандарты определения величины SAR (все нормирование микроволнового излучения от сотовых телефонов, о котором идет речь базируется только на термическом эффекте, то есть связанном с нагреванием тканей органов человека).

ПОЛНЫЙ ХАОС.
Медицина до сих пор пока не дала внятного ответа на вопрос: вреден ли мобильный/WiFi и насколько?
А как будет с беспроводной передачей электроэнергии СВЧ технологиями?
Тут мощности не ватты и мили ватты, а уже кВт…

Прим: Типичная WiMAX базовая станция излучает мощность на уровне приблизительно +43 дБм (20 Вт), а станция мобильной связи обычно передает на +23 дБм (200 мВт).


Беспроводная передача энергии: революция в мобильной электронике?

| Поделиться Группа американских ученых предложила технологию беспроводной передачи энергии самым различным мобильным устройствам – от телефонов до ноутбуков.

Марин Солячич (Marin Soljacic), Аристидис Каралис (Aristeidis Karalis) и Джон Иоаннопулос (John Joannopoulos) из Массачусетского технологического института (МТИ) предложили технологию, способную произвести революцию в мобильной электронике. Они полагают, что уже сейчас возможна организация беспроводной подзарядки мобильных устройств электроэнергией без проводов.

Очевидно, возможность беспроводной передачи энергии мобильным устройствам по аналогии с беспроводной передачей информации – их подзарядки или даже работы без источника питания вообще – резко повысит гибкость их применения и позволит найти новые сферы их применения. К тому же возможность передачи энергии на расстояние без проводов сама по себе новинкой не является.

Передача электроэнергии через электромагнитное поле с использованием механизма электромагнитной индукции используется, в частности, в таких электротехнических устройствах, как электродвигатели и трансформаторы. Опыты по передаче энергии на расстояние проводил знаменитый Тесла.

О деталях технической реализации идеи ученых из МТИ известно немногое. Предполагается, сообщает Physorg, что механизм, аналогичный передаче энергии в трансформаторе, может использоваться на существенно больших расстояниях – например, несколько метров – без «загрязнения» окружающей среды. В этом случае энергия, излучаемая «передатчиком», поглощается в основном «приемником» благодаря резонансу, а непоглощенная часть реабсорбируется самим «передатчиком». По словам авторов идеи, их предложение основывается на расчетах и результатах математического моделирования.

Предложенная авторами идеи конструкция системы бесконтактной передачи энергии позволяет осуществить передачу энергии ноутбуку на расстояние в несколько метров. Чем меньше габаритные размеры подзаряжаемого устройства, тем меньше дистанция, на которой возможна подзарядка.

Если технология, разработанная специалистами МТИ, окажется не очередным электротехническим курьезом и будет применима на практике, мир мобильной электроники ждут большие перемены. Исчезнет «зоопарков» разъемов, процедура подзарядки самих устройств станет более гибкой. Появление перезаряжаемых источников питания с очень небольшой длительностью перезарядки позволит сделать эту процедуру необременительной для пользователя и практически незаметной для него.

Антон Плетнев, «Черкизово»: Внедрение ИБ-решений в ритейле напрямую ведет к снижению ущерба от кибератак

Бизнес

Возможно появление цифровых устройств принципиально нового типа без источников питания вообще – современных аналогов детекторных приемников столетней давности.

Появятся, очевидно, и новые угрозы. Трудно оценить, несколько будет безопасной такая система и какова вероятность того, что энергия электромагнитного поля «случайно» будет поглощена совсем не тем устройством, которому предназначалась. Вероятно, возможна интерференция устройств подзарядки, оказавшихся поблизости. Но обсуждение проблем станет возможным с получением более полной информации о самой идее и о ее техническом воплощении.

Новая технология должна должна быть продемонстрирована авторами на проходящем сейчас в Сан-Франциско форуме промышленной физики, проводимом Американским физическим институтом.

Более подробная информация о новом открытии будет представлена в разделе Исследования и разработки – RND.CNews.



Беспроводная передача электричества — сегодняшняя реальность!

Достаточно долгий период времени ученые стараются решить проблему с тем, чтобы свести расходы электричества к минимуму. За это время было предложено не одно решение проблемы, которая мучит не одну голову, но все-таки, самой известной теорией экономии электроэнергии является беспроводная передача электроэнергии. Как же в теории это должно работать и как воплотить эту идею в жизнь?

Теоретическая часть

Само собой, беспроводная передача электричества подразумевает в себе передачу электроэнергии без каких-либо проводов. Некоторые люди, которым тяжело представить этот процесс, зачастую сравнивают беспроводную передачу электричества с передачей информации. Так, WiFi, сотовая связь или Bluetooth — это первое, что приходит в голову. Вот только это не одно и тоже, ведь между процессом передачи электроэнергии и передачей информации по воздуху есть существенное отличие. Оно заключается в том, что радио передачи по сути своей являются беспроводным мостом для самой информации, а вот энергию передавать они не могут.

Передача электроэнергии без проводов является относительно новой отраслью науки, тем не менее, быстро развивающейся. Во многих лабораториях поклонники науки размышляют над вопросами, ответы на которые помогут людям передавать энергию по воздуху абсолютно безопасно и без перебоев.

Как работает система беспроводной передачи электричества

В основе принципа работы беспроводной передачи электроэнергии лежит магнетизм и электромагнетизм. Беспроводная зарядка, ровно также, как и индуктивная зарядка основаны на принципах работы, которые подразумевает наличие двух катушек в механизме – передатчика и приемника, которые в последующем генерируют магнитное поле непостоянного тока, которое является переменным. Благодаря этому полю, в катушке приемника возникает напряжение. Вот именно по такому принципу и работают существующие на сегодняшний день беспроводные зарядки для смартфонов. И именно поэтому не каждый смартфон можно заряжать без проводов, ведь необходимая катушка установлена только в самых новых премиальных моделях.

Если объяснять это все по-простому, то секрет данного механизма достаточно прост. Существует два устройства, которые при комбинации создают электрическое поле, влияющее на одно из устройств. Вследствие этого и происходит передача тока без проводов.

Что такое магнетизм?

Обладая элементарными знаниями физики, вы с легкостью ответите на поставленный вопрос. Процесс в природе, которые описывается притягиванием или отталкиванием друг от друга определенных типов материала. Постоянным магнитом принято считать полюс нашей планеты.

Силы, которые возникают в следствии магнетизма указаны на рисунке:

Плюсы и минусы беспроводной передачи энергии

Очевидно, что у беспроводной передачи энергии есть ряд преимуществ, но, так как эта отрасль еще не до конца исследована учеными, имеют место и определенные недостатки:

К положительным моментам можно отнести:

  • Больше не нужны назойливые провода;
  • Можно полностью отказаться от источника питания;
  • Эффективность передачи энергии существенно возрастает;
  • Меньшая необходимость в техническом обслуживании.

 

К недостаткам же можно отнести следующее:

  • Как любая беспроводная технология, имеет определенные границы;
  • Магнитное поле может навредить здоровью человека;
  • технология на данном этапе развития не из дешевых.
Похожие радиосхемы и статьи:

Без проводов и контекста. Японские инженеры сделали еще один шаг к передаче электроэнергии без проводов

В ленте новостей Яндекса этот сюжет выглядел так, словно солнечная энергия до сих пор поступала к нам по толстому, протянутому через 150 миллионов километров космического пространства кабелю. И только разработка японских ученых наконец-то позволила Солнцу передавать свою энергию без отдельной ЛЭП.

Скриншот Яндекс-новостей с сюжетом про передачу «солнечной энергии»

На худой конец, можно было подумать про то, что изобретено зеркало — устройство, которое позволяет направлять солнечную энергию в нужную сторону. Поиск первоисточника, которым оказалось сообщение компании Mitsubishi Heavy Industries, Ltd, расставил все по своим местам.

Специалисты этого концерна, который производит массу промышленных изделий от кондиционеров до космических ракет, испытали новый прототип беспроводной системы энергоснабжения. Как утверждается в сообщении фирмы, система позволяла передать мощность до десяти киловатт на расстояние в полкилометра — это довольно скромный показатель, однако со временем дело может дойти до решения ряда вполне реальных задач. Например, можно будет передавать энергию потребителям в таких местах, куда невозможно или очень сложно проложить обычный кабель. Или можно будет передать энергию, вырабатываемую ветрогенератором в открытом море, на берег.

При чем же здесь Солнце? В отдаленном будущем микроволновая передача энергии может использоваться орбитальными солнечными электростанциями. Если сначала разместить в космосе солнечные батареи и передатчик, потом создать узкий пучок СВЧ-излучения и направить его на наземную приемную станцию, то мы получим электростанцию принципиально нового типа. Висящие на геостационарной орбите солнечные батареи практически не будут попадать в земную тень, так что смогут выдавать энергию почти круглосуточно, без перерывов на ночь и пасмурную погоду. Пучок излучения можно будет перенаправлять с одной приемной станции на другую, гибко подстраиваясь под нужды потребителей. В процессе работы электростанция не будет производить вредных выбросов — в общем, преимуществ у такой технологии довольно много.

Диаграмма, показывающая процент отраженной от атмосферы и задержанной ей по пути к поверхности солнечной энергии. Как можно видеть, в космосе солнечные батареи дадут гораздо большую мощность. Иллюстрация: NASA

Есть и недостатки. Главным является отсутствие проработанной технологии передачи микроволнового излучения: пучок должен быть очень точно сфокусирован, он должен свободно проходить через атмосферу, и наземные приемники должны обладать достаточно высоким КПД. Все эти проблемы пока что не решены окончательно, но японские исследователи отмечают космические солнечные электростанции в качестве своей отдаленной(!) цели.

История вопроса

Обычно ни один материал на тему беспроводной энергии не обходится без упоминания Николы Теслы. Многие пишут про якобы созданные им беспроводные передатчики невиданной мощности, поэтому редакция «Чердака» просто обязана написать это прямо: та самая башня Теслы была обычной радиовышкой. Ее использовали для трансляции радиопередач, телефонных переговоров и в тому подобных прозаических целях. Сам Тесла планировал продемонстрировать и беспроводную передачу энергии, но эти работы не были завершены по финансовым причинам.

Башня Ворденклиф, она же башня Теслы. На вершине — прозаические радиопередатчики.

Уже в 1903 году инвесторы предпочли обойти этот проект стороной. Финансист Джон Морган, выделивший средства на постройку радиоретранслятора, отказался оплачивать сомнительные работы по передаче на расстояние изображений и электроэнергии. И, как считает сейчас большинство ученых, Морган был прав, поскольку заявления Теслы сильно расходились с реальными возможностями.

Первые успешные опыты по передаче энергии на расстояние микроволновым пучком датируются 1960-ми годами: американские инженеры построили небольшой вертолет, устройство размером с типичную радиоуправляемую модель (.pdf).

Далее, в 1980-х, канадские исследователи разработали беспилотный аппарат для стратосферного полета. Программу сворачивают без какого-то радикального прорыва, а в 1990-х небольшой беспилотник и дирижабль с электропитанием по микроволновой линии создают японские конструкторы. В статье New York Times 1987 года упоминаются и некие советские работы, но в открытом доступе про них почти ничего не находится — вероятно, речь идет об оборонных и по сей день засекреченных проектах.

Разработанная японскими исследователями установка. Изображение компании Mitsubishi Heavy Industries

Работы по беспроводной передаче энергии идут достаточно вяло потому, что все предыдущие опыты показали весьма низкий КПД этого процесса (в районе десяти процентов), да и смысла большого в таком электроснабжении в большинстве случаев нет. Чтобы передавать более или менее пригодную для практических целей мощность, необходим пучок излучения, который не уложится ни в одни санитарные нормы и правила, поэтому проще и безопаснее поставить лишний аккумулятор. Единственное приложение «беспроводной передачи энергии», причем уже не в микроволновом диапазоне, — зарядка автомобилей или иных транспортных средств на специально оборудованной дороге. Под асфальтом спрятаны мощные катушки индуктивности, еще одна катушка монтируется внутри машины. Такая экспериментальная линия уже работает в Корее, однако ничего общего с солнечно-микроволновыми электростанциями на орбите она не имеет.

 Алексей Тимошенко

По заветам и технологиям Николы Тесла — беспроводная передача электроэнергии на большие расстояния уже реальность

Сербско-американский физик и изобретатель Никола Тесла более ста лет назад представил технологию беспроводной передачи электроэнергии. Основой технологии был электрический резонансный трансформатор «Катушка Тесла». Технология была работоспособной даже при тех технических возможностях и доступных материалах. На демонстрациях трансформатор передавал энергию на несколько метров, зажигая лампы накаливания. И конечно мечты и стремления Николы Тесла выходили далеко за пределы этого прототипа. Он уже тогда представлял мир будущего, где человечество использует электрические машины во всех сферах жизнедеятельности, а электроэнергия для их работы передаётся без помощи проводов.

В интервью для «The American Magazine» Тесла описал своё видение будущего так: «Может быть, что в ближайшем будущем электричество для коммерческих целей, таких как освещение домов, работа транспорта, будет передаваться без проводов. Я открыл основные принципы этого процесса, и остаётся только развивать их коммерчески. Когда это будет сделано, вы сможете отправиться в любую точку мира — на вершину горы с видом на вашу ферму, в Арктику или в пустыню — и установить небольшое устройство, которое даст вам тепло, чтобы готовить, и свет, чтобы читать».

Башня Уорденклиффа (Wardenclyffe Tower)

К сожалению, мечтам Теслы тогда не суждено было реализоваться. Финансирование проекта строительства передающей «Башни Уорденклиффа» (Wardenclyffe Tower) было прекращено Джей-Пи Морганом, после чего Тесла обанкротился, а проект беспроводной передачи электроэнергии был фактически уничтожен, как и сама башня, в 1917 году. Кто-то на этих основаниях строит конспирологические теории, но на самом деле всё элементарно, и предельно просто и прозаично. Всё дело в деньгах. Примерно в те же годы, появившиеся раньше ДВС, электромобили начали сдавать свои позиции под натиском бензиновых автомобилей. Ведь проще качать нефть и «перегонять» её в бензин, чем строить электростанции, зарядные станции… Просто человечество тогда ещё не было психологически и интеллектуально готово к эре электрификации транспорта, и беспроводной передачи энергии. И на десятилетия города погрузилось в смог от ДВС, и угольных ТЭС, а над головами растянулись паутины линий электропередач, от высоковольтных ЛЭП, до линий питания троллейбусов, трамваев, и железнодорожных поездов.

беспроводная зарядка смартфона

Но всё изменилось в 21-ом веке. Имя Николы Тесла было поднято на знамёна автомобильными компаниями Tesla Илона Маска, и Nikola motor Тревора Милтона, а интерес к технологии «Катушки Тесла» неосознанно, но начали закладывать даже с детсадовского возраста, показывая детям и школьникам «Тесла-шоу».

детские «тесла-шоу»

И история покатилась в новом направлении. Электромобили стали не просто мейнстримом, они постепенно начинают вытеснять ископаемотопливные чадилки из производства, с улиц, и что самое главное, из сознания людей. Беспроводными зарядками сейчас уже никого не удивишь. Так заряжают не только телефоны, но уже существует соответствующее оборудование для беспроводной зарядки электромобилей, и электробусов. Кстати, из городов постепенно исчезают троллейбусы и необходимая им проводная сеть электропередачи. Это тоже признак наступления новой эры, о которой мечтал Тесла.

беспроводная зарядка электробуса

Вообще говоря, беспроводная передача энергии может быть достигнута с помощью различных методов, включая:

  • Индуктивная связь
  • Магнитно-резонансная индукция
  • Электростатическая индукция
  • Резонансная индуктивная связь
  • Передача микроволновой энергии
  • Передача мощности лазера

Первые четыре варианта применимы только для коротких дистанций, в то время как последние два специально разработаны для беспроводной передачи энергии на большие расстояния.

Но что до самой передачи больших объёмов электроэнергии на расстояния?

Технология Николы Тесла не исчезла, и никуда не пропала. В Новой Зеландии стартап Emrod разработал метод безопасной и беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния без использования проводов, и работает по внедрению этой технологии на островах со вторым по величине дистрибьютором электроэнергии в стране, Powerco. Emrod подали заявки на патенты, и представили прототип передающих и принимающих трансформаторов в 2019 году. По сути, это открытие миру доступа к энергии с помощью первой коммерчески жизнеспособной технологии беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния.

установка оборудования Emrod

Emrod — «Нас в Emrod вдохновляет работа Николы Тесла и его мечта о беспроводной энергетической системе. Наша технология значительно отличается от Wardenclyffe Tower Теслы, мы приближаемся к реализации его концепции беспроводной передачи энергии на большие расстояния. Более века назад Никола Тесла попытался воплотить в жизнь свое видение беспроводной передачи энергии, и хотя ему не удалось конкретно реализовать свое видение, он заложил идею, которая захватила воображение многих людей, в том числе и наше.
Нас часто спрашивают о разнице между технологиями беспроводной передачи энергии на большие расстояния (WPT) Emrod и Tesla. Наука и технологии, лежащие в основе этих двух систем, существенно различаются концептуально и технически. Emrod разработал однонаправленную систему WPT, передающую мощность от одной конкретной точки к другой. Тесла разрабатывал всенаправленную систему WPT, предназначенную для передачи энергии во всех направлениях через землю.
За столетие, последовавшее за экспериментами Теслы, было много прорывов, и теперь мы находимся в то время, когда коммерчески жизнеспособные приложения WPT с большим радиусом действия стали реальностью. В Emrod мы разработали эффективную систему WPT для передачи энергии на большие расстояния без проводов и с достаточной эффективностью, чтобы быть жизнеспособной альтернативой линиям электропередач в определенных случаях использования.

Хотя наша технология значительно отличается от того, над чем работал Тесла, мы вдохновлены его работой и разделяем его видение беспроводного будущего. Его изобретения легли в основу многих электронных технологий, которые изменили цивилизацию, включая технологию беспроводной связи. Он открыл умы людей для возможности создания систем беспроводной передачей энергии на большие расстояния. Теперь, более века спустя, это становится реальностью»

Совместный проект Emrod и Powerco должен показать свою эффективности, как технологической, так и с коммерческой точек зрения. В рамках проекта планируется передать энергию от солнечной электростанции на Северном острове клиентам, находящимся в нескольких километрах от неё. Электрическая мощность будет передаваться в виде узкого луча микроволн. Это устранит два фундаментальных недостатка в плане Теслы. Один из них заключался в том, как взимать с людей плату за электричество, которое они могут просто «черпать из воздуха». Другой — необходимость преодолеть закон распространения излучения, который утверждает, что сила сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния, которое он прошёл от передатчика. В результате мощность сигнала резко падает даже на коротких расстояниях. Передача мощности узким лучом вместо излучения во всех направлениях помогает свести к минимуму эту проблему.

Схематическая модель телеэнергетической системы Emrod

Emrod использует лучи в диапазоне ISM (промышленный, научный и медицинский) с частотами, обычно используемыми в WiFi, Bluetooth и RfID. Двухточечная передача означает, что мощность передаётся напрямую между двумя точками. Вокруг луча нет излучения, как при передаче по высоковольтному проводу. Маломощная лазерная защитная завеса (система безопасности) гарантирует, что передающий луч немедленно отключится до того, как какой-либо приходящий объект (например, птица или вертолёт) достигнет  пространства главного луча, гарантируя, что он никогда не коснется чего-либо, кроме чистого воздуха. Система снижает риск поражения электрическим током, что возможно при проводной передачи электроэнергии.

антенна Emrod на арктической станции

Технология энергетического излучения, которую использует Emrod, была опробована и раньше, но в основном для военных целей или для использования в космическом пространстве. В 1975 году НАСА использовало микроволновые излучатели для передачи 34 кВт электроэнергии на расстояние 1,6 км. И это всё ещё является рекордом по мощности и расстоянию передачи.

антенна Emrod — тестовая уксплуатация

Но, как вы понимаете, тогда никто и не думал попробовать применить эту технологию в коммерческих целях. Представляете, сколько денег из-за неё потеряют только металлургические заводы, у которых пропадут заказы на сотни тысяч километров высоковольтных проводов.

По словам основателя Emrod, Грега Кушнира, они начнут с передачи «нескольких киловатт» на 1,8 км, а затем они будут постепенно увеличивать мощность и расстояние. Важнейшей переменной является эффективность, с которой это можно сделать. По словам Кушнира, сейчас это около 60%. Это, как он считает, уже достаточно хорошо, чтобы сделать передачу энергии коммерчески жизнеспособной в некоторых обстоятельствах, например, в удалённых районах, не тратя деньги на дорогостоящие линии электропередачи. Но, чтобы улучшить КПД, у Emrod есть ещё два козыря в рукаве. Один из них — использовать реле. Другой — добавить в приемники так называемые метаматериалы.

никаких проводов на дистанции передачи энергии

Реле, которые представляют собой пассивные устройства, которые не потребляют энергию, работают как линзы, перефокусируя микроволновый луч и отправляя его по своему пути с минимальными потерями при передаче. Они также могут направить его, если необходимо, в новом направлении. Это означает, что передатчик и приёмник не обязательно должны находиться в зоне прямой видимости друг друга.

Метаматериалы — это композиты, содержащие крошечные количества проводящих металлов и изолирующие пластмассы, расположенные таким образом, что они определенным образом взаимодействуют с электромагнитным излучением, таким как микроволны. Они уже используются в так называемых маскирующих устройствах, которые помогают военным кораблям и военным самолётам укрываться от радаров. Но их также можно использовать в приёмной антенне для более эффективного преобразования электромагнитных волн в электричество. То есть тут мы имеем дело с фактически применением стелс-технологии в гражданских целях. И в этом, кстати, нет ничего удивительного. Ранее SpaceX фактически ввело в гражданский обиход технологию фазированной антенной решётки, которая стала основой приёмо-передающей антенны, входящей в комплект абонентского оборудования Starlink. Ранее эта технология, всего каких-то пять лет назад, применялась только военным.

Распространение мощных микроволн по воздуху сопряжено с риском. В конце концов, подобные волны — это средства, с помощью которых микроволновые печи нагревают то, что в них помещено.

Emrod говорит, что кратковременное воздействие его лучей не должно причинить никакого вреда людям или животным, поскольку плотность мощности излучения относительно низкая. Тем не менее, чтобы избежать несчастных случаев, лучи будут окружены так называемыми лазерными завесами. Это маломощные лазерные лучи, которые сами по себе не вредны. Но если «занавес» сдвигается из-за внешнего вмешательства, такого как птицы или низколетящие вертолёты (которые в Новой Зеландии используются для контроля отар овец), это прерывание будет немедленно обнаружено, и микроволновая передача временно отключится. Батареи на принимающей стороне будут заряжаться во время любых отключений.

Идеи Николы Тесла распространяются по миру, и находят всё больше сторонников концепция TransferFi

Разработкой систем беспроводной передачи электроэнергии заняты ещё несколько компаний в мире. К примеру, TransferFi из Сингапура, разрабатывает систему, которая формирует лучи радиоволн, которые обычно имеют более низкую частоту, чем микроволны, для передачи мощности конкретным приёмным устройствам, предназначенным для зарядки гаджетов на фабриках, офисах, и в домах.

концепция PowerLight Technologies

Американская фирма PowerLight Technologies работает с вооруженными силами над использованием лазеров для передачи энергии на удалённые базы, а также для питания беспилотных летательных аппаратов, когда они находятся в воздухе. Компания также уделяет внимание коммерческим приложениям.

Японская Mitsubishi Heavy Industries изучает возможности использования этой технологии для передачи энергии на Землю с геостационарных спутников, оснащенных солнечными панелями. Для этого потребуется передать его на расстояние более 35 000 км.

передача энергии с орбиты

Так что мечты Николы Тесла постепенно сбываются. И как электромобили сейчас, через более чем сто лет, стали магистральным путём развития мирового автопрома, так и технология беспроводной передачи электроэнергии также найдёт свое коммерческое применение, и станет элементом повседневной реальности. Всё только начинается!

___________________________

Уважаемые читатели, чтобы не пропустить наши свежие статьи вы можете подписаться на наш Телеграм-канал. Оставляйте комментарии, ставьте лайки, делайте репосты (кнопки соцсетей есть в конце каждого материала). Ваше участие нам очень важно!

статью прочитали: 1 611

Поделиться ссылкой:

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

Как сделать наипростейшее устройство для беспроводной передачи энергии

Беспроводная передача энергии – очень актуальная тема в наше время. С каждым днем наблюдается невероятное развитие технологий в самых разных сферах науки. Прогресс не стоит на месте, и некоторые технологии, которые раньше казались новинкой, сейчас являются повседневными участниками нашей жизни. Уже в конце 19 века ученый Никола Тесла показал всему миру возможность передачи электроэнергии на существенное расстояние. Он зажег лампочку на расстоянии трех километров с помощью электромагнитного излучения. В наши дни метод передачи энергии без проводов активно используется, упрощая нам жизнь. Уже сегодня многие телефоны поддерживают функцию беспроводной зарядки, и это очень удобно и практично. Активно используется устройство для беспроводной зарядки аккумуляторов зубной щетки, существуют даже электромобили на беспроводном ходу. Я заинтересовался данной проблемой, ведь эта сфера зародилась совсем недавно. Мне было интересно подробнее изучить эту тему, разобраться в принципе ее работы, самостоятельно, наглядно и эффектно продемонстрировать передачу энергии без проводов в домашних условиях.

Как сделать простейшее устройство для беспроводной передачи энергии

Приступим к изготовлению приспособления для беспроводной передачи энергии. Чтобы наглядно показать передачу электричество без проводов я использовал элементарную схему воздушного трансформатора. Эксперимент получился простым, а главное наглядным и удивительным. Использовать катушки индуктивности было самым эффективным решением, работает метод электромагнитной индукции. Здесь осуществляется простая технология, которая понятна каждому. В основе лежат две медные катушки, расположенные близко к друг другу. Подключаем одну из них к источнику питания, она будет передавать электромагнитные волны. Вторая катушка будет играть роль приемника. Изменяя силу тока в первой катушке, мы достигаем переменного магнитного поля, которое порождает изменение магнитного поля в катушке-приемнике. По закону Максвелла, в приемнике возникает ЭДС (электродвижущая сила), которая прямо пропорционально зависит от скорости изменения этого магнитного потока.

Детали

Для изготовления изделия потребуется: тонкая изолированная медная проволока диаметром 0,1 мм, биполярный транзистор n-p-n типа, светодиод, источник питания, инструменты (паяльник, плоскогубцы, канцелярский нож). Для чего нужен транзистор? Он периодически открывается и закрывается, тем самым порождая переменный ток в катушке, играющей роль источника. Магнитное поле возникает из-за движения заряженных электронов и ионов в проводнике. Только переменный ток порождает переменное электромагнитное поле. Вторичная катушка принимает его и преобразует в электрический ток, которым питается светодиод. Первым этапом стала намотка катушек. Аккуратно, виток к витку намотал три катушки: по 30, 60 и 90 витков. Далее спаял все элементы по схеме.

Необходимо дотронуться до базы транзистора, чтобы открыть его и запустить генератор. Светодиод загорелся, значит, схема собрана правильно и полностью работает. Таким образом, в домашних условиях я добился передачи энергии беспроводным путем.

С помощью этого эксперимента я изучил новую информацию для себя, изучил методы и принцип работы беспроводной передачи энергии, узнал перспективы дальнейшего развития этой технологии. Я на собственном примере доказал, что создание устройства для демонстрации беспроводной передачи электричества не занимает много сил и времени, это даже интересно и познавательно. Считаю, что достойно справился с поставленной целью и решил все поставленные задачи. С помощью дополнительной литературы я разобрался во всех нюансах этой темы, и определил, как объяснить работу беспроводных устройств разных типов. Я своими сделал воздушный трансформатор, устройство отлично работает и справляется со своим предназначением. Приложу к своему исследованию схему и фото своего устройства.

Хочется верить, что за этой перспективной технологией стоит будущее и беспроводная энергия, которая развивается сегодня, будет активно применяться и использоваться в дальнейшем. Это должно упростить и улучшить жизнь человечества.

Электричество без проводов. Это возможно?


Электричество без проводов. Это возможно?


Способ передачи электроэнергии на высокой частоте

Имя изобретателя: Архипов А.Н.

Имя патентообладателя: Кооператив «Прометей»; Архипов Александр Николаевич

Адрес для переписки:

Дата начала действия патента: 1995.08.01

Изобретение относится к техническим средствам для передачи электроэнергии без проводов и может быть использовано в различных системах электроснабжения и связи.

Электропередача осуществляется с помощью передатчика 1, приемника 2, конденсаторов связи 3 и 4. Обязательным элементом передатчика является колебательная система 5, энергия из которой передается в сферическую фидерную линию, одним проводником которой является вся поверхность земного шара 6, а другим — слой атмосферы 7 с повышенной степенью ионизации. Конденсаторы связи 3 и 4 конструктивно выполнены в виде шаровых облучателей, но возможно использование и других объемных тел с развитыми поверхностями, например диск, икосаэдр, додекаэдр и др.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества: в линии практически отсутствуют потери, при этом КПД передачи не зависит от времени года, суток, метеоусловий, расстояния; не создается помех средствам обычной радиосвязи; соблюдаются санитарные нормы на облучение при мощностях до сотен тысяч мегаватт в одной точке, т.к. энергия распределяется в линии очень больших размеров; обеспечивается возможность передачи энергии без проводов на любой движущийся объект в пределах земной атмосферы и земных расстояний; упрощается аппаратура, отпадает необходимость в использовании сверхмощных передатчиков, химикатов и т.п.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к техническим средствам для передачи электроэнергии без проводов и может быть использовано в различных системах электроснабжения и связи.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ передачи электромагнитной энергии в целях радиосвязи при помощи катушечной антенны, согласно которому тороидальную катушку располагают в непосредственной близости от поверхности земли параллельно последней, чтобы за счет наведенных при этом в земле радиальных токов усилить излучающее действие тороидальной катушки как эквивалента вертикального вибратора (см. авт. св. N 68890, H 01 G 1/36).

Данный аналог не в состоянии решить поставленную нами задачу, так как передача электроэнергии в нем происходит посредством электромагнитной волны, распространяющейся в свободном пространстве, в природном волноводном канале либо (и в основном) над поверхностью одного естественного проводника, что в любом случае позволяет в точке приема выделить ничтожную часть от всей излучаемой мощности.

Известен способ передачи электроэнергии на высокой частоте, включающий генерирование высокочастотных колебаний и передачу их через согласующие устройства по линии электропередачи к приемнику, использующий для удешевления системы индуктивную связь, средства для реализации которой включают стационарные приемник и передатчик, несколько передвижных приемопередатчиков, линии приема и передачи, в разрывы которых включены усилительные узлы, каждый из которых содержит согласующие блоки и усилители [1].

В данном случае предложено схемное решение, позволяющее осуществить беспроводную передачу электроэнергии в основном в целях связи с подвижными объектами, внутри шахты и вдоль проводной линии.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является то, что проблема надежности такой передачи на значительные расстояния в данном способе не решена, так как радиосвязь осуществляется в непосредственной близости от антенны, отчего потери в пространстве невелики, но велики потери в линии связи — телефонном кабеле, проложенном по длине шахты, что требует наличия вдоль линии усилителей и т.п.

Задачей изобретения является обеспечение возможности надежной передачи электроэнергии без потерь независимо от расстояния и без искусственных проводников.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению, в способе передачи электроэнергии на высокой частоте, включающем генерирование высокочастотных колебаний и передачу их через согласующие устройства в линию электропередачи и в приемник, в качестве линии электропередачи используют сферическую фидерную линию, центральным проводником которой является вся поверхность земного шара, а наружным проводником — атмосферный слой с повышенной электронной концентрацией, при этом согласующие устройства снабжены конденсаторами связи, выполненными в виде установленных над поверхностью земли облучателей с развитой поверхностью, например сферической.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков, заключается в том, что при соответствующей настройке электроэнергия приходит к получателю по объективно существующей сферической фидерной линии независимо ни от каких внешних факторов и практически без потерь.

Данный технический результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких как согласующие устройства, конденсаторы связи, а является свойством только всей заявленной в первом пункте формулы совокупности признаков, в т. ч. таких полностью новых признаков, как использование облучателей для настройки и включения в работу сферической фидерной линии.

Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряде новых полезных свойств, а именно обеспечивается возможность доставки электроэнергии без проводов в любые точки земного шара без потерь и помех существующими средствами радиосвязи.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию «изобретательский уровень». Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен график зависимости степени ионизации атмосферы от высоты, на фиг. 2 — схематическое изображение сферической фидерной линии и один из возможных способов ее подключения к приемнику и передатчику через конденсатор связи.

Электропередача осуществляется с помощью передатчика 1, приемника 2, конденсаторов связи 3 и 4. Обязательным элементом передатчика является колебательная система 5, энергия из которой передается в сферическую фидерную линию, одним проводником которой является вся поверхность земного шара 6, а другим — слой атмосферы 7 с повышенной степенью ионизации.

Конденсаторы связи 3 и 4 конструктивно выполнены в виде шаровых облучателей, но возможно использование и других объемных тел с развитыми поверхностями, например диск, икосаэдр, додекаэдр и др.

Способ реализуют следующим образом. Облучатели 3 и 4 поднимают над поверхностью земли на расстояние большее, чем радиус шара, так как на такой высоте соблюдается равенство емкостей: собственная емкость шара, емкость «шар-земля» и емкость «шар — слой атмосферы 7» практически равны и не зависят от расстояния до наружного проводника. Это свойство шара позволяет реализовать связь со сферической линией (подключение к линии), а, следовательно, и передачу энергии по сферической фидерной линии.

Емкость шара постоянна, а поэтому она не может быть использована для согласования сопротивлений, как это часто делается в обычных радиопередатчиках. Для этого может быть использована индуктивная связь с промежуточным контуром. Емкость шара в этом случае является также емкостью контура. Ввиду крайне малого волнового сопротивления сферической фидерной линии связь между контурами будет очень слабой (для наиболее полной передачи колебательной мощности передатчика), а т.к. линия из двух сферических поверхностей размером с планету не поддается точному расчету, то в реальном передатчике должна быть предусмотрена подстройка связи при смене частоты. Такие регулировки в аппаратуре связи — обычное дело. Приемник 2 соединен со сферической фидерной линией связи также посредством облучателя 4 в виде шара. Нагрузка подключается непосредственно к контуру. Коэффициент связи с нагрузкой зависит, как обычно, от данных контура, величины сопротивления нагрузки и линии.

Сферическая фидерная линия связи обладает уникальным свойством ее волновое сопротивление составляет доли ома, с учетом того, что шар, обладая емкостью, практически не является индуктивностью. Такая линия будет передавать энергию практически без потерь. Лучшим случаем будет такой, при котором без нагрузки устанавливается чистая стоячая волна, а с подключенным потребителем — чистая бегущая волна. Это достигается выбором частоты — на всей длине линии должно уложиться целое число полуволн.

На практике качество линии будет зависеть от волнового сопротивления, омических потерь, паразитного излучения и потерь в диэлектрике, но это помешает ей выполнять свою функцию передачи энергии, т.к. хотя ее проводники обладают сравнительно большим удельным сопротивлением, воздух является лучшим диэлектриком, отношение диаметров проводников приближается к единице, а сферическая форма линии определяет безындукционность линии и волновое сопротивление в доли ома. Неоднородность слоев атмосферы для сферической фидерной линии также не имеет практического значения, т.к., во-первых, между облучателем и проводником отсутствует магнитная составляющая, а емкость «шар — слой» не меняется с изменением расстояния до слоя, а во-вторых, связь с использованием этих проводников как волновода — реальность, а требования к поверхности и форме фидерной линии не столь жестки, как для волновода.

Проводимость воздуха увеличивается с высотой и на высоте 6 км поле практически отсутствует, тогда как на высоте 3 км наблюдается наибольшая кривизна этой гиперболической зависимости. Это значит, что при относительно низких частотах условия эффективности облучателя и условия эффективности сферической фидерной линии наименее противоречивы именно в низших слоях атмосферы. При увеличении частоты удельная проводимость слоя будет играть большую роль, так что на практике возможны две линии — ионосферная и «нижняя», выбор которых происходит автоматически, т.к. емкость шара не зависит от высоты. На промежуточных частотах возможны две настройки: при уменьшении связи шар перестает работать как короткий штырь с емкостью на конце и становится емкостью связи сначала с ионосферной, а затем с «нижней» линией, т.к. «нижней» линии меньше, чем у ионосферной. Расчеты контуров связи, омических потерь в линии входных сопротивлений и сопротивлений связи ничем не отличаются от обычных в технике связи расчетов.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества.

  • В линии практически отсутствуют потери, при этом КПД передачи не зависит от времени года, суток, метеоусловий, расстояния.
  • Не создается помех средствам обычной радиосвязи.
  • Соблюдаются санитарные нормы на облучение при мощностях до сотен тысяч мегаватт в одной точке, т.к. энергия распределяется в линии очень больших размеров.
  • Обеспечивается возможность передачи энергии без проводов на любой движущийся объект в пределах земной атмосферы и земных расстояний.
  • Упрощается аппаратура, отпадает необходимость в использовании сверхмощных передатчиков, химикатов и т.п.

Формула изобретения

Способ передачи электроэнергии на высокой частоте, включающий генерирование высокочастотных колебаний и передачу их через согласующие устройства в линию электропередачи и в приемник, отличающийся тем, что в качестве линии электропередачи используют сферическую фидерную линию, центральным проводником которой является вся поверхность земного шара, а наружным проводником — атмосферный слой с повышенной электронной концентрацией, при этом согласующие устройства снабжены конденсаторами связи, выполненными в виде установленных над поверхностью земли облучателей с развитой поверхностью, например сферической.


Беспроводная передача энергии — обзор

1.5.6 Беспроводная передача энергии

Беспроводная передача энергии (БПЭ) — это беспроводная передача электроэнергии, основанная на технологиях, использующих изменяющиеся во времени электрические, магнитные или электромагнитные поля. БПЭ полезен для питания электрических устройств, где это неудобно или невозможно, как в случае встроенных в тело датчиков, исполнительных механизмов и устройств связи.

Энергия может передаваться на короткие расстояния (передача в ближнем поле) за счет переменного магнитного поля и индуктивной связи между катушками или за счет переменного электрического поля и емкостной связи между металлическими электродами.Индуктивная связь является наиболее распространенным методом БПЭ и используется в зарядных устройствах, таких как смартфоны, электробритвы, зрительные протезы и имплантируемые медицинские устройства (кардиостимуляторы, кохлеарные имплантаты) (Sun et al., 2013; Moorey et al., 2014) (рис. 16). Для расстояния 20 мм и размера пары катушек диаметр контура и частота играют важную роль в определении характеристик БПЭ (Celik and Aydin, 2017).

Рис. 16. Емкостная и индуктивная связи для БПЭ.

(От Солнца, Т.J., Xie X., Wang Z.H., 2013. Проблемы проектирования беспроводной передачи энергии для медицинских микросистем. В: 2013 IEEE International Wireless Symposium (IWS).)

Неемкостные связи БПЭ включают индуктивные, радиочастотные (РЧ) и ультразвуковые связи. Из них индуктивная связь характеризуется высокой эффективностью и способностью передавать мощность и, следовательно, превосходит две другие (Moutopoulou et al., 2015), см. Таблицу 1. Также, согласно Sun et al. (2013), индуктивная связь считается лучшим выбором для биомедицинских приложений.

Таблица 1. Опционные опции WPT

Индуктивное сцепление [11] [12]

Параметры
Параметры РФ [6] [13] УЗИ [14] [14] [12]
Человеческая безопасность зависит от энергии передано да да
эффективность 93% 48% 21% -35%
MAX Power до 10 Вт. < 1 W 100 MW 100 MW
частоты 1 кГц-100 МГц 30 кГц-300 ГГц 10 кГц-10 МГц

от Mootopulou, E., Бертос, Г.А., Маблекос-Алексиу, А., Пападопулос, Э.Г., 2015. Осуществимость биомехатронного контроллера протеза верхней конечности из ЭПП. конф. проц. IEEE инж. Мед. биол. соц. 2015, 2454–2457. https://doi.org/10.1109/EMBC.2015.7318890.

Биомедицинские приложения-кандидаты включают искусственные сердца, зрительные протезы, устройства для приема внутрь (Kim et al., 2014) и встроенные в верхние конечности биомехатронные устройства (Kontogiannopoulos et al., 2018). Имплантируемые нейронные протезы обычно имеют требования к мощности, которые превышают возможности имплантируемых батарей разумного размера.Таким образом, чрескожная магнитная связь остается методом выбора для питания имплантированных нервных протезов (Troyk and DeMichele, 2003). Полностью беспроводная система записи ЭМГ, которая может обеспечить управление протезом верхней конечности при достижении максимальной эффективности передачи энергии за счет магнитно-резонансной связи (индуктивной) БПЭ, описана в Bercich et al. (2016). Это решение обеспечивает заметный прогресс в эффективности WPT благодаря слабосвязанным индуктивным соединениям, специально предназначенным для протезов верхних конечностей.Дополнительным преимуществом индуктивной связи является возможность передачи данных (Ghovanloo and Najafi, 2004; Troyk and DeMichele, 2003).

Для этих приложений требуются направленность, стабильность системы, надежность и повышение эффективности за счет усовершенствования конструкции катушки беспроводной передачи и эксплуатационных настроек (Kim et al., 2014). Другие важные параметры включают безопасность человека из-за повышения температуры тканей и миниатюризации соответствующей электроники (Moutopoulou et al., 2015).

Методы моделирования, используемые при анализе систем БПЭ, с особым акцентом на аппроксимации, которые ограничивают их применимость, с целью создания общего метода моделирования приведены в Moorey et al. (2014). Исследования в области имплантируемых мощных нейропротезных устройств, таких как зрительные протезы и BCI, сосредоточены на чрескожных индуктивных силовых соединениях, образованных между парой печатных спиральных катушек (PSC), серийно изготавливаемых с использованием технологии микрообработки. Оптимизация энергоэффективности беспроводной связи необходима для минимизации размера внешнего источника энергии, рассеивания тепла в тканях и помех другим устройствам.Теоретическая основа оптимальной эффективности передачи энергии в индуктивной линии в сочетании с полуэмпирическими моделями привела к двум примерам конструкции на частотах 1 и 5 МГц, достигающим эффективности передачи мощности 41,2 % и 85,8 % соответственно при расстоянии 10 мм (Джоу и Гованлоо). , 2007). Метод определения характеристик и оптимизации прямоугольных катушек, используемых в индуктивных соединениях общего назначения, описан в Yong-Xi et al. (2011).

Новая Зеландия испытает первую в мире коммерческую беспроводную передачу электроэнергии на большие расстояния

Новозеландский стартап разработал метод безопасной и беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния без использования медного провода и работает над внедрением это второй по величине дистрибьютор электроэнергии в стране.

Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова; всеми любимый гений электротехники Никола Тесла однажды доказал, что может питать лампочки на расстоянии более двух миль с помощью 140-футовой катушки Теслы в 1890-х годах — неважно, что при этом он сжег динамо на местной электростанции и затопил весь город. Колорадо-Спрингс полностью отключился.

Мечтой Теслы было разместить огромные башни по всему миру, которые могли бы передавать энергию по беспроводной сети в любую точку земного шара, питая дома, предприятия, промышленность и даже гигантские электрические корабли в океане.Инвестор J.P. Morgan лихо убил эту идею одним-единственным вопросом: «Где я могу поставить счетчик?»

Потребовалось 120 лет, но новозеландская компания Emrod, похоже, наконец-то убедила крупного дистрибьютора электроэнергии попытаться внедрить беспроводную связь в коммерческих целях. Powerco, второй по величине дистрибьютор в Новой Зеландии, инвестирует в Emrod, чья технология, по-видимому, способна гораздо более эффективно перемещать большие объемы электроэнергии между любыми двумя точками, которые можно соединить с помощью реле прямой видимости.

«Нам интересно посмотреть, сможет ли технология Emrod дополнить устоявшиеся способы доставки электроэнергии, — сказал Николя Вессиот, менеджер Powerco по сетевой трансформации. «Мы предполагаем использовать это для подачи электроэнергии в отдаленные места или в районы со сложным рельефом. Также есть возможность использовать его, чтобы не выключать свет для наших клиентов, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры».

У Emrod в настоящее время есть рабочий прототип своего устройства, но он построит еще один для Powerco, поставив его к октябрю, а затем проведет несколько месяцев в лабораторных испытаниях, прежде чем перейти к полевым испытаниям.Прототип устройства будет способен выдавать «всего несколько киловатт» мощности, но его можно легко масштабировать. «Мы можем использовать точно такую ​​же технологию для передачи в 100 раз большей мощности на гораздо большие расстояния», — сказал основатель Emrod и серийный предприниматель Грег Кушнир. «Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии, которую передают проводные решения».

В системе используется передающая антенна, ряд реле и приемная ректенна (выпрямляющая антенна, способная преобразовывать микроволновую энергию в электричество).Каждый из этих компонентов выглядит на этих изображениях просто как большие старые квадраты на шестах. Его лучи используют неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон радиоспектра, включая частоты, обычно используемые в Wi-Fi и Bluetooth.

В отличие от мечты Теслы о доступной во всем мире свободной энергии, энергия здесь передается непосредственно между определенными точками, без излучения вокруг луча, а «лазерная защитная завеса малой мощности» немедленно отключает передачу энергии до того, как какой-либо объект, например птица, дрон, похититель энергии или вертолет могут коснуться дальнего луча.На этот раз не возникнет трудностей с определением места установки счетчика.

Emrod говорит, что он работает в любых атмосферных условиях, включая дождь, туман и пыль, а расстояние передачи ограничено только прямой видимостью между каждым реле, что дает ему возможность передавать мощность на тысячи километров за долю секунды. затраты на инфраструктуру, расходы на техническое обслуживание и воздействие на окружающую среду, которое налагает проводное решение.

Действительно, Emrod рассматривает беспроводную передачу как ключевую технологию, позволяющую использовать возобновляемую энергию, которая часто генерируется далеко от того места, где она необходима.Такая система может быть отличной для доставки продуктов оффшорной и удаленной возобновляемой энергии в городские сети без необходимости в гигантских аккумуляторных батареях и тому подобном.

Грубый рендер временного грузовика с силовой передачей

Emrod

Также пригодится при некоторых незапланированных отключениях; грузовик можно оснастить ректенной, а затем проехать в любом месте в пределах видимости реле, чтобы создать временное беспроводное подключение к источнику питания.

Компания поддерживала связь с органами управления радиочастотным спектром в Новой Зеландии на протяжении всего процесса разработки с целью соблюдения всех стандартов безопасности даже после масштабирования технологии вплоть до высоких уровней мощности. Этот процесс, по словам Кушнира, также помог Emrod разработать рекомендации для компаний, которые будут использовать эту технологию.

Мы связались с Эмродом, чтобы узнать больше об эффективности, размере, форме и состоянии текущего прототипа, планах на будущее и о том, что действительно произойдет, если вы засунете руку в середину луча, и предоставим вам дополнительную информацию, когда мы можем.

Обновление: мы поговорили с основателем Emrod Грегом Кушниром, которому было чем поделиться в нашем интервью.

Источник: Emrod

Беспроводное питание — когда исчезнут все эти кабели?

Беспроводная передача энергии была мечтой Николы Теслы более ста лет назад. Тем не менее, несмотря на значительные усовершенствования его работы и работы многих других с тех пор, настоящая беспроводная мощность до сих пор кажется несбыточной мечтой.

Итак, напрашивается вопрос, когда вообще будет создан мир без проводов? Давайте взглянем.

Что такое беспроводная передача энергии?

БПЭ, или беспроводная передача энергии, представляет собой передачу электроэнергии из одной точки в другую через вакуум или воздух без необходимости использования проводов или других физических средств. Предполагается, что БПЭ можно использовать для обеспечения мгновенной подачи энергии или непрерывной подачи энергии по запросу.

Источник: Chapendra/Flickr

Современные технологии такого типа предлагаются там, где обычная проводка недоступна, опасна или просто менее удобна.Примеры сегодня включают беспроводные зарядные устройства для интеллектуальных устройств.

широко говоря, беспроводная передача мощности может быть достигнута через различные методы, в том числе:

  • индуктивная резонансная индукция
  • Магнитная резонансная индукция
  • Электростатическая индукция
  • Резонансная индуктивная муфта
  • Трансмиссия микроволновой мощности
  • Трансмиссия на лазер

Первые четыре из них, как правило, применимы только для коротких расстояний, в то время как последние два специально разработаны для беспроводной передачи энергии на большие расстояния.

Что такое беспроводная зарядка?

Беспроводная или индуктивная зарядка — это тип передачи энергии, в котором используется электромагнитная индукция для подачи электроэнергии на портативные устройства, такие как смартфоны и планшеты. Сегодня наиболее распространенной формой является так называемый стандарт беспроводной зарядки Qi для интеллектуальных устройств.

Однако эту технологию также можно найти в некоторых транспортных средствах, электроинструментах, другой бытовой электронике, такой как зубные щетки, и некоторых медицинских устройствах. Чтобы использовать его, совместимые электронные устройства размещаются рядом с зарядной станцией и заряжаются без необходимости точного выравнивания или электрического контакта с ней.

Вообще говоря, существует три основных типа беспроводной зарядки. К ним относятся: 

  • Зарядные площадки — в них используется сильно связанная электромагнитная индуктивная или безызлучательная зарядка.
  • Чаши для зарядки или зарядные устройства сквозного типа — В них используется слабосвязанная или радиационная электромагнитно-резонансная зарядка для передачи заряда на несколько сантиметров.
  • Несвязанная радиочастотная (РЧ) беспроводная зарядка. Этот тип системы позволяет осуществлять «струйную» зарядку на расстоянии многих метров.
Источник: Libert Schmidt/Flickr

Все они используют один и тот же принцип для создания изменяющегося во времени магнитного поля, индуцирующего ток в замкнутом контуре провода.

Хотя беспроводная зарядка является относительно новой для потребительских товаров, вы можете быть удивлены, узнав, что беспроводная зарядка на самом деле является довольно старой концепцией — на самом деле ей чуть более 100 лет. Подробнее об этом позже.

Как работает беспроводная зарядка?

В большинстве случаев беспроводная зарядка осуществляется посредством процесса, известного как индуктивная связь.Это включает в себя подачу переменного тока через индукционную катушку в зарядной станции или на площадке (также известную как первичная катушка или передающая катушка).

Поскольку любой движущийся электрический заряд создает магнитное поле, передающая катушка создает именно такое поле, интенсивность которого регулярно колеблется по мере постоянного изменения амплитуды переменного тока.

Это изменение напряженности магнитного поля создает нечто, называемое электродвижущим полем, как описано в законе индукции Фарадея.

Этот закон гласит, что индуцированное напряжение в цепи пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока через эту цепь. Проще говоря, это означает, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше напряжение в цепи, и любое изменение направления магнитного поля также определяет направление индуцированного тока.

Таким образом, напряжение цепи можно увеличить, добавив в цепь больше контуров. Таким образом, катушка с двумя петлями имеет вдвое большее напряжение, чем только одна петля.Этот закон лежит в основе конструкции и работы электрических двигателей и генераторов и объясняет, почему эти устройства, как правило, имеют несколько катушек.

Источник: Tony Webster/Flickr

Именно по этой причине беспроводные зарядные устройства для смартфонов имеют относительно небольшой радиус действия, поскольку диаметр медных катушек в них составляет всего несколько сантиметров.

За счет увеличения размера используемой катушки (катушек) расстояние и эффективность беспроводной зарядки также могут быть заметно увеличены.Чем больше катушки или чем их больше, тем больше площадь воздействия.

При беспроводной зарядке магнитное поле, создаваемое передающей катушкой, индуцирует другой переменный ток в другой индукционной катушке внутри портативного устройства. Индуцированный переменный ток, широко известный как приемная или вторичная катушка, затем преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, который, в свою очередь, заряжает аккумулятор устройства или обеспечивает прямое питание устройства.

Может быть одна или несколько приемных катушек (или антенн).

Все хорошо, но у такого типа установки обычно относительно небольшой радиус действия. Для расширения диапазона можно использовать резонансную индуктивную связь (или магнитный резонанс). Это включает в себя добавление конденсатора к каждой индукционной катушке для создания двух LC-контуров с определенной резонансной частотой.

Величину индуцированного тока в принимающем токе можно увеличить, используя соответствующую емкость, чтобы контуры резонировали на одной частоте. Это также позволяет значительно увеличить радиус действия беспроводной зарядки.

Каковы основные вехи на пути к беспроводному питанию?

Чтобы оценить долгую историю беспроводной передачи энергии, давайте кратко рассмотрим некоторые основные вехи в развитии беспроводной зарядки на сегодняшний день.

1. Никола Тесла запускает беспроводную зарядку

Источник: One Tesla/Wikimedia

В конце 19 века дальновидный изобретатель и инженер Никола Тесла впервые продемонстрировал магнитно-резонансную связь.Это, если вы не в курсе, передача электричества по воздуху путем создания магнитного поля между двумя отдельными цепями (передатчиком и приемником).

Он смог продемонстрировать это, зажигая беспроводным способом фосфоресцентные лампы и лампы накаливания в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, а затем в серии публичных лекций. Тесла запатентовал технологию под названием «резонансный трансформатор» или «катушка Теслы».

Это устройство могло производить очень высокие напряжения и частоты, а его усовершенствованные более поздние конструкции позволили использовать эту технологию очень безопасным и надежным образом.Хотя, как мы видели, индуктивная и емкостная связь являются эффектами «ближнего поля» и не могут использоваться для передачи на большие расстояния. Однако Тесла был убежден, что сможет разработать беспроводную связь на большие расстояния.

В 1902 году Тесла начал экспериментировать с гораздо более крупным устройством, чтобы увидеть, возможно ли его видение всемирной беспроводной системы доставки энергии. Он предвидел огромную сеть башен, которые могли бы беспроводным образом освещать города, передавать сообщения и, возможно, даже приводить в действие такие вещи, как самолеты в воздухе.

Его первый прототип, башня Ворденклиф, был многообещающим, но в конечном итоге предприятие провалилось.

Тем не менее, это была новаторская работа, намного опередившая свое время.

2. Изобретение радио способствовало дальнейшему развитию концепции

Источник: not_Aaron/Flickr

Хотя с технической точки зрения радио не является формой беспроводной передачи энергии, радио работает по очень похожей концепции. Выявленный и изученный немецкими физиками Генрихом Герцем в конце 1880-х годов, он настолько вездесущ сегодня, что мы даже не задумываемся о нем.

Радио работает, передавая по воздуху электромагнитные волны на частотах от десятков до сотен герц. Они генерируются электронными устройствами, называемыми передатчиками, которые излучают радиоволны до тех пор, пока они не будут приняты другой антенной — приемником.

В приемнике радиоволны индуцируют небольшой переменный ток, который затем преобразуется в звук с помощью преобразователя. Весь этот процесс, по сути, представляет собой передачу энергии на расстояние без использования проводов.

Что касается только передачи энергии, то использование радиоволн еще не доказало свою эффективность. Это происходит из-за относительной низкой частоты радиосигналов и того факта, что они распространяются во всех направлениях. Это означает, что на один приемник может быть передано очень мало энергии — отсюда и необходимость в усилителе в большинстве ситуаций.

Однако с помощью устройства, называемого ректенной или выпрямляющей антенной. Это тип приемной антенны, которая используется для преобразования электромагнитной энергии в электричество постоянного тока.С помощью ректенны радиоволны можно было бы также использовать для передачи электричества на большие расстояния.

Однако текущая работа в этой области способна обеспечить только небольшое количество энергии в микроваттном масштабе. Хотя это полезно для небольших электронных устройств, таких как светодиоды или кремниевые чипы, это масштаб меньше, чем требуется для ваших умных часов или телевизора. Тем не менее, важно отметить, что в настоящее время радиоволновая беспроводная передача энергии является быстро развивающейся областью.

3.Микроволны использовались для передачи энергии по беспроводной сети еще в 1960-х годах

Брауна, работающего на микроволновом «вертолетном» аппарате. Источник: Researchgate

Для достижения наилучших результатов для эффективной передачи энергии потребуются передатчики, генерирующие высокочастотные волны, такие как микроволны. Чтобы достичь этого, микроволны должны быть сфокусированы в узкие лучи для передачи.

Первые шаги в этой области были сделаны во время Второй мировой войны, когда были разработаны такие устройства, как клистрон и магнетронная трубка, а также параболические антенны.

Один интересный пример был сделан Уильямом С. Брауном в 1960-х годах. Он смог продемонстрировать беспроводную передачу энергии на большие расстояния с помощью ректенны, которая могла эффективно преобразовывать микроволны в энергию постоянного тока. В 1964 году ему даже удалось продемонстрировать технику, запустив модель «вертолета» с помощью микроволн, излучаемых с земли!

Браун продолжал совершенствовать технику в качестве технического директора программы JPL-Raytheon до выхода на пенсию в середине 1980-х годов.Часть его работы здесь позволила его команде передать мощность 30 кВт на расстояние 1,6 км с эффективностью более 80%.

4. Беспроводная передача энергии использовалась в медицинских устройствах в 1960-х годах. 1960-е годы. Ранние версии этих устройств использовали только резонансную приемную катушку, а более поздние также поставлялись с резонансными передающими катушками.

Такие устройства были разработаны для обеспечения высокой эффективности с использованием маломощной электроники без необходимости использования проводов. Сегодня использование резонансной индуктивной передачи энергии становится все более распространенным явлением со многими коммерчески доступными имплантируемыми медицинскими устройствами, такими как кохлеарные имплантаты.

5. Первые успехи в области беспроводной зарядки в транспортных средствах были сделаны в 1970-х годах.Например, исследование 1972 года профессора Дона Отто из Оклендского университета.

Профессор Отто в своем исследовании предположил, что транспортное средство можно заряжать индуктивно с помощью передатчиков, встроенных в поверхность дороги. Приемники на транспортном средстве, предположительно, могли бы затем использоваться для питания транспортного средства во время его движения.

Позже, в 1978 году, первое применение индукционной зарядки было продемонстрировано Дж.Г. Болджер и его коллеги. Им удалось создать электромобиль с индуктивным питанием, используя систему, работающую на частоте 180 Гц и мощностью 20 кВт.

В конце десятилетия в Калифорнии также был представлен автобус с беспроводной зарядкой. Примерно в то же время аналогичные предприятия, основанные на индуктивной зарядке, были впервые реализованы во Франции и Германии.

Совсем недавно такие компании, как Momentum Dynamics, работали в Норвегии над системами беспроводной зарядки электромобилей. Используя технологию индуктивной зарядки, они надеются обеспечить беспроводную зарядку электромобилей, таких как автобусы или такси, что позволит им заряжаться без необходимости использования зарядных станций.

В этом решении электромобили будут подзаряжать свои батареи на холостом ходу, например, ожидая посадки пассажиров, вместо того, чтобы останавливаться в течение рабочего дня для подзарядки. Компания также работает с другими компаниями в Китае над разработкой аналогичного решения.

6. Зарядка на большие расстояния была продемонстрирована в 2007 г.

В 2006 г. профессор Массачусетского технологического института Марин Солячичм впервые продемонстрировал, что электричество можно передавать на расстояние более 6,6 футов (2 м). Это было достигнуто за счет использования высокорезонансной формы магнитной индукции.

Soljačićm продемонстрировал, что можно передать мощность 60 Вт на аналогичный двойной резонансный приемник на расстояние 6,6 футов (2 м). Мало того, это было достигнуто с удивительной эффективностью 40%.

7. Консорциум Wireless Power был основан в 2008 г.

Источник: Aaron Yoo/Flickr

беспроводная технология питания и зарядки для устранения необходимости в модеме и использовании настенных розеток для зарядки.В рамках этих усилий был создан консорциум Wireless Power Consortium для разработки совместимых стандартов в отрасли.

Это в конечном итоге привело к стандарту индуктивной мощности Qi, который был впервые опубликован в 2009 году для высокоэнергетической зарядки и питания портативных устройств мощностью до 5 Вт на расстоянии 1,6 дюйма (4 см).

8. Сфокусированные электромагнитные лучи могут стать будущим беспроводной энергетики

Представление художника о проекте НАСА sps-ALPHA. Источник: SingularityHub /NASA

Одним из интересных направлений исследований беспроводной передачи энергии является использование электромагнитных лучей в качестве основного средства передачи.Например, были проведены эксперименты с микроволнами для обеспечения передачи энергии от точки к точке без использования проводов.

В 1960-х годах НАСА провело исследование, чтобы изучить возможность сбора энергии из космоса с помощью спутников с солнечными панелями и «передачи» энергии обратно на Землю. Работа проводилась в Лаборатории реактивного движения НАСА, где после некоторых проб и ошибок исследователи продемонстрировали передачу 30 кВт на расстояние 0,93 мили (1,5 км) с использованием микроволн 2,38 ГГц с эффективностью 80%.

Дальнейшая работа над аналогичной концепцией, названной SPS-ALPHA, была позже разработана НАСА в начале 2010-х годов.

Совсем недавно работа в этой области была сосредоточена на питании дронов на большом расстоянии. Например, в конце 1980-х годов Канадский исследовательский центр связи смог разработать небольшой прототип самолета, названный Стационарной высотной ретрансляционной платформой (SHARP).

Этот самолет приводился в действие микроволнами и ректенной и мог пролететь 13 миль (21 км) в воздухе и оставаться в воздухе в течение нескольких месяцев без необходимости подзарядки.Аналогичный, более совершенный аппарат был также разработан в Киотском университете в начале 1990-х годов под названием «Эксперимент самолета с микроволновым подъемом» (MILAX).

В начале 2000-х НАСА также удалось разработать первый в мире самолет с лазерным двигателем. Был разработан небольшой прототип, который питался от электричества, генерируемого фотоэлементами, которые генерировали энергию от наземного ИК-лазера.

9. Различные компании сейчас работают над беспроводным питанием для вашего дома.Различные компании, такие как Wi-Charge, Energous и Ossia, в настоящее время разрабатывают безопасные и надежные способы беспроводного питания устройств с использованием инфракрасных и радиочастотных технологий.

Решение Wi-Charge использует сфокусированные лучи ИК-излучения, направленные на приемник включенного устройства, которое преобразует луч в полезную электроэнергию. С другой стороны, Energous разрабатывает радиоволны, позволяющие заряжать многие устройства в радиусе 49 футов (15 метров).

Ossia разрабатывает средства беспроводной передачи энергии, предназначенные специально для автомобильного рынка.В будущем они надеются предоставить средства беспроводной зарядки совместимых устройств в автомобиле.

Благодаря этим решениям зарядные кабели могли бы уйти в прошлое, что было бы очень удобно в местах, где электрические кабели потенциально опасны или неудобны, например, в ванных комнатах.

10. Беспроводная передача энергии на большие расстояния может быть буквально за горизонтом.Именно здесь такие компании, как Emrod из Новой Зеландии, могут вскоре произвести революцию в способах передачи энергии по всему миру.

Они разрабатывают средства безопасного и беспроводного распределения электроэнергии в сотрудничестве с Powerco (вторым по величине дистрибьютором электроэнергии в Новой Зеландии). Компания Emrod недавно сообщила о многообещающих результатах своих нынешних прототипов, позволяющих эффективно передавать большое количество энергии между двумя точками.

В их решении используется ряд антенн, реле и приемных ректенн для преобразования микроволновой энергии в электричество.Эти микроволны находятся в неионизирующем промышленном, научном и медицинском диапазоне радиоспектра, который включает в себя частоты, обычно используемые для связи Wi-Fi и Bluetooth.

11. Будущее должно быть быстрее и на большем расстоянии

Последние разработки в области беспроводной передачи энергии впечатляют, но это только начало. Однако важно отметить, что большинство экспертов подчеркивают, что современные решения не являются полностью беспроводными, поскольку сами передатчики должны быть каким-то образом подключены к сети.

Не только это, но и потребительский спрос в настоящее время несколько ограничен. Когда пользователи начнут доверять и покупать его в массовом порядке, спрос на гибкость и надежность, вероятно, значительно возрастет.

Это давление рынка заставит производителей разрабатывать более прочные, надежные решения для беспроводной зарядки с большим радиусом действия. В настоящее время для бытовых применений потребители могут выбирать между быстрой зарядкой на короткие расстояния (аналогично проводу) или непрерывной зарядкой на большие расстояния.

Работа над беспроводным распределением электроэнергии на большие расстояния потенциально очень перспективна, но она далека от жизнеспособной альтернативы традиционным медным проводам — по крайней мере, на данный момент.

Однако в ближайшие годы и десятилетия некоторые из наиболее распространенных способов использования кабелей в вашем доме могут уйти в прошлое, и то же самое может относиться и к вашему электромобилю. Однако крупномасштабное распределение электроэнергии с электростанций или из космоса, вероятно, еще не скоро станет возможным.

Как только будут найдены надежные и безопасные решения как для крупномасштабного распределения электроэнергии на большие расстояния для коммунальных служб и предприятий, так и для решений на короткие и средние расстояния для потребителей, а также преимущества обоих объединенных, только тогда беспроводная зарядка будет по-настоящему достичь совершеннолетия.

Добро пожаловать в эпоху беспроводного электричества

Беспроводное электричество — это 100-летняя мечта, которая может стать реальностью в ближайшие годы. Появление беспроводной зарядки, электромобилей, 5G и необходимость большей устойчивости привели к развитию полностью работоспособной технологии беспроводной передачи в разных частях мира.

От американской Wave Inc. до японской компании Space Power Technologies и новозеландского энергетического стартапа Emrod — существует ряд компаний, которые в настоящее время работают над технологией беспроводной передачи энергии. Для некоторых систем также начались полевые испытания, и будет интересно посмотреть, кто первым в этой гонке предложит эффективное, экономичное и жизнеспособное решение для беспроводного электричества.

История и наука, лежащие в основе беспроводной передачи энергии 

Источник: Limor Zellermayer/Unsplash

Прежде чем мы перейдем к различным революционным инициативам, касающимся беспроводного электричества, важно понять ее происхождение и основную концепцию этой технологии, которая делает ее надежный выбор для будущих потребностей в электроэнергии.

В 1891 году сербско-американский изобретатель Никола Тесла сконструировал катушку Теслы, уникальное устройство, работавшее по принципу электрического резонанса и способное передавать электричество без проводов. Однако катушка могла проводить электричество по беспроводной сети только на короткие расстояния, и из-за ее ограниченного потенциала она не оказалась практическим приложением для беспроводной передачи электроэнергии.

Никола Тесла. Источник: Tonnelé and Co./Wikiemedia Commons

Тесла все еще был одержим своей идеей беспроводной энергии, поэтому в последующие годы он работал над созданием энергетической станции, которая могла бы осуществлять высоковольтную беспроводную передачу энергии (БПЭ).В ходе этого эксперимента Тесла стремился передавать сообщения по беспроводной сети на большие расстояния, используя либо серию стратегически расположенных башен, либо систему подвешенных воздушных шаров.

Он построил станцию ​​беспроводной передачи на Лонг-Айленде (называемую Теслой или Башней Уорденклиффа), которая, по его мнению, могла продемонстрировать возможность беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния. К сожалению, инвестор Дж. П. Морган отказался предоставить дополнительные средства для его экспериментов, и проект был закрыт в 1906 году, а затем снесен.

Никола Тесла, возможно, умер в 1943 году, так и не осуществив свою мечту о беспроводном электричестве, но за последние 100 лет ряд экспериментов и исследований доказывает, что гениальный изобретатель, возможно, был на правильном пути в своем подходе к использованию земли. проводов в качестве среды для передачи беспроводной энергии.

В настоящее время разрабатываются различные методы беспроводной передачи энергии, и ведутся исследования по их широкомасштабному внедрению: это предполагает использование спутников солнечной энергии, размещенных на высокой околоземной орбите.Спутник будет преобразовывать солнечный свет в энергию; эта энергия состоит из микроволн. Затем эти микроволновые сигналы будут передаваться на наземную антенну или на главную сетевую станцию.

Оттуда сигналы будут передаваться на базовую сетевую станцию, которая будет преобразовывать микроволны в электричество постоянного тока. На сетевой станции электроэнергия также будет преобразовываться в энергетические пакеты, аналогичные интернет-пакетам данных, которые будут передаваться в отдельные дома и храниться в приемнике энергии.

Недавно Калифорнийский технологический институт объявил, что член правления Дональд Брен, который также является владельцем инвестиционной компании Irvine Company, пожертвует 100 миллионов долларов на проект Калифорнийского технологического института по космической солнечной энергии (SSPP). Этот амбициозный проект направлен на создание спутниковой и микроволновой беспроводной энергетической сети, которая могла бы стабильно поставлять электроэнергию в любую точку Земли.

  • Передача энергии микроволнами

Источник: Daniel Clay/Unsplash

В этом методе микроволновое излучение преобразуется в электроэнергию постоянного тока с помощью микроволнового приемника и выпрямителя постоянного тока.Наивысшая эффективность, достигнутая при передаче микроволновой энергии, составила 84%, что было зарегистрировано в 1975 году группой из Японии, но системы с более высокой выходной мощностью имели более низкую эффективность. Следующей целью будет достижение высокоэффективной передачи энергии на большие расстояния.

Исследование, опубликованное в августе 2021 года в Университете Цукуба, Япония, показывает, что высокоэнергетическое микроволновое излучение может выступать в качестве эффективного беспроводного источника энергии для запуска ракет в космос. Когда ракета отправляется в космос, топливо составляет около 90% ее веса, эту нагрузку можно устранить за счет использования этой технологии беспроводной энергии на основе микроволнового излучения.

Было показано, что наиболее эффективными преобразователями постоянного тока в лазер являются твердотельные лазерные диоды, подобные тем, которые коммерчески используются в волоконно-оптической и лазерной связи в свободном пространстве. Лазерная передача позволяет фотогальваническому приемнику принимать лазерные лучи и генерировать из них электроэнергию. Преимущество лазерной передачи энергии заключается в том, что лазерными лучами легче управлять для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния.

Беспроводная энергетика больше не мечта Новой Зеландии

Источник: Samuel Ferrara/Unsplash

Энергетический стартап Emrod вскоре проведет испытания прототипа беспроводной энергетической инфраструктуры в Новой Зеландии.Если испытание пройдет успешно, это станет большим толчком для планов правительства Новой Зеландии по организации беспроводной передачи энергии по всей стране.

Компания Emrod разработала уникальную телеэнергетическую технологию, использующую беспроводную сеть антенн и ректенн (выпрямляющих антенн), передающих энергию в виде электромагнитных волн дальнего действия из одной точки в другую. Сначала электричество проводится через антенны в виде неионизирующего луча, имеющего частоту, эквивалентную радиоволнам.

По данным компании, «лазерная защитная завеса малой мощности гарантирует, что передающий луч немедленно отключается до того, как какой-либо движущийся объект (например, птица или вертолет) достигнет основного луча, гарантируя, что он никогда не коснется чего-либо, кроме чистого воздух.»

Emrod утверждает, что эта технология хорошо подходит для гористой местности Новой Зеландии и может выдерживать различные погодные условия региона. Технология беспроводной передачи электроэнергии на основе ректенн также считается благом для районов, где традиционные электрические сети не могут быть установлены из-за финансовых или географических ограничений.

Хотя проект поддерживается правительством Новой Зеландии, генеральный директор Emrod Грег Кушнир предполагает, что люди могут выступать против беспроводного электричества так же, как они скептически относятся к технологии 5G. Он считает, что настоящая задача, связанная с этим проектом, заключается в том, чтобы убедить людей в том, что беспроводное электричество от Emrod не приводит к вредному излучению.

У Emrod также есть офис в Бостоне, и существует большая вероятность того, что следующий проект компании по производству беспроводного электричества может быть реализован в США.

Некоторые другие новаторские инициативы в области беспроводной передачи энергии

Источник: Дональд Джаннатти/Unsplash

Новое десятилетие 21-го века требует экологически чистых и безграничных энергетических решений. Беспроводное электричество, которое является отличной альтернативой традиционным источникам энергии, может произвести революцию в секторе экологически чистой энергии. Это также является причиной того, что в сегменте WPT происходит так много интересных разработок:

  • Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE) — американская технологическая компания, которая производит беспроводные энергетические решения для электромобилей средней и большой мощности.Системы зарядки, предоставляемые Wave, могут быть установлены под землей, под дорогами или на парковках и способны обеспечивать беспроводную мощность до 1 мегаватта.
    Недавние сообщения предполагают, что новый электрический грузовик Tesla Semi может использовать технологию индуктивной беспроводной зарядки от Wave для удовлетворения своих потребностей в электроэнергии.
  • Beyond Earth — некоммерческий исследовательский институт, предложивший концепцию создания полнофункциональной спутниковой системы передачи энергии на основе солнечной энергии.В институте утверждают, что предлагаемая беспроводная система может обеспечить питание промышленных приложений на Земле, а также человеческих операций на Луне.

    Предлагаемая энергосистема будет состоять из двух основных блоков; космический солнечный спутник, который будет получать энергию от солнца и обрабатывать ее через свои фотоэлектрические элементы, концентраторы и субблоки БПЭ, а также приемник ректенны, который будет передавать энергию на землю или луну в соответствии с требованиями.
    Институт рекомендует к 2030 году завершить предлагаемую систему беспроводной электроснабжения на основе солнечных спутников.
  • Департамент транспорта штата Индиана (INDOT) объединил усилия с Университетом Пердью и немецкой цементной компанией Magment для тестирования магнитных цементных дорог, которые могли бы заряжать электромобили во время движения по ним. На первом этапе Purdue проведет лабораторные испытания, чтобы подтвердить жизнеспособность предлагаемых намагниченных дорог.

    После одобрения университетом будет построена тестовая автомагистраль длиной 1312 футов (400 метров) с использованием магнитного цемента от Magment, а затем будут проведены дорожные испытания с использованием грузовиков мощностью 200 кВт.Если испытания окажутся успешными, государство в дальнейшем будет использовать технологию для развития дорог общего пользования.
    Этот проект беспроводной зарядки на земле является частью инициативы ASPIRE (Продвижение устойчивого развития за счет энергетической инфраструктуры для электрификации дорог), поддерживаемой Национальным научным фондом и многими другими государственными и частными институтами.
  • WiTricity, американская компания, также работает над технологией парковки и зарядки, целью которой является зарядка электромобилей с помощью магнитных резонаторов, когда транспортные средства припаркованы.

Наряду с Интернетом вещей и искусственным интеллектом беспроводная передача энергии также является неизбежным технологическим развитием, которое человечество выйдет на совершенно новый уровень в ближайшие годы.

Сравнение беспроводной передачи энергии на короткие и большие расстояния

Беспроводная передача энергии на большие расстояния — это концепция, которая появилась уже давно, с тех пор как Никола Тесла получил патент на катушку Теслы более 120 лет назад.

В последнее десятилетие термин «беспроводная мощность» стал более привычным, и такие компании, как Powerbyproxi и WiTricity, лидируют в области инноваций в области беспроводных технологий малого радиуса действия.То есть способность передавать электроэнергию на короткие расстояния (до нескольких метров), в первую очередь для зарядки потребительских устройств, таких как мобильные телефоны. Эта технология позволяет нам заряжать устройства, не требуя проводов на небольшом расстоянии, например. дома или подъехав к станции зарядки электромобилей.

Следующей эволюцией в освобождении человечества от ограничений, связанных с проводами, является способность передавать большое количество энергии на большие расстояния. Вместо зарядки устройств технология беспроводной передачи на большие расстояния позволит нам снабжать энергией домохозяйства, общины и передавать большие объемы энергии в места, куда слишком сложно и дорого добраться с помощью проводной инфраструктуры.Это технология, над которой работает Emrod, которая будет способствовать внедрению устойчивой энергетики и децентрализации электрических сетей.

В этой статье мы сравниваем беспроводную передачу электроэнергии на короткие и большие расстояния, включая различия в технологиях и вариантах использования.

Во-первых, давайте разберемся, что такое беспроводная передача энергии.

Что такое беспроводная передача энергии?

Беспроводная передача энергии — это действие по доставке значимого количества энергии без перемещения или использования массы между передатчиком и приемником.Электромагнитные поля передают энергию через пространство. Это может заменить необходимость в проводах и батареях, чтобы обеспечить более удобный, мобильный и безопасный способ обеспечения энергией.

Согласно ранней истории, Генрих Герц был первым, кто доказал существование электромагнитных волн. Отсюда и название «герц» как единица измерения частоты.

Разницу между передачей мощности на короткие и большие расстояния можно четко определить по расстоянию, на которое передается мощность.Однако что определяет возможности этих различных типов технологий?

Беспроводное питание ближнего действия

Короткая дальность обычно представляет собой передачу энергии в пределах сантиметров и метров. Наиболее распространенным методом беспроводной передачи энергии является индуктивная передача энергии, при которой мощность передается с использованием магнитного поля с использованием индуктивной связи между двумя катушками провода.

Примеры передачи электроэнергии на короткие расстояния по этому определению включают беспроводное питание устройств внутри дома или здания и зарядку электромобилей с использованием резонансной магнитной индукционной площадки на земле.

Беспроводная передача энергии на большие расстояния

Большая дальность обычно представляет собой передачу мощности на сотни метров или километров. Одним из методов передачи энергии является использование антенн для отправки электромагнитных лучей, таких как микроволны или лазеры. Ограничение использования передачи энергии с индуктивной связью на большие расстояния заключается в том, что магнитное поле довольно быстро затухает при увеличении расстояния между передатчиком и приемником. Следовательно, электромагнитное излучение более подходит по этой причине.

Передача энергии на большие расстояния с помощью антенн может быть разделена на две категории: ближняя и дальняя. В ближней зоне можно наблюдать плоские волны с очень небольшой расходимостью пучка или без нее. И наоборот, в дальнем поле наблюдается значительная расходимость луча и обратное квадратичное затухание плотности мощности с расстоянием, чего не наблюдается в ближнем поле.

Для Emrod мы работаем в ближней зоне, чтобы получить коллимированный луч с незначительными потерями.


Варианты использования для передачи на большие расстояния включают передачу энергии из космоса на землю, зарядку беспилотных летательных аппаратов (без необходимости возвращения БПЛА на базу для зарядки) и передачу энергии по труднопроходимой местности вместо использования проводов, что является проблемой мы решаем в Emrod.Узнайте больше о вариантах использования технологии Emrod здесь.

Почему важны эти новые разработки в области технологий дальнего действия?

Чтобы энергия была полезной, она должна перемещаться из места, где она генерируется, туда, где она требуется. Энергия похожа на общение в этом смысле. Чтобы услуги связи были полезными, они должны иметь возможность передавать сообщения от одного человека к другому. В настоящее время наши методы выработки энергии зависят от мест, к которым можно получить экономичный доступ с помощью проводной инфраструктуры (линии и опоры, а также подводные кабели).Многие из лучших мест для производства возобновляемой энергии находятся в труднодоступных местах, например, высоко на холмах или в горах или в прибрежных районах, где много ветра, и это далеко от людей.

С другой стороны, люди, имеющие доступ к энергии, зависят от экономической целесообразности подключения домохозяйства или общины к источнику энергии. Многие населенные пункты и жилые дома не имеют надежного доступа к электричеству, поскольку они находятся в отдаленных, труднодоступных районах, где прокладка и техническое обслуживание линий электропередач или кабелей экономически нецелесообразно.

Сокращая расходы и упрощая установку и обслуживание инфраструктуры, которая передает энергию из одного места в другое, мы можем открыть наш доступ к энергии и ее поставку.

Примеры использования беспроводных технологий дальнего радиуса действия Emrod

Компания Emrod разработала технологию, позволяющую передавать энергию на многие километры. Это первая в мире технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния, которая является коммерчески жизнеспособной. Мы используем пассивные реле для передачи электроэнергии на большие расстояния без потерь, которые в противном случае сделали бы передачу на большие расстояния неэффективной и неэкономичной для коммерческих целей.

Применение технологии Emrod широко распространено, но мы в первую очередь сосредоточены на работе с энергораспределительными компаниями и организациями, реализующими проекты в области устойчивой энергетики и децентрализованных сетей.

Беспроводная система

Emrod может стать экономичным решением для передачи электроэнергии по местности, где сложно прокладывать и обслуживать линии и кабели электропередач. Например, через леса или водные пути, чтобы облегчить проблемы с правом прохода или уменьшить воздействие опор на окружающую среду, а также для обеспечения резервных систем при выходе из строя линий электропередач, например, при отключении или оказании помощи при стихийных бедствиях.

Вы можете узнать больше о распространенных вариантах использования технологии Emrod на странице «Случаи использования» нашего веб-сайта.

Заключение

Ранние современные разработки технологии беспроводной передачи использовали зарядные площадки с магнитной индукцией, что требовало контакта и тщательного выравнивания устройства, например. телефон. Впоследствии была разработана технология для зарядки смартфонов и других устройств на расстоянии нескольких метров, которая работает как сильный WiFi. Эта технология считалась дальнобойной по сравнению с предыдущей беспроводной технологией, которая требовала, чтобы передающее и принимающее устройства находились в контакте друг с другом.Сейчас мы вступили в следующую эру беспроводных технологий, которая заключается в передаче больших объемов энергии на километры. Это захватывающий следующий шаг к видению власти Николы Теслы повсюду.

Электричество может передаваться по воздуху

B EHIND НИКОЛА ТЕСЛА бывшая лаборатория в Уорденклиффе на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, представляет собой старый фундамент. Это все, что осталось от 57-метровой башни, которую Тесла начал строить в 1901 году в рамках эксперимента по беспроводной передаче информации и электричества на большие расстояния.Половина сработало. Как он и предсказывал, беспроводная связь изменила мир. Но ему не удалось заставить электроэнергию путешествовать очень далеко. Как следствие, в течение пяти лет работы были остановлены, а позже башня была списана, чтобы погасить его долги. Тесла — пионер, который, среди прочего, разработал генерацию и передачу переменного тока — исчез в относительной безвестности.

Послушайте эту историю. Наслаждайтесь большим количеством аудио и подкастов на iOS или Android.

Ваш браузер не поддерживает элемент

Экономьте время, слушая наши аудио статьи во время многозадачности

OK

И так оставалось до тех пор, пока Илон Маск не возродил имя Tesla в качестве бренда своей компании по производству электромобилей. Теперь видение Tesla беспроводной передачи энергии, похоже, тоже возвращается. Фирма Emrod, базирующаяся в Окленде, в сотрудничестве с Powerco, новозеландским дистрибьютором электроэнергии, разработала прототип системы для использования в закрытом испытательном центре. Затем в рамках отдельного проекта планируется передать энергию от солнечной фермы на Северном острове клиенту, находящемуся в нескольких километрах.

Предназначен для передачи мощности в виде узкого луча микроволн. Это позволит преодолеть два фундаментальных недостатка в плане Теслы. Один из них заключался в том, как брать с людей плату за электроэнергию, которую они могут просто черпать из воздуха. Другой была необходимость преодолеть закон радиационного распространения, который гласит, что мощность сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния, пройденного им от передатчика. В результате мощность сигнала резко падает даже на коротких расстояниях.Передача мощности узким лучом вместо того, чтобы излучать ее во всех направлениях, помогает свести к минимуму проблему.

Power-beaming, как известен процесс Эмрода, уже применялся ранее, но в основном для военных целей или для использования в космосе. В 1975 году NASA , американское космическое агентство, использовало микроволны для передачи 34k W электричества на расстояние 1,6 км — рекорд, который стоит до сих пор. Однако он никогда не разрабатывался для коммерческого использования.

Операция Эмрода начнется осторожно.Он начнет с передачи того, что Грег Кушнир, основатель фирмы, описывает как «несколько киловатт» на расстояние 1,8 км. Затем он будет постепенно увеличивать как мощность, так и расстояние. Важнейшей переменной является эффективность, с которой это может быть сделано. По словам г-на Кушнира, сейчас это около 60%. Этого, по его мнению, уже достаточно, чтобы сделать энергетические лучи коммерчески жизнеспособными в некоторых обстоятельствах, например, для охвата отдаленных районов без затрат на дорогостоящие линии электропередач. Но, чтобы улучшить ситуацию, у Эмрода есть еще две хитрости в рукаве.Одним из них является использование реле. Другой — приправить приемники так называемыми метаматериалами.

Реле, представляющие собой пассивные устройства, не потребляющие никакой энергии, работают как линзы, перефокусируя микроволновый луч и направляя его в нужное русло с минимальными потерями при передаче. Они также могут направить его, если необходимо, в новое русло. Это означает, что передатчик и приемник не обязательно должны находиться в прямой видимости друг друга.

Метаматериалы представляют собой композиты, содержащие небольшое количество проводящих металлов и изолирующих пластиков, расположенных таким образом, что они взаимодействуют с электромагнитным излучением, таким как микроволны, определенным образом.Они уже используются в так называемых маскировочных устройствах, помогающих военным кораблям и военным самолетам скрываться от радаров. Но их также можно использовать в приемной антенне для более эффективного преобразования электромагнитных волн в электричество.

Передача мощных микроволн по воздуху сопряжена с риском. Подобные волны, в конце концов, являются средством, с помощью которого микроволновые печи нагревают то, что в них помещают. Эмрод говорит, что кратковременное воздействие его лучей не должно причинить вреда людям или животным, поскольку плотность мощности относительно низкая.Тем не менее, во избежание аварий лучи будут окружены так называемыми лазерными завесами. Это маломощные лазерные лучи, которые сами по себе не вредны. Но если занавес дернется из-за вмешательства таких вещей, как птицы или низколетящие вертолеты (которые в Новой Зеландии используются для отгона овец), это прерывание будет немедленно обнаружено, и микроволновая передача временно прервется. Батареи на принимающей стороне будут заряжаться во время любых отключений.

Если энергетическое излучение действительно наберет обороты, Эмрод не останется в своем распоряжении, так как ряд других фирм работают над этой идеей.TransferFi, базирующаяся в Сингапуре, разрабатывает систему, которая формирует лучи радиоволн, которые обычно имеют более низкую частоту, чем микроволны, для передачи энергии на определенные принимающие устройства. Это идея ближнего действия, предназначенная для питания гаджетов на фабриках и домах.

Американская фирма PowerLight Technologies работает с вооруженными силами этой страны над использованием лазеров для передачи энергии на удаленные базы, а также для питания дронов, когда они находятся в воздухе. Компания также присматривается к коммерческим приложениям.Как и Mitsubishi Heavy Industries, японская инженерная фирма. Mitsubishi, в частности, имеет высокие амбиции. Помимо промышленных применений на Земле, изучается, как эту технологию можно использовать для подачи энергии на землю с геостационарных спутников, оснащенных солнечными панелями. Это потребует передачи более 35 000 км. Не столько «поднимите меня, Скотти», сколько «поднимите меня вниз».■

Примечание редактора (23 февраля 2020 г.): В эту статью были внесены поправки, чтобы прояснить, что Эмрод занимается двумя отдельными проектами.

Эта статья появилась в разделе «Наука и технологии» печатного издания под заголовком «Смотрите, никаких проводов!»

Беспроводная передача электроэнергии

Беспроводная передача электроэнергии

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 4, выпуск 6, июнь 2013 г.com, [email protected],

1SDCE Selu-Kate, Wardha, 2DES’sCOET Dhamangaon (Rly.), (Индия)

РЕФЕРАТ: Различные технологии, доступные на сегодняшний день для беспроводной передачи электроэнергии, и потребность в Обсуждается беспроводная система передачи энергии, чтобы найти ее возможности в реальной практике, их преимущества, недостатки и экономическое рассмотрение. Технология, используемая для беспроводной передачи энергии, известна как witricity. Беспроводная передача энергии — не новая идея; Никола Тесла предложил теории беспроводной передачи энергии в конце 1800-х и начале 1900-х годов.Работа Теслы была впечатляющей, но она не сразу привела к широкому распространению практических методов беспроводной передачи энергии. С тех пор многие исследователи разработали несколько методов передачи электричества на большие расстояния без проводов. Одни существуют только в виде теорий или прототипов, а другие уже используются. В 2007 году исследователи из Массачусетского технологического института под руководством Марин Сойячич обнаружили эффективный способ передачи энергии между катушками, разнесенными на несколько метров.Они назвали эту технологию остроумием. Остроумие основано на связанных резонирующих объектах. Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию эффективно обмениваться энергией, не меняя при этом окружение. Исследователи продемонстрировали способность передавать 60 Вт с эффективностью примерно 40% на расстояние более 2 метров. В настоящее время проект ищет передачу мощности в диапазоне 100 Вт. Поскольку Witricity находится в стадии разработки, предстоит проделать большую работу по улучшению диапазона передачи мощности и эффективности.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Электроэнергия, надежная, беспроводная передача, остроумная технология.

ВВЕДЕНИЕ

В существующей системе производства электроэнергии мы тратим впустую более половины ее ресурсов. В частности, потери при передаче и распределении являются основной проблемой современной энергетической технологии. Большая часть этой мощности теряется при передаче от генераторов электростанций к потребителю. Сопротивление провода, используемого в системе распределения электроэнергии, приводит к потере 26-30% вырабатываемой энергии.Эти потери означают, что наша нынешняя система распределения электроэнергии эффективна только на 70-74%. Мы должны думать об альтернативных современных технологиях для передачи и распределения электроэнергии. В настоящее время глобальный сценарий сильно изменился, и во всех областях наблюдается огромное развитие. Если мы не будем идти в ногу с развитием новых энергетических технологий, нам придется столкнуться с тенденцией к снижению в развитии энергетического сектора. Передача энергии без проводов может быть одной из благородных альтернатив передаче электроэнергии.Это один из недостатков электричества. Хотя это может облегчить жизнь людей, это может добавить много беспорядка в процессе. По этим причинам ученые пытались разработать методы беспроводной передачи энергии, которые могли бы устранить беспорядок или привести к чистым источникам электроэнергии. Беспроводная передача энергии не является новой идеей. Многие исследователи разработали несколько методов беспроводной передачи энергии
. Но Witricity — это новая технология, используемая для беспроводной передачи энергии.При использовании этой технологии возможна беспроводная передача электроэнергии на удаленные объекты. Изобретателями остроты являются исследователи из Массачусетского технологического института (MIT). Они разработали новую технологию беспроводной передачи электроэнергии, основанную на связанных резонансных объектах. При этом используются резонансные магнитные поля. Таким образом, потери мощности уменьшаются. Система состоит из остроумных передатчиков и приемников.Передатчики и приемники содержат рамочные магнитные антенны из медных катушек, настроенные на одну и ту же частоту.

ПЕРВАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В этом замечательном открытии «Истинной беспроводной связи» и принципов, на которых основаны передача и прием даже в современных системах, доктор Никола Тесла показывает нам, что он действительно « Отец беспроводной связи». Самая известная и знаменитая башня Ворденклиф (Башня Тесла) была спроектирована и построена в основном для беспроводной передачи электроэнергии, а не для телеграфии.Наиболее популярной известной концепцией является теория Теслы, согласно которой было твердо убеждено, что Уорденклифф (рис. 1) позволит использовать беспроводную связь. , Выпуск 6, июнь-2013 143

ISSN 2229-5518

передача и прием на большие расстояния с незначительными потерями. Несмотря на это, он провел многочисленные высококачественные эксперименты, чтобы подтвердить свое заявление о возможности беспроводной передачи электричества.Но это был несчастный случай, что люди того века не были в состоянии признать его великолепную работу, иначе сегодня мы можем передавать электричество без проводов и превратим нашу мать-землю в чудесный саман, полный электричества.

Рис.1 187-футовая башня Уорденклиф

ТЕХНОЛОГИЯ WITRICITY

Источники питания и устройства захвата Witricity представляют собой

специально разработанные магнитные резонаторы, которые эффективно передают энергию на большие расстояния через магнитное ближнее поле.Эти запатентованные конструкции источников и устройств, а также управляющие ими электронные системы обеспечивают эффективную передачу энергии на расстояния, во много раз превышающие размеры самих источников/устройств. Источник питания Witricity (слева) подключен к сети переменного тока. Синие линии представляют магнитное ближнее поле, создаваемое источником питания. Желтые линии представляют поток энергии от источника к улавливающей катушке Witricity, которая питает лампочку. Обратите внимание, что на этой диаграмме также показано, как магнитное поле (синие линии) может охватывать проводящее препятствие между источником питания и устройством захвата.

Рис.2 Иллюстрация

Синие линии-Магнитное ближнее поле

Желтые линии-поток энергии. Передача энергии является всенаправленной и более эффективной. Лампа подключена к устройству захвата

ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ WITRICITY

КАК ЭТО НАЧАЛОСЬ

История началась поздно ночью несколько лет назад, когда
профессор Массачусетского технологического института Марин Солячич стоял в своей спальне и смотрел на свой мобильный телефон на кухне. прилавок. Вероятно, это был уже шестой раз за месяц, когда его разбудил звуковой сигнал мобильного телефона, информирующий его о том, что он забыл его зарядить.В этот момент ему пришло в голову: «Электричество проложено через весь этот дом, через весь мой офис, повсюду. Этот телефон должен сам заботиться о своей зарядке! Но чтобы это стало возможным, нужно было найти способ передачи энергии от существующей проводной инфраструктуры к сотовому телефону — без проводов. Солячич начал думать о физических явлениях, которые могли бы воплотить эту мечту в реальность.

СВЯЗАННЫЕ РЕЗОНАТОРЫ СООТВЕТСТВУЮТ ВАШЕЙ СИТУАЦИИ Для обеспечения беспроводной передачи энергии практичным и безопасным способом необходимо использовать физическое явление, позволяющее источнику питания и устройству (в данном случае мобильному телефону) обмениваться энергией. сильно, при этом слабо взаимодействуя с живыми существами и другими объектами окружающей среды, такими как мебель и стены.Явление связанных резонаторов точно соответствует этому описанию. Два резонансных объекта одной резонансной частоты имеют тенденцию эффективно обмениваться энергией, при этом слабо взаимодействуя с посторонними нерезонансными объектами. Ребенок на качелях — хороший пример резонансной системы. Поскольку крыло демонстрирует тип механического резонанса, только тогда, когда ребенок качает ногами с естественной частотой качания, он может передать значительную энергию движению качелей.

СИЛЬНАЯ СВЯЗЬ

Говорят, что связанные резонаторы работают в режиме сильной связи
, если скорость передачи их энергии значительно выше, чем скорость, с которой они теряют энергию из-за таких факторов, как поглощение материала и излучение. В сильно связанном режиме передача энергии может быть очень эффективной. Эти соображения универсальны и применимы ко всем видам резонансов (например, акустическим, механическим, электромагнитным и т. д.). Сойячич и его коллеги из Массачусетского технологического института (Каралис и Яннопулос) приступили к исследованию и разработке физической теории того, как сделать так, чтобы магнитные резонаторы с сильной связью могли передавать энергию на расстояния, которые позволили бы создать такое беспроводное устройство.

IJSER © 2013 http:// www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 4, выпуск 6, июнь 2013 г. 144

ISSN 2229-5518

зарядка, которую Сойячич впервые вообразил. Их теоретические результаты были опубликованы сначала в 2006 году, а затем снова в 2008 году в Annals of Physics. Как только физические теории были разработаны, Сойячич и его команда (Курс, Каралис, Моффат, Яннопулос и Фишер) приступили к их экспериментальной проверке.Теория была разработана для охвата широкого спектра связанных резонаторных систем, но экспериментальная работа была сосредоточена на доказательстве того, что магнитно-связанные резонаторы могут обмениваться энергией способом, предсказанным теорией и необходимым для беспроводной зарядки или устройств, таких как сотовые телефоны. Команда исследовала систему из двух электромагнитных резонаторов, связанных магнитными полями. Они смогли идентифицировать режим сильной связи в этой системе и показали, что сильная связь может быть достигнута на расстояниях, которые значительно превышают размер самих резонансных объектов.Команда доказала, что в этом сильно связанном режиме может быть обеспечена эффективная беспроводная передача энергии. Их успешный эксперимент был опубликован в журнале Science в 2007 году.

WITRICITY TECHNOLOGY BORN

ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП:

Основной концепцией Witricity-Wireless Electricity является магнитный резонанс. Два резонансных объекта с одной и той же резонансной частотой имеют тенденцию к эффективному обмену энергией, при этом рассеивая относительно мало энергии на посторонние нерезонансные объекты.В системах связанных резонансов часто имеет место общий «сильно связанный» режим работы. Если можно работать в этом режиме в данной системе, ожидается, что передача энергии будет очень эффективной. Реализованная таким образом передача мощности среднего диапазона может быть почти всенаправленной и эффективной, независимо от геометрии окружающего пространства, с низкими помехами и потерями в объекты окружающей среды. Приведенные выше соображения применимы независимо от физической природы резонансов.Экспериментальная конструкция состояла из двух медных катушек, каждая из которых представляла собой саморезонансную систему. Одна из катушек, подключенная к сети переменного тока, являлась резонансным источником. Другая катушка, устройство резонансного захвата, была подключена к лампочке мощностью 60 Вт. Источник питания и устройство захвата были подвешены в воздухе на нейлоновой нити на расстоянии от нескольких сантиметров до более 2,5 метров (8,2 фута). Мало того, что лампочка зажглась, теоретические предсказания высокой эффективности на расстоянии были подтверждены экспериментально.Поместив различные объекты между источником и устройством захвата, команда продемонстрировала, как ближнее магнитное поле может передавать энергию через определенные материалы и вокруг металлических препятствий. Таким образом, мечта профессора Солячича
найти способ беспроводного подключения мобильных электрических устройств к существующей электрической сети была реализована. Вскоре была создана Witricity Corp., чтобы перенести эту технологию из лабораторий Массачусетского технологического института в коммерческое производство.

Рис.3 Муфта затухающей волны

Рис. 4 w or kingfig

1) Питание от сети к антенне, изготовленной из меди
2) Антенна резонирует на частоте около
6,4 МГц, производя электромагнитные волны
3) «Хвосты» энергии от антенны «туннеля» до 5 м
(16,5 футов)
4) Электричество улавливается антенной ноутбука, которая также должна резонировать на частоте 6,4 МГц. Энергия, используемая для перезарядки устройства.
5) Энергия, не переданная ноутбуку, повторно поглощается антенной источника.Люди/другие объекты не затронуты, так как не резонируют на частоте 6,4 МГц. Это сердце всей системы, поскольку именно здесь осуществляется беспроводная передача энергии. Эффективность схемы связи определяет количество энергии, доступной для системы приемника.

ДИЗАЙН

Катушки передатчика и приемника были разработаны
бывшими студентами Корнелла, Лукасом Йоргенсеном и Адамом
Калберсоном.Катушки имели резонансную частоту 4,8
– 5,3 МГц, которую можно было настроить с помощью нашего генератора
(позже генератора сигналов) для достижения резонанса.

IJSER © 2013 http://www.ijser.org научно-технических исследований, том 4, выпуск 6, июнь-2013 145

ISSN 2229-5518

частота катушек. Базовую комплектацию конструкции можно увидеть из таблицы и изображения ниже.

Рис.5 Структура катушек.

РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Две идентичные спиральные медные катушки, одна для источника и одна для нагрузки, были сконструированы командой Массачусетского технологического института для магнитной связи. Путем точной настройки высоты катушек они смогли вызвать сильную магнитно-резонансную связь между двумя катушками на среднем расстоянии. Катушка источника, в свою очередь, была индуктивно связана с одной петлей из медного провода, которая присоединена к генератору Колпитца.Приемная магнитная катушка была индуктивно связана с петлей из медного провода, прикрепленной к лампочке мощностью 60 Вт. Чтобы проверить точность своих теоретических выводов, команда Массачусетского технологического института сравнивает теоретические и экспериментальные значения. Сравниваются экспериментальные и теоретические значения эффективности с расстоянием.

Рис.6 Эффективность на расстоянии

Рис.7 Полученная мощность на расстоянии

ПРЕИМУЩЕСТВА WITRICITY ПРЕИМУЩЕСТВА

1. Нет необходимости в силовых кабелях и батареях —
Witricity заменяет использование силовых кабелей и кабелей.
2. Не создает помех радиоволнам

3. Характер подачи энергии является всенаправленным, т. е. во всех направлениях

4. Сокращение электронных отходов за счет устранения необходимости в кабелях питания
5. Меньше затрат — компоненты передатчик и приемники дешевле. Таким образом, эта система менее затратна.
6. Отрицательные последствия для здоровья. При использовании резонансной связи длина волны получается намного ниже, что делает ее безвредной.

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 6, June-2013 146

ISSN 2229-5518

ПРАКТИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ

делать какие-либо определенные выводы.
2. С помощью остроумного метода они предполагают передачу мощности на расстояние около метра, что далеко не идеально, но все же очень впечатляет.
3. Если технология будет улучшена и отточена до такой степени, что ее можно будет «изготовить», она может поставить на уши любое количество отраслей. он использует «магнитно-связанный резонанс», что означает, что он будет не только безопасным, но и достаточно эффективным.

10. ПРИМЕНЕНИЕ

Технология беспроводной передачи энергии Witricity может
применяться в самых разных приложениях и средах.Способность нашей технологии передавать энергию безопасно, эффективно и на расстояние может улучшить продукты, сделав их более удобными, надежными и экологически чистыми. Технология Witricity может быть использована для обеспечения.

ПРЯМОЕ БЕСПРОВОДНОЕ ПИТАНИЕ: когда все необходимое устройству питание подается по беспроводной сети, и батарейки не требуются. Этот режим предназначен для устройства, которое всегда используется в пределах досягаемости его источника питания Witricity.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ЗАРЯДКА: когда устройство с перезаряжаемыми батареями заряжается во время использования или в состоянии покоя, не требуя шнура питания или замены батареи.Этот режим предназначен для мобильного устройства, которое можно использовать как внутри, так и вне зоны действия источника питания Witricity. Технология Witricity предназначена для производителей оригинального оборудования (OEM) для непосредственного внедрения в свои продукты и системы.

В МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ: В последнее время поиск был сделан также в мобильной связи, различные компании также используют ту же технологию, для большей производительности или для большей выгоды и ради них. Например: 1) Samsung Galaxy

2) Lumia

3) Apple

4) Toyota

Это последняя версия запуска беспроводной передачи электроэнергии.

WITRICITY TECHNOLOGY СДЕЛАЕТ ВАШУ ПРОДУКЦИЮ

БОЛЕЕ УДОБНОЙ:

· Не требует ручной подзарядки или замены батарей.

· Избавьтесь от неприглядных, громоздких и дорогих шнуров питания.

НАДЕЖНЕЕ:

· Аккумулятор никогда не разрядится.
· Сократите количество отказов продукции, исправив «самое слабое звено
»: гибкую проводку и механические межсоединения.

БОЛЕЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ

· Сокращение использования одноразовых батареек.


· Используйте эффективную электрическую энергию напрямую вместо неэффективной зарядки аккумуляторов.

Рис. 8 Электронное оборудование

БЫТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

(телефоны, ноутбуки, игровые приставки и т.д.) в доме, автомобиле, офисе, точки доступа Wi-Fi. Пока устройства используются и мобильны.

.Прямое беспроводное питание стационарных устройств (телевизоры с плоским экраном, цифровые фоторамки, аксессуары для домашнего кинотеатра, беспроводные громкоговорители и т. д.) Устранение

дорогостоящей нестандартной проводки, неприглядных кабелей и настенных блоков питания
.

.Прямое беспроводное питание периферийных устройств настольного ПК: беспроводной мыши, клавиатуры, принтера, динамиков, дисплея и т. д., что позволяет отказаться от одноразовых батарей и неудобных кабелей.

ПРОМЫШЛЕННАЯ

.Прямая беспроводная передача электроэнергии и связи через вращающиеся и движущиеся «сочленения» (роботы, упаковочное оборудование, сборочное оборудование,

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 6, June-2013 147

ISSN 2229-5518

станки) … устранение дорогостоящей и подверженной сбоям проводки.

.Прямые соединения для беспроводного питания и связи в точках использования в суровых условиях (бурение, добыча полезных ископаемых, под водой и т. д.), где прокладка проводов нецелесообразна или невозможна.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕЧАНИЯ

Доступно множество концепций, исследовательских работ, патентов
по беспроводной передаче электроэнергии, но большая часть исследовательской работы проводилась изолированно, поэтому необходимы совместные совместные усилия для получения очень полезных результатов по этой передовой технологии в области энергетики. передачи на благо человечества во всем мире в будущем.Что бы ни принесло будущее, всеобщее применение этих великих принципов полностью гарантировано, хотя это может и затянуться. С открытием первой электростанции недоверие уступит место удивлению, а это, как и прежде, неблагодарности. Люди пренебрегали им и его хорошей работой. Он заслуживал гораздо лучшего обращения со стороны магнатов своего возраста, чем провести последние 40 лет своей жизни в крайней нищете. Однако он был слишком джентльменом, чтобы затаить обиду.Вместо этого, говоря об усиливающем передатчике, Тесла написал в своей автобиографии: «Я не желаю доставлять некоторым ограниченным и завистливым людям удовлетворение от того, что они помешали моим усилиям. Эти люди для меня не более чем микробы противной болезни. Мой проект тормозился по законам природы. Мир не был к этому готов. Это было слишком раньше времени. Но те же самые законы в конце концов возьмут верх и обеспечат триумфальный успех. Если бы этого не произошло, то сегодня мы оказались бы в удивительном мире изобилия энергии с использованием технологии беспроводной передачи электроэнергии.

ФУНКЦИЯ БУДУЩЕГО

Больше никаких аккумуляторов, зарядных устройств и спагетти с проводами. Это будущее, которое обещает «беспроводная мощность», средство передачи электричества по воздуху на ноутбуки, iPod и другие гаджеты без необходимости использования кабелей и розеток. Ожидается, что аудиодинамики и цифровые фоторамки станут одними из первых коммерческих продуктов, продемонстрированных на этой неделе в Лас-Вегасе на Международной выставке потребительской электроники, крупнейшей в мире выставке гаджетов.Эксперты считают, что это только начало, и что в конечном итоге беспроводное электричество, которое некоторые называют Witricity, сможет сделать для времени автономной работы то же, что Wi-Fi сделал для Интернета. В мире без проводов пользователи ноутбуков в кафе и терминалах аэропортов оказались бы внутри «точки доступа к электричеству», и им больше не нужно было бы копаться в ногах, сумках и мебели в поисках неудобно расположенной розетки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Беспроводная передача энергии — это не теория и не просто возможность, а реальность.Электрическая энергия может быть экономично передана без проводов на любое расстояние по земле. Беспроводная передача электроэнергии обладает огромными достоинствами, такими как высокая целостность передачи и малые потери (90 –
97 % эффективности), и может передаваться в любую точку земного шара и устраняет необходимость в неэффективной, дорогостоящей и капиталоемкой сети кабелей, вышек, и подстанции. Система снизит стоимость электроэнергии, используемой потребителем, и избавится от ландшафта проводов, кабелей и опор ЛЭП.У него есть незначительные недостатки, такие как реактивная мощность, которая была признана незначительной и биологически совместимой. Он оказывает огромное экономическое c влияние на человеческое общество. Ежемесячные счета за электроэнергию от старомодных, работающих на ископаемом топливе, подверженных убыткам электрифицированных услуг по доставке проводной сети будут необязательными, как и «смартфон» сегодня.

ССЫЛКИ:

[1 http://www.WiTricitypower.com

[2]http://www.sciencemag.org/cgi/data/1143254/DC1/1 [3]http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/114325

4

[4]http://www.sciencemag.org/cgi/rapidpdf/1143254?ijkey

=94ff.Ay4jRMqU&keytype=ref&siteid=sci (доступ

5 декабря 2011 г.).

[5] Неха Багга, Джошуа Грунтмеир, Сэмюэл Льюис, «Беспроводная передача энергии», декабрь 2004 г. [6] Интернет-источник, http://diranieh.com/Electrenicas/OpAmps3

.htm#Relaxation_Oscillator.

[7] Хан М.З. Шамс и Мохаммад Али, Беспроводная передача энергии

на датчик, заглубленный в бетон, IEEE Sensors Journal 7 (2007), №.12, 1573–1577.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.