Когда вы думаете о беспроводной мощности, образы молнии разлетаются с одной катушки Теслы. возможно, приходит в голову другой, или, может быть, образы момента, когда чудовище Франкенштейна ожило.
Хотя идея кажется нелепой и почти невозможной, вы можете быть удивлены, узнав, что беспроводное питание быстро становится реальностью.
Существует целый ряд теорий и предложений, выдвинутых для реализации футуристического подвига передачи электроэнергии по воздуху на устройства в вашем доме, — о которых мы поговорим в этой статье, — но сначала важно понять как потенциал, так и ограничения. этих попытках.
Что такое беспроводное питание?
Когда большинство людей думают об электричестве, они думают о традиционной одно- или двухпроводной вилке, которая имеет положительную клемму, отрицательную клемму, а иногда и заземляющий провод. Положительные и отрицательные клеммы образуют электрическую цепь, как показано на рисунке ниже.
Это самый простой пример электрической цепи. Ну, на самом деле удаление переключателя было бы проще, но вы поняли.
Клеммы «+» и «-» аккумулятора — это красный и черный провода в штепсельной вилке независимо от того, подключаете ли вы лампу, компьютер или что-то еще.
На своем фундаментальном уровне электричество может быть описано как поток «тока» от положительного к отрицательному полюсу. Я собираюсь избежать теоретического обсуждения движения реальных заряженных частиц. Просто поймите, что для питания электрического устройства требуется разность напряжений между этими двумя клеммами.
Итак, как можно повернуть систему, которая, очевидно, зависит от проводника, такого как электрический провод, для потока заряда? Что ты должен делать, снимать заряд с кончика одного провода на другой? Ну … .sorta.
Позвольте мне представить вам, трансформатор.
Это на самом деле концепция, которая существует со времен самого Теслы. Вы берете один провод, несущий напряжение источника (например, подключенный к бытовой розетке переменного тока 60 Гц), и наматываете его во множество контуров. О, черт возьми, используйте кусок железа, чтобы было легко обернуть петли.
Затем оберните второй провод на небольшом расстоянии от первой катушки. Вы будете наводить ток во второй катушке, как магия.
Ладно, не совсем волшебно, но довольно близко. По сути, каждый провод, имеющий переменное напряжение, создает вокруг себя электромагнитное поле, называемое магнитным потоком. Когда вы наматываете провод, вы усиливаете это поле. Вставьте магнитный материал, такой как железо, в эту катушку, и вы улучшите свою способность передавать энергию этой второй катушке. Но — вот кикер — то же самое может произойти прямо в воздухе.
Вы когда-нибудь использовали индукционную печь?
Если у вас есть возможность увидеть его, включите его на полную мощность и положите руку на горелку. Нет, серьезно — трогай все, что тебе нравится. Вы не обожгетесь. Эти спиральные провода предназначены для создания вихревых токов в чугунной посуде, установленной на плите. Это в свою очередь нагревает кастрюлю, которая нагревает еду.
Эта передача электрической энергии по воздуху — это то, как работают генераторы, двигатели и даже зарядное устройство вашей электрической зубной щетки. В этих случаях вместо железного сердечника это «воздушный сердечник». Это поток, который передает электрическую энергию.
Прорыв в беспроводном питании
Итак, почему ученые до сих пор не могли передавать энергию с помощью индукции? Ну, чтобы понять это, вам действительно нужно пойти к людям, которые все это начали — или, по крайней мере, поднять факел Никола Тесла.
В статье 2006 года, опубликованной в Annals of Physics, исследователи Массачусетского технологического института описали, как они намеревались доказать, что эти поля могут использоваться для беспроводной передачи энергии.
Мы исследуем, можно ли и в какой степени физическое явление резонансных электромагнитных состояний с длительным сроком службы с локализованными структурами медленно исчезающего поля можно использовать для эффективной передачи энергии на не пренебрежимо малые расстояния даже в присутствии посторонних объектов окружающей среды.
Говоря простым языком, исследователи говорили, что, полагая, что при использовании правильной конфигурации, эти индукционные поля можно использовать для передачи энергии на расстояние, даже если объекты находятся на пути.
И угадайте, что к 2007 году они доказали это и опубликовали свои результаты в экспериментальной статье, опубликованной в журнале Science.
Используя саморезонансные катушки в режиме сильной связи, мы экспериментально продемонстрировали эффективный безызлучательный перенос энергии на расстояния, в 8 раз превышающие радиус катушек. Мы смогли перевести 60 Вт с эффективностью ~ 40% на расстояния, превышающие 2 метра.
Это было удивительное достижение. Для тех из вас, кто еще не настроен на метрическую систему, 2 метра — это чуть больше шести с половиной футов. По сути, они могли передавать энергию от одной катушки к другой, на расстоянии очень высокого человека.
В чем был их секрет? Это было то, что они называли «резонансные катушки». Они точно настроили катушки — число, радиус и другие факторы, чтобы добиться своего рода «резонанса» между двумя катушками.
Важно, чтобы катушки были на резонансе, чтобы передача энергии была практичной (6). Мы находим экспериментально, что мощность, передаваемая на нагрузку, резко падает, так как любая из катушек отключается от резонанса.
Несмотря на это, это достижение вызвало бурное развитие беспроводных приложений питания. Гонка началась.
Гонка, чтобы использовать силу
Гонки они сделали.
Одним из первых стартапов, использовавших эту технологию в коммерческих целях, был WiTricity . Еще в 2009 году генеральный директор Эрик Гилер представил TEDGlobal 2009 технологию беспроводного питания.
Он был не единственным. Многие компании сразу воспользовались этой технологией для приложений, которые были практичны и просты на коротких расстояниях. Беспроводная зарядка портативных устройств была очевидным первым выбором, и в 2009 году первые индуктивные зарядные на рынке.
Теперь вы можете разместить свои мобильные устройства на этих планшетах, и они будут заряжаться. Больше не нужно возиться с разъемом питания телефона.
Если вы думаете, что это было крутое изобретение, то подумайте, как далеко продвинулась индустрия со времен открытия MIT. К 2011 году компания под названием Evatran создала систему «Plugless Power» для электромобилей с использованием индукционной технологии для зарядки электромобилей без каких-либо кабелей.
Индуктивная зарядка — это не будущее электромобилей, это уже здесь.
Будущее беспроводной связи
Теперь, когда вы знаете, где находится отрасль с беспроводным питанием, давайте посмотрим, куда она движется.
В начале 2014 года исследователи из Корейского передового института науки и технологии (KAIST) объявили, что разработали «резонансную систему с дипольной катушкой», в которой они могут установить «расширенный диапазон передачи индуктивной мощности, до 5 метров между катушки передатчика и приемника ».
Они также смогли уменьшить размеры катушек по сравнению с тем, что использовала команда MIT, сделав все это более практичным (хотя и дорогим) для коммерческих целей.
Чун Т. Рим, руководитель исследовательского проекта, рассказал Science Daily, что он предполагал, что такая система будет использоваться для обеспечения «горячих точек беспроводного питания» точно так же, как люди используют точки доступа в Интернет.
Подобно тому, как сегодня мы видим зоны Wi-Fi повсюду, в конечном итоге у нас будет много зон Wi-Power в таких местах, как рестораны и улицы, которые бесперебойно обеспечивают электроэнергией электронные устройства.
Пять метров — это почти шестнадцать с половиной футов. Теперь вы говорите о длине типичной комнаты в доме.
В течение этого года компания Ossia осваивала концепцию Cota, которая, как обещает компания, позволит осуществлять беспроводную зарядку. об устройствах на расстоянии до 30 футов от базовой станции.
Но, конечно, фанаты Apple не боятся, ваша компания также находится в авангарде этой игры.
В августе Apple получила два патента, связанных с их запланированным применением беспроводной зарядки с резонансной индукцией.
В одном патенте описывается, как пользователи смогут подключать источник питания — например, ключ или устройство в новой компьютерной системе — и затем этот источник питания будет беспроводным образом заряжать все «соответствующим образом настроенные» устройства поблизости.
Патент гласит:
… Надлежащим образом настроенное периферийное устройство может рассматриваться как часть резонансной схемы, которая может включать в себя источник питания NFMR и любые другие периферийные устройства, настроенные таким образом.
Патент раскрывает всю электронную промышленность, стремящуюся извлечь выгоду из технологии, которая может полностью изменить то, как выглядит современное домашнее хозяйство.
Сначала появятся устройства меньшего размера, которые легче заряжать при меньших потребностях в энергии. Однако, если другие игроки в индустрии индукционной энергетики могут что-то сказать по этому поводу, все бытовые устройства — от микроволновой печи до телевизора с большим экраном — будут работать без каких-либо шнуров питания.
Однажды люди могут смотреть на розетки в доме так же, как дети сегодня смотрят на эти старые, глупые сетевые розетки. Готова или нет, беспроводное питание — это будущее, и я готов поспорить, что Никола Тесла смеется в своей могиле.
Как вы относитесь к беспроводной связи? Будете ли вы использовать технологию или у вас есть какие-либо проблемы? Поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже!
Изображение предоставлено: Plasma Via Shutterstock, Designua / Shutterstock , photoiconix / Shutterstock MIT / Резонансные катушки , патент Apple / USPO.gov , Evikka / Shutterstock