Trasferimento Di Potenza Wireless: Ricaricare i veicoli elettrici mentre sono in viaggio

Di Fouad Sabry

Cos'è il trasferimento di energia wireless

La trasmissione di energia elettrica in assenza di cavi come connessione fisica è denominata in vari modi trasferimento di energia wireless (WPT), alimentazione wireless trasmissione (WPT), trasmissione di energia wireless (WET) o trasferimento di potenza elettromagnetica (EPT). In un sistema per la trasmissione di potenza in modalità wireless, un dispositivo trasmettitore è azionato da energia elettrica derivata da una fonte di alimentazione. Questo spinge il dispositivo a generare un campo elettromagnetico variabile nel tempo, che a sua volta trasmette potenza attraverso lo spazio a un dispositivo ricevitore. Il dispositivo ricevitore estrae quindi energia dal campo e la fornisce a un carico elettrico. Eliminando la necessità di cavi e batterie, la tecnologia del trasferimento di potenza wireless può aumentare la portabilità, la praticità e la sicurezza di un gadget elettronico per tutti i suoi utenti. È utile utilizzare la trasmissione di potenza wireless per alimentare apparecchiature elettriche in situazioni in cui il collegamento fisico dei cavi sarebbe difficile, dannoso o altrimenti impossibile.

Come ne trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Trasferimento di potenza wireless

Capitolo 2: Microonde

Capitolo 3 : Compatibilità elettromagnetica

Capitolo 4: Antenna (radio)

Capitolo 5: Klystron

Capitolo 6: Campo vicino e lontano

Capitolo 7: Indice degli articoli di elettronica

Capitolo 8: Risuonatore

Capitolo 9: Trasmettitore a spinterometro

Capitolo 10: Antenna ad anello

Capitolo 11: Indice degli articoli di ingegneria elettrica

Capitolo 12: Grid dip oscillator

Capitolo 13: Accoppiamento (elettronica)

Capitolo 14: Carica induttiva

Capitolo 15: Antenna risonatore dielettrico

Capitolo 16: WREL (tecnologia)

Capitolo 17: Accoppiamento induttivo risonante

Capitolo 18: Qi (standard )

Cap apter 19: Campo magnetoquasistatico

Capitolo 20: Glossario di ingegneria elettrica ed elettronica

Capitolo 21: Storia della bobina di Tesla

(II) Risposte al pubblico top domande sul trasferimento di potenza wireless.

(III) Esempi del mondo reale per l'utilizzo del trasferimento di potenza wireless in molti campi.

(IV) 17 appendici per spiegare, brevemente, 266 tecnologie emergenti in ogni settore per avere una comprensione completa a 360 gradi delle tecnologie di trasferimento dell'energia wireless.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che vogliono andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di trasferimento di energia wireless.

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 9 nov 2022

Anteprima del libro

Diritto d’autore

Wireless Power Transfer Copyright © 2022 di Fouad Sabry. Tutti i diritti riservati.

Tutti i diritti riservati. Nessuna parte di questo libro può essere riprodotta in qualsiasi forma o con qualsiasi mezzo elettronico o meccanico, compresi i sistemi di archiviazione e recupero delle informazioni, senza il permesso scritto dell'autore. L'unica eccezione è quella di un recensore, che può citare brevi estratti in una recensione.

Copertina disegnata da Fouad Sabry.

Questo libro è un'opera di finzione. Nomi, personaggi, luoghi e incidenti sono prodotti dell'immaginazione dell'autore o sono usati fittiziamente. Qualsiasi somiglianza con persone reali, vive o morte, eventi o luoghi è del tutto casuale.

Bonus

Puoi inviare un'e-mail a [e-mail] con oggetto Wireless Power Transfer: Caricare i veicoli elettrici mentre sono in viaggio e riceverai un'e-mail che contiene i primi capitoli di questo libro.

Fouad Sabry

Visita il sito web di 1BK all'indirizzo

www.1BKOfficial.org

Prefazione

Perché ho scritto questo libro?

La storia della scrittura di questo libro è iniziata nel 1989, quando ero uno studente della Secondary School of Advanced Students.

È straordinariamente simile alle scuole STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica), che sono ora disponibili in molti paesi avanzati.

STEM è un curriculum basato sull'idea di educare gli studenti in quattro discipline specifiche - scienza, tecnologia, ingegneria e matematica - in un approccio interdisciplinare e applicato. Questo termine è tipicamente usato per indirizzare una politica educativa o una scelta di curriculum nelle scuole. Ha implicazioni per lo sviluppo della forza lavoro, le preoccupazioni per la sicurezza nazionale e la politica di immigrazione.

C'era una lezione settimanale in biblioteca, dove ogni studente è libero di scegliere qualsiasi libro e leggere per 1 ora. L'obiettivo del corso è quello di incoraggiare gli studenti a leggere materie diverse dal curriculum educativo.

In biblioteca, mentre guardavo i libri sugli scaffali, ho notato libri enormi, per un totale di 5.000 pagine in 5 parti. Il nome del libro è The Encyclopedia of Technology, che descrive tutto ciò che ci circonda, dallozero assoluto ai semiconduttori, quasi ogni tecnologia, a quel tempo, era spiegata con illustrazioni colorate e parole semplici. Ho iniziato a leggere l'enciclopedia e, naturalmente, non sono stato in grado di finirlo nella lezione settimanale di 1 ora.

Così, ho convinto mio padre a comprare l'enciclopedia. Mio padre ha comprato tutti gli strumenti tecnologici per me all'inizio della mia vita, il primo computer e la prima enciclopedia tecnologica, ed entrambi hanno un grande impatto su di me e sulla mia carriera.

Ho finito l'intera enciclopedia nelle stesse vacanze estive di quest'anno, e poi ho iniziato a vedere come funziona l'universo e come applicare quella conoscenza ai problemi quotidiani.

La mia passione per la tecnologia è iniziata più di 30 anni fa e ancora il viaggio continua.

Questo libro fa parte di The Encyclopedia of Emerging Technologies che è il mio tentativo di dare ai lettori la stessa straordinaria esperienza che ho avuto quando ero al liceo, ma invece delle tecnologie del 20 ° secolo  , sono più interessato alle tecnologie, alle applicazioni e alle soluzioni industriali emergenti del 21° secolo.

The Encyclopedia of Emerging Technologies sarà composto da 365 libri, ogni libro sarà incentrato su una singola tecnologia emergente. Puoi leggere l'elenco delle tecnologie emergenti e la loro categorizzazione per settore nella parte di Coming Soon, alla fine del libro.

365 libri per dare ai lettori la possibilità di aumentare le loro conoscenze su una singola tecnologia emergente ogni giorno nel corso di un anno.

Introduzione

Come ho scritto questo libro?

In ogni libro di The Encyclopedia of Emerging Technologies, sto cercando di ottenere intuizioni di ricerca istantanee e grezze, direttamente dalle menti delle persone, cercando di rispondere alle loro domande sulla tecnologia emergente.

Ci sono 3 miliardi di ricerche su Google ogni giorno e il 20% di queste non è mai stato visto prima. Sono come una linea diretta con i pensieri delle persone.

A volte è Come faccio a rimuovere l'inceppamento della carta. Altre volte, sono le paure strazianti e i desideri segreti che oserebbero sempre e solo condividere con Google.

Nella mia ricerca di scoprire una miniera d'oro non sfruttata di idee di contenuto su Wireless Power Transfer, uso molti strumenti per ascoltare i dati di completamento automatico dai motori di ricerca come Google, quindi sforna rapidamente ogni frase e domanda utile, le persone chiedono intorno alla parola chiave Wireless Power Transfer.

È una miniera d'oro di intuizioni delle persone, che posso usare per creare contenuti, prodotti e servizi freschi e ultra-utili. Le persone gentili, come te, vogliono davvero.

Le ricerche di persone sono il set di dati più importante mai raccolto sulla psiche umana. Pertanto, questo libro è un prodotto dal vivo e costantemente aggiornato da sempre più risposte a nuove domande su Wireless Power Transfer, poste da persone, proprio come te e me, che si interrogano su questa nuova tecnologia emergente e vorrebbero saperne di più.

L'approccio per scrivere questo libro è quello di ottenere un livello più profondo di comprensione di come le persone cercano in giro Wireless Power Transfer, rivelando domande e domande che non penserei necessariamente dalla cima della mia testa, e rispondendo a queste domande in parole super facili e digeribili, e di navigare nel libro in modo diretto.

Quindi, quando si tratta di scrivere questo libro, mi sono assicurato che sia il più ottimizzato e mirato possibile. Lo scopo di questo libro è aiutare le persone a comprendere ulteriormente e far crescere le loro conoscenze sul Wireless Power Transfer. Sto cercando di rispondere alle domande delle persone il più fedelmente possibile e mostrando molto di più.

È un modo fantastico e bello per esplorare le domande e i problemi che le persone hanno e rispondere direttamente, e aggiungere intuizione, convalida e creatività al contenuto del libro - anche presentazioni e proposte. Il libro svela aree ricche, meno affollate e talvolta sorprendenti della domanda di ricerca che altrimenti non raggiungerei. Non c'è dubbio che, ci si aspetta che aumenti la conoscenza delle menti dei potenziali lettori, dopo aver letto il libro usando questo approccio.

Ho applicato un approccio unico per rendere il contenuto di questo libro sempre fresco. Questo approccio dipende dall'ascolto delle menti delle persone, utilizzando gli strumenti di ascolto della ricerca. Questo approccio mi ha aiutato a:

Incontra i lettori esattamente dove si trovano, in modo da poter creare contenuti pertinenti che colpiscano una corda e guidino una maggiore comprensione dell'argomento.

Tieni il dito saldamente sul polso, in modo da poter ricevere aggiornamenti quando le persone parlano di questa tecnologia emergente in modi nuovi e monitorare le tendenze nel tempo.

Scopri tesori nascosti di domande che richiedono risposte sulla tecnologia emergente per scoprire intuizioni inaspettate e nicchie nascoste che aumentano la pertinenza del contenuto e gli danno un vantaggio vincente.

Gli elementi costitutivi per scrivere questo libro includono quanto segue:

(1) Ho smesso di perdere tempo in congetture e congetture sul contenuto voluto dai lettori, ho riempito il contenuto del libro con ciò di cui la gente ha bisogno e ho detto addio alle infinite idee di contenuto basate su speculazioni.

(2) Ho preso decisioni solide, e preso meno rischi, per ottenere posti in prima fila per ciò che le persone vogliono leggere e vogliono sapere - in tempo reale - e utilizzare i dati di ricerca per prendere decisioni audaci, su quali argomenti includere e quali argomenti escludere.

(3) Ho semplificato la mia produzione di contenuti per identificare le idee di contenuto senza dover passare manualmente al setaccio le opinioni individuali per risparmiare giorni e persino settimane di tempo.

È meraviglioso aiutare le persone ad aumentare le loro conoscenze in modo semplice semplicemente rispondendo alle loro domande.

Penso che l'approccio alla scrittura di questo libro sia unico in quanto raccoglie e tiene traccia delle domande importanti poste dai lettori sui motori di ricerca.

Riconoscimenti

Scrivere un libro è più difficile di quanto pensassi e più gratificante di quanto avrei mai potuto immaginare. Nulla di tutto ciò sarebbe stato possibile senza il lavoro svolto da prestigiosi ricercatori, e vorrei riconoscere i loro sforzi per aumentare la conoscenza del pubblico su questa tecnologia emergente.

Dedica

Per gli illuminati, quelli che vedono le cose in modo diverso e vogliono che il mondo sia migliore - non amano lo status quo o lo stato esistente. Puoi essere troppo in disaccordo con loro, e puoi discutere ancora di più con loro, ma non puoi ignorarli e non puoi sottovalutarli, perché cambiano sempre le cose ... Spingono la razza umana in avanti, e mentre alcuni possono vederli come pazzi o dilettanti, altri vedono geni e innovatori, perché quelli che sono abbastanza illuminati da pensare di poter cambiare il mondo, sono quelli che lo fanno, e conducono le persone all'illuminazione.

Epigrafe

La trasmissione di energia elettrica in assenza di cavi come connessione fisica viene indicata variamente come trasferimento di potenza wireless (WPT), trasmissione di energia wireless (WPT), trasmissione di energia wireless (WET) o trasferimento di potenza elettromagnetica (EPT). In un sistema per la trasmissione wireless di energia, un dispositivo trasmettitore è azionato da energia elettrica derivata da una fonte di alimentazione. Ciò spinge il dispositivo a generare un campo elettromagnetico variabile nel tempo, che a sua volta trasmette energia attraverso lo spazio a un dispositivo ricevente. Il dispositivo ricevitore estrae quindi l'energia dal campo e la fornisce a un carico elettrico. Eliminando la necessità di cavi e batterie, la tecnologia di trasferimento di energia wireless può aumentare la portabilità, la praticità e la sicurezza di un gadget elettronico per tutti i suoi utenti. È utile utilizzare la trasmissione di energia wireless per alimentare le apparecchiature elettriche in situazioni in cui il collegamento fisico dei cavi sarebbe difficile, dannoso o altrimenti impossibile.

Sommario

Diritto d’autore

Bonus

Prefazione

Introduzione

Riconoscimenti

Dedica

Epigrafe

Sommario

Capitolo 1: Trasferimento di potenza wireless

Capitolo 2: Microonde

Capitolo 3: Compatibilità elettromagnetica

Capitolo 4: Onde radio

Capitolo 5: Frequenza molto bassa

Capitolo 6: Antenna (radio)

Capitolo 7: Klystron

Capitolo 8: Campo vicino e campo lontano

Capitolo 9: Indice degli articoli di elettronica

Capitolo 10: Risonatore

Capitolo 11: Indice degli articoli di elettrotecnica

Capitolo 12: Antenna ad anello

Capitolo 13: Oscillatore a immersione a griglia

Capitolo 14: Accoppiamento (elettronica)

Capitolo 15: Carica induttiva

Capitolo 16: WREL (tecnologia)

Capitolo 17: Accoppiamento induttivo risonante

Capitolo 18: Qi (standard)

Capitolo 19: Campo magnetoquasistatico

Capitolo 20: Glossario di ingegneria elettrica ed elettronica

Capitolo 21: Storia della bobina di Tesla

Epilogo

Informazioni sull'autore

Prossimamente

Appendici: Tecnologie emergenti in ogni settore

Capitolo 1: Trasferimento di potenza wireless

La trasmissione di energia elettrica in assenza di cavi come connessione fisica viene indicata variamente come trasferimento di potenza wireless (WPT), trasmissione di energia wireless (WPT), trasmissione di energia wireless (WET) o trasferimento di potenza elettromagnetica (EPT). In un sistema per la trasmissione wireless di energia, un dispositivo trasmettitore è azionato da energia elettrica derivata da una fonte di alimentazione. Ciò spinge il dispositivo a generare un campo elettromagnetico variabile nel tempo, che a sua volta trasmette energia attraverso lo spazio a un dispositivo ricevente. Il dispositivo ricevitore estrae quindi l'energia dal campo e la fornisce a un carico elettrico. Eliminando la necessità di cavi e batterie, il concetto di trasferimento di energia wireless ha il potenziale per migliorare significativamente la portabilità, la convenienza e la sicurezza dei dispositivi elettronici per i loro utenti finali. È utile utilizzare la trasmissione di energia wireless per alimentare le apparecchiature elettriche in situazioni in cui il collegamento fisico dei cavi sarebbe difficile, dannoso o altrimenti impossibile.

Near field e distant field sono le due classificazioni principali che possono essere utilizzate per i metodi di trasmissione di elettricità in modalità wireless. L'accoppiamento induttivo è la tecnologia wireless che viene utilizzata più frequentemente; le sue applicazioni includono la ricarica di dispositivi portatili come telefoni e spazzolini da denti elettrici, tag RFID, cottura a induzione e ricarica wireless wireless o trasferimento continuo di potenza in dispositivi medici impiantabili come pacemaker cardiaci artificiali o veicoli elettrici. L'accoppiamento induttivo è la tecnologia wireless più utilizzata.

I fasci di radiazioni elettromagnetiche, come le microonde, sono utilizzati in metodi a campo lontano o radiativi, che sono spesso indicati come fasci di potenza. Queste tecniche sono utilizzate per trasmettere energia.

La frase trasferimento di potenza wireless si riferisce a una parola ombrello che comprende una varietà di metodi distinti per la trasmissione di energia attraverso l'uso di campi elettromagnetici. Una sorta di dispositivo antenna viene utilizzato sul trasmettitore per trasformare la potenza in entrata in un campo elettromagnetico oscillante. Il termine antenna viene qui utilizzato in senso generico; Potrebbe riferirsi a una bobina di filo che produce un campo magnetico, una piastra metallica che produce un campo elettrico, un'antenna che emette onde radio, un laser che produce luce o qualsiasi combinazione di queste cose. Al ricevitore, un'antenna o un dispositivo di accoppiamento simile a quello utilizzato per trasmettere il segnale trasforma i campi oscillanti in una corrente elettrica. La frequenza, che a sua volta influenza la lunghezza d'onda, è un fattore cruciale nell'identificare il tipo di onde che vengono irradiate.

Poiché le tecnologie di alimentazione wireless utilizzano gli stessi campi e le stesse onde dei dispositivi di comunicazione wireless come la radio, si prevede che le tecnologie di alimentazione wireless avranno più limitazioni in termini di distanza rispetto alle tecnologie di comunicazione wireless.

La trasmissione o la ricezione di informazioni wireless può essere alimentata tramite l'uso del trasferimento di potenza wireless. Il termine comunicazione alimentata senza fili si riferisce a questo tipo di trasmissione (WPC). La rete viene definita rete di trasferimento simultaneo di informazioni wireless e di potenza quando l'energia raccolta viene utilizzata per fornire l'alimentazione necessaria ai trasmettitori di informazioni wireless (SWIPT); Le particelle cariche nella materia, come gli elettroni, sono responsabili della creazione di forze elettriche e magnetiche. Un campo elettrostatico viene prodotto nella regione attorno a una carica che rimane stazionaria. Un flusso costante di cariche, spesso noto come corrente continua o CC, produrrà un campo magnetico che è statico ovunque intorno ad esso. I campi che sono sopra contengono energia, ma poiché sono statici, non sono in grado di trasportare energia. Tuttavia, i campi variabili nel tempo sono in grado di trasportare energia. I campi elettrici e magnetici mutevoli vengono prodotti nell'area circostante quando sono presenti cariche elettriche accelerate, come quelle che si trovano in una corrente alternata (CA) di elettroni in un filo. Questi campi variano nel tempo. Questi campi hanno il potenziale di imporre pressioni oscillanti sugli elettroni in una antenna ricevente, che farà viaggiare gli elettroni avanti e indietro. Questi sono esempi di corrente alternata, che può fornire elettricità a un carico, se necessario.

Ci sono due aree distinte che possono essere distinte tra i campi elettrici e magnetici oscillanti che circondano le cariche elettriche in movimento in un dispositivo di antenna, a seconda della distanza D dall'antenna.

In queste varie aree, i campi presentano una varietà di proprietà diverse, Inoltre, una varietà di metodi e apparati sono utilizzati nel processo di trasmissione di potenza:

Regione near-field o non radiativa – Questo significa l'area entro circa 1 lunghezza d'onda (λ) dell'antenna.

nonostante il fatto che i campi continuino a ridursi in modo esponenziale.

Di conseguenza, la varietà di dispositivi near-field è tradizionalmente suddivisa in due gruppi:

Corto raggio – fino a circa un diametro dell'antenna: Drange ≤ Dant.

Questo è l'intervallo attraverso il quale l'accoppiamento capacitivo o induttivo convenzionale non risonante può trasmettere quantità utilizzabili di elettricità.

Gamma media – fino a 10 volte il diametro dell'antenna: gamma D ≤ 10 Dant.

A un'enorme distanza relativa, le componenti di campo vicino dei campi elettrici e magnetici possono essere considerate quasi equivalenti ai campi di dipolo oscillanti quasi-statici.

Questi campi diminuiscono con il cubo di distanza: (D range/Dant)−3 o 60 dB per decennio.

In altre parole, anche se distanti, raddoppiando la distanza tra le due antenne la potenza ricevuta diminuisce di un fattore di 2⁶ = 64.

Di conseguenza, solo la trasmissione di potenza su brevi distanze può essere realizzata utilizzando l'accoppiamento induttivo e capacitivo, entro poche volte il diametro del dispositivo dell'antenna Dant.

A differenza di un sistema radiativo, in cui la massima emissione di radiazione si verifica solo quando le antenne di dipolo sono allineate in una direzione perpendicolare alla direzione di propagazione, la massima emissione di radiazione di un sistema acustico può essere raggiunta solo quando si tratta di campi di dipolo, la maggiore quantità di accoppiamento avviene quando i dipoli sono allineati longitudinalmente.

Nell'accoppiamento induttivo (induzione elettromagnetica e induttanza reciproca tra le bobine, che dipende dalla loro geometria e dalla distanza tra loro. M {\displaystyle D_{\text{range}}}

Una figura di merito ampiamente utilizzata è il coefficiente di accoppiamento . {\displaystyle k\;=\;M/{\sqrt {L_{1}L_{2}}}}

Questo parametro adimensionale è uguale alla frazione di flusso magnetico attraverso la bobina del trasmettitore che passa attraverso la bobina del ricevitore quando L2 è a circuito aperto. L1 L2

Se le due bobine sono sullo stesso asse e vicine, tutto il flusso magnetico passa attraverso , e l'efficienza del collegamento si avvicina al 100%. L1 L2 k=1

Più le bobine sono distanti, più spazio c'è tra di loro, maggiore è la proporzione del campo magnetico generato dalla prima bobina che non viene prelevata dalla seconda, e più bassa e l'efficienza del collegamento sono, vicine allo zero quando separate da grandi distanze. k

L'efficienza del collegamento e la potenza trasferita sono approssimativamente proporzionali a . k^2

Al fine di raggiungere alti livelli di produttività, Le bobine devono essere abbastanza vicine l'una all'altra, una frazione del diametro della bobina, Tuttavia, a causa del loro peso e dimensione, piccoli dispositivi wireless impiegano quasi sempre bobine air-core. {\displaystyle D_{\text{ant}}}

Le bobine di un normale sistema di accoppiamento induttivo possono raggiungere un'elevata efficienza solo quando sono relativamente vicine l'una all'altra, più specificamente quando sono vicine. La maggior parte dei sistemi induttivi odierni fa uso dell'accoppiamento induttivo risonante, che sarà discusso più avanti in questa sezione. Questo tipo di accoppiamento induttivo aumenta l'efficienza utilizzando circuiti risonanti. Questo è superiore all'accoppiamento induttivo non risonante in termini di capacità di raggiungere alte efficienze su distanze maggiori.

Accoppiamento elettrodinamico, noto anche come accoppiamento induttivo risonante, Ogni circuito risonante è costituito da una bobina di filo collegata a un condensatore, una bobina auto-risonante o qualche altro tipo di risonatore che ha una propria capacità interna. Entrambi sono regolati in modo tale da risuonare alla stessa frequenza allo stesso tempo. In un modo simile al modo in cui un diapason vibrante può causare vibrazioni simpatiche in una forchetta distante sintonizzata sullo stesso tono, la risonanza tra le bobine ha il potenziale per aumentare significativamente l'accoppiamento e la trasmissione di potenza.

Intorno all'inizio del 20 ° secolo, Nikola Tesla condusse alcune delle prime ricerche nel campo della trasmissione di energia wireless. Durante questi studi, Tesla ha fatto la scoperta iniziale dell'accoppiamento risonante, Nell'accoppiamento capacitivo, noto anche come accoppiamento elettrico, la potenza viene trasferita tra due elettrodi (un anodo e un catodo) per mezzo di campi elettrici. Questi elettrodi producono una capacità, che consente la trasmissione di potenza. L'accoppiamento capacitivo è anche noto come accoppiamento elettrico.

Poiché le tensioni molto elevate che devono essere presenti sugli elettrodi per trasferire una potenza considerevole potrebbero essere pericolose, l'accoppiamento capacitivo è stato impiegato realisticamente solo in alcune applicazioni che utilizzano poca energia, Ci sono stati due tipi distinti di circuiti utilizzati:

Design trasversale (bipolare):

Design longitudinale (unipolare):

La gamma può anche essere aumentata utilizzando la risonanza in combinazione con l'accoppiamento capacitivo. Nikola Tesla è stata la prima persona a condurre esperimenti con accoppiamento risonante induttivo e capacitivo all'inizio del 20 ° secolo.

Affinché un sistema di trasferimento di potenza wireless elettrodinamico (EWPT) funzioni correttamente, è necessario un ricevitore dotato di un magnete permanente meccanicamente risonante o rotante.

mostrando un potenziale per l'uso nella ricarica wireless di impianti biomedici e dimostrando promesse in questo senso.

Per i dispositivi EWPT con frequenze di risonanza simili, il coefficiente di accoppiamento cruciale ha un ruolo decisivo nel determinare la quantità di potenza che viene trasferita, indicata con , tra i dispositivi che funzionano come trasmettitore e ricevitore. k

Quando applicato a risonatori collegati che hanno le stesse frequenze di risonanza, ci sono tre diversi regimi di trasmissione di potenza wireless che si verificano tra il trasmettitore e il ricevitore: sotto-accoppiato, accoppiato e disaccoppiato, regimi che sono collegati criticamente e troppo accoppiati.

Quando il coefficiente di accoppiamento critico aumenta da un regime sottoaccoppiato ( ) al regime accoppiato critico, la curva di guadagno di tensione ottimale cresce in grandezza (misurata al ricevitore) e raggiunge il picco quando e poi entra nel regime sovraaccoppiato dove e il picco si divide in due. {\displaystyle kk_{crit}}

La potenza viene trasferita tramite questo approccio tra due armature girevoli, una situata nel trasmettitore e una situata nel ricevitore. Queste armature ruotano in sincronia tra loro e sono collegate tra loro da un campo magnetico prodotto da magneti permanenti situati sulle armature. Ruotando un generatore elettrico separato o utilizzando l'armatura del ricevitore stesso come rotore in un generatore, l'armatura del ricevitore genera energia per guidare il carico. Questo può essere realizzato in uno dei due modi.

È stato suggerito che questo apparecchio potrebbe servire come alternativa alla trasmissione di potenza induttiva per la ricarica di auto elettriche senza contatto diretto.

Oruganti et al. hanno presentato una nuova forma di sistema che fa uso delle onde di tipo Zenneck. Nella loro ricerca, gli autori hanno dimostrato che era possibile eccitare onde di tipo onda Zenneck su interfacce metalliche-aria piatte e trasportare energia attraverso barriere metalliche. Lo scopo di questo è quello di stimolare un'oscillazione di carica localizzata all'interfaccia metallo-aria, e le modalità generate da questo processo si propaganderanno lungo l'interfaccia metallo-aria.

Le tecnologie a campo lontano sono in grado di raggiungere gamme più ampie, che sono spesso misurate in multipli di chilometri e si verificano quando la distanza è molto maggiore del diametro o dei diametri del dispositivo. Un fascio di energia può essere prodotto da antenne ad alta direttività o da luce laser che è stata ben collimata, e questo fascio di energia può essere modellato per conformarsi ai contorni della regione ricevente. La diffrazione pone una restrizione fisica alla massima direttività che può essere raggiunta dalle antenne.

In generale, i tipi di radiazione elettromagnetica più adatti alla trasmissione di energia sono la luce visibile, che proviene dai laser, e le microonde, che provengono da antenne sviluppate appositamente per lo scopo.

La distanza tra il trasmettitore e il ricevitore, la lunghezza d'onda e il criterio di Rayleigh, noto anche come limite di diffrazione, sono tutti fattori che possono avere un effetto sulle dimensioni dei componenti. Questi fattori sono tutti utilizzati nella progettazione standard dell'antenna a radiofrequenza, che si applica anche ai laser. È anche pratica comune utilizzare il limite di diffrazione di Airy per stabilire una dimensione approssimativa dello spot a una distanza arbitraria dall'apertura. La radiazione elettromagnetica con lunghezze d'onda più corte (frequenze più alte) è soggetta a minore diffrazione rispetto alla radiazione con lunghezze d'onda più lunghe (frequenze più basse). Ad esempio, un laser blu è soggetto a meno diffrazione di un laser rosso.

Sebbene sia stato inizialmente applicato alla risoluzione dell'immagine, il limite di Rayleigh (noto anche come limite di diffrazione di Abbe) può essere visualizzato al contrario e impone che l'irradianza (o intensità) di qualsiasi onda elettromagnetica (come un raggio a microonde o laser) sarà ridotta quando il raggio diverge sulla distanza ad una velocità minima inversamente proporzionale alla dimensione dell'apertura. Sebbene sia stato originariamente applicato alla risoluzione dell'immagine, il limite di Rayleigh può essere visualizzato al contrario. Il rapporto tra l'apertura di un'antenna trasmittente o l'apertura di uscita di un laser e la lunghezza d'onda della radiazione determina il grado in cui la radiazione può essere focalizzata in un fascio stretto.

L'emissione di energia utilizzando le microonde ha il potenziale per essere più efficace dei laser, perché è meno suscettibile all'attenuazione atmosferica che può essere prodotta da polvere o aerosol come la nebbia.

In questa fase del processo, i livelli di potenza sono determinati combinando prima i fattori discussi sopra e quindi aggiungendo i guadagni e le perdite causati dalle caratteristiche dell'antenna, nonché dalla trasparenza e dalla dispersione del mezzo attraverso il quale viaggia la radiazione. Il calcolo di un budget di collegamento è il nome dato a questa particolare operazione.

Con lunghezze d'onda più corte della radiazione elettromagnetica, spesso nella regione delle microonde, la trasmissione di energia attraverso le onde radio può essere resa più diretta, consentendo un raggio di potenza a lunga distanza. Ciò è reso possibile dall'uso di microonde. L'uso di lunghezze d'onda più corte consente una piccola riduzione di queste dimensioni; Tuttavia, esiste la possibilità di interferenze dovute all'assorbimento d'aria e al blocco del fascio da parte di precipitazioni o goccioline d'acqua quando si utilizzano lunghezze d'onda più corte. A causa di un fenomeno noto come maledizione dell'array che si assottiglia, non è possibile produrre un fascio più stretto unendo i fasci di più satelliti più piccoli.

Per le applicazioni che sono radicate nella terra, Ampi livelli di potenza complessiva possono essere impiegati pur funzionando alla bassa densità di potenza indicata per la sicurezza dell'esposizione elettromagnetica umana grazie a un array ricevente con una grande superficie che ha un diametro di 10 chilometri.

Una densità di potenza sicura per l'uomo di 1 mW/cm² distribuita su un'area di 10 km di diametro corrisponde a un livello di potenza totale di 750 megawatt.

Questo è il livello di potenza che può essere trovato nella maggior parte delle centrali elettriche contemporanee.

Per fare un confronto, in circostanze ideali e durante le ore diurne, la potenza di un parco solare fotovoltaico di scala comparabile può facilmente superare i 10.000 megawatt (arrotondata).

Dopo la seconda guerra mondiale, quando furono sviluppati emettitori a microonde ad alta potenza noti come magnetron a cavità, fu fatto uno studio sulla possibilità di utilizzare le microonde per trasmettere energia. Sono stati sviluppati questi emettitori a microonde ad alta potenza. Nel 1964, una dimostrazione era stata effettuata utilizzando un piccolo elicottero alimentato da microonde. Con queste tecniche possono essere percorse distanze dell'ordine di un chilometro.

L'efficienza di conversione delle microonde è stata misurata intorno al 54% su un metro in circostanze di test.

È stato proposto un passaggio a 24 GHz a causa del fatto che gli emettitori a microonde analoghi ai LED sono stati creati con efficienze quantiche molto elevate facendo uso di resistenze negative, come i diodi Gunn o IMPATT. Ciò consentirebbe di stabilire connessioni a corto raggio utilizzando questa frequenza.

Nel 2013, l'inventore Hatem Zeine ha dimostrato la fattibilità della trasmissione di energia wireless utilizzando antenne phased array, in grado di fornire energia elettrica fino a 30 piedi. Simile al WiFi, funziona sulle stesse frequenze radio. A distanze fino a 6 metri (20 piedi), è stato dimostrato che i segnali Wi-Fi possono alimentare sensori di temperatura e fotocamera senza batteria. Inoltre, è stato dimostrato che è possibile utilizzare il Wi-Fi per caricare in modalità wireless le batterie a bottone al nichel-metallo idruro e agli ioni di litio a una distanza massima di 8,5 metri (28 piedi).

Il primo trasmettitore a radiofrequenza (RF) a medio campo di potenza wireless è stato certificato dalla Federal Communication Commission (FCC) nell'anno 2017.

Nel caso di radiazioni elettromagnetiche che si trovano più vicino alla parte visibile dello spettro (da 0,2 a 2 micrometri), è possibile trasferire energia tramite la conversione dell'elettricità in un raggio laser che viene poi ricevuto e focalizzato su celle fotovoltaiche (celle solari).

La trasmissione di una piccola regione di sezione trasversale del fascio su lunghe distanze è resa possibile dalla tecnica di propagazione del fronte d'onda monocromatico collimato. Di conseguenza, c'è una perdita di potenza piccola o inesistente quando c'è un aumento della distanza tra il trasmettitore e il ricevitore.

I laser a stato solido, a causa delle loro piccole dimensioni, possono essere integrati in una varietà di beni.

Non ci saranno interferenze con le frequenze radio causate da comunicazioni radio preesistenti, come Wi-Fi e telefoni cellulari.

Controllo dell'accesso: solo i ricevitori colpiti dal laser riceveranno energia.

Gli svantaggi includono:

La radiazione laser dovrebbe essere evitata a tutti i costi. Bassi livelli di potenza possono causare cecità nell'uomo e in altri animali se non esiste un adeguato sistema di sicurezza. Il riscaldamento localizzato e intenso causato da alti livelli di potenza può essere fatale.

C'è solo una capacità limitata per convertire l'elettricità in luce. Le celle fotovoltaiche sono in grado di raggiungere un'efficienza del 40-50% solo al loro picco assoluto.

L'assorbimento da parte dell'atmosfera, così come l'assorbimento e la dispersione causati da cose come nuvole, nebbia, pioggia e così via, possono comportare perdite fino al cento per cento.

Richiede che tu abbia una visione chiara dell'obiettivo di fronte a te in ogni momento. (La luce laser può essere guidata tramite una fibra ottica in alternativa all'essere sparata direttamente sul ricevitore.) Viene quindi portato avanti il concetto di tecnologia power-over-fiber.)

Il concetto di laser powerbeaming è stato studiato per l'uso nelle armi militari. Con l'uso di un sistema a raggi laser, questo proof-of-concept dimostra che è possibile effettuare ricariche periodiche.

Una prova di concetto per l'utilizzo di un laser a doppia lunghezza d'onda per caricare in modalità wireless gadget portatili o veicoli aerei senza equipaggio (UAV) è stata creata da ricercatori affiliati all'Accademia cinese delle scienze.

Per quanto riguarda la connessione dei canali del plasma atmosferico, la conduzione elettrica avviene tramite aria ionizzata per facilitare la trasmissione di energia tra due elettrodi.

L'energia del laser aiuta ad abbassare la tensione di rottura dielettrica dell'atmosfera e l'aria surriscaldata rende l'atmosfera meno isolante, il che riduce la densità ( ) del filamento d'aria. p

L'energy harvesting, noto anche come power harvesting o energy scavenging, è un processo che si riferisce alla conversione dell'energia ambientale dall'ambiente in energia elettrica. Questo viene fatto nel contesto dell'alimentazione wireless e il suo scopo principale è quello di alimentare piccoli dispositivi elettronici wireless autonomi.

Il 19 ° secolo è stato un periodo di significativo progresso teorico, così come ipotesi concorrenti sulla possibile trasmissione di energia elettrica.

Nel 1826, André-Marie Ampère scoprì una connessione tra corrente e magneti.

Nel 1831, Michael Faraday sviluppò la sua teoria dell'induzione, che usò per spiegare la forza elettromotrice che guida una corrente attraverso un anello conduttore quando è presente un flusso magnetico variabile nel tempo.

Numerosi innovatori e sperimentatori notarono indipendentemente la trasmissione di energia elettrica senza la necessità di fili, Dopo l'anno 1890, l'inventore Nikola Tesla condusse esperimenti sulla trasmissione di potenza mediante accoppiamento induttivo e capacitivo utilizzando trasformatori risonanti a radiofrequenza eccitati da scintilla, che ora sono noti come bobine di Tesla. Questi trasformatori hanno creato alte tensioni di corrente alternata.

In seguito, Tesla passò a costruire un sistema di distribuzione dell'energia wireless, che pensava sarebbe stato in grado di trasferire elettricità su grandi distanze direttamente nelle case e nelle industrie. All'inizio, sembrava che stesse prendendo idee da Mahlon Loomis, verso l'anno 1901, fece uno sforzo per costruire una grande centrale elettrica wireless ad alta tensione a Shoreham, New York. Questa stazione è ora conosciuta come Wardenclyffe Tower. Tuttavia, nel 1904, i finanziamenti si erano prosciugati e la struttura non fu mai completata.

Dall'invenzione del trasformatore nel 1800, il trasferimento di potenza induttivo tra bobine di filo vicine è stata una delle prime forme di tecnologie di trasmissione di energia wireless ad essere create. Dai primi anni del 1900 (1975), il riscaldamento a induzione è stato in uso. Dal 1990, è stato impiegato in carte di prossimità e smartcard contactless.

Negli ultimi decenni, la proliferazione di dispositivi di comunicazione wireless portatili come telefoni cellulari, tablet e computer portatili ha guidato lo sviluppo della tecnologia di alimentazione e ricarica wireless di fascia media. Questa tecnologia mira a eliminare la necessità per questi dispositivi di essere legati a prese a muro durante la ricarica.

Prima della seconda guerra mondiale, non c'erano molti progressi raggiunti nel campo della trasmissione di energia wireless, da cui è stato finanziato lo studio di Brown. Stationary High Altitude Relay Platform (SHARP) era un piccolo prototipo di aereo costruito nel 1987 dal Communications Research Center of Canada. Il suo scopo era quello di trasmettere i dati delle telecomunicazioni tra i siti sulla terra in un modo simile a quello di un satellite per comunicazioni. Era spinto da una rectenna e aveva la capacità di volare ad un'altezza di 21 chilometri (13 miglia), rimanendo in volo per un lungo periodo di tempo. Nel 1992, un gruppo di ricercatori dell'Università di Kyoto ha creato un veicolo più sofisticato noto come MILAX (MIcrowave Lifted Airplane eXperiment).

Nel 2003, la NASA ha pilotato con successo il primo aereo alimentato da laser. Il motore del modellino di aereo in miniatura era azionato dall'energia prodotta dalle fotocellule