باشد که نیرو با شما و دستگاه های شما باشد. شارژر بی سیم

نیکولا تسلا مشهور با یک ایده وسواس داشت. او تصور می کرد که الکتریسیته می تواند به صورت بی سیم، از طریق هوا در فواصل طولانی یا با کمک برج هایی که در یک شبکه سازماندهی شده اند، منتقل شود (1). همه چیز طبق برنامه پیش نرفت، زیرا دید او انرژی زیادی مصرف می کرد. جاه طلبی های تسلا محقق نشد، اما خود این نظریه نیز رد نشد.

مقاله ای که در ژانویه 2021 در ژورنال نیچر منتشر شد نشان داد که آنها می توانند ناآگاهانه چیزی را بسازند که تسلا در پایان قرن های XNUMX و XNUMX موفق به ساختن آن نشد - یک "شبکه برق بی سیم" که می تواند برای شارژ تطبیق داده شود. یا تامین انرژی داخلی کوچک داخلی. دستگاه ها در اتومبیل ها، خانه ها. ، مشاغل و کارخانه ها.

از آنجایی که 5G به شبکه متراکمی از دکل ها و آنتن ها متکی است، این امکان وجود دارد که همین زیرساخت، با اندکی تغییرات، برق را به دستگاه های کوچک منتقل کند. با این حال، سیستم همچنان از همان مشکلی که برج های تسلا داشتند رنج می برد - تلفات انرژی بالا.

آنها برای استفاده طراحی شده اند و می توانند هم اتصال اینترنت و هم برق را حمل کنند. در این آزمایش ها از انواع جدیدی از آنتن ها برای تسهیل شارژ بی سیم استفاده شد. در آزمایشگاه، محققان از پیوندهای 5G برای انتقال نیرو در فاصله نسبتاً کوتاه و کمی بیش از دو متر استفاده کردند، اما آنها انتظار دارند که نسخه بعدی دستگاه آنها بتواند 6 میکرووات (6 میلیونم وات) را در فاصله ای 180 متری انتقال دهد. XNUMX متر. این هنوز کافی نیست. برای شارژ کردن گوشی کافی نیست. با این حال، می تواند شارژ یا برق را تامین کند دستگاه های اینترنت اشیا، سنسورها و آلارم ها در کارخانه ها، صدها حسگر اینترنت اشیا را می توان برای نظارت بر انبارها، پیش بینی خرابی تجهیزات یا ردیابی حرکت قطعات در طول خط تولید استفاده کرد.

برای تامین برق بی سیم در این سطح، دکل 5G آنها باید حداقل 31 کیلو وات باشند، که مربوط به ده کتری آب در حال جوش است. در حالی که ترس از اینکه 5G می تواند باعث سرطان شود توسط دانشمندان رد شده است، مقدار نیرویی که از دکل ها می آید می تواند خطرناک باشد. کاربران باید حداقل 16 متر از دکل ها با رعایت مقررات ایمنی فاصله داشته باشند. این تکنیک فقط در مراحل اولیه است.

راه حل های ممکن آینده، اگر فقط آنتن های جدید با پرتوهای باریک تر و متمرکزتر می توان میزان توان مورد نیاز برای راه اندازی سیستم را به میزان قابل توجهی کاهش داد. اخیراً، گروهی از دانشمندان مؤسسه فناوری جورجیا یک ابزار کوچک، آنتن یکسو کننده پرینت سه بعدیکه می تواند انرژی الکترومغناطیسی سیگنال های شبکه 5G را جمع آوری کرده و از آن برای تامین انرژی دستگاه ها استفاده کند. این آنتن انعطاف پذیر که طراحی آن بر اساس لنزهای Rothman است، می تواند امواج میلی متری را در باند 28 گیگاهرتز جمع آوری کند. انرژی امواج الکترومغناطیسی به شارژر منتقل می شود و به صورت بی سیم به ماژول های الکترونیکی قابل حمل یا IoT منتقل می شود.

راه حل هایی مانند آنچه در بالا توضیح داده شد در حال حاضر در برخی نقاط در سراسر جهان آزمایش می شوند. پاورکو، دومین توزیع کننده برق در نیوزیلند در حال اجرای آزمایشی سیستم Emrod است که از rectennas استفاده می کند که امواج در طیف الکترومغناطیسی مربوط به فرکانس هایی مانند Wi-Fi یا Bluetooth را می گیرد و سپس انرژی الکتریکی مایکروویو را از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل می کند (2). در همان زمان، لیزرهای کوچک آنتن های یکسو کننده را برای تشخیص هرگونه مانع بین نقاط رله نظارت می کنند. گرگ کوشنیر، بنیانگذار Emrod می گوید: «ما فناوری انتقال نیرو را به صورت بی سیم در فواصل طولانی توسعه داده ایم.

2. مقایسه نصب و راه اندازی سیستم انتقال برق بی سیم امرود با یک شبکه انتقال معمولی

پروژه ها انتقال برق بی سیم آنها در فواصل حتی بیشتر به فضای بیرونی می رسند. همانطور که اخیرا معلوم شد، مرموز مینی شاتل X-37B پنتاگون نیز از آن برای آزمایش فناوری‌های انتقال انرژی از راه دور و عرضه آن به دستگاه‌های مختلف استفاده می‌کند. X-37B صفحه مخصوصی به قطر 30 سانتی متر دارد که برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی مایکروویو طراحی شده است. گزارش شده است که نتایج آزمایش PRAM-FX دانشمندان را بسیار شگفت زده کرد. راندمان تبدیل بسیار بالاتر از حد انتظار است.

طرح پنتاگون چیست؟ ارتش می خواهد به صورت بی سیم مقادیر عظیمی از نیرو را از مدار زمین و سپس به سراسر جهان بفرستد. مزیت این فناوری این است که حتی بدترین شرایط آب و هوایی از آن نمی ترسد. دانشمندان کاربرد آن را نه تنها در پایگاه‌های مریخ یا ماه می‌بینند، جایی که می‌توان انرژی را در یک مکان تولید کرد و سپس آن را به پایگاه‌های دور ارسال کرد، بلکه برای مثال در زمین نیز برای انتقال انرژی بین اجرام دوردست.

اکنون پنتاگون در دست ساخت است. سفینه فضایی به نام Arachne i منظومه شمسی هلیوس. این کشتی مجهز به صفحات خورشیدی ویژه و سیستمی برای انتقال انرژی به مدارگردها و همچنین زمین خواهد بود. این دستگاه باید در اوایل سال 2023 به فضا ارسال شود. ارتش ایالات متحده قصد دارد در دهه 20 قرن بیستم چندین مزرعه خورشیدی در مدار زمین بسازد، جایی که امکان تولید انرژی و ارسال آن به زمین یا نیروگاه های فضایی با آن وجود خواهد داشت.

مزارع مشابهی نیز در مدار ماه و مریخ ساخته خواهند شد، زیرا ناسا نیز در این پروژه مشارکت دارد.

القاء یا امواج

منظور از "شارژ بی سیم" فرآیند است شارژ دستگاه الکتریکی و تجهیزات با باتری بدون نیاز به اتصال برق سیمی. به طور کلی، سه نوع شارژ وجود دارد: القایی، رزونانسی و رادیویی.

شارژ القایی از پدیده فیزیکی القای الکترومغناطیسی استفاده می کند. هنگامی که جریان متناوب از سیم پیچ القایی در ایستگاه شارژ عبور می کند، بار الکتریکی متحرک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که قدرت آن در نوسان است.

این میدان مغناطیسی متناوب یک جریان الکتریکی متناوب در سیم پیچ القایی دستگاه شارژ ایجاد می کند که به نوبه خود از یکسو کننده عبور می کند. جریان مستقیم باتری را شارژ می کند یا توان عملیاتی را تامین می کند. مفهوم شارژ القایی اولین بار توسط فیزیکدان انگلیسی مایکل فارادی در سال 1831 مورد بررسی قرار گرفت و توسط نیکولا تسلا اصلاح شد.

تا کنون محبوب ترین کاربرد این نوع فناوری در جهان، استاندارد شارژ بی سیم Qi برای گوشی های هوشمند، ساعت های هوشمند و تبلت ها است (3). شارژ القایی همچنین در وسایل نقلیه، ابزارهای برقی، مسواک های برقی و دستگاه های پزشکی استفاده می شود. دستگاه های قابل حمل را می توان در نزدیکی ایستگاه شارژ یا صفحه القایی بدون نیاز به موقعیت دقیق یا تماس الکتریکی با ایستگاه یا دوشاخه قرار داد.

3. شارژر بی سیم

فواصل زیاد بین سیم پیچ فرستنده و گیرنده را می توان با استفاده از جفت القایی تشدید در یک سیستم شارژ القایی به دست آورد که در آن یک خازن به هر سلف اضافه می شود تا دو مدار در یک فرکانس تشدید خاص تشکیل شود. مطابقت فرکانس AC فرکانس تشدیدو این بسته به فاصله مورد نیاز برای حداکثر عملکرد انتخاب می شود.

یکی از معروف ترین شرکت ها در این صنعت می باشد WiTricity را راه اندازی کنید به دلیل فناوری شارژ بی سیم مبتنی بر تشدید الکترومغناطیسی شناخته شده است. راه حل های این شرکت شامل فرستنده ها و گیرنده هایی است که در اختیار دارند آنتن های مغناطیسی با فرکانس یکسان تنظیم شده و به پلتفرم اجازه می دهد چندین دستگاه را همزمان شارژ کند.

هدف اصلی WiTricity تجهیز خودروهای الکتریکی به این سیستم است. WiTricity با تویوتا همکاری کرده است که تشک های شارژ را روی پریوس هیبریدی و همچنین هوندا، هیوندای، نیسان و جنرال موتورز آزمایش کرده است. با این حال، تنها BMW 2018e iPerformance 530e 2018 اولین مدل با این سیستم بود که وارد بازار شد.

شارژر بی سیم برنامه های رادیویی قبلاً یک طرح کلی تاریخی ارائه کرده بودند که به زمان تسلا بازمی گشت. این بر اساس یک اصل فیزیکی دیگر است - انتقال انرژی توسط امواج الکترومغناطیسی. در حال حاضر در باندهای کم توان کار می کند، اگرچه کار توسعه هنوز ادامه دارد.

در سال 2015، فناوری مایکروویو بی سیم توانست 1,8 کیلووات برق را در فاصله 55 متری منتقل کند. علاوه بر این، این اتفاق در خلاء نبود، بلکه در جو معمولی زمین اتفاق افتاد. این کار توسط محققان ژاپنی انجام شد و به عنوان یک دستاورد بزرگ در زمینه انتقال نیرو بدون استفاده از سیم های برق تلقی شد. در ژاپن، سال هاست که تحقیقاتی در مورد انتقال برق بی سیم در فواصل طولانی انجام شده است. همچنین برنامه های شناخته شده ای برای به دست آوردن انرژی از خورشید با کمک بزرگ وجود دارد مزرعه خورشیدی در فضای بیرونی.

اختراعات و استانداردها

اکثر بیش از 2019 اختراع در این زمینه در انتظار 20-401 در چین هستند - 4 (XNUMX). البته شرکت های آمریکایی مانند کوالکام و اپل نیز به طور فعال در حال توسعه هستند. فناوری های جدید شارژ بی سیم. در کره جنوبی، سامسونگ و ال‌جی با گوشی‌های پرچمدار سری گلکسی اس و وی که از شارژ بی‌سیم پشتیبانی می‌کنند، فعالانه در این زمینه کار می‌کنند. از سوی دیگر در ژاپن این تکنیک مورد توجه غول های خودروسازی تویوتا و نیسان است.

4. کشورهای پیشرو در تعداد پتنت در زمینه شارژ بی سیم

با این حال، برای فراگیر شدن شارژ بی سیم، استانداردهای بین المللی نیز مورد نیاز است. در سال های اخیر، دو استاندارد شارژ بی سیم پدیدار شده اند - Qi و Power Matters Alliance (PMA).

Qi از محدوده 100…205 کیلوهرتز استفاده می کند. به گفته کنسرسیوم Wireless Power، در حال حاضر بیش از 3700 دستگاه دارای گواهی Qi در بازار وجود دارد که قادر به ارائه توان 5 تا 15 وات به دستگاه های تلفن همراه هستند.

استاندارد شارژ PMA از محدوده 277…357 کیلوهرتز استفاده می کند. همچنین به عنوان استاندارد AirFuel Alliance شناخته می‌شود، این گزینه بی‌سیم تا 50 میلی‌متر انرژی ارائه می‌دهد و به شما امکان می‌دهد از دستگاه‌های خود در حین شارژ استفاده کنید و به شما امکان می‌دهد چندین دستگاه را همزمان شارژ کنید.

اگرچه هر دوی این استانداردها استفاده می کنند شارژ القایی و ساختار اجزای مشابهی دارند، سازگار نیستند. دستگاه ها برای پشتیبانی از PMA و Qi به پیکربندی های مختلفی نیاز دارند. بسیاری از دستگاه های جدید شامل سخت افزار مورد نیاز برای استفاده از هر دو استاندارد شارژ هستند. وضعیت در حال تغییر است زیرا به نظر می رسد Qi در حال تصاحب آن است. به عنوان مثال، Powermat، یکی از اعضای موسس کنسرسیوم PMA، در حال حرکت به سمت استاندارد Qi است که توسط اپل نیز به عنوان استاندارد شارژ بی سیم پذیرفته شده است. دیگر تولیدکنندگان برجسته Qi عبارتند از اپل، ایسوس، اچ تی سی، ال جی الکترونیکس، موتورولا موبیلیتی، نوکیا، نوکورنت، سامسونگ، بلک بری، شیائومی و سونی.

در جستجوی راحتی، عملکرد و قابلیت اطمینان

بیایید راه حل های موجود در بازار یا راه حل های تازه توسعه یافته را بررسی کنیم. سازندگان در تلاش هستند تا استفاده از این نوع دستگاه را آسان کنند. یک مثال می تواند باشد میزهای کشتی سازییکی از تولید کنندگان پیشرو کانتر در بریتانیا، تکنیکی را برای ادغام فناوری شارژ بی سیم در سطح میزهای خود ارائه می دهد. این سیستم مدولار ساده و کارآمد از فرستنده استاندارد SupaPowa Qi استفاده می کند که اجازه می دهد جریان بین سیم پیچ فرستنده و سیم پیچ گیرنده در مجاورت نزدیک جریان یابد.

رومیزی مدرن و شیک هنگام شارژ شدن دستگاه می درخشد. سازنده همچنین پیشنهاد می کند یک دیسک ساخته شده از مواد متضاد را روی میز قرار دهد که به لطف آن مکان نقطه شارژ به وضوح برای همه کاربران قابل مشاهده است: روز و شب.

سیستم "FreePower" Aira را می توان در میزها، میزها و داشبوردها ادغام کرد تا آنها را به شارژرهایی تبدیل کند که قادر به تغذیه چند دستگاه به طور همزمان هستند. شارژرهای تماسی معمولی دارند ناحیه متمرکز چرخشکه برای شارژ شدن باید با گوشی هوشمند هماهنگ باشد. سطوح مجهز به Aira از سیم پیچ های متعدد بر روی سطح و الگوریتم هایی استفاده می کنند که دستگاه های در حال شارژ را ردیابی می کنند.

سیستم شارژ بی سیم WattUp(5) Energous به کاربران این امکان را می دهد که گوشی های هوشمند، تبلت ها و سایر دستگاه ها را در همان ناحیه پلت فرم شارژ کنند. WattUp مشابه WiTricity (تصویربرداری رزونانس مغناطیسی) عمل می کند، اما با راه اندازی بوستون تفاوت دارد زیرا فرستنده از بلوتوث برای جستجوی دستگاه هایی استفاده می کند که می توانند با استفاده از برنامه Energous شارژ شوند.

یکی از معروف ترین آنها در بازار جهانی است تکنیک پاورمت (6)، به نام SmartInducitve، بر اساس القای مغناطیسی، امکان انتقال نیرو را در فواصل طولانی، تا 40 سانتی متر، پشتیبانی از شارژ بی سیم با تغییر قابل توجه (حتی زمانی که در زاویه قرار گرفته است)، و مناسب برای شارژ و تغذیه دستگاه ها به صورت بی سیم از طریق دیوارها ، از راه دور، در شرایط سخت بیرونی، زیر آب و حتی در محیط هایی با درجه فلزی بالا.

به نوبه خود، Elix Wireless شارژرهای با توان بالا از 1 تا 000 20 وات را برای هر کاربرد و دستگاه صنعتی ایجاد می کند. این شرکت در "کوپلینگ مغناطیسی دینامیکی" (MDC) تخصص دارد که از یک جفت آهنربا در حال چرخش در فرستنده و گیرنده استفاده می کند که توسط یک شکاف هوا از هم جدا شده اند. چرخش آهنربا در واحد فرستنده باعث می شود آهنربا در گیرنده به طور همزمان بچرخد و انتقال توان کارآمدی را فراهم می کند که گرمای کمتری نسبت به سایر روش های القایی تولید می کند.

در مقایسه با تمام راه حل های توضیح داده شده در اینجا، محصول uBeam از این جهت متفاوت است که از امواج فراصوت برای شارژ استفاده می کند. طبق توضیحات شرکت در مورد این فناوری، این پلت فرم با یک فرستنده بلندگو مانند کار می کند که صدایی با فرکانس بالا در محدوده 45 تا 75 کیلوهرتز (قابل شنیدن برای انسان و حیوانات) منتشر می کند. سپس از یک آنتن آرایه فازی برای ارسال صدا به گیرنده میکروفون مانند نصب شده بر روی دستگاهی که نیاز به برق دارد استفاده می کند. بعد انرژی امواج اولتراسونیک تبدیل به جریان مستقیم هنگامی که دستگاه در حال شارژ است، انتقال برق قطع می شود.

مراقب اجسام خارجی باشید

با وجود توسعه و بهبود مداوم، روش‌های شارژ که در حال حاضر در عمل استفاده می‌شوند، هنوز مشکلات زیادی را ایجاد می‌کنند. همانطور که در مقاله اخیر نیویورک تایمز اشاره شد، شارژ آیفون XR با شارژر سیمی 12 واتی اپل باعث افزایش 38 درصدی باتری در 30 دقیقه شد، اما استفاده از ایستگاه شارژ بی سیم به مدت نیم ساعت تنها 24 درصد شارژ را به همراه داشت.

بنابراین نتیجه چندان چشمگیر نیست. علاوه بر این، هر چه گیرنده از فرستنده دورتر باشد، انرژی کمتری از منبع دریافت خواهد کرد. یک میدان مغناطیسی. راندمان شارژ نه تنها با افزایش فاصله، بلکه به دلیل موقعیت "غیر بهینه" کاهش می یابد. علاوه بر این، تمام روش های انتقال انرژی گرما تولید می کنند. شارژ بی سیم بهتر از شارژ کابلی نیست و در برخی موارد می تواند مشکل سازتر باشد.

W شارژر بی سیم شما باید مراقب اجسام خارجی در نزدیکی سیم پیچ باشید، به خصوص اگر آنها از فلز ساخته شده باشند. به عنوان مثال، یک سکه یا مجموعه ای از کلیدها که به طور تصادفی روی یک شارژر قرار داده می شود، می تواند شروع به انتقال انرژی کند و به طور بالقوه جسم را ذوب کرده و به شارژر آسیب برساند. البته دستگاه‌هایی وجود دارند که سیگنال می‌دهند که اجسام خارجی در جایی هستند که نباید باشند، اما همانطور که ممکن است حدس بزنید، قیمت آنها کمتر از حد معمول نیست.

نیروی هوای رقیق می تواند مشکل باتری شما را حل کند

مبارزه برای بهبود مواردی که هنوز چشمگیر نیستند تشدید می شود تنظیمات شارژر بی سیم. شرکت‌ها به دنبال راه‌هایی هستند تا فرآیند شارژ گوشی هوشمند را راحت‌تر کنند، به طوری که تلفن مجبور نباشد در نزدیکی پریز برق یا دقیقاً روی سطح شارژ قرار گیرد. در سال 2019، شرکت چینی OPPO مدل‌های گوشی Reno Ace را ارائه کرد که با یک شارژر بی‌سیم 65 واتی کار می‌کردند که به باتری اجازه می‌داد تا 100 درصد شارژ شود.

در عرض 30 دقیقه از آن زمان، رقابت برای بالاترین ظرفیت شارژ سیمی ادامه یافته است. در سال 2020، VIVO و شیائومی یک فناوری شارژ سیمی 120 واتی را معرفی کردند که می تواند یک باتری 4000 میلی آمپر ساعتی را در 20 دقیقه شارژ کند. با این حال، این دستگاه ها در حال حاضر مانند سیستم 80 واتی اعلام شده شیائومی در بازار موجود نیستند.

آغاز سال 2021 مجموعه ای از ارائه سیستم های شارژ از راه دور برای دستگاه های تلفن همراه "بدون سیم و هر پایه شارژ" است. OPPO برای اولین بار راه حل خود را ارائه کرد. در ویدیوی دمو می بینیم که گوشی علیرغم جدا شدن از پایه، به صورت بی سیم شارژ می شود. مدت کوتاهی پس از این ارائه، چینی های شیائومی سیستم Mi Air Charge را معرفی کردند. چند روز بعد، در ماه فوریه، موتورولا تظاهراتی را برگزار کرد ایستگاه شارژ از راه دور به نام "Motorola One Hyper" (7). و شرکت ژاپنی Aeterlink از یک دستگاه Airplug رونمایی کرده است که ادعا می کند می تواند دستگاه ها را تا فاصله 20 متری برق رسانی کند.

7. ارائه سیستم موتورولا وان هایپر برای شارژ دوربین ها از فاصله حدودا یک متری

در ماه مارس، شیائومی جزئیات بیشتری در مورد تکنیک شارژ دوربرد خود فاش کرد. شارژر آن مجهز به آنتن هایی است که می تواند موقعیت گوشی هوشمند را تشخیص دهد. ماتریس کنترل فاز متشکل از 144 آنتن است که امواج میلی متری را مستقیماً از طریق شکل دهی به گوشی منتقل می کند. آرایه آنتن گیرنده 14 آنتنی سیگنال موج میلی متری را به برق تبدیل می کند که گوشی را شارژ می کند.

این شرکت گفت که "در آینده نزدیک" این سیستم همچنین می تواند با ساعت های هوشمند، دستبند و سایر دستگاه های پوشیدنی. در مورد گوشی هوشمند، شیائومی یک "آنتن سیگنال" و یک "آنتن گیرنده ساختگی" توسعه داده است. اولی اطلاعات مربوط به مکان را منتقل می کند.

یکی از ایده های شارژ بی سیم شارژر بی سیم راه دورکه به سوکت لامپ پیچ می شود. این محصول توسط شرکت اسرائیلی Wi-Charge ساخته شده است. این استفاده از نور مادون قرمز برای انتقال قدرت حدود دو وات است. این شرکت این تکنیک را در CES 2020 به نمایش گذاشت و برنده جایزه نوآوری شد. ایده این است که فرستنده به منابع برق سنتی خانگی متصل می شود و برق را به پرتوهای لیزر مادون قرمز تبدیل می کند. گیرنده های تعبیه شده در دستگاه ها این نور را به منبع برق تبدیل می کنند. Wi-Charge در حال حاضر راه حل خود را برای شارژ از راه دور دوربین های امنیتی و قفسه های هوشمند در فروشگاه ها و انبارهای ایالات متحده ارائه می کند.

اگر وسایل الکترونیکی پوشیدنی از شارژ بی‌سیم از راه دور بهره ببرند، چه در شبکه‌ای مانند 5G یا سایر فناوری‌های بدون توقف، باتری‌ها می‌توانند اندازه باتری‌ها را کاهش دهند و در برخی موارد به‌کلی از آنها استفاده نکنید. . این امر بسیاری از مشکلاتی را که امروزه بخش پوشیدنی با آن مواجه است حل می کند.