Потенциальное решение Disney Research для безопасной беспроводной передачи энергии: квазистатический резонанс полости
Что делать, если вы могли бы войти в комнату и автоматически заряжать все свои устройства? "Src =" // www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/Arar_WPT_4.jpg" />
В настоящее время ближе всего к WPT относятся индуктивные зарядные устройства, которые используют систему Qi. Изображение предоставлено Qi Wireless
WPT на большие расстояния
Многие коммерческие приложения WPT в настоящее время ограничены расстояниями между контактами. В увеличении диапазона покрытия существуют две основные проблемы: направление передач и безопасное использование достаточно мощных электрических полей.
Во-первых, чтобы эффективно доставлять энергию, нам необходимо реализовать высоконаправленные передатчики. В противном случае, с ненаправленной передачей, только небольшая часть передаваемой мощности попадет в приемник. Высокая направленность обычно переводится на большие устройства.
Например, в исследовании NASA 1978 года было исследовано WPT для применения спутниковой антенны для солнечной энергетики и сделан вывод о том, что при использовании микроволновой системы на частоте 2, 45 ГГц диаметр передающей антенны и приемной прямоугольника должен составлять 1 км и 10 км соответственно.
Во-вторых, для достижения мощности на больших расстояниях мы обычно должны прибегать к методам радиационного переноса, которые тесно соединяют электрические и магнитные поля. К сожалению, длительное воздействие больших электрических полей вызывает серьезные травмы живых тканей. Следовательно, перед нами стоит серьезная проблема: в то время как безопасность касается мандата небольших электрических полей, передача на большие расстояния требует мощного излучения электромагнитных волн.
Исследование Disney Research
Чтобы обойти вышеупомянутые проблемы, инженеры Disney Research недавно предложили систему, которая может безопасно передавать киловатт мощности на мобильные устройства в помещении.
Основной вклад этого исследования заключается в обеспечении достаточного количества энергии при учете соображений безопасности. С этой целью они пропускают ток через стены, потолок и пол металлической камеры. Стимулируя резонансный электромагнитный режим структуры, исследователи генерируют однородные магнитные поля, которые пронизывают внутреннюю часть комнаты. S
поскольку порожденные поля являются однородными, они распадаются со скоростью менее $$ \ frac {1} { rho} $$ ($$ \ rho $$ - это расстояние от центрального столба, которое проиллюстрировано на рисунке 1). Следовательно, приемные катушки, которые в 1000 раз меньше, чем структура, испытывают сильное сцепление и эффективно получают мощность.
Чтобы отделить потенциально опасные электрические поля от магнитных полей, инженеры Disney направляют ток через отдельные дискретные конденсаторы. Таким образом, резонансная частота камеры значительно снижается, так что полость входит в глубокий субволновый режим. Работая в глубоком субволновом режиме, полость создает магнитные поля, которые в 100 раз сильнее, чем полученные электрические поля. В результате новый метод успешно предотвращает опасные эффекты больших электрических полей без ущерба для передаваемой мощности.
На следующем рисунке показана концепция предлагаемого метода для прямоугольной полости. Центральная стойка помещает дискретные конденсаторы в путь тока, чтобы заставить работать глубокую субволну. Более того, на этом рисунке показано изменение магнитных полей с $$ \ rho $$. По мере приближения к центральной стойке магнитное поле усиливается. Однако по сравнению с обычными методами полученные магнитные поля почти однородны.
Рисунок 1. (а) Концептуальное представление квазистатического резонанса резонатора и (б) полученные магнитные поля (красный, большой, синий, малый). Изображение предоставлено PLOS ONE
На рисунке 2 показана тестовая комната для экспериментов в Дисней. Пол, потолок и стены выполнены из окрашенных алюминиевых листов, а пол покрыт серой ковровой дорожкой. В то время как в испытательной комнате есть дверь, экспериментальные результаты все еще находятся в хорошем согласии с теоретическими предсказаниями исследования.
На рисунке 2 (б) показаны дискретные конденсаторы, которые составляют 7, 3 пФ, встроенные в центральную медную стойку испытательного помещения. Эти конденсаторы приносят резонансную частоту до 1, 32 МГц. Приемник квадратной катушки показан на рисунке 2 (с).
Рисунок 2. (a) используемый испытательный зал (b) дискретные конденсаторы, используемые в центральной стойке (c) приемник квадратной катушки. Изображение предоставлено PLOS ONE
Чтобы исследовать безопасность предлагаемого метода, исследовательская группа придерживалась двух руководящих принципов. Первый ориентир обеспечивает сохранение измеренного электрического поля ниже 614 В / м (RMS) для частот ниже 1, 34 МГц. Второй показатель безопасности - удельный коэффициент поглощения (SAR), который является мерой того, сколько энергии поглощается биологическими тканями. Результаты моделирования анализа SAR подтверждают возможность безопасной доставки 1, 9 киловатт мощности, что достаточно для одновременного заряда 320 устройств с питанием от USB.
Хотя первая попытка WPT приписывается Никола Тесла на рубеже 20-го века, продвижение технологии еще не было достаточным, и пользователи не смогли повсеместно перезаряжать свои устройства через настоящую беспроводную систему. Тем не менее, исследование Disney похоже на большой шаг в превращении WPT в реальность.
Подробное описание технологии см. В этой статье.