Chì a forza sia cun voi è i vostri dispositi. Caricatore wireless

U famosu Nikola Tesla era obsessionatu cù una idea. Hà imaginatu chì l'electricità puderia esse trasmessa in wireless, à traversu l'aria à longu distanzi, o cù l'aiutu di turri urganizati in una reta (1). Ùn tuttu hè andatu secondu u pianu, postu chì a so visione usava troppu energia. L'ambizioni di Tesla ùn anu micca materializatu, ma a teoria stessu ùn hè micca refuted.

Un documentu publicatu in ghjennaghju 2021 in a rivista Nature hà suggeritu chì puderanu custruisce senza sapè ciò chì Tesla hà fiascatu à custruisce à u turnu di i seculi XNUMXe è XNUMXesimi - una "rete di alimentazione wireless" chì puderia esse adattata per a carica. vitture, case. , impieghi è fabbriche.

Perchè 5G s'appoghja nantu à una densa rete di masti è antenne, hè pussibule chì a stessa infrastruttura, cù uni pochi di mudificazioni, pò furnisce u putere à i picculi dispositi. In ogni casu, u sistema soffrerà sempre di u listessu prublema chì e turri di Tesla avianu - perdite d'energia elevate.

Cuncepitu per l'usu, ponu purtà sia una cunnessione Internet sia l'electricità. L'esperimenti anu utilizatu novi tipi di antenne per facilità a carica wireless. In u labburatoriu, i circadori anu utilizatu ligami 5G per trasmette u putere nantu à una distanza relativamente corta di pocu più di dui metri, ma aspettanu chì a prossima versione di u so dispositivu puderà trasmette 6 microwatts (6 millionths di watt) nantu à una distanza di 180 metri. Questu hè ancu micca abbastanza. Ùn hè micca abbastanza per carricà u vostru telefunu. Tuttavia, pò carica o putenza Dispositivi IoT, sensori è alarmi. In e fabbriche, centinaie di sensori IoT ponu esse aduprati per monitorà i magazzini, predichendu i guasti di l'equipaggiu, o seguite u muvimentu di e parti longu una linea di produzzione.

Per furnisce una putenza wireless à questu livellu, masti 5G duveranu esse almenu 31 kW, chì currisponde à deci calde d'acqua bollente continuamente. Mentre i teme chì 5G puderia causà cancer sò stati sbulicati da i scientisti, a quantità di putenza chì vene da i masti pò esse periculosa. L'utilizatori devenu esse almenu 16 metri di distanza da i masti in cunfurmità cù e regule di sicurezza. Sta tecnica hè solu in a so zitiddina.

Possibili suluzioni futuri, se solu antenne novi cù fasci più stretti è più focalizati ponu riduce significativamente a quantità di putere necessaria per eseguisce u sistema. Recentemente, un gruppu di scientisti di l'Istitutu di Tecnulugia di Georgia hà sviluppatu un picculu, Antenna rettificatrice stampata in 3Dchì ponu cullà l'energia elettromagnetica di i segnali di a rete 5G è l'utilizanu per alimentà i dispositi. L'antenna flessibile, chì u so disignu hè basatu annantu à lenti Rothman, pò cullà onde millimetriche in a banda 28 GHz. Energia di onde elettromagnetiche hè trasferitu à u caricatore è trasmessu in wireless, per esempiu, l'elettronica portatile o i moduli IoT.

Soluzioni cum'è quelli descritti sopra sò digià pruvati in certi lochi di u mondu. Powerco, a seconda più grande distributore di energia elettrica in Nova Zelanda hè pilota di u sistema Emrod, chì usa rectenni chì catturanu onde in u spettru elettromagneticu chì currispondenu à frequenze cum'è Wi-Fi o Bluetooth, è poi trasmettenu l'energia elettrica à microonde da un puntu à l'altru (2). À u listessu tempu, i picculi laser monitoranu l'antenne di u rettificatore per detectà ogni ostaculu trà i punti di relay. "Avemu sviluppatu a tecnulugia per trasmette u putere in wireless à longu distanzi", dice Greg Kushnir, fundatore di Emrod.

2. Installazione paragone di u sistema di trasmissione di u putere wireless Emrod cù una reta di trasmissione tipica

prughjetti trasmissione di energia wireless ghjunghjenu à u spaziu esterno à distanza ancu più grande. Cum'è hè accadutu pocu tempu, u misteru Mini navetta X-37B hè ancu utilizatu da u Pentagonu per pruvà tecnulugii per a trasmissione di energia à distanza è furnisce à diversi dispositi. U X-37B hà una piastra speciale cù un diametru di 30 centimetri, chì hè pensatu per cunvertisce l'energia solare in energia di micru. Hè infurmatu chì i risultati di l'esperimentu PRAM-FX hà assai sorpresa à i scientisti. L'efficienza di cunversione hè assai più altu ch'è previstu.

Chì ghjè u pianu di u Pentagonu ? L'Armata vole invià in wireless quantità massive di putenza da l'orbita à a Terra è dopu in u mondu. U vantaghju di sta tecnulugia hè chì ancu i peggiori cundizioni climatichi ùn anu micca paura di questu. I scientisti vedenu a so appiecazione micca solu in basi in Mars o in a Luna, induve serà pussibule di pruduce l'energia in un locu è poi mandà à basi remoti, ma ancu in a Terra, per esempiu, per trasfiriri energia trà l'uggetti distanti.

Avà u pentagonu hè in custruzzione. nave spaziale chjamata Arachne i Sistema Solar Helios. A nave serà dotata di platti solari speciali è un sistema di trasmissione di energia à l'orbiters, è ancu à a Terra. U dispusitivu deve esse mandatu in u spaziu in u 2023. L'Armata di i Stati Uniti prughjettanu di custruisce parechje splutazioni solari in l'orbita di a Terra in l'anni 20 di u seculu XNUMXth, induve serà pussibule di pruduce l'energia è di mandà à a Terra o di l'installazione spaziale di putere cun ella.

E splutazioni simili seranu ancu custruite in orbita intornu à a Luna è Mars, perchè a NASA hè ancu implicata in u prugettu.

Induzione o onde

Per "ricarica wireless" si intende u prucessu carica di u dispusitivu elettricu è l'equipaggiu operatu di batterie senza a necessità di una cunnessione elettrica cablata. In generale, ci sò trè tippi di carica: induttiva, risonante è radio.

carica induttiva usa u fenomenu fisicu di l'induzione elettromagnetica. Quandu u currente alternante passa per a bobina d'induzione in a stazione di carica, a carica elettrica in muvimentu crea un campu magneticu chì a forza fluttua.

Stu campu magneticu alternante crea un currente elettricu alternante in a bobina d'induzione di u dispusitivu di carica, chì à u turnu passa per u rectificatore. U currente direttu carica a bateria o furnisce u putere operativu. U cuncettu di carica induttiva hè stata prima esplorata da u fisicu inglese Michael Faraday in u 1831 è più raffinata da Nikola Tesla.

Di granu l'applicazione più populari di stu tipu di tecnulugia in u mondu hè u standard di ricarica wireless Qi per smartphones, smartwatches è tablette (3). A carica induttiva hè ancu aduprata in veiculi, arnesi di energia, spazzole di denti elettriche è dispusitivi medichi. I dispositi portatili ponu esse piazzati vicinu à a stazione di carica o a piastra à induzione senza bisognu di pusizioni precise o cuntattu elettricu cù a stazione di docking o plug.

3. Charger wireless

Grandi distanze trà e bobine di trasmettitore è ricevitore ponu esse ottenute aduprendu l'accoppiamentu induttivu risonante in un sistema di carica induttiva in quale un condensatore hè aghjuntu à ogni inductor per formà dui circuiti à una frequenza di risonanza specifica. Corrispondenza di frequenza AC frequenza di risonanzaè questu hè sceltu secondu a distanza necessaria per u massimu rendiment.

Una di e cumpagnie più famose in questa industria hè lanciari WiTricity cunnisciutu per a so tecnulugia di ricarica wireless basata nantu à a resonanza elettromagnetica. E soluzioni di a cumpagnia sò custituiti da trasmettitori è ricevitori chì anu antenne magnetiche sintonizatu à a stessa frequenza, chì permette à a piattaforma di carricà parechji dispositi à u stessu tempu.

U scopu principale di WiTricity hè di equipà i veiculi elettrici cù stu sistema. WiTricity hà assuciatu cù Toyota, chì hà pruvatu tappetti di carica nantu à ibridi Prius, è ancu Honda, Hyundai, Nissan è GM. Tuttavia, solu u 2018 BMW 530e iPerformance 2018e hè statu u primu mudellu cù stu sistema à chjappà u mercatu.

Caricatore wireless e trasmissioni di radiu avianu digià prisentatu un schema storicu chì torna à u tempu di Tesla. Hè basatu annantu à un altru principiu fisicu - u trasferimentu di energia da onde elettromagnetiche. Attualmente opera in e bande di bassa putenza, anche se u travagliu di sviluppu hè sempre in corso.

In u 2015, a tecnulugia di microondas wireless puderia trasmette 1,8 kilowatts di putenza nantu à una distanza di 55 metri. Inoltre, questu ùn hè micca fattu in un vacuum, ma in l'atmosfera ordinaria di a Terra. Questu hè statu fattu da circadori giapponesi è era cunsideratu un grande successu in u campu di a trasmissione di energia senza l'usu di fili elettrici. In Giappone, a ricerca hè stata in corso nantu à a trasmissione di l'energia in wireless à longu distanzi per parechji anni. Ci hè ancu piani cunnisciuti per ottene energia da u sole cù l'aiutu di grandi splutazioni solare in u spaziu esterno.

Brevetti è standard

A maiò parte di i più di 2019 brevetti in questa zona pendenti in 20-401 sò in Cina - 4 (XNUMX). Di sicuru, i corporazioni americani cum'è Qualcomm è Apple sò ancu attivamente sviluppati. novi tecnulugia di ricarica wireless. In Corea di u Sud, Samsung è LG travaglianu attivamente in questa zona cù i so smartphones di punta di a serie Galaxy S è V, chì supportanu a carica wireless. In u Giappone, invece, sta tecnica hè di interessu à i giganti di l'automobile Toyota è Nissan.

4. I paesi di punta in u numeru di patenti in u campu di a carica wireless

Tuttavia, per chì a carica wireless sia diffusa, sò ancu necessarii standard internaziunali. In l'ultimi anni, sò emersi dui standard di ricarica wireless - Qi è Power Matters Alliance (PMA).

Qi usa una gamma di 100…205 kHz. Sicondu u Wireless Power Consortium, ci sò attualmente più di 3700 dispositivi certificati Qi in u mercatu capaci di furnisce da 5 à 15 watts di putenza à i dispositi mobili.

U standard di carica PMA usa a gamma 277 ... 357 kHz. Hè cunnisciutu ancu u standard AirFuel Alliance, sta opzione wireless furnisce finu à 50 millimetri di putenza, chì vi permette di utilizà i vostri dispositi mentre a carica è vi permette di carricà parechji dispositi à u stessu tempu.

Ancu s'è sti dui standard usanu carica induttiva è avè una struttura di cumpunenti simili, ùn sò micca cumpatibili. I dispositi necessitanu diverse cunfigurazioni per supportà PMA è Qi. Parechji dispositi novi includenu u hardware necessariu per aduprà i dui standard di carica. A situazione hè cambiata cum'è Qi pare chì piglia u sopra. Per esempiu, Powermat, un membru fundatore di u consorziu PMA, si move à u standard Qi, chì hè statu ancu aduttatu da Apple cum'è standard di carica wireless. Altri pruduttori principali di Qi include Apple, Asus, HTC, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, NuCurrent, Samsung, BlackBerry, Xiaomi è Sony.

In cerca di comodità, prestazioni è affidabilità

Fighjemu un ochju à e suluzioni dispunibili nantu à u mercatu o di novu sviluppatu. Manufacturers strive à fà stu tipu di dispusitivu facile à aduprà. Un esempiu seria Cunti di cantiere navale, unu di i pruduttori principali di cunti in u Regnu Unitu, offre una tecnica per integrà a tecnulugia di carica wireless in a superficia di i so countertops. Stu sistema modulare simplice è efficiente usa u trasmettitore standard SupaPowa Qi chì permette a corrente di flussu trà a bobina di trasmettitore è a bobina di ricevitore in prossimità.

U tavulinu mudernu è elegante brilla quandu u dispusitivu hè carica. U fabricatore prupone ancu di mette un discu fattu di materiale cuntrastanti nantu à u countertop, grazia à quale u locu di u puntu di carica hè chjaramente visibile per tutti l'utilizatori: ghjornu è notte.

U sistema "FreePower" di Aira pò esse integratu in scrivanie, scrivanie è dashboards per trasfurmà in caricatori capaci di alimentà parechji dispositi simultaneamente. I caricatori di cuntattu tipici anu zona cuncentrata di i turnichì deve esse allinatu cù u smartphone per carricà. Superficie Aira-powered aduprà parechje bobine nantu à a superficia è algoritmi chì tena traccia di i dispusitivi esse carica.

U sistema di ricarica wireless WattUp(5) di Energous permette à l'utilizatori di carricà smartphones, tablette è altri dispositi in a stessa zona di a piattaforma. WattUp funziona in modu simile à WiTricity (imaghjini di risonanza magnetica), ma difiere da l'iniziu di Boston in chì u trasmettitore usa Bluetooth per circà i dispositi chì ponu esse caricati cù l'app Energous.

Unu di i più famosi in u mercatu mundiale hè Tecnica Powermat (6), chjamatu SmartInducitve, basatu annantu à l'induzione magnetica, chì permette a trasmissione di l'energia à longu distanzi, finu à 40 cm, chì sustene a carica wireless cun un cambiamentu significativu (ancu quandu hè posizionatu in un angulu), è adattatu per a carica è l'alimentazione di i dispositi in wireless attraversu i muri. , à distanza, in cundizioni estremi duri, sottu à l'acqua è ancu in ambienti cù un altu gradu di metallicità.

In turnu, Elix Wireless sviluppeghja high power chargers da 1 à 000 20 W per ogni applicazione è i dispositi industriali. A cumpagnia hè specializata in "accoppiamentu magnetodinamicu" (MDC), chì usa un paru di magneti rotanti in u trasmettitore è u ricevitore, separati da un intervallu d'aria. A rotazione di u magnetu in l'unità di trasmettitore face chì u magnetu in u ricevitore rote in sincronia, furnisce un trasferimentu di energia efficiente chì pruduce menu calore cà altri metudi di induzione.

In cunfrontu cù tutte e soluzioni descritte quì, u pruduttu uBeam hè diversu in quantu usa ultrasound per a carica. Sicondu a descrizzione di a tecnulugia di a cumpagnia, a piattaforma travaglia cù un trasmettitore cum'è un altoparlante chì emette un sonu d'alta freccia in a gamma di 45 à 75 kHz (inaudible per l'omu è l'animali). Dopu usa una antenna di array in fasi per mandà u sonu à un receptore simile à un microfonu muntatu nantu à un dispositivu chì hà bisognu di energia. Dopu energia d'onda ultrasonica cunvertitu in corrente diretta. Quandu u dispusitivu hè in carica, a trasmissione di energia hè interrotta.

Attenti à i corpi straneri

Malgradu u sviluppu è a migliione custanti, i metudi di carica attualmente usati in a pratica ponenu sempre assai prublemi. Cum'è nutatu in un articulu recente in u New York Times, a carica di un iPhone XR cù u caricatore cablatu di 12 watt d'Apple hà aumentatu i livelli di a bateria di 38 per centu in 30 minuti, ma l'usu di una stazione di ricarica wireless per mezz'ora rende solu una carica di 24 per centu.

Allora u risultatu ùn hè micca assai impressiunanti. Inoltre, più u ricevitore hè luntanu da u trasmettitore, menu energia riceverà da a fonte. un campu magneticu. L'efficienza di carica diminuisce micca solu cù a distanza crescente, ma ancu per una pusizione "non ottima". Inoltre, tutti i metudi di trasferimentu di energia generanu calore. A carica wireless ùn hè micca megliu, è in certi casi pò esse più problematica, cà a carica di cable.

W piglia senza filu avete bisognu di attenti à l'uggetti stranieri vicinu à a bobina, soprattuttu s'ellu sò fatti di metallu. Per esempiu, una munita o un set di chjavi accidintali pusatu nantu à un caricatore pò cumincià à trasfiriri energia, putenzialmente funnu l'ughjettu è dannu u caricatore. Ci sò, sicuru, i dispusitivi chì signalanu quandu l'uggetti stranieri sò induve ùn deve esse micca, ma, cum'è pudete guessà, ùn costanu micca menu di u solitu.

A putenza da l'aria magre puderia risolve u vostru prublema di bateria

A lotta per migliurà quelli chì ùn sò micca impressiunanti si intensifica paràmetri di u caricatore wireless. L'imprese cercanu modi per fà u prucessu di carricà un smartphone più cunvene, perchè u telefunu ùn deve micca esse vicinu à una presa di energia o pricisamenti posizionatu nantu à una superficia di carica. In u 2019, a cumpagnia chinesa OPPO hà offrittu mudelli di telefuni Reno Ace chì travagliavanu cù un caricatore wireless 65W, chì permettenu a batteria per esse carica finu à u 100 per centu.

in 30 minuti. Da tandu, a cumpetizione per a più alta capacità di carica cablata hà cuntinuatu. In u 2020, VIVO è Xiaomi anu annunziatu una tecnulugia di carica cablata 120W chì pò carricà una batteria 4000mAh in 20 minuti. Tuttavia, sti dispusitivi ùn sò micca attualmente dispunibili nantu à u mercatu, cum'è u sistema annunciatu di Xiaomi 80-watt.

L'iniziu di u 2021 hè una seria di presentazioni di sistemi di carica à longa distanza per i dispositi mobili "senza fili è qualsiasi stand di carica". OPPO hà prisentatu a so suluzione per a prima volta. In u video demo, pudemu vede chì u telefuninu carica in wireless, malgradu esse sguassatu da u so stand. Pocu dopu à sta presentazione, i Cinesi di Xiaomi anu annunziatu u sistema Mi Air Charge. Uni pochi ghjorni dopu, digià in ferraghju, Motorola hà fattu una manifestazione stazione di ricarica remota chjamatu "Motorola One Hyper" (7). È a cumpagnia giapponese Aeterlink hà introduttu u dispusitivu Airplug, chì, sicondu i so assicurazioni, alimenta i dispositi à una distanza di 20 metri.

7. Presentazione di u sistema Motorola One Hyper per a carica di càmera da una distanza di circa un metru

In marzu, Xiaomi hà revelatu più dettagli nantu à a so tecnica di carica à longu andà. U so caricatore hè dotatu di antenne capaci di detectà a pusizione di u smartphone. Matrice di cuntrollu di fase custituitu di 144 antenne chì trasmettenu onde millimetriche direttamente à u telefunu per via di beamforming. L'antenna di ricezione di 14 antenne converte u signalu d'onda millimetrica in electricità, chì carica u telefunu.

A cumpagnia hà dettu chì "in un futuru vicinu" u sistema serà ancu capaci di travaglià cù smart watches, braccialetti è altri dispositi purtati. In quantu à u smartphone, Xiaomi hà sviluppatu una "antenna di signale" è una "antenna di ricezione fittizia". U primu trasmette infurmazione nantu à u locu.

Una di l'idee di carica wireless caricatore wireless à longa distanzachì hè avvitata in u socket di lampa. Questu hè un pruduttu sviluppatu da a cumpagnia israeliana Wi-Charge. Questu hè l'usu di a luce infrared per trasmette una putenza di circa dui watt. A cumpagnia hà presentatu a tecnica in CES 2020 è hà vintu un premiu per l'innovazione. L'idea hè chì u trasmettitore serà cunnessu à e fonti di energia tradiziunali di a casa è cunvertisce l'electricità in raggi laser infrarossi. I ricevitori integrati in i dispositi cunvertisce sta luce in una fonte di energia. Attualmente, Wi-Charge lancia a so soluzione per a carica remota di camere di sicurezza è scaffali intelligenti in i magazzini è i magazzini di i Stati Uniti.

Se l'elettronica portabile hà mai benefiziu di a carica wireless remota, sia in una rete cum'è 5G o in qualchì altra tecnulugia senza stop, e batterie puderanu esse ridutte in dimensioni, è in certi casi ùn l'utilizanu micca. . Questu risolve parechji di i prublemi chì u settore wearables face oghje.