전선 없이 원거리에서 에너지 전송. 유도에 의해 와이어 없이 전류 전송


전기의 무선 전송

전기의 무선 전송- 전기 회로에서 전도성 요소를 사용하지 않고 전기 에너지를 전달하는 방법. 1975년에는 캘리포니아 골드스톤에서, 1997년에는 레위니옹의 그랜드 바신에서 약 40%의 효율로 마이크로파 범위에서 수십 킬로와트의 전력으로 에너지를 전송하는 성공적인 실험이 있었습니다. 섬 (1km 정도의 범위, 케이블 전력망을 설치하지 않고 마을의 전력 공급 분야 연구). 이러한 전송의 기술적 원리에는 유도(단거리 및 상대적으로 낮은 전력), 공진(비접촉식 스마트 카드 및 RFID 칩에 사용) 및 비교적 장거리 및 전력(자외선에서 마이크로웨이브 범위)에 대한 지향성 전자기가 포함됩니다.

무선 전력 전송의 역사

  • 1820 : André Marie Ampère는 전류가 자기장을 생성한다는 법칙(나중에 발견자의 이름을 딴 Ampère의 법칙)을 발견했습니다.
  • 1831 줄거리: 마이클 패러데이는 전자기학의 중요한 기본 법칙인 유도 법칙을 발견했습니다.
  • 1862 : 카를로 마테우치는 최초로 전기유도를 이용하여 송수신 실험을 하였다. 플랫 헬리컬 코일.
  • 1864 : 제임스 맥스웰은 전기, 자기, 광학의 모든 이전 관찰, 실험 및 방정식을 전자기장의 거동에 대한 일관된 이론과 엄격한 수학적 설명으로 체계화했습니다.
  • 1888 : Heinrich Hertz는 전자기장의 존재를 확인했습니다. " 전자기장 발생 장치» Hertz는 마이크로웨이브 또는 UHF 스파크 "전파" 송신기였습니다.
  • 1891 : Nikola Tesla는 그의 특허 No. 454.622, "전기 조명 시스템."
  • 1893 : Tesla는 시카고에서 열린 Columbian World's Fair 프로젝트에서 무선 형광 조명을 시연합니다.
  • 1894 : 테슬라는 5번가 연구소에서 무선으로 백열등을 켰고 나중에는 뉴욕시의 휴스턴 스트리트 연구소에서 "전기역학적 유도", 즉 무선 공진 상호 유도에 의해 조명을 켰습니다.
  • 1894 : Jagdish Chandra Bose는 전자기파를 사용하여 원격으로 화약을 점화하고 종을 치며 무선으로 통신 신호를 보낼 수 있음을 보여줍니다.
  • 1895 : A. S. Popov는 4월 25일(5월 7일) 러시아 물리화학학회 물리학과 회의에서 자신이 발명한 라디오 수신기를 시연했다.
  • 1895 : Bosche는 약 1마일 거리에 걸쳐 신호를 전송합니다.
  • 1896 : Guglielmo Marconi는 1896년 6월 2일 라디오 발명을 신청합니다.
  • 1896 A: Tesla는 약 48km의 거리에 걸쳐 신호를 전송합니다.
  • 1897 : Guglielmo Marconi는 무선 송신기를 사용하여 약 6km의 거리에 모스 부호로 문자 메시지를 전송합니다.
  • 1897 : Tesla가 최초의 무선 전송 특허를 출원합니다.
  • 1899 : 콜로라도 스프링스에서 Tesla는 다음과 같이 썼습니다. 대지 및 공기 전하 여기 방법».
  • 1900 : Guglielmo Marconi는 미국에서 라디오 발명에 대한 특허를 얻지 못했습니다.
  • 1901 : Marconi는 Tesla 장치를 사용하여 대서양을 가로질러 신호를 전송합니다.
  • 1902 : Tesla v. Reginald Fessenden: 미국 특허 번호 충돌 21.701 "신호 전송 시스템(무선). 백열 램프, 일반적으로 전자 논리 소자의 선택적 켜기.
  • 1904 : 세인트루이스 세계 박람회에서 0.1마력 비행선 엔진 제어에 성공한 사람에게 상을 수여합니다. 100피트(30m) 미만의 거리에서 원격으로 전송되는 전력(75W).
  • 1917 : 고출력 무선 전송 실험을 위해 니콜라 테슬라가 건설한 워든클리프 탑이 파괴된다.
  • 1926 : 우다 신타로·야기 히데츠구 첫 기사 게재" 하이 게인 스티어링 방향 링크에 대해", "Yagi-Uda 안테나" 또는 "웨이브 채널" 안테나로 잘 알려져 있습니다.
  • 1961 : William Brown은 마이크로웨이브를 통한 에너지 전달 가능성에 대한 기사를 발표합니다.
  • 1964 : William Brown과 Walter Cronict가 채널에서 시연합니다. CBS 뉴스마이크로파 빔에서 필요한 모든 에너지를 받는 헬리콥터 모델.
  • 1968 : Peter Glaser는 "Power Beam" 기술을 사용하여 우주에서 태양 에너지의 무선 전송을 제안합니다. 이것은 궤도 전력 시스템의 첫 번째 설명으로 간주됩니다.
  • 1973 : Los Alamos National Laboratory에서 시연된 세계 최초의 패시브 RFID 시스템.
  • 1975 : Goldstone Deep Space Communications Complex는 수십 킬로와트의 전력 전송을 실험하고 있습니다.
  • 2007 : 매사추세츠공대 마린 솔자치치 교수팀이 60W 전구를 켤 수 있는 전력을 60W 효율로 2m 거리에 무선으로 전송했다. 직경 60cm의 코일 2개를 사용하여 40%.
  • 2008 : Bombardier는 전차 및 경전철 애플리케이션을 위한 강력한 시스템인 새로운 무선 전송 제품인 PRIMOVE를 제공합니다.
  • 2008 : Intel은 1894년 Nikola Tesla와 1988년 John Brown 그룹의 빛 효율적인 백열 램프로의 무선 전력 전송 실험을 재현합니다. 75%.
  • 2009 : Wireless Power Consortium이라는 관심 있는 회사의 컨소시엄은 저전력 유도 충전기에 대한 새로운 산업 표준의 임박한 완료를 발표했습니다.
  • 2009 : 가연성 가스로 포화된 환경에서 접촉 없이 안전하게 작동 및 충전이 가능한 산업용 손전등을 소개합니다. 이 제품은 노르웨이 회사 Wireless Power & Communication에서 개발했습니다.
  • 2009 : 하이얼그룹은 마린 솔야치치 교수의 무선전력전송 및 무선홈디지털인터페이스(WHDI) 연구를 바탕으로 세계 최초로 완전무선 LCD TV를 선보였다.

기술(초음파 방식)

펜실베이니아 대학교 학생들의 발명품. 이 설치물은 2011년 The All Things Digital(D9)에서 처음으로 일반 대중에게 선보였습니다. 다른 무선 전송 방법과 마찬가지로 수신기와 송신기가 사용됩니다. 송신기는 초음파를 방출하고 수신기는 차례로 들리는 것을 전기로 변환합니다. 프레젠테이션 시 전송 거리는 7-10미터에 이르며 수신기와 송신기의 직접적인 시야가 필요합니다. 알려진 특성 중 - 전송된 전압이 8V에 도달하지만 결과적인 전류 강도는 보고되지 않습니다. 사용된 초음파 주파수는 인체에 ​​영향을 미치지 않습니다. 동물에 대한 부정적인 영향에 대한 증거도 없습니다.

전자기 유도 방식

전자기 유도 무선 전송 기술은 파장의 약 1/6 거리에서 가까운 전자기장을 사용합니다. 근거리장 에너지 자체는 방사성이 아니지만 일부 방사 손실은 여전히 ​​발생합니다. 또한 일반적으로 저항 손실도 있습니다. 전기 역학적 유도로 인해 1차 권선을 통해 흐르는 교류 전류는 2차 권선에 작용하는 교류 자기장을 생성하여 전류를 유도합니다. 높은 효율성을 달성하려면 상호 작용이 충분히 가까워야 합니다. 2차 권선이 1차 권선에서 멀어지면 점점 더 많은 자기장이 2차 권선에 도달하지 못합니다. 상대적으로 짧은 거리에서도 유도 결합은 매우 비효율적이어서 전송된 에너지의 많은 부분을 낭비합니다.

전기 변압기는 무선 전력 전송을 위한 가장 간단한 장치입니다. 변압기의 1차 권선과 2차 권선은 직접 연결되지 않습니다. 에너지 전달은 상호 유도로 알려진 과정을 통해 수행됩니다. 변압기의 주요 기능은 1차 전압을 높이거나 낮추는 것입니다. 휴대폰과 전동칫솔용 비접촉식 충전기는 전기역학적 유도 원리를 사용한 예입니다. 인덕션 쿠커도 이 방법을 사용합니다. 무선 전송 방식의 주요 단점은 매우 짧은 범위입니다. 수신기는 송신기와 효과적으로 통신하기 위해 송신기에 근접해야 합니다.

공진을 사용하면 전송 범위가 약간 증가합니다. 공진 유도를 사용하면 송신기와 수신기가 동일한 주파수로 조정됩니다. 구동 전류 파형을 정현파에서 비정현파 과도 파형으로 변경하여 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 펄스 에너지 전달은 여러 주기에 걸쳐 발생합니다. 따라서 상대적으로 낮은 결합 계수로 상호 동조된 두 LC 회로 간에 상당한 전력을 전송할 수 있습니다. 일반적으로 전송 및 수신 코일은 단층 솔레노이드 또는 수신 요소를 송신기 주파수에 맞게 조정할 수 있는 커패시터 세트가 있는 플랫 코일입니다.

공진 전기역학적 유도의 일반적인 적용은 노트북 컴퓨터 및 휴대폰, 의료용 임플란트 및 전기 자동차와 같은 휴대용 장치의 배터리를 충전하는 것입니다. 국부 충전 기술은 다층 와인딩 어레이 구조에서 적절한 송신 코일을 선택하는 방법을 사용합니다. 무선 충전 패드(송신 루프)와 수신기 모듈(부하 내장)에 모두 공진을 적용해 전력 전달 효율을 극대화했다. 이 전송 기술은 휴대폰과 같은 휴대용 전자 제품을 충전하기 위한 범용 무선 충전 패드에 적합합니다. 이 기술은 Qi 무선 충전 표준의 일부로 채택되었습니다.

공진 전기역학적 유도는 RFID 태그 및 비접촉식 스마트 카드와 같은 무배터리 장치에 전원을 공급하고 기본 인덕터에서 전기 에너지의 무선 송신기이기도 한 나선형 Tesla 변압기 공진기로 전기 에너지를 전송하는 데에도 사용됩니다.

정전기 유도

교류는 대기압이 135mmHg 미만인 대기층을 통해 전송될 수 있습니다. 미술. 전류는 해발 약 2-3마일의 낮은 대기를 통한 정전기 유도와 이온 플럭스, 즉 5km 이상의 고도에 위치한 이온화된 영역을 통한 전기 전도에 의해 흐릅니다. 강렬한 수직 자외선 빔을 사용하여 두 개의 상승된 단자 바로 위의 대기 가스를 이온화하여 대기의 전도층으로 직접 연결되는 고전압 플라즈마 전력선을 형성할 수 있습니다. 그 결과 두 개의 상승된 터미널 사이에 전류 흐름이 형성되어 대류권으로 전달되고 대류권을 통과하여 다시 다른 터미널로 돌아갑니다. 이온화된 분위기에서 용량성 플라즈마 방전으로 인해 대기층을 통한 전기 전도성이 가능해집니다.

Nikola Tesla는 전기가 지구와 대기 모두를 통해 전송될 수 있음을 발견했습니다. 그의 연구 과정에서 그는 적당한 거리에서 램프의 점화를 달성하고 장거리 전기 전송을 기록했습니다. Wardenclyffe Tower는 대서양 횡단 무선 전화 통신을 위한 상업 프로젝트로 구상되었으며 전 세계적 규모의 무선 전기 전송 가능성에 대한 진정한 시연이 되었습니다. 자금 부족으로 설치가 완료되지 않았습니다.

지구는 자연 전도체이며 하나의 전도 회로를 형성합니다. 리턴 루프는 약 4.5마일(7.2km)의 고도에서 상부 대류권과 하부 성층권을 통해 실현됩니다.

플라즈마의 높은 전기 전도도와 지구의 높은 전기 전도도를 기반으로 하는 소위 "세계 무선 시스템"이라고 하는 와이어 없이 전기를 전송하는 글로벌 시스템은 1904년 초 니콜라 테슬라에 의해 제안되었으며 퉁구스카 운석은 충전된 대기와 지구 사이의 "단락"으로 인해 발생합니다.

전세계 무선 시스템

세르비아의 유명한 발명가 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)의 초기 실험은 일반 전파, 즉 공간을 통해 전파되는 전자기파인 헤르츠파의 전파에 관한 것이었습니다.

1919년에 Nikola Tesla는 다음과 같이 썼습니다. 일련의 급진적인 결정을 통해 성공을 거둘 수 있다는 것은 처음부터 분명했습니다. 고주파 발생기와 전기 발진기가 먼저 만들어졌습니다. 그들의 에너지는 효율적인 송신기로 변환되어 적절한 수신기에 의해 원거리에서 수신되어야 했습니다. 이러한 시스템은 외부 간섭이 배제되고 완전한 배타성이 보장된다면 효과적일 것입니다. 그러나 시간이 지남에 따라 이러한 종류의 장치가 효과적으로 작동하려면 지구의 물리적 특성을 고려하여 설계해야 한다는 것을 깨달았습니다.

세계적인 무선 시스템을 구축하기 위한 조건 중 하나는 공진 수신기를 구축하는 것입니다. 접지된 테슬라 코일 헬리컬 공진기와 높은 단자를 그대로 사용할 수 있습니다. Tesla는 송신에서 수신 Tesla 코일로 전기 에너지의 무선 전송을 개인적으로 반복해서 시연했습니다. 이것은 그의 무선 전송 시스템의 일부가 되었습니다(미국 특허 번호 1,119,732, 전력 전송 장치, 1902년 1월 18일). Tesla는 전 세계에 30개 이상의 수신 및 송신 스테이션을 설치할 것을 제안했습니다. 이 시스템에서 픽업 코일은 출력 전류가 높은 강압 변압기 역할을 합니다. 송신 코일의 매개변수는 수신 코일과 동일합니다.

Tesla의 월드와이드 무선 시스템의 목표는 송전과 방송 및 지향성 무선 통신을 결합하여 많은 고압 송전선을 제거하고 전 세계적으로 발전 시설의 상호 연결을 용이하게 하는 것이었습니다.

또한보십시오

  • 에너지 빔

노트

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  4. On Light and Other High Frequency Phenomena, 프랭클린 연구소, 필라델피아, 1893년 2월 및 미국 전등 협회, 세인트루이스 루이, 1893년 3월
  5. Jagdish Chandra Bose의 작업: 밀리미터파 연구 100년
  6. 자가디시 찬드라 보스
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  8. 1899년 6월 5일 니콜라 테슬라 콜로라도 스프링 노트 1899-1900, Nolit, 1978(영어)
  9. Nikola Tesla: 유도 무기 및 컴퓨터 기술
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  31. 나는 1897년 9월 2일에 이 방법이 공개된 에너지 전송에 대한 신청서를 제출했을 때 그렇게 높은 고도에 터미널을 가질 필요가 없다는 것이 이미 분명했지만, 내 서명 위에 내가 먼저 증명하지 않았다는 것을 발표한 적이 없습니다. 그것이 내 진술이 모순되지 않은 이유이며 앞으로도 그럴 것이라고 생각하지 않습니다. 왜냐하면 제가 무언가를 발표할 때마다 먼저 실험을 통해 검토한 다음 실험을 통해 계산하고 이론과 실제가 만나도록 하기 때문입니다. 결과를 발표합니다.
    그 당시 나는 휴스턴 스트리트에 있는 실험실에서 했던 일 외에 다른 일을 할 수 없다면 상업용 공장을 지을 수 있다고 절대적으로 확신했습니다. 그러나 나는 이미 이 방법을 적용하는 데 큰 높이가 필요하지 않다는 것을 계산하고 발견했습니다. 내 특허에 따르면 터미널 "또는 그 근처"에서 대기를 분해합니다. 내 전도 분위기가 공장에서 2~3마일 위에 있는 경우 태평양 건너편에 있을 수 있는 내 수신 터미널의 거리와 비교할 때 이것이 터미널에 매우 가깝다고 생각합니다. 그것은 단순히 표현입니다. . . .
  32. Nikola Tesla의 교류와 무선 전신, 전화 통신 및 전력 전송에 대한 응용 프로그램에 대한 연구

역사에 따르면 Tesla의 적절한 재정 자원 부족으로 인해 혁신적인 기술 프로젝트가 중단되었습니다 (이 문제는 그가 미국에서 일하는 동안 거의 항상 과학자를 괴롭혔습니다). 일반적으로 그에게 주된 압력은 다른 발명가 인 Thomas Edison과 DC 기술을 홍보 한 그의 회사에서 왔으며 Tesla는 교류 (소위 "현재 전쟁")에 참여했습니다. 역사는 모든 것을 제자리에 두었습니다. 과거의 메아리가 우리 시대에 도달했지만 현재 교류는 도시 전력 네트워크의 거의 모든 곳에서 사용됩니다 (예를 들어, 악명 높은 현대 열차의 고장에 대한 언급 된 이유 중 하나는 직접 우크라이나 철도 일부 구간의 현재 전력선).

Nikola Tesla가 전기 실험을 수행한 Wardenclyffe Tower(1094년 사진)

전설에 따르면 Wardenclyffe 타워의 경우 Tesla는 주요 투자자 중 한 명인 J.P. 세계 최초의 나이아가라 수력 발전소와 구리 공장(구리는 전선에 사용되는 것으로 알려짐)의 주주인 Morgan, 현재 무선 전송을 위한 작업 설비, 소비자 비용은 다음과 같습니다. 규모) 소비자에게 훨씬 저렴하고 그 후 그는 프로젝트 자금 조달을 줄였습니다. 그것이 무엇이든 그들은 불과 90년 후인 2007년에 무선 전기 전송에 대해 진지하게 이야기하기 시작했습니다. 그리고 도시 풍경에서 전력선이 완전히 사라지려면 아직 갈 길이 멀지만, 모바일 장치의 무선 충전과 같은 작은 즐거움은 이미 가능합니다.

진행 상황이 눈에 띄지 않게 증가했습니다.

적어도 2 년 전에 IT 뉴스 아카이브를 살펴보면 그러한 컬렉션에서 특정 회사가 무선 충전기를 개발하고 있다는 드문 보고서 만 찾을 수 있으며 완제품 및 솔루션에 대한 단어는 없습니다 (기본 원칙 및 일반 제외) 체계 ). 오늘날 무선 충전은 더 이상 독창적이거나 개념적인 것이 아닙니다. 이러한 장치는 강력하게 판매되고(예: LG는 MWC 2013에서 충전기 시연) 전기 자동차 테스트(Qualcomm이 수행), 공공 장소(예: 일부 유럽 기차역)에서도 사용됩니다. 게다가, 그러한 전기 전송에 대한 몇 가지 표준과 이를 촉진하고 개발하는 여러 동맹이 이미 있습니다.

유사한 코일은 모바일 장치의 무선 충전을 담당하며 그 중 하나는 전화기에 있고 다른 하나는 충전기 자체에 있습니다.

가장 잘 알려진 표준은 HTC, Huawei, LG 전자, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Sony 및 기타 약 100개 조직과 같은 잘 알려진 회사를 포함하는 Wireless Power Consortium에서 개발한 Qi 표준입니다. 이 컨소시엄은 다양한 제조업체 및 브랜드의 장치를 위한 범용 충전기를 만드는 것을 목표로 2008년에 구성되었습니다. 그 작업에서 표준은 베이스 스테이션이 네트워크에서 AC가 공급될 때 전자기장을 생성하는 유도 코일로 구성될 때 자기 유도 원리를 사용합니다. 충전 중인 장치에는 이 필드에 반응하는 유사한 코일이 있으며 이를 통해 받은 에너지를 배터리 충전에 사용되는 직류로 변환할 수 있습니다(컨소시엄에서 작동 원리에 대해 자세히 알아볼 수 있음) 웹사이트 http://www.wirelesspowerconsortium.com/what -we-do/how-it-works/). 또한 Qi는 충전기와 충전할 장치 간의 2Kb/s 통신 프로토콜을 지원하며, 이는 필요한 충전량과 필요한 작업을 통신하는 데 사용됩니다.

Qi 표준에 따른 무선 충전은 현재 많은 스마트폰에서 지원되고 있으며 충전기는 이 표준을 지원하는 모든 장치에 보편적입니다.

Qi에는 AT&T, Duracell, Starbucks, PowerKiss 및 Powermat Technologies가 포함된 Power Matters Alliance라는 심각한 경쟁자도 있습니다. 이 이름은 정보 기술 세계의 최전선에 있지 않습니다 (특히 스타 벅스 커피 체인은 시설의 모든 곳에이 기술을 도입 할 것이라는 사실로 인해 제휴 관계에 있음). 그들은 특히 에너지 문제를 전문으로합니다. 이 동맹은 얼마 전인 2012년 3월에 IEEE(전기전자공학회) 프로그램의 틀 내에서 결성되었습니다. 그들에 의해 추진된 PMA 표준은 도체 중 하나의 전류 변화 또는 도체의 상대 위치는 두 번째 도체의 회로를 통해 자속의 변화를 일으키고 첫 번째 도체의 전류에 의해 생성된 자기장을 생성하여 두 번째 도체에 기전력을 발생시키고 (두 번째 도체가 다음과 같은 경우) 폐쇄) 유도 전류. Qi의 경우와 마찬가지로 이 전류는 직류로 변환되어 배터리에 공급됩니다.

음, Samsung, Qualcomm, Ever Win Industries, Gill Industries, Peiker Acustic, SK Telecom, SanDisk 등을 포함하는 무선 전력 연합을 잊지 마십시오. 이 조직은 아직 기성 솔루션을 제시하지 않았지만 목표 중 , 비금속 표면을 통해 작동하고 코일을 사용하지 않는 충전기 개발을 포함합니다.

Alliance for Wireless Power의 목표 중 하나는 특정 장소 및 유형의 표면에 얽매이지 않고 충전할 수 있는 기능입니다.

위의 모든 것에서 간단한 결론을 내릴 수 있습니다. 1~2년 안에 대부분의 최신 장치는 기존 충전기를 사용하지 않고도 충전할 수 있습니다. 그동안 무선충전 전력은 스마트폰을 중심으로 충분하지만 조만간 태블릿과 노트북에도 이런 기기들이 등장할 것이다(최근 애플이 아이패드용 무선충전 특허를 냈다). 이것은 방전 장치의 문제가 거의 완전히 해결됨을 의미합니다. 장치를 특정 장소에 넣거나 놓으십시오. 작동 중에도 충전됩니다 (또는 전원에 따라 훨씬 더 느리게 방전됨). 시간이 지남에 따라 범위가 확장 될 것이라는 데 의심의 여지가 없으며 (이제 장치가 놓여있는 특수 매트 또는 스탠드를 사용해야하거나 매우 가까워야 함) 자동차, 기차 및 심지어 모든 곳에 설치됩니다. 아마도 비행기.

글쎄, 그리고 또 하나의 결론 - 아마도 서로 다른 표준과이를 촉진하는 동맹 사이의 또 다른 형식 전쟁을 피할 수 없을 것입니다.

전선을 없앨까요?

물론 장치의 무선 충전은 좋은 것입니다. 그러나 그것으로부터 발생하는 힘은 명시된 목적을 위해서만 충분합니다. 이러한 기술의 도움으로 대형 가전 제품의 작동은 말할 것도 없고 아직 집을 밝힐 수도 없습니다. 그럼에도 불구하고 전기의 고출력 무선 전송에 대한 실험이 수행되고 있으며 무엇보다도 Tesla의 재료를 기반으로 합니다. 과학자 자신은 에너지 전송과 방송 및 방향성 무선 통신을 결합하는 30 개 이상의 수신 및 전송 스테이션을 전 세계 (여기서는 당시 선진국을 의미했을 가능성이 높으며 지금보다 훨씬 작음)를 설치할 것을 제안했습니다. 수많은 고압 송전선을 없애고 전 세계적으로 발전 시설의 상호 연결을 촉진했습니다.

오늘날 무선 전력 전송 문제를 해결하기 위한 몇 가지 방법이 있지만 지금까지 모두 전 세계적으로 미미한 결과를 달성할 수 있었습니다. 약 킬로미터도 아닙니다. 초음파, 레이저 및 전자기 전송과 같은 방법에는 상당한 제한이 있습니다(짧은 거리, 송신기의 직접적인 가시성 필요, 크기, 전자파의 경우 매우 낮은 효율성 및 강력한 필드로 인한 건강에 해로움). 따라서 가장 유망한 개발은 자기장의 사용 또는 공명 자기 상호 작용과 관련이 있습니다. 그 중 하나는 MIT 교수인 Marin Solyachich와 그의 동료들이 설립한 WiTricity Corporation에서 개발한 WiTricity입니다.

그래서 2007년에 그들은 2m 거리에서 60W의 전류를 흘려보냈고 전구 하나를 켤 수 있는 양이었고 효율은 40%였습니다. 그러나 사용 된 기술의 확실한 이점은 실제로 살아있는 존재 (저자에 따르면 전계 강도는 자기 공명 단층 촬영기의 핵심을 지배하는 것보다 만 배 더 약함) 또는 의료 장비와 상호 작용하지 않는다는 것입니다. ( 심박 조율기 등) 또는 다른 방사선과 함께, 예를 들어 동일한 Wi-Fi의 작동을 방해하지 않음을 의미합니다.

가장 흥미로운 점은 WiTricity 시스템의 효율성이 코일의 크기, 형상 및 설정뿐만 아니라 코일 사이의 거리뿐만 아니라 소비자 수에 의해 긍정적인 영향을 받는다는 것입니다. 전송 "안테나"의 양쪽에 1.6 ~ 2.7m 거리에 위치한 두 개의 수신 장치는 개별보다 10% 더 나은 효율성을 보여 많은 장치를 하나의 전원에 연결하는 문제를 해결했습니다.

사실 1970년대에 그는 카메라가 장착된 드론으로 24시간 온라인으로 "테러리스트"를 사냥(또는 고정)하여 이라크(리비아, 시리아 등)를 지속적으로 순찰하는 NATO와 미국의 꿈을 기술적으로 실현했습니다. .

1968년 미국의 우주 연구 전문가인 Peter E. Glaser는 대형 태양 전지판을 정지 궤도에 배치하고 그들이 생성하는 에너지(5-10GW 수준)를 잘 집중된 마이크로파 방사선 빔으로 지구 표면으로 전송한 다음 변환할 것을 제안했습니다. 기술 주파수의 직류 또는 교류의 에너지로 변환하여 소비자에게 분배합니다.

이러한 방식으로 인해 정지궤도에 존재하는 강한 태양복사의 플럭스(~1.4kW/sq.m.)를 이용하여 시간과 기상 조건에 관계없이 수신된 에너지를 지속적으로 지구 표면에 전달할 수 있습니다. . 적도면과 황도면이 23.5도 각도로 자연적으로 기울어져 있기 때문에 정지궤도에 있는 위성은 태양복사선속의 빛을 거의 지속적으로 받게 됩니다. 이 위성이 지구의 그림자 속으로 떨어지는 춘분과 추분. 이 기간은 정확하게 예측할 수 있으며 전체적으로 한 해 전체 기간의 1%를 초과하지 않습니다.

마이크로파 빔의 전자기 진동 주파수는 산업, 과학 연구 및 의학에 사용하도록 할당된 범위와 일치해야 합니다. 이 주파수를 2.45GHz로 선택하면 두꺼운 구름과 폭우를 포함한 기상 조건이 전력 전송 효율에 거의 영향을 미치지 않습니다. 5.8GHz 대역은 송수신 안테나의 크기를 줄일 수 있기 때문에 유혹적입니다. 그러나 여기서 기상 조건의 영향은 이미 추가 연구가 필요합니다.

마이크로파 전자 장치의 현재 개발 수준을 통해 정지 궤도에서 지구 표면으로의 마이크로파 빔에 의한 에너지 전달 효율이 약 70% ÷ 75%로 상당히 높다고 말할 수 있습니다. 이 경우 송신 안테나의 직경은 보통 1km로 선택되며 지상 기반 렉테나는 위도 35도에 대해 10km x 13km의 크기를 갖습니다. 출력 전력 수준이 5GW인 SCES는 송신 안테나 중앙에서 23kW/m², 수신 안테나 중앙에서 방사 전력 밀도가 230W/m²입니다.

SCES 송신 안테나를 위한 다양한 유형의 고체 상태 및 진공 마이크로파 발생기를 조사했습니다. 특히 William Brown은 전자레인지용으로 설계된 업계에서 잘 알려진 마그네트론이 SCES의 전송 안테나 배열에도 사용될 수 있음을 보여주었습니다. 외부 동기화 신호(소위 마그네트론 지향성 증폭기 - MDA)로.

SCES 분야에서 가장 활발하고 체계적인 연구는 일본에서 이루어졌다. 1981년 M. Nagatomo(Makoto Nagatomo) 교수와 S. Sasaki(Susumu Sasaki) 교수의 지도하에 일본 우주 연구소에서 10MW 전력 수준의 SCES 프로토타입을 개발하기 위한 연구가 시작되었습니다. 기존 발사체를 사용하여 생성됩니다. 이러한 프로토타입의 제작은 기술적 경험을 축적하고 상용 시스템 형성을 위한 기반을 마련할 수 있게 합니다.

이 프로젝트는 SKES2000(SPS2000)으로 명명되었고 세계 여러 나라에서 인정을 받았습니다.

2008년 매사추세츠 공과대학(MIT)의 물리학과 조교수인 마린 솔야치치(Marin Soljačić)는 계속해서 울리는 휴대폰 신호음에 달콤한 잠에서 깨어났습니다. "전화가 멈추지 않고 전화를 끊으라고 요구했습니다."라고 Soljacic이 말했습니다. 피곤하고 일어나지 않으려는 그는 집에 있으면 전화가 저절로 충전되기 시작하는 꿈을 꾸기 시작했습니다.

2012-2015년 워싱턴 대학의 엔지니어들은 Wi-Fi를 휴대용 장치에 전원을 공급하고 장치를 충전하는 에너지원으로 사용할 수 있는 기술을 개발했습니다. 이 기술은 이미 Popular Science 잡지에서 2015년 최고의 혁신 중 하나로 인정받았습니다. 무선 데이터 전송 기술의 편재성 자체가 진정한 혁명을 일으켰습니다. 이제 워싱턴 대학의 개발자가 (Power Over WiFi에서) 호출한 무선 전력 전송의 전환입니다.

테스트 단계에서 연구원들은 저용량 리튬 이온 및 니켈-금속 수소화물 배터리를 성공적으로 충전할 수 있었습니다. Asus RT-AC68U 라우터와 8.5m 거리에 있는 여러 센서를 사용합니다. 이 센서는 마이크로컨트롤러와 센서 시스템에 전원을 공급하는 데 필요한 1.8~2.4볼트 전압의 직류로 전자기파 에너지를 변환합니다. 이 기술의 특징은 작동 신호의 품질이 저하되지 않는다는 것입니다. 라우터를 다시 플래시하는 것만으로도 충분하며 평소와 같이 사용할 수 있으며 저전력 장치에 전원을 공급할 수 있습니다. 한 시연은 라우터에서 5미터 이상 떨어진 곳에 위치한 작은 저해상도 비밀 감시 카메라에 성공적으로 전원을 공급했습니다. 그런 다음 Jawbone Up24 피트니스 트래커를 41%까지 충전했는데 2.5시간이 걸렸습니다.

이러한 프로세스가 네트워크 통신 채널의 품질에 부정적인 영향을 미치지 않는 이유에 대한 까다로운 질문에 개발자는 점유되지 않은 정보 전송 채널에서 작업하는 동안 플래시 라우터가 에너지 패킷을 보내기 때문에 이것이 가능하다고 대답했습니다. 그들은 침묵의 시간 동안 에너지가 단순히 시스템 밖으로 흘러나오고 실제로 저전력 장치에 전력을 공급할 수 있다는 사실을 발견했을 때 이 결정을 내렸습니다.

연구 기간 동안 PoWiFi 시스템은 6개의 집에 설치되었고 주민들은 평소와 같이 인터넷을 사용하도록 초대되었습니다. 웹 페이지를 로드하고 스트리밍 비디오를 본 다음 변경된 사항을 알려줍니다. 결과적으로 네트워크 성능은 전혀 변하지 않는 것으로 나타났습니다. 즉, 인터넷은 평소와 같이 작동했고 추가된 옵션의 존재는 눈에 띄지 않았습니다. 그리고 이것은 Wi-Fi를 통해 상대적으로 적은 양의 에너지가 수집된 첫 번째 테스트에 불과했습니다.

앞으로 PoWiFi 기술은 무선으로 제어하고 원격 충전/충전을 수행하기 위해 가전 제품 및 군사 장비에 내장된 전력 센서에 잘 사용될 수 있습니다.

관련된 것은 UAV에 대한 에너지 전송입니다(대부분 이미 기술 또는 항공모함에서).


아이디어는 매우 유혹적입니다. 오늘날의 20-30분의 비행 시간 대신:
→
→


→ 인텔은 레이디 가가의 미국 슈퍼볼 하프타임 공연 중 드론쇼를 진행했다-
무선으로 드론을 충전하여 40-80분을 얻습니다.

설명하겠습니다.
- m / y 드론의 교환은 여전히 ​​필요합니다(군집 알고리즘).
- m / y 드론과 항공기 (자궁)의 교환도 필요합니다 (제어 센터, 지식 기반 수정, 대상 변경, 제거 명령, "아군 사격"방지, 정보 정보 전송 및 사용 명령).

다음 차례는 누구입니까?

메모:일반적인 WiMAX 기지국은 약 +43dBm(20W)에서 방사하는 반면 이동국은 일반적으로 +23dBm(200mW)에서 전송합니다.

일부 국가의 위생 주거 구역에서 모바일 기지국(900 및 1800MHz, 모든 출처의 총 수준)에서 허용되는 방사선 수준은 크게 다릅니다.
우크라이나: 2.5µW/cm². (유럽에서 가장 엄격한 위생 기준)
러시아, 헝가리: 10µW/cm².
모스크바: 2.0µW/cm². (표준은 2009년 말까지 존재했습니다)
미국, 스칸디나비아 국가: 100 µW/cm².

러시아 연방의 무선 전화 사용자를 위한 모바일 무선 전화(MRT)의 임시 허용 레벨(TDU)은 10μW/cm²로 정의됩니다(섹션 IV - 이동식 육상 무선국 SanPiN 2.1.8 / 2.2.4.1190-03의 위생 요구 사항). .

미국에서는 FCC(Federal Communications Commission)에서 최대 SAR 수준이 1.6 W/kg을 초과하지 않는 셀룰러 장치에 대해 인증서를 발급합니다(또한 흡수된 방사능은 인체 조직의 1g으로 감소됨).

유럽에서는 비전리방사선방호위원회(ICNIRP)의 국제 지침에 따라 휴대전화의 SAR 값이 2W/kg(인체 조직 10g에 부여된 흡수된 방사능)을 초과해서는 안 됩니다.

보다 최근에는 영국에서 10W/kg 수준이 안전한 SAR 수준으로 간주되었습니다. 다른 나라에서도 비슷한 패턴이 관찰되었다. 표준에서 허용되는 최대 SAR 값(1.6 W/kg)은 "하드" 또는 "소프트" 표준에 안전하게 귀속될 수 없습니다. 미국과 유럽 모두에서 채택된 SAR 값을 결정하기 위한 표준입니다(문제의 휴대폰에서 나오는 마이크로파 방사에 대한 모든 규제는 열 효과, 즉 인체 조직의 가열과 관련된 것에만 기반합니다).

완전한 혼돈.

의학은 아직 질문에 대한 명확한 답변을 제공하지 않았습니다. 모바일 / WiFi는 얼마나 유해합니까? 마이크로웨이브 기술에 의한 무선 전기 전송은 어떻습니까?

여기서 전력은 와트와 마일이 아니라 이미 kW입니다 ...

링크, 사용된 문서, 사진 및 비디오:
"(JOURNAL OF RADIOELECTRONICS!" N 12, 2007 (우주 전기 - 태양열 우주 발전소, V. A. Banke)
"마이크로파 전자공학 - 우주 에너지 전망" V. Banke, Ph.D.
www.nasa.gov
www. whdi.org
www.defense.gov
www.witricity.com
www.ru.pinterest.com
www. raytheon.com
www. ausairpower.net
www. wikipedia.org
www.slideshare.net
www.homes.cs.washington.edu
www.dailywireless.org
www.digimedia.ru
www. powercoup.by
www.researchgate.net
www. proelectro.info
www.youtube.com

이것은 거의 2.5cm 거리에서 전선 없이 전구에 전원을 공급할 수 있는 간단한 회로입니다! 이 회로는 부스트 컨버터와 무선 전력 송신기 및 수신기 역할을 모두 수행합니다. 만들기가 매우 쉽고 완성되면 다양한 방법으로 사용할 수 있습니다. 시작하겠습니다!

1단계. 필요한 재료와 도구.

  1. NPN 트랜지스터. 나는 2N3904를 사용했지만 BC337, BC547 등과 같은 NPN 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. (모든 PNP 트랜지스터가 작동하므로 연결 극성에 주의하십시오.)
  2. 권선 또는 절연 전선. 약 3-4m의 전선이면 충분합니다(권선 전선, 매우 얇은 에나멜 절연이 있는 구리선). 변압기, 스피커, 모터, 계전기 등과 같은 대부분의 전자 장치의 전선이 작동합니다.
  3. 저항이 1kOhm 인 저항. 이 저항은 과부하 또는 과열 시 트랜지스터가 소손되지 않도록 보호하는 데 사용됩니다. 최대 4-5kΩ의 더 높은 저항 값을 사용할 수 있습니다. 저항을 사용하지 않을 수도 있지만 배터리가 더 빨리 소모될 위험이 있습니다.
  4. 발광 다이오드. 2mm 초고휘도 백색 LED를 사용했습니다. 모든 LED를 사용할 수 있습니다. 사실 여기서 LED의 목적은 회로의 상태를 보여주는 것뿐입니다.
  5. AA 사이즈 건전지, 1.5볼트. (트랜지스터를 손상시키지 않으려면 고전압 배터리를 사용하지 마십시오.)

필요한 도구:

1) 가위나 칼.

2) 납땜 인두(옵션). 납땜 인두가 없으면 간단히 전선을 비틀 수 있습니다. 납땜 인두가 없을 때 이것을했습니다. 납땜하지 않고 회로를 해보고 싶다면 환영합니다.

3) 라이터(옵션). 라이터를 사용하여 전선의 절연체를 태운 다음 가위나 칼을 사용하여 나머지 절연체를 긁어냅니다.

2단계: 비디오를 시청하여 방법을 확인하십시오.

3단계: 모든 단계를 짧게 반복합니다.

그래서 먼저 전선을 잡고 둥근 원통형 물체에 30바퀴를 감아 코일을 만들어야 합니다. 이 코일을 A라고 하자. 같은 둥근 물체로 두 번째 코일을 만들기 시작한다. 15번째 턴을 감은 후 와이어에서 루프 형태로 분기를 만든 다음 코일에 또 다른 15턴을 감습니다. 이제 두 개의 끝과 하나의 분기가 있는 코일이 있습니다. 이 코일을 B라고 부르겠습니다. 와이어가 저절로 풀리지 않도록 와이어 끝에 매듭을 묶습니다. 와이어 끝과 두 코일의 가지에 절연체를 태우십시오. 가위나 칼을 사용하여 단열재를 벗길 수도 있습니다. 두 코일의 직경과 회전 수가 동일한지 확인하십시오!

송신기 만들기: 트랜지스터를 가져와 평평한 면이 위를 향하고 자신을 향하도록 놓습니다. 왼쪽 핀은 이미 터에 연결되고 가운데 핀은 베이스 핀이 되며 오른쪽 핀은 컬렉터에 연결됩니다. 저항을 잡고 그 끝 중 하나를 트랜지스터의 기본 단자에 연결하십시오. 저항기의 다른 쪽 끝을 잡고 코일 B의 한 쪽 끝(탭이 아님)에 연결합니다. 코일 B의 다른 쪽 끝을 잡고 트랜지스터의 컬렉터에 연결합니다. 원하는 경우 트랜지스터의 이미터에 작은 와이어 조각을 연결할 수 있습니다(이것은 이미터의 확장으로 작동합니다).

수신기를 설정합니다. 수신기를 만들려면 코일 A의 끝을 LED의 다른 핀에 연결합니다.

당신은 청사진을 가지고 있습니다!

4단계: 개략도.

여기에서 연결의 개략도를 볼 수 있습니다. 다이어그램의 일부 기호를 모르더라도 걱정하지 마십시오. 다음 사진은 모든 것을 보여줍니다.

5단계. 회로 연결 도면.

여기에서 우리 회로의 연결에 대한 설명 그림을 볼 수 있습니다.

6 단계. 체계 사용.

코일 B의 한 가지를 배터리의 양극에 연결하기만 하면 됩니다. 배터리의 음극을 트랜지스터의 이미 터에 연결하십시오. 이제 LED 코일을 코일 B에 가까이 가져가면 LED가 켜집니다!

7단계. 이것은 과학적으로 어떻게 설명됩니까?

(나는 이 현상의 과학을 간단한 단어와 비유로 설명하려고 노력할 것이며, 내가 틀릴 수 있다는 것을 알고 있습니다. 이 현상을 제대로 설명하기 위해서는 모든 세부 사항에 들어가야 할 것입니다. 할 수 있으므로 체계를 설명하기 위해 유추를 일반화하고 싶습니다.)

방금 만든 송신기 회로는 오실레이터 회로입니다. 소위 Joule Thief 회로에 대해 들어보셨을 것입니다. 이 회로는 우리가 만든 회로와 놀라울 정도로 유사합니다. Joule Thief 회로는 1.5볼트 배터리에서 전력을 공급받아 더 높은 전압에서 전력을 출력하지만 그 사이에는 수천 번의 간격이 있습니다. LED를 켜는 데 3볼트만 필요하지만 이 회로에서는 1.5볼트 배터리로 충분히 켜질 수 있습니다. 따라서 Joule Thief 회로는 전압 부스트 컨버터 및 이미 터로도 알려져 있습니다. 우리가 만든 회로는 이미 터이자 전압 부스트 컨버터이기도 합니다. 그러나 "멀리서 LED를 켜는 방법"이라는 질문이 생길 수 있습니다. 이것은 유도 때문입니다. 이를 위해 예를 들어 변압기를 사용할 수 있습니다. 표준 변압기는 양쪽에 코어가 있습니다. 변압기 양쪽에 있는 와이어의 크기가 같다고 가정합니다. 하나의 코일에 전류가 흐르면 변압기 코일이 전자석이 됩니다. 교류가 코일을 통해 흐르면 정현파를 따라 전압 변동이 발생합니다. 따라서 코일에 교류 전류가 흐르면 전선은 전자석의 성질을 띠다가 전압이 떨어지면 다시 전자기력을 잃습니다. 와이어 코일은 전자석이 된 다음 자석이 두 번째 코일 밖으로 이동하는 것과 동일한 속도로 전자기 특성을 잃습니다. 자석이 와이어 코일을 통해 빠르게 움직이면 전기가 발생하므로 변압기의 한 코일의 진동 전압이 다른 와이어 코일에 전기를 유도하고 와이어 없이 한 코일에서 다른 코일로 전기가 전달됩니다. 우리 회로에서 코일의 코어는 공기이고 AC 전압이 첫 번째 코일을 통과하여 두 번째 코일에 전압이 발생하고 전구가 켜집니다!!

8단계. 개선을 위한 이점 및 팁.

그래서 우리 회로에서는 회로의 효과를 보여주기 위해 LED를 사용했습니다. 그러나 우리는 더 많은 것을 할 수 있습니다! 수신기 회로는 AC에서 전기를 얻으므로 형광등을 켜는 데 사용할 수 있습니다! 또한 우리의 계획을 사용하면 흥미로운 마술, 재미있는 선물 등을 할 수 있습니다. 결과를 극대화하기 위해 코일의 직경과 코일의 회전 수를 실험할 수 있습니다. 코일을 평평하게 하여 어떤 일이 일어나는지 볼 수도 있습니다! 가능성은 무궁무진합니다!!

9단계. 체계가 작동하지 않는 이유.

발생할 수 있는 문제와 해결 방법:

  1. 트랜지스터가 너무 뜨거워집니다!

솔루션: 올바른 크기의 저항을 사용했습니까? 처음에는 저항을 사용하지 않았고 트랜지스터에서 연기가 나기 시작했습니다. 그래도 해결되지 않으면 열 수축을 사용하거나 고급 트랜지스터를 사용하십시오.

  1. LED가 꺼져 있습니다!

해결책: 여러 가지 이유가 있을 수 있습니다. 먼저 모든 연결을 확인하십시오. 실수로 제 커넥션에서 베이스와 컬렉터를 바꿔서 큰 문제가 되었습니다. 따라서 먼저 모든 연결을 확인하십시오. 멀티미터와 같은 장치가 있는 경우 이를 사용하여 모든 연결을 확인할 수 있습니다. 또한 두 코일의 직경이 동일한지 확인하십시오. 네트워크에 단락이 있는지 확인하십시오.

다른 문제는 잘 모르겠습니다. 하지만 여전히 그들을 만나면 알려주세요! 제가 할 수 있는 모든 방법으로 도움을 드리도록 노력하겠습니다. 또한 저는 9학년 학생이고 과학 지식이 극히 제한되어 있으므로 저에게 잘못된 점이 있으면 알려주세요. 개선을 위한 제안을 환영합니다. 프로젝트에 행운을 빕니다!


인류는 많은 사람들에 따르면 가능성을 제한하고 완전히 자유롭게 행동하는 것을 허용하지 않기 때문에 전선을 완전히 거부하기 위해 노력합니다. 그리고 동력 전달의 경우에 그렇게 할 수 있다면 어떨까요? 이 리뷰에서이 질문에 대한 답을 찾을 수 있습니다. 이 리뷰는 작은 크기로 전선을 직접 연결하지 않고 전기를 전송할 수 있는 가능성을 나타내는 집에서 만든 디자인을 만드는 비디오에 전념합니다.

다음이 필요합니다.
- 작은 직경의 구리선, 길이 7m;
- 직경 4cm의 실린더;
- 손가락 배터리;
- 배터리 상자
- 10옴 저항;
- 트랜지스터 C2482;
- 발광 다이오드.


우리는 4m 길이의 와이어를 반으로 구부려 두 개의 와이어가 한쪽 끝에 남아 있고 구부러진 부분이 다른 쪽 끝에 있도록합니다.


우리는 하나의 와이어를 가져 와서 어떤 방향 으로든 구부리고 실린더에 감기 시작합니다.


중간에 도달하면 이중 기둥을 어느 방향 으로든 남겨두고 작은 조각이 남을 때까지 계속 감아 야합니다.


끝이 3개인 결과 링을 실린더에서 제거하고 절연 테이프로 고정해야 합니다.


이제 우리는 3m 길이의 두 번째 배선을 일반적인 방식으로 감습니다. 즉,이 경우 마지막 권선의 경우와 같이 세 개의 끝이 아니라 두 개의 끝이 필요합니다.


결과 링은 전기 테이프로 다시 고정됩니다.


와이어의 끝은 바니시 보호 층으로 덮여 있기 때문에 청소해야 합니다.


수제 조립 과정을 단순화하기 위해 저자의 연결 다이어그램을 제시합니다.


다이어그램은 3개의 출력이 있는 코일이 저항과 트랜지스터의 전원 공급 장치를 연결하도록 설계되었으며 두 끝이 있는 두 번째 코일에 LED를 부착해야 함을 보여줍니다.






이런 식으로 완전히 화려하고 흥미로운 수제 제품을 얻을 수 있으며 원하는 경우 회전 수를 추가하고 실험하여 업그레이드하고 더 강력하게 만들 수 있습니다. 또한 테스터 역할도 하는 LED 전구의 조명은 서로 가져오는 코일의 측면에 따라 달라집니다. 즉, 첫 번째 프레젠테이션에서 표시등이 켜지지 않으면 코일을 뒤집어 다시 시도해야 합니다.