Nawa'y ang puwersa ay nasa iyo at sa iyong mga device. Wireless charger

Ang sikat na Nikola Tesla ay nahuhumaling sa isang ideya. Naisip niya na ang kuryente ay maaaring maipadala nang wireless, sa pamamagitan ng hangin sa malalayong distansya, o sa tulong ng mga tore na nakaayos sa isang network (1). Hindi lahat ay naaayon sa plano, dahil ang kanyang paningin ay gumagamit ng labis na enerhiya. Ang mga ambisyon ni Tesla ay hindi natupad, ngunit ang teorya mismo ay hindi pinabulaanan.

Iminungkahi ng isang papel na inilathala noong Enero 2021 sa journal Nature na hindi nila namamalayan na mabuo nila ang nabigong itayo ni Tesla sa pagpasok ng ika-XNUMX at ika-XNUMX na siglo - isang "wireless power grid" na maaaring iakma para sa pag-charge. o pagpapagana ng mga maliliit na naka-embed na device sa sasakyan, bahay. , mga trabaho at pabrika.

Dahil umaasa ang 5G sa isang makakapal na network ng mga palo at antenna, posibleng ang parehong imprastraktura, na may kaunting pagbabago, ay makakapaghatid ng kapangyarihan sa maliliit na device. Gayunpaman, ang sistema ay magdurusa pa rin sa parehong problema na mayroon ang Tesla towers - mataas na pagkalugi ng enerhiya.

Idinisenyo para sa paggamit, maaari silang magdala ng parehong koneksyon sa internet at kuryente. Gumamit ang mga eksperimento ng mga bagong uri ng antenna para mapadali ang wireless charging. Sa lab, gumamit ang mga mananaliksik ng mga link na 5G para magpadala ng kuryente sa medyo maikling distansya na mahigit dalawang metro lang, ngunit inaasahan nila na ang susunod na bersyon ng kanilang device ay makakapagpadala ng 6 microwatts (6 millionths ng isang watt) sa layo na 180 metro. Ito ay hindi pa rin sapat. Hindi sapat na i-charge ang iyong telepono. Gayunpaman, maaari itong mag-charge o mag-power Mga aparatong IoT, mga sensor at alarma. Sa mga pabrika, daan-daang IoT sensor ang maaaring gamitin upang subaybayan ang mga bodega, hulaan ang mga pagkasira ng kagamitan, o subaybayan ang paggalaw ng mga bahagi sa isang linya ng produksyon.

Upang magbigay ng wireless power sa antas na ito, mast 5G sila ay dapat na hindi bababa sa 31 kW, na tumutugma sa sampung takure ng patuloy na kumukulong tubig. Bagama't ang mga pangamba na maaaring magdulot ng cancer ang 5G ay pinabulaanan ng mga siyentipiko, ang dami ng kapangyarihan na nagmumula sa mga palo ay maaaring mapanganib. Ang mga gumagamit ay dapat na hindi bababa sa 16 metro ang layo mula sa mga palo alinsunod sa mga regulasyon sa kaligtasan. Ang pamamaraan na ito ay nasa simula pa lamang.

Mga posibleng solusyon sa hinaharap, kung maaari lamang mga bagong antenna na may mas makitid at mas nakatutok na mga beam ay maaaring makabuluhang bawasan ang dami ng kapangyarihan na kailangan upang patakbuhin ang system. Kamakailan, isang grupo ng mga siyentipiko mula sa Georgia Institute of Technology ay bumuo ng isang maliit, 3D na naka-print na rectifier antennana maaaring mangolekta ng electromagnetic energy ng mga signal ng 5G network at gamitin ito sa pagpapagana ng mga device. Ang nababaluktot na antenna, na ang disenyo ay batay sa mga Rothman lens, ay maaaring mangolekta ng mga millimeter wave sa 28 GHz band. Enerhiya ng electromagnetic waves inililipat ito sa charger at ipinadala nang wireless sa, halimbawa, portable electronics o IoT modules.

Ang mga solusyong tulad ng mga inilarawan sa itaas ay sinusuri na sa ilang lugar sa buong mundo. Powerco, pangalawa sa pinakamalaki distributor ng kuryente sa New Zealand ay nagpi-pilot sa Emrod system, na gumagamit ng mga rectenna na kumukuha ng mga wave sa electromagnetic spectrum na tumutugma sa mga frequency gaya ng Wi-Fi o Bluetooth, at pagkatapos ay nagpapadala ng microwave electrical energy mula sa isang punto patungo sa isa pa (2). Kasabay nito, sinusubaybayan ng maliliit na laser ang mga rectifier antenna upang makita ang anumang mga hadlang sa pagitan ng mga relay point. "Nagawa namin ang teknolohiya upang magpadala ng kapangyarihan nang wireless sa malalayong distansya," sabi ni Greg Kushnir, tagapagtatag ng Emrod.

2. Paghahambing ng pag-install ng Emrod wireless power transmission system na may karaniwang transmission network

mga proyekto wireless power transmission naabot nila ang kalawakan sa mas malalayong distansya. Bilang ito ay naging kamakailan lamang, ang mahiwaga Mini shuttle X-37B ginagamit din ito ng Pentagon upang subukan ang mga teknolohiya para sa pagpapadala ng enerhiya sa distansya at ibigay ito sa iba't ibang mga aparato. Ang X-37B ay may espesyal na plato na may diameter na 30 sentimetro, na idinisenyo upang i-convert ang solar energy sa microwave energy. Iniulat na ang mga resulta ng eksperimento ng PRAM-FX ay lubhang nagulat sa mga siyentipiko. Ang kahusayan ng conversion ay mas mataas kaysa sa inaasahan.

Ano ang plano ng Pentagon? Gusto ng Army na wireless na magpadala ng napakalaking dami ng kapangyarihan mula sa orbit patungo sa Earth at pagkatapos ay sa buong mundo. Ang bentahe ng teknolohiyang ito ay kahit na ang pinakamasamang kondisyon ng panahon ay hindi natatakot dito. Nakikita ng mga siyentipiko ang aplikasyon nito hindi lamang sa mga base sa Mars o sa Buwan, kung saan posible na makagawa ng enerhiya sa isang lugar at pagkatapos ay ipadala ito sa mga malalayong base, kundi pati na rin sa Earth, halimbawa, upang maglipat ng enerhiya sa pagitan ng malalayong bagay.

Ngayon ang pentagon ay ginagawa. sasakyang pangkalawakan na tinatawag na Arachne i Solar system Helios. Ang barko ay nilagyan ng mga espesyal na solar plate at isang sistema para sa pagpapadala ng enerhiya sa mga orbiter, gayundin sa Earth. Dapat ipadala ang device sa kalawakan kasing aga ng 2023. Plano ng US Army na magtayo ng ilang solar farm sa Earth orbit sa 20s ng ika-XNUMX na siglo, kung saan posible na makagawa ng enerhiya at ipadala ito sa Earth o mga power space installation kasama nito.

Ang mga katulad na sakahan ay itatayo din sa orbit sa paligid ng Buwan at Mars, dahil kasangkot din ang NASA sa proyekto.

Induction o mga alon

Ang ibig sabihin ng "wireless charging" ay ang proseso nagcha-charge ng electric device at battery operated equipment nang hindi nangangailangan ng wired electrical connection. Sa pangkalahatan, may tatlong uri ng pag-charge: inductive, resonant, at radio.

inductive charging gumagamit ng pisikal na kababalaghan ng electromagnetic induction. Kapag ang alternating current ay dumadaan sa induction coil sa charging station, ang gumagalaw na electric charge ay lumilikha ng magnetic field na ang lakas ay nagbabago.

Ang alternating magnetic field na ito ay lumilikha ng alternating electric current sa induction coil ng charging device, na dumadaan naman sa rectifier. Ang direktang kasalukuyang sinisingil ang baterya o nagbibigay ng operating power. Ang konsepto ng inductive charging ay unang na-explore ng English physicist na si Michael Faraday noong 1831 at higit na pino ni Nikola Tesla.

Sa ngayon, ang pinakasikat na aplikasyon ng ganitong uri ng teknolohiya sa mundo ay ang Qi wireless charging standard para sa mga smartphone, smartwatches at tablet (3). Ginagamit din ang inductive charging sa mga sasakyan, power tool, electric toothbrush, at mga medikal na device. Maaaring ilagay ang mga portable na device malapit sa charging station o induction hob nang hindi nangangailangan ng tumpak na pagpoposisyon o electrical contact sa docking station o plug.

3. Wireless charger

Ang malalaking distansya sa pagitan ng transmitter at receiver coils ay maaaring makamit sa pamamagitan ng paggamit ng resonant inductive coupling sa isang inductive charging system kung saan ang isang capacitor ay idinaragdag sa bawat inductor upang bumuo ng dalawang circuit sa isang partikular na resonant frequency. Tugma sa dalas ng AC malagong dalasat ito ay pinili depende sa distansya na kinakailangan para sa maximum na pagganap.

Isa sa mga pinakatanyag na kumpanya sa industriyang ito ay Paglulunsad ng WiTricity kilala sa teknolohiyang wireless charging nito batay sa electromagnetic resonance. Ang mga solusyon ng kumpanya ay binubuo ng mga transmitters at receiver na mayroon sila mga magnetic antenna nakatutok sa parehong frequency, na nagbibigay-daan sa platform na mag-charge ng maraming device nang sabay-sabay.

Ang pangunahing layunin ng WiTricity ay upang magbigay ng kasangkapan sa mga de-koryenteng sasakyan sa sistemang ito. Nakipagsosyo ang WiTricity sa Toyota, na sumubok ng mga charging mat sa Prius hybrids, pati na rin sa Honda, Hyundai, Nissan, at GM. Gayunpaman, tanging ang 2018 BMW 530e iPerformance 2018e lamang ang unang modelo na may ganitong sistema na tumama sa merkado.

Wireless charger ang mga broadcast sa radyo ay nagpakita na ng makasaysayang balangkas na bumalik sa panahon ni Tesla. Ito ay batay sa isa pang pisikal na prinsipyo - ang paglipat ng enerhiya sa pamamagitan ng mga electromagnetic wave. Kasalukuyan itong nagpapatakbo sa mga low power band, bagama't nagpapatuloy pa rin ang gawaing pagpapaunlad.

Noong 2015, ang teknolohiya ng wireless microwave ay maaaring magpadala ng 1,8 kilowatts ng kapangyarihan sa layong 55 metro. Bukod dito, hindi ito naganap sa isang vacuum, ngunit sa ordinaryong kapaligiran ng Earth. Ginawa ito ng mga mananaliksik ng Hapon, at ito ay itinuturing na isang mahusay na tagumpay sa larangan ng paghahatid ng kuryente nang walang paggamit ng mga kable ng kuryente. Sa Japan, isinasagawa ang pananaliksik sa wireless power transmission sa malalayong distansya sa loob ng maraming taon. Mayroon ding mga kilalang plano para sa pagkuha ng enerhiya mula sa Araw sa tulong ng mahusay solar farm sa outer space.

Mga patent at pamantayan

Karamihan sa mahigit 2019 patent sa lugar na ito na nakabinbin sa 20-401 ay nasa China - 4 (XNUMX). Siyempre, ang mga korporasyong Amerikano tulad ng Qualcomm at Apple ay aktibong umuunlad din. bagong wireless charging na teknolohiya. Sa South Korea, aktibong nagtatrabaho ang Samsung at LG sa lugar na ito gamit ang kanilang mga flagship na smartphone ng serye ng Galaxy S at V, na sumusuporta sa wireless charging. Sa Japan, sa kabilang banda, ang diskarteng ito ay interesado sa mga higanteng automotive na Toyota at Nissan.

4. Nangunguna sa mga bansa sa bilang ng mga patent sa larangan ng wireless charging

Gayunpaman, upang maging malawak ang wireless charging, kailangan din ang mga internasyonal na pamantayan. Sa mga nakalipas na taon, dalawang pamantayan sa wireless charging ang lumitaw - Qi at Power Matters Alliance (PMA).

Gumagamit ang Qi ng saklaw na 100…205 kHz. Ayon sa Wireless Power Consortium, kasalukuyang mayroong higit sa 3700 Qi-certified device sa merkado na may kakayahang maghatid ng 5 hanggang 15 watts ng power sa mga mobile device.

Ginagamit ng PMA charging standard ang 277…357 kHz range. Kilala rin bilang pamantayan ng AirFuel Alliance, ang wireless na opsyong ito ay naghahatid ng hanggang 50 millimeters ng power, na nagbibigay-daan sa iyong gamitin ang iyong mga device habang nagcha-charge at nagbibigay-daan sa iyong mag-charge ng maraming device nang sabay-sabay.

Bagama't ang parehong mga pamantayang ito ay gumagamit inductive charging at may katulad na istraktura ng bahagi, hindi sila tugma. Ang mga device ay nangangailangan ng iba't ibang configuration upang suportahan ang PMA at Qi. Kasama sa maraming bagong device ang hardware na kinakailangan para magamit ang parehong mga pamantayan sa pagsingil. Nagbabago ang sitwasyon habang tila si Qi ang pumalit. Halimbawa, ang Powermat, isang founding member ng PMA consortium, ay lumipat sa Qi standard, na pinagtibay din ng Apple bilang isang wireless charging standard. Kabilang sa iba pang nangungunang tagagawa ng Qi ang Apple, Asus, HTC, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, NuCurrent, Samsung, BlackBerry, Xiaomi, at Sony.

Sa paghahanap ng kaginhawahan, pagganap at pagiging maaasahan

Tingnan natin ang mga solusyon na magagamit sa merkado o mga bagong binuo. Sinisikap ng mga tagagawa na gawing madaling gamitin ang ganitong uri ng device. Ang isang halimbawa ay Mga Countertop ng Shipyard, isa sa mga nangungunang tagagawa ng countertop sa UK, ay nag-aalok ng isang pamamaraan para sa pagsasama ng teknolohiya ng wireless charging sa ibabaw ng kanilang mga countertop. Ang simple at mahusay na modular system na ito ay gumagamit ng karaniwang SupaPowa Qi transmitter na nagbibigay-daan sa kasalukuyang daloy sa pagitan ng transmitter coil at ng receiver coil sa malapit.

Nagniningning ang moderno at naka-istilong table top kapag naka-charge ang device. Nag-aalok din ang tagagawa na maglagay ng isang disk na gawa sa magkakaibang materyal sa countertop, salamat sa kung saan ang lokasyon ng charging point ay malinaw na nakikita ng lahat ng mga gumagamit: araw at gabi.

Ang "FreePower" system ng Aira ay maaaring isama sa mga desk, desk, at dashboard para gawing mga charger na kayang paganahin ang maraming device nang sabay-sabay. Ang mga karaniwang contact charger ay mayroon puro lugar ng paglikona dapat na nakahanay sa smartphone upang ma-charge ito. Gumagamit ang mga surface na pinapagana ng Aira ng maraming coil sa surface at mga algorithm na sumusubaybay sa mga device na sinisingil.

Nagbibigay-daan ang Energous' WattUp(5) wireless charging system sa mga user na mag-charge ng mga smartphone, tablet at iba pang device sa parehong lugar ng platform. Gumagana ang WattUp nang katulad ng WiTricity (magnetic resonance imaging), ngunit naiiba sa Boston startup dahil gumagamit ang transmitter ng Bluetooth upang maghanap ng mga device na maaaring singilin gamit ang Energous app.

Isa sa pinakasikat sa world market ay Powermat technique (6), na tinatawag na SmartInducitve, batay sa magnetic induction, na nagpapahintulot sa paghahatid ng kuryente sa malalayong distansya, hanggang 40 cm, na sumusuporta sa wireless charging na may makabuluhang pagbabago (kahit na nakaposisyon sa isang anggulo), at angkop para sa pag-charge at pagpapagana ng mga device nang wireless sa pamamagitan ng mga dingding , sa malayo, sa malupit na mga kondisyon sa labas, sa ilalim ng tubig at kahit na sa mga kapaligiran na may mataas na antas ng metallicity.

Sa turn, ang Elix Wireless ay gumagawa ng mga high power na charger mula 1 hanggang 000 20 W para sa anumang application at mga pang-industriyang device. Ang kumpanya ay dalubhasa sa "magnetodynamic coupling" (MDC), na gumagamit ng isang pares ng umiikot na magnet sa parehong transmitter at receiver, na pinaghihiwalay ng isang air gap. Ang pag-ikot ng magnet sa unit ng transmitter ay nagiging sanhi ng pag-ikot ng magnet sa receiver nang sabay-sabay, na nagbibigay ng mahusay na paglipat ng kuryente na gumagawa ng mas kaunting init kaysa sa iba pang mga paraan ng induction.

Kung ikukumpara sa lahat ng mga solusyong inilarawan dito, ang produkto ng uBeam ay naiiba sa paggamit nito ng ultrasound para sa pagsingil. Ayon sa paglalarawan ng kumpanya sa teknolohiya, ang platform ay gumagana sa isang loudspeaker-like transmitter na naglalabas ng high-frequency na tunog sa hanay na 45 hanggang 75 kHz (hindi marinig ng mga tao at hayop). Pagkatapos ay gumagamit ito ng isang phased array antenna upang magpadala ng tunog sa isang parang mikropono na receiver na naka-mount sa isang device na nangangailangan ng power. Susunod enerhiya ng ultrasonic wave na-convert sa direktang kasalukuyang. Kapag nagcha-charge ang device, maaantala ang power transmission.

Mag-ingat sa mga banyagang katawan

Sa kabila ng patuloy na pag-unlad at pagpapabuti, ang mga paraan ng pagsingil na kasalukuyang ginagamit sa pagsasanay ay nagdudulot pa rin ng maraming problema. Tulad ng nabanggit sa isang kamakailang artikulo sa The New York Times, ang pag-charge sa isang iPhone XR gamit ang 12-watt wired charger ng Apple ay tumaas ng 38 porsiyento sa mga antas ng baterya sa loob ng 30 minuto, ngunit ang paggamit ng wireless charging station sa loob ng kalahating oras ay nagbunga lamang ng 24 porsiyentong singil.

Kaya ang resulta ay hindi masyadong kahanga-hanga. Bilang karagdagan, mas malayo ang receiver mula sa transmitter, mas kaunting enerhiya ang matatanggap nito mula sa pinagmulan. isang magnetic field. Bumababa ang kahusayan sa pag-charge hindi lamang sa pagtaas ng distansya, kundi dahil din sa isang "hindi pinakamainam" na posisyon. Bilang karagdagan, ang lahat ng mga paraan ng paglipat ng enerhiya ay bumubuo ng init. Ang wireless charging ay hindi mas mahusay, at sa ilang mga kaso ay maaaring maging mas problema, kaysa sa cable charging.

W wireless charger kailangan mong mag-ingat sa mga dayuhang bagay na malapit sa likid, lalo na kung ang mga ito ay gawa sa metal. Halimbawa, ang isang barya o hanay ng mga susi na hindi sinasadyang nailagay sa isang charger ay maaaring magsimulang maglipat ng enerhiya, na posibleng matunaw ang bagay at masira ang charger. Siyempre, may mga device na nagse-signal kapag ang mga dayuhang bagay ay hindi dapat naroroon, ngunit, tulad ng maaari mong hulaan, ang mga ito ay nagkakahalaga ng hindi bababa sa karaniwan.

Maaaring malutas ng kuryente ang iyong problema sa baterya

Tumindi ang laban para mapabuti ang mga hindi pa rin nakakabilib mga setting ng wireless charger. Ang mga kumpanya ay naghahanap ng mga paraan upang gawing mas maginhawa ang proseso ng pag-charge sa isang smartphone, upang ang telepono ay hindi kailangang malapit sa isang saksakan ng kuryente o tiyak na nakaposisyon sa ibabaw ng pag-charge. Noong 2019, ang kumpanyang Tsino na OPPO ay nag-alok ng mga modelo ng teleponong Reno Ace na gumagana sa isang 65W wireless charger, na nagpapahintulot sa baterya na ma-charge nang hanggang 100 porsyento.

sa loob ng 30 minuto. Simula noon, nagpatuloy ang kumpetisyon para sa pinakamataas na kapasidad ng pagsingil ng wired. Noong 2020, inanunsyo ng VIVO at Xiaomi ang 120W wired charging technology na makakapag-charge ng 4000mAh na baterya sa loob ng 20 minuto. Gayunpaman, ang mga device na ito ay hindi kasalukuyang magagamit sa merkado, tulad ng inihayag na 80-watt system ng Xiaomi.

Ang simula ng 2021 ay isang serye ng mga presentasyon ng mga long-distance charging system para sa mga mobile device na "walang mga wire at anumang charging stand." Iniharap ng OPPO ang solusyon nito sa unang pagkakataon. Sa demo na video, makikita natin na ang telepono ay nagcha-charge nang wireless, sa kabila ng pagtanggal sa kinatatayuan nito. Di-nagtagal pagkatapos ng pagtatanghal na ito, inihayag ng Chinese mula sa Xiaomi ang Mi Air Charge system. Pagkalipas ng ilang araw, noong Pebrero na, nagsagawa ang Motorola ng isang demonstrasyon remote charging station tinatawag na "Motorola One Hyper" (7). At ang Japanese company na Aeterlink ay nag-unveil ng isang Airplug device na inaangkin nitong makapagpapatakbo ng mga device hanggang 20 metro ang layo.

7. Pagtatanghal ng Motorola One Hyper system para sa pag-charge ng mga camera mula sa layo na halos isang metro

Noong Marso, inihayag ng Xiaomi ang higit pang mga detalye tungkol sa long-range charging technique nito. Nilagyan ang charger nito ng mga antenna na may kakayahang makita ang posisyon ng smartphone. Phase Control Matrix na binubuo ng 144 na antenna na direktang nagpapadala ng mga millimeter wave sa telepono sa pamamagitan ng beamforming. Kino-convert ng receiving antenna array ng 14 na antenna ang millimeter wave signal sa kuryente, na nagcha-charge sa telepono.

Sinabi ng kumpanya na "sa malapit na hinaharap" ang sistema ay makakagawa din sa mga matalinong relo, bracelet at iba pang mga naisusuot na device. Tulad ng para sa smartphone, nakabuo ang Xiaomi ng isang "signal antenna" at isang "dummy receiving antenna". Ang una ay nagpapadala ng impormasyon tungkol sa lokasyon.

Isa sa mga ideya sa wireless charging long distance wireless chargerna naka-screw sa saksakan ng lampara. Ito ay isang produkto na binuo ng kumpanyang Israeli na Wi-Charge. Ito ay ang paggamit ng infrared na ilaw upang magpadala ng kapangyarihan ng halos dalawang watts. Ipinakita ng kumpanya ang pamamaraan sa CES 2020 at nanalo ng isang innovation award. Ang ideya ay ang transmitter ay ikokonekta sa tradisyonal na mga pinagmumulan ng kapangyarihan ng sambahayan at iko-convert ang kuryente sa mga infrared laser beam. Iko-convert ng mga receiver na nakapaloob sa mga device ang ilaw na ito sa isang power source. Kasalukuyang inilalabas ng Wi-Charge ang solusyon nito para sa malayuang pag-charge ng mga security camera at smart shelf sa mga tindahan at warehouse sa U.S.

Kung nakinabang ang mga naisusuot na electronics mula sa malayuang wireless charging, sa isang network man tulad ng 5G o iba pang non-stop na teknolohiya, maaaring bawasan ang laki ng mga baterya, at sa ilang mga kaso, huwag gamitin. . Malulutas nito ang marami sa mga problemang kinakaharap ng sektor ng mga naisusuot ngayon.