Transmission de l'électricité par l'air. Nous effectuons la transmission d'électricité sans fil. Origines et exemples de systèmes sans fil

Principes de base de la charge sans fil

Transmission sans fil L'énergie électrique (WPT) nous donne une chance de nous débarrasser de la tyrannie des câbles électriques. Cette technologie imprègne désormais toutes sortes d'appareils et de systèmes. Jetons un coup d'œil à elle !

Manière sans fil

Le plus moderne bâtiments résidentiels et les bâtiments commerciaux sont alimentés par des réseaux courant alternatif. Les centrales électriques produisent de l'électricité CA qui est livrée aux maisons et aux bureaux en utilisant lignes à haute tension lignes de transmission et transformateurs abaisseurs.

L'électricité entre dans le tableau, puis le câblage électrique alimente en électricité les équipements et appareils que nous utilisons au quotidien : lampes, appareils de cuisine, chargeurs et ainsi de suite.

Tous les composants sont standardisés. Tout appareil évalué pour le courant et la tension standard fonctionnera à partir de n'importe quelle prise dans tout le pays. Bien que les normes différents pays et diffèrent les uns des autres, en particulier système électrique tout appareil fonctionnera à condition que les normes de ce système soient respectées.

Câble ici, câble là... La plupart de nos appareils électriques dispose d'un cordon d'alimentation secteur.

Technologie de transmission de puissance sans fil

Le transfert de puissance sans fil (WPT) permet d'appliquer la puissance à travers un entrefer sans avoir besoin de fils électriques. La transmission d'énergie sans fil peut fournir une alimentation CA aux batteries ou appareils compatibles sans connecteurs physiques ni fils. La transmission sans fil de l'énergie électrique peut fournir une charge téléphones portables et ordinateurs tablettes, sans pilote avion, voitures et autres équipements de transport. Il pourrait même rendre possible la transmission sans fil dans l'espace de l'électricité produite à partir de panneaux solaires.

La transmission sans fil de l'énergie électrique a commencé son développement rapide dans le domaine électronique grand public, en remplacement des chargeurs filaires. Le CES 2017 présentera de nombreux appareils utilisant la transmission d'énergie sans fil.

Cependant, le concept de transmission sans fil de l'énergie électrique est né vers les années 1890. Nikola Tesla dans son laboratoire de Colorado Springs pouvait allumer une ampoule sans fil en utilisant l'induction électrodynamique (utilisée dans un transformateur résonnant).

Trois ampoules ont été allumées, placées à 60 pieds (18 mètres) de la source d'alimentation, et la démonstration a été documentée. Tesla avait de grands projets, il espérait que sa tour Wardenclyffe, située à Long Island, transmettrait l'énergie électrique sans fil à travers l'océan Atlantique. Cela n'est jamais arrivé parce que problèmes divers y compris le financement et le calendrier.

La transmission sans fil de l'énergie électrique utilise les champs créés par les particules chargées pour transporter l'énergie à travers un espace d'air entre les émetteurs et les récepteurs. Trou d'air est court-circuité en convertissant l'énergie électrique en une forme qui peut être transmise dans l'air. L'énergie électrique est convertie en champ alternatif, transmise dans l'air, puis convertie par un récepteur en courant électrique utilisable. En fonction de la puissance et de la distance, l'énergie électrique peut être efficacement transmise à travers champ électrique, champ magnétique ou ondes électromagnétiques telles que les ondes radio, les rayonnements micro-ondes ou même la lumière.

Le tableau suivant répertorie technologies diverses transmission sans fil d'énergie électrique, ainsi que les formes de transmission d'énergie.

La recharge Qi, une norme ouverte pour la recharge sans fil

Alors que certaines des entreprises qui promettent la transmission d'énergie sans fil travaillent toujours sur leurs produits, la norme de charge Qi (prononcé "qi") existe déjà et les appareils qui l'utilisent sont déjà disponibles. Le Wireless Power Consortium (WPC), créé en 2008, a développé la norme Qi pour le chargement des batteries. Cette norme prend en charge les technologies de charge inductive et résonnante.

Dans la charge inductive, l'énergie électrique est transférée entre les inducteurs de l'émetteur et du récepteur situés à courte distance. Les systèmes inductifs nécessitent que les inducteurs soient à proximité et alignés les uns avec les autres; les appareils sont généralement en contact direct avec le chargeur. La charge par résonance ne nécessite pas d'alignement minutieux et les chargeurs peuvent détecter et charger un appareil jusqu'à 45 mm de distance ; ainsi les chargeurs résonnants peuvent être intégrés dans des meubles ou placés entre des étagères.

La présence du logo Qi signifie que l'appareil est enregistré et certifié par le Wireless énergie électromagnétique WPC.

Au début du Qi, la charge avait une petite puissance, environ 5 watts. Les premiers smartphones utilisant la recharge Qi sont apparus en 2011. En 2015, la puissance de charge Qi est passée à 15 W, ce qui permet charge rapide dispositifs.

La figure suivante de Texas Instruments montre ce que couvre la norme Qi.

Seuls les appareils répertoriés dans la base de données d'enregistrement Qi peuvent être garantis compatibles avec Qi. Il contient actuellement plus de 700 produits. Il est important de comprendre que les produits portant le logo Qi ont été testés et certifiés ; et les champs magnétiques utilisés par ces appareils ne causeront pas de problèmes pour les appareils sensibles tels que les téléphones portables ou les passeports électroniques. Les appareils enregistrés seront garantis de fonctionner avec des chargeurs enregistrés.

Physique de la transmission sans fil de l'énergie électrique

Transmission sans fil d'énergie électrique pour appareils électroménagers est une nouvelle technologie, mais les principes qui la sous-tendent sont connus depuis longtemps. Lorsque l'électricité et le magnétisme sont impliqués, les équations de Maxwell régissent toujours, et les émetteurs envoient de l'énergie aux récepteurs de la même manière que dans d'autres formes de communication sans fil. Cependant, la transmission d'électricité sans fil diffère d'eux dans le but principal, qui est la transmission de l'énergie elle-même, et non les informations qui y sont codées.

Les champs électromagnétiques impliqués dans la transmission sans fil de l'énergie électrique peuvent être assez forts et la sécurité humaine doit donc être prise en compte. Impacter un rayonnement électromagnétique peut causer des problèmes, et il est également possible que les champs générés par les émetteurs d'énergie électrique interfèrent avec le fonctionnement des dispositifs médicaux portables ou implantés.

Les émetteurs et récepteurs sont intégrés aux appareils de transmission sans fil d'énergie électrique au même titre que les batteries qui seront chargées par eux. Les schémas de conversion réels dépendront de la technologie utilisée. En plus de la transmission de puissance elle-même, le système WPT doit assurer la communication entre l'émetteur et le récepteur. Cela garantit que le récepteur peut informer le chargeur que la batterie est complètement chargée. La communication permet également à l'émetteur de détecter et d'identifier le récepteur pour ajuster la quantité d'énergie fournie à la charge, ainsi que de surveiller la température de la batterie, par exemple.

Dans la transmission sans fil d'énergie électrique, le choix du concept de champ proche ou de champ lointain est important. Les technologies de transmission, la quantité de puissance qui peut être transmise et les exigences de distance déterminent si un système utilisera le rayonnement en champ proche ou le rayonnement en champ lointain.

Les points pour lesquels la distance à l'antenne est nettement inférieure à une longueur d'onde se trouvent dans le champ proche. L'énergie dans la zone proche est non radiative et les oscillations des champs magnétique et électrique sont indépendantes l'une de l'autre. Le couplage capacitif (électrique) et inductif (magnétique) peut être utilisé pour transférer de l'énergie à un récepteur situé dans le champ proche de l'émetteur.

Les points pour lesquels la distance à l'antenne est supérieure à environ deux longueurs d'onde se trouvent dans la zone lointaine (il existe une région de transition entre les zones proche et lointaine). L'énergie dans le champ lointain est transmise sous forme de rayonnement électromagnétique conventionnel. Le transfert d'énergie dans le champ lointain est également appelé faisceau d'énergie. Des exemples de transmission en champ lointain sont des systèmes qui sont utilisés pour transmettre de la puissance sur de longues distances. lasers puissants ou rayonnement micro-ondes.

Où fonctionne la transmission d'énergie sans fil (WPT) ?

Toutes les technologies WPT font actuellement l'objet de recherches actives, dont une grande partie est axée sur la maximisation de l'efficacité du transfert de puissance et la recherche de technologies pour le couplage par résonance magnétique. De plus, les plus ambitieuses sont les idées d'équiper le WPT d'un système de pièces dans lesquelles une personne se trouvera, et les appareils portés par elle seront automatiquement chargés.

À l'échelle mondiale, les bus électriques deviennent la norme ; il est prévu d'introduire la recharge sans fil pour les emblématiques bus à impériale de Londres de la même manière que les systèmes de bus en Corée du Sud, dans l'État américain de l'Utah et en Allemagne.

Un système expérimental de drones alimentés sans fil a déjà été démontré. Et, comme mentionné précédemment, la recherche et le développement actuels se concentrent sur la perspective de répondre à certains des besoins énergétiques de la Terre grâce à l'utilisation de la transmission d'énergie sans fil et de panneaux solaires situés dans l'espace.

WPT fonctionne partout !

Conclusion

Alors que le rêve de Tesla de transmettre de l'énergie sans fil à n'importe quel consommateur est loin d'être réalisé, une pléthore d'appareils et de systèmes utilisent actuellement une forme de transmission d'énergie sans fil. Des brosses à dents aux téléphones portables, des voitures personnelles aux transport public, il existe de nombreuses applications pour la transmission sans fil d'énergie électrique.

Pendant de nombreuses années, les scientifiques ont été aux prises avec le problème de la minimisation frais d'électricité. Il existe différentes manières et propositions, mais la théorie la plus célèbre est la transmission sans fil de l'électricité. Nous proposons d'examiner comment il est réalisé, qui en est l'inventeur et pourquoi il n'a pas encore vu le jour.

Théorie

L'électricité sans fil est littéralement la transmission d'énergie électrique sans fil. Les gens comparent souvent la transmission sans fil de l'énergie électrique à la transmission d'informations, comme la radio, Téléphones portables, ou alors Accès Wi-Fi a l'Internet. La principale différence est que la transmission radio ou micro-ondes est une technologie visant à restaurer et à transporter exactement les informations, et non l'énergie initialement dépensée pour la transmission.

L'électricité sans fil est relativement nouvelle zone technologie, mais plutôt en développement dynamique. Des méthodes sont actuellement développées pour transférer efficacement et en toute sécurité l'énergie sur une distance sans interruption.

Comment fonctionne l'électricité sans fil

Le travail principal repose précisément sur le magnétisme et l'électromagnétisme, comme c'est le cas pour la radiodiffusion. Chargeur sans fil, également appelée charge inductive, repose sur plusieurs principes simples travail, en particulier, la technologie nécessite deux bobines. Un émetteur et un récepteur qui génèrent ensemble un champ magnétique alternatif ne courant continu. À son tour, ce champ provoque une tension dans la bobine réceptrice ; il peut être utilisé pour la nourriture appareil mobile ou charge de la batterie.

Si vous dirigez un courant électrique à travers un fil, un champ magnétique circulaire est créé autour du câble. Malgré le fait que le champ magnétique affecte à la fois la boucle et la bobine, il se manifeste le plus fortement sur le câble. Lorsque vous prenez une deuxième bobine de fil qui n'est pas traversée par un courant électrique et que vous placez la bobine dans le champ magnétique de la première bobine, le courant électrique de la première bobine sera transmis à travers le champ magnétique et à travers la seconde bobine, créant un couplage inductif.

Prenons l'exemple d'une brosse à dents électrique. Dans celui-ci, le chargeur est connecté à une prise qui envoie un courant électrique à un fil torsadé à l'intérieur chargeur qui crée un champ magnétique. Il y a une deuxième bobine à l'intérieur de la brosse à dents, lorsque le courant commence à circuler et, grâce au champ magnétique formé, la brosse commence à se charger sans être directement connectée à l'alimentation 220 V.

Histoire

Transmission d'énergie sans fil comme alternative à la transmission et à la distribution lignes électriques, a été proposé et démontré pour la première fois par Nikola Tesla. En 1899, Tesla a présenté une transmission sans fil pour alimenter un champ de lampes fluorescentes situé à vingt-cinq miles d'une source d'alimentation sans l'utilisation de fils. Mais à cette époque, il était moins cher de faire du câblage à partir de fils de cuivre 25 miles plutôt que de construire les groupes électrogènes spéciaux requis par l'expérience de Tesla. Il n'a jamais obtenu de brevet et l'invention est restée dans les bacs de la science.

Alors que Tesla a été la première personne à pouvoir démontrer possibilités pratiques communication sans fil en 1899, aujourd'hui, il y a très peu d'appareils en vente, ce sont des brosses pour casque sans fil, des chargeurs de téléphone et plus encore.

Technologie sans fil

La transmission d'énergie sans fil implique la transmission d'énergie électrique ou de puissance sur une distance sans fil. Ainsi, la technologie de base repose sur les concepts d'électricité, de magnétisme et d'électromagnétisme.

Magnétisme

il force fondamentale nature qui pousse certains types de matériaux à s'attirer ou à se repousser. le seul aimants permanents considérés comme les pôles de la terre. Le flux de courant dans la boucle génère des champs magnétiques qui diffèrent des champs magnétiques oscillants par la vitesse et le temps nécessaires pour générer un courant alternatif (AC). Les forces qui apparaissent dans ce cas sont indiquées dans le diagramme ci-dessous.

L'électromagnétisme est l'interdépendance des champs électriques et magnétiques alternatifs.

Induction magnétique

Si une boucle conductrice est connectée à une source d'alimentation CA, elle générera un champ magnétique oscillant dans et autour de la boucle. Si la deuxième boucle conductrice est suffisamment proche, elle captera une partie de cette oscillation champ magnétique, qui à son tour génère ou induit un courant électrique dans la seconde bobine.

Vidéo: comment se passe la transmission sans fil de l'électricité

Ainsi, il arrive transmission électrique puissance d'un cycle ou d'une bobine à l'autre, ce qu'on appelle l'induction magnétique. Des exemples d'un tel phénomène sont utilisés dans les transformateurs électriques et les générateurs. Ce concept est basé sur les lois induction électromagnétique Faraday. Là, il prétend que quand il y a un changement Flux magnétique, connecté à la bobine EMF induite dans la bobine, alors la valeur est égale au produit du nombre de spires de la bobine et du taux de variation du flux.

embrayage de puissance

Cette partie est nécessaire lorsqu'un appareil ne peut pas transmettre l'alimentation à un autre appareil.

Un lien magnétique est généré lorsque le champ magnétique d'un objet est capable d'induire un courant électrique avec d'autres appareils à sa portée.

Deux dispositifs sont dits couplés mutuellement par induction ou couplés magnétiquement lorsqu'ils sont conçus de telle sorte qu'un changement de courant se produit lorsqu'un fil induit une tension aux extrémités de l'autre fil par induction électromagnétique. Ceci est dû à l'inductance mutuelle

Technologie

Les deux dispositifs, mutuellement couplés inductivement ou couplés magnétiquement, sont conçus de sorte que la variation de courant lorsqu'un fil induit une tension aux extrémités de l'autre fil est produite par induction électromagnétique. Cela est dû à l'inductance mutuelle.
Le couplage inductif est préféré en raison de sa capacité à fonctionner sans fil ainsi que de sa résistance aux chocs.

Le couplage inductif résonnant est une combinaison de couplage inductif et de résonance. En utilisant le concept de résonance, vous pouvez faire fonctionner deux objets en fonction des signaux de l'autre.

Comme vous pouvez le voir sur le schéma ci-dessus, la résonance fournit l'inductance de la bobine. Le condensateur est connecté en parallèle à l'enroulement. L'énergie va et vient entre le champ magnétique entourant la bobine et champ électrique autour du condenseur. Ici, les pertes de rayonnement seront minimes.

Il y a aussi le concept de communication ionisée sans fil.

C'est également faisable, mais ici, vous devez faire un peu plus d'efforts. Cette technique existe déjà dans la nature, mais il n'y a guère de raison de la mettre en œuvre, car elle nécessite un champ magnétique élevé, à partir de 2,11 M/m. Il a été développé par le brillant scientifique Richard Volras, le développeur du générateur de vortex, qui envoie et transmet de l'énergie thermique sur de grandes distances, notamment à l'aide de collecteurs spéciaux. L'exemple le plus simple d'une telle connexion est la foudre.

Avantages et inconvénients

Bien sûr, cette invention a ses avantages par rapport aux méthodes câblées, et ses inconvénients. Nous vous invitons à les considérer.

Les avantages incluent :

1. Absence totale de fils ;
2. Aucune alimentation nécessaire ;
3. Le besoin d'une batterie est éliminé;
4. L'énergie est transférée plus efficacement;
5. Beaucoup moins d'entretien requis.

Les inconvénients incluent les suivants :

• La distance est limitée;
• les champs magnétiques ne sont pas si sûrs pour les humains ;
• la transmission sans fil de l'électricité, à l'aide de micro-ondes ou d'autres théories, est pratiquement impossible à la maison et de vos propres mains;
• coût d'installation élevé.

Nourrir de manière immatérielle appareils électroménagers, libéré de fils électriques, pas la première fois exciter les esprits des inventeurs. Mais à l'heure actuelle, des experts sont venus apprendre aux aspirateurs en série, aux lampadaires, aux téléviseurs, aux voitures, aux implants, aux robots mobiles et aux ordinateurs portables à recevoir efficacement et en toute sécurité le courant d'une source sans fil.

Récemment, une équipe de scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT), dirigée par Marin Soljačic, a fait un pas de plus vers la transformation de la technologie de l'électricité sans fil d'un « focus » de laboratoire en une technologie adaptée à la réplication. De manière tout à fait inattendue, ils ont découvert un effet qui permet d'augmenter l'efficacité de la transmission. Mais avant de parler d'une nouvelle expérience, il convient de faire une digression.

Dans ce cas, un champ magnétique proche est utilisé comme vecteur d'énergie, oscillant à une fréquence élevée de plusieurs mégahertz. Le transfert nécessite deux bobines magnétiques accordées à la même fréquence de résonance. Les scientifiques comparent le transfert d'énergie entre eux à la destruction d'un gobelet en verre résonnant lorsqu'il "entend" un son d'une fréquence strictement définie.

Bobines magnétiques idéalisées (sur cette figure) ( jaune), entourés de leurs champs (rouge et bleu), se transfèrent de l'énergie à une distance D plusieurs fois supérieure à la taille des bobines elles-mêmes. C'est ce que les scientifiques appellent le couplage magnétique résonnant (ou couplage) - Resonant Magnetic Coupling (illustration WiTricity).

Grâce à l'interaction des bobines, on obtient ce qu'on a appelé "l'électricité sans fil" (WiTricity). D'ailleurs, le mot est marque déposée, qui appartient à la société du même nom, fondée par Soljacic et plusieurs de ses collègues du MIT. La société indique que ce terme applicable uniquement à sa technologie et aux produits basés sur celle-ci. Une grande demande est de ne pas utiliser "whitecity" comme synonyme de transmission d'énergie sans fil en général.

Les inventeurs demandent également de ne pas confondre WiTricity avec la transmission d'énergie par ondes électromagnétiques: ils disent, nouvelle méthode- "non rayonnant".

Et quelques "non" plus importants indiqués par les créateurs. WiTricity n'est pas un analogue d'un transformateur avec des enroulements séparés de plusieurs mètres (ce dernier dans ce cas cesse de fonctionner). Ce n'est pas une électrique améliorée Brosse à dents: bien qu'elle sache charger sans contact électrique, mais nécessite toujours un placement dans une "station d'accueil" pour rapprocher les bobines inductives d'émission et de réception d'une distance d'un millimètre. Whitecity n'est pas un micro-ondes capable de faire frire un objet vivant, car le champ magnétique pulsé fonctionnant dans le système WiTricity n'affecte pas une personne. Enfin, "Wireless Electricity" n'est même pas la "mystérieuse et terrible" tour Tesla (Wardenclyffe Tower), avec laquelle le grand inventeur entendait démontrer la transmission d'énergie sur une longue distance.

Marin et ses collègues ont mené leur première expérience de transmission d'énergie sans fil en utilisant la méthode WiTricity vers une ampoule de 60 watts, à plus de deux mètres de la source, en 2007. L'efficacité était faible - environ 40%, mais même dans ce cas, les inventeurs ont souligné un avantage tangible de la nouveauté - la sécurité.

Le champ appliqué dans le système est 10 mille fois plus faible que celui qui règne au cœur du scanner d'imagerie par résonance magnétique. Ainsi, ni les organismes vivants, ni les implants médicaux, ni les stimulateurs cardiaques et autres équipements sensibles de ce type, ni l'électronique grand public ne peuvent ressentir l'effet de ce champ.

Les principaux auteurs de WiTricity sont Marin Soljacic (à gauche), Aristeidis Karalis et John Joannopoulos. À droite : diagramme schématique de WiTricity. La bobine émettrice (à gauche) est branchée dans la prise. Réception - connecté au consommateur. Les lignes de champ magnétique de la première bobine (bleue) sont capables de se plier autour d'obstacles conducteurs relativement petits (et elles ne remarquent pas du tout le bois, le tissu, le verre, le béton ou une personne), transférant avec succès l'énergie (lignes jaunes) au récepteur bague (photo MIT / Donna Coveney, illustration WiTricity).

Maintenant, Soljacic et ses associés ont découvert que l'efficacité du système WiTricity est affectée non seulement par la taille, la géométrie et le réglage des bobines, ainsi que par la distance entre elles, mais aussi par le nombre de consommateurs. Paradoxalement, à première vue, cependant, deux appareils récepteurs placés à une distance de 1,6 à 2,7 mètres de part et d'autre de "l'antenne" émettrice affichaient 10% meilleure efficacité que si la connexion s'effectuait uniquement entre une source et le consommateur, comme c'était le cas dans les expérimentations précédentes.

De plus, l'amélioration a été tracée quelle que soit l'efficacité pour les paires émetteur-récepteur séparément. Les scientifiques ont suggéré qu'avec l'ajout de nouveaux consommateurs, l'efficacité augmenterait encore, bien que l'on ne sache pas encore de combien. (Les détails de l'expérience sont divulgués dans Applied Physics Letters.)

La bobine émettrice de la nouvelle expérience avait une surface de 1 mètre carré, et salles de réception - seulement 0,07 m 2 chacune. Et c'est aussi intéressant : l'encombrement des "récepteurs" dans Expériences précedentes a remis en cause la volonté des fabricants d'équipements d'équiper leurs équipements de tels systèmes - on n'aimerait guère un ordinateur portable auto-rechargeable, dont le bloc WiTricity est de taille comparable à l'ordinateur lui-même.

A gauche : 1 - un circuit spécial convertit le courant alternatif ordinaire en haute fréquence, il alimente la bobine émettrice, ce qui crée un champ magnétique oscillant. 2 - la bobine réceptrice de l'appareil consommateur doit être réglée sur la même fréquence. 3 - la connexion résonnante entre les bobines transforme le champ magnétique en un courant électrique qui alimente l'ampoule.
À droite : selon les auteurs du système, une seule bobine au plafond peut fournir de l'énergie à tous les appareils et appareils de la pièce - de plusieurs lampes et d'un téléviseur à un ordinateur portable et un lecteur DVD (illustré par WiTricity).

Mais l'essentiel est que l'effet d'amélioration de l'efficacité globale tout en travaillant avec plusieurs consommateurs signifie le feu vert pour le rêve bleu de Soljachich - une maison remplie d'une variété d'appareils alimentés par des "émetteurs non rayonnants" invisibles cachés dans les plafonds ou les murs de chambres.

Ou peut-être pas seulement dans les chambres, mais aussi dans le garage ? Bien sûr, vous pouvez recharger une voiture électrique et de la manière habituelle. Mais la beauté de WiTricity est que vous n'avez pas besoin de connecter quoi que ce soit n'importe où et même de vous en souvenir - théoriquement, la voiture elle-même peut être apprise à son arrivée au garage (ou sur le parking de l'entreprise) pour envoyer une "demande" au système et alimenter la batterie à partir d'une bobine magnétique posée dans le sol.

Soit dit en passant, dans certaines expériences, les spécialistes de WiTricity ont augmenté la puissance de transmission à trois kilowatts (et nous avons commencé, rappelons-le, avec une ampoule de 60 watts). L'efficacité varie en fonction de l'ensemble des paramètres, cependant, selon la société, avec des bobines suffisamment proches, elle peut dépasser 95%.

Il n'est pas difficile de deviner qu'une méthode prometteuse de transmission d'électricité sur plusieurs mètres sans fil et la nécessité de viser une sorte de «faisceaux de puissance» devraient intéresser un large éventail d'entreprises. Certains travaillent déjà seuls dans ce sens.

Par exemple, à partir des principes justifiés et testés par Soljacic et ses collègues, Intel développe actuellement sa modification de la transmission de puissance résonnante - Wireless Resonant Energy Link (WREL). En 2008, l'entreprise a réalisé dans ce domaine résultat brillant, démontrant un transfert de courant "magnétique" avec un rendement de 75 %.

L'un des prototypes Intel WREL qui transmet sans fil la puissance (avec le signal audio) d'un lecteur MP3 à un petit haut-parleur (photo de gizmodo.com).

Des expériences propres, reproduisant les expériences des physiciens du Massachusetts Technological Institute, sont maintenant mises en scène par Sony.

Cependant, Soljacic est convaincu que son innovation ne sera pas perdue parmi les produits de ses concurrents. Après tout, ce sont les découvreurs de la technologie qui en ont le plus bourré les cônes et qui sont prêts pour son étude approfondie et son amélioration. Disons que même la mise en place d'une paire de bobines n'est pas aussi simple qu'il n'y paraît à première vue. Le scientifique a effectué des expériences en laboratoire pendant plusieurs années consécutives avant de construire un système qui fonctionne vraiment de manière fiable.

Démonstration d'un écran LCD alimenté par le premier prototype du kit ménager WiTricity. La bobine émettrice est au sol, la bobine réceptrice est sur la table (photo de WiTricity).

"Wireless Electricity", selon ses auteurs, a été initialement conçu comme un produit OEM. Par conséquent, à l'avenir, nous pouvons nous attendre à l'apparition de cette technologie dans les produits d'autres sociétés.

Et un ballon d'essai vers les consommateurs potentiels a déjà été lancé. En janvier, lors du CES 2010 à Las Vegas, la société chinoise Haier a présenté le premier téléviseur HDTV entièrement sans fil au monde. Non seulement le signal vidéo du lecteur a été transmis à son écran par voie aérienne (pour lequel la norme Wireless Home Digital Interface, qui est officiellement née un mois plus tôt), a également été utilisée, mais également l'alimentation électrique. Ce dernier a été fourni précisément par la technologie WiTricity.

Et l'entreprise de Soljachich négocie avec les fabricants de meubles pour installer des bobines dans les tables et les murs des armoires. La première annonce de produit en série du partenaire WiTricity est attendue d'ici la fin de 2010.

En général, les experts prédisent l'apparition de véritables best-sellers sur le marché - de nouveaux produits avec un récepteur WiTricity intégré. Et personne ne peut encore dire avec certitude de quel genre de choses il s'agira.

Haier est l'un des plus grands fabricants mondiaux d'électronique grand public. Sans surprise, ses ingénieurs se sont intéressés à la possibilité de connecter Technologies les plus récentes transmission de signal HDTV sans fil et alimentation sans fil, et a même réussi à être le premier à montrer un tel appareil en action (photos engadget.com, gizmodo.com).

Curieusement, l'histoire de WiTricity a commencé il y a plusieurs années par une série de réveils malheureux de Marin. Plusieurs fois au cours du mois, il a été réveillé par le signal d'un téléphone déchargé, demandant de la "nourriture". Oubliant de connecter à temps le téléphone portable à la prise, le scientifique s'étonne : n'est-ce pas drôle que le téléphone se trouve à quelques mètres de réseau électrique mais incapable de recevoir cette énergie. Après un nouveau réveil à trois heures du matin, Soljacic s'est dit : ce serait bien si le téléphone pouvait se recharger tout seul.

Notez que nous ne parlions pas tout de suite d'une nouvelle version des "tapis" pour charger les appareils de poche. De tels systèmes ne fonctionnent que si l'appareil est placé directement sur le «tapis», et ce n'est pas mieux pour les oublieux que la nécessité de simplement brancher les fils dans la prise. Non, le téléphone devait recevoir de l'électricité n'importe où dans la pièce, ou même dans l'appartement, et peu importe si vous l'avez laissé sur une table, un canapé ou un rebord de fenêtre.

Ici, l'induction électromagnétique habituelle, les faisceaux micro-ondes dirigés et les lasers infrarouges "prudents" ne convenaient pas. Marin a pris la recherche d'autres options. Il aurait difficilement pu penser alors qu'au bout d'un moment, un téléphone bipeur et "affamé" le conduirait à créer propre compagnie et l'émergence de technologies susceptibles de « faire la une » et, surtout, d'intéresser des partenaires industriels.

Nous ajoutons que les principes, l'histoire et l'avenir de WiTricity parlaient autrefois en détail Directeur exécutif Société Eric Giler (Eric Giler).

Il s'agit d'un circuit simple qui permet d'alimenter une ampoule sans aucun fil, à une distance de près de 2,5 cm ! Ce circuit agit à la fois comme convertisseur élévateur et comme émetteur et récepteur de puissance sans fil. Il est très simple à réaliser et, s'il est amélioré, vous pouvez utiliser différentes façons. Alors, commençons!

Étape 1. Matériel nécessaire et outils.

1. Transistor NPN. J'ai utilisé 2N3904 mais vous pouvez utiliser n'importe quel transistor NPN comme BC337, BC547 etc. (Tout transistor PNP fonctionnera, faites juste attention à la polarité des connexions.)
2. Fil bobiné ou isolé. Environ 3-4 mètres de fil devraient suffire (fils de bobinage, juste fils de cuivre avec isolation en émail très fine). Convient aux fils de la plupart appareils électroniques tels que transformateurs, haut-parleurs, moteurs électriques, relais, etc.
3. Résistance avec une résistance de 1 kOhm. Cette résistance servira à protéger le transistor d'un grillage en cas de surcharge ou de surchauffe. Vous pouvez utiliser des valeurs de résistance plus élevées jusqu'à 4-5 kΩ. Il est possible de ne pas utiliser de résistance, mais il y a un risque que la batterie se décharge plus rapidement.
4. Diode électro-luminescente. J'ai utilisé une LED blanche ultra brillante de 2 mm. Vous pouvez utiliser n'importe quelle LED. En fait, le but de la LED ici est uniquement de montrer la santé du circuit.
5. Pile de taille AA, 1,5 volts. (N'utilisez pas de piles haute tension si vous ne voulez pas endommager le transistor.)

Outils requis :

1) Des ciseaux ou un couteau.

2) Fer à souder (facultatif). Si vous n'avez pas de fer à souder, vous pouvez simplement tordre les fils. Je l'ai fait quand je n'avais pas de fer à souder. Si vous souhaitez essayer le circuit sans soudure, vous êtes le bienvenu.

3) Briquet (facultatif). Nous utiliserons un briquet pour brûler l'isolant sur le fil, puis nous utiliserons des ciseaux ou un couteau pour gratter l'isolant restant.

Étape 2 : Regardez la vidéo pour voir comment.

Étape 3 : Brève répétition de toutes les étapes.

Donc, il faut tout d'abord prendre les fils, et faire une bobine en enroulant 30 tours autour d'un objet cylindrique rond. Appelons cette bobine A. Avec le même objet rond, commencez à faire la deuxième bobine. Après avoir enroulé le 15ème tour, créez une branche en forme de boucle à partir du fil puis enroulez encore 15 tours sur la bobine. Alors maintenant, vous avez une bobine avec deux extrémités et une branche. Appelons cette bobine B. Faites des nœuds aux extrémités des fils afin qu'ils ne se déroulent pas tout seuls. Brûlez l'isolant aux extrémités des fils et sur la branche des deux bobines. Vous pouvez également utiliser des ciseaux ou un couteau pour dénuder l'isolant. Assurez-vous que les diamètres et le nombre de spires des deux bobines sont égaux !

Construisez l'émetteur : prenez le transistor et placez-le avec le côté plat vers le haut et face à vous. La broche de gauche sera connectée à l'émetteur, la broche du milieu sera la broche de base et la broche de droite sera connectée au collecteur. Prenez une résistance et connectez une de ses extrémités à la borne de base du transistor. Prenez l'autre extrémité de la résistance et connectez-la à une extrémité (pas la prise) de la bobine B. Prenez l'autre extrémité de la bobine B et connectez-la au collecteur du transistor. Si vous le souhaitez, vous pouvez connecter un petit morceau de fil à l'émetteur du transistor (cela fonctionnera comme une extension de l'émetteur.)

Configurez le récepteur. Pour créer un récepteur, prenez la bobine A et attachez ses extrémités à différentes broches de votre LED.

Vous avez le plan !

Étape 4 : Diagramme schématique.

Ici on voit schéma notre connexion. Si vous ne connaissez pas certains symboles sur le diagramme, ne vous inquiétez pas. Les photos suivantes montrent tout.

Étape 5. Dessin des connexions du circuit.

Nous voyons ici un dessin explicatif des connexions de notre circuit.

Étape 6. Utilisation du schéma.

Prenez simplement une branche de la bobine B et connectez-la à l'extrémité positive de la batterie. Connectez le pôle négatif de la batterie à l'émetteur du transistor. Maintenant, si vous rapprochez la bobine LED de la bobine B, la LED s'allume !

Étape 7. Comment cela est-il expliqué scientifiquement ?

(Je vais juste essayer d'expliquer la science de ce phénomène en termes simples et analogies, et je sais que je peux me tromper. Afin d'expliquer correctement ce phénomène, je vais devoir rentrer dans tous les détails, ce que je ne suis pas capable de faire, donc je veux juste faire une analogie générale pour expliquer le circuit).

Le circuit émetteur que nous venons de créer est le circuit oscillateur. Vous avez peut-être entendu parler du circuit dit Joule Thief, et il présente une ressemblance frappante avec le circuit que nous avons créé. Le circuit Joule Thief est alimenté par une batterie de 1,5 volt, délivre une puissance à une tension plus élevée, mais avec des milliers d'intervalles entre eux. La LED n'a besoin que de 3 volts pour s'allumer, mais dans ce circuit, elle peut très bien s'allumer avec une pile de 1,5 volt. Ainsi, le circuit Joule Thief est connu comme un convertisseur élévateur de tension et aussi comme un émetteur. Le circuit que nous avons créé est également un émetteur et un convertisseur élévateur de tension. Mais la question peut se poser : "Comment allumer une LED à distance ?" Cela est dû à l'induction. Pour ce faire, vous pouvez, par exemple, utiliser un transformateur. Un transformateur standard a un noyau des deux côtés. Supposons que le fil de chaque côté du transformateur est de taille égale. Lorsqu'un courant électrique traverse une bobine, les bobines du transformateur deviennent des électroaimants. Si un courant alternatif traverse la bobine, les fluctuations de tension se produisent le long d'une sinusoïde. Par conséquent, lorsqu'un courant alternatif traverse la bobine, le fil prend les propriétés d'un électroaimant, puis perd à nouveau son électromagnétisme lorsque la tension chute. La bobine de fil devient un électro-aimant et perd alors son caractéristiques électromagnétiquesà la même vitesse que l'aimant sort de la deuxième bobine. Lorsque l'aimant se déplace rapidement à travers la bobine de fil, de l'électricité est générée, de sorte que la tension oscillante d'une bobine sur le transformateur induit de l'électricité dans l'autre bobine de fil, et l'électricité est transférée d'une bobine à une autre sans fils. Dans notre circuit, le noyau de la bobine est de l'air, et une tension alternative traverse la première bobine, provoquant ainsi une tension dans la seconde bobine et allumant les ampoules !!

Étape 8. Avantages et conseils d'amélioration.

Donc, dans notre circuit, nous avons juste utilisé une LED pour montrer l'effet du circuit. Mais nous pourrions faire plus ! Le circuit du récepteur tire son électricité du courant alternatif, nous pourrions donc l'utiliser pour allumer des lampes fluorescentes ! De plus, avec notre schéma, vous pouvez faire des tours de magie intéressants, des cadeaux amusants, etc. Pour maximiser les résultats, vous pouvez expérimenter le diamètre des bobines et le nombre de tours sur les bobines. Vous pouvez également essayer d'aplatir les bobines et voir ce qui se passe ! Les possibilités sont infinies!!

Étape 9. Raisons pour lesquelles le programme peut ne pas fonctionner.

Quels problèmes vous pouvez rencontrer et comment vous pouvez les résoudre :

1. Le transistor chauffe trop !

Solution : Avez-vous utilisé la bonne taille de résistance ? Je n'ai pas utilisé la résistance la première fois et le transistor a commencé à fumer. Si cela ne vous aide pas, essayez d'utiliser un thermorétractable ou utilisez un transistor de qualité supérieure.

1. La LED est éteinte !

Solution : Il peut y avoir plusieurs raisons. Tout d'abord, vérifiez toutes les connexions. J'ai accidentellement changé de base et de collecteur dans ma connexion et c'est devenu gros problème pour moi. Alors, vérifiez d'abord toutes les connexions. Si vous avez un appareil tel qu'un multimètre, vous pouvez l'utiliser pour vérifier toutes les connexions. Assurez-vous également que les deux bobines ont le même diamètre. Vérifiez s'il y a un court-circuit dans votre réseau.

Je ne suis pas au courant d'autres problèmes. Mais si vous les rencontrez encore, faites-le moi savoir ! Je vais essayer d'aider de toutes les manières possibles. De plus, je suis un élève de la 9e année de l'école et mon savoir scientifique sont extrêmement limités, donc si vous trouvez des erreurs en moi, s'il vous plaît faites le moi savoir. Les suggestions d'amélioration sont plus que bienvenues. Bonne chance pour votre projet!

Découverte par André Marie Ampère en 1820, la loi d'interaction des courants électriques a jeté les bases du développement ultérieur de la science de l'électricité et du magnétisme. Après 11 ans, Michael Faraday a découvert expérimentalement qu'un champ magnétique changeant généré par un courant électrique est capable d'induire un courant électrique dans un autre conducteur. C'est ainsi qu'il a été créé.

En 1864, James Clerk Maxwell a finalement systématisé les données expérimentales de Faraday, en leur donnant la forme d'équations mathématiques exactes, grâce auxquelles la base de l'électrodynamique classique a été créée, car ces équations décrivaient la connexion Champ électromagnétique Avec courants électriques et les charges, et la conséquence de cela aurait dû être l'existence d'ondes électromagnétiques.

En 1888, Heinrich Hertz confirme expérimentalement l'existence des ondes électromagnétiques prédites par Maxwell. Son émetteur à étincelles interrompues par bobine Rumkorff pouvait produire des ondes électromagnétiques jusqu'à 0,5 gigahertz, qui pouvaient être reçues par plusieurs récepteurs réglés en résonance avec l'émetteur.

Les récepteurs pouvaient être situés à une distance allant jusqu'à 3 mètres, et lorsqu'une étincelle apparaissait dans l'émetteur, des étincelles apparaissaient également dans les récepteurs. Ainsi ont eu lieu premières expériences de transmission sans fil d'énergie électriqueà l'aide d'ondes électromagnétiques.

En 1891, alors qu'il étudiait les courants alternatifs de haute tension et de haute fréquence, il arriva à la conclusion qu'il est extrêmement important pour des buts spécifiques de sélectionner à la fois la longueur d'onde et la tension de fonctionnement de l'émetteur, et qu'il n'est pas du tout nécessaire de faire le fréquence trop élevée.

Le scientifique note que la limite inférieure des fréquences et des tensions auxquelles il réussissait à l'époque à atteindre meilleurs résultats, - de 15 000 à 20 000 oscillations par seconde à un potentiel de 20 000 volts. Tesla a reçu un courant haute fréquence et haute tension en appliquant une décharge oscillatoire d'un condensateur (voir -). Il a remarqué que cette espèce L'émetteur électrique convient à la fois à la production de lumière et à la transmission d'électricité pour la production de lumière.

Dans la période de 1891 à 1894, le scientifique démontre à plusieurs reprises la transmission sans fil et la lueur des tubes à vide dans un champ électrostatique à haute fréquence, tout en notant que l'énergie du champ électrostatique est absorbée par la lampe, se transformant en lumière, et l'énergie du champ électromagnétique utilisé pour l'induction électromagnétique afin d'obtenir un résultat similaire Le résultat est principalement réfléchi, et seule une petite fraction de celui-ci est convertie en lumière.

Même en utilisant la résonance lors de la transmission à l'aide d'une onde électromagnétique, une quantité importante d'énergie électrique ne peut pas être transmise, a expliqué le scientifique. Son objectif pendant cette période de travail était de transmettre précisément une grande quantité d'énergie électrique de manière sans fil.

Jusqu'en 1897, parallèlement aux travaux de Tesla, des recherches sur les ondes électromagnétiques sont menées par Jagdish Bose en Inde, Alexander Popov en Russie et Guglielmo Marconi en Italie.

À la suite des conférences publiques de Tesla, Jagdish Bose prend la parole en novembre 1894 à Calcutta avec une démonstration de transmission d'électricité sans fil, où il enflamme de la poudre à canon, transmettant de l'énergie électrique à distance.

Après Boche, à savoir le 25 avril 1895, Alexander Popov, en utilisant le code Morse, a transmis le premier message radio, et cette date (7 mai, selon le nouveau style) est désormais célébrée chaque année en Russie sous le nom de "Radio Day".

En 1896, Marconi, arrivé au Royaume-Uni, a fait la démonstration de son appareil, transmettant un signal en code Morse sur une distance de 1,5 kilomètre du toit de l'immeuble de la poste à Londres à un autre bâtiment. Après cela, il a amélioré son invention et a réussi à transmettre un signal le long de la plaine de Salisbury déjà à une distance de 3 kilomètres.

Tesla en 1896 transmet et reçoit avec succès des signaux à une distance entre l'émetteur et le récepteur d'environ 48 kilomètres. Cependant, aucun des chercheurs n'a réussi à transmettre une quantité importante d'énergie électrique sur une longue distance.

Expérimentant à Colorado Springs, Tesla écrivit en 1899 : "L'incohérence de la méthode d'induction semble être énorme par rapport à la méthode d'excitation de la charge de la terre et de l'air." Ce sera le début des recherches du scientifique visant à transmettre l'électricité sur de longues distances sans utiliser de fils. En janvier 1900, Tesla enregistrera dans son journal le transfert d'énergie réussi vers une bobine "loin dans le champ" à partir de laquelle la lampe était alimentée.

Et le succès le plus grandiose du scientifique sera le lancement le 15 juin 1903 de la tour Wardenclyffe à Long Island, destinée à transmettre l'énergie électrique sur une distance considérable dans grandes quantités sans fils. L'enroulement secondaire mis à la terre du transformateur résonnant, couronné d'un dôme sphérique en cuivre, devait exciter la charge de la terre et les couches conductrices d'air pour devenir un élément d'un grand circuit résonnant.

Ainsi, le scientifique a réussi à alimenter 200 lampes de 50 watts à une distance d'environ 40 kilomètres de l'émetteur. Cependant, sur la base de la faisabilité économique, le financement du projet a été interrompu par Morgan, qui dès le début a investi de l'argent dans le projet afin de recevoir Communication sans fil, et le transfert d'énergie gratuite à l'échelle industrielle sur une distance, en tant qu'homme d'affaires, ne lui convenait catégoriquement pas. En 1917, la tour, conçue pour la transmission sans fil de l'énergie électrique, est détruite.

Bien plus tard, dans la période de 1961 à 1964, un expert dans le domaine de l'électronique micro-onde, William Brown, expérimenta aux USA des voies de transmission d'énergie micro-onde.

En 1964, pour la première fois, il teste un appareil (un modèle d'hélicoptère) capable de recevoir et d'utiliser l'énergie d'un faisceau micro-onde sous forme de courant continu, grâce à un réseau d'antennes composé de dipôles demi-onde, chacun dont est chargé avec des diodes Schottky hautes performances. Déjà en 1976, William Brown avait transmis une puissance de 30 kW par un faisceau micro-ondes sur une distance de 1,6 km avec un rendement dépassant 80 %.

En 2007 groupe de recherche Le Massachusetts Institute of Technology, sous la direction du professeur Marina Solyachich, a réussi à transmettre sans fil de l'énergie sur une distance de 2 mètres. La puissance transmise était suffisante pour alimenter une ampoule de 60 watts.

Leur technologie (appelée ) est basée sur le phénomène de résonance électromagnétique. L'émetteur et le récepteur sont deux bobines de cuivre résonnant à la même fréquence, chacune de 60 cm de diamètre. L'émetteur est connecté à une source d'alimentation et le récepteur est connecté à une lampe à incandescence. Les circuits sont accordés sur une fréquence de 10 MHz. Le récepteur dans ce cas ne reçoit que 40 à 45% de l'électricité transmise.

À peu près à la même époque, une technologie similaire pour la transmission d'énergie sans fil a été démontrée par Intel.

En 2010, Haier Group, un fabricant chinois appareils ménagers, a présenté au public au CES 2010 son produit unique - un téléviseur LCD entièrement sans fil basé sur cette technologie.