Wireless-Power-

Jamine Schmitz April 6, 2016 W 36 0
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Drahtlose Energie oder drahtlose Energieübertragung ist die Übertragung von elektrischer Energie von einer Energiequelle mit einer elektrischen Last ohne synthetischen Leitern. Drahtlose Übertragung ist nützlich in Fällen, in denen Verbindungsleitungen sind unbequem, gefährlich oder unmöglich. Das Problem der drahtlose Energieübertragung unterscheidet sich von der drahtlosen Telekommunikation, wie beispielsweise Radio. Bei letzterem wird der Anteil der Energie empfangen kritische nur, wenn es zu gering ist für das Signal, das von dem Hintergrundrauschen unterschieden werden. Mit Wireless-Power-Effizienz ist ein bedeutender Parameter, genügend Energie, die von dem Sender gesendet werden, müssen in der oder die Empfänger ankommen das System wirtschaftlicher zu machen.

Die häufigste Form der drahtlosen Energieübertragung erfolgt über direkte Induktion gefolgt von Resonanz magnetische Induktion durchgeführt. Andere Verfahren sind unter Berücksichtigung elektromagnetischer Strahlung in Form von Mikrowellen oder Laser und elektrische Leitung durch natürlichen Medien.

Wireless-Leistung wird in elektrische Zahnbürsten, RFID-Tags, medizinische Implantate und einige Fahrzeuge, darunter Magnetbahnen verwendet.

Elektrische Energieübertragung

Ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, beispielsweise ein Draht, führt elektrische Energie. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Kreislauf durchläuft es ein elektrisches Feld in der dielektrischen den Leiter umgibt; Magnetfeldlinien, die um den Leiter und die elektrischen Kraftlinien, die radial um den Leiter.

In einem Gleichstromkreis, wenn der Strom kontinuierlich ist, sind die Felder konstant ist; es ist ein Zustand von Stress in den Raum des Leiters, die gespeicherte elektrische und magnetische Energie darstellt Umgebung, ebenso wie eine Druckfeder oder eine sich bewegende Masse steht für gespeicherte Energie. In einem Wechselstromkreis, aber die Felder auch alternative; das heißt, mit jeder Halbwelle von Strom und Spannung, der magnetischen und elektrischen Feld Start bei dem Leiter und nach außen laufen in den Raum mit der Lichtgeschwindigkeit. Wobei diese Wechselfelder treffen auf einem anderen Leiter eine Spannung und ein Strom induziert. jeweils in jeder dielektrische Substanz, ein Feld von Ladungen durchgesetzt wird, mit einem Strom einer Entspannung.

Jede Änderung in den elektrischen Bedingungen des Schaltkreises, ob intern oder extern beinhaltet eine Nachstellung der gespeicherten magnetischen und elektrischen Feldenergie der Schaltung, das heißt, eine sogenannte transiente. Ein vorübergehender ist der allgemeine Charakter einer Kondensatorentladung durch eine induktive Schaltung. Das Phänomen der Kondensatorentladung durch eine induktive Schaltung ist daher von größter Bedeutung für den Ingenieur, als die wichtigste Ursache für Hochspannungs- und Hochfrequenz-Störungen in elektrischen Schaltungen.

Elektromagnetischer Induktion ist proportional zur Intensität des Stroms und der Spannung in dem Leiter, die die Felder erzeugen, und auf die Frequenz. Je höher die Frequenz, desto intensiver die induktive Wirkung. Energie wird aus einem Leiter, die die Felder in jedem Leiter auf dem die Felder auftreffen produziert übertragen. Ein Teil der Energie des Primärleiters verläuft induktiv über den Raum in die sekundären Leiter und die Energie rasch abnimmt entlang den Primärleiter. Ein Hochfrequenzstrom nicht über lange Strecken entlang einer Leiter passieren, aber schnell seine Energie durch Induktion auf benachbarten Leitern. Höhere Induktion aus der höheren Frequenz resultiert, die Erläuterung der offensichtlichen Unterschiede in der Ausbreitung der Hochfrequenzstörungen von der Ausbreitung des niedrigen Frequenzleistung von Wechselstromsystemen. Je höher die Frequenz, desto mehr überwiegt sich die induktive Effekte, die Energie von der Schaltung durch den Raum zu übertragen, um Kreislauf. Je schneller die Energie ab, und der Strom erlischt entlang der Schaltung ist die mehr lokale das Phänomen.

Der Fluss der elektrischen Energie umfasst also Phänomene innerhalb des Leiters und Phänomene in dem Raum außerhalb des Leiters des elektrischen Feldes, das in einem Gleichstrom-Schaltung, ist eine Bedingung der stationären Magnetfeldes und die dielektrischen Stress und in einem Wechselstromkreis ist alternierend, daß ist, eine elektrische Welle von der Leiter gestartet, um im Fernfeld elektromagnetische Strahlung durch den Raum mit der Lichtgeschwindigkeit zu werden.

Elektrischen Energieübertragung und -verteilung, die Phänomene im Inneren des Leiters des Haupt Bedeutung, und das elektrische Feld des Leiters ist in der Regel nur gelegentlich beobachtet. Umgekehrt, bei der Verwendung der elektrischen Energie für die Funktelekommunikations es sind nur die elektrischen und magnetischen Felder außerhalb des Leiters ist, dass Fernfeld elektromagnetische Strahlung, die in die Übertragung der Nachricht von Bedeutung ist. Das Phänomen, bei dem Leiter, der Strom in der Startstruktur wird nicht verwendet.

Die elektrische Ladungsverschiebung in dem Leiter ein Magnetfeld erzeugt, und die daraus resultierende elektrische Kraftlinien. Das Magnetfeld ist ein Maximum in der Richtung konzentrisch oder annähernd so, auf den Leiter. Das heißt, ein ferromagnetischer Körper neigt dazu, sich in einer Richtung im rechten Winkel zu dem Leiter einzustellen. Das elektrische Feld ein Maximum in einer Richtung radial oder in etwa so, auf den Leiter. Die elektrische Feldkomponente neigt in eine Richtung radial zu dem Leiter und dem dielektrischen Körper können angezogen oder radial zur Leiter abgestoßen werden.

Das elektrische Feld einer Schaltung, über die Energieflüsse hat drei Hauptachsen rechtwinklig zueinander:

  • Das Magnetfeld, konzentrisch mit dem Leiter.
  • Die Linien der elektrischen Kraft, radial auf den Leiter.
  • Die Stromverlauf, parallel zu dem Leiter.

Wobei die elektrische Schaltung besteht aus mehreren Leitern, die elektrischen Felder von den Leitern überlagert übereinander, und die resultierenden magnetischen Feldlinien und der elektrischen Kraftlinien sind nicht konzentrisch und radial mit der Ausnahme, etwa in unmittelbarer Nähe des Leiters. Zwischen parallelen Leitern sind Konjugat von Kreisen. Weder der Stromverbrauch in dem Leiter, noch das Magnetfeld noch die elektrischen Feldes proportional der Energiefluss durch die Schaltung. Jedoch ist das Produkt der Intensität des magnetischen Feldes und der Stärke des elektrischen Feldes proportional zur Strömung der Energie oder die Kraft und die Kraft wird daher in ein Produkt aus den beiden Komponenten i und e, die proportional gewählt werden aufgelöst jeweils mit der Intensität des Magnetfeldes und des elektrischen Feldes. Die Komponente, den Strom als dieser Faktor von der elektrischen Leistung, proportional zu dem Magnetfeld ist, und die andere Komponente definiert, die so genannte Spannung wird als die Faktor der elektrischen Leistung, die proportional zu dem elektrischen Feld ist definiert.

Im Funktelekommunikations breitet sich das elektrische Feld der Sendeantenne durch den Raum als eine Funkwelle, und trifft auf die Empfangsantenne, wo sie durch ihre magnetischen und elektrischen Wirkung beobachtet wird. Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgenstrahlen und Gamma-Strahlen sind gezeigt, um die gleiche elektromagnetische Strahlung Phänomen abweichend von einander nur in der Frequenz der Schwingung.

Elektromagnetische Induktion

Energieübertragung durch elektromagnetische Induktion ist in der Regel Magnet sondern kann auch eine kapazitive Kopplung erreicht werden.

Elektrodynamischen Induktion Methode

Die elektrodynamischen Induktion drahtlose Übertragungstechnik ist in der Nähe von Feld über Entfernungen bis zu etwa ein Sechstel der verwendeten Wellenlänge. In der Nähe von Feldenergie selbst ist nicht-strahlenden aber einige Strahlungsverluste auftreten. Darüber hinaus gibt es in der Regel Widerstandsverluste. Mit elektrodynamischen Induktion ein elektrischer Strom durch eine Primärspule fließt, erzeugt ein magnetisches Feld, das an einer Sekundärspule einen Strom in ihm wirkt. Kupplung muss, um eine hohe Effizienz zu erreichen dicht sein. Als der Abstand von der Primärseite erhöht wird, mehr und mehr des Magnetfeldes verfehlt das sekundär. Auch über einen relativ kurzen Bereich der induktiven Kopplung ist höchst ineffizient, vergeuden viel der übertragenen Energie.

Diese Einwirkung eines elektrischen Transformators ist die einfachste Form der drahtlosen Energieübertragung. Die Primär- und Sekundärschaltungen des Transformators sind nicht direkt miteinander verbunden. Energieübertragung erfolgt durch ein Verfahren, wie gegenseitige Induktion bekannt. Hauptfunktionen verstärken die Primärspannung entweder nach oben oder nach unten und elektrische Isolation. Handy und elektrische Zahnbürste Batterieladegeräte und Stromverteilungstransformatoren sind Beispiele dafür, wie dieses Prinzip verwendet. Induktionsherde verwenden Sie diese Methode. Der Hauptnachteil dieser grundsätzlichen Form der drahtlosen Übertragung kurzer Reichweite. Der Empfänger muss, um effizient Paar mit direkt angrenzend an den Sender oder Induktionseinheit sein.

Die Anwendung der Resonanz erhöht die Übertragungsreichweite etwas. Wenn resonante Kopplung verwendet wird, sind die Sender und Empfänger Induktoren derselben natürlichen Frequenz. Leistung kann durch Modifizieren der Antriebsstrom von einer sinusförmigen, um eine sinusförmige Wellenform transiente verbessert werden. Auf diese Weise können signifikante Leistung zwischen zwei aufeinander abgestimmte LC-Schaltungen, die einen relativ niedrigen Koeffizienten der Kupplung übertragen werden. Sende- und Empfangsspulen sind in der Regel Einzelschicht Solenoide oder flache Spiralen mit parallelen Kondensatoren, die in Kombination damit das Empfangselement auf die Sendefrequenz abgestimmt werden.

Gemeinsame Nutzung der Resonanz verstärkter elektrodynamischen Induktion sind Aufladen der Batterien von tragbaren Geräten wie Laptops und Mobiltelefone, medizinische Implantate und Elektrofahrzeuge. Eine lokalisierte Ladetechnik wählt den geeigneten Sendespule in einem Mehrschichtwickelfeldstruktur. Resonanz wird in sowohl die drahtlose Ladekissen und dem Empfangsmodul die Energieübertragungseffizienz zu maximieren. Dieser Ansatz eignet sich für den universellen drahtlosen Lade Pads für tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone. Es hat sich im Rahmen des Qi drahtlose Aufladen Standard übernommen.

Es ist auch für die Speisung von Geräten, die keine Batterien, wie RFID-Patches und kontaktlose Chipkarten, und um elektrische Energie zu koppeln vom primären Induktor zum Wendelresonator von Tesla-Spule drahtlose Energiesender und von der schraubenförmigen Resonators an die sekundäre Induktivität Tesla-Spule verwendet Wireless-Power-Empfangswandlern.

Influenz-Methode

Influenz oder kapazitive Kopplung ist der Durchgang von elektrischer Energie durch ein Dielektrikum. In der Praxis ist ein elektrischer Feldgradient oder Kapazitätsdifferenz zwischen zwei oder mehreren isolierten Klemmen, Platten, Elektroden oder Knoten, die über einer leitenden Masseebene angehoben werden. Das elektrische Feld wird durch Beschicken der Platten mit einem hohen Potential, Hochfrequenz-Wechselstromversorgung erzeugt. Die Kapazität zwischen zwei erhöhten Terminals und einer angetriebenen Vorrichtung einen Spannungsteiler bilden.

Die durch elektrostatische Induktion elektrische Energie von einer Empfangseinrichtung verwendet werden, wie zum Beispiel einem drahtlosen Lampe. Nikola Tesla zeigten die Beleuchtung der Lampen durch drahtlose Energie, die sie durch ein elektrisches Wechselfeld gekoppelt war.

Das Prinzip der elektrostatischen Induktion ist für die elektrische Leitung Funkübertragungsverfahren.

Elektromagnetische Strahlung

Fernfeldverfahren erzielen mehr Bereiche, die oft mehrere Kilometer Bereiche, wobei der Abstand wesentlich größer als der Durchmesser der Vorrichtung. Der Hauptgrund für mehr Bereiche mit Funkwellen und optische Vorrichtungen ist die Tatsache, dass die elektromagnetische Strahlung im Fernfeld werden können, um die Form des Aufnahmebereichs wodurch fast alle emittierten Leistung über große Entfernungen liefert einstimmt. Die maximale Richtwirkung für Antennen physikalisch durch Beugung begrenzt.

Strahlte Leistung, Größe, Entfernung und Effizienz

Die Abmessungen der Komponenten kann durch die Entfernung vom Sender zum Empfänger, der Wellenlänge und der Rayleigh-Kriterium oder Beugungsgrenze, in Standard-Funkfrequenzantennenkonstruktion verwendet, die auch für Laser vorgegeben. Zusätzlich zu den Rayleigh-Kriterium Airys Beugungsgrenze wird auch häufig verwendet, um eine ungefähre Punktgrße in einem beliebigen Abstand von der Öffnung zu bestimmen.

Die Rayleigh-Kriterium verlangt, dass jedes Funkwellen, Mikrowellen oder Laserstrahl wird sich ausbreiten und schwächer und diffundieren über die Distanz; je größer die Sendeantenne oder Laseröffnung im Vergleich zur Wellenlänge der Strahlung, desto enger der Strahl und desto weniger wird als eine Funktion der Entfernung zu verbreiten. Kleinere Antennen leiden auch unter übermäßige Verluste aufgrund von Nebenkeulen. Jedoch ist das Konzept der Laseröffnung erheblich unterscheidet von einer Antenne. Typischerweise wird eine Laseröffnung wesentlich größer ist als die Wellenlänge induziert Mehr moded Strahlung und meist Kollimatoren vor emittierten Strahlung koppelt in einer Faser oder in den Raum eingesetzt.

Letztlich Strahlbreite wird physikalisch durch Beugung aufgrund der Geschirrmenge im Verhältnis zu der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung verwendet werden, um den Strahl zu machen bestimmt. Mikrowellenleistung strahl können effizienter als Laser sein und ist weniger anfällig für atmosphärische Dämpfung durch Staub oder Wasserdampfatmosphäre zu verlieren, um das Wasser in Kontakt zu verdampfen verursacht.

Dann werden die Leistungspegel werden durch die Kombination der obigen Parameter zusammen, und das Hinzufügen in die Gewinne und Verluste aufgrund der Antenneneigenschaften und die Transparenz und die Dispersion des Mediums, durch welches die Strahlung berechnet. Dieser Prozess wird als Berechnung einer Link-Budget bekannt.

Mikrowellenverfahren

Kraftübertragung über Funkwellen mehrere Richtungs gemacht werden, wodurch längere Distanz-Leistungsübertragung, mit kürzeren Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, typischerweise im Mikrowellenbereich. Ein Rectenna verwendet werden, um die Mikrowellenenergie zurück in Strom umzuwandeln. Rectenna Umwandlungswirkungsgrade von über 95% realisiert worden. Macht strahlte mit Mikrowellen hat sich für die Übertragung von Energie aus umlaufenden Sonnenenergie-Satelliten auf die Erde und die strahl der Macht an Raumfahrzeugen verlassen Umlaufbahn wurde als vorgeschlagen.

Stromstrahl durch Mikrowellen hat die Schwierigkeit, dass für die meisten Raumfahrtanwendungen die erforderlichen Öffnungsgrößen sind sehr groß aufgrund der Beugung Begrenzung Antennenrichtwirkung. Beispielsweise von 1978 NASA Studium der Solarenergiesatelliten erforderlich eine ca. 1 km Durchmesser Sendeantenne und eine 10 km Durchmesser Empfangen Rectenna für einen Mikrowellenstrahl bei 2,45 GHz. Diese Größen können leicht unter Verwendung von kürzeren Wellenlängen verringert werden, wenn auch kurzen Wellenlängen können Schwierigkeiten mit der atmosphärischen Absorption und Strahl Blockade durch regen oder Wassertröpfchen haben. Wegen der "ausgedünnten Array Fluch," ist es nicht möglich, ein schmaler Strahl durch die Kombination der Lichtstrahlen von mehreren kleineren Satelliten machen.

Für erdgebundenen Anwendungen ein großer Bereich von 10 km Durchmesser Empfangsarray ermöglicht große Gesamtleistungspegel während des Betriebs bei niedriger Leistungsdichte für menschliche elektromagnetische Bestrahlungs Sicherheit empfohlen, verwendet werden. Ein Mensch sicheren Leistungsdichte von 1 mW / cm über eine 10 km Durchmesser Fläche verteilt entspricht 750 Megawatt Gesamtleistung. Dies ist der Leistungspegel in vielen modernen Kraftwerken gefunden.

Nach dem Zweiten Weltkrieg, die die Entwicklung von Hochleistungs-Mikrowellen-Emittern als Hohlraum-Magnetrons bekannt sah, die Idee der Verwendung von Mikrowellen auf Leistung übertragen wurde recherchiert. Bis 1964, ein Miniatur-Helikopter von Mikrowellenleistung angetrieben hatte nachgewiesen.

Japanische Forscher Yagi Hidetsugu suchten auch drahtlose Energieübertragung unter Verwendung eines Richtgruppenantenne, die er entworfen. Im Februar 1926 Yagi und sein Kollege Shintaro Uda veröffentlichten ihre erste Arbeit auf der abgestimmten High-Gain-Richt Array nun als Yagi-Antenne bekannt. Während sie nicht als besonders nützlich für die Kraftübertragung ist, diese Strahlantenne wurde überall in der Rundfunk- und drahtlosen Telekommunikationsindustrie aufgrund ihrer ausgezeichneten Leistungseigenschaften angenommen.

Drahtlose hohe Kraftübertragung unter Verwendung von Mikrowellen ist gut bewährt. Experimente in den zehn Kilowatt haben bei Goldstone in Kalifornien im Jahr 1975 am Grand Bassin auf der Insel Réunion durchgeführt wurde und in jüngster Zeit. Diese Methoden erreichen Entfernungen in der Größenordnung von einem Kilometer.

Unter experimentellen Bedingungen wurde Mikrowellenumwandlungswirkungsgrad gemessen, um rund 54% betragen.

Laser-Methode

Im Fall von elektromagnetischer Strahlung näher an dem sichtbaren Bereich des Spektrums, kann der Strom durch Umwandlung von Strom in einen Laserstrahl, der dann bei einer Photovoltaikzelle wird darauf übertragen. Dieser Mechanismus wird im Allgemeinen als "-Leistungsübertragung" bezeichnet, da der Strom bei einem Empfänger, die es in elektrische Energie umwandeln kann strahlte.

Im Vergleich zu anderen Wireless-Methoden:

  • Kollimierten monochromatischen Wellenfrontausbreitung ermöglicht schmalen Strahlquerschnittsfläche für die Übertragung über große Distanzen.
  • Kompakte Größe: Festkörperlasern in kleine Produkte passen.
  • Keine Funkstörungen bestehender Funkverbindung wie beispielsweise Wi-Fi und Handys.
  • Zugangskontrolle: nur Empfängern von dem Laser getroffen Empfangsleistung.

Nachteile sind:

  • Laserstrahlung ist gefährlich. Niedriger Strompegel können Menschen und anderen Tieren zu blenden. Hohe Leistungspegel durch lokalisierten Punktbeheizung zu töten.
  • Umwandlung zwischen Elektrizität und Licht ist ineffizient. Photovoltaik-Zellen zu erreichen nur 40% -50% Effizienz ..
  • Atmosphärische Absorption und Absorption und Streuung durch Wolken, Nebel, regen, etc. verursacht bis zu 100% Verluste.
  • Erfordert eine direkte Sichtlinie mit dem Ziel.

Laser "powerbeaming" Technologie wurde vor allem in militärischen Waffen und Luftfahrtanwendungen untersucht und wird nun für kommerzielle und Unterhaltungselektronik entwickelt. Drahtlosen Energieübertragungssysteme mit Hilfe von Lasern für die Consumer-Bereich müssen Lasersicherheitsanforderungen nach IEC 60825 standardisiert zu befriedigen.

Andere Details schließen Ausbreitung und die Kohärenz und die Reichweitenbegrenzung Problem.

Geoffrey Landis ist einer der Pioniere der Solarenergiesatelliten und laserbasierten Übertragung von Energie vor allem für Raum und Mondmissionen. Die Nachfrage nach sicheren und häufigen Raummissionen hat sich in den Vorschlägen für laserbetriebene Raumlift geführt.

NASA Dryden Flight Research Center zeigte eine leichte unbemannte Flugmodell angetrieben durch einen Laserstrahl. Dieser Nachweis des Konzepts zeigt die Durchführbarkeit des periodischen Aufladen unter Verwendung des Laserstrahls Systems.

Magnetokupplungs

Jeder Permanentmagnet, der zu einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird, wird unter einer Kraft, sowie Bewegen des Permanentmagneten wirkt, um das Magnetfeld in dem Permanentmagneten mit dem Feld der externen Kraft auszurichten. Dies wird durch die Gleichung für die Kraft auf einen Dipol als magnetische Drehmoment beschrieben. Wenn die erlaubte Bewegung des Dauermagneten begrenzt ist, wie beispielsweise einem Magneten, um eine Bewegung entlang einer Achse beschränkt, und entlang dieser Achse magnetisiert sind, dann wird ein Grad der Bewegung und Rotation in Grenzen zulässig sein. Wenn das äußere Magnetfeld zeitlich variierende dann der Permanentmagnet innerhalb seines zulässigen Bereich der Bewegung zu bewegen. In dem Beispiel eines Magneten an einer einzigen Achse beschränkt ist, wodurch ein magnetisches Wechselfeld entlang dieser Achse bewirkt, daß der Permanentmagnet auf Rückwärtsfahrt und vorwärts auf der Achse. Wenn eine Spule in der Nähe dieses Permanentmagneten angeordnet ist, wird die Änderung des Magnetflusses eine elektromotorische Kraft in der Spule zu induzieren gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz, dem eine Last verbunden ist, um Stromfluss zu bewirken, nach dem gleichen Prinzip wie ein Lichtmaschine. Das externe Feld in einer magnetisch gekoppelten System kann auch das Feld durch einen Permanentmagneten erzeugt werden. Hier wird der Bereich dieser Magneten erzeugt wird als ein magnetischer Dipol mit einigen Magnetisierung, m, in einer gegebenen Richtung ausgerichtet sind angenähert. Für den zweiten Magneten, der es erlaubt ist, sich frei zu bewegen, wird es eine Anziehungskraft und eine wirkende, den Magneten drehen Kraft sein.

Im Fall von zwei Magneten, die darauf beschränkt sind, um parallele Achsen drehen, wenn der erste Magnet gedreht wird ein Drehmoment auf den zweiten Magneten so dass es mit dem ersten Magneten ausgerichtet hergestellt werden. Verhältnis 1: Dies kann in ähnlicher Weise auf ein System von Zahnrädern, wobei die Magnete im wesentlichen zwei vermaschten Räder mit 1 beschrieben. Wie der erste Magnet weiterdreht, wird der zweite Magnet ebenfalls synchron drehen. In dieser Art von System kann die Energie verwendet, um den ersten Magneten drehen, wenn elektrische Energie durch die Spulen um den zweiten Magneten extrahiert werden. Die Menge an Leistung über dem Spalt zwischen den Magneten übertragen wird, ist eine Funktion des Drehmoments, welches eine Funktion des magnetischen Moments und die Drehfrequenz der Magnete. Auf diese Weise kann die elektrische Energie über einen Luftspalt mit hohem Wirkungsgrad, die gleich oder größer ist als die einer Resonanz induktiv gekoppelten System übertragen werden.

Elektrische Leitung

Zwei drahtlose Verfahren mittels eines Systems von verketteten abgestimmte Schaltungen. wurden durch Tesla vorgeschlagen, wie sie bereits im Jahr 1904 Sie hängen resonante induktive Kopplung, die elektrische Leitfähigkeit der Erde, die kapazitive Kopplung und der elektrischen Leitfähigkeit des Plasmas. Energieübertragung durch Laden und Entladen der erhöhten Anschluss-Kapazität eines geerdeten Resonanztransformator elektrischen Oszillator Sender zum Erzeugen eines elektrischen Wechselfeldes erreicht. Das elektrische Feld kann Ehepaar mit einem ähnlich aufgebauten geerdet Resonanztransformator elektrische Energie Empfänger auf die gleiche Frequenz abgestimmt. Elektrische Energie wird zwischen dem Sender und Empfänger übertragen wird, wenn diese Kupplung hergestellt wird. Auf diese Weise können elektrische Lampen leuchten und Elektromotoren bei mäßigen Abständen eingeschaltet. Die übertragene Energie kann größere Entfernungen detektiert werden. Diese Form der drahtlosen Übertragung, bei der Wechselstrom Strom durchläuft die Erde mit einer äquivalenten elektrischen Verschiebung durch die Luft über ihm, wurde im Jahr 2008 über Entfernungen bis zu 12 Metern nachgewiesen und erreicht Mid-Range-Wirkungsgrade über dem resonanten elektrischen Induktionsverfahren. Allerdings verwendet diese Versuche mit kurzer Reichweite kapazitive oder induktive Kopplung, eine andere Technik aus Teslas erfolglosen Welt Wireless-System, das er behauptete, würde durch eine "... Fluss von elektrischer Energie arbeiten, durch Leitung, durch die Erde und der Luftschichten .. . "

Die Wardenclyffe Tower-Projekt war ein früher kommerzielles Projekt für transatlantische drahtlose Telefonie und Proof-of-Concept-Demonstrationen der globale drahtlose Energieübertragung mit diesen Methoden. Die Anlage wurde nicht aufgrund unzureichender Finanzierung abgeschlossen.

Terrestrischen Übertragungsleitung mit Luftrück Verfahren

Der atmosphärische Leitungs Verfahren basiert auf der atmosphärischen Stromverdrängungsprinzip; hohes Potenzial niederfrequenten Wechselstroms durch die Atmosphäre der Erde übertragen werden. Die elektrische Energie, durchläuft die Erde, und durch die Troposphäre und Stratosphäre. Terrestrial Stromfluss wird durch elektrostatische Induktion in der Region bis zu einer Höhe von etwa 5 Meilen über der Erdoberfläche induziert. Über 5 Meilen, und mit ausreichender Sendeleistung, die elektrische Leitfähigkeit und der Stromfluss durch den oberen Luftschichten ab einem Luftdruck von etwa 130 Millimeter Quecksilber oder 7,9 Meilen wird möglich durch die Schaffung von kapazitiv gekoppelten Entladungsplasma durch die gemacht Prozess der atmosphärische Ionisation.

Terrestrial einadrigen Oberflächenwellen-Übertragungsleitung Verfahren

Theorie besagt, dass die Energieübertragung durch abwechselndes Aufladen und Entladen angehoben Anschluss-Kapazität der Resonanztransformator Senders bei einer bestimmten Frequenz periodisch verändert elektrostatische Ladung der Erde und mit einer ausreichenden Sendeleistung, das elektrostatische Potential über seine gesamte Fläche erreicht. Diese Ladungsumverteilung Ergebnisse in dem Durchgang von elektrischem Strom durch den Boden zusammen mit einem begleitenden geführten Oberflächenwellen. Bei Erreichen der Erde Antipoden gegenüber dem Resonanztransformator Sender, Reflexion der geführten Oberflächenwelle erfolgt. Dies resultiert in der Schaffung eines terrestrischen Stehwellenmuster über Erdoberfläche. Die grundlegende Erde Resonanzfrequenz beträgt ungefähr 11,78 Hz. Eine höhere Harmonische dieser Grundfrequenz verwendet wird.

Timeline von drahtlosen Netz

  • 1826: André-Marie Ampère entwickelt Ampèresches Gesetz zeigt, dass elektrische Strom erzeugt ein Magnetfeld.
  • 1831: Michael Faraday entwickelt Faradays Gesetz der Induktion der elektromagnetischen Kraft in einem Leiter durch einen zeitlich variierenden magnetischen Flusses induziert beschreiben.
  • 1836: Nicholas Callan erfindet den elektrischen Transformator, auch bekannt als die Induktionsspule bekannt.
  • 1865: James Clerk Maxwell synthetisiert die früheren Beobachtungen, Experimente und Gleichungen der Elektrizität, Magnetismus und Optik in einen konsistenten Theorie und mathematisch modelliert das Verhalten von elektromagnetischer Strahlung in einem Satz als Maxwell-Gleichungen bekannt partiellen Differentialgleichungen.
  • 1872 amerikanische Erfinder Mahlon Loomis und William Henry Ward erhalten beide US-Patente für eine drahtlose Kommunikation und Energiesystem basiert auf der Idee, dass ein tief liegenden Schicht in der Atmosphäre könnte für die Übertragung und Speicherung von Energie verwendet.
  • 1888: Heinrich Rudolf Hertz bestätigt die Existenz von elektromagnetischer Strahlung. Hertz "Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen" war ein VHF oder UHF "Funkwellen" Funkenstreckensender.
  • 1891: Tesla zeigt drahtlose Energieübertragung mittels elektrostatischer Induktion mit Hilfe eines Hochspannungsinduktionsspule vor dem American Institute of Electrical Engineers am Columbia College.
  • 1893: Tesla zeigt die Wireless-Beleuchtung der phosphoreszierende Leucht seiner Gestaltung an der Weltausstellung in Chicago.
  • 1893: Tesla öffentlich demonstriert drahtlose Leistung und schlägt vor, die drahtlose Übertragung von Signalen vor einer Sitzung des Nationalen Electric Light Verband in St. Louis.
  • 1894: Tesla Beleuchtung Glühlampen drahtlos an der 35 South Fifth Avenue Labor in New York City mit Hilfe von "elektrodynamischen Induktion" oder resonante induktive Kopplung.
  • 1894: Hutin & amp; LeBlanc, bekennen lange vertretene Ansicht, dass induktiven Energieübertragung möglich sein sollte, erhielten sie US-Patent 527857 beschreibt ein System zur Kraftübertragung bei 3 kHz.
  • 1894 britische Physiker Sir Oliver Lodge bietet eine Gedenk Vortrag über Hertz, wo er die Eigenschaften der "Hertzschen Wellen", einschließlich deren Übertragung über kurze Distanz, mit eine verbesserte Version des Branly des Akten Röhre, die Lodge hat sich die "Fritter" benannt zeigt, als Detektor. Er zeigt auch, Controlling Frequenz durch Ändern Induktivität und Kapazität in seinen Schaltkreisen.
  • 1895: Marconi entwickelt einen Hertzschen Wellen der drahtlosen Telegraphie System. In einer Pause, obwohl, trifft er auf die Idee, die Erdung seinem Sender und Empfänger und findet er kann 1,5 bis 2 Meilen zu übertragen und senden Signale über Hügel, die weit über die 1/2 Meile und "line-of-sight Ausbreitung" Einschränkungen vorhergesagt up zu dieser Zeit. Entwickelt Marconis Gesetz.
  • 1897: Tesla verwandelt Workshop Gerät in seinem New York City Lab in ein leistungsfähiges Funksender. In einem seiner drahtlosen Energieübertragungsexperimente reist er mit dem Boot bis die Hudson River, hob Emissionen vom Sender auf einem tragbaren Empfänger bis zu 40 Kilometer von der temporären Station. Dateien seine erste Patentanmeldung, die sich speziell mit drahtloser Energieübertragung.
  • 1899: Tesla zieht nach Colorado Springs, die Grenzen zu versuchen, in großem Maßstab drahtlosen Energieübertragungsexperimente im Herzen von New York City zu tun zu überwinden. Schreibt: "die Unterlegenheit der Induktionsmethode scheint immens im Vergleich mit dem gestörten verantwortlich für Boden- und Luftverfahren."
  • 1901: Tesla beginnt mit dem Bau des Kraftwerks Wardenclyffe und Turm, einem drahtlosen Signal- und Leistungssender in Shoreham, New York basierend auf seine Vorstellungen von Boden und atmosphärische elektrische Leitfähigkeit. Er betreibt das Geld aus, bevor das Projekt abgeschlossen werden kann, mit Investoren entscheiden sich in Marconis "Hertz Welle" drahtlose Telegraphie System zu investieren.
  • 1901: Marconi das erste transatlantische rFunkübertragung.
  • 1902: Nikola Tesla gegen Reginald Fessenden - US Patent No. 21701 Interference, System of Signaling; drahtlose Energieübertragung, Zeit- und Frequenzbereich Spread-Spectrum-Telekommunikation, elektronischer Logikgatter im Allgemeinen.
  • 1904: Auf der Weltausstellung in St. Louis, ist ein Preis für einen erfolgreichen Versuch, eine 0,1 PS Luftschiffmotor Energie durch den Raum übertragen wird in einem Abstand von mindestens 100 Meter fahren angeboten.
  • 1916: Tesla stellt fest: ". In meinem System, sollten Sie sich selbst von der Idee, dass es Strahlung, dass die Energie abgestrahlt Es ist nicht abgestrahlt zu befreien, es konserviert ist."
  • 1917: Die Wardenclyffe Turm wird durch die Gläubiger für ihre Schrottwert abgerissen.
  • 1926: Shintaro Uda und Yagi Hidetsugu veröffentlichen ihr erstes Papier auf Uda der "abgestimmten High-Gain-Richt Array" besser bekannt als Yagi-Antenne.
  • 1940: Die Arbeit an der Universität von Birmingham in Großbritannien, John Randall und Harry Boot-Entwicklung eines praktischen Hohlraum-Magnetron.
  • 1961: William C. Brown veröffentlicht einen Artikel zu erkunden Möglichkeiten der Mikrowelle Kraftübertragung.
  • 1968: Peter Glaser schlägt drahtlosen Übertragen von Solarenergie im Weltraum mit "Powerbeaming" -Technologie erfasst. Dies wird gewöhnlich als die erste Beschreibung eines Solarenergiesatelliten erfasst.
  • 1973: Der weltweit erste passive RFID-System wird bei Los-Alamos National Lab demonstriert.
  • 1975: Goldstone Deep Space Communications Complex macht Experimente in den zehn Kilowatt.
  • 1998: RFID-Tags werden durch elektrodynamischen Induktion über ein paar Meter mit Strom versorgt.
  • 1999: Prof. Shu Yuen Hui und Herr SC Tang ein Patent auf "Coreless gedruckten Vorstands Transformatoren und Operationstechniken", die die Grundlage für die künftige ebenen Ladeoberfläche mit "vertikalen Fluß" Verlassen der ebenen Oberfläche zu bilden. Die Schaltung verwendet Schwingkreise zur drahtlosen Energieübertragung. EP0935263B
  • 2000: Prof. Shu Yuen Hui erfinden eine planare drahtlose Aufladen Pad mit der "vertikalen Fluß" -Ansatz und Resonanzenergieübertragung zum Aufladen tragbarer Unterhaltungselektronik. Ein Patent wird auf "Vorrichtung und Verfahren einer induktiven Batterielade" PCT Patent PCT / AU03 / 00 721 2000, eingereicht.
  • 2001 Prof. Shu Yuen Hui und Dr. SC Tang ein Patent auf "Planar gedruckten Vorstands Transformatoren mit Effektive Abschirmung gegen elektromagnetische Störfelder". Die EM Schild besteht aus einer dünnen Schicht aus Ferrit und einer dünnen Schicht aus Kupferblech. Es ermöglicht die unterhalb der zukünftigen drahtlosen Lade Pads mit einer dünnen EM Abschirmungsstruktur mit einer Dicke von typischerweise 0,7 mm oder weniger abgeschirmt werden. Das US-Patent 6.501.364.
  • 2001: Prof. Ron Hui-Team zeigen, dass die kernlosen PCB-Transformator Macht in der Nähe in "A Low-Profile-Low-Power-Konverter mit kernlosen PCB-Trenntransformator, IEEE Transactions on Power Electronics, Band 100W übertragen: 16 Ausgabe: 3, Mai 2001 . Ein Team von Philips Research Center Aachen, Dr. Eberhard Waffenschmidt führte, verwenden Sie es, um ein 100W-Leuchtvorrichtung in ihrem Papier "Größe Vorteil der kernlosen Transformatoren im MHz-Bereich" in der Europäischen Power Electronics Conference in Graz anzutreiben.
  • 2002: Prof. Shu Yuen Hui erstreckt sich die ebene drahtlose Aufladen Pad-Konzept mit der vertikalen Fluss Ansatz zur Freistellfunktion für mehrere Lasten zu übernehmen. Dies wird durch Verwendung einer mehrschichtigen planare Wicklung Array-Struktur erreicht. Patent als "Planar induktive Ladegerät", GB2389720 und GB 2.389.767 erteilt.
  • 2005: Prof. Shu Yuen Hui und Dr. W. C. Ho veröffentlichen ihre Arbeit in den IEEE Transactions auf einer ebenen drahtlose Aufladen Plattform mit Freistellfunktion. Die planare drahtlose Aufladen Pad ist in der Lage, mehrere Lasten gleichzeitig auf einer ebenen Fläche zu berechnen.
  • 2007: Eine lokalisierte Ladetechnik wird von Dr. Xun Liu und Prof. Ron Hui für die drahtlose Aufladen Pad mit kosten-Positionierungsfunktion gemeldet. Mit Hilfe der Double-Layer-EM Schilde Einschließen der Sender- und Empfängerspulen, wählt der lokalisierten Lade die richtige Sendespule, um so Streufluss und die menschliche Strahlenbelastung zu minimieren.
  • 2007: Mit elektrodynamischen Induktion der WiTricity Physik Forschungsgruppe von Prof. Marin Soljacic am MIT führte, drahtlos betreiben eine 60W Glühbirne mit 40% Wirkungsgrad bei einem 2 Meter Entfernung mit zwei 60 cm-Durchmesser Spulen.
  • 2008: Bombardier bietet eine neue drahtlose Energieübertragung Produkt PRIMOVE, ein System für den Einsatz auf Straßenbahnen und Leichtschienenfahrzeuge.
  • 2008: Intel gibt den ursprünglichen 1.894 Umsetzung der elektrodynamischen Induktion und 1988 Folgeversuchen Prof. John Jungen Gruppe um drahtlos Versorgung eines in der Nähe Glühbirne mit 75% Effizienz.
  • 2008: Greg Leyh und Mike Kennan der Nevada Blitz Labor veröffentlichte ein Papier über drahtlose Energieübertragung durch gekoppelte elektrische Felder von mehr als 500 Watt über einen Bereich von 5 bis 20 Metern.
  • 2009: Powermat Technologies eingeführt drahtlose Ladesysteme, dass die Arbeit mit einer Kombination von Radiofrequenzidentifikation und elektromagnetische Induktion
  • 2009: Palm startet das Palm Pre Smartphone mit Palm Touchstone Wireless-Ladegerät.
  • 2009: Ein Konsortium von interessierten Unternehmen namens Wireless Power Consortium verkünden sie kurz vor der Fertigstellung einer neuen Industrie-Standard für Low-Power-induktives Laden.
  • 2009: eine Ex zugelassene Taschenlampe und Ladegerät an der Offshore-Markt ausgerichtet wird eingeführt. Dieses Produkt ist durch Wireless Power & amp entwickelt; Kommunikation, ein Unternehmen mit Sitz in Norwegen.
  • 2009: Eine einfache analytische elektrischen Modell der elektrodynamischen Induktion Kraftübertragung vorgeschlagen und mit einem drahtlosen Energieübertragungssystem für implantierbare Geräte angewendet.
  • 2009: Lasermotive nutzt Diodenlaser zu $ ​​900k NASA-Preis an der Macht strahl gewinnen, brechen mehrere Weltrekorde in Leistung und Entfernung, durch die Übertragung über eine Kilowatt mehr als mehrere hundert Meter.
  • 2009: Sony zeigt ein drahtloses elektrodynamischen Induktion angetriebene Fernseher, 60 W über 50 cm
  • 2010: Haier Group Debüts "das weltweit erste" vollständig drahtlose LCD-Fernseher auf der CES 2010 auf Basis von Follow-up-Forschung Prof. Marin Soljacic auf der 1894 elektrodynamischen Induktion drahtlosen Energieübertragungsverfahren und dem Wireless Home Digital Interface.
  • 2010: System On Chip-Gruppe in University of British Columbia entwickelt eine hocheffiziente drahtlose Energieübertragungssysteme unter Verwendung von 4-Spulen. Das Design ist für implantierbare Anwendungen und Kraftübertragungseffizienz von 82% erreicht wird optimiert.
  • 2012: Eine Gruppe an der Universität von Toronto, zum ersten Mal eine geschlossene Form analytische Lösung für die optimale Last, die die maximal mögliche drahtlose Energieübertragungseffizienz unter zufälligen Eingangsimpedanz Bedingungen auf der Grundlage der allgemeinen Zwei-Port-Parameter des Netzwerks erreicht vorgestellt. Das vorgeschlagene Verfahren effektiv entkoppelt das Design der induktiven Kopplung mit zwei Anschlüssen und von dem Problem der Lade- und Leistungsverstärker.
  • 2012: "Bioelectromagnetics und implantierbare Geräte" Gruppe in der University of Utah, USA entwickelt sich eine effiziente Resonanz basierten drahtlosen Strom- und Datenübertragungssystem für biomedizinische Implantate. Präsentiert Design erreicht mehr als die doppelte Effizienz und Frequenzbandbreite im Vergleich zu herkömmlichen induktiven Link-Ansatz. Design-Ansatz ist erweiterbar auf andere Industrie "smart" Wireless-Kraftübertragungssystem.
  • 2012: Christopher Tucker, Kevin Warwick und William Holderbaum von der University of Reading, UK Entwicklung einer hocheffizienten, kompakten Kraftübertragungssystem sicher für den Einsatz in der menschlichen Umgebung. Das Design ist einfach und verwendet nur ein paar Komponenten, stabile Ströme für biomedizinische Implantate zu erzeugen. Es ergab sich aus der Forschung, die direkt versucht, Teslas 1897 drahtlose Energiearbeit zu erweitern.
  • 2013: Resonance basierte Multi-Coil drahtlose Energieübertragungssystem vorgeschlagen, um die Variation der Kraftübertragungseffizienz und Datenbandbreite mit Kupplungs Variation zu reduzieren. Solche Systeme können den Effekt der Spulenfehlausrichtung auf die Systemleistung auszugleichen.
  • 2013: Ein voll integriertes Wireless-Power-Empfänger ist in CMOS-Prozess durch Meysam Zargham und PG gezeigt Gulak. Der Prototyp konzipiert erfordert keine Off-Chip-Komponenten oder Nachbearbeitungsschritte. Das zeigte Single-Chip-Prototyp ist nur wenige Millimeter auf jeder Seite, Masse produzierbar und stark reduziert die Kosten. Dieses Maß an Integration ermöglicht auch neue Möglichkeiten für die Einweg-Lab-on-Chip-Lösungen.,
  • 2013: Das Konzept einer virtuellen Wellenleiters durch geordnete Magnetfelder für die drahtlose Energieübertragung gesteuert wird vorgeschlagen.
  • 2014: Die erste mikrofluidischen Implantatspule ist für die drahtlose Energieübertragung auf das flexible Telemetriesystem vorgeschlagen. Die Arbeit zeigt eine weiche und flexible Spule mit einem flüssigen Metall-Legierung in einem biokompatiblen elastomeren Substrat umhüllt, um die Anwendung der biomedizinischen Implantaten Ziel hergestellt.
  • 2014: Mit kompakten Abmessungen Metamaterialien, wird die Stromübertragungseffizienz für die drahtlosen angetriebenen Systemen verbessert. Die vorgeschlagenen Anwendungen sind drahtlose Kurzstrecken-Kraftübertragung auf die biomedizinische Implantate und drahtlose Aufladen.
  • 2014: Die erste Demonstration der Resonanz basierten drahtlosen Energieübertragungssystem, um die elektromagnetische Energieaufnahme im menschlichen Gewebe zu reduzieren.
  • 2014: Eine störungsfreie biomedizinischen Telemetrie-System wird mit Resonanz basierte Multi-Coil-Ansatz, um mit den behördlichen Vorschriften einzuhalten entwickelt.
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