Чтобы получить представление о долгой истории беспроводной передачи энергии, давайте кратко рассмотрим некоторые из основных вех в развитии беспроводной зарядки на сегодняшний день.
1. Никола Тесла отказывается от беспроводной зарядки.
В конце 19 века дальновидный изобретатель и инженер Никола Тесла впервые продемонстрировал магнитно-резонансную связь. Это, если вы не в курсе, передача электричества по воздуху путем создания магнитного поля между двумя отдельными цепями (передатчиком и приемником).
Он смог продемонстрировать это, зажигая по беспроводной связи фосфоресцентные лампы и лампы накаливания в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, а затем в серии публичных лекций. Тесла запатентовал технологию под названием «резонансный трансформатор» или «катушка Теслы».
Это устройство могло производить очень высокие напряжения и частоты, а его усовершенствованные более поздние конструкции позволили использовать эту технологию очень безопасным и надежным образом. Хотя, как мы видели, индуктивная и емкостная связь являются эффектами «ближнего поля» и не могут использоваться для передачи на большие расстояния. Однако Тесла был убежден, что сможет разработать беспроводную связь на большие расстояния.
В 1902 году Тесла начал экспериментировать с гораздо более крупным устройством, чтобы увидеть, возможно ли его видение всемирной системы беспроводной подачи энергии. Он предвидел огромную сеть башен, которые могли бы беспроводным образом освещать города, передавать сообщения и, возможно, даже приводить в действие такие вещи, как самолеты в воздухе.
2. Изобретение радио помогло развитию концепции.
Хотя с технической точки зрения это не форма беспроводной передачи энергии, радио работает по очень похожей концепции. Выявленный и изученный немецкими физиками Генрихом Герцем в конце 1880-х годов, он настолько вездесущ сегодня, что мы даже не задумываемся о нем.
Радио работает, передавая электромагнитные волны на частотах от десятков до сотен герц по воздуху. Они генерируются электронными устройствами, называемыми передатчиками, которые излучают радиоволны до тех пор, пока они не будут приняты другой антенной — приемником.
В приемнике радиоволны индуцируют небольшой переменный ток, который затем преобразуется в звук через преобразователь. Весь этот процесс, по сути, представляет собой передачу энергии на расстояние без использования проводов.
Что касается только передачи энергии, то использование радиоволн еще не доказало свою эффективность. Это происходит из-за относительной низкой частоты радиосигналов и того факта, что они распространяются во всех направлениях. Это означает, что на один приемник может быть передано очень мало энергии — отсюда и необходимость в усилителе в большинстве ситуаций.
Однако с помощью устройства, называемого ректенной, или выпрямляющей антенной. Это тип приемной антенны, которая используется для преобразования электромагнитной энергии в электричество постоянного тока. С помощью ректенны радиоволны можно было бы также использовать для передачи электричества на большие расстояния.
Однако текущая работа в этой области способна обеспечить только небольшое количество энергии в микроваттном масштабе. Хотя это полезно для небольших электронных устройств, таких как светодиоды или кремниевые чипы, это масштаб меньше, чем требуется для ваших умных часов или телевизора. Тем не менее, важно отметить, что в настоящее время радиоволновая беспроводная передача энергии является быстро развивающейся областью.
3. Беспроводная передача энергии использовалась в медицинских устройствах в 1960-х годах.
Одним из наиболее важных реальных применений беспроводной передачи энергии было использование индуктивной беспроводной передачи энергии в имплантируемых медицинских устройствах в 1960-х годах. Ранние версии этих устройств использовали только резонансную приемную катушку, а более поздние также поставлялись с резонансными передающими катушками.
Такие устройства были разработаны для обеспечения высокой эффективности с использованием маломощной электроники без необходимости использования проводов. Сегодня использование резонансной индуктивной передачи энергии становится все более распространенным со многими коммерчески доступными имплантируемыми медицинскими устройствами, такими как кохлеарные импланты.
4. Первые успехи в беспроводной зарядке автомобилей были сделаны в 1970-х годах.
В 1970-х годах предпринимались различные попытки обеспечить беспроводную зарядку в транспортных средствах. Например, исследование 1972 года профессора Дона Отто.
В своем исследовании профессор Отто предположил, что транспортное средство можно заряжать индуктивно, используя передатчики, встроенные в поверхность дороги. Приемники на транспортном средстве, предположительно, могли бы затем использоваться для питания транспортного средства во время его движения.
Позднее, в 1978 г., первое применение индуктивной зарядки было продемонстрировано Дж. Г. Болджером и его коллегами. Им удалось создать электромобиль с индуктивным питанием, используя систему, работающую на частоте 180 Гц и мощностью 20 кВт.
В конце десятилетия в Калифорнии также был представлен автобус с беспроводной зарядкой. Примерно в то же время аналогичные предприятия, основанные на индуктивной зарядке, были впервые реализованы во Франции и Германии.
Это решение позволит электромобилям заряжать свои батареи на холостом ходу, например, в ожидании пассажиров, вместо того, чтобы останавливаться в течение рабочего дня для подзарядки. Компания также работает с другими компаниями в Китае над разработкой аналогичного решения.
5. Зарядка на большие расстояния была продемонстрирована в 2007 году.
В 2006 году профессор Массачусетского технологического института Марин Солячич впервые продемонстрировал, что электричество можно передавать на расстояние более 6,6 футов (2 м). Это было достигнуто за счет использования высокорезонансной формы магнитной индукции.
Солячич продеманстрировал, что на аналогичный двойной резонансный приемник можно передать мощность 60 Вт на расстояние 6,6 футов (2 м). Мало того, это было достигнуто с удивительной эффективностью 40%.
6. Различные компании сейчас работают над беспроводным питанием для вашего дома.
В последние годы частный сектор все чаще вмешивается в процесс, помогая сделать беспроводную передачу энергии массовым явлением. Различные компании, в настоящее время разрабатывают безопасные и надежные способы беспроводного питания устройств с использованием инфракрасных и радиочастотных технологий.
Эти решения, вероятно, могут оставить зарядные кабели в прошлом — что-то, что было бы очень удобно в местах, где электрические кабели потенциально опасны или неудобны, например, в ванных комнатах.