무선 전력 전송: 미래의 기술인가, 아니면 어디로도 갈 수 없는 길인가? 무선 전력 전송 방법

우리는 약 100%의 효율을 지닌 전선 없이 전기를 전송하는 장치를 제시하고 있습니다. 앞으로는 100% 효율 값이 정당화될 것이며, 물론 우리는 실험 장치를 통해 이 값을 입증할 것입니다.

무선 전기 전송 문제의 중요성은 의심의 여지가 없습니다. 자연 장벽(강, 산, 계곡)을 극복하고; 백업 전원 공급, 전기 운송, 가정용 및 산업용 장치 등의 무선 전원 공급 문제를 해결합니다. - 이 모든 것은 명명된 문제의 요소입니다.

약간의 역사

무선 전력 전송의 문제는 지난 세기 초 N. Tesla에 의해 처음으로 확인되었습니다. 그의 시연 장치는 안테나(커패시턴스)와 와이어 코일(인덕턴스)을 포함하는 개방형 공진 회로에 의해 전자기파를 방출하고 수신하는 방법을 기반으로 했습니다. Tesla 장치의 특성 지표는 다음과 같습니다: 효율성 = 4%, 전송 범위 - 42km, 안테나 타워의 최대 크기 - 60m, 파장 - 2000m Tesla 장치에서 행성 지구가 하나로 간주된다는 것은 중요합니다. 접지 없이 이러한 장파를 방출하고 수신하는 것은 효과적이지 않기 때문에 전기 전송 시 전선이 필요합니다.

Tesla의 실험 이후 지난 20세기 내내 허용 가능한 효율성으로 전기를 무선으로 전송하려는 모든 시도는 실패했습니다.

최근 10년 동안 M. Soljacic의 지휘 하에 MIT에서 수행한 작업이 직간접적으로 보고되었습니다. 그들의 연구는 공진 플랫 인덕터에 의해 구현되는 전기 전송 방법인 자기장을 사용하는 잘 알려진 유도를 기반으로 합니다. 이 방법은 안테나 코일의 크기에 상응하는 전송 범위로 이상적으로 50%의 효율을 제공합니다. 데모 장치의 특성 지표는 다음과 같습니다: 효율성 ≒ 40%, 전송 범위 – 2m, 안테나 코일 크기 – 0.6m, 파장 – 30m.

에너지적으로 폐쇄된 시스템

Tesla 장치와 마찬가지로 우리 장치에서도 에너지 운반체는 전자기파입니다. 잘 알려진 포인팅 벡터가 작동합니다.

다음 사항은 이론적으로 입증되고 실험적으로 확인되었습니다. 무선 전력 전송 장치의 송신 및 수신 안테나는 부분적으로 지구 전자기장의 에너지를 포함하여 에너지적으로 폐쇄된 시스템을 형성합니다. 이 시스템에서 지구 전자기장의 여기(활성화)를 통해 송신 안테나에서 수신 안테나로 전기가 약 100%의 효율로 전달됩니다(그림 1).

무화과. 1

무화과. 2

이 안테나를 사용하면 문제를 쉽게 공식화할 수 있으며 그 해결책은 전선 없이 전기 전송을 보장합니다.

1. 송신 및 수신 안테나는 로컬(제한된) 공간 영역에서 지구의 전자기장을 자극(활성화)해야 합니다.

2. 지구의 여기 전자기장은 또한 공간에 국지적이어야 하며 에너지를 소비하지 않아야 합니다(송신 안테나와 수신 안테나 사이의 정상 전자기파여야 함).

이 문제에 대한 해결책은 유명한 5번째 공리인 평행선 공리를 포함하는 유클리드 기하학의 공간적 표현을 기반으로 생성된 안테나로는 비현실적입니다. 학교 교과서에는 다음과 같은 가정이 있습니다. 주어진 직선 위에 있지 않은 점을 통해서는 주어진 직선과 평행한 직선 하나만 그릴 수 있습니다.

무화과. 삼

이 가정의 유명세는 1st Art부터 시작된다는 사실에 있습니다. 기원전 2000년 동안 세계 최고의 지성들은 그것을 정리로 증명하려고 노력했지만 실패했습니다. 그리고 1826년에 러시아의 로바체프스키(Lobachevsky)는 기하학의 기초를 개괄했는데, 여기서 유클리드 기하학의 5번째 가정은 본질적으로 부정에 의해 공식화되었습니다. 주어진 선 위에 있지 않은 점을 통해 주어진 선에 평행한 두 개 이상의 선을 그리는 것이 가능합니다.

무화과. 4

그리고 이 가정은 우리의 공간 개념과 그다지 일치하지 않지만 Lobachevsky의 기하학은 일관되며 최근 몇 년 동안 물리학자들에게 큰 도움이 되었습니다. 예를 들어, Lobachevsky의 기하학은 기계적 전송선의 진동부터 기본 입자의 상호 작용 및 살아있는 세포막의 과정에 이르기까지 광범위한 현상을 설명하는 데 관련됩니다.

의사구

사실, 1863년까지 거의 40년 동안 Lobachevsky의 기하학은 현실과 무관한 것으로 인식되었습니다. 그러나 1863년 이탈리아 수학자 벨트라미(Beltrami)는 로바체프스키 기하학 평면의 모든 속성이 구의 속성과 일치하거나 반대되는 속성을 갖는 기하학적 몸체인 의사구(pseudosphere)의 표면에서 실현된다는 사실을 확립했습니다. 그림에서. 도 5는 의사구체를 도시하고, 도 5는 의사구체를 도시한다. 6 그 생성기는 점근선 X'X를 갖는 트랙트릭스입니다. 의사구와 구의 대원(평행선)의 반경이 동일하면 부피와 표면적을 정량적으로 비교할 수 있습니다.

무화과. 5

무화과. 6

우리 장치의 안테나는 반유사구 형태로 만들어졌습니다. 우리는 효율성 = 100%, 전송 범위 – 1.8m, 안테나 코일의 최대 크기 – 0.2m, 파장 – 500m, 접지가 필요하지 않은 특성을 가진 장치를 시연합니다.

여기서는 데모 장치의 명명된 특성 전체가 고전 전기 역학의 기초인 무선 공학과 모순된다는 점에 유의해야 합니다.

반유사구 안테나의 어떤 속성이 우리 장치의 이러한 특성을 제공합니까?

유사권의 12개 이상의 특별한 속성 중에서 주목할만한 점은 다음과 같습니다.

공간에서 무한히 확장된 의사구체의 몸체는 유한한 부피와 유한한 표면적을 갖습니다.

반유사구 안테나의 도움으로 유한하고 공간적으로 제한적이며 에너지적으로 폐쇄된 시스템을 생성하는 것이 가능해지는 것이 의사구의 이러한 특성입니다. 이는 효율 = 100%에서 에너지 전달에 필요한 조건입니다.

우리 장치에서 해결된 두 번째 근본적인 문제는 언급된 에너지적으로 폐쇄된 시스템을 채우는 매체에 관한 것입니다. 요점은 레이저와 메이저가 그 열매인 양자 전기역학에서만 활성 매체로 간주된다는 것입니다. 반대로, 고전 전기 역학에서 매체는 수동적 대상을 의미합니다. 이는 전파 중 전자기 에너지의 손실인 감쇠와 관련이 있습니다.

놀랍지만 사실, 우리 장치는 지구의 전기장과 자기장을 활성화합니다. 이러한 필드는 언급된 에너지적으로 닫힌 시스템을 채우기 때문에 우리 장치의 환경 개체입니다. 이 환경의 활성화는 의사구의 특성의 결과이기도 합니다.

요점은 수학자에 따르면 의사구 표면의 모든 점이 쌍곡선이고 공간에서 불연속적이라는 것입니다. 우리 장치의 반 의사구형 안테나와 관련하여 이는 반의사구체 안테나 코일을 감는 와이어의 각 지점에서 전기장과 자기장의 불연속성과 양자화에 해당합니다. 이로 인해 전자기 교란이 발생합니다. 그 길이는 반유사 안테나의 코일을 감는 와이어의 직경에 비례합니다. 실제로 이러한 파동의 길이는 1mm 이하입니다. 이론과 실제에 의해 입증된 바와 같이 이러한 전자기파는 공기 분자의 분극을 통해 또는 직접적으로 지구의 전자기장을 활성화하여 장치에서 전송 경로를 따라 전자기 에너지의 손실을 보상할 수 있습니다. 이는 효율성 = 100%를 설명하는 데에도 필요합니다.

뿐만 아니라, 우리는 에너지 변환 계수(ECE)가 400% 이상인 과잉 전자기 에너지 생성기를 발표했습니다. 저것들. 알려진 히트펌프의 KPI와 유사합니다.

그리고 우리 장치에서 해결된 마지막 세 번째 문제에 대해 설명합니다.

에너지는 전기장과 자기장의 위상이 같은 파동인 이동 전자기파에 의해서만 공간에서 전달된다는 것은 잘 알려져 있습니다. 이 조건은 500m의 파장에서 1.8m 거리에서는 실현될 수 없습니다. 그러나 직선 또는 곡선 도체를 따라 진행하는 전자기파의 속도는 자유 공간에서의 속도에 비해 느려지고 감소한다는 것도 잘 알려져 있습니다. ; 파장도 감소합니다. 이 효과는 소위 감속 시스템의 전기 및 무선 공학에서 널리 사용됩니다. 이러한 시스템의 파장 감소 범위는 직선 와이어의 경우 10분의 1 단위부터 곡선(나선형) 와이어의 경우 30단위까지입니다.

우리 장치에서 짧은 거리에 걸쳐 진행파를 형성할 수 있게 해주는 것은 파장을 늦추고 줄이는 효과입니다.

실제로 우리 데모 장치의 파장은 위에서 언급한 길이로 단축되었습니다. , 이는 우리 장치에서 이동하고 에너지를 전달하는 전자기파를 형성합니다. 이 경우 파동 감소 계수는 다음과 같습니다. 단위. 파장의 엄청난 감소는 또한 우리 장치가 전기의 송신기와 수신기를 접지하지 않고도 효과적으로 작동한다는 실험적 사실을 설명합니다.

우리 장치는 의사구의 또 다른 놀라운 속성을 사용합니다.

의사구의 부피는 구 부피의 절반이고 표면적은 동일합니다.

이 속성에 따라 자체 표면적에 의해 제한되는 구의 부피에는 두 개의 결합된 고유 표면적과 언급된 구의 세 번째 영역에 의해 제한되는 두 개의 의사구 볼륨이 포함됩니다. 이를 통해 우리는 지구의 전기장과 자기장으로 채워진 지구 주위의 구 부피, 의사 구의 두 볼륨, 그리고 각각의 영역에 의해 제한되고 전기장의 절반을 포함하는 구의 부피를 상상할 수 있습니다. 지구(그림 7). 이 사실과 우리 장치가 필연적으로 지구의 한쪽에만 위치한다는 사실을 고려할 때 우리 장치의 안테나는 지구 전기장 및 자기장의 절반에만 상호 작용한다고 주장됩니다. 동시에 이러한 필드의 두 번째 절반이 비활성 상태라고 가정해서는 안됩니다. 다음은 우리에게 이것을 확신시켜줍니다.

무화과. 7

대부분의 물리 법칙은 시간이 비상대적(절대), 공간이 등방성, 전자기파(빛)의 직선 운동 속도가 절대적인 관성 기준 시스템에 대해 공식화되었음을 상기해 보겠습니다. 관성 기준 시스템의 틀 내에서, 자유 공간에서 진행하는 전자기파가 반사되면 정상파가 형성되고, 여기서 개별적으로 정상인 전파와 개별적으로 정상인 자기파가 구별된다는 것은 잘 알려져 있습니다. 진행파의 길이가 와 같을 때, 정상 전기파와 자기파의 길이는 진행파 길이의 절반과 같습니다. . 이러한 정상파의 주기가 진행파의 주기와 동일하다는 것도 중요합니다. , 정재파의 주기는 직접파와 반사파의 두 반주기의 합으로 구성되기 때문입니다.

지구상의 하루 길이를 결정하는 정확도에 따라 정확도가 달라지는 값을 실험적으로 결정하는 것이 아니라 계산한다는 사실을 통해 우리는 물리학의 여러 문제를 완전히 새로운 시각으로 볼 수 있습니다.

전류가 자기장을 생성한다는 것을 보여주는 법칙(나중에 발견자의 이름을 따서 앙페르의 법칙으로 명명됨)을 발견했습니다.

• 안에 2007 2009년 마린 솔야치치(Marin Soljačić) 교수가 이끄는 연구팀은 직경 60cm의 코일 2개를 사용해 60와트 전구를 40% 효율로 켜기에 충분한 에너지를 2m 거리에 무선으로 전송했다.
• 안에 2008 2009년에 Bombardier는 트램과 경전철 엔진에 사용하기 위한 "primove"라는 무선 전력 전송 시스템을 제안했습니다.
• 안에 2008 2009년에 인텔 직원들은 1894년 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)의 실험과 1988년 존 브라운(John Brown) 그룹의 실험을 75% 효율로 백열등으로 무선 에너지 전달하는 실험을 재현했습니다.
• 안에 2009 2009년에는 무선 전력 컨소시엄(Wireless Power Consortium)이라는 관심 기업들의 컨소시엄이 ""라는 저전류 무선 전력 표준을 개발했습니다. Qi는 휴대용 기술에 사용되기 시작했습니다.
• 안에 2009 2018년 노르웨이 회사인 Wireless Power & Communication은 가연성 가스로 포화된 대기에서 접촉 없이 안전하게 작동하고 재충전할 수 있는 산업용 손전등을 개발했습니다.
• 안에 2009 2018년 하이얼 그룹은 마린 솔야치치(Marin Soljačić) 교수의 무선 전력 전송 및 무선 홈 디지털 인터페이스(WHDI) 연구를 기반으로 세계 최초의 완전 무선 LCD TV를 출시했습니다.
• 안에 2011 올해 무선 전력 컨소시엄은 중전류에 대한 Qi 표준 사양을 확장하기 시작했습니다.
• 안에 2012 2006년에는 소형 자동차 모형이 모형 노면을 통해 무선 전력을 공급받는 상트페테르부르크 사립 박물관 '그랜드 모델 러시아'가 운영되기 시작했습니다.
• 안에 2015 올해 워싱턴 대학의 과학자들은 Wi-Fi 기술을 통해 전기를 전송할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

기술

초음파 방식

에너지 전달을 위한 초음파 방법은 펜실베이니아 대학교 학생들이 발명했으며 2011년 "The All Things Digital"(D9) 전시회에서 일반 대중에게 처음으로 소개되었습니다. 무선으로 무언가를 전송하는 다른 방법과 마찬가지로 수신기와 송신기가 사용되었습니다. 송신기가 초음파를 방출했습니다. 그러면 수신기는 들었던 내용을 전기로 변환했습니다. 발표 당시 전송거리는 7~10m에 달해 수신기와 송신기를 직접적으로 볼 수 있는 시야가 필요했다. 전송된 전압은 8V에 도달했습니다. 결과 전류는 보고되지 않습니다. 사용되는 초음파 주파수는 인간에게 아무런 영향을 미치지 않습니다. 초음파 주파수가 동물에 미치는 부정적인 영향에 대한 정보도 없습니다.

전자기 유도 방식

전자기 유도에 의한 무선 에너지 전송은 파장의 약 1/6 거리에 있는 근거리 전자기장을 사용합니다. 근거리장 에너지 자체는 복사 에너지가 아니지만 일부 복사 손실이 발생합니다. 또한 일반적으로 저항 손실도 발생합니다. 전기역학적 유도 덕분에 1차 권선을 통해 흐르는 교류 전류는 2차 권선에 작용하여 전류를 유도하는 교류 자기장을 생성합니다. 높은 효율성을 달성하려면 상호 작용이 매우 밀접해야 합니다. 2차 권선이 1차 권선에서 멀어짐에 따라 점점 더 많은 자기장이 2차 권선에 도달하지 못합니다. 상대적으로 짧은 거리에서도 유도 결합은 극도로 비효율적이 되어 전송된 에너지의 대부분을 낭비합니다.

전기 변압기는 무선 에너지 전송을 위한 가장 간단한 장치입니다. 변압기의 1차 권선과 2차 권선은 직접 연결되지 않습니다. 에너지 전달은 상호 유도라는 과정을 통해 발생합니다. 변압기의 주요 기능은 1차 전압을 높이거나 낮추는 것입니다. 휴대폰 및 전동 칫솔용 비접촉 충전기는 전기역학적 유도 원리를 사용한 예입니다. 인덕션 쿠커에도 이 방법이 사용됩니다. 무선 전송 방법의 가장 큰 단점은 범위가 매우 짧다는 것입니다. 효과적으로 통신하려면 수신기가 송신기에 가까이 있어야 합니다.

공진을 사용하면 전송 범위가 약간 증가합니다. 공진 유도를 사용하면 송신기와 수신기가 동일한 주파수로 조정됩니다. 제어 전류 파형을 정현파에서 비정현파 과도 파형으로 변경하면 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 펄스 에너지 전달은 여러 주기에 걸쳐 발생합니다. 이러한 방식으로, 상대적으로 낮은 결합 계수를 사용하여 상호 조정된 두 개의 LC 회로 사이에 상당한 전력이 전달될 수 있습니다. 일반적으로 송신 및 수신 코일은 단일 레이어 솔레노이드이거나 수신 요소가 송신기의 주파수에 맞춰 조정될 수 있도록 하는 커패시터 세트가 있는 편평한 나선형입니다.

공진 전기역학 유도의 일반적인 응용 분야는 랩탑 컴퓨터, 휴대폰, 의료용 임플란트, 전기 자동차 등 휴대용 장치의 배터리를 충전하는 것입니다. 국소 충전 기술은 다층 권선 배열 구조에서 적절한 전송 코일을 선택하는 방법을 사용합니다. 무선 충전 패널(송신 회로)과 수신기 모듈(부하에 내장됨) 모두 공진을 사용하여 최대 전력 전달 효율을 보장합니다. 이 전송 기술은 휴대폰 등 휴대용 전자기기를 충전하는 범용 무선 충전 패드에 적합하다. 이 기술은 Qi 무선 충전 표준의 일부로 채택되었습니다.

공진 전기역학적 유도는 RFID 태그, 비접촉식 스마트 카드 등 배터리가 없는 장치에 전원을 공급하고 1차 인덕터에서 무선 송신기이기도 한 Tesla 변압기의 나선형 공진기로 전기 에너지를 전달하는 데에도 사용됩니다. 전기 에너지의.

정전기 유도

레이저 방식

전자기 방사선의 파장이 스펙트럼의 가시 영역(10μm ~ 10nm)에 접근하는 경우 에너지는 레이저 빔으로 변환되어 전송될 수 있으며, 이 빔은 수신기의 광전지로 향할 수 있습니다.

레이저 에너지 전송은 다른 무선 전송 방법에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.

• 장거리에 걸친 에너지 전달(단색 광파의 좁은 빔 사이의 작은 발산각으로 인해)
• 소형 제품에 대한 사용 용이성(고체 레이저 - 광전 반도체 다이오드의 작은 크기로 인해)
• Wi-Fi 및 휴대폰과 같은 기존 통신 수단에 대한 무선 주파수 간섭이 없습니다(레이저는 그러한 간섭을 일으키지 않습니다).
• 접근 제어 가능성(레이저 빔으로 조명된 수신기만 전기를 수신할 수 있음)

이 방법에는 다음과 같은 여러 가지 단점도 있습니다.

• 저주파 전자기 방사선을 빛인 고주파 방사선으로 변환하는 것은 효과적이지 않습니다. 단색광을 변환하는 효율은 태양광 패널의 효율보다 훨씬 높지만 광전지의 효율은 40~50%에 달하기 때문에 빛을 다시 전기로 변환하는 것도 비효율적입니다.
• 대기 손실;
• 송신기와 수신기 사이에 가시선이 필요합니다(마이크로파 전송과 마찬가지로).

레이저 전력 전송 기술은 이전에 새로운 무기 시스템 개발과 항공우주 산업에서 주로 연구되어 왔으며 현재는 저전력 응용 분야의 상업용 및 가전 제품 응용 분야를 위해 개발되고 있습니다. 소비자 애플리케이션을 위한 무선 전력 전송 시스템은 IEC 60825의 레이저 안전 요구 사항을 충족해야 합니다. 레이저 시스템을 더 잘 이해하려면 레이저 특성의 공간 및 스펙트럼 일치가 허용되므로 레이저 빔 전파가 회절 제한에 훨씬 덜 의존한다는 점을 고려해야 합니다. 파장이 포커싱에 영향을 미치므로 작동 전력과 거리가 늘어납니다.

NASA의 Dryden 비행 연구 센터는 레이저 빔으로 구동되는 경량 무인 모형 항공기의 비행을 시연했습니다. 이는 항공기를 착륙시킬 필요 없이 레이저 시스템을 통해 주기적으로 재충전할 수 있는 가능성을 입증했습니다.

교류는 대기압이 135mmHg 미만인 대기층을 통해 전달될 수 있습니다. 미술. 전류는 해발 약 3.2~4.8km(2~3마일)의 낮은 대기를 통해 정전기 유도에 의해 흐르고, 5km 위에 위치한 이온화된 영역을 통해 이온 플럭스, 즉 전기 전도에 의해 흐릅니다. 자외선의 강렬한 수직 빔을 사용하여 두 개의 솟아오른 단자 바로 위의 대기 가스를 이온화할 수 있으며, 그 결과 대기의 전도층에 직접 연결되는 플라즈마 고전압 전력선이 형성됩니다. 결과적으로 두 개의 상승된 단자 사이에 전류의 흐름이 형성되어 대류권을 통과하여 다른 단자로 돌아갑니다. 대기층을 통한 전기 전도성은 이온화된 대기에서 용량성 플라즈마 방전을 통해 가능해집니다.

니콜라 테슬라는 전기가 지구와 대기를 통해 전송될 수 있다는 것을 발견했습니다. 연구 과정에서 그는 적당한 거리에서 램프의 점화를 달성하고 장거리 전기 전송을 기록했습니다. Wardenclyffe Tower는 대서양 횡단 무선 전화를 위한 상업 프로젝트로 구상되었으며 전 세계적으로 무선 전력 전송 가능성을 실제로 보여주는 사례가 되었습니다. 자금 부족으로 설치가 완료되지 않았습니다.

지구는 자연 전도체이며 하나의 전도성 회로를 형성합니다. 복귀 루프는 약 7.2km 고도에서 대류권 상부와 성층권 하부를 통해 발생합니다.

플라즈마의 높은 전기 전도도와 지구의 높은 전기 전도성을 기반으로 하는 소위 "세계 무선 시스템"이라고 불리는 전선 없이 전기를 전송하는 글로벌 시스템은 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)가 1904년 초에 제안한 것으로, 대전된 대기와 지구 사이의 "단락"의 결과로 발생한 퉁구스카 운석의 원인입니다.

전세계 무선 시스템

유명한 세르비아 발명가 니콜라테슬라(Nikola Tesla)의 초기 실험은 일반 전파, 즉 우주에서 전파되는 전자기파인 헤르츠파의 전파에 관한 것이었습니다.

1919년 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 다음과 같이 썼습니다. “나는 1893년에 무선 전송 작업을 시작한 것으로 알려져 있지만 사실 나는 지난 2년 동안 연구를 수행하고 장비를 제작해 왔습니다. 일련의 급진적인 결정을 통해 성공이 달성될 수 있다는 것이 처음부터 나에게는 분명했습니다. 고주파 발진기와 전기 발진기를 먼저 만들어야했습니다. 그들의 에너지는 효율적인 송신기로 변환되어야 하고, 적절한 수신기를 통해 먼 거리에서 수신되어야 했습니다. 이러한 시스템은 외부 간섭을 배제하고 완전한 독점성을 보장한다면 효과적일 것입니다. 그러나 시간이 지나면서 이런 종류의 장치가 효과적으로 작동하려면 지구의 물리적 특성을 고려하여 설계해야 한다는 것을 깨달았습니다."

세계적인 무선 시스템을 구축하기 위한 조건 중 하나는 공진형 수신기의 구축입니다. Tesla 코일의 접지된 나선형 공진기와 높은 단자를 그대로 사용할 수 있습니다. Tesla는 전송에서 수신 Tesla 코일로 전기 에너지를 무선으로 전송하는 것을 반복적으로 시연했습니다. 이는 그의 무선 전송 시스템(미국 특허 번호 1119732, 1902년 1월 18일, "전기 에너지 전송 장치")의 일부가 되었습니다. Tesla는 전 세계에 30개 이상의 송수신기 스테이션을 설치할 것을 제안했습니다. 이 시스템에서 테이크업 코일은 고전류 출력을 갖는 강압 변압기 역할을 합니다. 송신 코일의 매개변수는 수신 코일과 동일합니다.

Tesla의 전세계 무선 시스템의 목표는 전력 전송을 무선 방송 및 지향성 무선 통신과 결합하여 수많은 고전압 전력선이 필요하지 않고 전 세계적으로 발전기의 상호 연결을 촉진하는 것이었습니다.

또한보십시오

• WiTricity

노트

1. 존 패트릭 바렛(John Patrick Barrett)의 “콜롬비아 박람회의 전기”. 1894년, pp. 168-169(영어)
2. 초고주파 교류 실험과 인공 조명 방법에의 적용, AIEE, Columbia College, N.Y., 1891년 5월 20일(영어)
3. 고전위 및 고주파의 교류 전류 실험, IEE 주소, 런던, 1892년 2월
4. On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Philadelphia, 2월 1893 and National Electric Light Association, St.  루이스, 1893년 3월
5. Jagdish Chandra Bose의 작업 :mm-wave 연구의 100 년 (영어)
6. 자가디시 찬드라 보스(영어)
7. 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)의 교류 전류 연구 및 무선 전신, 전화 통신 및 전력 전송에 대한 적용, pp. 26-29. (영어)
8. 1899년 6월 5일, 니콜라 테슬라  콜로라도 봄 주의사항  1899-1900, Nolit, 1978 (영어)
9. Nikola Tesla: 유도 무기 및 컴퓨터 기술(영어)
10. 전기기사(런던), 1904 (영어)
11. 과거의  A 역사 과거의 전기 공학 , 히데츠구 야기
12. 테텔바움 S.I.전파를 사용하여 장거리 전기를 무선으로 전송하는 경우 // 전기. - 1945. - 5호. -43-46 페이지.
13. 코스텐코 A.A.준광학: 역사적 배경 및 현대 개발 동향 // 방사 물리학 및 전파 천문학. - 2000. - T. 5, No. 3. -P.231.
14. 1961년  IRE Int.에서  마이크로파 빔에 의한 전력  전송 요소에 대한 조사.  회의  Rec., vol.9, part 3, pp.93-105 (영문)
15. IEEE 마이크로파 이론 및 기술, Bill Brown의 우수 경력 (영어)
16. 태양으로부터의 힘: 미래, 과학 Vol. 162, pp. 957-961 (1968)
17. Solar Power Satellite 특허 (영문)
18. RFID의 역사
19. 우주 태양 에너지 이니셔티브
20. 무선 전력 전송 for 태양광 전력 위성 (SPS) (Second Draft by N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology
21. W. C. 브라운: 전파에 의한 전력 전송의 역사: 마이크로파 이론 및 기술, 1984년 9월 IEEE 거래, v.  32 (9), pp.  1230-1242 (영어)
22. 강력한 결합 자기 공명을 통한 무선 전력 전송 (영어) . 과학(2007년 6월 7일). 2010년 9월 6일에 확인함. 2012년 2월 29일에 보관됨.,
    무선으로 전기를 전송하는 새로운 방법이 출시되었습니다. (러시아인). MEMBRANA.RU(2007년 6월 8일). 2010년 9월 6일에 확인함. 2012년 2월 29일에 보관됨.
23. Bombardier PRIMOVE 기술
24. Intel은 노트북의 무선 전원을 상상합니다(영어)
25. 무선'전기' 규격'완성' 임박
26. 글로벌 Qi Standard Powers Up 무선 충전 - HONG KONG, 9월  2 /PRNewswire/
27. TX40 및 CX40, Ex 승인 토치 및 충전기
28. 하이얼의  무선 HDTV 선이 부족함, svelte 프로필 (동영상) (영어) ,
    무선 전기는 제작자를 놀라게했습니다. (러시아인). MEMBRANA.RU(2010년 2월 16일). 2010년 9월 6일에 확인함.

무선 충전 기본 사항

무선 전력 전송(WPT)은 전력 케이블의 폭정에서 벗어날 수 있는 기회를 제공합니다. 이 기술은 이제 모든 유형의 장치와 시스템에 침투하고 있습니다. 그녀를 살펴보자!

무선 방식

대부분의 현대 주택과 상업용 건물은 AC 전원으로 전원을 공급받습니다. 발전소는 교류 전기를 생산하며, 이 전기는 고압 전력선과 강압 변압기를 사용하여 가정과 기업에 전달됩니다.

전기는 배전반으로 전달되고, 배선을 통해 조명, 주방 가전제품, 충전기 등 우리가 매일 사용하는 장비와 장치에 전기가 전달됩니다.

모든 구성 요소는 표준화되어 있습니다. 표준 전류 및 전압 등급의 모든 장치는 전국의 모든 콘센트에서 작동됩니다. 표준은 국가마다 다르지만 특정 전기 시스템에서는 해당 시스템의 표준을 충족하는 한 모든 장치가 작동합니다.

여기에 케이블, 저기에 케이블... 대부분의 전기 장치에는 AC 전원 코드가 있습니다.

무선 전력 전송 기술

무선 전력 전송(WPT)을 사용하면 전선 없이 공극을 통해 전력을 공급할 수 있습니다. 무선 전력 전송은 물리적 커넥터나 전선 없이 호환 가능한 배터리나 장치에 AC 전원을 제공할 수 있습니다. 전기 에너지의 무선 전송은 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 무인 항공기, 자동차 및 기타 운송 장비에 충전을 제공할 수 있습니다. 태양광 패널에서 생성된 전기를 우주에 무선으로 전송할 수도 있습니다.

전기 에너지의 무선 전송은 유선 충전기를 대체하면서 가전제품 분야에서 급속한 발전을 시작했습니다. CES 2017에서는 무선전력전송을 활용한 다양한 기기들이 선보일 예정이다.

그러나 전기에너지를 무선으로 전송한다는 개념은 1890년대쯤에 등장했다. 콜로라도 스프링스에 있는 자신의 연구실에 있는 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 전기역학적 유도(공진 변압기에 사용됨)를 사용하여 무선으로 전구에 불을 켤 수 있었습니다.

전원으로부터 18미터(60피트) 떨어진 곳에 위치한 세 개의 전구에 불이 들어오고 시연이 기록되었습니다. Tesla는 큰 계획을 갖고 있었습니다. 그는 Long Island에 위치한 Wardenclyffe Tower가 대서양을 가로질러 무선으로 전기 에너지를 전송할 수 있기를 바랐습니다. 자금 조달, 시기 등 다양한 문제로 인해 이런 일이 발생하지 않았습니다.

전기 에너지의 무선 전송은 송신기와 수신기 사이의 공극을 통해 에너지를 전달하기 위해 하전 입자에 의해 생성된 필드를 사용합니다. 전기 에너지를 공기를 통해 전달될 수 있는 형태로 변환하여 에어 갭을 단락시킵니다. 전기 에너지는 교류장으로 변환되어 공기를 통해 전송된 다음 수신기에 의해 사용 가능한 전류로 변환됩니다. 전력과 거리에 따라 전기 에너지는 전기장, 자기장 또는 전파, 마이크로파 방사선, 심지어 빛과 같은 전자기파를 통해 효율적으로 전송될 수 있습니다.

다음 표에는 전기 에너지의 무선 전송을 위한 다양한 기술과 에너지 전송 형태가 나열되어 있습니다.

무선 충전을 위한 개방형 표준인 Qi 충전

무선 전력을 약속하는 일부 회사는 여전히 제품을 개발하고 있지만 Qi("qi"로 발음) 충전 표준이 이미 존재하며 이를 사용하는 장치가 이미 출시되어 있습니다. 2008년에 설립된 WPC(무선 전력 협회)는 배터리 충전을 위한 Qi 표준을 개발했습니다. 이 표준은 유도 및 공진 충전 기술을 모두 지원합니다.

유도 충전은 가까운 거리에 있는 송신기와 수신기의 인덕터 간에 전기 에너지를 전달합니다. 유도 시스템에서는 인덕터가 서로 근접하고 정렬되어야 합니다. 일반적으로 장치는 충전 패드와 직접 접촉합니다. 공진 충전에는 세심한 정렬이 필요하지 않으며 충전기는 최대 45mm 떨어진 장치를 감지하고 충전할 수 있습니다. 따라서 공진 충전기를 가구에 내장하거나 선반 사이에 설치할 수 있습니다.

Qi 로고가 있다는 것은 장치가 WPC에 등록되고 인증되었음을 의미합니다.

초기에 Qi 충전 전력은 약 5W 정도였습니다. Qi 충전을 사용하는 최초의 스마트폰은 2011년에 출시되었습니다. 2015년에는 Qi 충전 전력이 15W로 증가해 기기를 빠르게 충전할 수 있게 됐다.

Texas Instruments의 다음 그림은 Qi 표준이 다루는 내용을 보여줍니다.

Qi 등록 데이터베이스에 나열된 장치만 Qi 호환이 보장됩니다. 현재 700개 이상의 제품이 포함되어 있습니다. Qi 로고가 부착된 제품은 테스트 및 인증을 거쳤음을 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 장치에서 사용되는 자기장은 휴대폰이나 전자여권과 같은 민감한 장치에 문제를 일으키지 않습니다. 등록된 장치는 등록된 충전기와 작동이 보장됩니다.

전기 에너지의 무선 전송 물리학

가정용 장치에 대한 전기 에너지의 무선 전송은 새로운 기술이지만 그 기본 원리는 오랫동안 알려져 왔습니다. 전기와 자기가 관련된 경우에도 Maxwell의 방정식이 적용되며 송신기는 다른 형태의 무선 통신과 동일한 방식으로 수신기에 에너지를 보냅니다. 그러나 무선 전력 전송은 에너지에 인코딩된 정보가 아닌 에너지 자체를 전송하는 주요 목적이 다릅니다.

전기 에너지의 무선 전송과 관련된 전자기장은 매우 강할 수 있으므로 인간의 안전을 고려해야 합니다. 전자기 방사선에 노출되면 문제가 발생할 수 있으며, 전기 에너지 송신기에서 생성된 자기장이 착용형 또는 이식형 의료 기기의 작동을 방해할 가능성도 있습니다.

송신기와 수신기는 충전되는 배터리와 동일한 방식으로 전기 에너지를 무선으로 전송하는 장치에 내장되어 있습니다. 실제 변환 패턴은 사용된 기술에 따라 달라집니다. WPT 시스템은 전기 자체의 전송 외에도 송신기와 수신기 간의 통신을 제공해야 합니다. 이렇게 하면 수신기가 배터리가 완전히 충전되었음을 충전기에 알릴 수 있습니다. 또한 통신을 통해 송신기는 부하로 전송되는 전력량을 조정하기 위해 수신기를 감지하고 식별할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 온도 등을 모니터링할 수도 있습니다.

전기 에너지의 무선 전송에서는 근거리장 또는 원거리장 개념의 선택이 중요합니다. 전송 기술, 전송할 수 있는 에너지의 양 및 거리 요구 사항은 시스템이 근거리 방사선을 사용할지 원거리 방사선을 사용할지 여부에 영향을 미칩니다.

안테나로부터의 거리가 한 파장보다 훨씬 짧은 지점은 근거리 영역에 있습니다. 근거리장의 에너지는 비방사성이며 자기장과 전기장의 진동은 서로 독립적입니다. 용량성(전기) 및 유도성(자기) 결합을 사용하여 송신기 근처에 있는 수신기에 에너지를 전달할 수 있습니다.

안테나로부터의 거리가 약 두 파장보다 큰 지점은 원거리 장에 있습니다(근거리 장과 원거리 장 사이에 전이 영역이 있음). 원거리장 에너지는 일반적인 전자기 복사의 형태로 전송됩니다. 원거리장 에너지 전달은 에너지 빔이라고도 합니다. 원거리 전송의 예로는 고출력 레이저 또는 마이크로파 방사선을 사용하여 장거리에 걸쳐 에너지를 전송하는 시스템이 있습니다.

무선 전력 전송(WPT)은 어디에서 작동합니까?

모든 WPT 기술은 현재 활발히 연구가 진행되고 있으며, 가장 중점을 두고 있는 것은 전력 전달 효율 극대화와 자기 공명 결합 기술 탐색입니다. 또한, 가장 야심찬 아이디어는 사람이 있을 WPT 시스템을 구내에 설치하고 그가 착용하는 장치가 자동으로 충전되는 것입니다.

전 세계적으로 전기 버스가 표준이 되고 있습니다. 런던의 상징인 이층 버스에 무선 충전을 도입하려는 계획은 한국, 미국 유타주 및 독일의 버스 시스템과 일치합니다.

드론에 무선으로 전력을 공급하기 위한 실험 시스템은 이미 시연되었습니다. 그리고 앞서 언급했듯이 현재 연구 개발은 무선 전력 전송과 우주에 위치한 태양광 패널을 사용하여 지구의 에너지 수요를 일부 충족할 수 있다는 전망에 초점을 맞추고 있습니다.

WPT는 어디에서나 작동합니다!

결론

모든 소비자에게 무선으로 전력을 전송하려는 Tesla의 꿈은 아직 실현되지 않았지만 현재 많은 장치와 시스템이 어떤 형태로든 무선 전력 전송을 사용하고 있습니다. 칫솔에서 휴대폰, 개인용 자동차에서 대중교통에 이르기까지 전기 에너지의 무선 전송을 위한 다양한 응용 분야가 있습니다.

전선이 필요 없는 무형의 수단으로 구동되는 가전제품이 발명가들의 마음을 설레게 한 것은 이번이 처음이 아닙니다. 그러나 이제 전문가들은 상업용 진공 청소기, 플로어 램프, 텔레비전, 자동차, 임플란트, 모바일 로봇 및 노트북이 무선 소스로부터 전류를 효과적이고 안전하게 수신하도록 가르치는 수준에 이르렀습니다.

최근 Marin Soljačic이 이끄는 MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 과학자 팀은 무선 전기 기술을 실험실 "트릭"에서 복제 가능한 기술로 전환하는 방향으로 한 단계 더 나아갔습니다. 그들은 뜻밖에도 전송 효율을 높이는 효과를 발견했습니다. 하지만 새로운 실험에 대해 이야기하기 전에, 한 가지 여담을 생각해 볼 가치가 있습니다.

이 경우 에너지 운반체로 근거리 자기장이 사용되며 수 메가헤르츠의 고주파에서 진동합니다. 전송을 위해서는 동일한 공진 주파수로 조정된 두 개의 자기 코일이 필요합니다. 과학자들은 그들 사이의 에너지 전달을 엄격하게 정의된 주파수의 소리를 "들을" 때 공진 유리가 파괴되는 것과 비교합니다.

자기장(빨간색과 파란색)으로 둘러싸인 이상적인 자기 코일(노란색)은 코일 자체 크기보다 몇 배 더 큰 거리 D에서 서로 에너지를 전달합니다. 이것이 과학자들이 공명 자기 결합(또는 결합)이라고 부르는 것입니다. 즉, 공명 자기 결합(WiTricity 그림)입니다.

코일의 상호작용의 결과로 소위 "무선 전기"(WiTricity)가 얻어집니다. 그건 그렇고, 이 단어는 Soljachich와 MIT의 여러 동료가 설립한 같은 이름의 회사에 속한 상표입니다. 회사는 이 용어가 회사의 기술과 이를 기반으로 제작된 제품에만 적용됨을 나타냅니다. 일반적으로 "whitecity"를 무선 에너지 전송의 동의어로 사용하지 마시기 바랍니다.

발명가들은 또한 WiTricity를 전자기파를 통한 에너지 전달과 혼동하지 말 것을 요청합니다. 그들은 새로운 방법이 "비방사성"이라고 말합니다.

그리고 제작자가 표시한 몇 가지 중요한 "not"이 있습니다. WiTricity는 권선이 몇 미터 떨어져 있는 변압기와 유사하지 않습니다(이 경우 후자는 작동을 멈춥니다). 이것은 개선된 전동칫솔이 아닙니다. 전기 접촉 없이 충전할 수 있지만 전송 및 수신 유도 코일을 1밀리미터 거리에 더 가깝게 만들기 위해서는 여전히 "도크"에 배치해야 합니다. "Whitecity"는 WiTricity 시스템에서 작동하는 맥동 자기장이 사람에게 영향을 미치지 않기 때문에 생명체를 튀길 수 있는 전자레인지가 아닙니다. 마지막으로, "무선 전기"는 위대한 발명가가 장거리 에너지 전송을 보여 주려고 했던 Tesla의 "신비하고 끔찍한" Wardenclyffe Tower도 아닙니다.

WiTricity 방법을 사용하여 광원에서 2m 이상 떨어진 60와트 전구에 무선 에너지를 전송하는 첫 번째 실험은 2007년 Marin과 그의 동료에 의해 수행되었습니다. 효율성은 약 40%로 낮았지만, 그럼에도 불구하고 발명가들은 신제품의 실질적인 이점인 안전성을 지적했습니다.

시스템에 사용되는 자기장은 자기공명영상 스캐너의 핵심에 있는 자기장보다 10,000배 더 약합니다. 따라서 살아있는 유기체, 의료용 임플란트, 심장박동기 및 기타 이런 종류의 민감한 장비, 가전제품 모두 이 분야의 효과를 느낄 수 없습니다.

WiTricity의 주요 저자: Marin Soljacic(왼쪽), Aristeidis Karalis 및 John Joannopoulos. 오른쪽: WiTricity 회로도. 송신 코일(왼쪽)이 소켓에 연결되어 있습니다. 리셉션 - 소비자와 연결됩니다. 첫 번째 코일(파란색)의 자기장 선은 상대적으로 작은 전도성 장애물 주위를 구부릴 수 있으며(나무, 직물, 유리, 콘크리트 또는 사람을 전혀 인식하지 못함) 에너지(노란색 선)를 성공적으로 전달합니다. 수신 링(사진 MIT/Donna Coveney, 그림: WiTricity).

이제 Soljachich와 그의 동료들은 WiTricity 시스템의 효율성이 코일의 크기, 기하학적 구조, 튜닝은 물론 코일 사이의 거리뿐만 아니라 소비자 수에도 영향을 받는다는 사실을 발견했습니다. 그러나 언뜻 역설적이게도 송신 '안테나' 양쪽에 1.6~2.7m 거리에 배치된 두 개의 수신 장치는 한 소스와 소비자 사이에서만 통신이 이루어지는 경우보다 10% 더 나은 효율성을 나타냈습니다. 이전 실험에서.

또한, 개별적으로 송신기-수신기 쌍의 효율성이 무엇인지에 관계없이 개선이 관찰되었습니다. 과학자들은 새로운 소비자가 추가되면 효율성이 더욱 높아질 것이라고 제안했지만 아직 얼마나 많은지는 명확하지 않습니다. (실험의 자세한 내용은 Applied Physics Letters에 공개되어 있습니다.)

새로운 실험에서 송신 코일의 면적은 1제곱미터였고, 수신 코일은 각각 0.07㎡에 불과했습니다. 그리고 이것은 또한 흥미 롭습니다. 이전 실험에서 "수신기"의 부피는 장비 제조업체가 장비에 이러한 시스템을 장착하려는 욕구에 의문을 제기했습니다. WiTricity 장치와 비교할 수 있는 자체 충전 노트북을 거의 좋아하지 않을 것입니다. 컴퓨터 자체의 크기입니다.

왼쪽: 1 – 특수 회로는 일반 교류를 고주파 전류로 변환하고 진동 자기장을 생성하는 전송 코일에 전원을 공급합니다. 2 – 소비자 장치의 수신 코일은 동일한 주파수로 조정되어야 합니다. 3 – 코일 사이의 공진 연결은 자기장을 다시 전류로 바꾸어 전구에 전력을 공급합니다.
오른쪽: 시스템 작성자에 따르면 천장에 있는 하나의 코일은 여러 개의 램프와 TV부터 노트북과 DVD 플레이어(WiTricity 그림)에 이르기까지 실내의 모든 가전제품과 장치에 에너지를 공급할 수 있습니다.

그러나 가장 중요한 것은 여러 소비자와 동시에 작업하면서 전반적인 효율성을 향상시키는 효과가 눈에 보이지 않는 "비 방출 방출체"로부터 전력을 공급받는 다양한 장비로 가득 찬 집인 Soljachich의 푸른 꿈에 청신호를 의미한다는 것입니다. 방의 천장이나 벽에 숨겨져 있습니다.

아니면 방뿐만 아니라 차고에도 있을까요? 물론 일반적인 방법으로 전기차를 충전할 수도 있다. 그러나 WiTricity의 장점은 어디에나 연결할 필요가 없으며 심지어 그것에 대해 기억할 필요도 없다는 것입니다. 이론적으로는 차고(또는 회사 주차장)에 도착하면 자동차 자체를 학습하여 "요청"을 보낼 수 있습니다. 시스템을 구축하고 바닥에 설치된 자기 코일에서 배터리를 충전합니다.

그건 그렇고, 일부 실험에서 WiTricity 전문가는 전송 전력을 3킬로와트로 높였습니다(그리고 60와트 전구로 시작했다는 것을 기억하십시오). 효율성은 전체 매개변수 세트에 따라 다르지만 회사에 따르면 충분히 가까운 코일을 사용하면 95%를 초과할 수 있습니다.

전선 없이 수 미터에 걸쳐 전기를 전송하는 유망한 방법과 일종의 "전력 빔"을 조준해야 할 필요성이 다양한 회사의 관심을 끌 것이라고 추측하는 것은 어렵지 않습니다. 일부는 이미 스스로 이 방향으로 노력하고 있습니다.

예를 들어, Soljachich와 그의 동료들이 입증하고 테스트한 원리를 바탕으로 Intel은 현재 공진 전력 전송의 변형인 WREL(Wireless Resonant Energy Link)을 개발하고 있습니다. 2008년에 회사는 75% 효율로 "자기" 전류 전송을 시연하면서 이 분야에서 눈부신 성과를 거두었습니다.

MP3 플레이어에서 소형 스피커로 (오디오 신호와 함께) 전력을 무선으로 전송하는 Intel WREL의 실험적 설치 중 하나입니다(사진 출처: gizmodo.com).

Sony는 현재 MIT의 물리학자들의 실험을 재현하여 자체 실험을 수행하고 있습니다.

그러나 Soljačić는 자신의 혁신이 동료 경쟁사의 제품 사이에서 사라지지 않을 것이라고 확신합니다. 결국, 이를 최대한 활용하고 심층적인 연구와 개선을 위한 준비가 되어 있는 것은 기술의 선구자들이었습니다. 예를 들어, 한 쌍의 코일을 설정하는 것조차 겉으로 보기에는 그렇게 간단하지 않습니다. 과학자는 진정으로 안정적으로 작동하는 시스템을 구축하기 전에 몇 년 동안 실험실에서 연속으로 실험을 수행했습니다.

WiTricity 가정용 키트의 첫 번째 프로토타입을 통해 전력을 공급받는 LCD 화면의 시연 샘플입니다. 송신 코일은 바닥에 있고, 수신 코일은 테이블 위에 있습니다(사진 WiTricity).

저자에 따르면 "무선 전기"는 원래 OEM 제품으로 만들어졌습니다. 따라서 앞으로는 이 기술이 다른 회사의 제품에도 등장할 것으로 예상할 수 있습니다.

그리고 잠재 소비자를 대상으로 한 시험 풍선이 이미 시작되었습니다. 지난 1월 라스베이거스에서 열린 CES 2010에서 중국 기업 하이얼(Haier)은 세계 최초의 완전 무선 HDTV TV를 선보였습니다. 플레이어의 비디오 신호가 무선으로 화면으로 전송되었을 뿐만 아니라(공식적으로 한 달 전에 탄생한 무선 홈 디지털 인터페이스 표준이 사용됨) 전원 공급 장치도 마찬가지였습니다. 후자는 WiTricity 기술에 의해 정확하게 제공되었습니다.

Soljachich의 회사는 또한 테이블과 캐비닛 벽에 코일을 설치하는 것에 대해 가구 제조업체와 협상하고 있습니다. WiTricity 파트너의 첫 번째 직렬 제품 발표는 2010년 말로 예상됩니다.

일반적으로 전문가들은 WiTricity 수신기가 내장된 신제품인 실제 베스트셀러가 시장에 나올 것으로 예측합니다. 더욱이, 그것이 어떤 것인지 자신 있게 말할 수 있는 사람은 아직 아무도 없습니다.

하이얼은 세계 최대의 가전제품 제조업체 중 하나입니다. 엔지니어들이 HDTV 신호의 무선 전송과 무선 전원 공급 장치를 위한 최신 기술을 결합할 수 있는 가능성에 관심을 갖게 되었고 심지어 그러한 장치가 실제로 작동하는 모습을 처음으로 보여줄 수 있었던 것은 놀라운 일이 아닙니다(사진 engadget.com, gizmodo). .com).

흥미롭게도 WiTricity의 이야기는 몇 년 전 Marin이 일련의 불행한 깨달음과 함께 시작되었습니다. 한 달 동안 여러 번, 그는 “먹으라”는 전화 소리에 잠에서 깨어났습니다. 제 시간에 휴대폰을 콘센트에 연결하는 것을 잊어버린 한 과학자는 놀랐습니다. 휴대폰이 전기 네트워크에서 몇 미터 떨어진 곳에 있지만 이 에너지를 받을 수 없다는 것이 웃기지 않습니까? 새벽 3시에 다시 잠에서 깨어난 후 Soljachich는 휴대전화가 스스로 충전을 처리할 수 있으면 좋겠다고 생각했습니다.

포켓 장치 충전을 위한 새로운 버전의 "매트"에 대해 즉시 이야기하는 것은 아닙니다. 이러한 시스템은 장치가 "매트" 위에 직접 놓여 있는 경우에만 작동하며, 건망증이 있는 사람들에게는 전선을 콘센트에 꽂기만 하면 되는 것보다 나을 것이 없습니다. 아니요, 전화기는 방, 심지어 아파트 어디에서나 전기를 수신해야 하며, 테이블, 소파, 창틀 위에 던져도 상관없습니다.

여기에는 일반적인 전자기 유도, 지향성 마이크로파 및 "신중한" 적외선 레이저가 적합하지 않았습니다. 마린은 다른 옵션을 찾기 시작했습니다. 그 당시 그는 얼마 후 신호음이 울리고 "배고픈" 전화가 자신의 회사를 설립하고 "헤드라인을 장식"할 수 있고 더 중요하게는 산업 파트너의 관심을 끌 수 있는 기술의 출현으로 이어질 것이라고 거의 생각하지 못했습니다.

회사의 전무이사 Eric Giler가 WiTricity의 원칙, 역사 및 미래에 대해 자세히 설명한 적이 있다는 점을 덧붙여 보겠습니다.

무선 전기는 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 전자기 유도 현상을 발견한 1831년부터 알려졌습니다. 그는 전류에 의해 생성된 변화하는 자기장이 다른 도체에 전류를 유도할 수 있다는 것을 실험적으로 확립했습니다. 최초의 전기 변압기가 등장한 덕분에 수많은 실험이 수행되었습니다. 그러나 Nikola Tesla만이 원격으로 전기를 전송한다는 아이디어를 실제 적용으로 완전히 전환했습니다.

1893년 시카고 세계 박람회에서 그는 인 전구를 일정 간격으로 켜서 무선으로 전기를 전송하는 방법을 시연했습니다. Tesla는 미래에 이 기술을 통해 사람들이 대기 중 장거리에 걸쳐 에너지를 전송할 수 있을 것이라는 꿈을 꾸면서 전선 없이 전기를 전송하는 다양한 변형을 시연했습니다. 그러나 현재 이 과학자의 발명품은 청구되지 않은 것으로 밝혀졌습니다. 불과 100년 후에 Intel과 Sony, 그리고 다른 회사들이 Nikola Tesla의 기술에 관심을 가지게 되었습니다.

작동 원리

무선전기란 말 그대로 전선 없이 전기에너지를 전달하는 것을 말한다. 이 기술은 흔히 Wi-Fi, 휴대폰, 라디오 등의 정보 전송에 비유됩니다. 무선 전기는 비교적 새롭고 역동적으로 발전하는 기술입니다. 오늘날, 중단 없이 먼 거리까지 에너지를 안전하고 효율적으로 전송하는 방법이 개발되고 있습니다.

이 기술은 자기 및 전자기학을 기반으로 하며 여러 가지 간단한 작동 원리를 기반으로 합니다. 우선, 이는 시스템에 두 개의 코일이 있다는 것과 관련이 있습니다.

• 시스템은 직류가 아닌 전류의 교류 자기장을 함께 생성하는 송신기와 수신기로 구성됩니다.
• 이 필드는 예를 들어 배터리를 충전하거나 모바일 장치에 전원을 공급하기 위해 수신기 코일에 전압을 생성합니다.
• 전선을 통해 전류가 흐르면 케이블 주위에 원형 자기장이 나타납니다.
• 전류를 직접 수신하지 않는 와이어 코일에서는 전류가 첫 번째 코일에서 두 번째 코일을 포함한 자기장을 통해 흐르기 시작하여 유도 결합을 제공합니다.

전달 원리

최근까지 매사추세츠공과대학(MIT)이 2007년에 개발한 자기공명시스템 CMRS는 전기 전송을 위한 가장 진보된 기술로 여겨졌다. 이 기술은 최대 2.1m 거리까지 전류 전송을 보장합니다. 그러나 높은 전송 주파수, 큰 크기, 복잡한 코일 구성, 인간 존재를 포함한 외부 간섭에 대한 높은 민감도 등 몇 가지 제한 사항으로 인해 대량 생산이 시작되지 않았습니다.

그러나 한국의 과학자들은 최대 5미터까지 에너지를 전송할 수 있는 새로운 전기 송신기를 만들었습니다. 그리고 방에 있는 모든 장치는 단일 허브를 통해 전원이 공급됩니다. DCRS 쌍극자 코일의 공진 시스템은 최대 5미터까지 작동할 수 있습니다. 이 시스템에는 아파트 벽에 눈에 띄지 않게 설치할 수 있는 10x20x300cm 크기의 상당히 컴팩트한 코일을 사용하는 것을 포함하여 CMRS의 여러 가지 단점이 없습니다.

실험을 통해 20kHz의 주파수에서 전송이 가능해졌습니다.

1. 5m에서 209W;
2. 4m에서 471W;
3. 3m에서 1403W.

무선 전기를 사용하면 5m 거리에서 40W가 필요한 최신 대형 LCD TV에 전력을 공급할 수 있습니다. 전기 네트워크에서 "펌핑"되는 유일한 전력은 400와트이지만 전선은 없습니다. 전자기 유도는 높은 효율을 제공하지만 짧은 거리에서 제공됩니다.

무선으로 전기를 전송할 수 있는 다른 기술이 있습니다. 그 중 가장 유망한 것은 다음과 같습니다.

• 레이저 방사선 . 네트워크 보안과 더 넓은 범위를 제공합니다. 그러나 수신기와 송신기 사이의 가시선이 필요합니다. 레이저 빔 전력을 사용하는 작업 설비가 이미 만들어졌습니다. 미국의 군사 장비 및 항공기 제조업체인 록히드 마틴(Lockheed Martin)은 레이저 빔으로 구동되고 48시간 동안 공중에 머무르는 스토커(Stalker) 무인 항공기를 테스트했습니다.
• 마이크로파 방사선 . 장거리를 제공하지만 장비 비용이 높습니다. 라디오 안테나는 전자파를 생성하는 전기 송신기로 사용됩니다. 수신기 장치에는 수신된 마이크로파 방사선을 전류로 변환하는 렉테나가 있습니다.

이 기술을 사용하면 수신기와 송신기의 거리를 크게 늘릴 수 있으며 직접적인 가시선이 필요하지 않습니다. 그러나 범위가 증가함에 따라 장비의 비용과 크기도 그에 비례하여 증가합니다. 동시에, 설비에서 생성되는 고출력 마이크로파 방사선은 환경에 해로울 수 있습니다.

특징

• 그 중 가장 현실적인 기술은 전자기 유도를 기반으로 한 무선 전기다. 그러나 한계가 있습니다. 기술을 확장하기 위한 작업이 진행 중이지만 여기에서 건강 안전 문제가 발생합니다.
• 초음파, 레이저 및 마이크로파 방사선을 사용하여 전기를 전송하는 기술도 개발되고 틈새 시장을 찾을 것입니다.
• 거대한 태양광 패널을 갖춘 궤도 위성에는 목표한 전기 전송이 필요한 다른 접근 방식이 필요합니다. 여기에는 레이저와 전자레인지가 적합합니다. 현재 완벽한 솔루션은 없지만 장단점이 있는 다양한 옵션이 있습니다.
• 현재 최대 통신 장비 제조업체들은 무선 전자기 에너지 컨소시엄에 참여하여 전자기 유도 원리에 따라 작동하는 무선 충전기에 대한 세계적인 표준을 만들었습니다. 주요 제조업체 중 Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei 및 HTC는 다양한 모델에서 QI 표준을 지원합니다. 곧 QI는 이러한 모든 장치에 대한 통합 표준이 될 것입니다. 덕분에 카페, 교통 허브 및 기타 공공 장소에 기기용 무선 충전 구역을 만드는 것이 가능해졌습니다.

애플리케이션

• 전자레인지 헬리콥터. 헬리콥터 모델에는 렉테나가 있으며 높이가 15m까지 올라갔습니다.
• 무선 전기는 전동 칫솔에 전원을 공급하는 데 사용됩니다. 칫솔 본체는 완전히 밀봉되어 있으며 커넥터가 없어 감전을 방지합니다.
• 레이저를 사용하여 항공기에 동력을 공급합니다.
• 매일 사용할 수 있는 모바일 기기용 무선 충전 시스템이 출시됐다. 그들은 전자기 유도를 기반으로 작동합니다.
• 범용 충전 패드. 일반 휴대폰을 포함하여 무선 충전 모듈이 장착되지 않은 가장 인기 있는 스마트폰 모델에 전원을 공급할 수 있습니다. 충전 패드 자체 외에도 장치용 수신기 케이스를 구입해야 합니다. USB 포트를 통해 스마트폰에 연결하고 이를 통해 충전합니다.
• 현재 QI 표준을 지원하는 최대 5와트의 장치가 150개 이상 세계 시장에서 판매되고 있습니다. 앞으로는 평균 전력이 최대 120W에 달하는 장비가 등장할 것입니다.

전망

현재 무선 전기를 사용하는 대규모 프로젝트에 대한 작업이 진행 중입니다. 이는 "무선" 전기 자동차 및 가정용 전기 네트워크용 전원 공급 장치입니다.

• 자동차 충전소의 밀집된 네트워크를 통해 배터리를 줄이고 전기 자동차 비용을 크게 줄일 수 있습니다.
• 각 방에는 전원 공급 장치가 설치되어 적절한 어댑터가 장착된 오디오 및 비디오 장비, 장치 및 가전 제품에 전기를 전송합니다.

장점과 단점

무선 전기에는 다음과 같은 장점이 있습니다.

• 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다.
• 전선이 전혀 없습니다.
• 배터리가 필요하지 않습니다.
• 유지 관리가 덜 필요합니다.
• 거대한 전망.

단점은 다음과 같습니다.

• 기술개발이 부족합니다.
• 거리에 따라 제한됩니다.
• 자기장은 인간에게 완전히 안전하지 않습니다.
• 장비 비용이 높습니다.