Беспроводна́я переда́ча электри́чества — способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи. К настоящему (2009) времени имели место успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % — в 1975 в Goldstone, Калифорния и в 1997 в Grand Bassin на острове Реюньон (дальность порядка километра, исследования в области энергоснабжения посёлка без прокладки кабельной электросети). Технологические принципы такой передачи включают в себя индукционный (на малых расстояниях и относительно малых мощностях), резонансный (используется в бесконтактных смарт-картах и чипах RFID) и направленный электромагнитный для относительно больших расстояний и мощностей (в диапазоне от ультрафиолета до микроволн).
История беспроводной передачи энергии
- 1820: Андре Мари Ампер открыл закон Ампера, показывающий, что электрический ток производит магнитное поле.
- 1831: Майкл Фарадей открыл закон индукции Фарадея, важный базовый закон электромагнетизма.
- 1864: Джеймс Максвелл систематизировал все предыдущие наблюдения, эксперименты и уравнения по электричеству, магнетизму и оптике в последовательную теорию и строгое математическое описание поведения электромагнитного поля.
- 1888: Генрих Герц подтвердил существование электромагнитного поля. «Аппарат для генерации электромагнитного поля» Герца был СВЧ или УВЧ искровой передатчик «радиоволн».
- 1891: Никола Тесла улучшил передатчик волн Герца радиочастотного энергоснабжения в своём патенте No. 454,622, «Система электрического освещения».
- 1893: Тесла демонстрирует беспроводное освещение люминесцентными лампами в проекте для Колумбовской всемирной выставки в Чикаго.[1]
- 1894: Тесла зажигает без проводов лампу накаливания в лаборатории на Пятой авеню, а позже в лаборатории на Хьюстон стрит в Нью-Йорке, с помощью «электродинамической индукции», то есть посредством беспроводной резонансной взаимоиндукции.[2][3][4]
- 1894: Джагдиш Чандра Боше дистанционно воспламеняет порох и ударяет в колокол с использованием электромагнитных волн, показывая, что сигналы связи можно посылать без проводов.[5][6]
- 1895: Боше передаёт сигнал на расстояние около одной мили.[5][6]
- 1896: Тесла передаёт сигнал на расстояние около 48 километров.[7]
- 1897: Гульельмо Маркони передает текстовое сообщение азбукой Морзе на расстояние около 6 км, используя для этого радиопередатчик.
- 1897: Тесла регистрирует первый из своих патентов по применению беспроводной передачи.
- 1899: В Колорадо Спрингс Тесла пишет: «Несостоятельность метода индукции представляется огромной по сравнению с методом возбуждения заряда земли и воздуха».[8]
- 1900: Гульельмо Маркони не смог получить патент на изобретение радио в Соединённых Штатах.
- 1901: Маркони передаёт сигнал через Атлантический океан, используя аппарат Тесла.
- 1902: Тесла против Реджинальда Фессендена: конфликт американского патента No. 21,701 «Система передачи сигналов (беспроводная). Избирательное включение ламп накаливания, электронные логические элементы в целом».[9]
- 1904: На Всемирной выставке в Сент-Луисе предлагается премия за успешную попытку управления двигателем дирижабля мощностью 0,1 л.с. (75 Вт) от энергии, передаваемой дистанционно на расстояние менее 100 футов (30 м).[10]
- 1917: Разрушена Башня Ворденклифа, построенная Никола Тесла для проведения опытов по беспроводной передаче больших мощностей.
- 1926: Шинтаро Уда и Хидецугу Яги публикуют первую статью «о регулируемом направленном канале связи с высоким усилением»,[11] хорошо известном как «антенна Яги-Уда» или антенна «волновой канал».
- 1961: Уильям Браун публикует статью по исследованию возможности передачи энергии посредством микроволн.[12][13]
- 1964: Уильям Браун и Уолтер Кроникт демонстрируют на канале CBS News модель вертолета, получающего всю необходимую ему энергию от микроволнового луча.
- 1968: Питер Глейзер предлагает беспроводную передачу солнечной энергии из космоса с помощью технологии «Энергетический луч».[14][15] Это считается первым описанием орбитальной энергетической системы.
- 1973: Первая в мире пассивная система RFID продемонстрирована в Лос-Аламосской Национальной лаборатории.[16]
- 1975: Комплекс дальней космической связи Голдстоун проводит эксперименты по передаче мощности в десятки киловатт.[17][18][19]
- 2007: Исследовательская группа под руководством профессора Марина Солячича из Массачусетского технологического института передала беспроводным способом на расстояние 2 м мощность, достаточную для свечения лампочки 60 вт, с к.п.д. 40 %, с помощью двух катушек диаметром 60 см.[20]
- 2008: Фирма Bombardier предлагает новый продукт для беспроводной передачи PRIMOVE, мощная система для применения в трамваях и двигателях малотоннажной железной дороги.[21]
- 2008: Корпорация Intel воспроизводит опыты Никола Тесла 1894 года и группы Джона Брауна 1988 года по беспроводной передаче энергии для свечения ламп накаливания с к.п.д. 75 %.[22]
- 2009: Консорциум заинтересованных компаний, названный Wireless Power Consortium, объявил о скором завершении разработки нового промышленного стандарта для маломощных индукционных зарядных устройств.[23]
- 2009: Представлен промышленный фонарь, способный безопасно работать и перезаряжаться бесконтактным способом в атмосфере, насыщенной огнеопасным газом. Это изделие было разработано норвежской компанией Wireless Power & Communication[24].
- 2010: Haier Group представила на выставке CES 2010 первый в мире полностью беспроводной LCD телевизор, основанный на исследованиях профессора Марина Солячича по беспроводной передаче энергии и беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI).[25]
Технология (резонансный метод)
Суть технологии в том, что подключенный к источнику питания передатчик, представляющий собой так называемый долгоживущий резонатор, создает внутри себя электромагнитное поле. Чтобы образовалось электрическое напряжение, необходимо поместить в радиус приема резонатор, настроенный на ту же частоту, что и передатчик. Схема действия очень похожа на эффект акустического резонанса.
См. также
Примечания
- ↑ «Electricity at the Columbian Exposition», by John Patrick Barrett. 1894, pp. 168—169 (англ.)
- Experiments with Alternating Currents of Very High Frequency and Their Application to Methods of Artificial Illumination, AIEE, Columbia College, N.Y., May 20, 1891 (англ.)
- Experiments with Alternate Currents of High Potential and High Frequency, IEE Address, London, February 1892 (англ.)
- On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Philadelphia, February 1893 and National Electric Light Association, St. Louis, March 1893 (англ.)
- ↑ The Work of Jagdish Chandra Bose: 100 years of mm-wave research (англ.)
- ↑ Jagadish Chandra Bose (англ.)
- ↑ Nikola Tesla On His Work With Alternating Currents and Their Application to Wireless Telegraphy, Telephony and Transmission of Power, pp. 26-29. (англ.)
- Nikola Tesla Colorado Spring Notes 1899—1900, Nolit, 1978 (англ.)
- ↑ Nikola Tesla: Guided Weapons & Computer Technology (англ.)
- ↑ The Electrician (London), 1904 (англ.)
- Scanning the Past: A History of Electrical Engineering from the Past, Hidetsugu Yagi
- A survey of the elements of power Transmission by microwave beam, in 1961 IRE Int. Conf. Rec., vol.9, part 3, pp.93-105 (англ.)
- IEEE Microwave Theory and Techniques, Bill Brown’s Distinguished Career (англ.)
- ↑ Power from the Sun: Its Future, Science Vol. 162, pp. 957—961 (1968)
- Solar Power Satellite patent (англ.)
- History of RFID (англ.)
- Space Solar Energy Initiative (англ.)
- Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite (SPS) (Second Draft by N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology (англ.)
- W. C. Brown: The History of Power Transmission by Radio Waves: Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on September, 1984, v. 32 (9), pp. 1230—1242 (англ.)
- Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances (англ.). Science (7 June 2007). Проверено 6 сентября 2010.,
Заработал новый способ беспроводной передачи электричества (рус.). MEMBRANA.RU (8 июня 2007). Проверено 6 сентября 2010.
- Bombardier PRIMOVE Technology
- Intel imagines wireless power for your laptop (англ.)
- wireless electricity specification nearing completion
- TX40 and CX40, Ex approved Torch and Charger (англ.)
- Haier’s wireless HDTV lacks wires, svelte profile (video) (англ.),
Беспроводное электричество поразило своих создателей (рус.). MEMBRANA.RU (16 февраля 2010). Проверено 6 сентября 2010.
Ссылки
- Science Magazine — «Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances» (англ.)
- MIT news Office June 7, 2007 «Goodbye wires…» (англ.)
- Рабочие технологии для беспроводной зарядки портативных устройств
- membrana.ru 15 ноября 2006 «Разработан способ беспроводной передачи электроэнергии»
- membrana.ru 18 июня 2007 «Заработал новый способ беспроводной передачи электричества»
- Наталья Ковалевская.«Держатели плазмы» //Власть денег Март 2007 (№ 123)
- Шамиль Гареев.«Электричество будет передаваться без проводов» //Великая Эпоха 12.06.2007
- Владимир Заманский. «Киевский Тесла» // «Газета по-киевски» 15.09.2007 — Статья об инженере, повторившим опыт Теслы по беспроводной передаче электричества.
- [1] — «Бесконтактная технология передачи энергии CPS®(Contactless Power System) компании VAHLE» (англ.)