Bezdrátový přenos výkonu
Bezdrátový přenos výkonu (angl. wireless power transfer) se používá rovněž ve významu jako bezdrátový přenos energie [1] resp. bezdrátové nabíjení baterií atp. Jde o systémy sestávající z napájecího zdroje, vysílací podsestavy, která generuje střídavé elektromagnetické pole. Toto pole přenáší výkon přes vzduchové rozhraní do přijímací podsestavy, která extrahuje výkon z pole a dodává ho do elektrické zátěže. Bezdrátový přenos výkonu je užitečný pro napájení elektrických zařízení, kde propojování pomocí drátů je nepohodlné, rizikové nebo přímo nebezpečné. Podrobnější přehled možných technologických variant je uveden v následující tabulce.
| Technologie pro bezdrátový přenos výkonu | |||||
| Technologie | Dosah | Směrovost | Frekvence | Důležité komponenty | Aktuální / budoucí aplikace |
| induktivní vazba | krátký | malá | Hz – MHz | cívky drátu | dobíjení baterií elektrických kartáčků na zuby a holicích strojků, indukční vařiče a indukční ohřev průmyslových zařízení |
| rezonanční induktivní vazba | střední | malá | kHz – GHz | laděné cívky drátu, rezonátory | nabíjení přenosných zařízení, biomedicinských implantátů, elektrických vozidel, autobusů, vlaků, RFID senzorů, chytrých karet |
| kapacitní vazba | krátký | malá | kHz – MHz | kovové deskové elektrody | nabíjení přenosných zařízení, chytrých karet, biomedicinských implantátů |
| magneto- dynamická vazba | krátký | --. | Hz | rotující magnety | nabíjení elektrických vozidel, biomedicinských implantátů |
| mikrovlny | dlouhý | vysoká | GHz | parabolické antény, skenované pole prvků | solární výkonové satelity, pohon dronů, bezdrátové nabíjení zařízení |
| optické záření | dlouhý | vysoká | ≥THz | lasery, fotočlánky, čočky | nabíjení přenosných zařízení, pohon dronů |
Bezdrátový přenos energie v blízkém poli
Induktivní vazba
Elektromagnetická indukce umožňuje induktivní vazbu. Používá pro bezdrátové nabíjení/provoz zařízení, např. pro:
- zubní kartáčky
- chytré telefony
- holicí strojky
- kuchyňské indukční vařiče
- průmyslový indukční ohřev
Rezonanční induktivní vazba
Používá se pro bezdrátové nabíjení baterií např. pro:
- přenosná zařízení
- biomedicínské implantáty
- elektromobily
- elektro-autobusy
- RFID senzory
- chytré karty
Induktivní bezdrátový přenos: napájecí zdroj, oscilátor, cívky L1 a L2, usměrňovač, zátěž.
Rezonanční induktivní bezdrátový přenos: napájecí zdroj, oscilátor, rezonanční obvody, usměrňovač, zátěž
© Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons)Cívka drátu pro induktivní vazbu ve spodní části elektrického kartáčku na zuby (Brown 4728)
: Induktivní nabíjení baterií chytrých telefonů LG. Po umístění na podložku se telefon se začne automaticky nabíjet
Induktivní nabíjení baterií elektromobilů (Auto Show, Tokyo 2011)![Stanoviště pro induktivní dobíjení baterií autobusů (200 kW, Manheim, BRD, 2020)[2]](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/ca/Primove_Charging_Pad2_Markuskirche_Mannheim_Germany.jpg/120px-Primove_Charging_Pad2_Markuskirche_Mannheim_Germany.jpg)
Stanoviště pro induktivní dobíjení baterií autobusů (200 kW, Manheim, BRD, 2020)[2]
Kapacitní vazba
Elektrostatická indukce umožňuje kapacitní vazbu pro bezdrátové nabíjení baterií. Používá se např. pro:
- přenosná zařízení
- biomedicínské implantáty
- chytré karty
Bipolární kapacitní bezdrátový přenos výkonu
Unipolární kapacitní bezdrátový přenos výkonu
Bezdrátové reverzní nabíjení
Tato funkce umožňuje používat chytrý telefon pro (nouzové) bezdrátové nabíjení dalších zařízení, jako je jiný chytrý telefon, chytré hodinky nebo chytrý náramek, samozřejmě pouze pokud sám nabíjený přístroj bezdrátové nabíjení podporuje. Funkcí disponují například chytré telefony Huawei, Samsung či iPhone.[3][4][5]
Normy na bezdrátový přenos energie
- Qi (standard bezdrátového nabíjení) (čte se „čí“) jsou normy konsorcia Wireless Power Consortium s celosvětovou působností, které upřesňují bezdrátové nabíjení pro malá elektronická zařízení (5 až 15 W).
- AirFuel Inductiv (Powermat) jsou normy na induktivní nabíjení telefonů atp.
- AirFuel Resonant (Rezence) jsou normy na rezonanční induktivní nabíjení
- VDE-group DKE/AK 353.0.1 jsou normy na bezkontaktní nabíjení baterií elektrických vozidel[6].
Přenos energie ve vzdáleném poli
Bezdrátový přenos energie ve vzdáleném poli je realizován (předpokládán) např. pomocí:
- radiovln,
- mikrovln,
- infračerveného záření [7],
- viditelného záření.
Laserový svazek dopadající na panel fotovoltaických článků "pohání" model lehkého letadla (NASA Marshall Space Flight Center, 2003)
Solární satelit pro vysílání energie pomocí mikrovln pro (umělá) kosmická tělesa nebo na povrch planety (umělecká vize)
Reference
V tomto článku byly použity překlady textů z článků Wireless power transfer na anglické Wikipedii a Drahtlose Energieübertragung na německé Wikipedii.
- ↑ https://dspace.cvut.cz/handle/10467/82503
- ↑ https://ipt-technology.com/ipt-group-taken-over-primove-e-mobility-wireless-charging-technology-portfolio/
- ↑ https://consumer.huawei.com/cz/support/content/cs-cz00459997/
- ↑ https://jablickar.cz/magsafe-baterie-odemyka-reverzni-nabijeni-na-iphone-ma-to-ale-hacek/
- ↑ https://www.samsung.com/cz/support/mobile-devices/jak-pouzivat-powershare-na-chytrem-telefonu-galaxy/
- ↑ https://ieeexplore.ieee.org/document/6425128
- ↑ https://www.electronicdesign.com/power-management/article/21806078/israeli-startup-turns-luminaires-into-wireless-power-chargers
Související články
- AirPods
- Elektromobil
- Indukční vařič
- Palivový článek
- Samsung Galaxy Watch Active 2
Média použitá na této stránce
Wireless power system - capacitive bipolar.svg
Autor: Chetvorno, Licence: CC0
Generic block diagram of a wireless power system that works by capacitive coupling. It consists of a transmitter unit (left) that transmits power to a receiver unit (right). The transmitter consists of an electronic oscillator that drives two capacitor plates (C) 180° out of phase with a high frequency voltage. The alternating potential on the lefthand transmitter capacitor plates creates oscillating electric fields (E, red) that induce alternating potentials on the righthand receiver capacitor plates by electrostatic induction. The potentials drive current back and forth through the rectifier which rectifies it to a direct current which powers the load.
Autor: Chetvorno, Licence: CC0
Generic block diagram of a wireless power system that works by capacitive coupling. It consists of a transmitter unit (left) that transmits power to a receiver unit (right). The transmitter consists of an electronic oscillator that drives two capacitor plates (C) 180° out of phase with a high frequency voltage. The alternating potential on the lefthand transmitter capacitor plates creates oscillating electric fields (E, red) that induce alternating potentials on the righthand receiver capacitor plates by electrostatic induction. The potentials drive current back and forth through the rectifier which rectifies it to a direct current which powers the load.
.jpg)
Inductive charging of LG smartphone (2).jpg
Autor: LG전자, Licence: CC BY 2.0
Wireless charging pat for LG smartphone, using the Qi (pronounced 'Chi') international inductive power standard published by the Wireless Power Consortium (WPC). The phone is placed on the pad and it automatically charges.
Autor: LG전자, Licence: CC BY 2.0
Wireless charging pat for LG smartphone, using the Qi (pronounced 'Chi') international inductive power standard published by the Wireless Power Consortium (WPC). The phone is placed on the pad and it automatically charges.
Primove Charging Pad2 Markuskirche Mannheim Germany.jpg
Autor: Sebastian Wendel, Licence: CC BY-SA 4.0
Primove Charging Pad, Markuskirche Mannheim Germany.
Autor: Sebastian Wendel, Licence: CC BY-SA 4.0
Primove Charging Pad, Markuskirche Mannheim Germany.
Braun 4728 - Wire coil for inductive coupling-3888.jpg
© Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons)
Braun 4728 - Wire coil for inductive coupling at the bottom of the electric toothbrush
© Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons)
Braun 4728 - Wire coil for inductive coupling at the bottom of the electric toothbrush
Laser-powered model airplane.jpg
With a laser beam centered on its panel of photovoltaic cells, a lightweight model plane makes the first flight of an aircraft powered by a laser beam inside a building at NASA Marshall Space Flight Center.
With a laser beam centered on its panel of photovoltaic cells, a lightweight model plane makes the first flight of an aircraft powered by a laser beam inside a building at NASA Marshall Space Flight Center.
Wireless power - resonant inductive coupling de.svg
Autor: Chetvorno, additions: wdwd, Licence: CC0
Prinzip der resonant induktiven Energieübertragung im Nahfeld.
Autor: Chetvorno, additions: wdwd, Licence: CC0
Prinzip der resonant induktiven Energieübertragung im Nahfeld.
Wireless power - capacitive charge sink.svg
Autor: Chetvorno, Licence: CC0
Block diagram of a wireless power transmission system that uses capacitive plates to transfer power. This is a so-called "monopolar" circuit that uses only one pair of plates. The two plates P1 and P2 function as a capacitor, with the space between as the dielectric. An alternating voltage on the driver plate P1 induces an alternating potential on the receiver plate P2 by electrostatic induction. Both the transmitter and the receiver use "passive" plates P3 and P4, large in area compared to P1 and P2, as "charge sinks", or grounds, to eliminate the need for a "return path" for the alternating current. This system is being applied to charging of mobile devices such as laptops. A laptop with a capacitive plate P2 embedded in its bottom surface would be placed on a charging pad with a driving plate P1 embedded in its surface, transferring power which would be rectified to charge its batteries. The advantage of this system is each device has only one plate, while "bipolar" capacitive systems have two plates each, which must be aligned with two corresponding plates in the charging surface for the charger to work.
Autor: Chetvorno, Licence: CC0
Block diagram of a wireless power transmission system that uses capacitive plates to transfer power. This is a so-called "monopolar" circuit that uses only one pair of plates. The two plates P1 and P2 function as a capacitor, with the space between as the dielectric. An alternating voltage on the driver plate P1 induces an alternating potential on the receiver plate P2 by electrostatic induction. Both the transmitter and the receiver use "passive" plates P3 and P4, large in area compared to P1 and P2, as "charge sinks", or grounds, to eliminate the need for a "return path" for the alternating current. This system is being applied to charging of mobile devices such as laptops. A laptop with a capacitive plate P2 embedded in its bottom surface would be placed on a charging pad with a driving plate P1 embedded in its surface, transferring power which would be rectified to charge its batteries. The advantage of this system is each device has only one plate, while "bipolar" capacitive systems have two plates each, which must be aligned with two corresponding plates in the charging surface for the charger to work.
Wireless power system - inductive coupling.svg
Autor: Chetvorno, Licence: CC0
Generic block diagram of a wireless power system that works by (nonresonant) inductive coupling (electromagnetic induction). It works like a transformer. It consists of a "transmitter" unit consisting of an oscillator that produces an alternating current of the correct frequency in a "primary" coil. The alternating current produces an alternating magnetic field (B, green) which extends to the "secondary" coil in the receiver unit and induces a voltage in it by Faraday's law of induction. The alternating current in the secondary is rectified to DC (if DC is needed) and powers a load. This is a simplified version of how wireless charging units for portable devices like the Qi and PowerPad systems work. Wireless charging stands for tools such as electric toothbrushes operate at mains frequency (50/60 Hz) and so do not need the oscillator, but must use an iron core inside the coils in order to transfer power at low frequencies.
Autor: Chetvorno, Licence: CC0
Generic block diagram of a wireless power system that works by (nonresonant) inductive coupling (electromagnetic induction). It works like a transformer. It consists of a "transmitter" unit consisting of an oscillator that produces an alternating current of the correct frequency in a "primary" coil. The alternating current produces an alternating magnetic field (B, green) which extends to the "secondary" coil in the receiver unit and induces a voltage in it by Faraday's law of induction. The alternating current in the secondary is rectified to DC (if DC is needed) and powers a load. This is a simplified version of how wireless charging units for portable devices like the Qi and PowerPad systems work. Wireless charging stands for tools such as electric toothbrushes operate at mains frequency (50/60 Hz) and so do not need the oscillator, but must use an iron core inside the coils in order to transfer power at low frequencies.
Electric car wireless parking charge closeup.jpg
Autor: NJo, Licence: CC BY-SA 3.0
Demonstration of wireless charge during parking. In Tokyo Motor Show 2011
Autor: NJo, Licence: CC BY-SA 3.0
Demonstration of wireless charge during parking. In Tokyo Motor Show 2011
Wireless power system.svg
Autor: Chetvorno, Licence: CC0
A generic block diagram of a wireless power system. "Wireless power transfer" is a collective term for several different technologies which transfer power across space without wires using electromagnetic fields. A wireless power system consists of a "transmitter" device connected to a power supply such as mains power line, which converts energy to a time varying electromagnetic field, which transmits the energy across an intervening space to a "receiver" device, which converts it back to an electric current which powers a load.
Autor: Chetvorno, Licence: CC0
A generic block diagram of a wireless power system. "Wireless power transfer" is a collective term for several different technologies which transfer power across space without wires using electromagnetic fields. A wireless power system consists of a "transmitter" device connected to a power supply such as mains power line, which converts energy to a time varying electromagnetic field, which transmits the energy across an intervening space to a "receiver" device, which converts it back to an electric current which powers a load.