Drahtlose Energieübertragung: Laden von Elektrofahrzeugen während der Fahrt

Von Fouad Sabry

Was ist drahtlose Energieübertragung?

Die Übertragung elektrischer Energie ohne Kabel als physische Verbindung wird verschiedentlich als drahtlose Energieübertragung (WPT), Wireless Power, bezeichnet Übertragung (WPT), drahtlose Energieübertragung (WET) oder elektromagnetische Energieübertragung (EPT). In einem System zum drahtlosen Übertragen von Energie wird eine Sendevorrichtung durch elektrische Energie angetrieben, die von einer Energiequelle stammt. Dies treibt das Gerät dazu, ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das wiederum Energie über den Raum an ein Empfängergerät überträgt. Das Empfängergerät entzieht dann dem Feld Energie und führt sie einer elektrischen Last zu. Durch den Wegfall der Notwendigkeit von Kabeln und Batterien kann die Technologie der drahtlosen Energieübertragung die Tragbarkeit, Bequemlichkeit und Sicherheit eines elektronischen Geräts für alle seine Benutzer erhöhen. Es ist hilfreich, die drahtlose Energieübertragung einzusetzen, um elektrische Geräte in Situationen mit Strom zu versorgen, in denen das physische Anschließen von Kabeln schwierig, schädlich oder anderweitig unmöglich wäre.

Ihre Vorteile

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Drahtlose Energieübertragung

Kapitel 2: Mikrowelle

Kapitel 3 : Elektromagnetische Verträglichkeit

Kapitel 4: Antenne (Radio)

Kapitel 5: Klystron

Kapitel 6: Nah- und Fernfeld

Kapitel 7: Index der Elektronikartikel

Kapitel 8: Resonator

Kapitel 9: Funkenstreckensender

Kapitel 10: Rahmenantenne

Kapitel 11: Stichwortverzeichnis Elektrotechnik

Kapitel 12: Grid Dip Oszillator

Kapitel 13: Kopplung (Elektronik)

Kapitel 14: Induktives Laden

Kapitel 15: Dielektrische Resonatorantenne

Kapitel 16: WREL (Technologie)

Kapitel 17: Resonante induktive Kopplung

Kapitel 18: Qi (Standard )

Kap Kapitel 19: Magnetoquasistatisches Feld

Kapitel 20: Glossar der Elektrotechnik und Elektronik

Kapitel 21: Geschichte der Tesla-Spule

(II) Beantwortung der Öffentlichkeit top Fragen zur drahtlosen Energieübertragung.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung der drahtlosen Energieübertragung in vielen Bereichen.

(IV) 17 Anhänge zur kurzen Erläuterung von 266 neuen Technologien in jeder Branche, um ein umfassendes 360-Grad-Verständnis der drahtlosen Energieübertragungstechnologien zu haben.

An wen richtet sich dieses Buch?

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Bastler und diejenigen, die über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von drahtloser Energieübertragung hinausgehen möchten.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 18. Okt. 2022

Buchvorschau

Urheberrecht

Drahtlose Energieübertragung Copyright © 2022 von Fouad Sabry. Alle Rechte vorbehalten.

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form oder mit elektronischen oder mechanischen Mitteln, einschließlich Informationsspeicher- und -abrufsystemen, ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert werden. Die einzige Ausnahme ist ein Rezensent, der kurze Auszüge in einer Rezension zitieren kann.

Cover entworfen von Fouad Sabry.

Dieses Buch ist ein Werk der Fiktion. Namen, Charaktere, Orte und Ereignisse sind entweder Produkte der Phantasie des Autors oder werden fiktiv verwendet. Jede Ähnlichkeit mit realen Personen, lebenden oder toten, Ereignissen oder Schauplätzen ist völlig zufällig.

Bonus

Sie können eine E-Mail an [e-mail] mit dem Betreff Wireless Power Transfer: Charging electric vehicles while they are on the road senden und Sie erhalten eine E-Mail mit den ersten Kapiteln dieses Buches.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Vorwort

Warum habe ich dieses Buch geschrieben?

Die Geschichte des Schreibens dieses Buches begann 1989, als ich Schüler der Secondary School of Advanced Students war.

Es ist bemerkenswert wie die STEM-Schulen (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik), die jetzt in vielen fortgeschrittenen Ländern verfügbar sind.

STEM ist ein Lehrplan, der auf der Idee basiert, Schüler in vier spezifischen Disziplinen - Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik - in einem interdisziplinären und angewandten Ansatz auszubilden. Dieser Begriff wird typischerweise verwendet, um eine Bildungspolitik oder eine Lehrplanwahl in Schulen anzusprechen. Es hat Auswirkungen auf die Entwicklung der Arbeitskräfte, nationale Sicherheitsbedenken und die Einwanderungspolitik.

Es gab eine wöchentliche Klasse in der Bibliothek, in der jeder Schüler jedes Buch frei wählen und 1 Stunde lang lesen kann. Ziel des Kurses ist es, die Schüler zu ermutigen, andere Fächer als den Lehrplan zu lesen.

In der Bibliothek, während ich mir die Bücher in den Regalen ansah, bemerkte ich riesige Bücher, insgesamt 5.000 Seiten in 5 Teilen. Der Buchname ist The Encyclopedia of Technology, der alles um uns herum beschreibt, vomabsoluten Nullpunkt bis zu Halbleitern, fast jede Technologie wurde damals mit bunten Illustrationen und einfachen Worten erklärt. Ich fing an, die Enzyklopädie zu lesen, und natürlich konnte ich sie nicht in der 1-stündigen wöchentlichen Klasse beenden.

Also überzeugte ich meinen Vater, die Enzyklopädie zu kaufen. Mein Vater kaufte am Anfang meines Lebens alle technischen Werkzeuge für mich, den ersten Computer und die erste Technologie-Enzyklopädie, und beide haben einen großen Einfluss auf mich und meine Karriere.

Ich habe die gesamte Enzyklopädie in den Sommerferien dieses Jahres fertiggestellt, und dann begann ich zu sehen, wie das Universum funktioniert und wie man dieses Wissen auf alltägliche Probleme anwendet.

Meine Leidenschaft für die Technologie begann vor mehr als 30 Jahren und immer noch geht die Reise weiter.

Dieses Buch ist Teil von The Encyclopedia of Emerging Technologies, was mein Versuch ist, den Lesern die gleiche erstaunliche Erfahrung zu geben, die ich in der High School hatte, aber anstelle von Technologien des 20. Jahrhunderts  interessiere ich mich mehr für die aufkommenden Technologien, Anwendungen und Branchenlösungen des 21. Jahrhunderts.

The Encyclopedia of Emerging Technologies wird aus 365 Büchern bestehen, jedes Buch wird sich auf eine einzelne aufkommende Technologie konzentrieren. Sie können die Liste der neuen Technologien und ihre Kategorisierung nach Branchen im Teil von Coming Soon am Ende des Buches lesen.

365 Bücher, um den Lesern die Möglichkeit zu geben, ihr Wissen über eine einzige aufstrebende Technologie jeden Tag im Laufe eines Jahres zu erweitern.

Einleitung

Wie habe ich dieses Buch geschrieben?

In jedem Buch von The Encyclopedia of Emerging Technologies versuche ich, sofortige, rohe Sucheinblicke direkt aus den Köpfen der Menschen zu erhalten und ihre Fragen über die aufkommende Technologie zu beantworten.

Es gibt jeden Tag 3 Milliarden Google-Suchanfragen, von denen 20% noch nie zuvor gesehen wurden. Sie sind wie ein direkter Draht zu den Gedanken der Menschen.

Manchmal ist das Wie entferne ich Papierstaus. In anderen Fällen sind es die schmerzhaften Ängste und geheimen Sehnsüchte, die sie immer nur mit Google teilen würden.

In meinem Bestreben, eine unerschlossene Goldgrube an Inhaltsideen über Wireless Power Transfer zu entdecken, benutze ich viele Tools, um Autocomplete-Daten von Suchmaschinen wie Google zu hören, und kurbele dann schnell jede nützliche Phrase und Frage heraus, die die Leute um das Schlüsselwort Wireless Power Transfer stellen.

Es ist eine Goldgrube an Menscheneinblicken, die ich nutzen kann, um frische, äußerst nützliche Inhalte, Produkte und Dienstleistungen zu erstellen. Die freundlichen Menschen, wie Sie, wollen es wirklich.

Personensuchen sind der wichtigste Datensatz, der jemals über die menschliche Psyche gesammelt wurde. Daher ist dieses Buch ein Live-Produkt und wird ständig durch immer mehr Antworten auf neue Fragen zum Thema Wireless Power Transfer aktualisiert, die von Menschen wie Ihnen und mir gestellt werden, die sich über diese neue aufkommende Technologie wundern und mehr darüber erfahren möchten.

Der Ansatz beim Schreiben dieses Buches besteht darin, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Menschen rund um Wireless Power Transfer suchen, Fragen und Fragen aufzudecken, die ich nicht unbedingt aus dem Kopf heraus denken würde, und diese Fragen in super einfachen und verdaulichen Worten zu beantworten und das Buch auf einfache Weise zu navigieren.

Wenn es darum geht, dieses Buch zu schreiben, habe ich darauf geachtet, dass es so optimiert und zielgerichtet wie möglich ist. Dieser Buchzweck ist es, den Menschen zu helfen, ihr Wissen über Wireless Power Transfer weiter zu verstehen und zu erweitern. Ich versuche, die Fragen der Menschen so genau wie möglich zu beantworten und viel mehr zu zeigen.

Es ist eine fantastische und schöne Möglichkeit, Fragen und Probleme der Menschen zu erforschen und sie direkt zu beantworten und dem Inhalt des Buches Einsicht, Bestätigung und Kreativität hinzuzufügen - sogar Pitches und Vorschläge. Das Buch deckt reiche, weniger überfüllte und manchmal überraschende Forschungsbereiche auf, die ich sonst nicht erreichen würde. Es besteht kein Zweifel, dass erwartet wird, dass es das Wissen der potenziellen Leser erweitert, nachdem das Buch mit diesem Ansatz gelesen wurde.

Ich habe einen einzigartigen Ansatz angewendet, um den Inhalt dieses Buches immer frisch zu machen. Dieser Ansatz hängt davon ab, den Köpfen der Menschen zuzuhören, indem die Suchwerkzeuge verwendet werden. Dieser Ansatz hat mir geholfen:

Treffen Sie die Leser genau dort, wo sie sind, damit ich relevante Inhalte erstellen kann, die einen Nerv treffen und mehr Verständnis für das Thema schaffen.

Bleiben Sie am Puls der Zeit, damit ich Updates erhalten kann, wenn die Leute auf neue Weise über diese aufkommende Technologie sprechen, und Trends im Laufe der Zeit überwachen kann.

Entdecken Sie verborgene Schätze von Fragen, die Antworten auf die aufkommende Technologie benötigen, um unerwartete Einblicke und versteckte Nischen zu entdecken, die die Relevanz des Inhalts erhöhen und ihm einen entscheidenden Vorteil verschaffen.

Der Baustein für das Schreiben dieses Buches umfasst Folgendes:

(1) Ich habe aufgehört, die Zeit mit Bauchgefühl und Vermutungen über die von den Lesern gewünschten Inhalte zu verschwenden, den Buchinhalt mit dem gefüllt, was die Leute brauchen, und mich von den endlosen Inhaltsideen verabschiedet, die auf Spekulationen basieren.

(2) Ich habe solide Entscheidungen getroffen und bin weniger Risiken eingegangen, um in der ersten Reihe zu sehen, was die Leute lesen und wissen wollen - in Echtzeit - und Suchdaten zu verwenden, um mutige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Themen aufgenommen und welche ausgeschlossen werden sollen.

(3) Ich habe meine Content-Produktion optimiert, um Content-Ideen zu identifizieren, ohne einzelne Meinungen manuell durchsuchen zu müssen, um Tage und sogar Wochen Zeit zu sparen.

Es ist wunderbar, den Menschen zu helfen, ihr Wissen auf einfache Weise zu erweitern, indem sie nur ihre Fragen beantworten.

Ich denke, der Ansatz, dieses Buch zu schreiben, ist einzigartig, da es die wichtigen Fragen sammelt und verfolgt, die von den Lesern in Suchmaschinen gestellt werden.

Bestätigungen

Ein Buch zu schreiben ist schwieriger als ich dachte und lohnender, als ich es mir jemals hätte vorstellen können. Nichts davon wäre ohne die Arbeit renommierter Forscher möglich gewesen, und ich möchte ihre Bemühungen würdigen, das Wissen der Öffentlichkeit über diese neue Technologie zu verbessern.

Widmung

Für die Erleuchteten, diejenigen, die die Dinge anders sehen und wollen, dass die Welt besser wird - sie mögen den Status quo oder den bestehenden Staat nicht. Du kannst ihnen zu sehr widersprechen, und du kannst noch mehr mit ihnen streiten, aber du kannst sie nicht ignorieren, und du darfst sie nicht unterschätzen, weil sie immer Dinge verändern ... Sie treiben die menschliche Rasse voran, und während einige sie als die Verrückten oder Amateure betrachten, sehen andere Genie und Innovatoren, weil diejenigen, die erleuchtet genug sind, um zu denken, dass sie die Welt verändern können, diejenigen sind, die es tun und die Menschen zur Aufklärung führen.

Epigraph

Die Übertragung elektrischer Energie in Abwesenheit von Kabeln als physikalische Verbindung wird verschiedentlich als drahtlose Energieübertragung (WPT), drahtlose Energieübertragung (WPT), drahtlose Energieübertragung (WET) oder elektromagnetische Energieübertragung (EPT) bezeichnet. In einem System zur drahtlosen Energieübertragung wird ein Sendegerät mit elektrischer Energie angetrieben, die von einer Stromquelle stammt. Dies treibt das Gerät an, ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das wiederum Energie über den Raum zu einem Empfängergerät überträgt. Das Empfängergerät entzieht dann Strom aus dem Feld und liefert ihn an eine elektrische Last. Durch den Wegfall von Kabeln und Batterien kann die Technologie der drahtlosen Energieübertragung die Portabilität, den Komfort und die Sicherheit eines elektronischen Geräts für alle Benutzer erhöhen. Es ist hilfreich, drahtlose Energieübertragung zu verwenden, um elektrische Geräte in Situationen mit Strom zu versorgen, in denen das physische Anschließen von Kabeln schwierig, schädlich oder anderweitig unmöglich wäre.

Inhaltsverzeichnis

Urheberrecht

Bonus

Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Drahtlose Energieübertragung

Kapitel 2: Mikrowelle

Kapitel 3: Elektromagnetische Verträglichkeit

Kapitel 4: Radiowelle

Kapitel 5: Sehr niedrige Frequenz

Kapitel 6: Antenne (Radio)

Kapitel 7: Klystron

Kapitel 8: Nah- und Fernfeld

Kapitel 9: Index der Elektronikartikel

Kapitel 10: Resonator

Kapitel 11: Index der elektrotechnischen Artikel

Kapitel 12: Loop-Antenne

Kapitel 13: Gitter-Dip-Oszillator

Kapitel 14: Kupplung (Elektronik)

Kapitel 15: Induktives Laden

Kapitel 16: WREL (Technologie)

Kapitel 17: Resonante induktive Kopplung

Kapitel 18: Qi (Standard)

Kapitel 19: Magnetoquasistatisches Feld

Kapitel 20: Glossar der Elektrotechnik und Elektronik

Kapitel 21: Geschichte der Tesla-Spule

Epilog

Über den Autor

Demnächst

Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 1: Drahtlose Energieübertragung

Die Übertragung elektrischer Energie in Abwesenheit von Kabeln als physikalische Verbindung wird verschiedentlich als drahtlose Energieübertragung (WPT), drahtlose Energieübertragung (WPT), drahtlose Energieübertragung (WET) oder elektromagnetische Energieübertragung (EPT) bezeichnet. In einem System zur drahtlosen Energieübertragung wird ein Sendegerät mit elektrischer Energie angetrieben, die von einer Stromquelle stammt. Dies treibt das Gerät an, ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das wiederum Energie über den Raum zu einem Empfängergerät überträgt. Das Empfängergerät entzieht dann Strom aus dem Feld und liefert ihn an eine elektrische Last. Durch den Wegfall von Kabeln und Batterien hat das Konzept der drahtlosen Energieübertragung das Potenzial, die Portabilität, den Komfort und die Sicherheit elektronischer Geräte für ihre Endbenutzer erheblich zu verbessern. Es ist hilfreich, drahtlose Energieübertragung zu verwenden, um elektrische Geräte in Situationen mit Strom zu versorgen, in denen das physische Anschließen von Kabeln schwierig, schädlich oder anderweitig unmöglich wäre.

Nahfeld und Fernfeld sind die beiden primären Klassifizierungen, die für Methoden zur drahtlosen Übertragung von Elektrizität verwendet werden können. Induktive Kopplung ist die am häufigsten verwendete Funktechnologie. Zu den Anwendungen gehören das Laden von Handheld-Geräten wie Telefonen und elektrischen Zahnbürsten, RFID-Tags, Induktionskochen und drahtloses Laden oder kontinuierliche drahtlose Energieübertragung in implantierbaren medizinischen Geräten wie künstlichen Herzschrittmachern oder Elektrofahrzeugen. Die induktive Kopplung ist die am weitesten verbreitete Funktechnologie.

Strahlen elektromagnetischer Strahlung, wie Mikrowellen, werden in Fernfeld- oder Strahlungsmethoden verwendet, die oft als Leistungsstrahlen bezeichnet werden. Diese Techniken werden verwendet, um Energie zu übertragen.

Der Begriff drahtlose Energieübertragung bezieht sich auf ein Überbegriff, der eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zur Übertragung von Energie durch die Nutzung elektromagnetischer Felder umfasst. Eine Art Antennen -Gerät wird am Sender verwendet, um die eingehende Leistung in ein oszillierendes elektromagnetisches Feld umzuwandeln. Der Begriff Antenne wird hier in einem allgemeinen Sinne verwendet; Es könnte sich auf eine Drahtspule beziehen, die ein Magnetfeld erzeugt, eine Metallplatte, die ein elektrisches Feld erzeugt, eine Antenne, die Radiowellen aussendet, einen Laser, der Licht erzeugt, oder eine beliebige Kombination dieser Dinge. Am Empfänger wandelt eine Antenne oder Koppelvorrichtung, die derjenigen ähnelt, mit der das Signal übertragen wird, die Schwingfelder in einen elektrischen Strom um. Die Frequenz, die wiederum die Wellenlänge beeinflusst, ist ein entscheidender Faktor bei der Identifizierung der Art der Wellen, die abgestrahlt werden.

Da drahtlose Energietechnologien die gleichen Felder und Wellen wie drahtlose Kommunikationsgeräte wie Funk verwenden, wird erwartet, dass drahtlose Energietechnologien mehr Einschränkungen in Bezug auf die Entfernung haben werden als drahtlose Kommunikationstechnologien.

Das Senden oder Empfangen von drahtlosen Informationen kann über die drahtlose Energieübertragung eingeschaltet werden. Der Begriff drahtlose Kommunikation bezieht sich auf diese Art der Übertragung (WPC). Das Netzwerk wird als simultanes drahtloses Informations- und Energieübertragungsnetzwerk bezeichnet, wenn die gesammelte Energie verwendet wird, um die von drahtlosen Informationssendern (SWIPT) benötigte Energie bereitzustellen. Geladene Teilchen in Materie, wie Elektronen, sind für die Erzeugung elektrischer und magnetischer Kräfte verantwortlich. Im Bereich um eine Ladung wird ein elektrostatisches Feld erzeugt, das stationär bleibt. Ein konstanter Ladungsfluss, oft als Gleichstrom oder Gleichstrom bezeichnet, erzeugt ein Magnetfeld, das überall um ihn herum statisch ist. Die Felder, die sich oben befinden, enthalten Energie, aber da sie statisch sind, können sie keine Energie transportieren. Dennoch sind zeitvariable Felder in der Lage, Kraft zu tragen. Wechselnde elektrische und magnetische Felder entstehen in der Umgebung, wenn beschleunigende elektrische Ladungen vorhanden sind, wie sie in einem Wechselstrom (AC) von Elektronen in einem Draht vorkommen. Diese Felder sind zeitvariabel. Diese Felder haben das Potenzial, oszillierenden Druck auf die Elektronen in einer empfangenden Antenne auszuüben, wodurch die Elektronen hin und her wandern. Dies sind Beispiele für Wechselstrom, der bei Bedarf eine Last mit Strom versorgen kann.

Es gibt zwei verschiedene Bereiche, die zwischen den oszillierenden elektrischen und magnetischen Feldern unterschieden werden können, die sich bewegende elektrische Ladungen in einem Antennengerät umgeben, abhängig von der Entfernung Dvon der Antenne.

In diesen verschiedenen Bereichen weisen die Felder eine Vielzahl unterschiedlicher Eigenschaften auf, Darüber hinaus werden eine Vielzahl von Verfahren und Apparaturen im Prozess der Energieübertragung eingesetzt:

Nahfeld- oder nichtstrahlender Bereich – Dies bedeutet den Bereich innerhalb von etwa 1 Wellenlänge (λ) der Antenne.

Trotz der Tatsache, dass die Felder weiterhin exponentiell schrumpfen.

Infolgedessen wird die Vielfalt der Nahfeldgeräte traditionell in zwei Gruppen unterteilt:

Kurze Reichweite – bis etwa zu einem Antennendurchmesser: D-Bereich ≤ D-Ameise.

Dies ist der Bereich, über den konventionelle nicht-resonante kapazitive oder induktive Kopplung nutzbare Strommengen übertragen kann.

Mittlerer Bereich – bis zum 10-fachen Antennendurchmesser: D-Bereich ≤ 10 D-Ameise.

In großer relativer Entfernung können Nahfeldkomponenten von elektrischen und magnetischen Feldern als nahezu äquivalent zu quasistatischen oszillierenden Dipolfeldern betrachtet werden.

Diese Felder nehmen mit dem Würfel der Entfernung ab: (D-Bereich / D-Ameise) −3 oder 60 dB pro Jahrzehnt.

Um es anders auszudrücken: Wenn der Abstand zwischen den beiden Antennen weit voneinander entfernt ist, verringert sich die empfangene Leistung um den Faktor 2⁶ = 64.

Folglich kann nur die Energieübertragung über kurze Entfernungen mittels induktiver und kapazitiver Kopplung innerhalb eines Dreifachen des Durchmessers der Antennenvorrichtung Dant erfolgen.

Im Gegensatz zu einem Strahlungssystem, bei dem die maximale Strahlungsabgabe nur erfolgt, wenn die Dipolantennen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ausgerichtet sind, kann die maximale Strahlungsleistung eines akustischen Systems nur erreicht werden.

Bei der induktiven Kopplung (elektromagnetische Induktion und die gegenseitige Induktivität zwischen den Spulen, die von ihrer Geometrie und dem Abstand zwischen ihnen abhängt). M {\displaystyle D_{\text{range}}}

Eine weit verbreitete Kennzahl ist der Kopplungskoeffizient. {\displaystyle k\;=\;M/{\sqrt {L_{1}L_{2}}}}

Dieser dimensionslose Parameter ist gleich dem Anteil des magnetischen Flusses durch die Sendespule, der durch die Empfängerspule geht, wenn L2 offen geschaltet ist. L1 L2

Wenn die beiden Spulen auf der gleichen Achse und nahe beieinander liegen, so geht der gesamte magnetische Fluss von durch, und die Verbindungseffizienz nähert sich 100%. L1 L2 k=1

Je weiter die Spulen voneinander entfernt sind, desto mehr Platz ist zwischen ihnen, desto größer ist der Anteil des Magnetfeldes, das von der ersten Spule erzeugt wird, das von der zweiten nicht aufgenommen wird, und je niedriger und die Verbindungseffizienz sind, nähern Sie sich Null, wenn sie durch große Entfernungen getrennt sind. k

Der Verbindungswirkungsgrad und die übertragene Leistung sind ungefähr proportional zu . k^2

Um eine hohe Produktivität zu erreichen, müssen die Spulen ziemlich nahe beieinander liegen, ein Bruchteil des Spulendurchmessers. Aufgrund ihres Gewichts und ihrer Größe verwenden winzige drahtlose Geräte jedoch fast immer Luftkernspulen. {\displaystyle D_{\text{ant}}}

Die Spulen eines gewöhnlichen induktiven Kopplungssystems können nur dann einen hohen Wirkungsgrad erreichen, wenn sie relativ nahe beieinander liegen, genauer gesagt, wenn sie benachbart sind. Die meisten der heutigen induktiven Systeme verwenden die resonante induktive Kopplung, die weiter unten in diesem Abschnitt diskutiert wird. Diese Art der induktiven Kopplung erhöht die Effizienz durch den Einsatz von Resonanzkreisen. Dies ist der nichtresonanten induktiven Kopplung in Bezug auf ihre Fähigkeit, hohe Wirkungsgrade über größere Entfernungen zu erreichen, überlegen.

Elektrodynamische Kopplung, auch bekannt als resonante induktive Kopplung, Jeder Resonanzkreis besteht aus einer Drahtspule, die mit einem Kondensator, einer selbstresonanten Spule oder einer anderen Art von Resonator verbunden ist, der seine eigene interne Kapazität hat. Beide sind so eingestellt, dass sie zur gleichen Zeit mit der gleichen Frequenz schwingen. Ähnlich wie eine vibrierende Stimmgabel in einer entfernten Gabel, die auf die gleiche Tonhöhe abgestimmt ist, sympathische Vibrationen verursachen kann, hat die Resonanz zwischen den Spulen das Potenzial, die Kopplung sowie die Kraftübertragung erheblich zu steigern.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts führte Nikola Tesla einige der ersten Forschungen auf dem Gebiet der drahtlosen Energieübertragung durch. Während dieser Studien machte Tesla die erste Entdeckung der resonanten Kopplung, Bei der kapazitiven Kopplung, auch bekannt als elektrische Kopplung, wird die Energie zwischen zwei Elektroden (einer Anode und einer Kathode) mittels elektrischer Felder übertragen. Diese Elektroden erzeugen eine Kapazität, die die Übertragung von Energie ermöglicht. Kapazitive Kopplung wird auch als elektrische Kopplung bezeichnet.

Da die sehr hohen Spannungen, die an den Elektroden vorhanden sein müssen, um beträchtliche Leistung zu übertragen, gefährlich sein können, wurde die kapazitive Kopplung nur in wenigen Anwendungen mit geringem Stromverbrauch realistisch eingesetzt.

Transversale (bipolare) Ausführung:

Längsausführung (unipolar):

Die Reichweite kann auch durch Verwendung von Resonanz in Verbindung mit kapazitiver Kopplung erhöht werden. Nikola Tesla war der erste, der Anfang des 20. Jahrhunderts Experimente mit resonanter induktiver und kapazitiver Kopplung durchführte.

Ein Empfänger, der mit einem mechanisch resonanten oder rotierenden Permanentmagneten ausgestattet ist, ist erforderlich, damit ein elektrodynamisches drahtloses Energieübertragungssystem (EWPT) ordnungsgemäß funktioniert.

zeigt Potenzial für den Einsatz beim drahtlosen Aufladen biomedizinischer Implantate und zeigt sich in dieser Hinsicht vielversprechend.

Bei EWPT-Geräten mit ähnlichen Resonanzfrequenzen spielt der entscheidende Kopplungskoeffizient eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Leistungsmenge, die zwischen den Geräten, die als Sender und Empfänger fungieren, übertragen wird. k

Bei der Anwendung auf verbundene Resonatoren mit den gleichen Resonanzfrequenzen gibt es drei verschiedene Regime der drahtlosen Energieübertragung, die zwischen Sender und Empfänger auftreten: untergekoppelt, gekoppelt und entkoppelt, Regime, die sowohl kritisch verbunden als auch zu gekoppelt sind.

Wenn der kritische Kopplungskoeffizient von einem untergekoppelten Regime ( ) auf das kritische gekoppelte Regime ansteigt, nimmt die optimale Spannungsverstärkungskurve an Größe zu (gemessen am Empfänger) und erreicht Spitzen, wenn und dann in den übergekoppelten Bereich eintritt, wo und der Peak sich in zwei teilt. {\displaystyle kk_{crit}}

Die Energie wird über diesen Ansatz zwischen zwei drehbaren Armaturen übertragen, von denen sich einer im Sender und einer im Empfänger befindet. Diese Armaturen drehen sich synchron miteinander und sind durch ein Magnetfeld miteinander verbunden, das von Permanentmagneten an den Armaturen erzeugt wird. Entweder durch Drehen eines separaten elektrischen Generators oder durch Verwendung des Empfängerankers selbst als Rotor in einem Generator erzeugt der Empfängeranker Strom, um die Last anzutreiben. Dies kann auf zwei Arten erreicht werden.

Es wurde vorgeschlagen, dass dieses Gerät als Alternative zur induktiven Energieübertragung für das Laden von Elektroautos ohne direkte Berührung dienen könnte.

Oruganti et al. präsentierten eine neuartige Form des Systems, das die Wellen vom Zenneck-Typ nutzt. In ihrer Forschung zeigten die Autoren, dass es möglich ist, Zenneck-Wellen an flachen Metall-Luft-Grenzflächen anzuregen und Energie durch Metallbarrieren zu transportieren. Der Zweck besteht darin, eine lokalisierte Ladungsschwingung an der Metall-Luft-Grenzfläche anzuregen, und die Moden, die durch diesen Prozess erzeugt werden, breiten sich entlang der Metall-Luft-Grenzfläche aus.

Fernfeldtechnologien sind in der Lage, größere Reichweiten zu erreichen, die oft in Vielfachen von Kilometern gemessen werden und auftreten, wenn die Entfernung viel größer ist als der Durchmesser (n) des Geräts. Ein Energiestrahl kann durch Antennen mit hoher Richtwirkung oder durch gut kollimiertes Laserlicht erzeugt werden, und dieser Energiestrahl kann so geformt werden, dass er sich den Konturen des Empfangsbereichs anpasst. Die Beugung schränkt die höchste Richtwirkung, die von Antennen erreicht werden kann, physikalisch ein.

Im Allgemeinen sind die Arten elektromagnetischer Strahlung, die am besten für die Übertragung von Energie geeignet sind, sichtbares Licht, das von Lasern stammt, und Mikrowellen, die von Antennen stammen, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden.

Der Abstand zwischen Sender und Empfänger, die Wellenlänge und das Rayleigh-Kriterium, auch Beugungsgrenze genannt, sind Faktoren, die sich auf die Abmessungen der Bauteile auswirken können. Diese Faktoren werden alle im Standard-Hochfrequenzantennendesign verwendet, was auch für Laser gilt. Es ist auch üblich, die Airy-Beugungsgrenze zu verwenden, um eine ungefähre Punktgröße in beliebigem Abstand von der Blende zu bestimmen. Elektromagnetische Strahlung mit kürzeren Wellenlängen (höhere Frequenzen) unterliegt einer geringeren Beugung als Strahlung mit längeren Wellenlängen (niedrigere Frequenzen). Zum Beispiel unterliegt ein blauer Laser einer geringeren Beugung als ein roter Laser.

Obwohl es ursprünglich auf die Bildauflösung angewendet wurde, kann die Rayleigh-Grenze (auch bekannt als Abbe-Beugungsgrenze) umgekehrt betrachtet werden, und sie schreibt vor, dass die Bestrahlungsstärke (oder Intensität) einer elektromagnetischen Welle (wie einer Mikrowelle oder eines Laserstrahls) reduziert wird, da der Strahl über die Entfernung mit einer minimalen Rate divergent, die umgekehrt proportional zur Blendengröße ist. Obwohl es ursprünglich auf die Bildauflösung angewendet wurde, kann das Rayleigh-Limit umgekehrt angezeigt werden. Das Verhältnis der Apertur einer Sendeantenne oder der Austrittsöffnung eines Lasers zur Wellenlänge der Strahlung bestimmt, wie stark die Strahlung in einem engen Strahl fokussiert werden kann.

Power-Beaming mit Mikrowellen hat das Potenzial, effektiver zu sein als Laser, da es weniger anfällig für die atmosphärische Dämpfung ist, die durch Staub oder Aerosole wie Nebel erzeugt werden kann.

In dieser Phase des Prozesses werden die Leistungspegel bestimmt, indem zuerst die oben diskutierten Faktoren kombiniert und dann die Gewinne und Verluste addiert werden, die durch die Eigenschaften der Antenne sowie die Transparenz und Streuung des Mediums verursacht werden, durch das sich die Strahlung bewegt. Berechnung eines Linkbudgets ist der Name für diese spezielle Operation.

Bei kürzeren Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, oft im Mikrowellenbereich, kann die Energieübertragung durch Radiowellen gezielter erfolgen, was eine stärkere Leistungsübertragung über größere Entfernungen ermöglicht. Möglich wird dies durch den Einsatz von Mikrowellen. Die Verwendung kürzerer Wellenlängen ermöglicht eine geringfügige Reduzierung dieser Größen; Dennoch besteht bei kürzeren Wellenlängen die Möglichkeit von Störungen durch Luftabsorption und Strahlblockierung durch Niederschlag oder Wassertröpfchen. Aufgrund eines Phänomens, das als Fluch des Ausdünnungsarrays bekannt ist, ist es nicht möglich, einen schmaleren Strahl zu erzeugen, indem die Strahlen mehrerer kleinerer Satelliten zusammengeführt werden.

Für Anwendungen, die in der Erde geerdet sind, können breite Gesamtleistungspegel verwendet werden, während sie dank eines Empfangsarrays mit einer großen Oberfläche mit einem Durchmesser von 10 Kilometern immer noch bei der niedrigen Leistungsdichte arbeiten, die für die Sicherheit der elektromagnetischen Exposition beim Menschen angegeben ist.

Eine für den Menschen sichere Leistungsdichte von 1 mW/cm2 verteilt auf eine Fläche von 10 km Durchmesser entspricht 750 Megawatt Gesamtleistung.

Dies ist das Leistungsniveau, das in den meisten modernen Kraftwerken zu finden ist.

Zum Vergleich: Unter idealen Umständen und bei Tageslicht kann die Leistung eines Solarparks vergleichbarer Größenordnung leicht 10.000 Megawatt übersteigen (gerundet).

Nach dem Zweiten Weltkrieg, als Hochleistungs-Mikrowellenstrahler entwickelt wurden, die als Hohlraummagnetrons bekannt sind, wurde die Möglichkeit untersucht, Mikrowellen zur Energieübertragung zu verwenden. Diese Hochleistungs-Mikrowellenstrahler wurden entwickelt. Bis 1964 wurde eine Demonstration mit einem winzigen Hubschrauber durchgeführt, der von Mikrowellen angetrieben wurde. Entfernungen in der Größenordnung von einem Kilometer können mit diesen Techniken zurückgelegt werden.

Die Mikrowellenumwandlungseffizienz wurde unter Testbedingungen mit etwa 54% über einen Meter gemessen.

Eine Verschiebung auf 24 GHz wurde vorgeschlagen, da Mikrowellenstrahler, die analog zu LEDs sind, mit sehr hohen Quanteneffizienzen unter Verwendung von negativem Widerstand wie Gunn- oder IMPATT-Dioden hergestellt wurden. Damit wäre es möglich, Kurzstreckenverbindungen über diese Frequenz herzustellen.

Im Jahr 2013 bewies der Erfinder Hatem Zeine die Machbarkeit der drahtlosen Energieübertragung mit Phased-Array-Antennen, die elektrische Energie bis zu 30 Fuß liefern können. Ähnlich wie WiFi arbeitet es auf den gleichen Funkfrequenzen. Bei Reichweiten von bis zu 6 Metern (20 Fuß) wurde gezeigt, dass Wi-Fi-Signale batterielose Temperatur- und Kamerasensoren mit Strom versorgen können. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass es möglich ist, Wi-Fi zu nutzen, um Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Knopfzellenbatterien in einer Entfernung von bis zu 8,5 Metern (28 Fuß) drahtlos zu laden.

Der erste Mittelfeld-Hochfrequenzsender (RF) für drahtlose Energie wurde im Jahr 2017 von der Federal Communication Commission (FCC) zertifiziert.

Bei elektromagnetischer Strahlung, die sich näher am sichtbaren Teil des Spektrums (0,2 bis 2 Mikrometer) befindet, ist es möglich, Energie über die Umwandlung von Strom in einen Laserstrahl zu übertragen, der dann empfangen und auf photovoltaische Zellen (Solarzellen) fokussiert wird.

Die Übertragung eines winzigen Strahlquerschnittsbereichs über große Entfernungen wird durch die kollimierte monochromatische Wellenfrontausbreitungstechnik ermöglicht. Infolgedessen kommt es zu einem geringen oder gar nicht vorhandenen Leistungsverlust, wenn der Abstand zwischen Sender und Empfänger vergrößert wird.

Festkörperlaser können aufgrund ihrer geringen Größe in eine Vielzahl von Gütern integriert werden.

Es wird keine Interferenz mit Funkfrequenzen geben, die durch bereits bestehende Funkkommunikation wie Wi-Fi und Mobiltelefone verursacht werden.

Zugangskontrolle: Nur Empfänger, die vom Laser getroffen werden, erhalten Strom.

Nachteile sind:

Laserstrahlung sollte unbedingt vermieden werden. Niedrige Leistungspegel können bei Menschen und anderen Tieren zur Erblindung führen, wenn kein angemessenes Sicherheitssystem vorhanden ist. Die lokalisierte, intensive Erwärmung, die durch hohe Leistungspegel verursacht wird, kann tödlich sein.

Es gibt nur eine begrenzte Kapazität, um Strom in Licht umzuwandeln. Photovoltaikzellen erreichen nur in absoluter Spitze einen Wirkungsgrad von 40 bis 50 Prozent.

Die Absorption durch die Atmosphäre sowie die Absorption und Streuung durch Wolken, Nebel, Regen usw. können zu Verlusten von bis zu hundert Prozent führen.

Verlangt, dass Sie jederzeit eine klare Sicht auf das Ziel vor sich haben. (Das Laserlicht kann über eine optische Faser gelenkt werden, als Alternative zum direkten Schuss auf den Empfänger.) Das Konzept der Power-over-Fiber-Technologie wird dann vorangetrieben.)

Das Konzept des Laser-Powerbeaming wurde für den Einsatz in militärischen Waffen untersucht. Mit dem Einsatz eines Laserstrahlsystems beweist dieser Proof-of-Concept, dass es möglich ist, periodisch aufzuladen.

Ein Proof-of-Concept für die Verwendung eines Dual-Wellenlängen-Lasers zum drahtlosen Laden von tragbaren Geräten oder unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) wurde von Forschern der Chinesischen Akademie der Wissenschaften erstellt.

In Bezug auf die Verbindung von atmosphärischen Plasmakanälen erfolgt die elektrische Leitung über ionisierte Luft, um die Energieübertragung zwischen zwei Elektroden zu erleichtern.

Die Energie des Lasers hilft, die dielektrische Durchschlagsspannung der Atmosphäre zu senken, und die überhitzte Luft macht die Atmosphäre weniger isolierend, was die Dichte ( ) des Luftfadens verringert. p

Energy Harvesting, auch bekannt als Power Harvesting oder Energy Scavenging, ist ein Prozess, der sich auf die Umwandlung von Umgebungsenergie aus der Umwelt in elektrische Energie bezieht. Dies geschieht im Zusammenhang mit drahtloser Stromversorgung, und ihr Hauptzweck besteht darin, kleine autonome drahtlose elektronische Geräte mit Strom zu versorgen.

Das 19. Jahrhundert war eine Zeit bedeutender theoretischer Fortschritte sowie konkurrierender Hypothesen über die mögliche Übertragung elektrischer Energie.

1826 entdeckte André-Marie Ampère einen Zusammenhang zwischen Strom und Magneten.

Im Jahr 1831 entwickelte Michael Faraday seine Theorie der Induktion, mit der er die elektromotorische Kraft erklärte, die einen Strom durch eine Leiterschleife treibt, wenn ein zeitvariabler magnetischer Fluss vorhanden ist.

Zahlreiche Innovatoren und Experimentatoren bemerkten unabhängig voneinander die Übertragung elektrischer Energie ohne die Notwendigkeit von Drähten, Nach dem Jahr 1890 führte der Erfinder Nikola Tesla Experimente zur Übertragung von Energie durch induktive und kapazitive Kopplung mit funkenangeregten Hochfrequenz-Resonanztransformatoren durch, die heute als Tesla-Spulen bekannt sind. Diese Transformatoren erzeugten hohe Wechselspannungen.

Danach baute Tesla ein drahtloses Stromverteilungssystem, von dem er dachte, dass es in der Lage sein würde, Elektrizität über große Entfernungen direkt in Haushalte und Industrien zu übertragen. Anfangs schien es, als würde er Ideen von Mahlon Loomis übernehmen, um das Jahr 1901 bemühte er sich, ein großes drahtloses Hochspannungskraftwerk in Shoreham, New York, zu bauen. Diese Station ist heute als Wardenclyffe Tower bekannt. Im Jahr 1904 war die Finanzierung jedoch ausgetrocknet, und die Anlage wurde nie fertiggestellt.

Seit der Erfindung des Transformators in den 1800er Jahren war die induktive Energieübertragung zwischen benachbarten Drahtspulen eine der ersten Formen drahtloser Energieübertragungstechnologien. Seit den frühen 1900er Jahren (1975) ist die Induktionserwärmung im Einsatz. In den 1990er Jahren wurde es in Proximity-Karten und kontaktlosen Smartcards eingesetzt.

In den letzten Jahrzehnten hat die Verbreitung tragbarer drahtloser Kommunikationsgeräte wie Mobiltelefone, Tablets und Laptops die Entwicklung der drahtlosen Stromversorgungs- und Ladetechnologie der mittleren Reichweite vorangetrieben. Diese Technologie zielt darauf ab, die Notwendigkeit zu beseitigen, dass diese Geräte während des Ladevorgangs an Wandstecker angeschlossen werden müssen.

Vor dem Zweiten Weltkrieg gab es keine großen Fortschritte auf dem Gebiet der drahtlosen Energieübertragung, von der Browns Studie finanziert wurde. Stationary High Altitude Relay Platform (SHARP) war ein winziger Prototyp, der 1987 vom Communications Research Center of Canada gebaut wurde. Sein Zweck war es, Telekommunikationsdaten ähnlich wie ein Kommunikationssatellit zwischen Standorten auf der Erde zu übertragen. Es wurde von einer Rektenna angetrieben und