Drahtlose Übertragung bis 1900 W in einem Raum mit einem Wirkungsgrad von 45-95%

Isolierte Kammer (Raum) 5 × 5 × 2,3 m mit Wänden, Boden und Decke mit Aluminiumbeschichtung. 15 Kondensatoren an der zentralen Säule vervollständigen den quasistatischen Resonanzkreis

Fortschritte bei der drahtlosen Datenübertragung haben die Menschen gelehrt zu glauben, dass das Smartphone beim Betreten der Wohnung sofort eine Verbindung zum WLAN zu Hause herstellt. Alle Geräte im Haus greifen standardmäßig über WLAN über den Home Access Point auf das Internet zu. Keine Drähte - Schönheit. Das einzige Problem ist, dass der Strom nicht genau auf die gleiche Weise übertragen wird und jedes Gerät noch verkabelt werden muss. Robotik und Medizin leiden unter dem gleichen Problem. Es ist sehr unpraktisch, jedes Mal Geräte an die Steckdose anzuschließen.

Vor mehr als ein paar Jahren zeigte Nikola Tesla, wie man Elektrizität aus der Ferne überträgt (und Maxwell, Heaviside und Hertz zeigten es vor ihm), aber Ingenieure konnten diese Erfindung immer noch nicht in einer praktischen Technologie für den praktischen Einsatz mit einem ausreichend hohen Wirkungsgrad realisieren. Es gibt ein weiteres Problem: Es ist nicht bekannt, wie sich die drahtlose Übertragung von Elektrizität durch den Körper über einen langen Zeitraum auf den Körper auswirkt. Daher haben die Regulierungsbehörden in vielen Ländern strenge regulatorische Beschränkungen für diese Technologie eingeführt.

Aufgrund gesetzlicher Beschränkungen und potenzieller Sicherheitsprobleme müssen Ingenieure einen Kompromiss zwischen der Entfernung für die drahtlose Energieübertragung und der maximalen Energiemenge finden, die sicher durch den Körper einer Person in einem Wohngebiet übertragen werden kann. Beispielsweise ist die Energieübertragung durch Strahlung (Strahlungswärmeübertragung) in der Funkkommunikation weit verbreitet, überträgt jedoch sicher nur wenige Milliwatt, was nicht ausreicht, um gewöhnliche Geräte aufzuladen.

Anstatt Energie durch Strahlung in elektrischen Haushaltsgeräten zu übertragen, ist es daher üblich, nicht strahlungsübertragende Verfahren wie Induktionsladung und Resonanzladung zu verwenden . Es gibt völlig unterschiedliche Leistungen: Dutzende oder Hunderte von Watt werden mit sehr schneller Dämpfung im Weltraum über kleine Entfernungen übertragen. Die Sicherheit wird durch die Übertragung von Energie von einem potenziell gefährlichen elektrischen Feld auf ein Magnetfeld mit großen Verlusten und geringem Wirkungsgrad gewährleistet. Das Phänomen der Kopplung von Nahfeldern ist jedoch in der Entfernung sehr begrenzt. Die Übertragungseffizienz nimmt schnell ab, wenn der Abstand vom Sender zum Energieempfänger den Durchmesser der Spule überschreitet . Außerdem ist es unmöglich, normalerweise in einem Feld Spulen zu binden, die sich im Durchmesser stark unterscheiden .

Seit 2014 hat eine Gruppe von Physikern unter der Leitung von Matthew Chabalko eine Reihe erfolgreicher Experimente zur Verwendung stehender elektromagnetischer Wellen im Fernfeld durchgeführt, um ein gleichmäßiges elektrisches Feld in einem Metallhohlraum zu erzeugen . Diese Experimente überwinden die Grenzen früherer Technologien.

Um diese Theorie zu testen, haben Matthew Chabalko und seine Kollegen von Disney Research eine praktische Methode zum Laden elektrischer Geräte aus der Ferne entwickelt - eine Methode namens Quasistatic Cavity Resonance (QSCR) , dh einen „quasistatic Cavity Resonator“. Dies ist bereits eine echte Technologie, die in der Praxis angewendet werden kann, wenn die Regulierungsbehörden dies zulassen.

Die Quintessenz ist, dass stehende elektromagnetische Wellen in der entfernten Zone des Feldes den Raum der Resonanzstruktur mit gleichmäßigen Magnetfeldern füllen, was es ermöglicht, kleine Empfänger in diesen Bereichen zu verwenden - wie in gewöhnlichen Haushaltsgeräten.

Um einen Schwingkreis zu erzeugen, muss Resonanzstrom durch speziell entworfene Metallstrukturen - zum Beispiel Aluminiumbleche - durch Wände, Boden und Decke geleitet werden. Überall im Raum ist ein Gerät mit Kondensatoren installiert, das den Stromkreis des Schwingkreises vervollständigt (im Experiment wurden 15 Kondensatoren mit hohem Q von 7,3 pF installiert, die eine Resonanz bei 1,32 MHz lieferten). Dadurch bilden sich im Raum gleichmäßige Magnetfelder. In der Abbildung ist ein konzeptionelles Diagramm eines quasistatischen Hohlraums dargestellt.



Magnetfelder fallen mit einem Koeffizienten von weniger als 1 / p von der Säule zu den Wänden ab, wodurch es möglich ist, Energieempfänger mit Spulen im gesamten Raum zu verwenden, die tausendmal kleiner sind als die Größe des QSCR-Resonators.


Schema einer isolierten Kammer (Raum) und eines Schwingkreises in einem Experiment

Wenn Sie in einer solchen geschlossenen Kammer arbeiten, können Sie Energie aus einem Magnetfeld in ein elektrisches Feld umwandeln, dessen Wirkungsgrad hundertmal höher ist als im offenen Raum. Dies bedeutet, dass viel höhere Energien ohne Gefahr für die menschliche Gesundheit übertragen werden können, vorbehaltlich der von den Regulierungsbehörden festgelegten Einschränkungen.


Effizienz der drahtlosen QSCR-Übertragung

Wenn Sie die Kamera auf die Größe eines Raums, Büros oder Lagers skalieren, können Sie mobile Geräte, die sich in der Schleife befinden, effizient drahtlos aufladen.


Elektrische Geräte, die während eines Experiments drahtlose Energie im Raum empfangen

Die Wirkung von Strahlung auf eine Person ist selbst in der Nähe der Kondensatoren auf der Säule gering. Die Simulation zeigte, dass bei einer Sendung von 1900 W die Wirkung auf den menschlichen Körper die festgelegten Standards für den spezifischen Absorptionskoeffizienten elektromagnetischer Energie pro Kilogramm Körper (SAR) nicht überschreitet.


Spezifischer Absorptionskoeffizient. Hinweis: In Russland wird SAR als Koeffizient der absorbierten Leistung nicht pro Gramm Stoff betrachtet, wie in den USA und in Europa, sondern pro Quadratzentimeter

Ein Experiment von Physikern bei Disney Research wurde in einem 54 m ^{3 großen} Raum durchgeführt. Darin wurde Energie fast überall im Raum mit einem Wirkungsgrad von 40% bis 95% an den Empfänger übertragen.



Die wissenschaftliche Arbeit wurde am 15. Februar 2017 in der Zeitschrift PLOS One (doi: 10.1371 / journal.pone.0169045) veröffentlicht.