Transmissão sem fio de até 1900 W em uma sala com uma eficiência de 45-95%

Câmara isolada (sala) 5 × 5 × 2,3 m com paredes, piso e teto com revestimento de alumínio. 15 capacitores na coluna central completam o circuito do ressonador quase estático

O progresso na transmissão de dados sem fio ensinou as pessoas a pensar que, quando entram no apartamento, o smartphone se conecta imediatamente ao WiFi doméstico. Por padrão, todos os dispositivos em casa acessam a Internet via Wi-Fi através do ponto de acesso doméstico. Sem fios - beleza. O único problema é que a eletricidade não é transmitida exatamente da mesma maneira conveniente, e cada dispositivo ainda precisa ser conectado. Robótica e medicina sofrem do mesmo problema. É muito inconveniente conectar dispositivos sempre à tomada.

Mais de alguns anos atrás, Nikola Tesla mostrou como transmitir eletricidade à distância (e Maxwell, Heaviside e Hertz mostraram antes dele), mas os engenheiros ainda não foram capazes de realizar esta invenção em uma tecnologia conveniente para uso prático com eficiência suficientemente alta. Há outro problema: não se sabe como a transmissão sem fio de eletricidade através do corpo afeta o corpo por um longo período; portanto, as autoridades reguladoras em muitos países introduziram restrições regulamentares estritas para essa tecnologia.

Devido a restrições regulamentares e possíveis problemas de segurança, os engenheiros precisam encontrar um compromisso entre a distância para a transferência de energia sem fio e a quantidade máxima de energia que pode ser transmitida com segurança através do corpo de uma pessoa em uma área residencial. Por exemplo, a transferência de energia por radiação (transferência de calor por radiação ) é amplamente usada em comunicações via rádio, mas transfere com segurança apenas alguns miliwatts, o que não é suficiente para carregar aparelhos comuns.

Portanto, em vez de transferir energia por radiação em aparelhos elétricos domésticos, é habitual usar métodos de transferência sem radiação, como cobrança por indução e cobrança por ressonância . Existem potências completamente diferentes: dezenas ou centenas de watts são transmitidos com uma atenuação muito rápida no espaço em pequenas distâncias. A segurança é garantida pela transferência de energia de um campo elétrico potencialmente perigoso para um campo magnético , com grandes perdas e baixa eficiência. Mas o fenômeno do acoplamento de campos próximos é muito limitado em distância. A eficiência da transmissão diminui rapidamente se a distância do transmissor ao receptor de energia exceder o diâmetro da bobina . Além disso, é impossível ligar normalmente em bobinas de um campo que diferem muito em diâmetro .

Desde 2014, um grupo de físicos liderados por Matthew Chabalko realizou uma série de experiências bem-sucedidas no uso de ondas eletromagnéticas permanentes no campo distante para gerar um campo elétrico uniforme em uma cavidade de metal . Esses experimentos superam as limitações das tecnologias anteriores.

Para testar essa teoria, Matthew Chabalko e seus colegas da Disney Research desenvolveram um método prático para carregar dispositivos elétricos à distância - um método chamado Ressonância Quasistática da Cavidade (QSCR) , ou seja, um "ressonador quasistático da cavidade". Essa já é uma tecnologia real que pode ser aplicada na prática, se as autoridades reguladoras permitirem.

A conclusão é que as ondas eletromagnéticas permanentes na zona mais distante do campo preenchem o espaço da estrutura ressonante com campos magnéticos uniformes, o que permite o uso de pequenos receptores nessas áreas - como em eletrodomésticos comuns.

Para criar um circuito oscilatório, a corrente ressonante deve ser passada através das paredes, piso e teto através de estruturas metálicas especialmente projetadas - por exemplo, chapas de alumínio. Um dispositivo com capacitores é instalado em qualquer lugar da sala, o que completa o circuito do circuito oscilatório (no experimento, foram instalados 15 capacitores de Q alto de 7,3 pF, o que forneceu uma ressonância em 1,32 MHz). Como resultado, campos magnéticos uniformes se formam dentro da sala. Um diagrama conceitual de uma cavidade quase estática é mostrado na ilustração.



Os campos magnéticos decaem da coluna para as paredes com um coeficiente inferior a 1 / p, o que possibilita o uso de receptores de energia com bobinas em toda a sala milhares de vezes menor que o tamanho do ressonador QSCR.


Esquema de uma câmara isolada (sala) e circuito oscilatório em um experimento

Trabalhar em uma câmara fechada permite converter energia de um campo magnético em um campo elétrico com uma eficiência centenas de vezes maior do que em espaços abertos. Isso significa que energias muito mais altas podem ser transmitidas sem perigo para a saúde humana, sujeitas a restrições estabelecidas pelas autoridades reguladoras.


Eficiência de transmissão sem fio QSCR

De fato, se você dimensionar a câmera para o tamanho de uma sala, escritório ou armazém, será possível carregar com eficiência dispositivos móveis sem fio que estejam dentro do loop.


Dispositivos elétricos que recebem energia sem fio dentro da sala durante um experimento

O efeito da radiação em uma pessoa é pequeno, mesmo perto dos capacitores na coluna. A simulação mostrou que, com uma transmissão de 1900 W, o efeito no corpo humano não excederá os padrões estabelecidos para o coeficiente específico de absorção de energia eletromagnética por quilograma de corpo (SAR).


Coeficiente de absorção específico. Nota: na Rússia, o SAR é considerado como um coeficiente de energia absorvida, não por grama de tecido, como nos EUA e na Europa, mas por centímetro quadrado

Um experimento de físicos da Disney Research foi realizado em uma sala de 54 m ³ . Nele, a energia era transmitida ao receptor em quase qualquer lugar da sala com uma eficiência de 40% a 95%.



O trabalho científico foi publicado em 15 de fevereiro de 2017 na revista PLOS One (doi: 10.1371 / journal.pone.0169045).