Файл: Современные разработки в области беспроводная передача электричества.docx

Современные разработки в области беспроводная передача электричества.

1.1 Технология Qi

Qi — это глобальный международный стандарт беспроводной подзарядки разнообразных устройств. Стандарт разрабатывается Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium, WPC). В основе названия Qi (читается Ци) лежит произнесение одного из важнейших китайских иероглифов. Ци — фундаментальная основа китайской философии, наиболее точно переводится как жизненно важная энергия. Общеизвестно, что электрическая энергия может передаваться без использования токопроводящих элементов. В основе Qi лежит один из способов беспроводной передачи электроэнергии на расстояние — способ индукционной передачи. Данный способ был известен человечеству еще в XIX веке. Чаще всего его реализацию можно встретить в производстве большинства электрических трансформаторов.

Суть этого способа заключается в следующем: переменный электрический ток, проходящий через первичную обмотку трансформатора, благодаря явлению электродинамической индукции, создает переменное магнитное поле, действующее на вторичную обмотку. Это поле индуцирует во вторичной обмотке электрический ток. При этом, чем ближе расположены первичная и вторичная обмотки, тем выше эффективность передачи электрического тока. По мере удаления одной обмотки от другой, все большая часть магнитного поля расходуется впустую, не передавая энергию. Это свойство и определяет основной недостаток этого метода — небольшое расстояние его действия.

Стандарт Qi прежде всего направлен на бытовое использование беспроводных зарядных устройств, при котором необходимости в большом расстоянии приемника и передатчика электроэнергии нет. Зато есть потребность потребителя освободиться от неудобных зарядных кабелей, контактных подставок и прочих устройств. Рекомендованное расстояние между зарядной платформой и заряжаемым устройством в данном случае не должно превышать 4 см.

Подобные схемы давно получили широкое распространение в конструкциях электрических зубных щеток, индукционных плит и сейчас крайне активно внедряются на рынке мобильных телефонов. Сегодня уже все ведущие производители сотовой техники включили возможность заряжать свои телефоны по стандарту Qi. Для активации процесса подзарядки батареи телефона достаточно просто положить его на специальную компактную зарядную панель, панель в свою очередь должна быть подключена к источнику электроэнергии (к обычной бытовой розетке).

---

В Qi высокая эффективность беспроводной передачи энергии достигается за счет применения эффекта резонанса. Передатчик и приемник настраиваются на одну частоту. Это осуществляется с помощью включения конденсаторов в плоскую спираль или однослойный соленоид, представляющий собой передающую катушку, расположенную в зарядной площадке. При этом КПД передачи составляет 80%. Для сравнения КПД при зарядке телефона традиционным проводным способом составляет от 75% до 95%, а эффективности в 100% добиться просто невозможно!

В сотовых телефонах, поддерживающие технологию Qi, приемная катушка — ресивер выполняется в виде очень тонкой медной спирали, крепящейся к задней крышке телефона с внутренней стороны. Толщина такого ресивера ничтожно мала и установка не вызывает больших затруднений, поэтому возможно его размещения под штатную крышку без дополнительных вложений средств. Как альтернатива этому варианту возможна замена штатной крышки телефона на новую с уже встроенным ресивером.

Зарядные устройства и гаджеты, сертифицированные WPC по стандарту Qi, не используют ионизирующих частот, вследствие чего не могут оказывать вредного физиологического воздействия на человека или животных. Также большинство современных зарядных устройств и смартфонов имеют механизмы встроенной защиты, основанной на термоконтроле. Еще они способны обнаруживать наличие посторонних предметов в поле их действия, что также обеспечивает дополнительную безопасность использования.

Если мобильный телефон и зарядное устройство поддерживают стандарт QI, они распознают друг друга, как только соприкоснутся. После обмена необходимой информацией начинается процесс передачи энергии: катушка передатчика генерирует магнитное поле, по которому энергия индуктивным способом передается приемнику.

1. Передатчик «зарядное устройство» в начале определяет наличие устройства с поддержкой QI, которое необходимо напитать энергией. Затем оно генерирует переменный ток в трансформаторе. В катушке возникает магнитное поле, посредством которого индуктивным способом энергия передается заряжаемому устройству.

2. Связь Контроллеры обоих устройств «договариваются» об условиях передачи энергии (Power Transfer Contract), обеспечивая тем самым бесперебойную и эффективную зарядку устройства. Обмен данными осуществляется посредством фазовой модуляции магнитного поля.

---

3. Приемник Для сохранения в аккумуляторе переменного тока, генерируемого посредством индукции, приемнику необходимо преобразовать его в постоянный ток и изменить соответствующим образом напряжение. В завершение контроллер приемника сигнализирует о том, что аккумулятор полностью заряжен, и зарядное устройство останавливает процесс.

Еще одной важной особенностью стандарта Qi, о которой, несомненно, стоит упомянуть является наличие интерфейса обмена данными между зарядным устройством и смартфоном. Обмен происходит на скорости 2 кбит/сек и позволяет передавать и принимать информацию об остаточном уровне заряда аккумуляторной батареи, тестировать ее и по завершению зарядки отключать передающее устройство, не расходуя излишнюю электроэнергию и не нанося вреда батареи ее излишним перезарядом.

Сегодня развитие Qi можно сравнить разве что с Wi-Fi — общим глобальным стандартом беспроводной передачи данных. Сейчас, практически где бы вы ни были, вы можете выйти в Интернет через точку доступа Wi-Fi. Все мобильные устройства — смартфоны, планшеты, ноутбуки оснащаются модулями Wi-Fi. И уже ни для кого не секрет, что именно беспроводные технологии являются нашим, уже практически наступившим, будущим.

Следующим шагом, призванным облегчить нашу жизнь, становится массовое использование беспроводных универсальных зарядных устройств. Для решения этой задачи сообществом Wireless Power Consortium разработан международный стандарт Qi.

Wireless Power Consortium объединяет не сегодняшний день более 140 организаций-разработчиков оборудования и устройств. Идея Qi проста: любое устройство с логотипом Qi может заряжаться от любого зарядного устройства с этим же логотипом. Нет больше необходимости в уникальных проводных зарядках под конкретные устройства, нет проблем с кабелями и нет проблем с адаптерами в путешествиях. Qi — международный стандарт, значит ваше устройство может заряжаться без подключения проводной зарядки, по воздуху, где бы вы ни были. Вам останется просто найти ближайшее место, оборудованное зарядными поверхностями. Таких зарядных станций становится все больше по всему миру. Скоро везде, где есть Wi-Fi будет и Qi! Вы сможете заряжаться в офисах, гостиницах, аэропортах, кафешках и ресторанах. В ближайшем будущем одним из основных критериев выбора покупателем нового гаджета станет наличие на нем логотипа Qi. Уже сейчас такие монстры рынка как Samsung, Apple, Sony, Ericsson, LG, HTC и Motorola используют в своих устройствах технологию Qi. При этом устройство уже может содержать в себе ресивер для беспроводной зарядки (Qi-solution), либо может им доукомплектовываться (Qi-ready).

---

Число смартфонов c Qi, уже вышедших на рынок, составляет более 100 различных моделей, а количество их продаж уже превысило 8 500 000 штук. Наиболее популярными среди них являются флагманские модели Galaxy от Samsung, телефоны iPhone от Apple, передовая линейка Lumia от Nokia.

Даже Toyota в своей последней модели автомобиля Avalon Limited установила встроенную зарядную панель Qi. Рядом с водителем на центральной консоли размещается специальная панель, положив на которую телефон начнется его зарядка. Благодаря усилиям Wireless Power Consortium экосистема беспроводных зарядных устройств также очень быстро развивается. Многие сетевые лидеры, такие как Virgin Atlantic и The Coffee Bean & Tea Leaf заключили договора на оснащение столов для посетителей своих кафе Qi-поверхностями для зарядки гаджетов. В скором будущем число мест, где можно будет зарядить свое персональное устройство без проводов многократно возрастет. А заряжать свой смартфон дома или в автомобиле без проводов вы можете уже сейчас, вам нужно лишь приобрести у нас сертифицированную Qi зарядную панель.

Перспективы развития системы беспроводной зарядки устройств Qi зависят от скорость распространения этого стандарта в мире и о поддержке его лидерами рынка. По сути его распространение уже становится повсеместным. Все лидеры мировой индустрии и промышленности уже включили его в свои устройства. Также стоит отметить отсутствие конкуренции на этом рынке. Наличие одного общего для всех стандарта всех устраивает. Тем более, что по сути все прочие интерфейсы уже удалось сделать беспроводными. А если к устройству ничего не нужно подключать, то его можно делать полностью или частично герметичным. С таким смартфоном можно будет хоть под водой общаться. И то, что сегодня воспринимается с юмором уже завтра станет общедоступной повседневной реальностью.

---

1.2 Технология wrel.

Основы технологии, благодаря которой можно будет реализовать эту концепцию, были разработаны в знаменитом Массачусетском Технологическом Институте (MIT). Работу над проектом, предварительно названный „Witricity”, длились с 2006 года. Независимые исследования с 2007 года ведет также Intel, которая планирует в течение ближайших нескольких лет выпустить на рынок свою первую продукцию без кабелей питания. Процессорный гигант назвал свою технологию WREL (Wireless Resonance Energy Link), что можно перевести как „беспроводной передачи энергии с использованием резонанса”.

Уже в прошлом году Intel продемонстрировал работающий прототип. Шеф технологий (CTO) Intel Justin Rattner представил на конференции Intel Developer Forum (IDF), 60-ватную лампу, которая светила, хотя находилась в метре от источника тока, и не была связана с ним ни одним проводом. С этого момента Intel доказал, что технологии WREL можно использовать для питания портативного компьютера, динамиков и других подобных устройств. Ко вторым, кроме энергии, по беспроводному каналу можно передавать музыку.

Первая демонстрация работы технологии WREL произвел на аудиторию впечатление подобное презентации передачи WLAN. Если вы помните, то время когда впервые был использован беспроводной Интернет? Стоит об этом подумать, чтобы понять, как быстро мы привыкаем к хорошему, то есть к новой услуге, и как быстро мы начинаем каждое новое изобретение рассматривать как само собой разумеющееся.

Основной принцип действия WREL основан на явлении резонанса: приемник WREL (резонатор) не в состоянии производить электрическую энергию из магнитного поля при помощи медных витков. Это возможно только в том случае, когда передатчик (такой же резонатор с медным рулоном) будет издать магнитное поле на необходимой частоте. Кульминация программы: витая проволока работает как состязание в велоспорте: более низкую передачу мы используем, выезжая в гору, чтобы более эффективно использовать энергию, а высокую передачу мы используем, спускаясь с возвышенности. Размер обмотки, и сечение провода приемника определяется установленным напряжением и силой тока. Дополнительным преимуществом его работы является то, что датчик WREL излучает только столько энергии, сколько  нужно приемнику.

Описанная технология уже используется  в новых мобильных телефонах. Примером может быть новая зарядная станция  Touchstone, предназначенная для телефона Palm Pre. Однако в данном случае устройство должно быть очень близко или даже прикасаться к зарядному устройству, тем временем WREL чудесно оправдывает себя, когда в игру вступают больше расстояния. Как видно из проведенных ранее испытаний, аккумуляторы можно заряжать на расстоянии от 20 сантиметров до 1 метра. Исследователи Intel называют это пространство магнитным полем, приемник WREL может перемещаться в нём без нарушений доставки электроэнергии.

---