WiTricity

WiTricity (англ. wireless electricity, беспроводное электричество) является торговой маркой WiTricity corporation, которая касается передачи энергии путём использования резонансного магнитного взаимодействия.

Источник питания преобразует постоянный ток в переменный частотой 250 кГц. Переменный ток используется для питания резонатора WiTricity High Q, который создает переменное магнитное поле частотой 250 кГц. Когда резонатор захвата вносится в зону действия источника, резонаторы взаимодействуют и изменяющееся магнитное поле источника индуцирует электрический ток в резонаторе захвата. Переменный ток выпрямляется (преобразуется в постоянный) до напряжения определенного уровня и подается на внешнюю нагрузку. High Q обозначает высокое значение добротности резонаторов, что в технологии WiTricity особенно важно для эффективной передачи энергии.

История возникновения

Связанные резонаторы

Для достижения беспроводной передачи энергии таким образом, чтобы она была практичной и безопасной, необходимо использовать физическое явление, которое позволит источнику питания передавать нагрузке (например, мобильному телефону) значительное количество энергией, слабо взаимодействуя с живыми существами и другими объектами, такими как мебель и стены. Явление связанных резонаторов удовлетворяет этому условию. Два резонирующих объекта с одной резонансной частотой, как правило, эффективно обмениваются энергией, в то же время, слабо взаимодействуя с остальными не резонирующими объектами. Ребенок на качелях является хорошим примером резонансной системы. Качели являются системой механического резонанса, которая раскачивается только тогда, когда частота качаний ребенка соответствует собственной частоте колебаний системы. Другой пример относится к акустическому резонансу: представьте себе комнату с сотней одинаковых бокалов вина, каждый из которых наполнен вином по-разному, так что бокалы резонируют на разных частотах. Если оперный певец войдет в эту комнату и начнет громко петь одну ноту, то бокал с соответствующей резонансной частотой может накопить достаточно энергии, чтобы разбиться, в то время как другие бокалы останутся целыми.

Сильное взаимодействие

Связанные резонаторы работают в режиме сильного взаимодействия, если скорость передачи энергии между ними значительно выше, чем скорость её потери из-за поглощения и излучения. В режиме сильного взаимодействия эффективность передачи энергии может быть очень высокой. Эти соображения являются универсальными, применимыми ко всем видам резонанса (например, акустического, механического, электромагнитного и др.). Солячич и его коллеги из Массачусетского технологического института Каралис и Джоаннопулос приступили к исследованиям и разработке физической теории использования сильно связанных магнитных резонаторов для передачи мощности на расстояние, позволяющее производить беспроводную зарядку устройств. Их теоретические результаты были впервые опубликованы в 2006 году, и снова в 2008 году в журнале «Анналы физики».

Как только теория была разработана, Солячич и его команда принялись подтверждать её экспериментально. Разработанная теория охватывала широкий круг систем связанных резонаторов, но экспериментальная работа была сосредоточена на доказательство того, что магнитно связанные резонаторы могут обмениваться энергией так, как предсказывает теория и как необходимо для беспроводной зарядки таких устройств, как сотовые телефоны. Команда изучила систему из двух электромагнитных резонаторов, связанных посредством их магнитных полей. Им удалось зафиксировать режим сильного взаимодействия системы и показать, что сильное взаимодействие может быть достигнуто на расстояниях, значительно превышающих размер самих резонирующих объектов. Команда доказала, что в режиме сильного взаимодействия может быть достигнута эффективная беспроводная передача энергии. Их успешный эксперимент был опубликован в журнале Science в 2007 году.

Рождение технологии WiTricity

Опытная конструкция состояла из двух медных катушек, каждая из которых являлась саморезонирующей системой. Одна из катушек, подключенная к источнику питания переменного тока, была источником резонанса. Другая катушка, которая являлась устройством захвата резонанса, была соединена с 60 ваттной лампой. Источник питания и устройство захвата были подвешены в воздухе на нейлоновой нити на расстояниях в диапазоне от нескольких сантиметров до более чем 2,5 м. В результате опыта не только была зажжена лампа, но и была доказана экспериментально теоретически предсказанная высокая эффективность работы системы на расстоянии. Помещая различные объекты между источником и устройством захвата, команда продемонстрировала, что ближнее магнитное поле может передавать энергию через определенные материалы и вокруг металлических преград. Так осуществилась мечта профессора Солячича о методе беспроводного подключения мобильных устройств к действующей электрической сети. Вскоре для переноса данной технологии из лаборатории в коммерческое производство была основана корпорация WiTricity.

Коммерческая реализация

С самого начала 2011 года начали поступать как конкретные сообщения о заключении договоров на коммерческое сотрудничество WiTicity и ряда известных высокотехнологичных компаний, так и череда слухов о будущих партнёрствах, прочащих невероятный коммерческий успех совместным реализациям. Из известных соглашений о партнёрстве стоить отметить следующие партнёрства:

• В области беспроводной зарядки аккумуляторов электромобилей с компаниями Delphi, Toyota, IHI, Audi;
• В области здравоохранения (беспроводное питание искусственного сердца) — с компанией Thoratec;
• В области бытового использования (освещение) — с концерном OSRAM; (бытовая техника) компания Haier на выставке CES 2010 представила полностью беспроводной HD-телевизор;
• В области высокотехнологичных устройств (беспроводная зарядка мобильной техники) — с тайваньской MediaTek

В рамках всех партнёрств были представлены действующие прототипы, широко анонсированные на различных мировых тематических выставках. Существует предположение, что компания Apple заинтересовалась и работает с технологией WiTricity для реализации принципа беспроводной зарядки в своих будущих мобильных устройствах.

Литература

• Aristeidis Karalis; J.D. Joannopoulos, Marin Soljačić (January 2008). «Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer». Annals of Physics 323: 34–48. DOI:10.1016/j.aop.2007.04.017. Bibcode: 2008AnPhy.323...34K. “Published online: April 2007”

Ссылки

• Свежие новости про беспроводное электричество, лето '2011