Transferencia De Energía Inalámbrica: Carga de vehículos eléctricos mientras están en la carretera

Por Fouad Sabry

¿Qué es la transferencia de energía inalámbrica?

La transmisión de energía eléctrica en ausencia de cables como una conexión física se denomina transferencia de energía inalámbrica (WPT), energía inalámbrica transmisión de energía (WPT), transmisión de energía inalámbrica (WET) o transferencia de energía electromagnética (EPT). En un sistema para transmitir energía de forma inalámbrica, un dispositivo transmisor es propulsado por energía eléctrica derivada de una fuente de energía. Esto hace que el dispositivo genere un campo electromagnético variable en el tiempo, que a su vez transmite energía a través del espacio a un dispositivo receptor. Luego, el dispositivo receptor extrae energía del campo y la suministra a una carga eléctrica. Al eliminar la necesidad de cables y baterías, la tecnología de transferencia de energía inalámbrica puede aumentar la portabilidad, conveniencia y seguridad de un dispositivo electrónico para todos sus usuarios. Es útil emplear la transmisión de energía inalámbrica para alimentar equipos eléctricos en situaciones en las que la conexión física de los cables sería difícil, dañina o imposible.

Cómo se beneficiará

(I) Información y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Transferencia inalámbrica de energía

Capítulo 2: Microondas

Capítulo 3 : Compatibilidad electromagnética

Capítulo 4: Antena (radio)

Capítulo 5: Klystron

Capítulo 6: Campo cercano y lejano

Capítulo 7: Índice de artículos de electrónica

Capítulo 8: Resonador

Capítulo 9: Transmisor de chispa

Capítulo 10: Antena de cuadro

Capítulo 11: Índice de artículos de ingeniería eléctrica

Capítulo 12: Oscilador de inmersión de red

Capítulo 13: Acoplamiento (electrónica)

Capítulo 14: Carga inductiva

Capítulo 15: Antena resonadora dieléctrica

Capítulo 16: WREL (tecnología)

Capítulo 17: Acoplamiento inductivo resonante

Capítulo 18: Qi (tecnología )

Cap capítulo 19: Campo magnetocuasistático

Capítulo 20: Glosario de ingeniería eléctrica y electrónica

Capítulo 21: Historia de la bobina de Tesla

(II) Respondiendo al público subir preguntas sobre la transferencia de energía inalámbrica.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso de la transferencia de energía inalámbrica en muchos campos.

(IV) 17 apéndices para explicar, brevemente, 266 tecnologías emergentes en cada industria para tener una comprensión completa de 360 ​​grados de las tecnologías inalámbricas de transferencia de energía.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieren ir más allá del conocimiento o la información básicos para cualquier tipo de transferencia de energía inalámbrica.

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 18 oct 2022

Vista previa del libro

Derechos de autor

Wireless Power Transfer Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos los derechos reservados.

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida en cualquier forma o por cualquier medio electrónico o mecánico, incluyendo sistemas de almacenamiento y recuperación de información, sin permiso por escrito del autor. La única excepción es por un revisor, que puede citar extractos cortos en una revisión.

Portada diseñada por Fouad Sabry.

Este libro es una obra de ficción. Los nombres, personajes, lugares e incidentes son productos de la imaginación del autor o se usan ficticiamente. Cualquier parecido con personas reales, vivas o muertas, eventos o lugares es completamente coincidencia.

Sobresueldo

Puede enviar un correo electrónico a [e-mail] con el asunto Wireless Power Transfer: Charging electric vehicles while they are on the road, y recibirá un correo electrónico que contiene los primeros capítulos de este libro.

Fouad Sabry

Visite el sitio web de 1BK en

www.1BKOfficial.org

Prefacio

¿Por qué escribí este libro?

La historia de escribir este libro comenzó en 1989, cuando era estudiante en la Escuela Secundaria de Estudiantes Avanzados.

Es notablemente como las escuelas STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), que ahora están disponibles en muchos países avanzados.

STEM es un plan de estudios basado en la idea de educar a los estudiantes en cuatro disciplinas específicas: ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, en un enfoque interdisciplinario y aplicado. Este término se usa típicamente para abordar una política educativa o una elección de currículo en las escuelas. Tiene implicaciones para el desarrollo de la fuerza laboral, las preocupaciones de seguridad nacional y la política de inmigración.

Había una clase semanal en la biblioteca, donde cada estudiante es libre de elegir cualquier libro y leer durante 1 hora. El objetivo de la clase es animar a los estudiantes a leer materias distintas al currículo educativo.

En la biblioteca, mientras miraba los libros en los estantes, noté libros enormes, un total de 5,000 páginas en 5 partes. El nombre del libro es La Enciclopedia de la Tecnología, que describe todo lo que nos rodea,desde el cero absoluto hasta los semiconductores, casi todas las tecnologías, en ese momento, se explicaban con ilustraciones coloridas y palabras simples. Comencé a leer la enciclopedia y, por supuesto, no pude terminarla en la clase semanal de 1 hora.

Así que convencí a mi padre para que comprara la enciclopedia. Mi padre compró todas las herramientas tecnológicas para mí al comienzo de mi vida, la primera computadora y la primera enciclopedia tecnológica, y ambas tienen un gran impacto en mí y en mi carrera.

He terminado toda la enciclopedia en las mismas vacaciones de verano de este año, y luego comencé a ver cómo funciona el universo y cómo aplicar ese conocimiento a los problemas cotidianos.

Mi pasión por la tecnología comenzó hace más de 30 años y aún así el viaje continúa.

Este libro es parte de La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes, que es mi intento de dar a los lectores la misma experiencia increíble que tuve cuando estaba en la escuela secundaria, pero en lugar de las tecnologías del siglo 20, estoy más interesado en las tecnologías emergentes del siglo 21, las aplicaciones y las soluciones de la industria.

La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes constará de 365 libros, cada libro se centrará en una sola tecnología emergente. Puede leer la lista de tecnologías emergentes y su categorización por industria en la parte de Próximamente, al final del libro.

365 libros para dar a los lectores la oportunidad de aumentar su conocimiento sobre una sola tecnología emergente todos los días en el transcurso de un período de un año.

Introducción

¿Cómo escribí este libro?

En cada libro de La Enciclopedia de las Tecnologías Emergentes, estoy tratando de obtener información de búsqueda instantánea y cruda, directamente de las mentes de las personas, tratando de responder a sus preguntas sobre la tecnología emergente.

Hay 3 mil millones de búsquedas en Google todos los días, y el 20% de ellas nunca se han visto antes. Son como una línea directa a los pensamientos de la gente.

A veces eso es '¿Cómo elimino el atasco de papel?'. Otras veces, son los miedos desgarradores y los anhelos secretos que solo se atreverían a compartir con Google.

En mi búsqueda por descubrir una mina de oro sin explotar de ideas de contenido sobre Wireless Power Transfer, utilizo muchas herramientas para escuchar los datos de autocompletar de motores de búsqueda como Google, luego rápidamente saco cada frase y pregunta útil, la gente pregunta sobre la palabra clave Wireless Power Transfer.

Es una mina de oro de conocimiento de las personas, que puedo usar para crear contenido, productos y servicios frescos y ultra útiles. La gente amable, como tú, realmente quiere.

Las búsquedas de personas son el conjunto de datos más importante jamás recopilado sobre la psique humana. Por lo tanto, este libro es un producto en vivo, y constantemente actualizado por más y más respuestas para nuevas preguntas sobre Wireless Power Transfer, hechas por personas, como usted y yo, que se preguntan sobre esta nueva tecnología emergente y les gustaría saber más sobre ella.

El enfoque para escribir este libro es obtener un nivel más profundo de comprensión de cómo las personas buscan en torno a Wireless Power Transfer, revelando preguntas y consultas que no necesariamente pensaría en la parte superior de mi cabeza, y respondiendo estas preguntas con palabras súper fáciles y digeribles, y navegar por el libro de una manera directa.

Entonces, cuando se trata de escribir este libro, me he asegurado de que sea lo más optimizado y específico posible. El propósito de este libro es ayudar a las personas a comprender mejor y aumentar su conocimiento sobre la transferencia de energía inalámbrica. Estoy tratando de responder a las preguntas de la gente lo más cerca posible y mostrando mucho más.

Es una manera fantástica y hermosa de explorar preguntas y problemas que tienen las personas y responderlos directamente, y agregar perspicacia, validación y creatividad al contenido del libro, incluso lanzamientos y propuestas. El libro descubre áreas ricas, menos concurridas y, a veces, sorprendentes de demanda de investigación que de otro modo no alcanzaría. No hay duda de que, se espera que aumente el conocimiento de las mentes de los lectores potenciales, después de leer el libro utilizando este enfoque.

He aplicado un enfoque único para hacer que el contenido de este libro sea siempre fresco. Este enfoque depende de escuchar las mentes de las personas, mediante el uso de las herramientas de escucha de búsqueda. Este enfoque me ayudó a:

Conozca a los lectores exactamente donde están, para que pueda crear contenido relevante que toque la fibra sensible y genere una mayor comprensión del tema.

Mantén mi dedo firmemente en el pulso, para que pueda obtener actualizaciones cuando la gente hable sobre esta tecnología emergente de nuevas maneras y monitorear las tendencias a lo largo del tiempo.

Descubra tesoros ocultos de preguntas que necesitan respuestas sobre la tecnología emergente para descubrir ideas inesperadas y nichos ocultos que aumentan la relevancia del contenido y le dan una ventaja ganadora.

El bloque de construcción para escribir este libro incluye lo siguiente:

(1) He dejado de perder el tiempo en ideas viscerales y conjeturas sobre el contenido deseado por los lectores, llené el contenido del libro con lo que la gente necesita y dije adiós a las infinitas ideas de contenido basadas en especulaciones.

(2) He tomado decisiones sólidas, y he tomado menos riesgos, para obtener asientos de primera fila para lo que la gente quiere leer y quiere saber, en tiempo real, y usar los datos de búsqueda para tomar decisiones audaces, sobre qué temas incluir y qué temas excluir.

(3) He simplificado mi producción de contenido para identificar ideas de contenido sin tener que examinar manualmente las opiniones individuales para ahorrar días e incluso semanas de tiempo.

Es maravilloso ayudar a las personas a aumentar su conocimiento de una manera directa simplemente respondiendo a sus preguntas.

Creo que el enfoque de escribir este libro es único, ya que recopila y rastrea las preguntas importantes que hacen los lectores en los motores de búsqueda.

Reconocimientos

Escribir un libro es más difícil de lo que pensaba y más gratificante de lo que podría haber imaginado. Nada de esto hubiera sido posible sin el trabajo realizado por prestigiosos investigadores, y me gustaría reconocer sus esfuerzos para aumentar el conocimiento del público sobre esta tecnología emergente.

Dedicación

Para los iluminados, los que ven las cosas de manera diferente y quieren que el mundo sea mejor, no les gusta el status quo o el estado existente. Puedes estar demasiado en desacuerdo con ellos, y puedes discutir con ellos aún más, pero no puedes ignorarlos, y no puedes subestimarlos, porque siempre cambian las cosas ... Empujan a la raza humana hacia adelante, y mientras algunos pueden verlos como locos o aficionados, otros ven genios e innovadores, porque los que están lo suficientemente iluminados como para pensar que pueden cambiar el mundo, son los que lo hacen, y llevan a la gente a la iluminación.

Epígrafe

La transmisión de energía eléctrica en ausencia de cables como conexión física se conoce como transferencia de energía inalámbrica (WPT), transmisión de energía inalámbrica (WPT), transmisión de energía inalámbrica (WET) o transferencia de energía electromagnética (EPT). En un sistema para transmitir energía de forma inalámbrica, un dispositivo transmisor es propulsado por energía eléctrica derivada de una fuente de energía. Esto impulsa al dispositivo a generar un campo electromagnético variable en el tiempo, que a su vez transmite energía a través del espacio a un dispositivo receptor. El dispositivo receptor luego extrae energía del campo y la suministra a una carga eléctrica. Al eliminar la necesidad de cables y baterías, la tecnología de transferencia de energía inalámbrica puede aumentar la portabilidad, conveniencia y seguridad de un dispositivo electrónico para todos sus usuarios. Es útil emplear la transmisión de energía inalámbrica para alimentar equipos eléctricos en situaciones en las que la conexión física de los cables sería difícil, dañina o imposible.

Tabla de contenidos

Derechos de autor

Sobresueldo

Prefacio

Introducción

Reconocimientos

Dedicación

Epígrafe

Tabla de contenidos

Capítulo 1: Transferencia de energía inalámbrica

Capítulo 2: Microondas

Capítulo 3: Compatibilidad electromagnética

Capítulo 4: Onda de radio

Capítulo 5: Frecuencia muy baja

Capítulo 6: Antena (radio)

Capítulo 7: Klystron

Capítulo 8: Campo cercano y lejano

Capítulo 9: Índice de artículos de electrónica

Capítulo 10: Resonador

Capítulo 11: Índice de artículos de ingeniería eléctrica

Capítulo 12: Antena de bucle

Capítulo 13: Oscilador de inmersión de rejilla

Capítulo 14: Acoplamiento (electrónica)

Capítulo 15: Carga inductiva

Capítulo 16: WREL (tecnología)

Capítulo 17: Acoplamiento inductivo resonante

Capítulo 18: Qi (estándar)

Capítulo 19: Campo magnetocuasiestático

Capítulo 20: Glosario de ingeniería eléctrica y electrónica

Capítulo 21: Historia de la bobina Tesla

Epílogo

Sobre el autor

Próximamente

Apéndices: Tecnologías emergentes en cada industria

Capítulo 1: Transferencia de energía inalámbrica

La transmisión de energía eléctrica en ausencia de cables como conexión física se conoce como transferencia de energía inalámbrica (WPT), transmisión de energía inalámbrica (WPT), transmisión de energía inalámbrica (WET) o transferencia de energía electromagnética (EPT). En un sistema para transmitir energía de forma inalámbrica, un dispositivo transmisor es propulsado por energía eléctrica derivada de una fuente de energía. Esto impulsa al dispositivo a generar un campo electromagnético variable en el tiempo, que a su vez transmite energía a través del espacio a un dispositivo receptor. El dispositivo receptor luego extrae energía del campo y la suministra a una carga eléctrica. Al eliminar la necesidad de cables y baterías, el concepto de transferencia de energía inalámbrica tiene el potencial de mejorar significativamente la portabilidad, conveniencia y seguridad de los dispositivos electrónicos para sus usuarios finales. Es útil emplear la transmisión de energía inalámbrica para alimentar equipos eléctricos en situaciones en las que la conexión física de los cables sería difícil, dañina o imposible.

Campo cercano y campo distante son las dos clasificaciones principales que se pueden utilizar para los métodos de transmisión inalámbrica de electricidad. El acoplamiento inductivo es la tecnología inalámbrica que se utiliza con mayor frecuencia; sus aplicaciones incluyen la carga de dispositivos portátiles como teléfonos y cepillos de dientes eléctricos, etiquetas RFID, cocción por inducción y carga inalámbrica o transferencia continua de energía inalámbrica en dispositivos médicos implantables como marcapasos cardíacos artificiales o vehículos eléctricos. El acoplamiento inductivo es la tecnología inalámbrica más utilizada.

Los haces de radiación electromagnética, como las microondas, se utilizan en métodos de campo lejano o radiativos, que a menudo se denominan rayos de potencia. Estas técnicas se utilizan para transmitir potencia.

La frase transferencia de energía inalámbrica se refiere a una palabra general que abarca una variedad de métodos distintos para la transmisión de energía mediante el uso de campos electromagnéticos. Se utiliza algún tipo de dispositivo de antena en el transmisor para transformar la potencia entrante en un campo electromagnético oscilante. El término antena se utiliza aquí en un sentido genérico; Podría referirse a una bobina de alambre que produce un campo magnético, una placa de metal que produce un campo eléctrico, una antena que emite ondas de radio, un láser que produce luz o cualquier combinación de estas cosas. En el receptor, una antena o dispositivo de acoplamiento que es similar al utilizado para transmitir la señal convierte los campos oscilantes en una corriente eléctrica. La frecuencia, que a su vez afecta a la longitud de onda, es un factor crucial para identificar el tipo de ondas que se irradian.

Debido a que las tecnologías de energía inalámbrica emplean los mismos campos y ondas que los dispositivos de comunicación inalámbrica como la radio, se anticipa que las tecnologías de energía inalámbrica tendrán más limitaciones en términos de distancia que las tecnologías de comunicación inalámbrica.

La transmisión o recepción de información inalámbrica puede activarse mediante el uso de la transferencia de energía inalámbrica. El término comunicación inalámbrica se refiere a este tipo de transmisión (WPC). La red se conoce como una red de transferencia inalámbrica simultánea de información y energía cuando la energía que se recopila se utiliza para proporcionar la energía que necesitan los transmisores de información inalámbricos (SWIPT); Las partículas cargadas en la materia, como los electrones, son responsables de la creación de fuerzas eléctricas y magnéticas. Un campo electrostático se produce en la región alrededor de una carga que permanece estacionaria. Un flujo constante de cargas, a menudo conocido como corriente continua o CC, producirá un campo magnético que es estático en todas partes a su alrededor. Los campos que están arriba contienen energía, pero como son estáticos, no pueden transportar energía. Sin embargo, los campos variables en el tiempo son capaces de transportar poder. Los campos eléctricos y magnéticos cambiantes se producen en el área circundante cuando las cargas eléctricas aceleradas, como las que se encuentran en una corriente alterna (CA) de electrones en un cable, están presentes. Estos campos varían en el tiempo. Estos campos tienen el potencial de imponer presiones oscilantes sobre los electrones en una antena receptora, lo que hará que los electrones viajen hacia adelante y hacia atrás. Estos son ejemplos de corriente alterna, que puede proporcionar electricidad a una carga si es necesario.

Hay dos áreas distintas que pueden distinguirse entre los campos eléctricos y magnéticos oscilantes que rodean las cargas eléctricas en movimiento en un dispositivo de antena, dependiendo del rango de distancia D de la antena.

En estas diversas áreas, los campos exhiben una variedad de propiedades diversas, Además, se utilizan una variedad de métodos y aparatos en el proceso de transmisión de energía:

Región de campo cercano o no radiativa : significa el área dentro de aproximadamente 1 longitud de onda (λ) de la antena.

a pesar de que los campos continúan reduciéndose exponencialmente.

Como resultado, la variedad de dispositivos de campo cercano se divide tradicionalmente en dos grupos:

Corto alcance: hasta aproximadamente un diámetro de antena: rango D ≤ hormiga D.

Este es el rango a través del cual el acoplamiento capacitivo o inductivo no resonante convencional puede transmitir cantidades utilizables de electricidad.

Rango medio: hasta 10 veces el diámetro de la antena: rango D ≤ hormiga 10D.

A una gran distancia relativa, los componentes de campo cercano de los campos eléctricos y magnéticos pueden considerarse casi equivalentes a los campos dipolares oscilantes cuasiestáticos.

Estos campos disminuyen con el cubo de distancia: (rango D/Dhormiga)−3 o 60 dB por década.

Para decirlo de otra manera, si está muy separado, duplicar la distancia entre las dos antenas hace que la potencia recibida disminuya en un factor de 2⁶ = 64.

Como consecuencia, solo se puede lograr la transmisión de potencia a distancias cortas utilizando acoplamiento inductivo y capacitivo, dentro de unas pocas veces el diámetro del dispositivo de antena Dant.

A diferencia de un sistema radiativo, donde la salida máxima de radiación solo ocurre cuando las antenas dipolo están alineadas en una dirección perpendicular a la dirección de propagación, la salida máxima de radiación de un sistema acústico solo se puede lograr, Cuando se trata de campos dipolares, la mayor cantidad de acoplamiento ocurre cuando los dipolos están alineados longitudinalmente.

En acoplamiento inductivo (inducción electromagnética y la inductancia mutua entre las bobinas, que depende de su geometría y de la distancia entre ellas. M {\displaystyle D_{\text{range}}}

Una figura de mérito ampliamente utilizada es el coeficiente de acoplamiento. {\displaystyle k\;=\;M/{\sqrt {L_{1}L_{2}}}}

Este parámetro adimensional es igual a la fracción de flujo magnético a través de la bobina transmisora que pasa a través de la bobina receptora cuando L2 está en circuito abierto. L1 L2

Si las dos bobinas están en el mismo eje y muy juntas, todo el flujo magnético de pasa a través de , y la eficiencia del enlace se acerca al 100%. L1 L2 k=1

Cuanto más separadas están las bobinas, más espacio hay entre ellas, mayor es la proporción del campo magnético generado por la primera bobina que no es recogida por la segunda, y cuanto menor sea la eficiencia del enlace, se acerque a cero cuando está separada por grandes distancias. k

La eficiencia del enlace y la potencia transferida son aproximadamente proporcionales a . k^2

Para lograr altos niveles de productividad, las bobinas deben estar bastante cerca unas de otras, una fracción del diámetro de la bobina , Sin embargo, debido a su peso y tamaño, los pequeños dispositivos inalámbricos casi siempre emplean bobinas de núcleo de aire. {\displaystyle D_{\text{ant}}}

Las bobinas de un sistema de acoplamiento inductivo ordinario solo pueden alcanzar una alta eficiencia cuando están relativamente cerca unas de otras, más específicamente cuando son vecinas. La mayoría de los sistemas inductivos actuales hacen uso del acoplamiento inductivo resonante, que se discutirá más adelante en esta sección. Este tipo de acoplamiento inductivo aumenta la eficiencia mediante el uso de circuitos resonantes. Esto es superior al acoplamiento inductivo no resonante en términos de su capacidad para alcanzar altas eficiencias en distancias más grandes.

Acoplamiento electrodinámico, también conocido como acoplamiento inductivo resonante, Cada circuito resonante se compone de una bobina de alambre que está vinculada a un condensador, una bobina autorresonante o algún otro tipo de resonador que tiene su propia capacitancia interna. Ambos se ajustan de tal manera que resuenan a la misma frecuencia al mismo tiempo. De una manera similar a la forma en que un diapasón vibratorio puede causar vibración simpática en una horquilla distante sintonizada al mismo tono, la resonancia entre las bobinas tiene el potencial de aumentar significativamente el acoplamiento, así como la transmisión de potencia.

Alrededor del comienzo del siglo 20, Nikola Tesla llevó a cabo algunas de las primeras investigaciones en el campo de la transmisión inalámbrica de energía. Durante estos estudios, Tesla hizo el descubrimiento inicial del acoplamiento resonante, En el acoplamiento capacitivo, también conocido como acoplamiento eléctrico, la potencia se transfiere entre dos electrodos (un ánodo y un cátodo) por medio de campos eléctricos. Estos electrodos producen una capacitancia, que permite la transmisión de potencia. El acoplamiento capacitivo también se conoce como acoplamiento eléctrico.

Debido a que los voltajes muy altos que deben estar presentes en los electrodos para transferir una potencia considerable pueden ser peligrosos, el acoplamiento capacitivo solo se ha empleado de manera realista en unas pocas aplicaciones que usan poca energía, Se han utilizado dos tipos distintos de circuitos:

Diseño transversal (bipolar):

Diseño longitudinal (unipolar):

El rango también se puede aumentar mediante el uso de resonancia junto con el acoplamiento capacitivo. Nikola Tesla fue la primera persona en realizar experimentos con acoplamiento inductivo y capacitivo resonante a principios del siglo 20.

Se requiere un receptor equipado con un imán permanente mecánicamente resonante o giratorio para que un sistema de transferencia de energía inalámbrica electrodinámica (EWPT) funcione correctamente.

exhibiendo potencial para su uso en la recarga inalámbrica de implantes biomédicos y demostrando ser prometedor en este sentido.

Para dispositivos EWPT con frecuencias de resonancia similares, el coeficiente de acoplamiento crucial tiene un papel decisivo en la determinación de la cantidad de potencia que se transfiere, denotada por , entre los dispositivos que funcionan como transmisor y receptor. k

Cuando se aplica a resonadores vinculados que tienen las mismas frecuencias resonantes, hay tres regímenes diferentes de transmisión de energía inalámbrica que ocurren entre el transmisor y el receptor: subacoplados, acoplados y desacoplados, regímenes que están conectados críticamente y demasiado acoplados.

A medida que el coeficiente de acoplamiento crítico aumenta de un régimen de acoplamiento insuficiente ( ) al régimen de acoplamiento crítico, la curva de ganancia de voltaje óptima crece en magnitud (medida en el receptor) y alcanza su punto máximo cuando y luego entra en el régimen de sobreacoplamiento donde y el pico se divide en dos. {\displaystyle kk_{crit}}

La potencia se transfiere a través de este enfoque entre dos armaduras giratorias, una ubicada en el transmisor y otra ubicada en el receptor. Estas armaduras giran en sincronía entre sí y están unidas entre sí por un campo magnético que es producido por imanes permanentes ubicados en las armaduras. Ya sea girando un generador eléctrico separado o utilizando la armadura del receptor como rotor en un generador, la armadura del receptor genera energía para impulsar la carga. Esto se puede lograr de una de dos maneras.

Se ha sugerido que este aparato podría servir como una alternativa a la transmisión de energía inductiva para la carga de automóviles eléctricos sin contacto directo.

Oruganti et al. presentaron una novedosa forma de sistema que hace uso de las ondas tipo Zenneck. En su investigación, los autores demostraron que era factible excitar ondas de tipo onda Zenneck en interfaces metal-aire planas y transportar energía a través de barreras metálicas. El propósito de esto es estimular una oscilación de carga localizada en la interfaz metal-aire, y los modos generados por este proceso se propagarán a lo largo de la interfaz metal-aire.

Las tecnologías de campo lejano pueden alcanzar rangos más grandes, que a menudo se miden en múltiplos de kilómetros y ocurren cuando la distancia es mucho mayor que el diámetro (s) del dispositivo. Un haz de energía puede ser producido por antenas de alta directividad o por luz láser que ha sido bien colimada, y este haz de energía puede ser moldeado para ajustarse a los contornos de la región receptora. La difracción impone una restricción física a la directividad más alta que pueden lograr las antenas.

En general, los tipos de radiación electromagnética que son más adecuados para la transmisión de energía son la luz visible, que proviene de láseres, y las microondas, que provienen de antenas desarrolladas específicamente para este propósito.

La distancia entre el transmisor y el receptor, la longitud de onda y el criterio de Rayleigh, también conocido como límite de difracción, son factores que pueden tener un efecto en las dimensiones de los componentes. Todos estos factores se utilizan en el diseño estándar de antena de radiofrecuencia, que también se aplica a los láseres. También es una práctica común hacer uso del límite de difracción de Airy para establecer un tamaño de punto aproximado a una distancia arbitraria de la apertura. La radiación electromagnética con longitudes de onda más cortas (frecuencias más altas) está sujeta a menos difracción que la radiación con longitudes de onda más largas (frecuencias más bajas). Como ejemplo, un láser azul está sujeto a menos difracción que un láser rojo.

Aunque inicialmente se aplicó a la resolución de la imagen, el límite de Rayleigh (también conocido como el límite de difracción de Abbe) se puede ver a la inversa, y dicta que la irradiancia (o intensidad) de cualquier onda electromagnética (como un rayo de microondas o láser) se reducirá a medida que el haz diverge en la distancia a una velocidad mínima inversamente proporcional al tamaño de la apertura. Aunque originalmente se aplicó a la resolución de imagen, el límite de Rayleigh se puede ver a la inversa. La relación entre la apertura de una antena transmisora o la apertura de salida de un láser y la longitud de onda de la radiación determina el grado en que la radiación puede enfocarse en un haz estrecho.

La transmisión de energía mediante microondas tiene el potencial de ser más efectiva que los láseres, ya que es menos susceptible a la atenuación atmosférica que puede ser producida por el polvo o los aerosoles como la niebla.

En esta etapa del proceso, los niveles de potencia se determinan combinando primero los factores discutidos anteriormente, y luego sumando las ganancias y pérdidas causadas por las características de la antena, así como la transparencia y dispersión del medio a través del cual viaja la radiación. Calcular un presupuesto de enlace es el nombre dado a esta operación en particular.

Con longitudes de onda más cortas de radiación electromagnética, a menudo en la región de microondas, la transmisión de energía a través de ondas de radio puede hacerse más directa, lo que permite una transmisión de energía a mayor distancia. Esto es posible gracias al uso de microondas. El uso de longitudes de onda más cortas permite una pequeña reducción en estos tamaños; Sin embargo, existe la posibilidad de interferencia de la absorción de aire y el bloqueo del haz por precipitación o gotas de agua cuando se emplean longitudes de onda más cortas. Debido a un fenómeno conocido como la maldición del adelgazamiento de la matriz, no es factible producir un haz más estrecho fusionando los haces de múltiples satélites más pequeños.

Para aplicaciones que están conectadas a tierra en la tierra, se pueden emplear amplios niveles de potencia general mientras se sigue funcionando a la baja densidad de potencia indicada para la seguridad de la exposición electromagnética humana gracias a una matriz receptora con una gran área de superficie que tiene un diámetro de 10 kilómetros.

Una densidad de potencia humana segura de 1 mW/cm2 distribuida en un área de 10 km de diámetro corresponde a un nivel de potencia total de 750 megavatios.

Este es el nivel de potencia que se puede encontrar en la mayoría de las centrales eléctricas contemporáneas.

A modo de comparación, en circunstancias ideales y durante las horas del día, la potencia de salida de una granja solar fotovoltaica de una escala comparable puede superar fácilmente los 10.000 megavatios (redondeados).

Después de la Segunda Guerra Mundial, cuando se desarrollaron emisores de microondas de alta potencia conocidos como magnetrones de cavidad, se realizó un estudio sobre la posibilidad de utilizar microondas para transmitir energía. Estos emisores de microondas de alta potencia fueron desarrollados. En 1964, se había llevado a cabo una demostración utilizando un pequeño helicóptero que funcionaba con microondas. Las distancias del orden de un kilómetro pueden cubrirse utilizando estas técnicas.

La eficiencia de conversión de microondas se midió en alrededor del 54% en un metro en circunstancias de prueba.

Se ha propuesto un cambio a 24 GHz debido al hecho de que los emisores de microondas que son análogos a los LED se han creado con eficiencias cuánticas muy altas haciendo uso de resistencia negativa, como los diodos Gunn o IMPATT. Esto permitiría establecer conexiones de corto alcance utilizando esta frecuencia.

En 2013, el inventor Hatem Zeine demostró la viabilidad de la transmisión de energía inalámbrica utilizando antenas de matriz en fase, que es capaz de entregar energía eléctrica de hasta 30 pies. Similar a WiFi, opera en las mismas frecuencias de radio. En rangos de hasta 6 metros (20 pies), se demostró que las señales Wi-Fi pueden alimentar la temperatura sin batería y los sensores de la cámara. Además, se demostró que es posible utilizar Wi-Fi para cargar de forma inalámbrica las baterías de níquel-hidruro metálico de níquel-metal y de iones de litio a una distancia de hasta 8,5 metros (28 pies).

El primer transmisor de radiofrecuencia (RF) de campo medio de potencia inalámbrica recibió la certificación de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) en el año 2017.

En el caso de la radiación electromagnética que se encuentra más cerca de la parte visible del espectro (0,2 a 2 micrómetros), es posible transferir energía a través de la conversión de electricidad en un rayo láser que luego se recibe y se enfoca en células fotovoltaicas (células solares).

La transmisión de una pequeña región de sección transversal del haz a través de largas distancias es posible gracias a la técnica de propagación de frente de onda monocromático colimado. Como consecuencia de esto, hay una pérdida de potencia pequeña o inexistente cuando hay un aumento en la distancia entre el transmisor y el receptor.

Los láseres de estado sólido, debido a su pequeño tamaño, pueden integrarse en una variedad de productos.

No habrá interferencias con las frecuencias de radio causadas por la comunicación por radio preexistente, como Wi-Fi y teléfonos móviles.

Control de acceso: solo los receptores que son golpeados por el láser obtendrán energía.

Los inconvenientes incluyen:

La radiación láser debe evitarse a toda costa. Los bajos niveles de potencia pueden causar ceguera en humanos y otros animales si no existe un sistema de seguridad adecuado. El calentamiento localizado e intenso causado por los altos niveles de potencia puede ser fatal.

Solo hay una capacidad limitada para convertir la electricidad en luz. Las células fotovoltaicas solo son capaces de alcanzar una eficiencia del 40-50 por ciento en su pico absoluto.

La absorción por la atmósfera, así como la absorción y dispersión causada por cosas como nubes, niebla, lluvia, etc., puede resultar en pérdidas de hasta el cien por ciento.

Exige que tenga una visión clara del objetivo frente a usted en todo momento. (La luz láser puede ser dirigida a través de una fibra óptica como alternativa a ser disparada directamente al receptor). Luego se presenta el concepto de tecnología de energía sobre fibra).

El concepto de láser 'powerbeaming' fue investigado para su uso en armamento militar. Con el uso de un sistema de rayo láser, esta prueba de concepto demuestra que es posible realizar recargas periódicas.

Una prueba de concepto para el uso de un láser de doble longitud de onda para cargar de forma inalámbrica dispositivos portátiles o vehículos aéreos no tripulados (UAV) ha sido creada por investigadores afiliados a la Academia de Ciencias de China.

En cuanto a la conexión de canales de plasma atmosféricos, la conducción eléctrica tiene lugar a través de aire ionizado para facilitar la transmisión de energía entre dos electrodos.

La energía del láser ayuda a reducir el voltaje de ruptura dieléctrica de la atmósfera, y el aire sobrecalentado hace que la atmósfera sea menos aislante, lo que reduce la densidad ( ) del filamento de aire. p

La recolección de energía, también conocida como recolección de energía o recolección de energía, es un proceso que se refiere a la conversión de energía ambiental del medio ambiente en energía eléctrica. Esto se hace en el contexto de la energía inalámbrica, y su propósito principal es alimentar pequeños dispositivos electrónicos inalámbricos autónomos.

El siglo 19 fue una época de avance teórico significativo, así como hipótesis competitivas sobre la posible transmisión de energía eléctrica.

En 1826, André-Marie Ampère descubrió una conexión entre la corriente y los imanes.

En 1831, Michael Faraday desarrolló su teoría de la inducción, que utilizó para explicar la fuerza electromotriz que impulsa una corriente a través de un bucle conductor cuando está presente un flujo magnético variable en el tiempo.

Numerosos innovadores y experimentadores notaron independientemente la transmisión de energía eléctrica sin la necesidad de cables, Después del año 1890, el inventor Nikola Tesla realizó experimentos sobre la transmisión de energía mediante acoplamiento inductivo y capacitivo utilizando transformadores resonantes de radiofrecuencia excitados por chispa, que ahora se conocen como bobinas Tesla. Estos transformadores crearon altos voltajes de corriente alterna.

Después de esto, Tesla pasó a construir un sistema de distribución de energía inalámbrica, que pensó que sería capaz de transferir electricidad a grandes distancias directamente a los hogares y a las industrias. Al principio, parecía como si estuviera tomando ideas de Mahlon Loomis, Cerca del año 1901, hizo un esfuerzo para construir una gran estación de energía inalámbrica de alto voltaje en Shoreham, Nueva York. Esta estación ahora se conoce como Wardenclyffe Tower. Sin embargo, para el año 1904, la financiación se había agotado y la instalación nunca se terminó.

Desde la invención del transformador en la década de 1800, la transferencia de potencia inductiva entre bobinas de alambre vecinas ha sido una de las primeras formas de tecnologías de transmisión de energía inalámbrica que se crearon. Desde principios de 1900 (1975), el calentamiento por inducción ha estado en uso. En la década de 1990, se empleaba en tarjetas de proximidad y tarjetas inteligentes sin contacto.

En las últimas décadas, la proliferación de dispositivos portátiles de comunicación inalámbrica como teléfonos móviles, tabletas y computadoras portátiles ha impulsado el desarrollo de la tecnología de alimentación y carga inalámbrica de rango medio. Esta tecnología tiene como objetivo eliminar la necesidad de que estos dispositivos estén atados a enchufes de pared mientras se están cargando.

Antes de la Segunda Guerra Mundial, no se lograron muchos avances en el campo de la transmisión de energía inalámbrica, por la cual se financió el estudio de Brown. Stationary High Altitude Relay Platform (SHARP) fue un pequeño prototipo de avión que fue construido en 1987 por el Centro de Investigación de Comunicaciones de Canadá. Su propósito era transmitir datos de telecomunicaciones entre sitios en la tierra de una manera similar a la de un satélite de comunicaciones. Fue propulsado por una rectenna y tenía la capacidad de volar a una altura de 21 kilómetros (13 millas), permaneciendo en el aire durante un período prolongado de tiempo. En 1992, un grupo de investigadores de la Universidad de Kioto creó un vehículo más sofisticado conocido como MILAX (MIcrowave Lifted Airplane eXperiment).

En 2003, la NASA pilotó con éxito el primer avión impulsado por láseres. El motor del modelo de avión en miniatura fue impulsado por la energía producida por las fotocélulas de un haz de luz infrarroja de un láser terrestre, mientras que un sistema de control mantuvo el láser enfocado en el avión todo el tiempo.

{Fin del capítulo 1}

Capítulo 2: Microondas

La radiación electromagnética conocida como microondas tiene longitudes de onda que van desde aproximadamente un metro hasta un milímetro, lo que corresponde a frecuencias que oscilan entre 300 MHz y 300 GHz, respectivamente.