ワイヤレス電力伝送は、電気エネルギーが、ワイヤや物理的な接触を使用せずに、電磁波を介して1つのシステムから別のシステムに転送されるプロセスです。
この投稿では、ワイヤレス電力伝送がどのように機能するか、またはワイヤを使用せずに空気を介して電気を伝送する方法について説明します。
あなたはすでにこの技術に出くわし、多くのことを経験したかもしれません 関連する理論 インターネット上で。
インターネットは例やビデオで概念を説明するそのような記事でいっぱいかもしれませんが、読者は技術を支配するコア原理とその将来の展望をほとんど理解していません。
ワイヤレス電力伝送のしくみ
この記事では、ワイヤレス電力伝送がどのように行われるか、機能するか、または伝導が行われるか、およびそのアイデアを長距離で実装することが非常に難しい理由について、大まかに考えてみます。
ワイヤレス電力伝送の最も一般的で古典的な例は、意図したデータ転送のために、ケーブルなしであるポイントから別のポイントに電波(RF)を送信することによって機能する古いラジオおよびテレビ技術です。
難しさ
しかし、この技術の背後にある欠点は、送信された電力が意味のあるものになり、潜在的な電気負荷を駆動するために受信側で使用できるように、大電流で波を転送できないことです。
空気の抵抗が数百万メガオームの範囲にある可能性があり、したがって切断するのが非常に難しいため、この問題は困難になります。
長距離転送をさらに困難にするもう1つの問題は、目的地への電力の集中の実現可能性です。
送信電流を広角に分散させると、宛先受信機が送信電力を受信できず、その一部しか取得できず、非常に非効率になる可能性があります。
ただし、配線なしで短距離で電気を転送することははるかに簡単に見え、多くの人によって正常に実装されています。これは、短距離の場合、上記の制約が問題にならないためです。
短距離ワイヤレス電力伝送の場合、発生する空気抵抗ははるかに小さく、数1000メガオームの範囲内(または近接レベルによってはさらに小さくなります)であり、大電流と高周波。
最適範囲の取得
最適な電流までの距離効率を獲得するために、送信周波数が操作の最も重要なパラメータになります。
周波数が高いほど、より長い距離をより効果的にカバーできるため、これは、ワイヤレス電力伝送装置を考案する際に従う必要のある要素の1つです。
転送を容易にするもう1つのパラメータは、電圧レベルです。電圧が高いほど、電流が少なくなり、デバイスをコンパクトに保つことができます。
それでは、簡単な回路設定で概念を理解してみましょう。
回路のセットアップ
パーツリスト
R1 = 10オーム
L1 = 9-0-9ターン、つまり30SWGスーパーエナメル銅線を使用したセンタータップで18ターン。
L2 = 30SWGスーパーエナメル銅線を使用して18ターン。
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2つのAAA1.5Vセルを直列に接続
上の画像は、設計の左側の送信機ステージと右側の受信機ステージで構成される単純なワイヤレス電力伝送回路を示しています。
両方のステージは、意図された電気のシフトのためにかなりのエアギャップで分離されているのを見ることができます。
使い方
送信機ステージは、NPNトランジスタとインダクタの両端にあるフィードバックネットワーク回路を介して作成された発振回路のように見えます。
はい、そうです。送信機は確かに、関連するコイル(L1)に脈動する高周波電流を誘導するためにプッシュプル方式で動作する発振器ステージです。
誘導された高周波電流は、コイルの周りに対応する量の電磁波を発生させます。
高周波であるため、この電磁界は周囲のエアギャップを介して引き裂かれ、現在の定格に応じて許容される距離に到達することができます。
レシーバーステージは、L1と非常によく似た相補インダクターL2のみで構成されていることがわかります。このインダクターは、送信された電磁波を受け入れ、それを電位差または電気に変換します。空中損失。
L1から発生する電磁波は周囲に放射され、ラインのどこかにあるL2がこれらのEM波に当たる。これが発生すると、L2ワイヤ内の電子は、EM波と同じ速度で強制的に振動し、最終的にL2全体にも電気が誘導されます。
電気は、接続されたブリッジ整流器とC1によって適切に整流およびフィルタリングされ、示されている出力端子間で同等のDC出力を構成します。
実際、ワイヤレス電力伝送の動作原理を注意深く見ると、それは新しいものではなく、電源やSMPSユニットなどで通常使用されている古い変圧器技術に他なりません。
唯一の違いは、通常の電源トランスに通常見られるコアがないことです。コアは、電力伝送プロセスを最大化(集中)し、損失を最小限に抑えるのに役立ちます。これにより、効率が大幅に向上します。
インダクタコアの選択
コアはまた、プロセスに比較的低い周波数を使用することを可能にし、鉄コアトランスの場合は約50〜100 Hz、フェライトコアトランスの場合は100kHz以内の精度になります。
ただし、ワイヤレス電力伝送の機能に関する提案された記事では、2つのセクションを完全に離す必要があるため、コアの使用は問題にならず、システムは補助コアの快適さなしで動作することを余儀なくされます。
コアがない場合、転送を開始できるように、比較的高い周波数と高い電流を使用することが不可欠になります。これは、送信ステージと受信ステージの間の距離に直接依存する場合があります。
コンセプトの要約
要約すると、上記の説明から、空気を介した最適な電力伝達を実装するには、設計に次のパラメータを含める必要があると想定できます。
意図した電圧誘導に関して正しく一致したコイル比。
送信機コイルは200kHz〜500kHz程度の高周波。
また、放射された電磁波を転送するために必要な距離に応じて、送信コイルに大電流が流れます。
ワイヤレス転送の仕組みの詳細については、コメントしてください。
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