무선 전원 작동 방식

특히 정리가 잘 되어 있고 타이 랩을 잘 하지 않는 한 집 주변에 먼지가 많은 전원 코드가 엉켜 있을 수 있습니다. 당신도에 불가능 해 보이는 혼란을 통해 하나 개의 특정 코드를 수행했을 수 있습니다 콘센트 는 당겨 플러그가 바로 하나가 될 것으로 기대. 이것은 전기 의 몰락 중 하나입니다 . 사람들의 삶을 더 쉽게 만들 수 있지만 그 과정에서 많은 혼란을 가중시킬 수 있습니다.

이러한 이유로 과학자들은 혼란을 줄이거나 깨끗한 전기 공급원으로 이어질 수 있는 무선 전력 전송 방법을 개발하려고 시도했습니다 . 이 아이디어는 미래 지향적으로 들릴지 모르지만 특별히 새로운 것은 아닙니다. Nicola Tesla는 1800년대 후반과 1900년대 초반에 무선 전력 전송 이론을 제안했습니다. 그의 더 멋진 전시 중 하나는 그의 콜로라도 스프링스 실험 스테이션에서 원격으로 조명 을 켜는 것과 관련이 있습니다.

Tesla의 작업은 인상적이었지만 무선 전력 전송을 위한 광범위하고 실용적인 방법으로 즉시 이어지지는 않았습니다. 그 이후로 연구자들은 전선 없이 장거리로 전기를 이동시키는 몇 가지 기술을 개발했습니다. 일부는 이론이나 프로토타입으로만 존재하지만 다른 일부는 이미 사용 중입니다. 예를 들어 전동 칫솔 이 있다면 매일 한 가지 방법을 사용할 것입니다.

에너지의 무선 전송은 세계 대부분에서 일반적입니다. 전파 는 에너지이며 사람들은 이를 사용하여 매일 휴대전화 , TV , 라디오 및 WiFi 신호 를 주고 받습니다 . 전파 는 올바른 주파수에 맞춰진 안테나 에 도달할 때까지 모든 방향으로 퍼집니다 . 전력을 전달하는 유사한 방법은 비효율적이고 위험합니다.

예를 들어, 칫솔이 매일 물에 노출되면 기존의 플러그인 충전기가 잠재적으로 위험할 수 있습니다. 일반적인 전기 연결로 인해 칫솔에 물이 스며들어 부품이 손상될 수도 있습니다. 이 때문에 대부분의 칫솔은 유도 결합을 통해 재충전됩니다 . 유도 결합의 작동 방식에 대한 자세한 내용은 다음 페이지를 참조하십시오.

내용물

1. 유도 결합
2. 공명 및 무선 전력
3. 장거리 무선 전원

유도 결합은 와이어를 통한 전류 이동의 자연스러운 부분인 자기장을 사용합니다. 전류가 와이어를 통해 이동할 때마다 와이어 주위에 원형 자기장 이 생성 됩니다. 와이어를 코일로 구부리면 자기장이 증폭됩니다. 코일이 만드는 루프가 많을수록 필드가 더 커집니다.

생성한 자기장에 두 번째 와이어 코일을 배치하면 자기장이 와이어에 전류를 유도 할 수 있습니다 . 이것이 본질적으로 변압기가 작동하는 방식이며 전동 칫솔이 충전되는 방식입니다. 세 가지 기본 단계가 필요합니다.

같은 원리로 여러 장치를 한 번에 충전할 수 있습니다. 예를 들어, Splashpower 충전 매트와 Edison Electric의 Powerdesk는 모두 코일을 사용하여 자기장을 생성합니다. 전자 장치는 해당 내장형 또는 플러그인형 수신기를 사용하여 매트에 누워 있는 동안 충전합니다. 이 수신기에는 장치의 배터리에 전기를 공급하는 데 필요한 호환 가능한 코일과 회로가 포함되어 있습니다.

새로운 이론은 더 먼 거리에 걸쳐 전기를 전송하기 위해 유사한 설정을 사용합니다. 다음 섹션에서 작동 방식을 살펴보겠습니다.

가정용 기기는 비교적 작은 자기장을 생성합니다. 이러한 이유로 충전기는 코일이 서로 가까이 있는 경우에만 발생할 수 있는 전류를 유도하는 데 필요한 거리에서 장치를 유지합니다. 더 크고 더 강한 장은 더 멀리서 전류를 유도할 수 있지만 그 과정은 극도로 비효율적입니다. 자기장은 모든 방향으로 퍼지기 때문에 더 크게 만들면 많은 에너지가 낭비됩니다.

그러나 2006년 11월 MIT의 연구원들은 몇 미터 떨어진 코일 사이에서 전력을 전달하는 효율적인 방법을 발견했다고 보고했습니다. Marin Soljacic이 이끄는 팀 은 방정식에 공진 을 추가하여 코일 사이의 거리를 확장할 수 있다고 이론화했습니다 .

공명을 이해하는 좋은 방법은 소리의 관점에서 생각하는 것입니다. 트럼펫의 크기와 모양과 같은 물체의 물리적 구조는 자연적으로 진동하는 주파수를 결정합니다. 이것은 공진 주파수 입니다. 물체가 공진 주파수에서 진동하도록 하는 것은 쉽고 다른 주파수에서 진동하게 하는 것은 어렵습니다. 이것이 트럼펫을 연주하면 근처의 트럼펫이 진동하기 시작할 수 있는 이유입니다. 두 트럼펫의 공진 주파수는 동일합니다.

MIT의 연구에 따르면 코일 주변의 전자기장이 동일한 주파수에서 공명하면 유도가 약간 다르게 발생할 수 있습니다. 이론은 인덕터로 와이어의 곡선 코일을 사용합니다. 전하를 보유할 수 있는 정전용량 판 은 코일의 각 끝에 부착됩니다. 이 코일을 통해 전기가 이동함에 따라 코일이 공진하기 시작합니다. 공진 주파수는 코일의 인덕턴스와 플레이트의 커패시턴스의 곱입니다.

전동 칫솔과 마찬가지로 이 시스템은 두 개의 코일에 의존합니다. 전자기파를 따라 이동하는 전기 는 동일한 공진 주파수를 갖는 한 코일에서 다른 코일로 터널링 할 수 있습니다 . 그 효과는 하나의 진동하는 트럼펫이 다른 하나를 진동시키는 방식과 유사합니다.

두 코일이 서로의 범위를 벗어나는 한 아무 일도 일어나지 않을 것입니다. 왜냐하면 코일 주변의 자기장은 그들 주변에 많은 영향을 미칠 만큼 충분히 강하지 않기 때문입니다. 마찬가지로 두 코일이 다른 주파수에서 공진하면 아무 일도 일어나지 않습니다. 그러나 동일한 주파수를 가진 두 개의 공진 코일이 서로 몇 미터 이내에 있으면 에너지 흐름이 송신 코일에서 수신 코일로 이동합니다. 이론에 따르면 하나의 코일은 여러 개의 수신 코일에 모두 동일한 주파수에서 공진하는 한 전기를 보낼 수 있습니다. 연구원들은 모든 방향으로 퍼지는 자기장이 아니라 코일 주위에 고정된 자기장을 포함하기 때문에 이 비방사 에너지 전달 을 명명했습니다 .

MIT 팀의 예비 작업은 이러한 종류의 설정이 한 방에 있는 모든 장치에 전원을 공급하거나 재충전할 수 있음을 시사합니다. 건물이나 도시의 길이와 같이 장거리로 전력을 전송하려면 몇 가지 수정이 필요합니다. 팀은 진전을 보이고 있습니다. 2007년 6월 MIT 팀은 프로토타입의 성공적인 시연을 자세히 설명하는 논문을 발표했습니다. 그들은 공진 코일을 사용하여 약 2미터 거리에 있는 전구에 전력을 공급했습니다[출처: PhysOrg ].

다른 무선 전력 이론은 우주에서 지구 까지와 같은 엄청난 거리를 포함 합니다 . 다음에 그것들을 살펴보겠습니다.

무인 항공기를 위한 기타 전력

NASA는 또한 무인 비행기를 위한 장거리 전원을 개발했습니다. Marshal Space Flight Center의 과학자들은 보이지 않는 적외선 레이저 를 사용하여 소형 비행기의 광전지를 활성화했습니다 . 본질적으로 태양 전지인 광전지 는 빛을 전기로 변환했습니다. 유사한 시스템은 또한 우주 엘리베이터 의 밧줄 을 올라가는 장치에 전력을 공급할 수 있습니다 . 그러나 이와 같은 시스템은 레이저와 태양 전지 사이에 직접적인 가시선이 필요합니다.

공진을 포함하는지 여부에 관계없이 유도는 일반적으로 비교적 짧은 거리에 전력을 보냅니다. 그러나 무선 전력에 대한 일부 계획에는 수 마일에 걸쳐 전기를 이동시키는 것이 포함됩니다. 몇 가지 제안에는 우주 에서 지구 로 전력을 보내는 것도 포함 됩니다.

1980년대에 캐나다의 통신 연구 센터는 지구에서 방출되는 전력으로 달릴 수 있는 소형 비행기를 만들었습니다. 고정식 고고도 중계 플랫폼(SHARP)이라고 하는 무인기는 통신 중계기로 설계되었습니다. 지점에서 지점으로 비행하는 대신 SHARP는 약 13마일(21km)의 고도에서 직경 2km의 원을 그리며 날 수 있습니다. 가장 중요한 것은 항공기가 한 번에 몇 달 동안 비행할 수 있다는 것입니다.

SHARP의 긴 비행 시간의 비결은 지상 기반의 대형 마이크로파 송신기였습니다. SHARP의 원형 비행 경로는 이 송신기의 범위를 유지했습니다. 비행기 날개 바로 뒤에 있는 대형 디스크 모양의 정류 안테나 또는 렉테나(rectenna )는 송신기의 마이크로파 에너지를 직류(DC) 전기로 변경했습니다 . 마이크로파와 렉테나의 상호작용으로 인해 SHARP는 작동하는 마이크로파 어레이의 범위 내에 있는 한 일정한 전원 공급을 유지했습니다.

정류 안테나는 많은 무선 전력 전송 이론의 핵심입니다. 그들은 일반적으로 양극과 음극이 있는 다이폴 안테나 어레이로 만들어집니다. 이 안테나는 반도체 다이오드에 연결됩니다 . 다음은 발생합니다.

다른 장거리 전력 전송 아이디어도 렉테나에 의존합니다. 휴스턴 대학의 데이비드 크리스웰(David Criswell)은 달에 있는 태양광 발전소에서 지구 로 전기를 전송하기 위해 마이크로파를 사용할 것을 제안했습니다 . 지구에 있는 수만 개의 수신기가 이 에너지를 포착하고 렉테나가 이를 전기로 변환합니다.

마이크로파는 대기를 쉽게 통과하고 렉테나는 매우 효율적 으로 마이크로파를 전기 로 정류 합니다. 또한 지구 기반의 렉테나(rectennae)는 메쉬와 같은 프레임워크로 구성할 수 있어 태양 과 비가 땅 아래에 닿을 수 있고 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다. 이러한 설정은 깨끗한 전원을 제공할 수 있습니다. 그러나 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.

과학자들이 무선 전력으로 작동하는 항공기 프로토타입을 제작했지만 달의 발전소와 같은 대규모 응용 프로그램은 여전히 ​​이론상입니다. 그러나 지구의 인구가 계속 증가함에 따라 전기에 대한 수요가 전기를 생산하고 이동할 수 있는 능력을 능가할 수 있습니다. 결국 무선 전력은 흥미로운 아이디어가 아니라 필수가 될 수 있습니다.

전기, 무선 전력 및 관련 주제에 대한 자세한 내용을 읽으십시오.

감사 해요

이 기사에 도움을 준 Josh Senecal 에게 감사드립니다 .

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출처