Transferência De Energia Sem Fio: Carregar veículos elétricos enquanto eles estão na estrada

De Fouad Sabry

O que é transferência de energia sem fio

A transmissão de energia elétrica na ausência de cabos como uma conexão física é chamada de transferência de energia sem fio (WPT), energia sem fio transmissão (WPT), transmissão de energia sem fio (WET) ou transferência de energia eletromagnética (EPT). Em um sistema para transmissão de energia sem fio, um dispositivo transmissor é impulsionado por energia elétrica derivada de uma fonte de energia. Isso leva o dispositivo a gerar um campo eletromagnético variável no tempo, que por sua vez transmite energia através do espaço para um dispositivo receptor. O dispositivo receptor então extrai energia do campo e a fornece a uma carga elétrica. Ao eliminar a necessidade de cabos e baterias, a tecnologia de transferência de energia sem fio pode aumentar a portabilidade, conveniência e segurança de um dispositivo eletrônico para todos os seus usuários. É útil empregar a transmissão de energia sem fio para alimentar equipamentos elétricos em situações em que a conexão física de cabos seria difícil, prejudicial ou impossível.

Como você se beneficiará

(I) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: Transferência de energia sem fio

Capítulo 2: Microondas

Capítulo 3 : Compatibilidade eletromagnética

Capítulo 4: Antena (rádio)

Capítulo 5: Klystron

Capítulo 6: Campo próximo e distante

Capítulo 7: Índice de artigos de eletrônica

Capítulo 8: Ressonador

Capítulo 9: Transmissor Spark-gap

Capítulo 10: Antena de loop

Capítulo 11: Índice de artigos de engenharia elétrica

Capítulo 12: oscilador de mergulho de grade

Capítulo 13: Acoplamento (eletrônicos)

Capítulo 14: Carregamento indutivo

Capítulo 15: Antena ressonadora dielétrica

Capítulo 16: WREL (tecnologia)

Capítulo 17: Acoplamento indutivo ressonante

Capítulo 18: Qi (padrão )

C apter 19: Campo magnetoquasistático

Capítulo 20: Glossário de engenharia elétrica e eletrônica

Capítulo 21: História da bobina de Tesla

(II) Respondendo ao top público perguntas sobre transferência de energia sem fio.

(III) Exemplos do mundo real para o uso de transferência de energia sem fio em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, resumidamente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 ​​graus das tecnologias de transferência de energia sem fio.

Para quem é este livro

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, amadores e aqueles que desejam ir além do conhecimento básico ou informações para qualquer tipo de transferência de energia sem fio.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 9 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Wireless Power Transfer Copyright © 2022 by Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a linha de assunto Wireless Power Transfer: Carregamento de veículos elétricos enquanto estiverem na estrada, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Wireless Power Transfer, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Wireless Power Transfer.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto ao vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Wireless Power Transfer, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno de Wireless Power Transfer, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre a Transferência de Energia Sem Fios. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

A transmissão de energia elétrica na ausência de cabos como ligação física é referida de forma variada como transferência de energia sem fios (WPT), transmissão de energia sem fios (WPT), transmissão de energia sem fios (WET) ou transferência de energia eletromagnética (EPT). Num sistema de transmissão sem fios, um dispositivo de transmissão é impulsionado por energia elétrica derivada de uma fonte de energia. Isto impulsiona o dispositivo para gerar um campo eletromagnético que varia o tempo, que por sua vez transmite energia através do espaço para um dispositivo recetor. Em seguida, o dispositivo recetor extrai a energia do campo e fornece-a a uma carga elétrica. Ao eliminar a necessidade de cabos e baterias, a tecnologia de transferência de energia sem fios pode aumentar a portabilidade, comodidade e segurança de um gadget eletrónico para todos os seus utilizadores. É útil utilizar a transmissão de energia sem fios para alimentar os equipamentos elétricos em situações em que os cabos de ligação física seriam difíceis, nocivos ou impossíveis.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Transferência de energia sem fios

Capítulo 2: Micro-ondas

Capítulo 3: Compatibilidade eletromagnética

Capítulo 4: Onda de rádio

Capítulo 5: Frequência muito baixa

Capítulo 6: Antena (rádio)

Capítulo 7: Klystron

Capítulo 8: Campo próximo e distante

Capítulo 9: Índice de artigos eletrónicos

Capítulo 10: Ressonador

Capítulo 11: Índice de artigos de engenharia elétrica

Capítulo 12: Antena loop

Capítulo 13: Oscilador de mergulho de grelha

Capítulo 14: Engate (electrónica)

Capítulo 15: Carregamento indutivo

Capítulo 16: WREL (tecnologia)

Capítulo 17: Acoplamento indutivo ressonante

Capítulo 18: Qi (norma)

Capítulo 19: Campo magnetoquasistatico

Capítulo 20: Glossário da engenharia elétrica e electrónica

Capítulo 21: História da bobina Tesla

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Transferência de energia sem fios

A transmissão de energia elétrica na ausência de cabos como ligação física é referida de forma variada como transferência de energia sem fios (WPT), transmissão de energia sem fios (WPT), transmissão de energia sem fios (WET) ou transferência de energia eletromagnética (EPT). Num sistema de transmissão sem fios, um dispositivo de transmissão é impulsionado por energia elétrica derivada de uma fonte de energia. Isto impulsiona o dispositivo para gerar um campo eletromagnético que varia o tempo, que por sua vez transmite energia através do espaço para um dispositivo recetor. Em seguida, o dispositivo recetor extrai a energia do campo e fornece-a a uma carga elétrica. Ao eliminar a necessidade de cabos e baterias, o conceito de transferência de energia sem fios tem o potencial de melhorar significativamente a portabilidade, comodidade e segurança dos dispositivos eletrónicos para os seus utilizadores finais. É útil utilizar a transmissão de energia sem fios para alimentar os equipamentos elétricos em situações em que os cabos de ligação física seriam difíceis, nocivos ou impossíveis.

Perto do campo e campo distante são as duas classificações primárias que podem ser usadas para métodos de transmissão de eletricidade sem fios. O acoplamento indutivo é a tecnologia sem fios que é mais utilizada; as suas aplicações incluem dispositivos portáteis de carregamento, como telefones e escovas de dentes elétricas, tags RFID, cozedura por indução, e carregamento sem fios ou transferência contínua de energia sem fios em dispositivos médicos implantáveis, como pacemakers cardíacos artificiais ou veículos elétricos. O acoplamento indutivo é a tecnologia sem fios mais utilizada.

Os feixes de radiação eletromagnética, como micro-ondas, são utilizados em métodos longín para o campo ou radiativos, que são frequentemente referidos como feixes de energia. Estas técnicas são usadas para transmitir energia.

A frase transferência de energia sem fios refere-se a uma palavra de guarda-chuva que engloba uma variedade de métodos distintos para a transmissão de energia através da utilização de campos eletromagnéticos. Algum tipo de dispositivo de antena é usado no transmissor para transformar a potência de entrada num campo eletromagnético oscilante. O termo antena está a ser usado num sentido genérico aqui; pode referir-se a uma bobina de arame que produz um campo magnético, uma placa de metal que produz um campo elétrico, uma antena que emite ondas de rádio, um laser que produz luz, ou qualquer combinação destas coisas. No recetor, uma antena ou dispositivo de acoplamento semelhante ao utilizado para transmitir o sinal transforma os campos oscilantes numa corrente elétrica. A frequência, que por sua vez afeta o comprimento de onda, é um fator crucial na identificação do tipo de ondas que estão a ser irradiadas.

Uma vez que as tecnologias de energia sem fios empregam os mesmos campos e ondas que os dispositivos de comunicação sem fios como o rádio, prevê-se que as tecnologias de energia sem fios tenham mais limitações em termos de distância do que as tecnologias de comunicação sem fios.

A transmissão ou receção de informações sem fios pode ser alimentada através da utilização de transferência de energia sem fios. O termo comunicação sem fios refere-se a este tipo de transmissão (WPC). A rede é referida como uma rede de informação sem fios e de transferência de energia simultânea quando a energia recolhida é utilizada para fornecer a energia necessária pelos transmissores de informação sem fios (SWIPT); As partículas carregadas na matéria, como os eletrões, são responsáveis pela criação de forças elétricas e magnéticas. Um campo eletrostático é produzido na região em torno de uma carga que permanece estacionária. Um fluxo constante de cargas, muitas vezes conhecida como corrente direta ou DC, produzirá um campo magnético que é estático em todo o lado à sua volta. Os campos acima contêm energia, mas como são estáticos, não conseguem transportar energia. No entanto, os campos que variam o tempo são capazes de transportar energia. A mudança de campos elétricos e magnéticos é produzida na área circundante ao acelerar as cargas elétricas, como as encontradas numa corrente alternada (AC) de eletrões num fio. Estes campos variam o tempo. Estes campos têm o potencial de impor pressões oscilantes nos eletrões numa antena recetora, o que fará com que os eletrões viajem para trás e para a frente. Estes são exemplos de corrente alternada, que podem fornecer eletricidade a uma carga, se necessário.

Existem duas áreas distintas que podem ser distinguidas entre os campos elétricos e magnéticos oscilantes que rodeiam cargas elétricas em movimento num dispositivo de antena, dependendo da distância Dda faixa D da antena.

Nestas diversas áreas, os campos exibem uma variedade de propriedades diversas, além disso, uma variedade de métodos e aparelhos são utilizados no processo de transmissão de energia:

Região próxima do campo ou não-radiativo – Isto significa a área dentro de cerca de 1 comprimento de onda (λ) da antena.

apesar de os campos continuarem a encolher exponencialmente.

Como resultado, a variedade de dispositivos de quase-campo é tradicionalmente dividida em dois grupos:

Curto alcance – até cerca de um diâmetro de antena: gama D ≤ formiga D.

Esta é a gama através da qual o acoplamento convencional não-resonente ou indutivo pode transmitir quantidades utilizáveis de eletricidade.

Gama média – até 10 vezes o diâmetro da antena: gama D ≤ formiga 10 D.

A uma distância relativa enorme, os componentes de campo próximo dos campos elétricos e magnéticos podem ser considerados quase equivalentes a campos de dipólo oscilante quase estático.

Estes campos diminuem com o cubo de distância: (gama D/Dformiga)−3 ou 60 dB por década.

Dito de outra forma, se bem que distante, duplicar a distância entre as duas antenas faz com que a potência recebida diminua em um fator de 2⁶ = 64.

Consequentemente, só a transmissão de energia em curtas distâncias pode ser realizada utilizando um acoplamento indutivo e capacitivo, dentro de algumas vezes o diâmetro da formiga do dispositivo de antena D.

Ao contrário de um sistema radiativo, em que a produção máxima de radiação só acontece quando as antenas de dipólo estão alinhadas numa direção perpendicular à direção da propagação, a produção máxima de radiação de um sistema acústico só pode ser alcançada, quando se trata de campos de dipólo, a maior quantidade de acoplamento acontece quando os dipólos estão alinhados longitudinalmente.

No acoplamento indutivo (indução eletromagnética e indutância mútua entre as bobinas, que depende da sua geometria e da distância entre elas. M {\displaystyle D_{\text{range}}}

Uma figura de mérito amplamente utilizada é o coeficiente de acoplamento. {\displaystyle k\;=\;M/{\sqrt {L_{1}L_{2}}}}

Este parâmetro a dimensional é igual à fração de fluxo magnético através da bobina do transmissor que passa através da bobina recetora quando l2 é circuito aberto. L1 L2

Se as duas bobinas estiverem no mesmo eixo e se aproximarem, todo o fluxo magnético passa, e a eficiência da ligação aproxima-se dos 100%. L1 L2 k=1

Quanto mais separadas forem as bobinas, mais espaço há entre elas, maior é a proporção do campo magnético gerado pela primeira bobina que não é captada pelo segundo, e quanto mais baixa e a eficiência da ligação são, se aproximam zero quando separadas por grandes distâncias. k

A eficiência e a potência de ligação transferidas são aproximadamente proporcionais a . k^2

Para atingir altos níveis de produtividade, as bobinas têm de estar muito próximas umas das outras, uma fração do diâmetro da bobina, no entanto, devido ao seu peso e tamanho, pequenos dispositivos sem fios empregam quase sempre bobinas de núcleo de ar. {\displaystyle D_{\text{ant}}}

As bobinas de um sistema de acoplamento indutivo comum só podem atingir uma alta eficiência quando estão relativamente próximas umas das outras, mais especificamente quando são vizinhas. A maioria dos sistemas indutivos de hoje utilizam o acoplamento insonante ressonante, que será discutido mais abaixo nesta secção. Este tipo de acoplamento indutivo aumenta a eficiência utilizando circuitos de ressonância. Este é superior ao acoplamento indutivo não resonente em termos da sua capacidade de alcançar altas eficiências em distâncias maiores.

Acoplamento eletrodinâmico, também conhecido como engate insonante ressonante, cada circuito ressonante é composto por uma bobina de arame que está ligada a um condensador, uma bobina auto-ressonante, ou algum outro tipo de ressonador que tem a sua própria capacidade interna. Ambos são ajustados de modo a ressoarem na mesma frequência ao mesmo tempo. De uma forma semelhante à forma como um garfo de afinação vibratória pode causar vibração simpática num garfo distante sintonizado no mesmo tom, a ressonância entre as bobinas tem o potencial de aumentar significativamente o acoplamento, bem como a transmissão de energia.

Por volta do início do século XX, Nikola Tesla conduziu algumas das primeiras pesquisas no campo da transmissão de energia sem fios. Durante estes estudos, a Tesla fez a descoberta inicial do acoplamento ressonante, no acoplamento capacitivo, também conhecido como acoplamento elétrico, a energia é transferida entre dois elétrodos (um ânodo e um cátodo) através de campos elétricos. Estes elétrodos produzem uma capacidade, que permite a transmissão de energia. O acoplamento capacitivo também é conhecido como acoplamento elétrico.

Uma vez que as tensões muito elevadas que devem estar presentes nos elétrodos para transferir uma potência considerável podem ser perigosas, o acoplamento capacitivo só foi utilizado de forma realista em algumas aplicações que utilizam pouca potência, existem dois tipos distintos de circuitos utilizados:

Desenho transversal (bipolar):

Design longitudinal (unipolar):

A gama também pode ser aumentada utilizando ressonância em conjunto com o acoplamento capacitivo. Nikola Tesla foi a primeira pessoa a realizar experiências com acoplamento ressonante e capacitivo no início do século XX.

É necessário um recetor equipado com um íman permanente de ressonância mecanicamente ou giratório para que um sistema de transferência de energia sem fios eletrodinâmico (EWPT) funcione corretamente.

exibindo potencial para utilização em implantes biomédicos de recarga sem fios e demonstrando promessa a este respeito.

Para dispositivos EWPT com frequências de ressonância semelhantes, o coeficiente de acoplamento crucial tem um papel decisivo na determinação da quantidade de energia que é transferida, denotada por , entre os dispositivos que funcionam como transmissor e recetor. k

Quando aplicados a ressonadores ligados que têm as mesmas frequências de ressonância, existem três regimes diferentes de transmissão de energia sem fios que ocorrem entre o transmissor e o recetor: regimes sub-acopdos, acopladas e desacopladas, regimes que estão criticamente ligados, bem como demasiado acopados.

À medida que o coeficiente de acoplamento crítico aumenta de um regime de acoplamento sub-acoplado para o regime de acoplamento crítico, a curva de ganho de tensão ótima cresce em magnitude (medida no recetor) e atinge picos quando e, em seguida, entra no regime sobre-acoplado onde e o pico se divide em dois. {\displaystyle kk_{crit}}

A energia é transferida através desta abordagem entre duas armaturas giratórias, uma localizada no transmissor e outra no recetor. Estas armaturas giram em sincronização entre si e estão ligadas por um campo magnético que é produzido por ímanes permanentes localizados nas armaturas. Quer rodando um gerador elétrico separado, quer utilizando a própria armatura do recetor como rotor num gerador, a armadura do recetor gera energia para conduzir a carga. Isto pode ser feito de uma de duas maneiras.

Foi sugerido que este aparelho poderia servir de alternativa à transmissão de energia indutiva para o carregamento de carros elétricos sem toque direto.

Oruganti et al. apresentou uma nova forma de sistema que faz uso das ondas do tipo Zenneck. Na sua pesquisa, os autores mostraram que era viável excitar ondas do tipo onda Zenneck em interfaces metal-ar planas e transportar energia através de barreiras metálicas. O objetivo disto é estimular uma oscilação de carga localizada na interface metal-ar, e os modos que são gerados por este processo irão propagar-se ao longo da interface metal-ar.

As tecnologias de campo distante são capazes de atingir gamas maiores, que são frequentemente medidas em múltiplos de quilómetros e ocorrem quando a distância é muito maior do que o diâmetro (s) do dispositivo. Um feixe de energia pode ser produzido por antenas de alta directividade ou por luz laser que tenha sido bem co-coligida, e este feixe de energia pode ser moldado de acordo com os contornos da região recetora. A difração coloca uma restrição física à maior directividade que pode ser alcançada por antenas.

Em geral, os tipos de radiação eletromagnética mais adequados à transmissão de energia são a luz visível, que provém de lasers, e micro-ondas, que provêm de antenas desenvolvidas especificamente para o efeito.

A distância entre o transmissor e o recetor, o comprimento de onda e o critério Rayleigh, também conhecido como limite de difração, são todos os fatores que podem ter um efeito nas dimensões dos componentes. Estes fatores são todos utilizados no design padrão da antena de radiofrequência, que também se aplica aos lasers. É também prática comum utilizar o limite de difração de Airy, a fim de estabelecer um tamanho aproximado do ponto a uma distância arbitrária da abertura. A radiação eletromagnética com comprimentos de onda mais curtos (frequências mais altas) está sujeita a menos difração do que a radiação com comprimentos de onda mais longos (frequências mais baixas). Como exemplo, um laser azul está sujeito a menos difração do que um laser vermelho.

Embora tenha sido inicialmente aplicado à resolução de imagem, o limite de Rayleigh (também conhecido como limite de difração de Abbe) pode ser visto ao contrário, e dita que a irradiação (ou intensidade) de qualquer onda eletromagnética (como um micro-ondas ou um raio laser) será reduzida à medida que o feixe diverge ao longo da distância a uma taxa mínima inversamente proporcionalmente ao tamanho da abertura. Embora tenha sido originalmente aplicado à resolução de imagem, o limite de Rayleigh pode ser visto ao contrário. A relação entre a abertura de uma antena de transmissão ou a abertura de saída de um laser ao comprimento de onda da radiação determina o grau em que a radiação pode estar concentrada num feixe estreito.

O feixe de energia utilizando micro-ondas tem o potencial de ser mais eficaz do que os lasers, porque é menos suscetível à atenuação atmosférica que pode ser produzida por poeira ou aerossóis como o nevoeiro.

Nesta fase do processo, os níveis de potência são determinados combinando primeiro os fatores acima discutidos, e depois adicionando os ganhos e perdas que são causados pelas características da antena, bem como a transparência e dispersão do meio através do qual a radiação viaja. Calcular um orçamento de ligação é o nome dado a esta operação em particular.

Com comprimentos de onda mais curtos de radiação eletromagnética, muitas vezes na região do micro-ondas, a transmissão de energia através de ondas de rádio pode ser feita mais direcionada, permitindo o transporte de energia de maior distância. Isto é possível através da utilização de micro-ondas. A utilização de comprimentos de onda mais curtos permite uma pequena redução destes tamanhos; no entanto, existe a possibilidade de interferência da absorção do ar e do bloqueio do feixe por precipitação ou gotículas de água quando se empregam comprimentos de onda mais curtos. Devido a um fenómeno conhecido como a maldição da matriz de desbaste, não é possível produzir um feixe mais estreito através da fusão das vigas de múltiplos satélites menores.

Para aplicações que estão aterradas na terra, podem ser utilizados níveis de potência globais largos enquanto ainda funcionam com a baixa densidade de potência indicada para a segurança da exposição eletromagnética humana graças a uma matriz recetora com uma grande área de superfície que tem um diâmetro de 10 km.

Uma densidade de potência segura humana de 1 mW/cm² distribuída por uma área de 10 km de diâmetro corresponde a 750 megawatts de potência total.

Este é o nível de potência que pode ser encontrado na maioria das centrais elétricas contemporâneas.

Para comparação, em circunstâncias ideais e durante o dia, a produção de energia de uma exploração solar PV de uma escala comparável pode facilmente ultrapassar os 10.000 megawatts (arredondados).

Após a Segunda Guerra Mundial, quando foram desenvolvidos emissores de micro-ondas de alta potência conhecidos como magnetrons de cavidade, foi feito estudo sobre a possibilidade de utilizar micro-ondas para transmitir energia. Estes emissores de micro-ondas de alta potência foram desenvolvidos. Em 1964, uma demonstração tinha sido realizada com um pequeno helicóptero que era alimentado por micro-ondas. As distâncias na ordem de um quilómetro podem ser cobertas com estas técnicas.

A eficiência de conversão de micro-ondas foi medida para cerca de 54% em um metro em circunstâncias de teste.

Foi proposta uma mudança para 24 GHz devido ao facto de os emissores de micro-ondas análogos aos LEDs terem sido criados com eficiências quânticas muito elevadas, utilizando resistências negativas, como os díodos gunn ou IMPATT. Isto permitiria estabelecer ligações de curto alcance utilizando esta frequência.

Em 2013, o inventor Hatem Zeine provou a viabilidade da transmissão de energia sem fios utilizando antenas de matriz faseadas, que é capaz de fornecer energia elétrica até 10 metros. Semelhante ao Wi-Fi, opera nas mesmas frequências de rádio. A uma distância de até 6 metros, foi demonstrado que os sinais de Wi-Fi podem alimentar a temperatura sem bateria e os sensores das câmaras. Além disso, demonstrou-se que é possível utilizar o Wi-Fi para as baterias de hidrúride de níquel-metal e pilhas de iões de lítio a uma distância de até 8,5 metros.

O primeiro transmissor de rádio de rádio de meio campo (RF) de energia sem fios foi certificado pela Comissão Federal de Comunicação (FCC) no ano de 2017.

No caso da radiação eletromagnética localizada mais próxima da parte visível do espectro (0,2 a 2 micrómetros), é possível transferir energia através da conversão da eletricidade num raio laser que é depois recebido e focado em células fotovoltaicas (células solares).

A transmissão de uma pequena região transversal de feixes através de longas distâncias é possível através da técnica de propagação monocromática de ondas colommática. Como consequência disso, há uma pequena ou inexistente perda de energia quando há um aumento da distância entre o transmissor e o recetor.

Os lasers de estado sólido, devido ao seu tamanho minúsculo, podem ser integrados numa variedade de bens.

Não haverá interferências com frequências de rádio causadas por comunicações de rádio pré-existentes, como Wi-Fi e telemóveis.

Controlo de acesso: apenas os recetores atingidos pelo laser terão energia.

As desvantagens incluem:

A radiação laser deve ser evitada a todo o custo. Níveis de potência baixos podem causar cegueira em seres humanos e outros animais se não existir um sistema de segurança adequado. O aquecimento intenso localizado causado por altos níveis de energia pode ser fatal.

Existe apenas uma capacidade limitada para converter eletricidade em luz. As células fotovoltaicas só são capazes de atingir uma eficiência de 40 a 50 por cento no seu pico absoluto.

A absorção pela atmosfera, assim como a absorção e dispersão causadas por nuvens, nevoeiro, chuva, e assim por diante, podem resultar em perdas de até cem por cento.

Exige que tenha sempre uma visão clara do alvo à sua frente. (A luz laser pode ser dirigida através de uma fibra ótica como alternativa a ser disparada diretamente sobre o recetor.) O conceito de tecnologia de potência sobre fibra é então apresentado.)

O conceito de powerbeaming a laser foi investigado para uso em armamento militar. Com a utilização de um sistema de raios laser, esta prova de conceito prova que é possível fazer recarga periódica.

Uma prova de conceito para usar um laser de comprimento de onda dupla para carregar sem fios gadgets portáteis ou veículos aéreos não tripulados (UAVs) foi criado por investigadores afiliados à Academia Chinesa de Ciências.

No que diz respeito à ligação dos canais de plasma atmosférico, a condução elétrica ocorre através do ar ionizado para facilitar a transmissão de energia entre dois elétrodos.

A energia do laser ajuda a diminuir a tensão de avaria dielétrica da atmosfera, e o ar superaquecido torna a atmosfera menos isolante, o que reduz a densidade do filamento do ar. p

A colheita de energia, também conhecida como colheita de energia ou limpeza de energia, é um processo que se refere à conversão da energia ambiente do ambiente em energia elétrica. Isto é feito no contexto da energia sem fios, e o seu principal objetivo é alimentar pequenos dispositivos eletrónicos sem fios autónomos.

O século XIX foi um tempo de avanço teórico significativo, bem como hipóteses concorrentes sobre a possível transmissão de energia elétrica.

Em 1826, André-Marie Ampère descobriu uma ligação entre a corrente e os ímanes.

Em 1831, Michael Faraday desenvolveu a sua teoria de indução, que ele usou para explicar a força electromotiva que impulsiona uma corrente através de um loop de condutor quando um fluxo magnético variando o tempo está presente.

Numerosos inovadores e experimentadores notaram independentemente a transmissão de energia elétrica sem a necessidade de fios, após o ano de 1890, o inventor Nikola Tesla conduziu experiências sobre a transmissão de energia através de acoplamento indutivo e capacitivo utilizando transformadores de ressonantes de frequência de rádio animados por faíscas, que agora são conhecidos como bobinas Tesla. Estes transformadores criaram altas tensões de corrente alternada.

Depois disso, Tesla avançou para a construção de um sistema de distribuição de energia sem fios, que pensava ser capaz de transferir eletricidade a grandes distâncias diretamente para casas, bem como para as indústrias. No início, parecia que estava a tirar ideias de Mahlon Loomis, perto do ano de 1901, fez um esforço para construir uma grande central sem fios de alta tensão em Shoreham, Nova Iorque. Esta estação é agora conhecida como Torre Wardenclyffe. No entanto, no ano de 1904, o financiamento tinha secado e a instalação nunca foi concluída.

Desde a invenção do transformador na década de 1800, a transferência de energia indutiva entre as bobinas de fio vizinhas tem sido uma das primeiras formas de tecnologias de transmissão de energia sem fios a serem criadas. Desde o início dos anos 1900 (1975), o aquecimento por indução tem sido usado. Na década de 1990, estava a ser empregado em cartões de proximidade e cartões inteligentes contactless.

Nas últimas décadas, a proliferação de dispositivos de comunicação sem fios portáteis, como telemóveis, tablets e computadores portáteis, tem impulsionado o desenvolvimento da tecnologia de alimentação e carregamento sem fios de gama média. Esta tecnologia pretende eliminar a necessidade de estes dispositivos serem amarrados a tampões de parede enquanto estão a ser carregados.

Antes da Segunda Guerra Mundial, não se conseguiu muitos avanços no domínio da transmissão de energia sem fios, pelo qual o estudo de Brown foi financiado. A Plataforma de Retransmissão de Alta Altitude (SHARP) foi um pequeno protótipo de aeronave que foi construído em 1987 pelo Centro de Investigação de Comunicações do Canadá. O seu objetivo era transmitir dados de telecomunicações entre sítios na Terra de uma forma semelhante à de um satélite de comunicações. Foi impulsionado por um rectenna e teve a capacidade de voar até uma altura de 21 km, permanecendo no ar por um longo período de tempo. Em 1992, um grupo de investigadores da Universidade de Quioto criou um veículo mais sofisticado conhecido como MILAX (MIcrowave Lifted Airplane eXperiment).

Em 2003, a NASA pilotou com sucesso o primeiro avião