الاقتران الحثي الرنيني

📅 آخر تحديث: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة
رسم تخطيطي لأبسط نظام لنقل الطاقة اللاسلكي بالرنين الاستقرائي. [ 1 ] يُطلق على هذا اسم تقنية الرنين الثاني. [ 2 ]
رسم تخطيطي لنظام الطاقة اللاسلكي الرنيني الاستقرائي "WiTricity" الذي عرضه فريق مارين سولياشيتش من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 2007. تتكون الدوائر الرنينية من ملفات من أسلاك نحاسية ترنّ بتردد 10 ميجاهرتز، وذلك بفضل سعتها الداخلية (المكثفات المنقطة)  . يتم توصيل الطاقة إلى رنان المرسل، ومن رنان المستقبل إلى المقوم، عبر ملفات صغيرة تُستخدم أيضًا لمطابقة المعاوقة . في هذا السياق، يعتقد باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنهم اكتشفوا طريقة جديدة لنقل الطاقة لاسلكيًا باستخدام نفق الرنين للطاقة الكهرومغناطيسية غير الإشعاعية. [ 3 ]

الاقتران الحثي الرنيني أو الاقتران المتزامن الطوري المغناطيسي [ 4 ] [ 5 ] ظاهرةٌ في الاقتران الحثي ، حيث يزداد الاقتران قوةً عندما يرن الجانب "الثانوي" (الحامل للحمل) من الملف ذي الاقتران الضعيف. [ 5 ] يُستخدم محول رنيني من هذا النوع غالبًا في الدوائر التناظرية كمرشح تمرير نطاقي . كما يُستخدم الاقتران الحثي الرنيني في أنظمة الطاقة اللاسلكية لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف والمركبات.

التطبيقات

تُستخدم أو يجري تطوير أنظمة اقتران رنانة متنوعة لأنظمة الكهرباء اللاسلكية قصيرة المدى (حتى مترين) [ 6 ] لتشغيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة، والأجهزة اللوحية، والهواتف الذكية، والمكانس الروبوتية ، والأجهزة الطبية المزروعة، والمركبات مثل السيارات الكهربائية، وقطارات SCMaglev [ 7 ]، والمركبات الموجهة آليًا . [ 8 ] وتشمل التقنيات المحددة ما يلي:

وتشمل التطبيقات الأخرى ما يلي:

ملف تسلا عبارة عن دائرة محول رنانة تستخدم لتوليد فولتيات عالية جدًا، وهي قادرة على توفير تيار أعلى بكثير من الآلات الكهروستاتيكية ذات الجهد العالي مثل مولد فان دي غراف . [ 10 ]

تُستخدم المحولات الرنانة على نطاق واسع في دوائر الراديو كمرشحات تمرير النطاق ، وفي مصادر الطاقة التبديلية.

تاريخ

في عام ١٨٩٤، استخدم نيكولا تيسلا الاقتران الحثي الرنيني، المعروف أيضًا باسم "الحث الكهروديناميكي"، لإضاءة المصابيح الفسفورية والمتوهجة لاسلكيًا في مختبره الكائن في ٣٥ شارع ساوث فيفث أفينيو، ولاحقًا في مختبره الكائن في ٤٦ شارع إي هيوستن في مدينة نيويورك. [ ١١ ] [ ١٢ ] [ ١٣ ] وفي عام ١٨٩٧، حصل على براءة اختراع لجهاز [ ١٤ ] يُسمى المحول الرنيني عالي الجهد أو " ملف تيسلا ". ينقل ملف تيسلا الطاقة الكهربائية من الملف الابتدائي إلى الملف الثانوي عن طريق الحث الرنيني، وهو قادر على إنتاج جهود عالية جدًا بتردد عالٍ . وقد سمح التصميم المُحسَّن بإنتاج واستخدام تيارات كهربائية عالية الجهد بأمان، "دون تحمُّل خطر جسيم يتمثل في تدمير الجهاز نفسه أو تعريض الأشخاص الذين يقتربون منه أو يتعاملون معه للخطر".

في أوائل الستينيات، استُخدم نقل الطاقة اللاسلكي بالحث الرنيني بنجاح في الأجهزة الطبية القابلة للزرع [ 15 ] ، بما في ذلك أجهزة تنظيم ضربات القلب والقلوب الاصطناعية. وبينما استخدمت الأنظمة المبكرة ملف استقبال رنيني، طبقت الأنظمة اللاحقة [ 16 ] ملفات إرسال رنينية أيضًا. صُممت هذه الأجهزة الطبية لتحقيق كفاءة عالية باستخدام إلكترونيات منخفضة الطاقة، مع استيعاب فعال لبعض حالات عدم المحاذاة والالتواء الديناميكي للملفات. عادةً ما تكون المسافة بين الملفات في التطبيقات القابلة للزرع أقل من 20  سم. واليوم، يُستخدم نقل الطاقة بالحث الرنيني بانتظام لتوفير الطاقة الكهربائية في العديد من الأجهزة الطبية القابلة للزرع المتوفرة تجاريًا. [ 17 ]

يُعدّ نقل الطاقة الكهربائية لاسلكيًا لتشغيل السيارات والحافلات الكهربائية تجريبيًا تطبيقًا عالي الطاقة (>10  كيلوواط) لنقل الطاقة الاستقرائي الرنيني. تتطلب هذه التقنية مستويات طاقة عالية لإعادة الشحن السريع، وكفاءة عالية في نقل الطاقة، وذلك لتحقيق الكفاءة التشغيلية وتجنب الآثار البيئية السلبية للنظام. حقق مسار اختبار تجريبي مُكهرب للطرق، بُني حوالي عام 1990، كفاءة طاقة تزيد قليلًا عن 60% أثناء إعادة شحن بطارية حافلة نموذجية في محطة حافلات مُجهزة خصيصًا. [ 18 ] [ 19 ] يمكن تجهيز الحافلة بملف استقبال قابل للسحب لزيادة الخلوص بين الملفين أثناء الحركة. صُممت الفجوة بين ملفي الإرسال والاستقبال بحيث لا تتجاوز 10  سم عند التشغيل. بالإضافة إلى الحافلات، دُرست إمكانية استخدام النقل اللاسلكي لإعادة شحن السيارات الكهربائية في مواقف السيارات والمرائب أيضًا.

تعمل بعض هذه الأجهزة اللاسلكية الحثية الرنانة بمستويات طاقة منخفضة (ميلي واط) وتُشغَّل بالبطاريات. بينما تعمل أجهزة أخرى بمستويات طاقة أعلى (كيلو واط). وتحقق التصاميم الحالية لأجهزة التزويد الكهربائي المزروعة في الجسم وأجهزة الطرق كفاءة نقل تزيد عن 75% عند مسافة تشغيل بين ملفي الإرسال والاستقبال تقل عن 10  سم.

في عام 1993، طوّر البروفيسور جون بويز والبروفيسور غرانت كوفيتش، من جامعة أوكلاند في نيوزيلندا، أنظمةً لنقل كميات كبيرة من الطاقة عبر فجوات هوائية صغيرة. [ 4 ] [ 5 ] [ 20 ] وقد استُخدمت هذه الأنظمة عمليًا كمصدر طاقة لاسلكي للرافعة المتحركة والمركبات الموجهة آليًا في اليابان. [ 8 ] وفي عام 1998، سُجّلت براءة اختراع لبطاقات تعريف الترددات الراديوية (RFID) التي تعمل بهذه الطريقة. [ 21 ]

في نوفمبر 2006، طبّق مارين سولياشيتش وباحثون آخرون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا سلوك المجال القريب هذا على نقل الطاقة لاسلكيًا، بالاعتماد على رنانات ذات اقتران قوي. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] وفي تحليل نظري، [ 25 ] أثبتوا أنه من خلال تصميم رنانات كهرومغناطيسية تعاني من أدنى حد من الفقد الناتج عن الإشعاع والامتصاص، ولها مجال قريب ذو امتداد متوسط ​​المدى (أي بضعة أضعاف حجم الرنان)، يصبح نقل الطاقة لاسلكيًا بكفاءة متوسطة المدى ممكنًا. والسبب هو أنه إذا كانت دائرتان رنانيتان مضبوطتان على نفس التردد ضمن جزء من الطول الموجي، فإن مجالاتهما القريبة (المكونة من " موجات متلاشية ") تقترن عن طريق اقتران الموجات المتلاشية . تتشكل موجات متذبذبة بين المحاثات، مما يسمح بنقل الطاقة من جسم إلى آخر في أزمنة أقصر بكثير من جميع أزمنة الفقد، المصممة لتكون طويلة، وبالتالي بأقصى كفاءة ممكنة لنقل الطاقة. بما أن الطول الموجي الرنيني أكبر بكثير من طول الرنانات، فإن المجال قادر على تجاوز الأجسام الغريبة في الجوار، وبالتالي فإن آلية نقل الطاقة متوسطة المدى هذه لا تتطلب خط رؤية مباشر. وباستخدام المجال المغناطيسي تحديدًا لتحقيق الاقتران، يمكن أن تكون هذه الطريقة آمنة، نظرًا لأن المجالات المغناطيسية تتفاعل بشكل ضعيف مع الكائنات الحية.

تقدمت شركة أبل بطلب للحصول على براءة اختراع للتكنولوجيا في عام 2010، بعد أن فعلت شركة WiPower ذلك في عام 2008. [ 26 ]

في السابق، كان مصدر الطاقة المستخدم في قطار JR Tokai SCMaglev يُولّد بواسطة مولد توربيني غازي. في عام 2011، نجحوا في توفير الطاقة أثناء القيادة (CWD: الشحن أثناء القيادة) عبر فجوة كبيرة باستخدام  تقنية مزامنة الطور الخاصة بشركة JR Tokai بتردد 9.8 كيلوهرتز، والمطورة بناءً على تقنية مشابهة لتقنية الطاقة اللاسلكية المستخدمة في المركبات الموجهة آليًا (AGV). وقد قيّمت وزارة الأراضي والبنية التحتية والنقل اليابانية هذه التقنية بعد حل جميع مشاكل الاستخدام العملي. [ 27 ] بدأ بناء قطار SCMaglev، ومن المقرر أن يبدأ استخدامه التجاري في عام 2027. [ 28 ]

مقارنة بالتقنيات الأخرى

في دوائر الإرسال والاستقبال الأساسية من النوع pp ، يمثل Rs وRr المقاومات والفقد في المكثفات والمحاثات المرتبطة بها. يرتبط Ls وLr بمعامل اقتران صغير، k، عادةً ما يكون أقل من 0.2

تعمل المحاثات المقترنة غير الرنانة ، مثل المحولات الكهربائية التقليدية ، على مبدأ توليد ملف ابتدائي لمجال مغناطيسي ، بينما يغطي ملف ثانوي أكبر قدر ممكن من هذا المجال، بحيث تكون القدرة المارة عبر الملف الثانوي قريبة قدر الإمكان من تلك المارة عبر الملف الابتدائي. هذا الشرط، المتمثل في تغطية المجال بواسطة الملف الثانوي، يؤدي إلى مدى قصير جدًا، ويتطلب عادةً وجود قلب مغناطيسي . أما على مسافات أطول، فإن طريقة الحث غير الرنانة تكون غير فعالة للغاية، وتُهدر معظم الطاقة في خسائر المقاومة في الملف الابتدائي.

يمكن أن يُسهم استخدام الرنين في تحسين الكفاءة بشكل كبير. عند استخدام اقتران الرنين، يتم تحميل الملف الثانوي سعويًا لتشكيل دائرة LC مضبوطة. إذا تم تشغيل الملف الابتدائي بتردد الرنين في الجانب الثانوي، فإنه يمكن نقل طاقة كبيرة بين الملفين على مدى يصل إلى عدة أضعاف أقطار الملف بكفاءة معقولة. [ 29 ]

بالمقارنة مع تكاليف البطاريات، وخاصةً البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن، فإن تكلفة الطاقة الشمسية أعلى بمئات المرات. في حال توفر مصدر طاقة قريب، قد يكون استخدام الطاقة الشمسية حلاً أرخص. [ 30 ] إضافةً إلى ذلك، بينما تحتاج البطاريات إلى صيانة دورية واستبدال، يمكن استخدام نقل الطاقة بالرنين بدلاً منها. كما أن البطاريات تُنتج تلوثًا أثناء تصنيعها والتخلص منها، وهو ما يتم تجنبه إلى حد كبير.

اللوائح والسلامة

بخلاف المعدات الموصولة بالتيار الكهربائي الرئيسي، لا حاجة إلى اتصال كهربائي مباشر، وبالتالي يمكن إحكام غلق المعدات لتقليل احتمالية حدوث صدمة كهربائية.

نظرًا لأن الاقتران يتم باستخدام المجالات المغناطيسية بشكل أساسي، فقد تكون هذه التقنية آمنة نسبيًا. توجد معايير وإرشادات سلامة في معظم البلدان للتعرض للمجالات الكهرومغناطيسية (مثل اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع غير المؤين [ 31 ] [ 32 ] ). يعتمد مدى توافق النظام مع هذه الإرشادات أو المتطلبات القانونية الأقل صرامة على الطاقة المُوَصَّلة والمدى من جهاز الإرسال. يُعد الحد الأقصى الموصى به للمجال المغناطيسي دالةً معقدةً للتردد؛ فعلى سبيل المثال، تسمح إرشادات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع غير المؤين بمجالات جذر متوسط ​​التربيع (RMS) تصل إلى عشرات الميكروتسلا عند ترددات أقل من 100  كيلوهرتز، وتنخفض مع التردد إلى 200 نانوتسلا في نطاق الترددات العالية جدًا (VHF)، ومستويات أقل عند ترددات أعلى من 400  ميجاهرتز، حيث يمكن لأجزاء الجسم تحمل حلقات تيار بقطر يُقارب طول الموجة، ويصل امتصاص الطاقة في الأنسجة العميقة إلى أقصى حد.

تقوم الأنظمة المنشورة بالفعل بتوليد مجالات مغناطيسية، على سبيل المثال مواقد الحث في عشرات الكيلوهرتز حيث يُسمح بالمجالات العالية، وقارئات البطاقات الذكية بدون تلامس ، حيث يكون التردد الأعلى ممكنًا لأن الطاقات المطلوبة أقل.

أظهرت دراسة أجريت لصالح الجيش السويدي أن  أنظمة نقل الطاقة اللاسلكية الديناميكية للمركبات بتردد 85 كيلوهرتز يمكن أن تسبب تداخلاً كهرومغناطيسياً في نطاق يصل إلى 300 كيلومتر. [ 33 ]

تفاصيل الآلية

ملخص

تم رصد رنينين كزوج

تحدث هذه العملية في محول رنيني ، وهو مكون كهربائي يتكون من ملف عالي الجودة ملفوف على نفس القلب مع مكثف متصل عبر الملف لعمل دائرة LC مقترنة .

يتكون أبسط اقتران حثي رنيني من ملف قيادة واحد في الجانب الابتدائي ودائرة رنين واحدة في الجانب الثانوي. [ 34 ] [ 5 ] [ 2 ] في هذه الحالة، عند رصد حالة الرنين في الجانب الثانوي من الجانب الابتدائي، يُلاحظ رنينان متتاليان. [ 35 ] [ 5 ] يُسمى أحدهما تردد الرنين المضاد (تردد الرنين المتوازي 1)، والآخر تردد الرنين (تردد الرنين التسلسلي 1'). [ 5 ] يتم دمج محاثة الدائرة القصيرة ومكثف الرنين في الملف الثانوي لتكوين دائرة رنين. [ 36 ] [ 5 ] عند تشغيل الملف الابتدائي بتردد رنين (تردد رنين تسلسلي) للجانب الثانوي، تتزامن أطوار المجالات المغناطيسية للملف الابتدائي والملف الثانوي. [ 5 ] ونتيجةً لذلك، يتولد أقصى جهد على الملف الثانوي بسبب زيادة التدفق المتبادل، ويقل فقد النحاس في الملف الابتدائي، ويقل توليد الحرارة، وتتحسن الكفاءة نسبيًا. [ 2 ] الاقتران الحثي الرنيني هو نقل لاسلكي للطاقة الكهربائية في المجال القريب بين ملفات مقترنة مغناطيسيًا، وهو جزء من دائرة رنين مضبوطة للرنين عند نفس تردد تردد التشغيل.

معامل الاقتران في حالة الرنين

في المحول، ينتقل جزء فقط من التدفق المغناطيسي الناتج عن مرور التيار في الملف الابتدائي إلى الملف الثانوي، والعكس صحيح. يُسمى الجزء المنتقل بالتدفق المتبادل ، بينما يُسمى الجزء غير المنتقل بتدفق التسريب . [ 37 ] عندما لا يكون النظام في حالة رنين، يكون جهد الدائرة المفتوحة الظاهر في الملف الثانوي أقل من المتوقع بناءً على نسبة لفات الملفات. تُقاس درجة الانتقال بمعامل يُسمى معامل الانتقال . يُعرَّف معامل الانتقال، k ، بأنه نسبة جهد الدائرة المفتوحة للمحول إلى النسبة التي كان من الممكن الحصول عليها لو انتقل كل التدفق من ملف إلى آخر. مع ذلك، إذا لم تكن الدائرة مفتوحة، فإن نسبة التدفق ستتغير. تتراوح قيمة k بين 0 و ±1. يمكن تقسيم محاثة كل ملف نظريًا إلى جزأين بنسبة k : (1 - k ) . وهما على التوالي محاثة تُنتج التدفق المتبادل، ومحاثة تُنتج تدفق التسريب.

معامل الاقتران دالةٌ لهندسة النظام، ويُحدد بالعلاقة الموضعية بين الملفين. لا يتغير معامل الاقتران بين حالتي الرنين وعدم الرنين، ولا حتى في حالة الرنين مع توليد جهد ثانوي أكبر من نسبة عدد اللفات. مع ذلك، في حالة الرنين، تتغير نسبة التدفق المغناطيسي ويزداد التدفق المتبادل.

تُصنّف الأنظمة الرنانة إلى أربعة أنواع: ذات اقتران محكم، وذات اقتران ضعيف، وذات اقتران حرج، وذات اقتران زائد. يكون الاقتران محكمًا عندما يكون معامل الاقتران قريبًا من 1، كما هو الحال في المحولات التقليدية ذات القلب الحديدي. أما الاقتران الزائد فيحدث عندما يكون الملف الثانوي قريبًا جدًا من بعضه، مما يعيق تكوّن التدفق المغناطيسي المتبادل بفعل تأثير الرنين المضاد. بينما يكون الاقتران الحرج عندما يكون نقل الطاقة في نطاق الترددات المُمرّرة مثاليًا. أما الاقتران الضعيف فيحدث عندما تكون الملفات متباعدة، بحيث لا يصل معظم التدفق المغناطيسي إلى الملف الثانوي. في ملفات تسلا، يُستخدم معامل اقتران يبلغ حوالي 0.2، وقد يكون أقل من 0.01 عند المسافات الأكبر، كما هو الحال في نقل الطاقة اللاسلكي الاستقرائي.

كسب الجهد (النوع PP)

بشكل عام، يكون كسب الجهد للملفات غير المقترنة بالرنين متناسبًا بشكل مباشر مع الجذر التربيعي لنسبة المحاثات الثانوية والابتدائية.

أ=كل2ل1{\displaystyle A=k{\sqrt {\frac {L_{2}}{L_{1}}}}\,}

مع ذلك، في حالة اقتران الرنين، يتولد جهد أعلى. ويمكن حساب معامل الحث الذاتي Lsc2 على الجانب الثانوي باستخدام الصيغة التالية.

لsج2=(1-ك2)⋅ل2{\displaystyle L_{sc2}=(1-k^{2})\cdot {L_{2}}}

يحدث رنين بين محاثة الدائرة القصيرة L sc2 ومكثف الرنين Cr على الجانب الثانوي. تردد الرنين ω 2 هو كما يلي.

ω2=1لsج2جر=1(1-ك2)⋅ل2جر{\displaystyle \omega _{2}={1 \over {\sqrt {L_{sc2}C_{r}}}}={1 \over {\sqrt {(1-k^{2})\cdot {L_{2}}C_{r}}}}}

بافتراض أن مقاومة الحمل هي Rl، فإن قيمة Q لدائرة الرنين الثانوية هي كما يلي.

سؤال2=Rلجرلsج2{\displaystyle Q_{2}=R_{l}{\sqrt {\frac {C_{r}}{L_{sc2}}}}\,}

الجهد المتولد في مكثف الرنين Cr عند ذروة تردد الرنين يتناسب طرديًا مع قيمة Q. وبالتالي، فإن كسب الجهد Ar للملف الثانوي بالنسبة للملف الابتدائي عندما يكون النظام في حالة رنين،

أر=كسؤال2ل2ل1{\displaystyle A_{r}=kQ_{2}{\sqrt {\frac {L_{2}}{L_{1}}}}\,}

في حالة النوع PP، لا يساهم Q1 في كسب الجهد.

نظام اقتران حثي رنيني من نوع WiTricity

يتميز الرنين المغناطيسي من نوع WiTricity بأن ملفات الرنين في الجانب الابتدائي وملفات الرنين في الجانب الثانوي متطابقة. يزيد ملف الرنين الابتدائي من تيار ملف القيادة الابتدائي، وبالتالي يزيد من التدفق المغناطيسي المتولد حول الرنان الابتدائي. وهذا يعادل تشغيل الملف الابتدائي بجهد عالٍ. في حالة النوع الموضح في الشكل الأيسر، يتمثل المبدأ العام في أنه إذا تم وضع كمية معينة من الطاقة المتذبذبة (على سبيل المثال، نبضة أو سلسلة من النبضات) في ملف ابتدائي محمّل سعويًا، فإن الملف سيرن، مكونًا مجالًا مغناطيسيًا متذبذبًا.

تعمل تقنية النقل الرنيني عن طريق جعل ملف يرن بتيار متذبذب، مما يُولّد مجالًا مغناطيسيًا متذبذبًا. ولأن الملف يتمتع برنين عالٍ، فإن أي طاقة تُوضع فيه تتلاشى ببطء نسبيًا على مدى دورات عديدة. ولكن إذا تم تقريب ملف ثانٍ منه، فإنه يستطيع التقاط معظم الطاقة قبل أن تتلاشى، حتى لو كان على مسافة بعيدة. وتُستخدم في هذه التقنية مجالات قريبة غير إشعاعية ( تُسمى أحيانًا الموجات المتلاشية )، حيث أن جميع الأجهزة تبقى ضمن مسافة ربع الطول الموجي، وبالتالي لا تُشعّ سوى طاقة ضئيلة من جهاز الإرسال إلى ما لا نهاية.

ستنتقل الطاقة ذهابًا وإيابًا بين المجال المغناطيسي في المحث والمجال الكهربائي عبر المكثف عند تردد الرنين. سيتلاشى هذا التذبذب بمعدل تحدده نسبة الكسب وعرض النطاق ( عامل الجودة )، ويعود ذلك أساسًا إلى الفقد المقاومي والإشعاعي. مع ذلك، إذا كان الملف الثانوي يقطع جزءًا كافيًا من المجال بحيث يمتص طاقة أكبر مما يُفقد في كل دورة من الملف الابتدائي، فسيظل بالإمكان نقل معظم الطاقة.

نظرًا لأن عامل الجودة يمكن أن يكون عاليًا جدًا (تم إثبات حوالي ألف تجريبيًا [ 38 ] باستخدام ملفات ذات قلب هوائي )، فإن نسبة صغيرة فقط من المجال يجب أن تكون مقترنة من ملف إلى آخر لتحقيق كفاءة عالية، على الرغم من أن المجال يتلاشى بسرعة مع المسافة من الملف، ويمكن أن يكون الملف الابتدائي والثانوي على بعد عدة أقطار.

يمكن إثبات أن معيار الجدارة للكفاءة هو: [ 39 ]

يو=كسؤال1سؤال2{\displaystyle U=k{\sqrt {Q_{1}Q_{2}}}}

حيث Q 1 و Q 2 هما عاملي الجودة لملفات المصدر والمستقبل على التوالي، و k هو معامل الاقتران الموصوف أعلاه.

وأقصى كفاءة يمكن تحقيقها هي: [ 39 ]

ηoصت=يو2(1+1+يو2)2{\displaystyle \eta _{opt}={\frac {U^{2}}{(1+{\sqrt {1+U^{2}}})^{2}}}}

نقل الطاقة

لأن عامل الجودة Q يمكن أن يكون عاليًا جدًا، حتى عند تغذية ملف الإرسال بطاقة منخفضة، يتراكم مجال مكثف نسبيًا على مدار دورات متعددة، مما يزيد من الطاقة التي يمكن استقبالها - عند الرنين، تكون الطاقة الموجودة في المجال المتذبذب أكبر بكثير من الطاقة التي يتم تغذيتها في الملف، ويستقبل ملف الاستقبال نسبة مئوية من ذلك.

ملفات ودوائر الإرسال

على عكس الملفات الثانوية متعددة الطبقات في المحولات غير الرنانة، غالبًا ما تكون الملفات المستخدمة لهذا الغرض عبارة عن ملفات لولبية أحادية الطبقة (لتقليل تأثير الجلد وتحسين عامل الجودة ) موصولة بالتوازي مع مكثف مناسب. تشمل الأشكال الهندسية البديلة للرنان أسلاك ليتز الملفوفة موجيًا ورنانات الفجوة الحلقية (LGRs) . في الرنانات القائمة على أسلاك ليتز، يكون العزل إما معدومًا أو منخفض السماحية ، وتُستخدم مواد منخفضة الفقد مثل الحرير لتقليل الفقد العازل. تتميز أشكال LGR بضعف المجالات الكهربائية خارج بنية الرنان، مما يقلل من تعرض الإنسان للمجالات الكهربائية ويجعل كفاءة نقل الطاقة غير حساسة للمواد العازلة المجاورة. [ 40 ]

لتغذية الملف الابتدائي بالطاقة تدريجياً مع كل دورة، يمكن استخدام دوائر مختلفة. إحدى هذه الدوائر تستخدم مذبذب كولبيتس . [ 38 ]

في ملفات تسلا، يتم استخدام نظام تبديل متقطع، أو "وحدة تحكم الدائرة" أو "قاطع"، لحقن إشارة نبضية في الملف الأساسي؛ ثم يقوم الملف الثانوي بالرنين والتلاشي.

ملفات الاستقبال والدوائر الكهربائية

يحتوي مستقبل البطاقة الذكية على ملف متصل بشريحة توفر سعة كهربائية لإحداث الرنين، بالإضافة إلى منظمات لتوفير جهد مناسب.

تتشابه تصميمات ملفات الاستقبال الثانوية مع تصميمات ملفات الإرسال الرئيسية. ويضمن تشغيل الملف الثانوي بنفس تردد الرنين الخاص بالملف الرئيسي انخفاض مقاومته عند تردد جهاز الإرسال، وبالتالي امتصاص الطاقة على النحو الأمثل.

مثال على ملف استقبال. الملف مزود بمكثف وثنائيين باعثين للضوء (LED). يشكل الملف والمكثف دائرة LC متسلسلة مضبوطة على تردد رنين يطابق تردد ملف الإرسال الموجود داخل السجادة البنية. يتم نقل الطاقة عبر مسافة 33 سم (13 بوصة) . 

لإزالة الطاقة من الملف الثانوي، يمكن استخدام طرق مختلفة، ويمكن استخدام التيار المتردد مباشرة أو بعد تقويمه ، ويمكن استخدام دائرة تنظيم لتوليد جهد التيار المستمر.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بنية رنانة في الجانب الثانوي فقط
  2. ١ ٢ ٣ يتم تحقيق كفاءة عالية باستخدام تقنية الرنين الجانبي الثانوي. تكنو فرونتير ٢٠١٧، أومرون للملاهي، اليابان
  3. ↑ ساغولسيم كريباتشاريا سينغ؛ تي إس هاسارماني؛ آر إم هولموخي (أبريل 2012). "نقل الطاقة الكهربائية لاسلكيًا: نظرة عامة على الأبحاث والتطويرات الحديثة" (ملف PDF) . المجلة الدولية لهندسة الحاسوب والكهرباء . 4 (2): 208. ISSN 1793-8163 . 
  4. ١ ٢ نظرية وتحقق نموذج لنقل الطاقة اللاسلكي ذي بنية رنانة في الجانب الثانوي فقط . تقرير فني IEICE رقم WPT2014-89 (باللغة اليابانية). المجلد ١١٤. معهد مهندسي الإلكترونيات والمعلومات والاتصالات. ١٣ فبراير ٢٠١٥. الصفحات ٧-١٢ . الرقم الدولي الموحد للدوريات ٢٤٣٢-٦٣٨٠ . مؤرشف من الأصل في ٩ يونيو ٢٠١٩. تم الاطلاع عليه في ١٢ مارس ٢٠١٧ .   
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 "تم التوصل أخيرًا إلى اختراق في نقل الطاقة اللاسلكي - تحسين الكفاءة والمتانة من خلال تعديل طفيف لمسألة نظرية الرنين المغناطيسي" . الإلكترونيات الخضراء (باللغة اليابانية) (19). دار نشر CQ: 52-69 . أكتوبر 2017. ISBN 9784789848503.
  6. ↑ "زوّد منزلك بالكامل بالطاقة لاسلكيًا!" . مراجعة 3 على موقع msn.com مع مذيع Dnews تريس دومينغيز @tracedominguez. 23 مارس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مارس 2014 .
  7. ↑ حول مصدر الطاقة في السيارة عن طريق طريقة تجميع التيار الحثي
  8. 1 2 تقنية نظام نقل الطاقة بدون تلامس من شركة DAIFUKU AGV منذ عام 1993
  9. ↑ كار، جوزيف (11 ديسمبر 2000). أسرار تصميم دوائر الترددات الراديوية . ماكجرو هيل. الصفحات 193-195 . ISBN  0-07-137067-6.
  10. ↑ عبد السلام، م.؛ وآخرون . هندسة الجهد العالي: النظرية والتطبيق . ص 523-524 . ISBN   0-8247-4152-8.
  11. ↑ "تجارب مع التيارات المترددة ذات التردد العالي جدًا وتطبيقها على طرق الإضاءة الاصطناعية، AIEE، كلية كولومبيا، نيويورك، 20 مايو 1891" . 1891-06-20.
  12. ↑ "تجارب مع التيارات المترددة ذات الجهد العالي والتردد العالي، خطاب معهد المهندسين الكهربائيين، لندن، فبراير 1892" . 1892-02-01.
  13. ↑ "حول الضوء والظواهر الأخرى عالية التردد، معهد فرانكلين، فيلادلفيا، فبراير 1893، والرابطة الوطنية للإضاءة الكهربائية، سانت لويس، مارس 1893" . 1893-03-01.
  14. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 593,138 محول كهربائي
  15. ↑ JC Schuder, “تشغيل قلب اصطناعي: ميلاد نظام الترددات الراديوية المقترنة حثيًا في عام 1960، الأعضاء الاصطناعية، المجلد 26، العدد 11، الصفحات 909-915، 2002.
  16. ↑ SCHWAN MA و PR Troyk، "محرك عالي الكفاءة للملفات المقترنة عبر الجلد" المؤتمر الدولي السنوي الحادي عشر لجمعية الهندسة في الطب وعلم الأحياء التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، نوفمبر 1989، ص 1403-1404.
  17. ↑ "ما هي زراعة القوقعة؟" . Cochlearamericas.com. 30 يناير 2009. مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 ديسمبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يونيو 2009 .
  18. ↑ شركة تكنولوجيا أنظمة التحكم، "مشروع المركبات الكهربائية التي تعمل بالطرق، برنامج إنشاء المسارات واختبارها". التقرير الفني لبرنامج مسارات جامعة كاليفورنيا في بيركلي: UCB-ITS-PRR-94-07، http://www.path.berkeley.edu/PATH/Publications/PDF/PRR/94/PRR-94-07.pdf مؤرشف بتاريخ 15 مارس 2012 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  19. ↑ شلادوفر، إس إي، "PATH في عامها العشرين: التاريخ والمعالم الرئيسية"، مؤتمر أنظمة النقل الذكية، 2006. ITSC '06. IEEE 2006، الصفحات 1_22-1_29.
  20. ↑ نقل الطاقة لاسلكيًا: مقدمة وتاريخ - درس تعليمي ، مركز أبحاث الطاقة المتجددة 2015، جون بويز
  21. ↑ "تصميم ملف RFID" (ملف PDF) . Microchip.com .
  22. ↑ "الكهرباء اللاسلكية قد تُشغّل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والصناعية" . أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . 14-11-2006.
  23. ↑ "شحن الأجهزة لاسلكيًا" . عالم الفيزياء. 14-11-2006.
  24. ↑ ""الاقتران العابر" قد يُشغّل الأجهزة لاسلكيًا . خدمة الأخبار New Scientist.com. ١٥ نوفمبر ٢٠٠٦.
  25. ↑ كاراليس، أريستيديس؛ جوانوبولوس، جيه دي؛ سولياشيتش، مارين (2008). "نقل طاقة لاسلكي غير إشعاعي فعال متوسط ​​المدى". حوليات الفيزياء . 323 (1): 34-48 . arXiv : physics/0611063 . Bibcode : 2008AnPhy.323...34K . doi : 10.1016/j.aop.2007.04.017 . S2CID 1887505. نُشر إلكترونيًا: أبريل 2007 
  26. ↑ "هل أنتم مستعدون لحرب براءات اختراع أخرى؟ أبل 'تخترع' الشحن اللاسلكي" . ذا ريجستر . سيتويشن بابليشينغ.
  27. ↑ تقييم التكنولوجيا العملية لسكك حديد ماجليف فائقة التوصيل فيما يتعلق بإمداد الطاقة على متن القطار بواسطة جامع تيار الحث
  28. ↑ تطبيق بناء نظام SCMaglev، واعتماد نقل الطاقة اللاسلكي، وزيادة إجمالي تكلفة البناء
  29. ↑ شتاينميتز، تشارلز بروتيوس (1914). محاضرات تمهيدية حول التفريغات الكهربائية والأمواج والنبضات وغيرها من الظواهر العابرة ( الطبعة الثانية). ماكجرو هيل. 
  30. ↑ "إريك جيلر يعرض الكهرباء اللاسلكية" . تيد . يوليو 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-09-2009 .
  31. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 13 نوفمبر 2008. تم الاطلاع عليها بتاريخ 17 أكتوبر 2008 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link ) إرشادات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع غير المؤين (ICNIRP) إرشادات للحد من التعرض للإشعاع المتغير مع الزمن ...
  32. ↑ IEEE C95.1
  33. ↑ سارة ليندر (2 مايو 2021)، مخاطر التداخل من نقل الطاقة اللاسلكي للمركبات الكهربائية ، وكالة أبحاث الدفاع السويدية (FOI)
  34. ↑ CERV 2015 نقل الطاقة اللاسلكي: مقدمة وتاريخ - دليل تعليمي، مؤرشف بتاريخ 2017-04-06 في Wayback Machine ، جون بويز
  35. ^ “النظرية والتحقق من نموذج نقل الطاقة اللاسلكي الذي يحتوي على بنية رنانة في الجانب الثانوي فقط”. دينشي جوهو تسوشين جاكاي جيجوتسو كينكيو هوكوكو. برو، باتان نينشيكي ريكاي . ISSN 0913-5685 . او سي ال سي 5795991597 .  
  36. ↑ "تقنية وتطبيقات نقل الطاقة اللاسلكية" (ملف PDF) . الإلكترونيات الخضراء (6). دار نشر CQ: 64-69 . سبتمبر 2011. ISBN 9784789848367.
  37. ↑ "الهندسة الكهربائية" .
  38. 12Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances André Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, J. D. Joannopoulos, Peter Fisher, Marin Soljacic
  39. 12WiTricity White Paper- Highly Resonant Wireless Power Transfer: Safe, Efficient, and Over Distance- Highly Resonant Wireless Power Transfer: Safe, Efficient, and Over Distance 2017 Morris Kesler
  40. ↑Roberts, David M.; Clements, Aaron P.; McDonal, Rowan; Bobowski, Jake S.; Johnson, Thomas (2021). "Mid-Range Wireless Power Transfer at 100 MHZ Using Magnetically Coupled Loop-Gap Resonators". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 69 (7): 3510–3527. arXiv:2103.14798. Bibcode:2021ITMTT..69.3510R. doi:10.1109/TMTT.2021.3073133. S2CID 232404256.

Further reading