انتقال بی سیم برق با روش کوپلینگ القایی
کوپلینگ القایی بر پایه القای الکترومغناطیس کار می‌کند که توسط فارادی در سال 1831 توسعه پیدا کرده و یکی از کاربردهای مدرن آن، انتقال بی سیم برق است.
به دلیل شرایط حال حاضر در بخش انرژی، تقاضا برای خودروهای الکتریکی افزایش یافته است و تکنولوژی انتقال بی سیم توان به عنوان تکنولوژی آینده برای شارژ کردن این خودروها، مطرح شده است.
قانون القای الکترومغناطیس فارادی بیان می‌کند که وقتی شار مغناطیسی عبوری از یک مدار بسته تغییر کند، نیروی محرکه الکتریکی (اختلاف ولتاژ)، در آن القا می‌شود. از این اصل برای انتقال برق به روش کوپلینگ القایی استفاده می‌شود.
قواعد فیزیکی میدان‌های مغناطیسی، بر پایه اصولی از قبیل میدان‌های نزدیک، دور و انتشار تشعشعی مرتبط با آنتن، استوار شده‌اند. میدان نزدیک به نوع غیر تشعشعی موج گفته می‌شود که در فاصله نزدیک به آنتن و در فواصل کوتاه‌تر از یک طول موج اتفاق می‌افتد. این میدان به شکل بسیار سریعی با فاصله گرفتن از آنتن، از بین می‌رود.
میدان دور که به عنوان نوع تشعشعی در نظر گرفته می‌شود، از فاصله دو طول موج از آنتن تا بی‌نهایت، منتشر می‌شود. فاصله یک طول موج تا دو طول موج از آنتن، به عنوان ناحیه گذار شناخته می‌شود که در آن ترکیبی از میدان‌های نزدیک و دور اتفاق می‌افتد.
کاربردهای مدرن در ارتباطات، بر پایه موج‌های الکترومغناطیس (در میدان دور) هستند، ولی تکنولوژی انتشار آنتنی، برای انتقال بی سیم برق مناسب نیست. دلیل اصلی نامناسب بودن این تکنولوژی این است که بخش بسیار بزرگی از انرژی به صورت پراکندگی در فضا، تلف می‌شود و این تکنولوژی را برای انتقال اطلاعات به جای توان الکتریکی، مناسب می‌کند.
انتقال بی سیم توان الکتریکی متفاوت از انتقال بی سیم اطلاعات عمل می‌کند. این تکنولوژی مناسب کاربردهایی است که نیاز به انرژی پیوسته و یا ناگهانی وجود دارد ولی استفاده از سیم‌های رابط مشکل‌ساز، خطر آفرین و یا غیرممکن است (مانند ضربان‌ساز قلب). انتقال مؤثر انرژی در فاصله‌ای اتفاق می‌افتد که میدان الکترومغناطیس به وجود آمده به اندازه‌ای قوی باشد که درصدی منطقی از توان، قابل انتقال باشد. این فرآیند زمانی که هر دوی فرستنده و گیرنده به تشدید مغناطیسی برسند، امکان‌پذیر است. هنگامی که مجموعه‌ها در حال تشدید هستند، انرژی را به شکل موثرتری در مقایسه با حالت عدم تشدید، مبادله می‌کنند.
این مجموعه شامل دو تشدید کننده (منبع و مصرف کننده) می‌شود که از نظر تئوری می‌توانند به صورت‌های: سری-سری، موازی-موازی، سری-موازی و موازی-سری، باشند. تشدید کننده منبع، یک میدان مغناطیس غیر تشعشی بدون افت را در فرکانس‌های MHz تولید می‌کند که موجب یک مبادله کارآمد میان تشدید کننده‌های منبع و مصرف کننده می‌شود.
چند نکته در ارتباط با کوپلینگ القایی:
- بر هم کنش میان منبع و مصرف کننده باید به اندازه کافی قوی است تا بتوان از بر هم کنش میان اشیاء غیر تشدیدی صرف نظر کرده و یک کانال بی سیم کارآمد برای انتقال بی سیم توان تشکیل داد.
- با توجه به اینکه مواد معمول با میدان‌های مغناطیسی دچار بر هم کنش نمی‌شوند، تشدید مغناطیسی به شکل ویژه‌ای برای کاربردهای عملی مناسب است.
- به نظر می‌رسد که انتقال توان از داخل بدن انسان و یا سایر اشیاء از قبیل فلز، چوب، تجهیزات الکترونیک که ممکن است میان دو کویل قرار گیرند، به صورت قابل ملاحظه‌ای تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.
- برخی مواد از قبیل فویل آلومینیوم و یا انسان، فقط موجب جابجا شدن فرکانس تشدید می‌شوند که اصولاً با یک مدار فیدبک به راحتی قابل اصلاح است.
منابع: springeropen.com, ieee.org
پیشنهاد مطالعه:
