Кіріспе

Сымсыз электр энергиясын беру (Wireless power transfer, WPT), сымсыз электр энергиясын беру, сымсыз энергияны беру (WET) немесе электромагниттік қуатты беру – физикалық байланыс ретінде сымдарсыз электр энергиясын беру. Сымсыз электр беру жүйесінде электр қуатымен жабдықталған тарату құрылғысы уақыт өзгеретін электромагниттік өріс тудырады, ол кеңістікте қуатты қабылдау құрылғысына жеткізеді; қабылдау құрылғысы өрістен қуатты алады және оны электр жүктемесіне береді. Сымсыз электр қуатын беру технологиясы сымдар мен батареяларды пайдалану қажеттілігін жояды, соның арқасында барлық пайдаланушылар үшін электрондық құрылғылардың ұтқырлығын, қолайлылығын және қауіпсіздігін арттырады. Сымсыз қуат беру, сымдардың қосылуы ыңғайсыз, қауіпті немесе мүмкін емес жағдайларда электр құрылғыларын қуаттандыру үшін пайдалы. Сымсыз қуаттандыру әдістері негізінен екі санатқа бөлінеді: жақын және алыс өріс. Жақын өрістегі немесе сәулеленбейтін әдістерде қуат қысқа қашықтыққа магниттік өрістер арқылы сым орамалары арасындағы индукциялық байланыс немесе металл электродтар арасындағы сыйымдық байланыс арқылы электр өрістері арқылы беріледі, немесе лазер сәулелері арқылы беріледі. Бұл әдістер энергияны ұзақ қашықтыққа жеткізе алады, бірақ қабылдағышқа бағытталуы керек. Бұл типтегі қолданыстарға күн энергиясымен жұмыс істейтін спутниктер және сымсыз қуатпен жұмыс істейтін ұшқышсыз әуе кемелері жатады. Барлық сымсыз қуат жүйелерімен байланысты маңызды мәселе – адамдардың және басқа тірі ағзалардың зиянды электромагниттік өрістерге ұшырауын шектеу.

Далалық аймақтар

Электр және магниттік өрістер зарядталған бөлшектермен, мысалы электрондармен туындайды. Тұрақты заряд өзінің айналасындағы кеңістікте электростатикалық өріс жасайды. Зарядтардың тұрақты тогы (тұрақты ток, DC) оның айналасында статикалық магниттік өріс тудырады. Аталған өрістерде энергия бар, бірақ олар статикалық болғандықтан қуатты жеткізе алмайды. Дегенмен, уақыт бойынша өзгеретін өрістер қуатты тасымалдай алады. Электр зарядтарының үдеуі, мысалы сымдағы электрондардың ауыспалы тогында (AC) болатындай, оларды қоршаған кеңістікте уақыт бойынша өзгеретін электр және магниттік өрістерді жасайды. Бұл өрістер қабылдағыш "антеннадағы" электрондарға тербелісті күштерді түсіреді, оларды алға-артқа қозғалтады. Бұл қуатпен жұмыс істеуге болатын ауыспалы токты құрайды. Қозғалатын электр зарядтарын қоршап тұрған, антенна құрылғысындағы тербелісті электр және магниттік өрістерді антеннадан Дранж қашықтығына байланысты екі аймаққа бөлуге болады. Аймақтар арасындағы шекара шамалы анықталған. Егер олардың "байланысуы" үшін шектеулі қашықтығында қабылдағыш құрылғы немесе сіңіретін материал болмаса, берілістен қуат шықпайды. Егер Дранж "антенналарының" арақашықтығы Дант "антенналарының" диаметрінен әлдеқайда үлкен болса, онда өте аз қуат алынады. Сондықтан, бұл техникаларды ұзақ қашықтыққа қуат беру үшін қолдануға болмайды. Резонанстық индуктивтік байланыс сияқты резонанс, антенналар арасындағы байланысты айтарлықтай арттыра алады, бұл біршама үлкен қашықтықта тиімді беруді қамтамасыз етеді. Бұл қарапайым, резонанстық емес сыйымдылықты немесе индуктивтік байланыстың практикалық қуатты тасымалдай алатын аралығы. Орташа қашықтық – антенна диаметрінен 10 есеге дейін: Дранж ≤ 10 Дант. Бұл резонанстық сыйымдылықты немесе индуктивтік байланыстың практикалық қуатты тасымалдай алатын аралығы. Алыс өріс немесе сәулелену аймағы – Антенна толқын ұзындығының (λ) шамамен 1-нен асып кеткенде, электр және магниттік өрістер бір-біріне перпендикуляр болады және электромагниттік толқын ретінде таралады; мысалдар – радио толқындар, микротолқындар немесе жарық толқындары. Бұл жиілікпен анықталады: λ = c/f. Антенна толқындардың мөлшерінен әлдеқайда кіші болатын төмен жиіліктерде f, Dant << λ, өте аз қуат сәулеленеді. Сондықтан, төмен жиілікті пайдаланатын жоғарыдағы жақын өрістегі құрылғылар өз энергиясының ешқайсысын электромагниттік сәулелену түрінде сәулелендірмейді. Монопольді немесе дипольді антенналар сияқты толқын ұзындығы Дант ≈ λ шамамен бірдей антенналар қуатты тиімді сәулелендіреді, бірақ электромагниттік толқындар барлық бағытта (омнидирекциональды) сәулеленеді, сондықтан егер қабылдағыш антенна алыс болса, сәулеленудің аз бөлігі ғана оған тиеді. Дегенмен, өрістерден айырмашылығы, электромагниттік сәулеленуді сәулелену немесе сыну арқылы сәулелерге шоғырландыруға болады. Қабылдағышты бағытталған тар сәуле түрінде шоғырландыратын жоғары пайдалы антеннаны немесе оптикалық жүйені пайдалану арқылы оны ұзақ қашықтыққа қуат беру үшін қолдануға болады. Практикалық сәулелік қуат құрылғылары сантиметрлік немесе одан кіші толқын ұзындығын қажет етеді, бұл 1 ГГц-тен жоғары жиіліктерге сәйкес келеді, микротолқындық диапазонда немесе одан жоғары. Қуат өрістің квадратына пропорционал болғандықтан, беріліп отырған қуат (Дранж/Дант)−6 ретінде төмендейді, немесе он жылда 60 дБ. Басқаша айтқанда, егер екі антеннаның арақашықтығы он есеге ұлғайса, алынған қуат 106 = 1000000 есеге азаяды. Нәтижесінде, индуктивтік және сыйымдылықты байланыс тек антенна құрылғысының диаметрінен бірнеше есе кішігірім қашықтықтағы қуатты тасымалдау үшін ғана қолданылуы мүмкін. Дипольдік антенналар таралу бағытына перпендикуляр бағытталған кезде ең жоғары сәулелену болатын сәулелену жүйесінен айырмашылығы, дипольдік өрістерде дипольдер бойлық бағытталған кезде ең жоғары байланыс пайда болады.

Индуктивті қосқыш

Индуктивті қосқышта (электромагниттік индукция немесе индуктивті қуат беру, IPT) қуат сым орамалары арасында магнит өрісі арқылы беріледі. Тағы бір қолдану саласы – адам денесіне имплантацияланған биомедициналық протездерді, мысалы, жүрек ырғағын реттегіштер мен инсулин сорғыларын, тері арқылы сымдар өткізбеу үшін «тері арқылы» зарядтау. Бұл технология электр көліктерін, мысалы, автомобильдерді зарядтауға, сондай-ақ автобустар мен пойыздар сияқты көлік құралдарын қуаттандыруға немесе зарядтауға да қолданылады. Берілетін қуат жиілікпен бірге артады. Бұл өлшемсіз параметр – L2 ашық тізбекте болғанда, таратушы орам арқылы өтетін магниттік ағымның қабылдағыш орамнан өтетін бөлігіне тең. Егер екі орам бір осьте орналасқан және жақын болса, онда барлық магниттік ағым қабылдағыш орамнан өтеді, ал байланыс тиімділігі 100%-ға жуық болады. Орамдар арасындағы арақашықтық артқан сайын, бірінші орамнан шыққан магнит өрісінің үлкен бөлігі екінші орамға жетпейді, нәтижесінде тиімділік төмендейді және байланыс тиімділігі үлкен арақашықтықтарда нөлге жақындайды. Алайда, резонанстық қосқышты пайдаланып беру қашықтығын арттыру мүмкіндігі соңғы уақытта ғана зерттелді. 2007 жылы Марин Солячич басқарыған MIT командасы екі біріктірілген, 10 МГц жиілігінде жұмыс істейтін, 25 см өзіндік резонанстық сым катушкаларынан жасалған схеманы қолданды, бұл 60 Вт қуатты (катушка диаметрінің 8 есе) қашықтыққа шамамен 40% тиімділікпен жеткізуге мүмкіндік берді. Резонанстық индуктивті қосқыш жүйелерінің негізгі идеясы – жоғары Q факторлы резонаторлар энергияны ішкі демпфингке байланысты жоғалтатын энергиядан гөрі әлдеқайда жоғары жылдамдықпен алмасады. Сондықтан, ең жоғары қуат беру бастапқы резонанстық жиілікте болмайды және осциллятор жиілігі жаңа резонанстық шыңға сәйкес реттелуі керек. Резонанстық технология қазіргі заманғы индуктивті сымсыз қуат жүйелеріне кеңінен енгізілуде.

Резонанстық сыйымдылықты қосқыш

Резонанстың көмегімен сыйымдылықты байланыс арқылы да қабылдау шегін кеңейтуге болады. 20 ғасырдың басында Никола Тесла резонанстық индуктивтік және сыйымдылықты байланыс бойынша алғашқы тәжірибелер жасады.

Электродинамикалық сымсыз қуат беру

Электродинамикалық сымсыз қуат беру (ЭДҚҚ) жүйесі механикалық резонансқа немесе айналатын тұрақты магнитке ие қабылдағышты пайдаланады. Уақыт бойынша өзгеретін магнит өрісіне түскен кезде, резонанстық магниттің механикалық қозғалысы бір немесе бірнеше электромеханикалық түрлендіру схемалары (мысалы, электромагниттік/индукциялық, пьезоэлектрлік немесе сыйымдылықтық) арқылы электр энергиясына айналады. Индуктивтік байланыс жүйелерінен, әдетте жоғары жиілікті магнит өрістерін қолданатындардан айырмашылығы, ЭДҚҚ төмен жиілікті магнит өрістерін (<1 кГц) пайдаланады, олар өткізгіш ортадан қауіпсіз өтеді және адамдарға магнит өрісінің әсер ету шегі жоғары (~2 мТрм 1 кГц жиілігінде), биомедициналық имплантаттарды сымсыз зарядтауда қолдануға үміт береді. Резонанстық жиіліктері бірдей ЭДҚҚ құрылғылары үшін қуат беру мөлшері таратушы мен қабылдағыш құрылғылары арасындағы сыни байланыс коэффициентіне толыққанды тәуелді, ол арқылы белгіленеді. Бірдей резонанстық жиіліктері бар байланыстырылған резонаторлар үшін таратушы мен қабылдағыш арасындағы сымсыз қуат беру үш режимде жүзеге асады: нашар байланысқан, сыни байланысқан және күшті байланысқан. Сыни байланыс коэффициенті нашар байланысқан режимнен сыни байланысқан режимге өскенде, ең жақсы кернеу күшейту қисызының мөлшері артады (қабылдағышта өлшенеді) және ең жоғары нүктеге жетеді, содан кейін күшті байланысқан режимге енеді, онда нүкте екіге бөлінеді. Бұл сыни байланыс коэффициенті көз және қабылдағыш құрылғылары арасындағы қашықтыққа байланысты екені көрсетілген.

Магниттік-динамикалық қосқыш

Бұл әдісте қуат екі айналмалы арматура арасында беріледі, біреуі – таратушыда, екіншісі – қабылдаушыда, олар синхронды түрде айналады және арматуралардағы тұрақты магниттер арқылы туындайтын магниттік өріс арқылы байланыстырылады. Сонымен қатар, айналатын магниттер тудыратын төмен жиілікті магниттік өрістер индуктивті байланыс жүйелері тудыратын жоғары жиілікті магниттік өрістерге қарағанда жақын орналасқан электрондық құрылғыларға аз электромагниттік кедергі келтіреді. Электрлік көліктерді зарядтаудың прототипі 2012 жылдан бері Британдық Колумбия университетінде жұмыс істеп келеді. Дегенмен, басқа зерттеушілер екі энергия түрлендірудің (электрден механикалыққа және қайтадан электрге) индуктивті байланыс сияқты электр жүйелерімен салыстырғанда жүйенің тиімділігін төмендететінін мәлімдейді. Мұндағы идея – металл-ауа интерфейсіндегі жергілікті заряд осцилляциясын қоздыру, ал нәтижесінде пайда болатын режимдер металл-ауа интерфейсі бойымен таралады. Микротолқын энергиясын электр энергиясына қайта айналдыру үшін ректенна қолданылуы мүмкін. Ректеннаның конверсия тиімділігі 95%-дан асып кеткен жағдайлар да болды. Жер айналысындағы күн энергиясы спутниктерінен Жерге энергия беру үшін микротолқынды пайдалану ұсынылған, сондай-ақ орбитадан шығып келе жатқан ғарыш кемелеріне қуат беру де қарастырылған. Микротолқын арқылы қуат берудің қиындығы – көптеген ғарыш қолданбалары үшін қажетті апертура өлшемдерінің антеннаның дифракциялық бағытталуымен шектелуіне байланысты өте үлкен болуында. Мысалы, 1978 жылғы NASA-ның күн энергиясы спутниктері туралы зерттеуінде 2,45 ГГц жиілікті микротолқын сәулесі үшін таратушы антенна мен қабылдаушы ректенна қажет болды. Бұл өлшемдерді қысқа толқын ұзындығын пайдалану арқылы азайтуға болады, бірақ қысқа толқын ұзындығы атмосфералық сіңіруде қиындықтар туғызуы және жаңбыр немесе су тамшыларымен сәуленің кедергісіне соқтыруы мүмкін. "Жұқа массив құрсауы" салдарынан бірнеше кіші спутниктердің сәулелерін біріктіру арқылы тар сәуле жасау мүмкін емес. Жердегі қолданбалар үшін 10 км диаметрлі үлкен қабылдау массиві адамның электромагниттік әсерінен қауіпсіздігі үшін ұсынылатын төмен қуат тығыздығында жұмыс істегенде үлкен жалпы қуат деңгейлерін пайдалануға мүмкіндік береді. 1 мВт/см2 қуат тығыздығы 10 км диаметрлі аумаққа таратылса, ол 750 мегаваттқа тең жалпы қуат деңгейіне сәйкес келеді. Бұл көптеген заманауи электр станцияларында кездесетін қуат деңгейі. Салыстыру үшін, осындай көлемдегі күн энергиясы фермасы күндізгі уақытта ең жақсы жағдайда 10 000 мегаватттан (шамамен) асып кетуі мүмкін. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін, қуыс магнитрон деп аталатын жоғары қуатты микротолқынды эмиттерлердің дамуымен, микротолқынды пайдалану арқылы қуат беру идеясы зерттелді. 1964 жылы микротолқынды қуатпен қозғалатын шағын тікұшақ көрсетілді. Жапон зерттеушісі Хидецугу Яги де өзі жасаған бағыттаушы антеннаны қолдана отырып, сымсыз энергия беруді зерттеді. 1926 жылдың ақпан айында Яги және оның әріптесі Синтаро Уда қазір Яги антеннасы деп аталатын жоғары пайдасы бар бағыттау массиві туралы алғашқы мақалаларын жариялады. Бұл сәулелі антенна қуат беруде аса пайдалы болмаса да, оның тамаша жұмыс сипаттамаларына байланысты телерадио және сымсыз телекоммуникация салаларында кеңінен қолданылған. Микротолқынды пайдалану арқылы жоғары қуатты сымсыз беру жақсы дәлелденген. Ондық киловаттағы тәжірибелер 1975 жылы Калифорниядағы Голдстоун терең ғарыш коммуникациялар кешенінде және жақында (1997) Реюньон аралындағы Гранд-Бассинде жүргізілді. Бұл әдістер бір километрге жуық қашықтыққа жетеді. Тәжірибелік жағдайларда микротолқынды конверсия тиімділігі бір метрде шамамен 54% құрады. 24 ГГц-қа ауысу ұсынылды, өйткені LED-ке ұқсас микротолқынды эмиттерлер өте жоғары кванттық тиімділікпен теріс кедергілерді, яғни Ганн немесе IMPATT диодтарын пайдаланады, және бұл қысқа қашықтықтағы байланыс үшін тиімді болар еді. 2013 жылы ойлап тапқан Хатем Зейне фазалық массивті антенналарды пайдалана отырып, сымсыз электр қуатын берудің 30 футқа дейін электр қуатын жеткізуін көрсетті. Ол WiFi сияқты радио жиіліктерді пайдаланады. 2015 жылы Вашингтон университетінің зерттеушілері Wi-Fi арқылы қуат беруді енгізді, бұл батареяларды зарядтады және Wi-Fi маршрутизаторларынан берілетін сигналдарды пайдалана отырып, батареясыз камералар мен температуралық сенсорларды қуаттандырды. Wi-Fi сигналдары батареясыз температуралық және камералық сенсорларды 20 футқа дейінгі қашықтықта қуаттандыра алатыны көрсетілді. Сондай-ақ Wi-Fi никель-металл гидридті және литий-ионды түйіршік батареяларын 28 футқа дейінгі қашықтықта сымсыз түрде зарядтауға қолданылуы мүмкін екені көрсетілді. 2017 жылы Федералдық коммуникация комиссиясы (FCC) сымсыз қуаттың бірінші орталық өріс радио жиілікті (RF) таратушысын сертификаттады. 2021 жылы FCC 900 МГц жиілігін пайдалана отырып, жақын және алыс өріс әдістерін біріктіретін, ауа арқылы (OTA) сымсыз зарядтау жүйесіне лицензия берді. Шамамен 1 Вт қуатты сәулелендіруге байланысты бұл жүйе түрлі сенсорлар, іздеу құралдары, детекторлар және мониторлар сияқты кішкентай IoT құрылғылары үшін арналған.

Атмосфералық плазма арнасының қосындысы

Атмосфералық плазмалық арналарды біріктіруде энергия иондалған ауа арқылы электрлік өткізгіштік арқылы екі электродтың арасында беріледі. Екі электродтың арасында теңіз деңгейіндегі атмосфералық қысымда 34 киловольт/см-ден асатын электр өрісі градиенті туындағанда электр доғасы пайда болады. Бұл атмосфералық диэлектрлік бұзылудың нәтижесінде екі электродтың арасындағы иондалған плазма арнасы арқылы кездейсоқ траекториямен электр тогы ағылады. Мысалы, табиғи найзағай осыған ұқсас: бір электрод бұлттағы нақты емес нүкте, ал екіншісі – Жердегі нүкте. Лазерлік индукцияланған плазма арнасы (ЛИПК) зерттеулері қазіргі уақытта жоғары жылдамдықты лазерлерді пайдаланып, ауа арқылы плазма арнасын жасауды күштендіру, электр доғасын бағыттау және токты белгілі бір жолмен басқару мақсатымен жүргізілуде. Лазерлік энергия атмосфералық диэлектрлік бұзылу кернеуін төмендетіп, ауаны қатты қыздыру арқылы нашар оқшаулағышқа айналдырады, бұл ауаның тығыздығын төмендетеді. Бұл жаңа процеске лазерлік найзағай тартқыш ретінде, бұлттардан найзағай оқиғаларын зерттеу үшін, жасанды атмосфералық таралуды зерттеу үшін, дәстүрлі радиоантенналардың орнына, электрлік дәнекерлеу және өңдеу салаларында, жоғары кернеулі конденсаторлардың разрядтарынан қуатты аудару үшін, жер арқылы электрлік өткізгішті пайдаланатын бағытталған энергия қарулары үшін және электрондық қарсылық шаралары үшін қолданылу мүмкіндігі зерттелуде.

Энергияны жинау

Сымсыз қуат беру саласында энергия жинау, сондай-ақ қуат жинау немесе энергияны іздеу деп те аталады, – бұл қоршаған ортадан алынатын энергияны электр қуатына түрлендіру процесі. Негізгі мақсаты – кішкентай, автономды сымсыз электрондық құрылғыларды қуатпен қамтамасыз ету. Қоршаған ортадан алынатын энергия көздері – жақын маңдағы электр жабдықтарынан таралатын шашыраған электр және магниттік өрістер, радио толқындар, жарық, жылу энергиясы (жылу) немесе құрылғының дірілдеуі немесе қозғалысы сияқты кинетикалық энергия болуы мүмкін.

19 ғасырдағы даму және тұйық жолдар

19 ғасырда теориялардың көптеген дамулары мен электр энергиясын қалай жеткізуге болады дегенге қатысты қарсы теориялар пайда болды. 1826 жылы Андре Мари Ампер тоқ пен магниттер арасындағы байланысты ашты. Майкл Фарадей 1831 жылы индукция заңы арқылы, уақыт бойынша өзгеретін магнит ағыны өткізгіш контурдағы токқа қозғалтқыш күштің әсерін көрсететінін сипаттады. Сымсыз электр энергиясын жеткізуді көптеген ойлап табушылар мен тәжірибешілер байқады, бірақ біртұтас теорияның болмауы осы құбылыстарды электромагниттік индукциямен байланыстырды. Осы құбылыстардың нақты түсіндірмесі 1860 жылдары Джеймс Клерк Максвеллдің Максвелл теңдеулері арқылы келді, ол электр мен магнетизмді электромагнетизмге біріктіретін теорияны құрды және электромагниттік толқындардың электромагниттік энергияның «сымсыз» тасымалдаушысы болатынын болжады. 1884 жылы Джон Генри Пойнтинг Пойнтинг векторын анықтады және электр магниттік сәулелену арқылы қуат ағынын сипаттайтын, сымсыз қуат беру жүйелерін дұрыс талдауға мүмкіндік беретін Пойнтинг теоремасын ұсынды. Бұған Генрих Рудольф Герцтің 1888 жылғы теорияны растауы ілесуші болды, ол радио толқындарының дәлелдерін қамтыды. Екі ойлап табушының патенттерінде «жер тогы» арқылы қайтару жолымен байланыстырылған бұл қабаттың сымсыз телеграфқа мүмкіндік беретіні, сондай-ақ жасанды аккумуляторларды алмастырып телеграфқа қуат беруге, жарықтандыру, жылу және қозғалтқыш қуатына қолдануға болатыны көрсетілді. Амос Долбиардың 1879 жылғы жер астынан электр өткізгішін пайдаланып, шамамен 250 метр қашықтықта сигнал беруге мүмкіндік берген магниттік электр телефоны, өткізгіш арқылы сымсыз хабар таратудың практикалық мысалы болды.

Никола Тесла

1890 жылдан кейін өнертапқыш Никола Тесла электр қуатын индуктивті және сыйымдық байланыс арқылы беруді тәжірибеледі. Ол үшін ол ұшқынмен қоздырылатын радиожиілікті резонанстық трансформаторларды қолданды, қазір бұл Тесла орамдары деп аталады, олар жоғары айнымалы ток кернеуін тудырады. Ол жақын өрістегі индуктивті және сыйымдық байланысқа негізделген сымсыз жарықтандыру жүйесін жасауға тырысты. Ол таратушының LC тізбегімен резонансқа келтірілген қабылдағыш LC тізбектерін пайдалану арқылы шамды жағу қашықтығын арттыра алатынын анықтады. Бірақ оның резонанстық индуктивтік байланыс әдісі қазір электроникада кеңінен қолданылады және қазіргі уақытта қысқа қашықтықтағы сымсыз қуат жүйелеріне қолданылуда. Тесла электр қуатын үйлер мен зауыдтарға тікелей, ұзақ қашықтыққа жеткізе алатын сымсыз электр тарату жүйесін жасады. Ол бастапқыда Махлон Лумистің идеяларын қабылдаған сияқты, биіктікте ауадағы жіберу және қабылдау электродтарын орнату үшін шарлардан тұратын жүйені ұсынды, ондағы қысым оған жоғары кернеуді (миллиондаған вольт) ұзақ қашықтыққа жіберуге мүмкіндік береді деп ойлады. Төмен қысымды ауаның өткізгіштік қасиеттерін одан әрі зерттеу үшін ол 1899 жылы Колорадо-Спрингсте биік жерде сынақ алаңын құрды. Ол онда мегавольт диапазонында жұмыс істейтін үлкен ораммен тәжірибелер жүргізді, сондай-ақ найзағайдың электрондық шуына жасаған бақылаулары оны бұрыс қорытындыға келтірді. Оның бақылаулары оны бірнеше жүз фут биіктіктегі орамда қолданылатын жоғары кернеудің "ауа қабатын бұзуына" әкеліп соқты, атмосфералық қайтару тізбегін жасау үшін шарларға ілінген шақырымдаған кабельдердің қажеттілігін жойды. Келесі жылы Тесла "Әлемдік сымсыз жүйе" жобасын ұсынды, ол ақпаратты және қуатты бүкіл әлемге таратуға тиіс болды. 1901 жылы Нью-Йорктің Шорхэм қаласында ол үлкен жоғары кернеулі сымсыз электр стансасын салуға тырысты, қазір бұл Уорденклифф мұнарасы деп аталады, бірақ 1904 жылға қарай инвестициялар тартылып, нысан ешқашан аяқталмады.

Жақын өріс және радиациялық емес технологиялар

Жақын орналасқан сым орамалары арасындағы индуктивті қуат беру – 1800 жылдары трансформатор ойлап табылғаннан бері қолданылып келе жатқан сымсыз қуат беру технологиясының ең алғашқы түрі. Индукциялық қыздыру 1900 жылдардың басынан бері қолданылып келеді және индукциялық пісіруде пайдаланылады. Сымсыз құрылғылардың пайда болуымен электр тіс щеткалары мен электрлік бритва сияқты ылғалды ортада қолданылатын құрылғылар үшін индукциялық зарядтау тұғырлары жасалды, бұл электр тогының соғу қаупін жоюға мүмкіндік берді. Индуктивті қуат берудің ең алғашқы қолданылған түрлерінің бірі – электр локомотивтерін қуаттандыру болды. 1892 жылы Морис Хутин мен Морис Леблан 3 кГц жиілікте резонанстық орамаларды индуктивті түрде рельс желісіне қосып, пойызды сымсыз қуаттандыру әдісін патенттеді. 1960 жылдардың басында резонанстық индукциялық сымсыз энергия беру, кардиостимуляторлар және жасанды жүректер сияқты имплантацияланатын медициналық құрылғыларда сәтті қолданылды. Алғашқы жүйелер резонанстық қабылдау орамасын пайдаланса, кейінгі жүйелер резонанстық беру орамаларын да қолданды. Бұл медициналық құрылғылар төмен қуатты электрониканы пайдалана отырып, жоғары тиімділікке қол жеткізеді, сонымен қатар орамалардың шалғай орналасуына және динамикалық бұрылуына төтеп бере алады. Имплантацияланатын қолданбаларда орамалар арасындағы қашықтық көбінесе 20 см-ден кем болады. Бүгінде резонанстық индукциялық энергия беру коммерциялық түрде қол жетімді көптеген медициналық имплантацияланатын құрылғыларды қуатпен қамтамасыз ету үшін кеңінен қолданылады. Алғашқы пассивті RFID (Радиожиілік идентификация) технологиясын Марио Кардулло (1973) және Коэль және тағы басқалар (1975) ойлап тапты, ал 1990 жылдары жақындық карталары мен байланыссыз смарт-карталарда қолданыла бастады. Соңғы онжылдықтарда ұялы телефондар, планшеттер және ноутбуктер сияқты портативті сымсыз байланыс құрылғыларының таралуы осы құрылғыларды зарядтау кезінде розеткаға қосу қажеттілігін жою үшін орташа қашықтықтағы сымсыз қуаттандыру және зарядтау технологиясын дамытуға серпіліс берді. 2008 жылы Сымсыз қуат консорциумы (Wireless Power Consortium) өндірушілер арасында өзара үйлесімді стандарттарды әзірлеу үшін құрылды. Сымсыз құрылғы жазық зарядтау тақтасына (мысалы, кафелердегі үстелдерге орнатылатын) орналастырылады және қуат зарядтағыштағы жазық орамадан құрылғыдағы ұқсас орамаға беріледі. 2007 жылы MIT-де Марин Солячич басқарыған команда 10 МГц жиілікке келтірілген 25 см диаметрлі қос резонанстық берушіні пайдаланып, 60 Вт қуатты ұқсас қос резонанстық қабылдағышқа (беруші орамасының диаметрінен сегіз есе қашықтықта) 40% тиімділікпен жіберді. 2011 жылы Рединг университетінің докторы Кристофер А. Таккер мен профессоры Кевин Уорвик Тесланың 1900 жылғы 0,645,576 патентін кішірейтіп қайта жасады және 27.50 МГц резонанстық жиіліктегі орама диаметрімен 60% тиімділікпен қуат беруді көрсетті.

Микротолқынды пештер мен лазерлер

Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін сымсыз қуат беруде аз ғана прогресс жасалды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде микротолқынды технологияның дамуы, мысалы, клистрон және магнитрон түтікшелері мен параболалық антенналар пайда болды. 1975 жылы JPL/Raytheon бағдарламасының техникалық директоры ретінде Браун 475 Вт микротолқынды қуатты бір шақырым қашықтықтағы ректеннаға бағыттап жіберу арқылы ұзақ қашықтыққа таратуды көрсетті, микротолқынды тұрақты токқа айналдыру тиімділігі 54% құрады. NASA-ның реактивті қозғалтқыш зертханасында ол Роберт Дикинсонмен бірге 26 метрлік антеннадан 7,3 x 3,5 метрлік ректенна массивіне 2,38 ГГц микротолқындар арқылы 30 кВт тұрақты ток қуатын 1,5 км қашықтыққа жіберді. Ректеннаның кіріс RF-ны DC-ге айналдыру тиімділігі 80% болды. 1983 жылы Жапония ионосфера арқылы жоғары қуатты микротолқындарды таратуды сынап көру үшін зымырандық эксперимент – Микротолқындық ионосферадағы сызықтық емес өзара әрекеттесу эксперименті (MINIX) іске қосты. Соңғы жылдары зерттеулердің басты назарында сымсыз қуатпен жұмыс істейтін әуе аппараттарын жасау тұр, ол 1959 жылы Қорғаныс министрлігінің RAMP (Raytheon Airborne Microwave Platform) жобасымен басталды.

Патенттер

, Микротолқынды қуатпен жұмыс істейтін ұшақ, Джон Э. Мартин және басқалар. (1990 ж.). , Қатты күйдегі күн энергиясын микротолқынды энергияға түрлендіретін жүйе және құрылғы, Кеннет В. Дадли және т.б. (1976 ж.). , Микротолқынды қуатты қабылдайтын антенна, Кэрролл С. Дейли (1970 ж.).