Nova tehnologija načrtovanja brezžičnega polnjenja omogoča načrtovanje sistemov brezžičnih polnilnikov akumulatorjev na osnovi magnetne resonance, ki lahko hkrati polniti različne vrste prenosnih elektronskih naprav.
Ta tehnologija ne obljublja samo bolj kompaktnih in bolj učinkovitih polnilnih oddajnikov in sprejemnikov, ampak nudi tudi možnost načrtovanja polnilnih sistemov v 1/150 časa, kot ga potrebujemo sedaj. Poleg tega, da se bistveno skrajša čas razvoja, ta tehnologija utira pot k vključevanju funkcije kompaktnega brezžičnega polnjenja že v mobilne telefone in omogoča, da istočasno polnimo več prenosnih naprav brez kakršnih koli omejitev glede njihovega položaja glede na polnilnik.
Podrobnosti te tehnologije so bile predstavljene na 2010 konferenci Inštituta za elektroniko, informacijske in komunikacijske Engineers (IEICE), ki je bila odprta 14. septembra na Osaka Prefecture University.
Ozadje
Brezžično polnjenje je postala v zadnjih letih vse bolj zaželena tehnologija, saj so ljudje zadovoljni, če lahko preprečijo nered in nevšečnosti z uporabo električnih kablov pri polnjenju svojih mobilni telefonov, digitalni fotoaparatov, prenosnih računalnikov in druge prenosne elektronike.
Elektromagnetna indukcija in magnetna resonanca sta metodi, ki se najpogosteje uporabljata za brezžično polnjenje (slika 1). Z elektromagnetno indukcijo je magnetni pretok induciran med oddajno in sprejemno tuljavo in deluje na osnovi elektromotorne sile. Ta metoda je bila poleg ostale opreme uporabljena tudi v brezžičnih telefonih. Pomanjkljivosti te metode so, da deluje le na kratkih razdaljah, in da je potrebno usklajevati oddajno moč in moč na sprejemniku, zato se ta metoda dejansko ne razlikuje od uporabe polnilnika z žično povezavo.
Metoda z magnetno resonanco, ki je bil prvič predstavljena leta 2006, uporablja tuljavo in kondenzator (1) kot resonator za prenos električne energije s pomočjo magnetne resonance med oddajnikom in sprejemnikom. S to metodo lahko prenašamo električno energijo v razponu do nekaj metrov in ker en oddajnik lahko napaja več sprejemnih naprav, istočasno razvijajo možnosti za širok krog morebitnih aplikacij, kjer bi bilo mogoče polniti vse, od prenosne elektronike do električnih avtomobilov.
Tehnološka vprašanja
Pri načrtovanju oddajnikov in sprejemnikov za uporabo pri polnjenju z magnetno resonanco je velikost naprave odvisna od obsega tuljave, ta pa potem določa optimalno kapacitivnost kondenzatorja. Učinki stresane kapacitivnosti, ki je odvisna od oblike oddajne in sprejemne tuljave in drugih sil, kot so magnetizem v ohišju naprave ali baterij imajo zapleten vpliv na resonanco med oddajnikom in sprejemnikom. Odkrivanje teh vplivov in njihovo reševanje v projektni fazi lahko traja precej časa. Ob uporabi zelo zmogljivega osebnega računalnika (3) lahko samo izdelava osnovnega načrta za oddajnik in sprejemnik traja približno 24 ur in manjša kot je naprava, težji so izračuni. Zaradi tega je polnjenje z magnetno resonanco nepraktično za vgradnjo v mobilne telefone, kjer so miniaturni polnilni oddajniki in sprejemniki zelo občutljivi na zunanje vplive.
Poleg tega polnjenje več različnih naprav hkrati prinaša drugačno kombinacijo različnih vplivov za vsako posamezno napravo in analiza teh kompleksnih vplivov je zelo težka. Izvedba brezžičnega polnjenja za kompaktno prenosno elektroniko, ki zahteva kompleksno načrtovanje se je ustavila v glavnem zaradi tehnoloških problemov povezanih z načrtovanjem in analizo.
Na novo razvita tehnologija
Fujitsu Laboratories je razviti tehnologijo, ki dramatično skrajša čas, ki je potreben za oblikovanje oddajnika in sprejemnikov sistema za brezžično polnjenje z magnetno resonanco, poleg tega pa omogoča natančno nastavitev resonančnih razmer še v fazi načrtovanja tudi za kompaktne oddajnike in sprejemnike, ki so občutljivi na vplive bližnjih kovinskih in magnetnih predmetov.
Nova tehnologija ima naslednje značilnosti:
Združeni so simulator analize magnetnega polja, ki analizira model tuljave in simulator specializiranih vezij, ki analizira resonančne pogoje vključno z modelom kondenzatorja, kar omogoča hitro in natančno načrtovanje brezžičnih sistemov polnjenja za več polnilnih oddajnikov in sprejemnikov hkrati in to z različnimi velikostmi tuljave.
Načrtovanje brezžičnega sistema polnjenja je lahko tako avtomatizirano, da natančno ustreza želenim resonančnim zahtevam, ki temeljijo na funkciji ocenjevanja, ki poveča učinkovitost polnjenja.
Ti dve tehnologiji skupaj predstavljata prvi praktični simulator načrtovanja magnetne resonance na svetu, ki omogoča hitro in natančno načrtovanje oddajnikov in sprejemnikov glede na želene resonančne zahteve.
Rezultati
Ta tehnologija analize in načrtovanja je bila uporabljena za oblikovanje kompaktnega, tankega polnilnega sprejemnika in za izdelavo prototipov mobilnih telefonov z vgrajenim brezžičnim polnjenjem. Prototip mobilnega telefona lahko polnite kjerkoli v dosegu napajalnega oddajnika, ne glede na njegov položaj glede na napajalni oddajnik, z učinkovitostjo 85%.
Razvojni načrti za prihodnost
Fujitsu namerava še naprej uporabljati to tehnologijo analize in načrtovanja v raziskavah in razvoju na področju brezžičnih sistemov polnjenja mobilnih telefonov in drugih prenosnih naprav in načrtuje, da bo do takšni izdelki na trgu že v letu 2012. Podjetje si poleg prenosne elektronike prizadeva uporabiti rezultate tega dela tudi na drugih področjih, vključno s prenosom energije med vezji ali računalniškimi čipi in mobilnimi sistemi polnjenja električnih avtomobilov.
Nova brezžična polnilna tehnologija
2010_SE180_13
