Truyền năng lượng không dây
Truyền năng lượng không dây hay truyền công suất không dây, WPT (Wireless Power Transmission) là quá trình truyền năng lượng trong một dạng nào đó xẩy ra trong một môi trường xác định, ở đó năng lượng được truyền dẫn theo một hướng từ một nguồn năng lượng đến một tải tiêu thụ mà không cần dây dẫn.
Truyền năng lượng không dây khác với truyền thông tin không dây trong viễn thông (như radio, TV, Rada, Mobilephone...), ở đó thông tin ở bên phía máy phát tuy có lớn (cỡ W, KW ) nhưng được truyền đi mọi hướng, tín hiệu có thể nằm trong một dải tần xác định, công suất tín hiệu ở đầu thu thường rất nhỏ
( cỡ nW đến µW), sau đó tín hiệu ở đầu thu thường được khuếch đại và hồi
phục lại thông tin ban đầu; còn trong lĩnh vực truyền năng lượng không dây thì truyền có định hướng, độ lớn năng lượng và hiệu suất truyền năng lượng là quan trọng nhất, ở đây tín hiệu mang năng lượng chỉ ở tại một tần số. Phần lớn các hệ thống truyền năng lượng không dây thường dựa, phát triển định luật Faraday về cảm ứng từ, một định luật cơ sở quan trọng về điện từ.
- 1864: James Clerk Maxwell tổng hợp các kiến thức kinh nghiệm quan sát được trước đó rồi thiết lập mô hình toán học về bức xạ sóng điện từ, đưa ra hệ phương trình về bức xạ sóng điện từ, về sau gọi là phương trình Maxwell.
GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -19- HV: Trần Trọng Vinh
- 1888: Heinrich Rudolf Hertz bằng thực nghiệm khẳng định về sự tồn tại của sóng điện từ. Đây có thể coi là kết quả khởi đầu về máy phát sóng điện từ để truyền thông tin.
- 1891: Nikola Tesla đã cải tiến máy phát sóng của Hertz, nhằm tạo ra máy phát truyền năng lượng không dây. Các nghiên cứu này được mô tả bằng phát minh No.454, 622, mang tên hệ thống về thắp sáng điện (System of Electric Lighting).
- 1893: Tesla đã biểu diễn về sự thắp sáng không dây cho các bóng đèn
huỳnh quang phốt pho tại triển lãm Chicago.
- 1894: Tesla đã dùng năng lượng không dây bằng phương pháp cảm ứng
điện từ (wireless resonant inductive coupling) để thắp (nung) sáng các đèn dây tóc tại các phòng thí nghiệm (35 South Fifth Avenue, 46 E.Houston Street tại New York).
- 1895: Bose truyền các tín hiệu công suất vượt qua một khoảng các cỡ
một hải lý (1,6 km).
- 1896: Tesla truyền các tín hiệu năng lượng vượt qua một khoảng các
khoảng 30 hải lý (khoảng 48 km).
- 1897: Guglielmo Marconi sử dụng trạm phát Radio để truyền tín hiệu
mật mã Morse qua một khoảng cách khoảng 6 km.
- 1897: Tesla nộp hồ sơ lần thứ nhất đăng ký phát minh về các ứng dụng đầu tiên của ông liên quan đến truyền không dây.
- 1901: Marconi truyền các tín hiệu vô tuyến qua đại dương Atlantic sử
dụng thiết bị của Tesla.
- 1902: Tesla đối chất phản đối Reginald Fessenden – phát minh giao thoa US ( U.S. Patent Interference) No. 21701 về hệ thống chiếu sáng lựa chọn tín hiệu không dây (System of Signalin (wireless)); chiếu sáng cho đèn nung nóng dây tóc (incandescent).
- 1904: Tại hội chợ thế giới St. Louis, một giải thưởng đã được trao tặng
cho một kết quả nghiên cứu ứng dụng thành công truyền năng lượng không dây
qua không gian cho mô tô bay với công suất 0,1 Mã lực (75W) đặt khoảng cách là 30 m.
- 1917: Tháp Wardenclyffe truyền năng lượng của Tesla bị ngừng hoạt
động vì không được cấp kinh phí tiếp từ chính phủ Mỹ.
- 1926: Các nhà khoa học Nhật Bản Shintaro Uda và Hidetsugu Yagi xuất
bản bài báo có nội dung liên quan đến phát kiến về cấu trúc dàn angten “tuned high-gain directional array”, sau này mang tên Yagi angten.
- 1961: Wiliam C. Brown công bố bài báo về phát triển khả năng về
truyền năng lượng không dây bằng chùm tia vi ba. Đây là một mốc phát triển khá quan trọng của WPT.
- 1964: Brown trình diễn trên báo CBS News mô hình máy bay trực
thăng thu công suất từ chùn tia viba đủ để có thể bay. Từ năm 1969 đến năm 1975, Brown đã là Giám đốc kỹ thuật của chương trình JPL Raytheon, ở đó đã phóng và truyền thành công chùm tia 30 KW qua một khoảng cách 1 hải lý với hiệu suất đạt 84%.
- 1968: Peter Glaser đề xuất truyền năng lượng không dây thu nhận từ
Mặt Trời sử dụng công nghệ chùm tia công suất (“Powerbeaming” technology). Đây được coi là thành quả đầu tiên miêu tả về vệ tinh năng
lượng mặt trời (Solar Power Satellite-SPS).
- 1971: GS. Don Otto tại đại học Auckland, New Zealand đã phát triển
một xe điện bánh hơi được cung cấp năng lượng bởi hiện tượng cảm ứng.
- 1975: Liên hợp truyền thông vũ trị Goldstone thực hiện các thí nghiệm truyền không dây đạt tới hàng chục KW.
- 1988: Một nhóm nghiên cứu về điện tử công suất do Prof. Jonh Boys
đứng đầu tại đại học Auckland ở New Zeland, phát triển một bộ biến đổi (inverter) điện tử công suất sử dụng kỹ thuật và vật liệu mới và kết luận rằng truyền công suất cảm ứng có thể thực hiện được. Bộ nguồn công suất không dây mẫu đầu tiên đã được thiết kế chế tạo. Về sau công ty thương mại của Đại học Auckland, đã nộp đơn xin patent về công nghệ này.
GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -21- HV: Trần Trọng Vinh
Chương 2: Các phương pháp truyền năng lượng sử dụng sóng điện từ
- 1990: Nhóm nghiên cứu của Prof. John Boys phát triển công nghệ mới
có khả năng cung cấp công suất cho một số động cơ xe cơ giới từ cùng một vòng dây có công suất cảm ứng và chứng minh sự hoạt động độc lập của từng thiết bị, sau đó Auckland UniServices đưa ra bằng phát minh về công nghệ này.
- 1996: Công ty Auckland UniServices phát triển hệ thống công suất
cung cấp điện sử dụng nguyên lý truyền công suất cảm ứng để nạp điện (charging) cho một số thiết bị điện tử với công suất khoảng từ 30-60 kW và cố gắng thương mại hóa ở New Zeland. Nhóm Prof John Boys đã thực hiện sản phẩm IPT BUS mang tính thương mại đầu tiên trên thế giới tại Wakarewarewa, New Zeland.
- 2001: Công ty Splashpower ở Anh Quốc đã sử dụng các cuộn dây cộng
hưởng trong một mặt phẳng để truyền hàng chục Watt vào các thiết bị gia dụng khác nhau, bao gồm cả đèn, điện thoại di động, PDA, Ipod.v.v....
- 2004: Phương thức truyền công suất cảm ứng đã được sử dụng khá rộng
rãi cho nhiều công đoạn khác nhau, doanh thu đạt giá trị khoảng 1 tỷ USD đối với lĩnh vực vật liệu bán dẫn, LCD và chế tạo màn hình plasma.
- 2007: Một nhóm nghiên cứu vật lý đứng đầu bởi Prof. Marin Soljacies,
ở MIT, đã truyền năng lượng không dây để thắp sáng một đèn điện 60W với hiệu suất 40% ở khoảng cách 2m, sử dụng hai cuộn dây có đường kính 60 cm, họ đã phát triển lý thuyết một cách tường minh hơn.
- 2008: Hãng Intel lặp lại các thí nghiệm gốc của Nikola Tesla trong năm
1894 và của nhóm Prof.John Boys trong năm 1988 bằng cách cấp điện không dây cho một bóng đèn ở khoảng cách gần đạt với hiệu suất 75%.
- 2009: Một tổ hợp mang tên tổ hợp công suất không dây (Wireless
Power Consortium) tuyên bố họ đang hoàn thiện việc thiết lập tiêu chuẩn công nghiệp mới đối với quá trình nạp điện không dây bằng công nghệ cảm ứng công suất thấp.
GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -22- HV: Trần Trọng Vinh
- 2009: Một mô hình điện phân tích đơn giản về hệ thống truyền năng lượng cộng hưởng đã được đề nghị và áp dụng cho quá trình truyền năng lượng không dây cho một số loại thiết bị điện.
- 2010: Tập đoàn Haier biểu diễn TV với màn hình LCD hoàn toàn không dây đầu tiên trên toàn thế giới tại hội chợ CES 2010 trên cơ sở về các nghiên cứu của nhóm Prof. Marin Soljacic’s về WPT và giao diện số không dây trong
nhà (WHDI).