Зарядка мобільного телефону і інших малогабаритних пристроїв через електромагнітну хвилю

Реферат: Зарядка мобільного телефону і інших малогабаритних пристроїв через електромагнітну хвилю містить джерело електроенергії та адаптер змінно/постійного струму. Зарядка має великогабаритну передавальну антену в формі півпсевдосфери із кроковою намоткою, з'єднану з джерелом електроенергії, та малогабаритну приймальну антену в формі півпсевдосфери із суцільною або близькою до суцільної намоткою, з'єднану через адаптер змінно/постійного струму з мобільним телефоном і противагою. UA 114496 U (12) UA 114496 U UA 114496 U 5 Корисна модель належить до електрорадіотехніки і може застосовуватись для зарядки будь-яких малогабаритних пристроїв, які містять акумулятори. Загальновідома зарядка мобільного телефону через електромагнітну індукцію, яка є основою стандарту Qi. На Фіг. 1 схематично зображено основні конструктивні елементи зарядки через електромагнітну індукцію: де 1 - передавальна котушка індуктивності в формі площини, 2джерело електроенергії, 3 - приймальна котушка індуктивності в формі площини, 4 - адаптер змінний/постійний AC струм, 5 - мобільний телефон, 6 - можливе конструктивне об'єднання  10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 DC  елементів 3, 4 та 5. Під дією джерела електроенергії 2 через електромагнітну індукцію між котушками 1 та 3 (еквівалентно роботі трансформатора) та завдяки адаптеру 4 маємо зарядку мобільного телефону 5. Основними недоліками зарядки через електромагнітну індукцію є такі: а) відстань між передавальною 1 і приймальною 3 котушками індуктивності має бути не більше 4 см (норма стандарту Qi); б) одна передавальна котушка індуктивності може забезпечити роботу тільки однієї приймальної; в) під час зарядки користуватись мобільним телефоном за призначенням неможливо. Відомий також "Пристрій передачі електроенергії без проводів" [1], в якому між передавальною і приймальною антенами [2] діє біжуча сповільнена електромагнітна хвиля, оскільки згадані антени є сповільнюючими системами [3]. На Фіг. 2 схематично зображено "Пристрій передачі електроенергії без проводів", де 1 - передавальна антена в формі півпсевдосфери, 2 - джерело електроенергії, 3 - приймальна антена в формі півпсевдосфери, 4 - опір навантаження, 5 - заземлення. Максимальний енергетичний ефект передачі електроенергії забезпечується при рівності резонансних частот передавальної і приймальної антен. Оскільки величина резонансної частоти антени в формі півпсевдосфери визначається величиною індуктивності (кількістю витків, способом намотки і габаритами) та габаритною (геометричною) електричною ємністю антени [2], то рівність резонансних частот передаючої і приймаючої антен забезпечується ідентичністю їх намотки та габаритів. В основу корисної моделі поставлена задача замінити зарядку через електромагнітну індукцію на зарядку через електромагнітну хвилю і за рахунок цього позбавитись недоліків зарядки через електромагнітну індукцію. Поставлена задача вирішується тим, що зарядка мобільного телефону і інших малогабаритних пристроїв через електромагнітну хвилю, яка містить джерело електроенергії та адаптер змінно/постійного струму, згідно з корисною моделлю, має великогабаритну передавальну антену в формі півпсевдосфери із кроковою намоткою, з'єднану із джерелом електроенергії, та малогабаритну приймальну антену в формі півпсевдосфери із суцільною намоткою, з'єднану через адаптер змінно/постійного струму з мобільним телефоном і противагою. На Фіг. 1 схематично зображено загальновідому зарядку через електромагнітну індукцію, на Фіг. 2 - відомий пристрій передачі електроенергії без проводів - через електромагнітну хвилю, на Фіг. 3 - корисну модель, зарядку через електромагнітну хвилю. Корисна модель Фіг. 3 містить: 1 - великогабаритна передавальна антена в формі півпсевдосфери із кроковою намоткою, 2 - джерело електроенергії, 3 - малогабаритна приймальна антена в формі півпсевдосфери із суцільною намоткою, 4 - адаптер змінно/постійного струму, 5 - мобільний телефон, 6 - противага (рос. мовою "противовес") струмопровідна плівка, тонка металічна пластина будь-якої форми або металічний контакт, 7 можливе конструктивне об'єднання елементів 3, 4, 5 і 6. Розглянемо роботу корисної моделі Фіг. 3. Передавальна антена 1 збуджується джерелом електроенергії 2 і випромінює сповільнену електромагнітну хвилю. Енергія цієї хвилі приймається приймальною антеною 3 і через адаптер 4 заряджає мобільний телефон 5. Дотик до металічної пластини - противаги 6 руки користувача мобільного телефону під час розмови суттєво збільшує струм зарядки; якщо мобільним телефоном тимчасово не користуються, а зарядку слід продовжити, то мобільний телефон слід розмістити на базовому пристрої, в якому противага 6 контактує із заземленням або металічною поверхнею із суттєво більшою площею в порівнянні із площею противаги 6. Не є складною задачею об'єднати елементи 3, 4, 5 і 6 в єдиний конструктив 7 (на додатковій кришці до мобільного телефону або на чохлі до нього). Великі габаритні показники передавальної антени 1, необхідні для передачі визначеної потужності (як і визначена габаритна потужність трансформатора); малі габаритні показники приймальної антени 3 диктуються споживчими вимогами корисної моделі (габаритні показники антени 3 повинні бути суттєво меншими габаритних показників мобільного телефону). Крокова 1 UA 114496 U 5 10 15 20 25 30 намотка антени 1 і суцільна намотка антени 3 при відповідно більших габаритах антени 1 порівняно з габаритами антени 3 дозволяють забезпечити рівність резонансних частот антен 1 та 3, і тим самим забезпечити максимальну енергетичну ефективність зарядки. В експерименті з використанням корисної моделі (Фіг. 3) були задіяні наступні конструктиви і апаратура: Передавальна антена 1 з максимальним габаритом 0,14 м і мінімальним - 0,07 м; намотана дротом ПЭВ-2 0,56 з кроком намотки 0,56 мм; джерело електроенергії 2 - це нестандартний генератор із вихідним (внутрішнім) опором 120 Ом і контролем частоти зовнішнім частотоміром 43-57; потужність, яка відбиралась з мережі живлення, вимірювалась ватметром LA Crosse Technology; приймальна антена 3 з максимальним габаритом 0,04 м і мінімальним - 0,02 м; намотка суцільна дротом ПЭВ-2 0,1; адаптер змінно/постійного струму нестандартний (класичний); мобільний телефон 5; тестувалось декілька моделей: мобільний телефон DUOS (Samsung), планшет PG 41200 (hTC), смартфон Х5 (DOGEE); противага 6 - тонка металічна пластина розміром 0,050,05 м. При експериментальній зарядці одержані наступні результати: резонансна частота антен 1 і 3 склала величину f=4,43 МГц, яка визначає довжину хвилі у вільному просторі λ=67,76 м; при розрахунках резонансних частот антен 1 і 3 орієнтація була на частоти 3,5-3,8 МГц, які дозволені для аматорського радіозв'язку; потужність, яка відбиралась від мережі живлення джерелом електроенергії 2 при підключеній антені 1, склала величину 15 Вт; по індикатору зарядки тестованих пристроїв зарядка спостерігалась на відстані до передавальної антени 1 від 1,1 м до 2,2 м, причому виміряний струм зарядки мініамперметром М4200 складав величину від 50 мА до 20 мА відповідно. Передавальна антена 1 є, по суті, чвертьхвилевою антеною з довжиною чверті сповільненої хвилі, рівній мінімальному габариту антени - 0,07 м. Відстань в 1,1 м - це відстань обмеження ближньої зони (зони індукції), яка жорстко зв'язана з довжиною сповільненої хвилі Δλ=40,07 м=0,28 м та загальновідомим обмеженням зони індукції - 4Δλ=40,28 м=1,12 м. Відношення довжини хвилі у вільному просторі -λ=67,76 м до довжини сповільненої хвилі Δλ=0,28 м визначає коефіцієнт сповільнення K 35 40 45 50  67,76   242 ,  0,28 який в десятки разів більший від класичних сповільнюючих систем. Сповільнена хвиля Δλ є самою довгою, основною з групи просторових гармонік - хвиль з різними довжинами, але з однією резонансною частотою [3]. Цей факт є основою енергоефективності випромінювання електромагнітної енергії антеною 1. У свою чергу, приймальна антена 3 виділяє (вибирає) і приймає свою основну і групові гармоніки-хвилі, які також підпорядковані одній резонансній частоті, рівній резонансній частоті передавальної антени 1 [4]. Цим забезпечується загальна енергоефективність зарядки через електромагнітну хвилю. Окрім цього, обґрунтовуючи енергоефективність зарядки через електромагнітну хвилю, слід зазначити, що в процесі зарядки приймають участь електричне і магнітне поля Землі, без збудження і захвата енергії яких неможливо одержати передачу електроенергії з ККД100 % [1] і, тим більше, генерацію "вільної", надвитратної енергії [5]. Таким чином, зарядка мобільного телефону через електромагнітну хвилю зводить нанівець недоліки зарядки через електромагнітну індукцію, оскільки дозволяє: а) збільшити відстань між передавальною і приймальною антенами до декількох метрів; б) забезпечити роботу декількох приймальних антен від однієї передавальної, оскільки за межею ближньої зони (за межею зони індукції) одна чи декілька приймальних антен діють автономно від передавальної антени; в) забезпечити можливість користування мобільним телефоном за призначенням під час зарядки. У підсумку слід зазначити також, що, без енергетичних втрат, габаритні показники приймальної антени можуть бути зменшені приблизно 1,5-2 разу, збільшуючи тим самим споживчу якість корисної моделі. 55 Джерела інформації: 1. Крюк В.Г., Яцишин В.А., Бельдій М.М. Пристрій передачі електроенергії без проводів. Патент UA № 85476, 26.01.2009. (Номер международной заявки - PCT/UA 2008/000044, номер 2 UA 114496 U 5 международной публикации - WO 2009/025631 А1, номер заявки в США- 12/733,200 от 02/17/2010). 2. Крюк В.Г. Антена Крюка. Патент UA № 79626, 10.07.2007. 3. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Москва, "Высшая школа", 1970. 4. Крюк В.Г. Додаткові дослідження антени Крюка, www.riegt.org. 5. Крюк В.Г., Яцишин В.А., Бельдій М.М. Застосування пристрою безпровідної передачі електроенергії як генератора надвитратної електроенергії. Патент на корисну модель № 74089, 10.10.2012. (Номер международной заявки - PCT/UA 2011/000049, номер международной публикации - WO 2012/033474 A1). 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Зарядка мобільного телефону і інших малогабаритних пристроїв через електромагнітну хвилю, що містить джерело електроенергії та адаптер змінно/постійного струму, яка відрізняється тим, що має великогабаритну передавальну антену в формі півпсевдосфери із кроковою намоткою, з'єднану з джерелом електроенергії, та малогабаритну приймальну антену в формі півпсевдосфери із суцільною або близькою до суцільної намоткою, з'єднану через адаптер змінно/постійного струму з мобільним телефоном і противагою. 3 UA 114496 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4