טעינה אלחוטית – יש מתח באוויר
מאת:
צבי שחם, 6.1.14, 21:45
טעינה אלחוטית היא היכולת להעביר אנרגיה חשמלית בין שני גופים באמצעות השראה אלקטרומגנטית, ללא צורך בחוטים וכבלים.
למה בכלל צריך טעינה אלחוטית?
לפי הערכות שונות, בשנת 2016 צפויים להיות כ-10 מיליארד טלפונים ואלמנטים ניידים אחרים המחוברים לרשת. לכל אחד מהם יש מצבר פנימי, ולכן לכל מוצר מצורף מטען מתאים, דבר הגורם להשלכות סביבתיות משמעותיות. בכל שנה מוחלפים כ-2 מיליארד טלפונים ישנים בדגמים חדשים, והמטענים הישנים לרוב
נזרקים. ביטול הצורך בשימוש במטענים יביא לחסכון במשאבי ייצור ויקטין את הבזבוז בחמרים ובכבלים. אין ספק, שהשימוש בטעינה אלחוטית יהיה יותר נוח לפרט ויותר ידידותי לסביבה.
כיצד מתבצעת טעינה אלחוטית?
טעינה אלחוטית מבוססת על עקרון פעולת השנאי:
- אנרגיה נוצרת בסליל ראשוני המותקן במטען,
- האנרגיה מועברת ע"י צימוד השראתי (אינדוקטיבי) ונקלטת בסליל משני המותקן באלמנט הנייד,
- האנרגיה טוענת את המצבר באלמנט הנייד.
ציור 1 מתאר יישום המוכר לרבים מאיתנו מזה זמן רב: מטען אלחוטי הנמצא במברשות שיניים חשמליות. בגלל הסביבה הרטובה מסוכן להשתמש במטען חשמלי חוטי, ולכן פותח המטען האינדוקטיבי המתואר בציור. הסליל הראשוני במטען (הנמצא בבסיס המכשיר) יוצר שדה מגנטי, שעובר דרך הסליל המשני (בחלקו הנייד) ויוצר זרם חשמלי הטוען את המצבר.
ציור 1: מטען אלחוטי במברשת שיניים חשמלית
יישום נוסף הצובר תאוצה לאחרונה, הוא טעינה אלחוטית של טלפונים סלולריים. במקרה זה המטען הוא משטח מיוחד, שמותקן בו הסליל הראשוני, ובטלפון הנייד מוטמע הסליל המשני, או שהוא מוצמד אליו ע"י תוספת חיצונית. יש כבר בשוק מספר דגמים התומכים בסוג כזה של טעינה, כגון: נקסוס 4/5/7 , גלקסי
S4, S3 ועוד. ציור 2 מתאר מטען אלחוטי התואם לטלפוני נקסוס מהסדרות החדשות 4, 5 ו-7.
ציור 2: מטען אלחוטי לטלפוני נקסוס 4/5/7
העברת הספק אינדוקטיבית (כפי שתוארה לעיל) תלויה בקרבה הפיזית שבין הסליל הראשוני לסליל המשני. ככל שחלק גדול יותר של השדה המגנטי יחלוף דרך הסליל הקולט --כך תגדל כמות ההספק המועבר ביניהם (ראה ציור 3, צד שמאל). לכן, חשוב ש-2 הסלילים יהיו קרובים וצמודים זה לזה – וכאן גם המגבלה של שיטה זאת.
ציור 3: טעינה אינדוקטיבית מול טעינה תהודתית
בשנת 2006 דווחו מדענים ממכון המחקר
,MIT שהצליחו להעביר אנרגיה בצורה יעילה בין סלילים הנמצאים במרחק כמה מטרים זה מזה, ע"י שימוש בטכנולוגיית תהודה
resonance))
. תדר התהודה הוא תדר התנודות הטבעי של המעגל האלקטרוני, והרעיון היה, ש-2 מעגלי הסלילים (הראשוני והמשני) פועלים באותו תדר תהודה, דבר המגביר את ההשראה המגנטית ביניהם. בחלק הימני של ציור 3 מתוארת העברת הספק תהודתית, שבה כל הסלילים במערכת פועלים באותו תדר תהודה. כפי שנראה, ניתן להרחיק את הסלילים המשניים מהסליל הראשוני, וגם להטעין בו-זמנית כמה מהם, ובכך לשפר את יעילות מערכת הטעינה.
עד כאן הכול טוב ויפה, והעתיד נראה מאד אלחוטי... אלא שהתפתחות הטכנולוגיה הביאה בעקבותיה מלחמת תקנים, כפי שקרה בעבר בנושאים אחרים.
שלוש קבוצות מתחרות כיום ביניהן על הבכורה בקביעת תקן הטעינה האלחוטית:
- - Wireless Power Consortium (WPC)הקבוצה הוקמה בשנת 2008 במטרה לקדם את הטכנולוגיה הנקראת Qi (מבוטא "צ'י", מילה סינית שפירושה "אויר"). הטכנולוגיה שלהם מבוססת על טעינה אינדוקטיבית, למרחקים עד 4 ס"מ בין 2 הסלילים. בשנת 2009 פורסם התקן הראשון המתייחס להספקים נמוכים עד 5 וואט, וכעת הם עובדים על תקן להספק בינוני של עד 120 וואט. לקבוצה יש כ-200 חברים הכוללים יצרני טלפונים ניידים, ציוד ביתי, מצברים, רכיבים, מפעילים סלולריים ועוד. הרשימה המעודכנת נמצאת כאן, ורשימת המוצרים המאושרים (מעל 400 כיום) נמצאת כאן. מוצר נחשב מאושר (certified) רק לאחר שעבר בדיקות ע"י מעבדה מוסמכת על ידם. הלוגו של הקבוצה נראה כך:
- Power Matters Alliance (PMA) – קבוצה שהוקמה בשנת 2012 ע"י החברות פרוקטר-גמבלס ופאורמאט הישראלית. הטכנולוגיה תומכת בטעינה אינדוקטיבית וגם בטעינה תהודתית. הקבוצה מונה למעלה מ-110 חברות ממגוון דיסציפלינות, והרשימה המלאה נמצאת כאן. תוכנית לסרטיפיקציה (אישור סוג) של מוצרים נמצאת כרגע בהכנה ותפורסם ברבעון הראשון של שנה זאת (2014).
- Alliance for Wireless Power (A4WP) - קבוצה שהוקמה בתחילת 2012 במטרה לקדם את הטכנולוגיה שלהם הנקראת בשם Rezence. הקבוצה מונה כ-70 חברות, והטכנולוגיה שלהם מבוססת על תהודה מגנטית בתדר 6.78 מה"צ, ומכאן בא שמה. (אגב, לא ברור אם התדר הזה יותר לשימוש בארץ). מוצרים ראשונים ותכנית לאישורי סוג אמורה להתפרסם בתחילת שנה זאת (2014).
ראוי לציין שיש חברות המשתתפות ב-2 גופים, או בכל שלושת הגופים שצוינו לעיל, כמו
Qualcomm, HTC, LG ,
Samsung.
ומה עושה ארגון התקינה העולמי IEEE?
הוא הקים קבוצה הנקראת:
IEEE Wireless Power and Charging Systems Working Group (WPCS-WG), שמתכננת לפרסם תקן, שייקרא
IEEE P2100.1. לפי ניסיון העבר, כנראה שהתקן יהיה תואם לכל 3 הקבוצות, כדי לא להסתכסך עם אף אחד. מתי התקן יפורסם? לא ידוע.
ומה התחזית?
סביר להניח, שבקרוב נראה פריסה של תחנות לטעינה אלחוטית בבתי קפה ומקומות ציבוריים אחרים, כפי שכבר קיימת בכמה מקומות בעולם (לדוגמה: במק-דונלנדס וסטארבאקס). יותר ויותר יצרני טלפונים ישלבו טכנולוגיה זו או אחרת במוצרים שלהם, כפי שגם יקרה במכוניות ואמצעי תחבורה ציבורית (אוטובוסים, רכבות ומטוסים).
בקיצור, יהיה הרבה מתח באוויר.
מאת:
צבי שחם,
,M.Sc. ינואר 2014.
מרצה ויועץ, מחבר הספר
תקשורת בעידן ה- IP
zvi.shacham@gmail.com
www.zvish.com
