Il concetto di trasferimento wireless di energia è conosciuto già da diverso tempo, più di 100 anni per la precisione, e risale all'invenzione della bobina di Tesla. Probabilmente, il luogo in cui si può vedere più frequentemente realizzato il concetto di alimentazione senza fili, o accoppiamento induttivo, sono le mura domestiche, sugli spazzolini elettrici. Di recente è stato utilizzato anche in molte altre applicazioni e numerose aziende stanno esplorando le possibilità di utilizzo tecnologico. Un fattore chiave nella trasmissione wireless di energia è l'efficienza: per poter definire efficace il sistema, una grande porzione dell'energia trasmessa dal generatore deve arrivare al dispositivo di ricezione. I due tipi di processi di accoppiamento induttivo che possono essere utilizzati per il trasferimento wireless in campo vicino sono l'accoppiamento induttivo standard e l'accoppiamento induttivo risonante. Generalmente, l'accoppiamento induttivo standard è molto meno efficiente e praticabile a una distanza di comunicazione relativamente breve, in quanto la maggior parte del flusso magnetico non è collegato fra le bobine e i campi magnetici decadono velocemente. L'accoppiamento induttivo risonante offre una maggiore efficienza (fino al 95%) e funziona anche a distanze relativamente lunghe (vari metri), dato che la bobina risonante riduce sensibilmente le perdite di energia consentendo il trasferimento dell'energia da una bobina all'altra.
Accoppiamento induttivo standard
L'accoppiamento induttivo standard utilizza due conduttori considerati accoppiati induttivamente in modo reciproco o accoppiati magneticamente, quando configurati, così da utilizzare l'induzione elettromagnetica, ovvero un cambiamento del flusso di corrente causato dal fatto che un filo induce una tensione alle estremità dell'altro filo. Il livello di accoppiamento indotto fra i conduttori è la loro mutua induttanza. Se si avvolgono i fili in bobine e si collocano tutte le bobine vicine lungo un asse comune, per far sì che il campo magnetico di una bobina attraversi l'altra, si può aumentare l'accoppiamento. Questa forma di accoppiamento induttivo è efficace per le sorgenti di energia a bassa frequenza e a corto raggio. L'interconnessione wireless tramite accoppiamento induttivo standard ha lo svantaggio di raggiungere le prestazioni più elevate a bassa potenza e con piccole dimensioni.
Accoppiamento induttivo risonante
La risonanza viene utilizzata per aumentare la distanza a cui può essere effettuato un trasferimento di energia efficiente. A medio raggio, il trasferimento wireless di energia elettrica in campo vicino può essere effettuato utilizzando un accoppiamento induttivo risonante, che, in modo analogo, utilizza una struttura a due bobine. Tuttavia, in questo caso, le bobine sono sintonizzate in modo da risonare alla stessa frequenza e produrre un trasformatore di risonanza o risonante con un elevato valore Q. L'energia viene trasmessa fra le due bobine risonanti. Se si fa "suonare" una bobina con una corrente oscillante, essa genera un campo magnetico oscillante. Dato che la bobina è altamente risonante, l'energia si smorza abbastanza lentamente, ma collocando una seconda bobina vicino alla prima, la maggior parte dell'energia viene trasferita alla seconda bobina prima di andar persa. Questo avviene anche se le bobine sono collocate a una certa distanza. Sul fronte dei semiconduttori, Texas Instruments al momento utilizza la tecnologia della risonanza magnetica nella gamma di dispositivi per alimentazione wireless bqTESLA, che include i circuiti integrati sia di un ricevitore che di un trasmettitore per ricaricare senza contatto. Questo consente di caricare i dispositivi elettronici portatili con un picco di efficienza del 93% e con un ridotto aumento della temperatura all'interno del sistema, pur mantenendo correnti di carica compatibili a un adattatore c.a. standard.
Applicazioni
C'è un crescente interesse per le possibilità dell'alimentazione wireless e si stanno cercando molte applicazioni nuove e innovative, incluse quelle per i negozi in cui i dispositivi o i prodotti possono essere alimentati o caricati letteralmente mentre sono sugli scaffali. Per esempio, ci potrebbero essere riviste intelligenti munite di chip, progettate per attirare l'attenzione dei potenziali acquirenti e aumentare il loro interesse (ad esempio grazie a elementi luminosi sulla copertina) che possono essere alimentate senza bisogno di fili e rimanere sempre sullo scaffale, oppure giocattoli a batteria che si ricaricano automaticamente e sono sempre pronti per eventuali dimostrazioni. Un'applicazione estremamente interessante è quella di caricare gli smartphone o altri dispositivi consumer portatili utilizzando una custodia di ricarica wireless collocata sul dispositivo e che contiene metà della tecnologia di ricarica, vale a dire una delle bobine utilizzate nel concetto di accoppiamento induttivo per consentire il trasferimento wireless di energia. Tuttavia, aziende come Panasonic e Duracell stanno spingendosi ancora più in là. Panasonic, di recente, ha presentato un tavolo di ricarica induttiva a luce solare capace di caricare tutti i dispositivi portatili che vi vengono appoggiati. Il pannello di ricarica del tavolo si collega direttamente alla batteria del dispositivo senza bisogno di alcuna custodia, accoppiamento o accessorio aggiuntivo, in quanto i circuiti del ricevitore sono integrati nelle batterie stesse. Un prodotto di questo genere può diventare molto popolare in ristoranti, bar o sale d'attesa degli aeroporti e in tutti i luoghi pubblici in cui le persone sarebbero ben felici di poter ricaricare i propri dispositivi mobili. Recentemente Duracell ha annunciato la sua Power WiCC (Wireless Charging Card, ovvero scheda di ricarica wireless), ed è una scheda con un fattore di forma sottilissimo, che può adattarsi a qualsiasi dispositivo e include tutti i circuiti necessari per la ricarica wireless, mentre raddoppia come antenna NFC (Near-Field Communications).
Standard
Una cosa importante per la domanda futura del settore è che esiste già uno standard per caricare i dispositivi a bassa potenza grazie al Wireless Power Consortium (WPC), che venne istituito nel 2008 per progredire nella standardizzazione della tecnologia di ricarica wireless. Lo standard crea interoperabilità fra i dispositivi che forniscono e ricevono l'alimentazione. Al momento lo standard sta venendo esteso alle applicazioni a media potenza. Sebbene le specifiche originali a bassa potenza forniscano alimentazione fi no a 5 W, le specifiche a media potenza sono progettate per fornire alimentazione fino a 120 W, e questo le rende ideali, ad esempio, per gli elettrodomestici della cucina.
Auto elettriche e futuro
Un'ultima area, incredibilmente entusiasmante, è quella della ricarica wireless dei veicoli elettrici, grazie a punti di ricarica collocati nei garage o nei parcheggi pubblici. I punti di ricarica non devono essere necessariamente allineati in modo preciso con il ricevitore sotto l'auto. A lungo termine, a seconda di quante difficoltà ancora da superare si presenteranno a livello amministrativo nazionale e locale, si cercherà di sviluppare una versione micro-caricante, che potrebbe rendere possibile l'integrazione delle piastre di caricamento lungo e strade pubbliche, così da caricare i veicoli EV/HEV (elettrici ed elettrici ibridi) anche mentre sono in movimento. Questo scenario, chiaramente, non potrà avvenire nell'immediato futuro, ma il potenziale di questa tecnologia è enorme.
