Инженеры продемонстрировали практический способ использования магнетизма для передачи электричества по беспроводной сети для подзарядки электромобилей. Стационарная беспроводная зарядка EV уже была опробована и продвинута такими компаниями, как Connected Kerb в Великобритании и автопроизводителями. Также были проведены эксперименты с мобильной версией устройства. Очевидно, что чем реже EV должен останавливаться, чтобы перезарядиться, тем лучше. Но это столкнулось с проблемами эффективности преобразования энергии, когда транспортное средство движется.
Инженеры Стэнфорда сделали большой шаг к тому, чтобы сделать так, чтобы электромобили перезаряжались прямо во время движения по футуристическим магистралям, построенным для беспроводной зарядки автомобилей.
Хотя беспроводные зарядные устройства уже существуют для смартфонов, они работают только в том случае, если телефон неподвижен. Для автомобилей это было бы так же неудобно, как и нынешняя практика подключения их в течение часа или двух на зарядных станциях.
Три года назад Стэнфордский инженер-электрик Шаньхуэй Фан и Сид Ассававоррарит, аспирант его лаборатории, построили первую систему, которая могла без проводов подзаряжать объекты в движении. Однако эта технология была слишком неэффективной, чтобы быть полезной вне лаборатории.
Теперь, в Nature Electronics, два инженера продемонстрировали технологию, которая в один прекрасный день может быть расширена до мощности автомобиля, движущегося по дороге. В более близкой перспективе эта система вскоре может сделать практически возможным беспроводную подзарядку роботов, когда они перемещаются на складах и на заводских этажах, устраняя время простоя и позволяя роботам работать почти круглосуточно.
«Это значительный шаг к созданию практичной и эффективной системы для беспроводной подзарядки автомобилей и роботов, даже когда они движутся на высоких скоростях», — говорит Фан. — «Нам пришлось бы увеличить мощность, чтобы перезарядить движущуюся машину, но я не думаю, что это серьезное препятствие. Для перезарядки роботов мы уже находимся в пределах практической полезности».
Беспроводные зарядные устройства передают электричество, создавая магнитное поле, которое колеблется с частотой, создающей резонирующую вибрацию в магнитных катушках на приемном устройстве. Проблема заключается в том, что резонансная частота изменяется, если расстояние между источником и приемником изменяется даже на небольшую величину.
В своем первом прорыве три года назад исследователи разработали беспроводное зарядное устройство, которое может передавать электричество даже при изменении расстояния до приемника. Они сделали это, включив усилитель и резистор обратной связи, что позволило системе автоматически регулировать свою рабочую частоту по мере изменения расстояния между зарядным устройством и движущимся объектом.
Но эта первоначальная система была недостаточно эффективна, чтобы быть практичной. Усилитель использует так много электричества внутренне для того чтобы произвести необходимое влияние амплификации, что система передает только 10% мощности, проходящей через систему.
В своей новой статье исследователи показывают, как повысить эффективность беспроводной передачи данных системы до 92%. Ключ, как объяснил Ассававоррарит, состоял в замене оригинального усилителя на гораздо более эффективный усилитель “switch mode”. Такие усилители не являются новыми, но они привередливы и будут производить только высокоэффективное усиление при очень точных условиях. Потребовались годы переделок и дополнительной теоретической работы, чтобы разработать работоспособную схему.
Новый лабораторный прототип может по беспроводной сети передавать 10 ватт электроэнергии на расстояние двух-трех футов. Фан говорит, что нет никаких фундаментальных препятствий для масштабирования системы для передачи десятков или сотен киловатт, которые понадобились бы автомобилю. Он утверждает, что система более чем достаточно быстра, чтобы перезаряжать скоростной автомобиль.
Беспроводная передача занимает всего несколько миллисекунд — крошечную долю времени, которая потребовалось бы автомобилю, движущемуся со скоростью 70 миль в час, чтобы пересечь четырехфутовую зону зарядки.
Единственным ограничивающим фактором, по словам Фана, будет то, как быстро батареи автомобиля могут поглощать всю мощность.
Беспроводные зарядные устройства не должны представлять опасности для здоровья, потому что даже те, которые достаточно мощны для автомобилей, будут производить магнитные поля, которые хорошо соответствуют установленным требованиям безопасности. Магнитные поля могут передавать электричество через людей без ощущения чего-либо.
Хотя могут пройти многие годы, прежде чем беспроводные зарядные устройства будут встроены в автомагистрали, возможности для роботов и даже беспилотных летательных аппаратов становятся более непосредственными.
