Специалисты лаборатории метаматериалов Университета ИТМО и «НИИ Гириконд» показали, что можно создавать эффективные системы беспроводной передачи энергии при использовании керамических диэлектриков.
Результаты моделирования были проверены экспериментально — без использования проводов удалось зажечь светодиодиодную лампочку на расстоянии 20-30 см.
Результаты работы опубликованы в журнале AppliedPhysicsLetters.
«У нас пока только пионерские работы, но для расстояния в 20 сантиметров и мощности 1 Ватт наша система уже работает», — рассказала один из авторов статьи, научный сотрудник Университета ИТМО, Полина Капитанова.
Как работает беспроводная передача энергии сейчас
В 2007 году в журнале Science вышла статья группы профессора Массачусетского технологического института Марин Солячича, в которой ученые рассказали об удачных испытаниях беспроводной системы передачи энергии. На расстоянии более чем в 2,5 метра им удалось зажечь лампочку 60 Вт за счет резонансного взаимодействия двух медных катушек.
Одна из них была подключена к источнику переменного электрического тока, который создавал в ней распространяющееся магнитное поле. Магнитное поле доходило до второй катушки, которая была настроена на ту же самую резонансную частоту и создавало в ней переменный ток, с помощью которого зажигалась лампочка.
Этот принцип стал основной коммерческой технологии WiTricity, которую сейчас используют для беспроводных зарядок мобильного телефона. В продаже такие устройства появились недавно и пока скорее похожи на стационарные базы радиотелефонов, чем на беспроводные точки питания: для подзарядки мобильный телефон нужно аккуратно разместить на подключенной в сеть панели.
В будущем ученые обещают избавиться от необходимости физического контакта с базой, но пока это невозможно по двум причинам. Во-первых, беспроводная передача энергии на основе резонансного метода достаточно эффективна только на маленьких расстояниях (резонансные катушки внутри базы и телефона разделяет несколько сантиметров корпусов этих устройств), во-вторых, для зарядки нужно подобрать правильную взаимную ориентацию источника и приемника в пространстве.
Что сделали российские ученые
Специалисты лаборатории метаматериалов Университета ИТМО и «НИИ Гириконд» использовали тот же резонансный метод, но внесли несколько изменений в конструкцию устройства. Медные катушки они заменили на диэлектрические керамические резонаторы, в которых магнитное поле можно возбуждать с меньшими потерями энергии, а для передачи энергии использовали другие, более высокие частоты резонаторов, на которых магнитное поле обладает более сложной структурой и меньше затухает при распространении в пространстве.
Теоретическая эффективность нового подхода достигает 80%. Кроме того, предложенная российскими учеными система беспроводной передачи энергии более устойчива к изменению взаимной ориентации приемника относительно источника.
В эксперименте ученым пока удалось передать около 1 Вт мощности на расстояние 20-30 см на частотах около 2 ГГц и сейчас они начали новые испытания. «Наши коллеги из «НИИ Гириконд» разработали новые образцы керамики с большим значением диэлектрической проницаемости и малыми потерями, что позволит еще больше увеличить расстояние передачи энергии, а также перейти на рабочие частоты в области десятков МГц, безопасные для человека», — рассказала Капитанова.
Источник: ТАСС.
