Ученые Стэнфорда разработали новой способ беспроводной передачи электроэнергии движущимся объектам. В будущем эта технология позволит на ходу заряжать электромобили, а также персональные устройства, такие как медицинские имплантаты или смартфоны.
Возможность заряжать электрические авто при движении по дороге могла бы устранить беспокойство их потенциальных пользователей по поводу ограниченного запаса хода и значительно снизить их стоимость (в некоторых случаях батарея может составлять 40% стоимости электромобиля). Более того, потенциал такой технологи позволил бы сделать электричество стандартным топливом для всех транспортных средств.
Исследователи из Стэнфордского университета преодолели серьезное препятствие на пути к такому будущему, открыв новый метод передачи электричества по воздуху движущимся объектам.
«Помимо продвижения беспроводной зарядки транспортных средств и электронных гаджетов, таких как мобильные телефоны, наша технология поможет расширить применение подвижных роботов, – говорит профессор электротехники и старший автор исследования Шанхуи Фан. – Нам еще предстоит значительно количество электроэнергии, которая будет передана для зарядки электромобилей, но нам, возможно, не понадобится слишком увеличивать расстояние передачи».
Беспроводная передача энергии поможет избавиться от основного недостатка электрокаров – сравнительно небольшого диапазона движения на одном заряде. Например, заявленный запас хода Tesla Model 3 составляет 320 км, Chevy Bolt – 380 км, а нового Nissan Leaf 2017 года выпуска – около 250 км. Однако электромобили обычно требуют нескольких часов для полной зарядки и это ограничение можно преодолеть именно с помощью системы, которая заряжает по мере необходимости.
Беспроводная передача энергии среднего диапазона основана на магнитно-резонансной связи. Так же, как крупные электростанции генерируют переменные токи путем вращения проводных катушек между магнитами, электричество, движущееся по проводам, способно создавать магнитное поле. Это поле также приводит к колебаниям электронов в соседней катушке, тем самым передавая заряд на расстояние без проводов. Эффективность передачи можно увеличить, если обе катушки настроить на одну и ту же резонансную частоту и расположить под правильным углом.
Тем не менее, непрерывный поток электроэнергии может поддерживаться только в том случае, если некоторые аспекты системы, например – частота, настраиваются вручную по мере перемещения объекта. Таким образом, либо передающая катушка, либо катушка приемника должна оставаться практически неподвижными, в ином случае устройство должно настраиваться непрерывно в автоматическом порядке – что представляет собой достаточно сложный процесс.
Чтобы решить эту задачу, команда Стэнфорда устранила радиочастотный источник в передатчике и заменила его на коммерчески доступный усилитель напряжения и резистор обратной связи. Эта система автоматически определяет правильную частоту для разных расстояний без необходимости вмешательства человека.
Ученные продемонстрировали новую технологию, установив светодиодную лампу на приемную катушку. В обычной системе без активной настройки яркость светодиодов уменьшалась бы с расстоянием. В новой установке яркость оставалась постоянной, даже когда приемник удалялся от источника на расстояние около одно метра.
Исследователи использовали находящийся в свободной продаже универсальный усилитель с относительно низким КПД около 10%. По их словам, специальный усилитель сможет повысить эффективность до 90% и более. В настоящее время разработчики патентуют свое изобретение.
Оставить комментарий