Теперь ученые Стэнфордского университета преодолели серьезное препятствие на пути к такому будущему, передав электричество по беспроводной сети на ближайший движущийся объект. Их результаты опубликованы в журнале Nature от 15 июня.«В дополнение к развитию беспроводной зарядки транспортных средств и персональных устройств, таких как мобильные телефоны, наша новая технология может отвязать робототехнику в производстве, которое также находится в движении», — сказал Шанхуэй Фань, профессор электротехники и старший автор исследования. «Нам все еще необходимо значительно увеличить количество электроэнергии, передаваемой для зарядки электромобилей, но, возможно, нам не придется слишком увеличивать расстояние».
Группа построена на существующей технологии, разработанной в 2007 году в Массачусетском технологическом институте, для беспроводной передачи электроэнергии на расстояние нескольких футов до стационарного объекта. В новой работе команда передавала электричество по беспроводной сети на движущуюся светодиодную лампочку. В этой демонстрации использовался заряд мощностью всего 1 милливатт, тогда как для работы электромобилей часто требуются десятки киловатт. В настоящее время команда работает над значительным увеличением количества передаваемой электроэнергии и настройкой системы, чтобы увеличить расстояние передачи и повысить эффективность.
Вождение диапазонБеспроводная зарядка решит главный недостаток подключаемых к электросети электромобилей — их ограниченный запас хода.
Tesla Motors ожидает, что ее будущая Model 3 сможет проехать более 200 миль без подзарядки, а Chevy Bolt, который уже представлен на рынке, имеет заявленную дальность 238 миль. Но для полной зарядки аккумуляторов электромобилей обычно требуется несколько часов. Система зарядки по мере движения позволила бы преодолеть эти ограничения.
«Теоретически можно было водить машину неограниченное количество времени, не останавливаясь для подзарядки», — пояснил Фан. «Есть надежда, что вы сможете заряжать свой электромобиль, пока едете по шоссе. Катушка в днище автомобиля может получать электричество от ряда катушек, подключенных к электрическому току, встроенному в дорогу. "Некоторые эксперты по транспорту представляют себе автоматизированную систему автомагистралей, в которой беспилотные электромобили заряжаются по беспроводной сети от солнечной энергии или других возобновляемых источников энергии.
Цель будет заключаться в сокращении аварийных ситуаций и значительном улучшении транспортного потока при одновременном снижении выбросов парниковых газов.Беспроводные технологии также могут помочь в GPS-навигации беспилотных автомобилей.
GPS имеет точность до 35 футов. В целях безопасности автономные автомобили должны находиться в центре полосы движения, где будут встроены катушки передатчика, что обеспечивает очень точное позиционирование спутников GPS.
Магнитный резонансБеспроводная передача энергии среднего радиуса действия, разработанная в Стэнфордском и других исследовательских университетах, основана на магнитно-резонансной связи. Подобно тому, как крупные электростанции генерируют переменные токи, вращая катушки проводов между магнитами, электричество, движущееся по проводам, создает колеблющееся магнитное поле.
Это поле также заставляет электроны в соседней катушке проводов колебаться, тем самым передавая энергию по беспроводной сети. Эффективность передачи еще больше повышается, если обе катушки настроены на одну и ту же частоту магнитного резонанса и расположены под правильным углом.Однако непрерывный поток электричества может поддерживаться только в том случае, если некоторые аспекты цепей, такие как частота, настраиваются вручную во время движения объекта.
Таким образом, либо передающая энергию катушка и катушка приемника должны оставаться почти неподвижными, либо устройство должно автоматически и непрерывно настраиваться — весьма сложный процесс.Чтобы решить эту проблему, команда из Стэнфорда устранила источник радиочастоты в передатчике и заменила его коммерчески доступным усилителем напряжения и резистором обратной связи. Эта система автоматически определяет правильную частоту для разных расстояний без вмешательства человека.
«Добавление усилителя позволяет очень эффективно передавать мощность на большую часть трехфутового диапазона, несмотря на изменение ориентации приемной катушки», — сказал аспирант Сид Ассаворрарит, ведущий автор исследования. «Это устраняет необходимость в автоматической и непрерывной настройке любого аспекта схем».Assaworrarit проверила этот подход, поместив светодиодную лампу на приемную катушку. В обычной установке без активной настройки яркость светодиода будет уменьшаться с расстоянием.
В новой установке яркость оставалась постоянной, поскольку приемник удалялся от источника на расстояние около трех футов. Команда Фана недавно подала заявку на патент на последнее достижение.
Группа использовала стандартный усилитель общего назначения с относительно низким КПД около 10 процентов. Они говорят, что усилители, изготовленные на заказ, могут повысить эффективность более чем на 90 процентов.«Мы можем переосмыслить, как подавать электроэнергию не только в наши автомобили, но и на более мелкие устройства на наших телах или внутри них», — сказал Фан. «Для всего, что может выиграть от динамической беспроводной зарядки, это потенциально очень важно».
Смотрите видео: https://youtu.be/7nkOgiTxfEsСоавтором исследования также был научный сотрудник Стэнфордского университета Сяофан Ю.