Naukowcy znaleźli sposób na bezprzewodowe przesyłanie energii elektrycznej do pobliskiego poruszającego się obiektu.

Metoda może mieć zastosowanie w transporcie, urządzeniach medycznych i nie tylko. Gdyby samochody elektryczne mogły ładować się na przykład podczas jazdy autostradą, praktycznie wyeliminowałoby to obawy o ich zasięg i obniżyłoby ich koszty, być może czyniąc prąd standardowym paliwem dla pojazdów.

„Oprócz postępu w bezprzewodowym ładowaniu pojazdów i urządzeń osobistych, takich jak telefony komórkowe, nasza nowa technologia może uwolnić robotykę w produkcji, która również jest w ruchu”, mówi Shanhui Fan, profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Stanforda i starszy autor książki nauka.

„Teoretycznie można jeździć przez nieograniczony czas bez konieczności zatrzymywania się w celu naładowania…”

„Nadal musimy znacznie zwiększyć ilość energii elektrycznej przesyłanej do ładowania samochodów elektrycznych, ale być może nie będziemy musieli zbytnio zwiększać odległości” – mówi.

Grupa opierała się na istniejącej technologii opracowanej w 2007 roku w MIT do bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej na odległość kilku stóp do nieruchomego obiektu. W nowych pracach zespół bezprzewodowo przesyłał energię elektryczną do poruszającej się żarówki LED. Ta demonstracja obejmowała tylko ładunek o mocy 1 miliwata, podczas gdy samochody elektryczne często wymagają do działania dziesiątek kilowatów.

Zespół pracuje obecnie nad znacznym zwiększeniem ilości energii elektrycznej, która może być przesyłana, oraz ulepszeniem systemu w celu zwiększenia odległości przesyłu i poprawy wydajności.

Jadąc dalej far

Bezprzewodowe ładowanie rozwiązałoby poważną wadę samochodów elektrycznych typu plug-in – ich ograniczony zasięg. Tesla Motors spodziewa się, że nadchodzący Model 3 przejedzie ponad 200 mil na jednym ładowaniu, a Chevy Bolt, który już jest na rynku, ma reklamowany zasięg 238 mil. Jednak pełne naładowanie akumulatorów pojazdów elektrycznych zajmuje zwykle kilka godzin. System ładowania w miarę jazdy przezwyciężyłby te ograniczenia.

„Teoretycznie można jeździć przez nieograniczony czas bez konieczności zatrzymywania się, aby naładować”, wyjaśnia Fan. „Mamy nadzieję, że będziesz w stanie naładować swój samochód elektryczny podczas jazdy autostradą. Cewka w dolnej części pojazdu może odbierać energię elektryczną z szeregu cewek podłączonych do prądu elektrycznego osadzonego w drodze”.

Niektórzy eksperci ds. transportu przewidują zautomatyzowany system autostrad, w którym bezzałogowe pojazdy elektryczne są ładowane bezprzewodowo przez energię słoneczną lub inne odnawialne źródła energii. Celem byłoby zmniejszenie liczby wypadków i radykalna poprawa płynności ruchu przy jednoczesnym obniżeniu emisji gazów cieplarnianych.

Technologia bezprzewodowa może również wspomagać nawigację GPS w samochodach bez kierowcy. GPS jest dokładny do około 35 stóp. Ze względów bezpieczeństwa samochody autonomiczne muszą znajdować się na środku pasa, na którym osadzone byłyby cewki nadajnika, zapewniając bardzo precyzyjne pozycjonowanie satelitów GPS.

Wykonane z magnesami

Bezprzewodowy transfer mocy średniego zasięgu opiera się na sprzężeniu rezonansu magnetycznego. Tak jak duże elektrownie wytwarzają prądy przemienne poprzez obracanie zwojów drutu między magnesami, elektryczność poruszająca się w przewodach wytwarza oscylujące pole magnetyczne.

Pole to powoduje również drgania elektronów w pobliskiej cewce przewodów, przenosząc w ten sposób moc bezprzewodowo. Wydajność przenoszenia jest dodatkowo zwiększona, jeśli obie cewki są dostrojone do tej samej częstotliwości rezonansu magnetycznego i są ustawione pod właściwym kątem.

Jednak ciągły przepływ energii elektrycznej można utrzymać tylko wtedy, gdy niektóre aspekty obwodów, takie jak częstotliwość, zostaną ręcznie dostrojone podczas ruchu obiektu. Tak więc albo cewka nadawcza energii i cewka odbiorcza muszą pozostać prawie nieruchome, albo urządzenie musi być dostrajane automatycznie i w sposób ciągły, co jest bardzo złożonym procesem.

Aby sprostać temu wyzwaniu, zespół badawczy wyeliminował źródło częstotliwości radiowych w nadajniku i zastąpił je dostępnym na rynku wzmacniaczem napięcia i rezystorem sprzężenia zwrotnego. Ten system automatycznie określa odpowiednią częstotliwość dla różnych odległości bez konieczności ingerencji człowieka.

„Dodanie wzmacniacza umożliwia bardzo wydajne przekazywanie mocy w większości obszaru o długości trzech stóp i pomimo zmieniającej się orientacji cewki odbiorczej”, mówi doktorant Sid Assawaworrarit, główny autor badania. „To eliminuje potrzebę automatycznego i ciągłego dostrajania dowolnego aspektu obwodów”.

Assawaworrarit przetestował to podejście, umieszczając żarówkę LED na cewce odbiorczej. W konwencjonalnej konfiguracji bez aktywnego strojenia jasność diod LED zmniejszałaby się wraz z odległością.

W nowej konfiguracji jasność pozostawała stała, gdy odbiornik oddalał się od źródła na odległość około trzech stóp. Zespół fanów niedawno złożył wniosek patentowy na najnowsze osiągnięcie.

Grupa użyła gotowego wzmacniacza ogólnego przeznaczenia o stosunkowo niskiej sprawności około 10 procent. Mówią, że wzmacniacze wykonane na zamówienie mogą poprawić tę wydajność do ponad 90 procent.

„Możemy przemyśleć, jak dostarczać energię elektryczną nie tylko do naszych samochodów, ale także do mniejszych urządzeń na lub w naszych ciałach” — mówi Fan. „W przypadku wszystkiego, co może skorzystać na dynamicznym, bezprzewodowym ładowaniu, jest to potencjalnie bardzo ważne”.

Część prac wsparło TomKat Center for Sustainable Energy w Stanford.

{youtube}7nkOgiTxfEs{/youtube}

Źródło: Stanford University

Powiązane książki:

at Rynek wewnętrzny i Amazon