Инженерам Корейского института перспективных научных исследований и технологий (KAIST) удалось разработать индуктивную систему беспроводной зарядки, которая позволяет заряжать батарею устройств потребительской электроники, находящихся на расстоянии до 5 метров.
Как и другие индуктивные системы Qi и PMA, разработка корейских исследователей опирается на катушки приемника и передатчика, однако здесь применяется новый механизм под названием резонансная система с дипольной катушкой (DCRS), которая расширяет максимальный диапазон передачи индуктивной энергии на расстояние пяти метров. По сообщению ресурса Wired, в ходе демонстрации от системы DCRS черпали энергию 40 смартфонов одновременно, причем даже тогда, когда источник питания находился в нескольких метрах.
Новая система беспроводной зарядки является эволюционным развитием созданной исследователями Массачусетского технологического института (MIT) связанной магнитно-резонансной системы (CMRS). На момент разработки в 2007 году система CMRS, используя магнитное поле, могла передавать энергию на расстояние 2,1 м, однако она имела ряд недостатков, среди которых сложная конструкция, высокая рабочая частота и высокая чувствительность к внешней среде (температура и влажность). В то время концепт получил название WiTricity (беспроводной электричество), но имеющиеся недостатки стали серьезными препятствиями на пути к дальнейшей коммерциализации разработки.
В системах данного типа применяется пара электромагнитных резонаторов, медных катушек, формирующих магнитные поля. В процессе объединения катушек исследователям удается определить режим работы, который позволяет организовать высокоэффективную передачу энергии. При этом первичная катушка индуцирует магнитное поле, а вторичная вырабатывает электричество. Данный метод передачи энергии используется в силовых трансформаторах. Правда передача энергии осуществляется на очень близком расстоянии. Электрический ток, протекающий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле, которое действует на вторичную обмотку, индуцируя в ней электрический ток, однако это все происходит на минимальном расстоянии. Гораздо сложнее организовать передачу энергии, если увеличить расстояние между катушками. Именно здесь в игру вступает резонанс – даже на относительно небольших расстояниях нерезонансная индуктивная связь становится крайне неэффективной.
Главной целью, которую преследовал при создании DCRS профессор Чун Рим, являлся поиск путей для обхода ограничений, свойственных предыдущим системам: большая громоздкость и низкая эффективность передачи энергии. Господину Риму удалось решить обе задачи путем оптимизации структуру катушек. Его решение заключается в использовании компактных ферритовых стержней с обмоткой посередине, вместо больших петлеобразных воздушных катушек, используемых в системе CMRS. Принцип работы тот же – переменный ток высокой частоты в первичной обмотке генерирует магнитное поле, которое в свою очередь индуцирует напряжение на вторичной обмотке. Габаритные размеры прототипа системы DCRS сложно назвать небольшими – 10х20х300 см (ширинаХвысотаХдлина). Впрочем, она меньше по сравнению с CMRS, работает на более низких частотах и более устойчива к изменениям условий окружающей среды.
В ходе эксперимента эффективность передачи полностью зависела от расстояния между катушками и передаваемой энергии. Пиковая производительность в 1403 Вт электроэнергии на частоте 20 кГц достигалась на расстоянии 3 м, 471 Вт – 4 м и 209 Вт – 5м. В ходе передачи 100 Вт энергии система показала эффективность 36,9% на расстоянии 3 м, 18,7% — 4 м и 9,2% — 5 м.
«LED -телевизор с большой диагональю экрана и три вентилятора мощностью по 40 Вт каждый могут полноценно работать при условии, если система DCRS расположена на расстоянии 5м», — говорится в пресс-релизе.
Исследователи надеются, что их разработка найдет применение во многих беспроводных устройствах наряду с технологией Wi-Fi. Они предсказывают, что в будущем в зонах Wi-Fi пользователи смогут не только получить доступ в сеть, но и подзарядить свое устройство. На данном этапе остается надеяться, что исследователям потребуется сравнительно мало времени для миниатюризации и коммерциализации разработки.
Источник: Wired