Sådan fungerer trådløs opladning – og gør det ikke, endnu

Selvom dagene med fastkablede vægmonterede telefoner er slut, og trådløse internetforbindelser er almindelige derhjemme og på farten, folk er stadig afhængige af ledninger for at oplade deres mobile enheder. Min forskning, og andre i marken, arbejder hen imod visionen om at fjerne netledninger ved at genoplade batterier trådløst.

Den banebrydende elektriske ingeniør Nikola Tesla forestillede sig først at sende elektricitet gennem luften uden ledninger i 1890'erne. Princippet svarer til, hvordan et radiosignal kommer fra radiostationen til din modtager – elektricitet omdannes til elektromagnetiske bølger, når de ankommer til deres destination, konverteres tilbage til elektriske signaler. Et trådløst opladningssystem ville selvom, skal sende og modtage meget mere energi end et radiosignal.

Til dato, et stort problem har været, hvor lidt strøm der er i stand til at krydse selv korte afstande på få centimeter mellem sender og modtager. Kommercielt tilgængelige trådløse opladere kræver, at brugerne placerer deres telefoner direkte på en opladningsplade; løfte dem op, som når du besvarer et telefonopkald, stopper opladningen. Mens forskere og industriingeniører udvikler planer for at overføre strøm over længere afstande, det er endnu ikke muligt at genoplade en elbil blot ved at parkere den over en ladeplade på fortovet på en rasteplads eller hjemmegarage.

Yderligere fremskridt kan være væsentligt:​​Tænk på en patient, der aldrig havde brug for at få udskiftet sit pacemakerbatteri eller et vejsystem, der kunne oplade elektriske køretøjer, mens de kører. Røgdetektorer behøver måske aldrig mere at udskifte deres batterier; at installere en ny lampe i et hjem kunne være lige så nemt som at hænge et billede op – og at finde den nærmeste stikkontakt ville ikke længere være et problem.

At få den helt rigtige justering

Forbindelsen mellem en strømsender og en modtager er afgørende for, hvor meget strøm der kan flytte fra den ene til den anden. Ideelt set – og mest effektivt – ville frekvensen, som strømmen transmitteres ved, svare til en naturlig resonansfrekvens for modtageren. Det er lidt ligesom når lastbiler kører forbi dit hus:Nogle af dem vibrerer med den rigtige frekvens for at rasle dine vinduer, men andre lastbiler glider forbi med knap en lyd.

Til trådløs opladning, en vigtig udfordring er at sørge for, at sender og modtager står korrekt på linje. Hvis de ikke er, deres frekvenser matcher muligvis ikke nøjagtigt, reducere mængden af ​​overført strøm betydeligt - eller endda til nul.

Vores forskergruppe arbejder på at udvikle elektroniske komponenter til opladere, der kan justeres – som at indstille en radio – indtil resonansfrekvenserne matcher. Systemer, der kan tunes – eller, endnu bedre, der kan mærke på egen hånd, når sendere og modtagere ikke er nøjagtigt justeret, og tune sig selv automatisk – vil være meget mere effektivt.

For eksempel, hvis en elbil parkerer oven på en batterioplader, ideelt set, strømmodtageren og senderen ville passe perfekt, i stand til at resonere ved samme frekvens. Hvis føreren parkerede på skrå, selvom, eller for langt frem eller tilbage, transmissionen vil ikke være så effektiv. I det tilfælde, enheden registrerer, at strømmen ikke overføres så godt som forventet, og kan justere komponenterne for at variere transmissionens frekvens for at gøre det bedre.

Vores arbejde vil flugte med anden forskning på andre universiteter, udvikling af hurtigopladede batterier og højeffektkontrolelektronik for at forbedre effektiviteten og effekttætheden til hurtig opladning. Det vil tage tid for alt det arbejde at bære frugt, der når ud på kommercielle markeder, men en virkelig trådløs fremtid er på vej.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.