Et system til robust og effektiv trådløs strømoverførsel

Nuværende metoder til opladning af elektroniske enheder via trådløs teknologi fungerer kun, hvis de overordnede systemparametre er konfigureret til at matche en bestemt overførselsafstand. Som resultat, disse metoder er begrænset til stationære kraftoverførselsapplikationer, hvilket betyder, at en enhed, der modtager strøm, skal opretholde en bestemt afstand fra kilden, der leverer den, for at strømoverførslen skal lykkes.

Forskere ved Stanford University har for nylig udviklet en ny teknik, der kunne muliggøre mere effektiv trådløs strømoverførsel uanset afstanden mellem en enhed og dens strømkilde. Deres papir, udgivet i Naturelektronik , kunne hjælpe med at overvinde nogle af de nuværende begrænsninger for eksisterende værktøjer til trådløs opladning af elektroniske enheder.

"Hovedformålet med vores undersøgelse var at overvinde barrieren for dynamisk trådløs opladning, "Sid Assawaworrarit, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Vores idé er baseret på paritetstidssymmetri (PT-symmetri), som vedrører systemer med afbalanceret gevinst og tab. "

I en af ​​deres tidligere undersøgelser, Assawaworrarit og hans kollega Shanhui Fan introducerede et ikke-lineært PT-symmetrisk kredsløb, der kunne levere robust trådløs kraftoverførsel, vedligeholde denne kapacitet, selv når en enhed hurtigt bevæger sig rundt i et givet rum. Mens deres system opnåede lovende resultater, dens samlede effektivitet var langt fra tilfredsstillende. I deres nye undersøgelse, forskerne introducerede en designstrategi, der gør deres tidligere udviklede system mere robust og effektivt.

"Vores systems robusthed blev opnået ved at inkorporere en forstærker som et forstærkningselement i kildesiden af ​​vores foreslåede trådløse kraftoverførselssystem, "Assawaworrarit forklaret." Forstærkningen gør det muligt at opbygge svingninger i systemet over tid, hvor svingningsfrekvensen er den, der vokser hurtigst. Dette ligner det, der sker i en oscillator, bortset fra at strømkilden og belastningen er adskilt i rummet. "

Systemets egenfrekvens er den frekvens, hvormed et system fungerer godt, og som letter effektiv overførsel af strøm til en enhed. I det system, forskerne har udtænkt, denne svingningsfrekvens tilpasser sig selv til de skiftende forhold, som kan være bevægelsen af ​​enheden, der modtager strøm i tidsmiljøet under millisekunder, og dermed opretholde et effektivt overførselspunkt, selv når enheden er under hurtig bevægelse.

"Vores systems høje effektivitet blev opnået ved omhyggeligt at designe dets forstærkningselement, "Assawaworrarit sagde." En forstærker på hylden, som blev brugt i vores tidligere arbejde, genererer en forstærket version af et indgangssignal ved at udskære en del af dens jævnstrømforsyning, der ikke går ud som svingninger ved udgang, og har derfor lav effektivitet typisk i størrelsesordenen 50% eller lavere. "

Brug af switch-mode forstærkere, Assawaworrarit og Fan var i stand til at forhindre effektivitetstabet, der hindrede den samlede ydeevne af kredsløbssetningen, de udviklede i deres tidligere forskning. Forstærkerne, de brugte, forhindrede dette tab af effektivitet ved at betjene en transistor som en kontrolleret switch, som ikke bruger strøm både når systemet er tændt eller slukket.

"Switch-mode forstærkere, imidlertid, er normalt designet til et smalt frekvensbånd, på grund af behovet for at tilfredsstille en effektiv koblingstilstand og udgangseffekt, som typisk er følsomme over for frekvens, "Assawaworrarit sagde." Med det rigtige kredsløbsdesign, bidrag fra kobling og egenfrekvensvariationer i overførselsafstanden annulleres, og derfor, den effektive omskiftningstilstand kan opretholdes for en bred vifte af overførselsafstand. "

Den vigtigste fordel ved det nye system til trådløs opladning, som forskerne har udtænkt, er dets robusthed, uanset hvor langt en enhed er fra strømkilden. Systemet kan hurtigt tilpasse sig på en under-millisekunders tidsskala, hvilket betyder, at det kan muliggøre fjernadgang til trådløs opladning, selv når en enhed bevæger sig ved meget høje hastigheder, for eksempel, hvis den pågældende enhed er en bil, der kører hurtigt på en motorvej.

"Denne undersøgelse repræsenterer betydelige bidrag både i teori og praksis, "Fan, den anden forsker, der er involveret i undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Med hensyn til teoretiske bidrag, vores arbejde peger på vigtigheden af ​​ikke-linearitet for dynamikken i PT-symmetriske systemer. På den praktiske side, vores arbejde repræsenterer et stort skridt i retning af dynamisk trådløs kraftoverførsel ved at vise, at en sådan overførsel kan udføres både robust og effektivt. "

I en række indledende tests, det nye system opnåede bemærkelsesværdige resultater, da den effektivt kunne overføre omkring 10W strøm via trådløs teknologi til en bevægelig enhed, der var på afstande mellem 0 og 65 cm fra kilden, med en næsten konstant total effektivitet på 92%. I fremtiden, systemet kunne forbedres yderligere for at muliggøre overførsel af større mængder energi fra et endnu bredere område.

"Der er et par veje, der er værd at undersøge i vores næste undersøgelser, "Assawaworrarit sagde." For nogle applikationer, såsom opladning af en bil i bevægelse, det er fordelagtigt at have en række kildespoler indlejret under kørebanen. I et sådant tilfælde, undersøgelser af deres optimale placering og interaktion bør være nyttige. Yderligere forøgelse af mængden af ​​overført strøm er også vigtig, især til køretøjsapplikationer. "

© 2020 Science X Network