De huidige methoden voor het opladen van elektronische apparaten via draadloze technologie werken alleen als de algemene systeemparameters zijn ingesteld op een specifieke overdrachtsafstand. Als resultaat, deze methoden zijn beperkt tot stationaire toepassingen voor krachtoverbrenging, wat betekent dat een apparaat dat stroom ontvangt een bepaalde afstand moet bewaren tot de bron die het levert om de stroomoverdracht te laten slagen.

Onderzoekers van Stanford University hebben onlangs een nieuwe techniek ontwikkeld die een efficiëntere draadloze stroomoverdracht mogelijk maakt, ongeacht de afstand tussen een apparaat en zijn stroombron. hun papier, gepubliceerd in Natuur Elektronica , zou kunnen helpen om enkele van de huidige beperkingen van bestaande tools voor het draadloos opladen van elektronische apparaten te overwinnen.

"Het belangrijkste doel van onze studie was om de barrière voor dynamisch draadloos opladen te overwinnen, "Sid Assawaworrarit, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Ons idee is gebaseerd op pariteit-tijdsymmetrie (PT-symmetrie), dat betreft systemen met evenwichtige winst en verlies."

In een van hun eerdere onderzoeken, Assawaworrarit en zijn collega Shanhui Fan introduceerden een niet-lineaire PT-symmetrische circuitopstelling die een robuuste draadloze stroomoverdracht zou kunnen leveren, deze mogelijkheid behouden, zelfs wanneer een apparaat snel in een bepaalde ruimte beweegt. Hoewel hun systeem veelbelovende resultaten boekte, de algehele efficiëntie was verre van bevredigend. In hun nieuwe studie de onderzoekers introduceerden een ontwerpstrategie die hun eerder ontwikkelde systeem robuuster en efficiënter maakt.

"De robuustheid van ons systeem werd bereikt door een versterker op te nemen als een versterkingselement in de bronzijde van ons voorgestelde draadloze energieoverdrachtssysteem, Assawaworrarit legde uit. "De versterking zorgt ervoor dat oscillaties zich in de loop van de tijd in het systeem kunnen opbouwen, waarbij de oscillatiefrequentie degene is die het snelst groeit. Dit is vergelijkbaar met wat er gebeurt in een oscillator, behalve dat de stroombron en belasting in de ruimte gescheiden zijn."

De eigenfrequentie van het systeem is de frequentie waarmee een systeem goed werkt en die een efficiënte overdracht van vermogen naar een apparaat mogelijk maakt. In het door de onderzoekers bedachte systeem, deze oscillatiefrequentie past zich automatisch aan de veranderende omstandigheden aan, wat de beweging zou kunnen zijn van het apparaat dat stroom krijgt in een tijdschaal van minder dan een milliseconde, waardoor een efficiënt overstappunt behouden blijft, zelfs wanneer het apparaat snel wordt verplaatst.

"De hoge efficiëntie van ons systeem werd bereikt door het versterkingselement zorgvuldig te ontwerpen, "Zei Assawaworrarit. "Een kant-en-klare versterker, die in ons eerdere werk werd gebruikt, genereert een versterkte versie van een ingangssignaal door een deel van de gelijkstroomvoeding uit te snijden die niet uitgaat als oscillaties aan de uitgang, en heeft dus een laag rendement, typisch in de orde van 50% of lager."

Met behulp van schakelende versterkers, Assawaworrarit en Fan waren in staat om het efficiëntieverlies te voorkomen dat de algehele prestaties van de circuitopstelling die ze in hun eerdere onderzoek hadden ontwikkeld, belemmerde. De versterkers die ze gebruikten, voorkwamen dit verlies aan efficiëntie door een transistor als een gecontroleerde schakelaar te laten werken, die geen stroom verbruikt, zowel wanneer het systeem aan of uit staat.

"Switch-mode versterkers, echter, zijn meestal ontworpen voor een smalle werkfrequentieband, vanwege de noodzaak om te voldoen aan een efficiënte schakelvoorwaarde en uitgangsvermogen, die doorgaans gevoelig zijn voor frequentie, "Zei Assawaworrarit. "Met het juiste circuitontwerp, bijdragen van koppeling en eigenfrequentievariaties in de overdrachtsafstand annuleren, en daarom, de efficiënte schakeltoestand kan worden gehandhaafd voor een breed scala aan overdrachtsafstanden."

Het belangrijkste voordeel van het nieuwe systeem voor draadloos opladen dat door de onderzoekers is bedacht, is de robuustheid, ongeacht hoe ver een apparaat van de stroombron verwijderd is. Het systeem kan zich snel aanpassen op een tijdschaal van minder dan een milliseconde, wat betekent dat het draadloos opladen op afstand mogelijk maakt, zelfs wanneer een apparaat met zeer hoge snelheden beweegt, bijvoorbeeld, als het apparaat in kwestie een auto is die te hard rijdt op een snelweg.

"Deze studie vertegenwoordigt substantiële bijdragen, zowel in theorie als in de praktijk, " Fan, de andere bij het onderzoek betrokken onderzoeker, vertelde Phys.org. "In termen van theoretische bijdragen, ons werk wijst op het belang van niet-lineariteit op de dynamiek van PT-symmetrische systemen. Aan de praktische kant, ons werk vertegenwoordigt een grote stap in de richting van dynamische draadloze vermogensoverdracht door te laten zien dat een dergelijke overdracht zowel robuust als efficiënt kan worden gedaan."

In een reeks eerste tests, het nieuwe systeem behaalde opmerkelijke resultaten, omdat het in staat was om via draadloze technologie ongeveer 10 W vermogen effectief over te dragen naar een bewegend apparaat dat zich op een afstand van 0 tot 65 cm van de bron bevond, met een vrijwel constant totaalrendement van 92%. In de toekomst, het systeem zou verder kunnen worden verbeterd om de overdracht van grotere hoeveelheden energie van een nog groter bereik van afstanden mogelijk te maken.

"Er zijn een paar wegen die het onderzoeken waard zijn in onze volgende studies, " zei Assawaworrarit. "Voor sommige toepassingen, zoals het opladen van een rijdende auto, het is gunstig om een ​​reeks bronspoelen onder de rijbaan te hebben ingebed. In zo'n geval, studies van hun optimale plaatsing en interactie zouden nuttig moeten zijn. Verdere verhoging van de hoeveelheid overgedragen vermogen is ook belangrijk, vooral voor voertuigtoepassingen."

© 2020 Wetenschap X Netwerk