DCRS зарядит гаджеты издалека
Все современные беспроводные зарядные устройства основаны на взаимодействии электромагнитных полей двух катушек, которое и вызывает дистанционную передачу электрического тока. Однако для этого необходимо минимальное расстояние между катушками – не более нескольких сантиметров. Из-за быстрого ослабления электромагнитного поля зарядка с увеличением расстояния становится невозможной.
Однако инженерам Корейского института перспективных научных исследований и технологий (Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) удалось создать беспроводное зарядное устройство, которое обеспечивает возможность зарядки гаджетов на расстоянии, большем на два порядка, чем обеспечивают современные коммерческие зарядники. Индуктивная система позволяет заряжать устройства на расстоянии до пяти метров (хотя и с ощутимым падением эффективности).
Принцип работы беспроводной зарядки остался тот же, однако дополнительно был применен метод резонанса с дипольной магнитной катушкой (DCRS, Dipole Coil Resonant System), что позволило значительно увеличить расстояние, на котором возможна зарядка.
Само явление резонанса хорошо известно из школьного курса физики – это резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний. Кроме того, технология позволяет заряжать не один-два гаджета, как в современных зарядных устройствах, а значительно больше, вплоть до нескольких десятков. Так, во время демонстрации системы проводилась зарядка 40 смартфонов на расстоянии в несколько метров.
Решение DCRS – это новый эволюционный этап развития системы, созданной еще в 2007 году Массачусетским технологическим институтом, которая также использовала магнитное поле и могла передавать энергию на расстояние до 2 метров, однако при этом имела много недостатков. Она имела сложную конструкцию, высокую рабочую частоту и была очень чувствительна к внешним воздействием – температуре и влажности воздуха. Концепт, который в свое время так и не получил какого-либо коммерческого распространения, носил название WiTricity. Последние новости о WiTricity поступали в 2012 году.
Новая система DCRS позволила исправить большинство недостатков WiTricity, а также увеличить в 2,5 раза рабочее расстояние. В решении применяется, так же, как и в других беспроводных системах, пара электромагнитных резонаторов, медных катушек. Данный метод передачи энергии используется в силовых трансформаторах, однако в них передача энергии осуществляется на очень близком расстоянии, и основной задачей является понижение (или повышение) напряжения, в зависимости от соотношения числа витков первой и второй катушки. Электрический ток, протекающий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле, которое действует на вторичную обмотку, индуцируя в ней электрический ток.
Во всех этих системах есть инициирующая, первичная катушка, которая производит магнитное поле, а функцией второй катушки является производство электроэнергии.
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 (Chun Rim), являлся поиск путей для обхода ограничений, свойственной системе WiTricity). Главными проблемами были большая громоздкость и низкая эффективность передачи энергии. Чун Риму удалось решить эти проблемы решить. Оба показателя улучшались путем оптимизации структуры катушек. Для этого использовались компактные ферритовые стержни с обмоткой посередине, вместо больших петлеобразных воздушных катушек, используемых в системе WiTricity.
Принцип работы при этом сохранился по сути тот же – переменный ток высокой частоты в первичной обмотке генерирует магнитное поле, которое в свою очередь индуцирует напряжение на вторичной обмотке.
Несмотря на то, что габаритные размеры прототипа системы DCRS являются весьма значительными, они составляют 3 метра в длину, 20 сантиметров в ширину и 10 сантиметров в высоту, по сравнению с WiTricity это все же меньше. Кроме того, DCRS работает на более низких частотах и более устойчива к изменениям условий окружающей среды.
Очень важным является отсутствие значительных потерь энергии при передаче на расстояние вплоть до трех метров. В ходе передачи 100 Вт энергии, как указывает издание ITCUA, система показала эффективность 36,9% на расстоянии 3 м, 18,7% — 4 м и 9,2% — 5 м. Максимальное расстояние, на котором еще функционирует процесс зарядки, составляет, по данным издания GizMag, 9 метров.
Но даже несмотря на то, что лишь 9,2% энергии передаются на расстояние 5 м, это весьма внушительное количество: в ходе испытаний этой энергии хватило бы на работу четырех среднестатических ноутбуков.
Подобные решения могут стать очень полезными для кафе, торговых центров и любых других коммерческих помещений, где полезно «задержать» человека с тем, чтобы он совершил побольше покупок. Пока встроенные в стены зарядные устройства заряжают гаджет посетителя, он — по-видимому — никуда не уйдет. Отметим, что издание ExtremeTech назвало новое устройство для зарядки «Wi-Fi for power» («Wi-Fi для энергии»).
Опубликовано 03.05.2014