Система Wi-Power для беспроводной передачи энергии на 5 метров

Команда исследователей корейского института KAIST достигла прорыва в беспроводной передаче энергии на расстоянии до 5 м между передающей и принимающей катушками. Группа специалистов под руководством профессора Чан Рима разработала резонансную систему с дипольной катушкой (DCRS). Система, имеющая максимальную выходную мощность 209 Вт при частоте 20 кГц, может одновременно заряжать до 40 смартфонов, даже если источник питания находится на расстоянии до 5 метров.

Новая система основана на магнитной резонансной системе (CMRS), изобретённой в 2007 году в Массачусетском техническом институте. В этой системе энергия передавалась на расстояние до 2.1 м. Однако попытки увеличить расстояние в системе CMRS упёрлись в технические ограничения, включающие слишком сложную конструкцию катушки (состоящую из 4 контуров: для входа, передачи, приёма и нагрузки); большие размеры резонансных катушек; применение высокой частоты (до 10 МГц) для резонанса передающей и принимающей катушек, что ведёт к низкой эффективности передачи энергии. Добротность такой системы составляет 2000, что делает резонансные катушки слишком чувствительными к окружающим условиям: температуре, влажности и приближению человека.

Профессор Рим поработал над этими проблемами и реализовал оптимальную структуру системы DCRS, состоящую из двух магнитных дипольных катушек: первичной – для индуцирования магнитного поля и вторичной – для приёма электрической энергии. В отличие от массивных и толстых петлеобразных катушек системы CMRS, в новой системе исследователи KAIST применили компактные стержни с ферритовой основой и обмоткой в центральной части. Высокочастотный переменный ток первичной обмотки генерирует магнитное поле, а вызванный магнитный поток индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

Система DCRS, имеющая габариты 3000х100х200 мм, легко масштабируется. Добротность системы -100, что в 20 раз лучше аналогичного показателя системы CMRS. Решение отлично работает на частоте 100 кГц.

Команда провела несколько экспериментов с многообещающими результатами. Например, на частоте 20 кГц максимальная мощность составила 1403 Вт на расстоянии 3 м, 471 Вт – 4 м, 209 Вт – 5 м. При передаче 100 Вт электрической мощности итоговый КПД системы – 36.9 % (3 м), 18.7 % (4 м) и 9.2 % (5 м). «Система DCRS позволяет питать большой LCD телевизор или три 40-ваттных вентилятора с расстояния в 5 м», – отмечает профессор Рим.

«Наша технология доказала возможность применения механизма беспроводной передачи энергии на расстоянии, которое ранее было недостижимо. Несмотря на то, что беспроводная передача энергии находится на ранней стадии коммерциализации и является дорогой в реализации, мы верим в будущее технологии. Сейчас повсюду имеются точки доступа WiFi. Аналогично будет и с зонами Wi-Power. Они, например, могут питать электронные устройства пользователей в ресторанах и на улицах. Мы станем использовать гаджеты повсюду без применения проводов. Мы не будем беспокоиться о подзарядке батарей», – продолжает Рим.

Команда Рима выполнила исследовательскую работу совместно с компанией Korea Hydro & Nuclear Power. В условиях атомной станции электрическая энергия была передана на управляющее оборудование и измерительные приборы (10 Вт передано на расстояние 7 м).