”Trådbundna” vägar kan driva elbilar medan du kör
Ett nytt trådlöst kraftsystem kan hjälpa människor att undvika den oundvikliga röran av trassliga sladdar och erbjuda ett mer effektivt sätt att ladda elfordon på språng, enligt en ny studie.
Forskare vid Stanford University anpassade ett koncept från kvantfysik för att producera en trådlös laddare som gör något som andra trådlösa laddare inte kan: automatiskt ställa in frekvensen på radiovågen – mediet som överför kraften – för att ta hänsyn till förändringar i avståndet mellan laddningsplattan och enheten. I ett experiment visade teamet att dess system överförde kraft med 100 procent effektivitet upp till cirka 27 tum (70 centimeter).
”Räckvidden är perfekt för elbilar,” sa Sid Assawaworrarit, en doktorand i elektroteknik vid Stanford University, till WordsSideKick.com. ”Golvet i en bil är cirka 20 centimeter [8 inches] bort från vägytan. Du kan bädda in laddningsplattan under vägytan.” [Hyperloop, Jetpacks & More: 9 Futuristic Transit Ideas]
Assawaworrarit och hans kollegor rapporterade sin forskning i en studie publicerad online idag (14 juni) i tidskriften Nature.
Även om andra trådlösa laddningsenheter, som de för telefoner, redan finns, sjunker effektiviteten dramatiskt om enheten är för nära eller för långt bort från laddaren. Det betyder att en telefon måste placeras ovanpå en laddningsplatta för att fungera bäst, och en elbil måste parkeras direkt över en laddningsplatta för att laddas effektivt. Som sådan är elektroniska enheter fortfarande bundna, om än osynligt, till sin strömkälla, enligt Assawaworrarit.
Problemet ligger i utformningen av dessa trådlösa kraftsystem. De består vanligtvis av en källa, som är laddningsplattan, och en mottagare, som kan vara en telefon eller en elbil.
I källan genereras radiovågor med en viss frekvens för att excitera elektroner i en trådspole, en så kallad resonansinduktor. Mottagaren i telefonen eller elbilen har också en resonansinduktor gjord av en spole av ledningar. När de två induktorerna placeras nära varandra kopplas energin från källan till mottagaren. I mottagaren omvandlar en komponent som kallas likriktare energin från radiovågorna till användbar elektrisk energi för telefonen eller bilen.
Att hitta den optimala frekvensen för radiovågorna beror på utrustningens känslighet, avståndet mellan källan och mottagaren och deras orientering mot varandra.
När den optimala frekvensen har hittats minskar avvikelser från de variabler som används för att ställa in den, såsom att ändra avståndet mellan källan och mottagaren, överföringseffektiviteten. Assawaworrarit sa att en avstämningskrets i teorin kan byggas för att justera frekvensen, men designen är komplicerad och sätter begränsningar för hur snabbt enheten kan flyttas i förhållande till laddningsplattan.
Assawaworrarit och hans team skapade ett trådlöst kraftsystem som inte använder en källa för radiovågor, och det kräver inte heller en avstämningskrets. Det fungerar också även om avståndet mellan resonansspolarna fluktuerar, sa forskarna. [10 Technologies That Will Transform Your Life]
Forskarna åstadkom detta genom att dra nytta av ett koncept från kvantmekaniken som kallas paritetstidssymmetri, eller förkortat PT-symmetri. Liksom andra koncept från kvantvetenskapens område är det märkligt, men system byggda från det har symmetriskt arrangerade delar som antingen absorberar elektromagnetisk energi eller avger den.
I en åtföljande analys av den nya studien publicerad i tidskriften Nature, skrev Geoffroy Lerosey, en forskare vid Langevin Institute, French National Centre for Scientific Research (CNRS) och ESPCI Paris, att paritet-tidssymmetri kan fungera för att justera olika våglängder av ljus från en multimodslaser till en singelmodslaser.
Här förenklade Assawaworrarit och hans kollegor hela upplägget. De byggde ett system som har en källa och mottagare, precis som i konventionella system. Men istället för att använda radiovågor för att excitera elektroner i resonansinduktorn, använde de en förstärkare designad för att förstärka den elektromagnetiska energin i spolen. Mottagaren har en resonansinduktor och likriktare, precis som i konventionella system, sa forskarna.
Fysiken bakom PT symmetri väljer automatiskt den arbetsfrekvens som kommer att resultera i att en maximal mängd energi överförs. Det åstadkommer detta inom tiotals mikrosekunder och systemet, i sin nuvarande form, kan rymma avstånd till lite mer än 3 fot (1 meter), begränsat av användningen av närfältskoppling, enligt studien.
”Över en rad avstånd är PT-fysiken sådan att vinsterna kompenserar för förlusterna,” sa Assawaworrarit.
Även om forskarna testade sin idé både i en datorsimulering och i ett experiment med en LED-lampa, kommer det att ta lite tid för en sådan enhet att nå konsumenterna, sa de.
I sin recension noterade Lerosey att förstärkaren måste optimeras, och han ifrågasatte också om detta koncept kommer att fungera om en spole är fixerad och den andra rör sig, vilket skulle vara fallet med en elbil som kör över en väg inbäddad med laddningsplattor .
”Dessa frågor måste besvaras innan detta vackra koncept kan ha verkliga tillämpningar,” skrev Lerosey. ”Men det bygger redan en inspirerande bro mellan kvantfysikens och teknikens världar.”
Originalartikel om Live Science.
