• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Ett system för robust och effektiv trådlös kraftöverföring

    Utrustningen som forskarna använde för att bygga sitt system. Upphovsman:Assawaworrarit &Fan.

    Nuvarande metoder för laddning av elektroniska enheter via trådlös teknik fungerar bara om de övergripande systemparametrarna är inställda för att matcha ett specifikt överföringsavstånd. Som ett resultat, dessa metoder är begränsade till stationära kraftöverföringsapplikationer, vilket innebär att en enhet som tar emot ström måste hålla ett specifikt avstånd från källan som levererar den för att kraftöverföringen ska lyckas.

    Forskare vid Stanford University har nyligen utvecklat en ny teknik som kan möjliggöra effektivare trådlös kraftöverföring oavsett avståndet mellan en enhet och dess strömkälla. Deras papper, publicerad i Nature Electronics , kan hjälpa till att övervinna några av de nuvarande begränsningarna för befintliga verktyg för trådlös laddning av elektroniska enheter.

    "Huvudsyftet med vår studie var att övervinna barriären för dynamisk trådlös laddning, "Sid Assawaworrarit, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Vår idé är baserad på paritet-tidssymmetri (PT-symmetri), som gäller system med balanserad vinst och förlust. "

    I en av deras tidigare studier, Assawaworrarit och hans kollega Shanhui Fan introducerade en olinjär PT-symmetrisk kretsinställning som skulle kunna leverera robust trådlös kraftöverföring, bibehålla denna förmåga även när en enhet snabbt rörde sig i ett visst utrymme. Medan deras system uppnådde lovande resultat, dess totala effektivitet var långt ifrån tillfredsställande. I deras nya studie, forskarna introducerade en designstrategi som gör deras tidigare utvecklade system mer robust och effektivt.

    "Robustheten i vårt system uppnåddes genom att införliva en förstärkare som ett förstärkningselement i källsidan av vårt föreslagna trådlösa kraftöverföringssystem, "Assawaworrarit förklarade." Förstärkningen gör att svängningar kan byggas upp i systemet över tid med svängningsfrekvensen som är den som växer snabbast. Detta liknar det som händer i en oscillator förutom att strömkällan och belastningen separeras i rymden. "

    Systemets egenfrekvens är den frekvens vid vilken ett system fungerar bra och som underlättar effektiv överföring av kraft till en enhet. I systemet utarbetat av forskarna, denna svängningsfrekvens anpassar sig själv till de förändrade förhållandena, som kan vara rörelsen för enheten som tar emot ström under en millisekunders tidsskala, därmed upprätthålla en effektiv överföringspunkt, även när enheten är under snabb rörelse.

    En konceptuell ritning av det trådlösa kraftöverföringssystemet som utvecklats av forskarna. Upphovsman:Assawaworrarit &Fan.

    "Vårt systems höga effektivitet uppnåddes genom att noggrant utforma dess förstärkningselement, "Assawaworrarit sa." En förstärkare på hyllan, som användes i vårt tidigare arbete, genererar en förstärkt version av en insignal genom att skära ut en del av dess likströmskälla som inte går ut som oscillationer vid utgången, och har därmed låg verkningsgrad vanligtvis i storleksordningen 50% eller lägre. "

    Använda switch-mode förstärkare, Assawaworrarit och Fan kunde förhindra effektivitetsförlusten som hindrade den övergripande prestandan för kretsuppsättningen som de utvecklade i sin tidigare forskning. Förstärkarna som de använde förhindrade denna förlust av effektivitet genom att använda en transistor som en kontrollerad omkopplare, som inte förbrukar ström både när systemet är på eller av.

    "Switch-mode förstärkare, dock, är vanligtvis utformade för ett smalt frekvensband, på grund av behovet av att tillfredsställa ett effektivt omkopplingstillstånd och uteffekt, som vanligtvis är känsliga för frekvens, "Assawaworrarit sa." Med rätt kretsdesign, bidrag från kopplings- och egenfrekvensvariationer i överföringsavståndet avbryter, och därför, det effektiva omkopplingsvillkoret kan upprätthållas för ett stort antal överföringsavstånd. "

    Den viktigaste fördelen med det nya systemet för trådlös laddning som forskarna har tagit fram är dess robusthet, oavsett hur långt en enhet är från strömkällan. Systemet kan snabbt anpassa sig vid en tidsundersökning på under millisekunder, vilket innebär att den kan möjliggöra fjärr trådlös laddning även när en enhet rör sig med mycket höga hastigheter, till exempel, om enheten i fråga är en bil som far fram på en motorväg.

    "Denna studie representerar betydande bidrag både i teori och praktik, " Fläkt, den andra forskaren som är involverad i studien, berättade för Phys.org. "När det gäller teoretiska bidrag, vårt arbete pekar på vikten av olinearitet för dynamiken i PT-symmetriska system. På den praktiska sidan, vårt arbete representerar ett stort steg mot dynamisk trådlös kraftöverföring genom att visa att en sådan överföring kan göras både robust och effektivt. "

    I en serie inledande tester, det nya systemet uppnådde anmärkningsvärda resultat, eftersom den effektivt kunde överföra cirka 10 W ström via trådlös teknik till en rörlig enhet som var på avstånd mellan 0 och 65 cm från källan, med en nästan konstant total verkningsgrad på 92%. I framtiden, systemet kan förbättras ytterligare för att möjliggöra överföring av större mängder energi från ett ännu bredare avstånd.

    "Det finns några vägar som är värda att utforska i våra nästa studier, "Assawaworrarit sa." För vissa applikationer, som att ladda en rörlig bil, det är fördelaktigt att ha en rad källspolar inbäddade under vägbanan. I så fall, studier av deras optimala placering och interaktion bör vara användbara. Att ytterligare öka mängden kraft som överförs är också viktigt, speciellt för fordonstillämpningar. "

    © 2020 Science X Network




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com