Беспроводная передача электроэнергии в масштабе целого здания

Электромагнитная система генерирует два отдельных трехмерных магнитных поля. Одно движется по кругу вокруг центрального полюса комнаты, а другое кружится по углам, передвигаясь между соседними стенами

Мир находится в шаге, когда электрические шнуры уйдут в прошлое. Исследователи из Мичиганского и Токийского университетов разработали безопасный способ беспроводной передачи электроэнергии в пространстве. Стало возможным целые здания превратить в зоны беспроводного питания электроприборов.

В исследовании из Nature Electronics [1] утверждается, что с помощью магнитных полей можно создать беспроводную электросеть мощность 50 Вт. Авторы говорят, что кроме телефонов и ноутбуков, эта технология будет питать имплантированные медицинские устройства и откроет новые возможности для мобильной робототехники в домах и на производственных объектах. Ведутся работы по внедрению технологии в пространствах и меньшего размера, например, в ящиках для инструментов, которые будут их заряжать, когда те находятся внутри.

Технологию испытали в специально построенной комнате из алюминия размером примерно 3 на 3 метра. В ней беспроводным способом питались лампы, вентиляторы и сотовые телефоны, которые потребляли ток из любой точки комнаты, независимо от расположения людей и мебели.

По словам исследователей, технология по своей сути отличается от предыдущих попыток создать крупномасштабную беспроводную сеть электропитания, когда это происходило с помощью опасного микроволнового излучения или, когда электроприборы требовалось разместить на специальных зарядных площадках. Вместо этого он использовали стены комнаты, которые проводят электрический ток, и магнитные поля.

Разнонаправленные, широко распределенные токи на проводящих поверхностях, расположенных вокруг целевого объема, производят магнитные поля с различными характеристиками, которые резонируют в помещении с помощью резонаторов, встроенных в электроприборы.

Зал с беспроводной передачей электроэнергии. Предоставлено: Токийский университет

Резонаторы имеют вид электромагнитных катушек, настроенных определенным образом и помещенных в каждое устройство, например, в сотовый телефон. Утверждается, что передавать электроэнергию беспроводным способом можно и в более крупных сооружениях, таких как фабрики или склады, не нарушая нормы безопасности при воздействии на человека электромагнитных полей. «Например, в зданиях, где уже есть металлические опорные столбы, можно нанести проводящую поверхность на стены».

Необходимо было получить резонансную структуру, которая создала бы магнитное поле размером с комнату без вредных составляющих, которые могли бы нагреть биологические ткани. Магнитные поля в комнате исходили от сосредоточенных конденсаторов, которые поместили в полости стен. Это позволило передавать значительное количество энергии на большие расстояния без вредного излучения.

Конденсаторы с сосредоточенными элементами, установленные в полостях стен комнаты, в которой происходит беспроводная передача электроэнергии. Предоставлено: Токийский университет

Магнитные поля обычно распространяются по кругу, что создает «мертвые зоны» в квадратной комнате. Кроме того, приемники-резонаторы в электроприборах должны быть настроены определенным образом, чтобы потреблять энергию.

«Вытягивание энергии из пространства с помощью катушек во многом похоже на ловлю бабочек сеткой». «Хитрость заключается в том, чтобы количество бабочек было большим, и они кружили по комнате во всех возможных направлениях. Таким образом, они попадут в сачок независимо от того, где он находится и куда движется».

Для этого электромагнитная система генерирует два отдельных трехмерных магнитных поля. Одно движется по кругу вокруг центрального полюса комнаты, а другое кружится по углам, передвигаясь между соседними стенами. При таком подходе устраняются мертвые зоны, и устройства получают электроэнергию из любой точки пространства. Безопасность системы для человека была подтверждена испытаниями с анатомическими манекенами.

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1038/s41928-021-00636-3

Источник: University of Michigan