Wetenschappers hebben een manier gevonden om draadloos elektriciteit te verzenden naar een bewegend object in de buurt.
De methode kan toepassingen hebben op het gebied van transport, medische apparatuur en meer. Als elektrische auto's bijvoorbeeld tijdens het rijden over een snelweg zouden kunnen opladen, zou dit zorgen over hun bereik vrijwel wegnemen en hun kosten verlagen, waardoor elektriciteit wellicht de standaardbrandstof voor voertuigen zou worden.
"Naast het bevorderen van het draadloos opladen van voertuigen en persoonlijke apparaten, zoals mobiele telefoons, kan onze nieuwe technologie robotica ontrafelen in de maakindustrie, die ook onderweg zijn", zegt Shanhui Fan, hoogleraar elektrotechniek aan Stanford University en senior auteur van de studie.
"In theorie zou je onbeperkt kunnen rijden zonder te stoppen om op te laden ..."
"We moeten nog steeds de hoeveelheid elektriciteit die wordt overgezet om elektrische auto's op te laden aanzienlijk verhogen, maar we hoeven misschien niet teveel afstand te doen", zegt hij.
De groep bouwde voort op bestaande technologie ontwikkeld in 2007 op MIT voor het draadloos verzenden van elektriciteit over een afstand van enkele voeten naar een stilstaand object. In het nieuwe werk zond het team elektriciteit draadloos over naar een bewegende LED-gloeilamp. Die demonstratie betrof slechts een 1-milliwatt-lading, terwijl elektrische auto's vaak tientallen kilowatt-eenheden nodig hebben om te werken.
Het team werkt nu aan een aanzienlijke toename van de hoeveelheid elektriciteit die kan worden overgedragen en het systeem aan te passen om de overdrachtsafstand uit te breiden en de efficiëntie te verbeteren.
Verder gaan
Draadloos opladen zou een groot nadeel van plug-in elektrische auto's aanpakken - hun beperkte bereik. Tesla Motors verwacht dat de aanstaande Model 3 meer dan 200-mijlen zal verbruiken op een enkele lading en de Chevy Bolt, die al op de markt is, heeft een geadverteerd bereik van 238-mijlen. Maar accu's van een elektrisch voertuig hebben meestal enkele uren nodig om volledig op te laden. Een laad-als-aandrijving systeem zou deze beperkingen overwinnen.
"In theorie zou je onbeperkt kunnen rijden zonder te hoeven stoppen om op te laden", legt Fan uit. "De hoop is dat je je elektrische auto kunt opladen terwijl je over de snelweg rijdt. Een spoel in de bodem van het voertuig kan elektriciteit ontvangen van een reeks spoelen die zijn aangesloten op een elektrische stroom die in de weg is ingebed. '
Sommige transportexperts voorzien een geautomatiseerd snelwegsysteem waarbij elektrische voertuigen zonder bestuurder draadloos worden opgeladen door zonne-energie of andere duurzame energiebronnen. Het doel zou zijn om ongevallen te verminderen en de verkeersstroom drastisch te verbeteren terwijl de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd.
Draadloze technologie kan ook helpen bij de GPS-navigatie van auto's zonder bestuurder. GPS is tot ongeveer 35-voet nauwkeurig. Voor de veiligheid moeten autonome auto's zich in het midden van de rijstrook bevinden waar de zenderspoelen worden ingebed, wat een zeer nauwkeurige positionering voor GPS-satellieten oplevert.
Gemaakt met magneten
De draadloze overdracht van het middenbereik is gebaseerd op magnetische resonantiekoppeling. Net zoals grote energiecentrales wisselstromen genereren door draadspoelen tussen magneten te roteren, creëert elektriciteit die door draden beweegt een oscillerend magnetisch veld.
Dit veld zorgt er ook voor dat elektronen in een nabijgelegen spoel van draden oscilleren, waardoor de stroom draadloos wordt overgedragen. De overdrachtsefficiëntie wordt verder verbeterd als beide spoelen zijn afgestemd op dezelfde magnetische resonantiefrequentie en in de juiste hoek zijn geplaatst.
De continue stroom van elektriciteit kan echter alleen worden behouden als bepaalde aspecten van de circuits, zoals de frequentie, handmatig worden afgestemd terwijl het object beweegt. Dus de energieoverdrachtspoel en ontvangerspoel moeten bijna stationair blijven, of het apparaat moet automatisch en continu worden afgestemd - een aanzienlijk complex proces.
Om de uitdaging aan te pakken, heeft het onderzoeksteam de radiofrequentiebron in de zender geëlimineerd en vervangen door een in de handel verkrijgbare spanningsversterker en feedbackweerstand. Dit systeem berekent automatisch de juiste frequentie voor verschillende afstanden zonder menselijke tussenkomst.
"Door de toevoeging van de versterker kan de stroom zeer efficiënt worden overgedragen over het grootste deel van het bereik van drie voet en ondanks de veranderende oriëntatie van de ontvangende spoel", zegt de gediplomeerde student Sid Assawaworrarit, de hoofdauteur van de studie. "Dit elimineert de noodzaak voor automatische en continue afstemming van elk aspect van de circuits."
Assawaworrarit testte de nadering door een LED-lamp op de ontvangende spoel te plaatsen. In een conventionele opstelling zonder actieve afstemming zou de LED-helderheid afnemen met de afstand.
In de nieuwe opstelling bleef de helderheid constant terwijl de ontvanger een afstand van ongeveer drie voet van de bron aflegde. Het team van fans diende onlangs een octrooiaanvraag in voor het laatste voorschot.
De groep gebruikte een standaard algemene versterker met een relatief lage efficiëntie van ongeveer 10 procent. Ze zeggen dat op maat gemaakte versterkers die efficiëntie kunnen verbeteren tot meer dan 90 procent.
"We kunnen heroverwegen hoe we elektriciteit kunnen leveren, niet alleen voor onze auto's, maar ook voor kleinere apparaten op of in ons lichaam", zegt Fan. "Voor alles dat baat kan hebben bij dynamisch opladen via draadloos netwerk, is dit mogelijk heel belangrijk."
Het TomKat-centrum voor duurzame energie op Stanford ondersteunde een deel van het werk.
{youtube}7nkOgiTxfEs{/youtube}
Bron: Stanford University
Related Books:
at InnerSelf Market en Amazon
