L'équipement utilisé par les chercheurs pour construire leur système. Crédit :Assawaworrarit &Fan.
Les méthodes actuelles de chargement des appareils électroniques via la technologie sans fil ne fonctionnent que si les paramètres globaux du système sont configurés pour correspondre à une distance de transfert spécifique. Par conséquent, ces méthodes sont limitées aux applications de transfert de puissance stationnaire, ce qui signifie qu'un appareil qui reçoit de l'énergie doit maintenir une distance spécifique de la source qui l'alimente pour que le transfert d'énergie réussisse.
Des chercheurs de l'Université de Stanford ont récemment développé une nouvelle technique qui pourrait permettre un transfert d'énergie sans fil plus efficace quelle que soit la distance entre un appareil et sa source d'alimentation. Leur papier, Publié dans Nature Électronique , pourrait aider à surmonter certaines des limitations actuelles des outils existants pour la recharge sans fil des appareils électroniques.
"L'objectif principal de notre étude était de surmonter l'obstacle à la recharge dynamique sans fil, " Sid Assawaworrarit, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Notre idée est basée sur la symétrie parité-temps (symétrie PT), qui concerne les systèmes à gain et perte équilibrés."
Dans l'une de leurs études précédentes, Assawaworrarit et son collègue Shanhui Fan ont présenté une configuration de circuit symétrique PT non linéaire qui pourrait fournir un transfert de puissance sans fil robuste, maintenir cette capacité même lorsqu'un appareil se déplaçait rapidement dans un espace donné. Alors que leur système a obtenu des résultats prometteurs, son efficacité globale était loin d'être satisfaisante. Dans leur nouvelle étude, les chercheurs ont introduit une stratégie de conception qui rend leur système précédemment développé plus robuste et efficace.
"La robustesse de notre système a été obtenue en incorporant un amplificateur comme élément de gain dans le côté source de notre système de transfert de puissance sans fil proposé, " Assawaworrarit a expliqué. " Le gain permet aux oscillations de s'accumuler dans le système au fil du temps, la fréquence d'oscillation étant celle qui croît le plus rapidement. C'est similaire à ce qui se passe dans un oscillateur, sauf que la source d'alimentation et la charge sont séparées dans l'espace."
La fréquence propre du système est la fréquence à laquelle un système fonctionne bien et qui facilite un transfert efficace de puissance vers un appareil. Dans le système conçu par les chercheurs, cette fréquence d'oscillation s'adapte automatiquement aux conditions changeantes, qui pourrait être le mouvement de l'appareil recevant de l'énergie dans une échelle de temps inférieure à la milliseconde, maintenant ainsi un point de transfert efficace, même lorsque l'appareil est en mouvement rapide.
Un dessin conceptuel du système de transfert d'énergie sans fil développé par les chercheurs. Crédit :Assawaworrarit &Fan.
"La haute efficacité de notre système a été obtenue en concevant soigneusement son élément de gain, " a déclaré Assawaworrarit. " Un amplificateur standard, qui a été utilisé dans nos travaux antérieurs, génère une version amplifiée d'un signal d'entrée en découpant une partie de son alimentation en courant continu qui ne s'éteint pas sous forme d'oscillations en sortie, et a donc une faible efficacité généralement de l'ordre de 50 % ou moins."
En utilisant des amplificateurs à découpage, Assawaworrarit et Fan ont pu empêcher la perte d'efficacité qui a entravé les performances globales de la configuration de circuit qu'ils ont développée dans leurs recherches précédentes. Les amplificateurs qu'ils utilisaient ont empêché cette perte d'efficacité en faisant fonctionner un transistor comme un interrupteur commandé, qui ne consomme pas d'énergie à la fois lorsque le système est allumé ou éteint.
"Amplificateurs à découpage, cependant, sont généralement conçus pour une bande de fréquence de fonctionnement étroite, en raison de la nécessité de satisfaire une condition de commutation efficace et une puissance de sortie, qui sont généralement sensibles à la fréquence, " a déclaré Assawaworrarit. " Avec la bonne conception de circuit, les contributions du couplage et les variations de fréquence propre dans la distance de transfert s'annulent, et donc, la condition de commutation efficace peut être maintenue pour une large gamme de distances de transfert. »
L'atout majeur du nouveau système de recharge sans fil imaginé par les chercheurs est sa robustesse, quelle que soit la distance entre un appareil et la source d'alimentation. Le système peut s'adapter rapidement à une échelle de temps inférieure à la milliseconde, ce qui signifie qu'il pourrait permettre le chargement sans fil à distance même lorsqu'un appareil se déplace à très grande vitesse, par exemple, si l'appareil en question est une voiture roulant sur une autoroute.
"Cette étude représente des contributions substantielles à la fois en théorie et en pratique, " Ventilateur, l'autre chercheur impliqué dans l'étude, dit Phys.org. « En termes d'apports théoriques, nos travaux soulignent l'importance de la non-linéarité sur la dynamique des systèmes symétriques PT. Côté pratique, notre travail représente une étape majeure vers le transfert de puissance sans fil dynamique en montrant qu'un tel transfert peut être effectué à la fois de manière robuste et efficace. »
Dans une série de tests initiaux, le nouveau système a obtenu des résultats remarquables, car il était capable de transférer efficacement environ 10 W de puissance via la technologie sans fil à un appareil mobile qui se trouvait à des distances comprises entre 0 et 65 cm de la source, avec un rendement total presque constant de 92%. À l'avenir, le système pourrait être encore amélioré pour permettre le transfert de plus grandes quantités d'énergie à partir d'une gamme encore plus large de distances.
« Il y a quelques pistes à explorer dans nos prochaines études, " a déclaré Assawaworrarit. " Pour certaines applications, comme recharger une voiture en mouvement, il est avantageux d'avoir un réseau de bobines sources intégrées sous la chaussée. Dans ce cas, des études sur leur placement optimal et leur interaction devraient être utiles. Il est également important d'augmenter encore la quantité d'énergie transférée, en particulier pour les applications automobiles."
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