Новая беспроводная система передачи энергии остается стабильной при любой нагрузке

Системы беспроводной передачи энергии известны со времен Николы Теслы и используются сегодня для зарядки смартфонов, электрических зубных щеток и датчиков интернета вещей. Группа ученых из Японии разработала на основе машинного обучения метод проектирования систем беспроводной передачи энергии, которые сохраняют стабильность выходной мощности независимо от колебаний напряжения. Исследователи полагают, что сделали важный шаг к будущему, в котором передача энергии станет полностью беспроводной, пишет Хайтек+.

Для традиционных систем беспроводной передачи энергии необходимы индукционные и конденсаторные компоненты с точными параметрами, которые вычисляются с помощью сложных аналитических уравнений, основанных на идеализированных сценариях. Однако в реальной жизни факторы, такие как паразитная емкость, допуски в производстве и окружающая среда, могут негативно сказаться на их функционировании. Это приводит к нестабильному выходному напряжению и сбоям в работе при нулевом напряжении, сообщает IE. Новая система, способная функционировать независимо от электрического напряжения, позволяет поддерживать стабильность как выходного напряжения, так и коммутации даже при изменении нагрузки.


Эти уравнения решаются итерационно до достижения равновесного состояния системы. Затем функция анализирует производительность по ключевым критериям: стабильности выходного напряжения, коэффициенту полезного действия (КПД) и уровню гармонических искажений. На основе полученных данных алгоритм корректирует параметры схемы для улучшения результатов, и цикл оптимизации повторяется до тех пор, пока система не будет соответствовать требованиям для независимой работы от напряжения.

Ученые применили свой метод к проектированию системы беспроводного питания класса EF, которая сочетает инвертор класса EF с выпрямителем класса D. В стандартной конфигурации инвертор класса EF способен поддерживать беспроводную передачу лишь в заданной рабочей точке. Изменения нагрузки могут привести к сбоям и снижению эффективности. Система, созданная с помощью машинного обучения, сократила колебания напряжения до менее чем 5% при различных нагрузках, тогда как для традиционных систем этот показатель составляет 18% и более.

Кроме того, новая система успешно обеспечивала высокую эффективность беспроводной передачи энергии при различных условиях напряжения, достигая мощности в 23 Вт и КПД 86,7% на частоте 6,78 МГц. Производительность системы улучшилась даже при малых нагрузках благодаря точному моделированию паразитной емкости диода. Тщательное исследование потерь мощности подтвердило, что система способна поддерживать стабильный выходной ток, что критически важно для ее эффективности.

«Мы убеждены, что результаты нашего исследования представляют собой важный шаг на пути к обществу, где энергия будет передаваться полностью беспроводным способом», — отметил профессор Хиру Секия, возглавляющий исследовательскую группу.

В мае текущего года ученые из Министерства обороны США установили новый рекорд в области оптической передачи мощности, сумев передать 800 Вт на расстояние 8,5 км всего за 30 секунд. Ранее зарегистрированные рекорды мощности и расстояния составляли 230 Вт и 2,7 км.