Беспроводная зарядка

Японские инженеры создали беспроводную зарядку, которую можно вырезать в удобную форму и прикреплять к повседневным объектам.

Благодаря применению множества катушек и необычной схеме разводки оставшиеся после вырезания элементы зарядки продолжают работать, рассказывают авторы статьи, представили на конференции IMWUT 2018.


Беспроводная зарядка представляет собой устройство с одной или несколькими катушками индуктивности, которые благодаря возникающему возле них электромагнитному полю способны возбуждать ток в других устройствах с катушками индуктивности. Эта технология широко распространена в смартфонах, а также начинает применяться в более крупных устройствах, таких как ноутбуки и даже автомобили. Существующие беспроводные зарядки представляют собой устройства строго определенной формы, которые не всегда удобно использовать и сложно адаптировать под свои нужды.


Йошихиро Кавахара (Yoshihiro Kawahara) и его коллеги из Токийского университета разработали технологию создания тонких и гибких беспроводных зарядок, которые можно вырезать в нужную форму и встраивать в другие объекты, в том числе в одежду или мебель. При разработке технологии инженерам пришлось разработать такую схему, чтобы устройство в целом работало, даже если его части отрезаны или повреждены. Для этого они использовали H-образую древовидную разводку платы. Плата представляет собой массив из множества отдельных катушек, соединенных с центром, в котором расположены центральные электроды. При этом проводящие дорожки расположены в виде древовидной структуры. Благодаря такой схеме при повреждении одной или нескольких дорожек или катушек перестают работать либо только эти элементы, либо также соседние, но большая часть катушек остается в рабочем состоянии:
Работающие и неработающие катушки, в зависимости от схемы выреза

Однако большое количество катушек индуктивности означает, что работающие рядом катушки могут создавать взаимные помехи и значительно снижать эффективность зарядки. Из-за этого инженеры применили мультиплексирование с разделением по времени. При таком методе одновременно работает только часть катушек, расположенных на удалении друг от друга, причем набор катушек периодически меняется:
Схема мультиплексирования

Каждая катушка девять сантиметров в длину и ширину, и помимо проводящих дорожек для передачи энергии также оборудована датчиками Холла для обнаружения устройств с поддержкой беспроводной зарядки. Вся плата состоит из 16 катушек и имеет размер 40 сантиметров. Кроме того, для работы зарядке необходим управляющий модуль, который инженеры собрали на основе платы Arduino.
Компоненты каждой катушки

Разработчики продемонстрировали применимость созданной ими технологии с помощью нескольких прототипов. В частности, они создали умную сумку для продуктов со встроенной гибкой беспроводной зарядкой. Поместив смартфон в боковой карман такой сумки, пользователь может зарядить его в пути. Также они создали умную куртку, столик, миску и коврик в форме кошачьей головы, со встроенной беспроводной зарядкой. Разработчики измерили эффективность одной катушки при разных режимах работы. Мощность самой катушки составила семь ватт, но при передаче прямого тока эффективность передачи энергии составила 91 процент, а при передаче переменного тока еще меньше — 60 процентов (4,2 ватта на принимающей катушке).
Прототипы беспроводных зарядок разной формы

Помимо индукционной передачи энергии есть и другие методы беспроводной зарядки. К примеру, некоторые исследователи работают над созданием лазерной зарядки, но пока ее не применяют на практике, в том числе из-за мощного излучения, представляющего опасность для здоровья. Недавно американские инженеры решили эту проблему, добавив к основному лазерному лучу для передачи энергии четыре «сторожевых» луча, которые отслеживают приближение частей тела или других предметов и практически мгновенно выключают передачу энергии.