Ученые из Университета Кюсю в Японии совместно со специалистами из Hinode Holdings разработали новую систему беспроводной передачи энергии для электромобилей с использованием уже существующих элементов городской инфраструктуры – обычных чугунных люков. Это решение позволяет заряжать электромобили без подключения к розетке и даже во время движения, превращая дорожное покрытие в сеть скрытых зарядных станций.
Технология основана на передаче энергии не через магнитное поле, как в обычных индуктивных системах, а через электрическое поле, создаваемое между металлическими пластинами, выполняющими роль электродов. Это называется ёмкостной передачей энергии. Для этого не требуется много дорогостоящих материалов и громоздких катушек, поэтому систему можно установить прямо в дорожных люках, не меняя конструкцию дорожного покрытия. В то же время экран из заземлённых пластин поддерживает электрическое поле между электродами, предотвращая утечку энергии и повышая безопасность как для людей, так и для оборудования.
Чтобы проверить свою идею, учёные создали макет системы и провели серию испытаний. В качестве передающего электрода использовалась чугунная крышка диаметром 33 см (стандартная для городских инженерных сетей), а в качестве принимающего электрода – алюминиевая пластина, закреплённая в нижней части автомобиля. Система работала на частоте 13,56 МГц, что соответствует международному стандарту для беспроводных промышленных устройств.
В ходе экспериментов учёные сравнили несколько материалов: медь, алюминий, сталь и ковкий чугун. Оказалось, что чугунные пластины обеспечивают почти такую же эффективность, как и медные, несмотря на более высокое сопротивление. При зазоре между электродами всего 2 мм ёмкость достигала 70 пФ, что сопоставимо с лучшими образцами на основе цветных металлов. Испытания также показали, что шероховатая поверхность литья делает соединение более прочным за счёт увеличения реальной площади взаимодействия.
При подаче 100 МВт эффективность передачи энергии составила 58%, а при увеличении мощности до 200 МВт эффективность системы составила около 40%. Даже когда принимающий электрод сместился на 20 см (что имитирует движение автомобиля), эффективность осталась на уровне 45%. Это подтверждает, что система устойчива к смещению и может использоваться для динамической зарядки, то есть для питания автомобиля во время его движения по дороге.
Механический анализ подтвердил, что чугунные крышки выдерживают нагрузку до 25 тонн и полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к их установке на проезжей части.
Исследователи утверждают, что использование уже существующих чугунных элементов инфраструктуры позволяет значительно сэкономить на строительстве зарядных станций и упростить внедрение технологии. Вместо того чтобы прокладывать катушки под дорогами, достаточно заменить стандартные дорожные люки на модифицированные, подключённые к источнику питания. Это открывает путь к созданию недорогой, долговечной и практически незаметной сети для беспроводной зарядки электромобилей.