Ученые из Университета Кюсю в Японии совместно со специалистами компании Hinode Holdings разработали новую систему беспроводной передачи энергии для электромобилей, использующую уже существующие элементы городской инфраструктуры — обычные чугунные люки. Это решение позволяет заряжать электромобили без подключения к розетке и даже во время движения, превращая дорожное покрытие в сеть скрытых зарядных станций.
Суть технологии заключается в том, что энергия передается не через магнитное поле, как в привычных индуктивных системах, а через электрическое — между металлическими пластинами, выполняющими роль электродов. Такая передача называется емкостной. Она требует гораздо меньше дорогих материалов и не нуждается в громоздких катушках, поэтому может быть реализована прямо в дорожных люках, не изменяя структуру покрытия. При этом экран из заземленных пластин удерживает электрическое поле между электродами, предотвращая утечки энергии и повышая безопасность для людей и окружающей техники.
Для проверки своей идеи ученые изготовили макет системы и провели серию испытаний. В качестве передающего электрода использовалась чугунная крышка диаметром 33 сантиметра — типичная для городских коммуникаций, а в качестве приемного — алюминиевая пластина, закрепленная на нижней части автомобиля. Система работала на частоте 13,56 мегагерца, что соответствует международному стандарту для беспроводных промышленных применений.
В экспериментах исследователи сравнили несколько материалов — медь, алюминий, сталь и ковкий чугун. Оказалось, что чугунные пластины обеспечивают почти такую же эффективность, как и медные, хотя обладают более высоким сопротивлением. При зазоре между электродами всего два миллиметра емкость достигала 70 пикофарад — показатель, сравнимый с лучшими образцами на основе цветных металлов. Испытания также показали, что шероховатая литая поверхность чугуна даже улучшает связь, увеличивая реальную площадь взаимодействия.
При подаче мощности 100 ватт система достигала эффективности передачи 58%, а при увеличении мощности до 200 ватт сохраняла около 40%. Даже если приемный электрод смещался в сторону на 20 сантиметров, что имитирует движение автомобиля, эффективность оставалась на уровне 45%. Это подтверждает, что система устойчива к неточному позиционированию и может использоваться для динамической зарядки, то есть питания автомобиля прямо во время движения по дороге.
Механический анализ подтвердил, что чугунные крышки выдерживают нагрузку до 25 тонн и полностью соответствуют требованиям для установки в проезжей части.
По словам авторов исследования, использование уже существующих чугунных элементов инфраструктуры позволяет резко сократить стоимость строительства зарядных станций и ускорить внедрение технологии. Вместо того чтобы прокладывать под дорогами катушки, достаточно заменить стандартные люки на модифицированные, подключенные к источнику питания. Это открывает возможность создания недорогой, прочной и почти невидимой сети для беспроводной зарядки электромобилей.
