Una nuova teoria dinamica per la ricarica wireless su lunghe distanze
La ricarica wireless di dispositivi elettrici a batteria è un settore in costante crescita. Nonostante ci siano già diverse applicazioni pratiche sia per la piccola elettronica di consumo, come smartphone e tablet, che per la mobilità sostenibile, questa tecnologia deve ancora affrontare numerose sfide. Una di queste è rappresentata dal raggio di ricarica, ovvero la distanza che può essere coperta dall’alimentazione induttiva senza fili.
Su brevi distanze, ad esempio tramite pad a induzione, la ricarica wireless utilizza campi magnetici vicini che consentono di trasferire energia con un’alta efficienza, che si aggira tra l’80% e il 90%. Tuttavia, su distanze maggiori, questo valore diminuisce drasticamente a causa di alcuni effetti parassiti. Le bobine di trasmissione e ricezione dell’energia emettono radiazioni che interferiscono con il trasferimento di potenza.
Un gruppo di ingegneri della Aalto University, in Finlandia, si è concentrato su questo problema. Il team ha studiato la ricarica wireless su lunghe distanze e ha trovato un modo per sopprimere gli effetti parassiti. In precedenza, gli stessi scienziati avevano sviluppato un sistema di ricarica wireless omnidirezionale che consentiva di ricaricare i dispositivi con qualsiasi orientamento. Ora, hanno ampliato quel lavoro con una nuova teoria dinamica del trasferimento di energia tra due piccole antenne ad anello.
Ricarica senza fili, nuovi progressi
La teoria analizza in dettaglio le distanze e le condizioni sia vicine (non radiative) che lontane (radiative). Ma soprattutto, elabora un modo per realizzare una ricarica wireless efficiente su lunghe distanze utilizzando il regime di “soppressione delle radiazioni”.
“Volevamo bilanciare efficacemente il trasferimento di energia con la perdita di radiazioni che si verifica sempre su lunghe distanze”, afferma Nam Ha-Van, autore principale dello studio. “Abbiamo scoperto che quando le correnti nelle antenne ad anello hanno ampiezze uguali e fasi opposte, possiamo annullare la perdita di radiazione, aumentando l’efficienza”. I test pratici hanno confermato questa teoria. In particolare, hanno dimostrato che è possibile ottenere un’efficienza di trasferimento superiore all’80% a distanze circa cinque volte superiori alla dimensione dell’antenna, utilizzando la frequenza ottimale nell’intervallo dei cento megahertz. “Con il nostro approccio, ora possiamo estendere la distanza di trasferimento oltre quella dei sistemi di ricarica wireless convenzionali, mantenendo un’elevata efficienza”, ha sottolineato Ha-Van. La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Applied.
In conclusione, gli ingegneri della Aalto University hanno sviluppato una nuova teoria dinamica per la ricarica wireless su lunghe distanze. Questa teoria permette di sopprimere gli effetti parassiti che riducono l’efficienza del trasferimento di energia. I test pratici hanno dimostrato che è possibile ottenere un’efficienza di trasferimento superiore all’80% a distanze cinque volte superiori alla dimensione dell’antenna utilizzando la frequenza ottimale nell’intervallo dei cento megahertz. Questo approccio potrebbe consentire di estendere la distanza di trasferimento dei sistemi di ricarica wireless, mantenendo un’elevata efficienza.
