Khi kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió, xe điện có thể giúp giảm đáng kể ô nhiễm và khí thải nhà kính. Tuy nhiên, xe điện vẫn phải đối mặt với một số thách thức, làm chậm quá trình mở rộng của chúng. Hai e ngại lớn nhất là chi phí pin và phạm vi hoạt động.
Để di chuyển quãng đường dài hơn, xe điện cần pin lớn hơn. Nhưng pin lớn hơn làm tăng trọng lượng xe và khiến xe đắt hơn. Vì lý do này, các nhà khoa học và kỹ sư đang tìm kiếm những cách mới để giữ cho xe điện được sạc thuận tiện mà không cần hoàn toàn phụ thuộc vào pin lớn.
Một ý tưởng đầy hứa hẹn được gọi là sạc không dây. Trong hệ thống này, xe điện có thể sạc khi đang di chuyển trên đường. Các cuộn dây phát đặc biệt sẽ lắp bên dưới mặt đường, trong khi bộ thu được gắn vào xe, sẽ thu năng lượng khi xe di chuyển trên đó. Điều này cho phép xe sạc liên tục khi đang di chuyển.
Mặc dù ý tưởng này rất thú vị, nhưng công nghệ này vẫn gặp khó khăn để thử nghiệm. Các thử nghiệm truyền thống yêu cầu đường thử dài, việc xây dựng các đường thử này cần diện tích lớn và rất tốn kém. Các phòng thí nghiệm nghiên cứu và trường đại học thường không có đủ không gian hoặc kinh phí cần thiết cho các cơ sở như vậy.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu từ Đại học Tokyo Metropolitan chế tạo thiết bị nhỏ gọn, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu sạc không dây cho xe điện trong phòng thí nghiệm. Thay vì cần đường thử hoàn chỉnh, hệ thống mới này có thể đặt gọn trên mặt bàn.
Thiết bị được tạo ra bởi nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Ryosuke Ota dẫn đầu, sử dụng thiết kế xoay để mô phỏng chuyển động của một chiếc xe chạy qua cuộn dây sạc được đặt chìm dưới mặt đường. Công trình nghiên cứu được công bố trên IEEE Open Journal of Vehicular Technology.
Trong hệ thống này, một bộ thu tín hiệu tương tự như bộ thu trong xe điện được gắn vào một cánh tay quay. Cánh tay quay nhờ động cơ servo, di chuyển bộ thu theo quỹ đạo tròn phía trên cuộn dây phát tín hiệu đặt dưới mặt đường. Chuyển động này mô phỏng một chiếc xe đi qua hệ thống sạc trên đường.
Để đảm bảo hệ thống để bàn mô phỏng chính xác điều kiện thực tế, nhóm nghiên cứu thực hiện mô phỏng máy tính chi tiết về trường điện từ do cuộn dây phát tạo ra. Kết quả cho thấy, từ trường do thiết bị nhỏ này tạo ra gần giống với từ trường do hệ thống đường bộ kích thước thật tạo ra.
Các nhà nghiên cứu cũng phân tích các ứng suất cơ học tác động lên thiết bị quay khi nó quay ở tốc độ cao. Thiết kế của họ đã được chứng minh là đủ mạnh để hoạt động an toàn trong khi mô phỏng các điều kiện lái xe thực tế.
Sử dụng nguyên mẫu, nhóm nghiên cứu mô phỏng các điều kiện của một chiếc xe di chuyển với tốc độ khoảng 40 km/giờ. Trong các thử nghiệm, hệ thống truyền tải khoảng 3 kilowatt điện năng, chứng minh việc nghiên cứu sạc không dây hiệu quả, có thể thực hiện bằng một thiết lập trong phòng thí nghiệm nhỏ gọn.
Thiết bị này cũng cho phép các nhà nghiên cứu tìm hiểu các vấn đề thực tế, chẳng hạn như điều gì xảy ra khi cuộn dây phát và bộ thu bị lệch nhau một chút, điều thường xảy ra khi ô tô di chuyển trên cơ sở hạ tầng sạc không dây.
Bằng cách đưa thí nghiệm sạc không dây từ các đường lớn ở ngoài trời vào phòng thí nghiệm, thiết bị mới này có thể đẩy nhanh đáng kể nghiên cứu về hệ thống sạc không dây. Nếu nghiên cứu này tiếp tục cải thiện, một ngày nào đó, các con đường trong tương lai có thể giúp xe điện tự động sạc khi đang di chuyển.
