×
Annonse fra Delta V for

Kabelfri lading med magnetisk resonans

ANNONSE: Kabelfri lading med magnetisk resonans
  • Delta V Dette er en annonse. Journalistene i Tu.no er ikke involvert i produksjonen.

Forestill deg at du kommer hjem og legger fra deg telefon, bærbar datamaskin og Bluetooth-hodetelefoner på kjøkkenbordet slik at alt blir ladet samtidig. Eller, at du kjører bilen din inn i garasjen, over en matte og vet at den vil bli ladet over natten. Eller at legen din forteller deg at implantatet du bruker kan byttes ut med et nytt som ikke har behov for strømledninger gjennom huden og jevnlig batteribytte.

Trådløs energioverføring åpner for at disse, og nye applikasjoner, kan bli en realitet ved å gi mulighet for lading uten å måtte koble til ledninger. WiTricity utvikler trådløs ladeteknologi basert på magnetisk resonans og har lansert en forbrukervennlig metode for trådløs overføring av elektrisk energi. Teknologien er utviklet ved MIT (Massachusets institute of Technology) av gruppen til Professor Marin Soljacic og har mulighet for å lade mange enheter samtidig, over avstand, og gjennom materialer som treverk, plast, granitt og glass. Selskaper som Toyota, Intel og Thoratec har allerede lisensiert teknologien for bruk i elektriske kjøretøy, smarttelefoner, hjertepumper og annen forbrukerelektronikk.

Magnetisk resonans øker transmisjonslengden

Tradisjonelle metoder for trådløs energioverføring behøver presis plassering av den ladbare enheten på en holder, eller dedikert ladeplate, med umiddelbar nærhet til laderen. Man kan som oftest også kun lade en enhet per ladespole.

Konseptuell skisse av WiTricitys teknologi som inkluderer spoler, kontrollelektronikk, regulatorer og trådløs kommunikasjon mellom kilde og mottaker for å sikre stabil og korrekt effektoverføring.

Ingeniørene i WiTricity har utnyttet magnetisk resonans til å komme forbi denne begrensingen. Når begge spolene er justert til den samme resonansfrekvensen, gir det maksimal energikonvertering i mottakerspolen med minimalt energitap. Energien kan også overføres med høy effektivitet uten at mottaker og sender må være veldig nær hverandre eller perfekt opplinjert.

– En stor fordel er muligheten til fleksibilitet i bevegelse og posisjonering. Mottakerspolen trenger ikke å være i direkte kontakt med laderen. For eksempel vil du kunne legge telefonen din i en koppholder istedenfor å måtte bruke en dedikert dokkingstasjon for å få ladet mobiltelefonen mens du kjører bil», forklarer medgrunnlegger av WiTricity, Andre Kurs.

– Du kan gjerne lade flere ting samtidig, også elektronikk med forskjellige krav til strøm og spenning.

Å gi laderen ekstra rekkevidde er også mulig; ved å legge til resonante repeatere, kan man få energien til å forplante seg over større distanse.

Modellering av elektromagnetisme i elektrisk krafttransmisjon

Da Kurs og de andre ingeniørene i WiTricity skulle designe resonante spolesystemer for maksimal effektivitet, måtte de se på innvirkningen av flere variabler slik som antall tørn i spolen, spolediameter og effektbehov. I fra starten av utviklingsløpet benyttet de multifysikksimuleringer for å teste nøkkeldetaljer, verifisere design og optimalisering av systemet. Ved å bruke COMSOL Multiphysics® kunne de analysere elektromagnetisk og termisk oppførsel av forskjellige spolekonfigurasjoner, noe som ga dem muligheten til å kunne validere nye design raskt og effektivt.

En utfordring ligger i å gjøre teknologien skalerbar for en rekke type ladestasjoner. En bil trenger en helt annen laderkonfigurasjon enn en smarttelefon.

– Vi har en stor portefølje av forskjellige applikasjoner. Produksjon og testing av prototyper er veldig tidkrevende og dyrt. Samtidig kan enkle feil i prototypedesignet frarøve deg mye dyrebar tid. I et krevende marked har vi ikke råd til det. Validering av design i COMSOL var kostnadseffektivt og tidsbesparende. Det ga oss samtidig sjansen til å virtuelt teste konseptene våre før vi bygde utstyret, sier Kurs.

En resonant mottaker, en resonant repeater og en kilderesonator. Senter: En WiTricity kilderesonator laget for forbrukerelektronikk. Høyre: Lading av et elektrisk kjøretøy, parkert over en trådløs ladestasjon.

WiTricity gjorde mange simuleringer med ulike oppsett for hver applikasjon. De varierte ulike komponenter og parametre som var relevante for elektromagnetismen, slik som spoleutforming, ulike ferrittmaterialer og metalloverflater som brukes til å føre det elektromagnetiske feltet i riktig retning, plater for å skjerme sensitiv elektronikk og store objekter som kan forstyrre feltet, slik som et bilchassis.

Etter dette kjørte de multifysikksimuleringer for å analysere den resulterende elektromagnetiske og termiske oppførselen som en funksjon av hvor mye effekt de ulike applikasjonene trengte, forskyvninger i spolekonfigurasjon og effekten av forstyrrende objekter.

Simuleringsresultater som viser magnetisk feltstyrke (topp) og avgitt effekt (bunn) for en kilderesonator laget for forbrukerelektronikk.

Dette ga dem muligheten til å hente ut elektriske kretsparametre i tillegg til effekttap og termiske laster på de forskjellige komponentene (Se figur nederst). Dermed kunne de justere designet i henhold til disse multifysikksimuleringene og finne grensene for spoleforskyvning og effektnivå som funksjon av størrelse, vekt og termiske begrensninger.

– Simuleringene gjorde det mulig å forstå de forskjellige effektene som vi ikke kunne isolere ut bare ved hjelp av testing, slik som effekttap og varmeutvikling, nevner Kurs.

– Fleksibiliteten i COMSOL er en av de store fordelene; vi bygde en rekke egne simuleringsapplikasjoner rundt COMSOL som gjorde at alle våre ingeniører, uavhengig av om de brukte COMSOL fra før eller ikke, kunne raskt teste og validere design, selv om de ikke forstod hele grunnlaget i modellen.

Hold trygg avstand, selv helt nær

Siden slikt utstyr ofte er nær, eller i kontakt med kroppen, må elektronikkleverandøren holde utstyret innenfor tillatte grensenivåer for emisjon av elektromagnetiske felt. For å være sikker på at feltnivåer og resulterende kroppstemperaturer er innenfor gitte krav, kjørte utviklerne mange COMSOL-simuleringer for å studere forskjellig kroppsvev nært spolene. Modellene forsikret utviklerne om at utstyret var godt innenfor FCC sine retningslinjer.

COMSOL-simulering som viser den spesifikke absorbsjonsraten (SAR) i en hånd over en mobiltelefon som ligger til lading. SAR er en måling av hvor mye elektromagnetisk energi som blir omgjort til varme. Resultatene er vist i dB relativt til FCC-grensen (verdien 0 er grensenivået)

Gjenoppdager en voksende industri for trådløs lading

WiTricitys design basert på magnetisk resonans er en stor forbedring sammenlignet med andre trådløse lademetoder. Det legger til rette for en pålitelig trådløs kraftoverføring i et fleksibelt produkt for sluttbruker. Med bruk av COMSOL Multiphysics® kunne WiTricity optimalisere designet for bedret effektivitet og større rekkevidde før de satte i gang med å bygge dyre prototyper.

I tillegg til å være en av de som er først ute med ny teknologi for trådløs energioverføring er WiTricity med i «Alliance for Wireless Power (A4WP)». Intel, som også er med i denne gruppen, har lisensiert WiTricitys teknologi til å utvikle et trådløst desktopsystem. A4WP er en innovativ gruppe som består av ledende selskaper som ønsker å tenke nytt når det gjelder trådløs kraftoverføring: De ser for seg en fremtid der overflater slik som pulter, koppholdere, og til og med kjøkkenbenken kan være trådløse ladesoner for elektronikken vår.

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)