04/02/2022
Door Ad Spijkers
Dankzij Fins onderzoek kunnen apparaten ongeacht hun positie of oriëntatie worden opgeladen. Zelfs onderweg.
De basisprincipes van draadloze energieoverdracht zijn al lang bekend. Maar bestaande systemen kunnen geen apparaten opladen die ergens in een groot gebied zijn geplaatst. Het gebruik van een enkele grote zender om het hele gebied te bestrijken leidt tot ongewenste elektromagnetische blootstelling. Dit betekent dat de stroomtoevoer naar afzonderlijke apparaten niet kan worden gecontroleerd.
Als veel kleine zenders worden gebruikt, moeten de ontvangende apparaten zich op een bekende positie bevinden en moeten zender en ontvanger nauwkeurig worden uitgelijnd. Dit betekent dat het systeem ofwel vaste oplaadlocaties moet gebruiken ofwel positiesensoren, communicatieprotocollen en verwerking moet bevatten om de locatie van elke ontvanger te volgen.
Nieuwe technologie
Onderzoekers van de Aalto University (een paar km ten wensen van Helsinki) hebben een technologie voor energieoverdracht ontwikkeld die werkt ongeacht de positie en oriëntatie van de zender en ontvanger. Het belangrijkste idee is om de zenders in een rooster te plaatsen waarbij de stroom in aangrenzende zenders in tegengestelde richtingen loopt - bijvoorbeeld een lus met de klok mee in de ene zender en tegen de klok in bij de naastliggende zender.
Hierdoor ontstaat een schaakbordachtig raster van 'positieve' en 'negatieve' zendspoelen met daartussen een magnetische flux. Een ontvanger boven het raster van zenders vangt de magnetische flux tussen positieve en negatieve zenders op en genereert een elektrische stroom om het apparaat op te laden.
Draadloos opladen
Het mooie van onze methode is dat het eenvoudig maar toch geavanceerd is. De onderzoekers hebben geen high-end processor of veel rekenwerk nodig om de zenders intelligent te maken. Hun aanpak was om erachter te komen hoe ze de aanwezigheid en positie van de ontvanger elektromagnetisch konden detecteren.'
Omdat de aanwezigheid van een ontvanger de vermogensoverdracht activeert, kan het systeem werken zonder positiebepaling en communicatie tussen de ontvangers en zenders. Dit betekent ook dat de stroom alleen naar de ontvanger wordt overgedragen, in plaats van dat het hele gebied wordt gevoed. Dit maakt het mogelijk om meerdere apparaten tegelijkertijd op te laden. Als de energieoverdracht naar een ontvanger begint, schakelen de naburige zenders van uitgeschakeld naar een waarschuwingsmodus, klaar om energie over te dragen als de ontvanger boven hen verschijnt.
Met deze configuratie hadden de onderzoekers een bijna constante efficiëntie en constant vermogen ontvangen, ongeacht de positie en oriëntatie van de ontvanger. De energieoverdracht ging soepel door, zelfs als het ontvangende apparaat zich bewoog.
Toepassing
De technologie is getest met commerciële magazijnrobots in samenwerking met het Finse bedrijf Solteq Robotics. Ook andere toepassingen kunnen ook het dagelijks leven verbeteren. Momenteel moet je een waterkoker of een blender op een bepaalde plek zetten om energie te krijgen. Met deze technologie is van het hele aanrecht een stroombron te maken voor apparaten of zelfs telefoons. Het elektromagnetische veld wordt immers alleen onder de apparaten opgewekt.
Hoewel de technologie in wezen klaar is voor toepassingen in de echte wereld, heeft deze nog steeds een commerciële verpakking en certificering nodig. In de tussentijd zullen de onderzoekers de technologie blijven verfijnen en verbeteren. Een van hun doelen is om het vermogen te verhogen van ongeveer 1 kW tot ongeveer 20 kW. Daarmee kan de technologie worden gebruikt om elektrische voertuigen op te laden.
Foto: Prasad Jayathurathnage / Aalto University