Kabellose Energieübertragung:
Verlustarme Spulen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Feldverlauf als wichtiger Einflussfaktor
Ein weiteres wichtiges Element, das die Spulen maßgeblich beeinflussen, ist der magnetische Feldverlauf. Neben dem Einfluss auf die Kopplung ist hier die ungewünschte Abstrahlung in die Umgebung entscheidend. Bild 4 zeigt die magnetische Feldstärke und magnetische Flussdichte von Sende- und Empfangsspule in optimaler Kopplung.
Es wird deutlich, dass das magnetische Feld durch die Ferritschirmung gezielt auf den Raum zwischen den Spulen begrenzt wird und eine Beeinflussung der Umgebung quasi nicht stattfindet. Die Simulation der Flussdichte macht die Wirkung der Ferritplatte sichtbar. Hier konzentriert sich der magnetische Fluss.
Im Allgemeinen verhindert der Qi-Standard zu große Verluste durch Fehlausrichtung der Spulen. Sinkt die Effizienz der Verbindung unter 70 %, so beendet das Power Management die Energieübertragung. Erst wenn die Ausrichtung der Spulen eine Übertragung mit einer Effizienz >70 % ermöglicht, wird die Energieübertragung gestartet.
Im Qi-Standard des WPC sind die Geometrien und Materialien der Sendespulen genau spezifiziert. Dies hat den großen Vorteil, dass durch die Verwendung von dem Standard entsprechenden Komponenten (Sendespulen, Power-Management-Chipsatz) die Interoperabilität des Gesamtsystems gewährleistet werden kann. Bei der Qi-Zertifizierung der Geräte wird die Interoperabilität mit bereits zertifizierten Geräten von unabhängigen Testlaboren geprüft und bestätigt.
Es sind viele unterschiedliche Designs für die Sendespulen im Qi-Standard festgelegt, die sich in zwei Klassen aufteilen: einerseits Ferritplatten mit gewickelten Drahtspulen, andererseits Leiterplatten mit gedruckten Wicklungen oder Hybridlösungen. Innerhalb der Klassen sind Unterscheidungskriterien Anzahl der Spulen (Single, Array), Größe, Form, Spannungsklasse und Art der Kontrolle (Spannung, Duty Cycle, Frequenz). Außerdem gibt es Designs mit einem zentralen Dauermagneten in der Spule. Dieser ist dafür gedacht, sehr leichte Empfänger automatisch auf der Sendespule zu zentrieren. Klarer Nachteil der Lösung ist, dass der Dauermagnet im Magnetfeld der Spule die Güte durch entstehende Wirbelströme stark negativ beeinflusst.
Literatur:
[1] Alliance for Wireless Power: www.a4wp.org/technology.html
[2] Wambsganß, P.; Prof. Dr.-Ing. Parspour, N.: Stromversorgung aus dem HF- Feld; www.elektroniknet.de/power/power-management/artikel/1644/1/
[3] Power Matters Alliance: www.powermatters.org/
[4] RRC-power-solutions-Workshop: Grundlagen der induktiven Energieübertragung, Qi-Standard und Systemdesign, 2012
[5] Texas Instruments Evaluation Kit: www.ti.com/ww/en/analog/wireless_power_solutions/tools.htm
[6] Wireless Power Consortium: www.wirelesspowerconsortium.com/technology
[7] Würth Elektronik: Trilogie der induktiven Bauelemente, 2008
Der Autor:
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| Jörg Hantschel |
|---|
| arbeitet derzeit als Global Business Development Manager für Wireless-Leistungsspulen bei der Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG. Seine Berufslaufbahn begann er als Technischer Vertriebsingenieur sowie Global Key Account Manager bei der Siemens AG sowie später als Senior Global Product Manager bei Siemens und Nokia. |
joerg.hantschel@we-online.de
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