Spulen für die drahtlose Energieübertragung Effizienzwerte steigern

Bild 1. Beispiel für eine Ladespule vom Typ WE-WPCC 760308102212
Bild 1. Beispiel für eine Ladespule vom Typ WE-WPCC 760308102212

Mobile Elektrogeräte drahtlos aufzuladen ist absolut »in«. Die dafür geeigneten Ladevorrichtungen enthalten Ladespulen auf Sender- und Empfängerseite, die vorrangig aus Ferritmaterial bestehen. Doch was sind die Vor- und Nachteile, wenn dabei festes oder vorgebrochenes Ferritmaterial Verwendung findet?

in entscheidendes Kernelement kabelloser Ladesysteme ist die Wireless-Power-Spule, wie sie z.B. Würth Elektronik eiSos unter dem Markennamen „WPCC“ (Wireless Power Charging Coil) anbietet. Die elektrische Leistung dieser Spule wiederum hängt von der Energie ab, die sie an die Empfängerspule übertragen kann, und davon, inwieweit der Empfänger diese Energie für die Endanwendung, z.B. Laden des Akkus oder Stromversorgung des elektronischen Kreises, nutzen kann.

Es gibt verschiedene Parameter, die die Stromübertragung unter Verwendung von kabellosen Spulen beeinflussen:
• Gütefaktor
• AC- und DC-Widerstand
• Spulenform
• Größenverhältnis von Sender- zu Empfängerspule
• Winkel, in dem beide Spulen zueinander platziert sind
• Bereich, in dem sich Windungen befinden
• Bereich, in dem sich keine Windungen befinden
• Verwendetes Ferritmantel
• Mantelform
• Häufigkeit des Vorgangs
• Induktivitätswerte beider Spulen
• Abstand zwischen den Spulen (wichtig für die Kopplung)

Neben den aufgeführten Parametern ist der Komponentenhersteller technisch führend in zwei Bereichen: feldformende Ränder und magnetische Ebenen. Letztere agiert eher wie ein magnetischer Flussrichtungsweiser, der den hergestellten Fluss zum Empfänger leitet, sodass der Empfänger in der Lage ist, das meiste der übertragenen Energie zu empfangen, und so die maximale Leistung übertragen wird. Die Kehrseite besteht allerdings darin, dass die Spule dadurch in ihrer Gesamtgröße dicker wird, sodass von diesem bestimmten Merkmal nur die Sender profitieren, bei denen die Dicke der Spule keine Rolle spielt.

Der Spulenhersteller verwendet jedoch auch sorgfältig entwickelte Verbundwerkstoffe auf Ferritbasis, um die Empfänger der WPCCs abzuschirmen. Dies ermöglicht bei maximal möglicher Induktivität und niedrigstem DC-Widerstand ein sehr dünnes Design, wenn die Dicke der Spule entscheidend ist. Einige Beispiele für solche Einschränkungen sind Armbanduhren, Mobilgeräte, Systeme zur Gesundheitskontrolle usw. Da diese Geräte im Allgemeinen von einem Gehäuse umgeben sind, um sie vor rauen Umweltbedingungen zu schützen, muss der entsprechend kleine Akku – z.B. bei GPS und Funk – häufiger geladen werden, um den Strombedarf der Elektronik zu decken.

Dünne Spulen für Wearables

Während Würth Elektronik weiterhin das Produktsortiment für drahtloses Laden erweitert, hat das Unternehmen auch drei dünne Empfänger entwickelt, die für Wearables und mobile Anwendungen geeignet sind: WE-WPCC 760 308 103 211, WE-WPCC 760 308 102 212 (Bild 1) und WE-WPCC 760 308 102 213.

Sie verfügen über eine sehr geringe Dicke von 0,5 bis 0,64 mm und 760 308 101 214 (Bild 2) hat eine maximale Dicke von 0,8 mm. Darüber hinaus bietet WE-WPCC 760 308 102 212 aufgrund der breiten Auslegung eine hohe Abschirmung gegen elektromagnetische Interferenzen.