Tehokkaampaa langatonta tehonsiirtoa

Israelilainen Wi-Carge on kaupallistamassa tekniikkaansa, joka kykenee siirtämään kymmenen wattia tehoa lähes kymmenen metrin päähän.

Tekniikka perustuu infrapunalaseriin. Siinä perinteinen laseronkalo on jaettu kiinteän osan lähettimeksi ja ladattavan laitteen vastaanottimeksi. Niiden välille syntyy spontaanisti resonaattori, kun niillä on näköyhteys toisiinsa.

Varsinainen teho siirtyy lähettimessä olevan vahvistinosan ja vastaanottimen valokennon välillä vapaassa ilmassa olevan linkin kautta. Samalla kun yhteys katkeaa, myös tehonsiirron vahvistus katoaa. Tämä on hyvä turvallisuustekijä sillä normaalisti lähetin toimii turvallisena luokan 1 infrapunalaserina.

Tekniikan etuina on pitkähkö siirtoetäisyys ja erikoisrakenteisien peilien avulla ilman erityisiä aputoimintoja toimiva siirtolinkin muodostuminen.

Toisin kuin induktiivisissä tekniikoissa, tällä tekniikalla tehoa siirtyy tarkasti vain vastaanottimeen. Tekniikka on siten myös vapaa EMI-häiriöistä eikä näin ollen häiritse muita elektroniikkapiirejä.

Tekniikka on suunniteltu sovellettavaksi muun muassa nelikopterilennokkien tehonsiirtoon. Laserilla tapahtuvaa tehonsiirtoa ovat aikoinaan kokeilleet muun muassa amerikkalaiset ja japanilaiset avaruusviranomaiset mutta nyt tarkoituksena on tuottaa kuluttajakäyttöön soveltuvia järjestelmiä.

Pietarilaisen ITMO yliopiston ja Giricond tutkimuslaitoksen tutkijat ovat hahmotelleet aivan uudenlaista langatonta tehonsiirtojärjestelmää. Se voisi säilyttää 80 prosenttisen siirtohyötysuhteen yli 20 cm etäisyydellä, ja sekin heikkenee vain vähän etäisyyden kasvaessa.

Tämäkin kokeilu perustuu resonanssikytkentään mutta tässä perinteiset kuparikelat on korvattu korkean permittiivisyyden pienihäviöisellä dielektrisellä resonaattorilla. Lisäksi tämä resonaattori toimii magneettisen kvadrupolin eikä magneettisen dipolin resonanssitaajuudella.

Tämän muutoksen vaikutus on kaksiosainen: ensinnäkin, resonaattorin laatutekijää (Q-kerroin) voidaan merkittävästi lisätä, mikä vähentää sekä ohmista että säteilyn häviöitä.

Lisäksi, magneettisen nelinapamuodon lähikentän omaperäisen jakautumisen johdosta järjestelmän tehokkuus on vastustuskykyisempi eri tavoin suuntautuneita lähetintä ja vastaanotinta vastaan.

Ehdotetun järjestelmän toimintaperiaate perustuu Mie teoriaan, eli sopivalla virityksellä, korkean taitekertoimen dielektrinen pallo osoittaa erittäin vahvaa magneettista resonanssia.

Heidän työnsä on julkaistu äskettäin kokonaisuudessaan Applied Physics Lettersin nettisivuilla.

Aiheesta aiemmin:

Langatonta tehonsiirtoa metamateriaaleilla