Tässä blogikirjoituksessa tarkastelemme langattoman voimansiirtotekniikan periaatteita ja mahdollisuuksia keskittyen magneettiseen induktioon ja magneettiresonanssiin.
Langaton sähkönsiirto on vähemmän tehokasta kuin langallinen sähkönsiirto, jossa laitteet yhdistetään suoraan virtalähteeseen, mutta sen etuna on, että elektronisia laitteita voidaan liikutella ja käyttää vapaasti. Langaton sähkönsiirto on tekniikka, joka käyttää sähkömagnetismia sähkön langattomaan siirtämiseen ja hyödyntämiseen. Langatonta sähkönsiirtoa on kahta päätyyppiä: magneettinen induktio ja magneettinen resonanssi.
Magneettinen induktio on samankaltainen kuin muuntajan. Muuntajassa on käämi, joka on kierretty neliönmuotoisen rautasydämen ympärille, ja kun ensiökäämiin syötetään vaihtuvanapaista vaihtovirtaa, se luo ensiökäämiin magneettikentän, ikään kuin magneetti liikkuisi. Tämä magneettikenttä synnyttää toisiokäämiin virran, jota kutsutaan indusoiduksi virraksi. Muuntajissa on rautasydämet, jotka voivat tehokkaasti siirtää magneettikenttien energiaa, mutta magneettinen induktiomenetelmä siirtää tehoa langattomasti ilman rautasydämiä.
Tämän magneettisen induktion menetelmän etuna on erittäin korkea, yli 90 %:n tehonsiirtohyötysuhde. Ongelmana on kuitenkin se, että tehonsiirtohyötysuhde laskee jyrkästi, kun lähetin, joka vastaa ensiökäämiä, ja vastaanotin, joka vastaa toisiokäämiä, ovat muutaman senttimetrin päässä toisistaan tai kun lähettimen ja vastaanottimen keskipisteet eivät ole linjassa. Matkapuhelimien tapauksessa etäisyysongelma ratkaistaan asettamalla matkapuhelin latausalustalle, ja langaton lataus on mahdollista sijoittamalla käämejä latausalustaan, mikä parantaa lähetys- ja vastaanotto-osien välistä siirtotehokkuutta. Koska matkapuhelimet kuitenkin käyttävät tasavirtaa, ennen latausvaihetta tarvitaan tasasuuntaaja, joka muuntaa ensiökäämistä toisiokäämiin indusoituneen vaihtovirran tasavirraksi.
Lisäksi, koska magneettisen induktiomenetelmän tehonsiirtotehokkuus on korkea, on otettava huomioon myös sähkömagneettisten aaltojen aiheuttamien häiriöiden mahdollisuus. Jos muut ympäröivässä ympäristössä olevat elektroniset laitteet ovat herkkiä sähkömagneettisille aalloille, häiriöitä voi esiintyä, ja sähkömagneettisten aaltojen suojaustekniikka on tärkeä tämän estämiseksi. Tämä varmistaa, että langattomat tehonsiirtojärjestelmät toimivat luotettavammin.
Toinen siirtomenetelmä on magneettinen resonanssi. Resonanssi on fysikaalinen ilmiö, jossa kun yhtä eri virityshaarukoista isketään, saman ominaistaajuuden omaavat virityshaarukat värähtelevät yhdessä. Ensiökäämi ja resonaattori on suunniteltu aiheuttamaan resonanssia magneettikentässä resonanssitaajuuden luomiseksi. Magneettisen resonanssin menetelmän periaatteena on suunnitella toisiokäämi ja resonaattori siten, että resonanssitaajuus välittyy.
Näiden ominaisuuksien ansiosta, toisin kuin magneettinen induktiomenetelmä, magneettiresonanssimenetelmällä on se etu, että se mahdollistaa tehonsiirron lyhyillä, useiden metrien etäisyyksillä. Jos tämä menetelmä kaupallistetaan, on mahdollista käyttää tai ladata erilaisia elektronisia tuotteita, jotka resonoivat lähettimen kanssa ilman virtalähteen kytkemistä. Käämin koko on kuitenkin kokeellisessa vaiheessa liian suuri sovellettavaksi yleiseen kulutuselektroniikkaan, joten käämin pienentäminen on tarpeen. Siksi tarvitaan tutkimusta tämän ongelman ratkaisemiseksi.
Lisäksi taajuuskaistojen ja niihin liittyvien spesifikaatioiden standardointi on välttämätöntä magneettiresonanssiteknologian kaupallistamisen kannalta. Koska häiriöitä voi esiintyä, kun useat laitteet käyttävät samaa taajuuskaistaa, spesifikaatiot on laadittava kansainvälisten standardien mukaisesti sen varmistamiseksi, että useat laitteet toimivat sujuvasti. Tällaisia standardointitoimia tehdään maailmanlaajuisesti, ja langaton tehonsiirtotekniikka kehittyy tämän seurauksena.
Lisäksi magneettiresonanssia hyödyntävien langattomien voimansiirtojärjestelmien kaupallistaminen voisi tuoda merkittäviä muutoksia sähköajoneuvojen lataukseen. Tällä hetkellä sähköajoneuvot ladataan latausasemilla kytkentäkaapeleilla, mutta langattoman voimansiirtoteknologian avulla langattomat latausalustat voidaan asentaa pysäköintipaikoille, jolloin lataus onnistuu yksinkertaisesti pysäköimällä ajoneuvo. Tämä tarjoaa suurta mukavuutta sähköajoneuvojen käyttäjille ja vaikuttaa myönteisesti sähköajoneuvojen leviämiseen.
Langattomalla voimansiirtotekniikalla on suuri sovelluspotentiaali eri aloilla, ja tulevaisuudessa odotetaan jatkuvan paljon tutkimus- ja kehitystyötä. Tämä tekee elämästämme kätevämpää ja tehokkaampaa.
