Drahtlose Energieübertragung durch eine Schicht aus nichtleitendem Material

Um Strom über eine Lücke zu übertragen, können Sie dies durch Transformatorwirkung tun, aber der Wirkungsgrad ist gering, da das Magnetfeld von der Leistungsspule nicht zu 100% mit der Empfangsspule gekoppelt ist. Je nach Abstand kann die Kopplung nur (sagen wir) 10% betragen und das bedeutet, dass Sie viel rohe Gewalt aufwenden müssen, um die benötigte Leistung auf die Empfangsspule zu bekommen.

Eine wesentliche Verbesserung besteht darin, abgestimmte Spulen zu verwenden, die bei Resonanzfrequenz arbeiten.

Ich werde eines beschreiben, an dem ich letztes Jahr beteiligt war – es hat nicht mehr als 10 % Leistungskopplung erreicht, aber die Einschränkungen für die Anwendung waren enorm – deshalb verwende ich es als Beispiel – wenn Sie möchten Wenn Sie diese Einschränkungen (unten beschrieben) vermeiden können, sollten Sie leicht eine Energieeffizienz von mehr als 50 % erreichen.

Es musste Leistung an das Ende des Turbinenrotors eines 500-MW-Stromgenerators übertragen, und die Wellen sind ziemlich groß. Tatsächlich hatte die Empfangsspule einen Durchmesser von etwa 1,5 Metern: -

Die rote Kreislinie ist die Spule, die in einer erhöhten isolierten Nut über dem Metall des Rotors sitzt. Es wurde erwartet, dass das Metall eine schlechte Kopplung ergibt, aber bei der verwendeten Frequenz war es nicht so schlecht, die Leistung wegzusaugen (vielleicht 20% Verlust). Die Spule war eine einzelne Windung von 1,6 mm Cu.

Die Statorspule war mit etwa 30º des Umfangs gekoppelt, dh es war keine volle Windung mit 1,5 m Durchmesser. Es war eine Spule mit 4 Windungen. Jede der 4 Windungen verwendete 3 Litzendrähte mit einem Durchmesser von 1 mm mit 250 Litzen in jeder Litze, insgesamt 750 Litzen. Bei einer Vollkreisspule wäre die Leistungskopplung besser; wahrscheinlich so etwas wie doppelt.

Der Spulenabstand betrug etwa 40 mm, und trotz aller Einschränkungen konnte die Anordnung problemlos 50 VRMS auf der abgestimmten Rotorspule erzeugen. Die am Rotor benötigte Leistung betrug maximal etwa 2 W. Kleinere Lücken werden effektiver sein.

Die Statorspule hatte zwei Abstimmkondensatoren, einen parallel und einen, um die 600-kHz-Wechselstromeinspeisung einzubringen. Die Einspeisespannung betrug etwa 30 VRMS, aber aufgrund der Abstimmung erzeugte sie etwa 100 VRMS über der Spule. Eine bessere Litze würde die Spannung verbessern und die Leistungsverluste reduzieren – die Spule stieg um etwa 5 bis 10 °C an, wenn sie unter Umgebungsbedingungen betrieben wurde. Dieses Design wurde auch durch ein 600-kHz-Eingangsstromversorgungskabel mit kleinem Durchmesser (etwa 3 mm für abgeschirmte verdrillte Doppelleitung) und das Kabel war etwa 10 Meter lang - der 600-kHz-Generator in der Nähe der Leistungsspule ist der Weg, um mehr Effizienz zu erzielen Power-Kopplung.

Außerdem war die Effizienz aufgrund des Spalts von 40 mm und der Notwendigkeit, bei Temperaturen nahe 100 °C zu laufen, nicht so gut.

Zusammenfassung - Ja, Sie können Leistung magnetisch über eine Lücke übertragen, und eine vollständige Schleife sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite koppelt viel besser als die oben beschriebene Teilkopplung. Ein kleinerer Abstand koppelt auch viel besser. Die oben beschriebene Empfangsschleife hatte eine einzige Windung, da sie auch Daten von der an der Turbine montierten Elektronik zurückkoppelte - mehr Windungen auf dieser Wicklung würden helfen - versuchen Sie, das Eingangsspulenprofil und die Windungen mit dem Empfangsprofil und den Windungen abzugleichen. Die Verwendung von Ferritmaterial war bei diesem speziellen Job unpraktisch, aber sie würden helfen.

Um die Frage zu beantworten, die Sie gestellt haben - ja, es ist möglich.

Im Großen und Ganzen kann dies unter Verwendung von Spulen und Ferritmaterial erfolgen, wobei die Spule auf einer Seite mit hoher Frequenz angesteuert wird (die genaue Wahl hängt von den Eigenschaften des Ferritmaterials ab) und die Spule auf der anderen Seite ebenfalls um einen Ferritkern herum liegt. Dies ist jedoch nur ein Umriss, da hier nicht der Ort ist, ein vollständiges Design zu geben.

Wenn Sie weiter forschen möchten, recherchieren Sie zu den Themen Schaltnetzteile und kabelloses Laden zB für Telefone.