Uudenlaisella langattomalla laturilla voi ladata useita laitteita samaan aikaan

Matkapuhelinten ja tablettien avulla voimme pitää yhteyttä toisiimme olinpaikastamme riippumatta, mutta niiden lataaminen ei onnistu missä tahansa, koska virransyöttöön tarvitaan pistokkeita, pistorasioita ja latausalustoja. Aalto-yliopistossa kehitetty uusi teknologia saattaa olla ratkaisu näiden laitteiden ja muun elektroniikan aidosti langattomaan lataukseen tulevina vuosina. Tulokset on julkaistu IEEE Transactions on Industrial Electronics -julkaisussa 21 heinäkuuta 2021.

Vaikka tutkijat ympäri maailmaa kehittävät kiinteistä latauspisteistä irrotettua langatonta latausta, yleisimpiin ratkaisuihin liittyy monimutkaisia valvonta- ja tunnistustoimintoja. Perinteisesti tehonsiirtolaitteen on tunnistettava laitteen sijainti, jotta se voi lähettää energiaa laitteen suuntaan. Tavallisesti tunnistus tehdään kameroilla tai antureilla, mikä lisää laitteen kokoa.

Uudella tehonsiirtolaitteella tunnistustarve voidaan ohittaa. Laite luo tehonsiirtokanavia kaikkiin suuntiin ja virittää kanavat automaattisesti, kun vastaanottavat laitteet ovat liikkeessä. Esimerkiksi puhelimen tai kannettavan tietokoneen kaltaiset laitteet voivat saada samanaikaisesti energiaa akkujen lataamiseen tai suoraan toimintojensa käyttövoimaksi – ilman fyysistä kosketusta tai laitteen tuomista tiettyyn paikkaan.

”Tästä tehonsiirtolaitteesta tekee erityisen sen itsesäätyvyys. Se tarkoittaa, ettei monimutkaista elektroniikkaa tarvita yhteyden saamiseksi laitteiden sisäisiin vastaanottimiin. Koska laite säätyy itsestään, sitä voi myös siirtää vapaasti laajalla latausetäisyydellä”, kertoo tutkijatohtori Prasad Jayathurathnage Aalto-yliopistosta.

Tutkimusryhmä on päässyt tavoitteeseensa muuntamalla tehonsiirtolaitteessa käytettävien käämien rakennetta. Kun käämit kierretään tietyllä tavalla, ne luovat kahdenlaisia sähkömagneettisia kenttiä: joista toiset suuntautuvat käämistä ulospäin ja toiset pyörivät sen ympäri. Nämä kentät yhdistävät vastaanottimen ja lähettimen tehokkaan tehonsiirron aikaansaamiseksi.

Tällä hetkellä tehonsiirtolaite on erittäin tehokas – se siirtää 90 prosenttia tehosta jopa 20 senttimetrin etäisyydeltä. Laite toimii kuitenkin myös pidemmältä etäisyydeltä, jolloin energiansiirron tehokkuus laskee. Teoriassa alue, jolla laite siirtää energiaa tehokkaimmin, voi kasvaa teknologian kehittyessä.

”Toistaiseksi huipputehon enimmäisetäisyys riippuu tehonsiirtolaitteen ja vastaanottimen koosta.  Oikealla tekniikalla voisimme pienentää niitä”, Jayathurathnage kertoo.

Tutkimusryhmä on todentanut laitteen toimivuuden, mutta vielä tarvitaan turvallisuustestejä sen varmistamiseksi, ettei tehonsiirtolaitteen tuottama sähkömagneettinen kenttä ole ihmisille haitallinen. Mahdollisten haittavaikutusten pääasiallinen aiheuttaja on laitteen synnyttämä sähkökenttä, mikä tässä tapauksessa on hyvin pieni.

Kun teknologia on todettu turvalliseksi, sen tuotteistaminen helpottaisi elämää maailmassa, joka on yhä riippuvaisempi älylaitteista.

”Langaton lataus tuo henkilökohtaista vapautta. Ei tarvitse esimerkiksi huolehtia siitä, mihin laitoit puhelimesi tai muistitko kytkeä sen lataukseen”, Jayathurathnage kertoo.

Tutkimusryhmä on jo hakenut patenttia tehonsiirtolaitteelle. Sama ryhmä kehittää myös teollisuussovellusten langattomia latausmahdollisuuksia Parkzia-hankkeessa, jossa muutetaan esimerkiksi mobiilirobottien odotuspisteet latauspisteiksi.

Linkki artikkeliin (ieeexplore.iee.org)

Lisätietoja (englanniksi)
Prasad Jayathurathnage
Tutkijatohtori
Aalto-yliopisto
0504477981
prasad.jayathurathnage@aalto.fi