”Yksinkertaisen hienostunut” – uusi virransiirtotekniikka mullistaa langattoman latauksen

Yksinkertainen langaton virransiirto on ollut käytössä jo jonkin aikaa, mutta olemassa olevat järjestelmät eivät voi ladata laitteita, jotka ovat kaukana latauspisteestä. Yhden suuren lähettimen käyttäminen koko alueen kattamiseen aiheuttaa liian suuren sähkövirtapiikin eikä sähkön virtausta yksittäiseen laitteeseen voida hallita. Jos taas käytetään useita pieniä lähettimiä, vastaanottimien on oltava tietyssä asennossa ja lähettimen sekä vastaanottimen on oltava täsmälleen kohdakkain.

Aalto-yliopiston tutkijat tarttuivat ongelmaan ja kehittivät sähkönsiirtotekniikan, joka toimii lähettimen ja vastaanottimen sijainnista sekä suunnasta riippumatta. Uuden virransiirtotekniikan ansiosta laitteita voidaan ladata ilman johtoja tai pistokkeita. Varastorobotit, keittiölaitteet ja jopa puhelimet tai kannettavat tietokoneet voivat saada virtaa missä tahansa latausalueella. Koska virransiirto jatkuu myös laitteen ollessa liikkeessä, tekniikka voi jonain päivänä ladata sähköajoneuvoja niiden ollessa liikkeellä.

"Metodimme kauneus on siinä, että se on hyvin yksinkertainen mutta varsin hienostunut", kertoo projektia johtanut tutkijatohtori Prasad Jayathurathnage.

Lähettimet ristikkoon

Uuden tekniikan keskeisenä ajatuksena on järjestää lähettimet ristikkoon siten, että viereisten lähettimien virta kulkee vastakkaiseen suuntaan – yksi lähetin kiertää myötäpäivään ja viereiset vastapäivään tai päinvastoin.

Tämä luo ruudukon, jossa on positiivisia ja negatiivisia lähetyskeloja, joiden välissä on magneettivuo. Lähetinruudukon yläpuolella oleva vastaanotin kaappaa positiivisten ja negatiivisten lähettimien välisen magneettivuon ja muodostaa sähkövirran laitteen lataamista varten.

"Loppujen lopuksi kyseessä on sähkömagneettinen järjestelmä. Lähestymistapamme oli selvittää, miten voisimme havaita vastaanottimen ja sijainnin sähkömagneettisesti", Jayathurathnage kertoo.

Koska vastaanotin käynnistää virransiirron, ja useat lähettimet latausalueella tunnustelevat, missä kohdin järjestelmä kytkeytyy päälle, virtausta yksittäiseen laitteeseen voidaan hallita. Tämä tarkoittaa myös sitä, että virta siirtyy vain vastaanottimelle, joten useita laitteita voidaan ladata samanaikaisesti aktivoimatta kuitenkaan laajaa aluetta.

Vierekkäiset lähettimet ja vastaanotin tuottavat yhdessä halutun kokoisen ja muotoisen latausalueen.

"Pohjimmiltaan kyseessä on haku: lähettimet kuuntelevat havaitakseen vastaanottimen", kertoo projektin jatko-opiskelija Shamsul Al Mahmud.

Jos virransyöttö vastaanottimeen alkaa, viereiset lähettimet kytkeytyvät päälle aktiivitilaan, valmiina siirtämään virtaa, jos vastaanotin ilmaantuu niiden ylle.

"Tällä konfiguraatiolla saamamme tehokkuus oli lähes jatkuvaa ja virtaa tuli jatkuvasti riippumatta vastaanottimen sijainnista ja suunnasta. Tehonsiirto jatkui sujuvasti myös vastaanottimen liikkuessa", kertoo hankkeeseen osallistunut tutkija Ishtiaque Panhwar.

Tekniikka testissä

Tekniikka on ollut testikäytössä varastoroboteissa yhteistyössä suomalaisen Solteq Robotics -yrityksen kanssa. Tutkijatohtori Jayathurathnage johtaa lisäksi Business Finlandin rahoittamaa Parkzia-hanketta. Hankkeessa pyritään kaupallistamaan uutta tekniikkaa teollisuudelle ja kuljetusalalle.

"Tekniikan vienti laboratoriosta ulkomaailmaan ja sen näkeminen varastossa oli minulle henkilökohtaisesti jännittävä hetki. Olin vihdoin tuomassa kymmenen vuoden tutkimuksen tulosta laboratoriosta maailmalle", Jayathurathnage kertoo.

Vaikka tekniikka on pohjimmiltaan valmis käytännön sovelluksiin, se tarvitsee vielä kaupallista valmistelua ja sertifiointia. Sillä välin Aalto-yliopiston tutkijat jatkavat tekniikan kehittämistä ja parantamista. Yksi tiimin tavoitteista on nostaa tehotasoa noin 1 kW:sta noin 20 kW:iin, jotta tekniikan tuottamalla teholla voitaisiin ladata sähköajoneuvoja.

Tekniikka voi myös parantaa arkeamme.

”Tällä hetkellä keittiötyövälineet kuten riisikeitin on asetettava tiettyyn paikkaan energian saamiseksi pistorasiasta. Teknologiamme avulla voimme kuitenkin tehdä koko työpöydästä laitteiden tai jopa puhelimien virtalähteen, Jayathurathnage sanoo.

Tulokset on julkaistu IEEE Transactions on Industrial Electronics -lehdessä. Open Access -artikkeli on luettavissa tästä linkistä: https://ieeexplore.ieee.org/document/9693346