Akkus kontaktlos im Raum laden
Ein Handy überall in einem Raum kontaktlos aufladen – das ermöglicht eine Erfindung aus Japan. Eine Forschergruppe entwickelte eine Methode, die in einem Raum von drei mal drei Metern und zwei Metern Höhe fast überall eine Effizienz der Leistungsübertragung von mindestens 50 Prozent erreicht. Auch elektrische Geräte wie Lampen oder Ventilatoren funktionieren damit kabellos, wie das Team um Takuya Sasatani von der Universität Tokio im Fachjournal Nature Electronics schreibt.
Sowohl in privaten als auch in industriellen Räumen werden diverse elektronische Geräte eingesetzt, von Mobiltelefonen über Computer bis zu Robotern. „Mit Strom versorgt werden die Geräte jedoch hauptsächlich über Kabelverbindungen oder Einwegbatterien, die eine manuelle Bedienung erfordern und die Umwelt beeinträchtigen können“, schreiben die Forscher. Um das zu ändern, veränderten sie bereits vorhandene Ansätze zur induktiven Energieübertragung – also durch ein Magnetfeld, das ein fließender elektrischer Strom erzeugt.
Bei einem dieser Ansätze kam eine Stange in der Mitte des Raumes, der von Metallplatten umschlossen war, zum Einsatz. Durch diese Stange fließt der Strom nach unten, verteilt sich dann über den Boden und fließt über Wände und Decke zur Stange zurück. Dadurch entsteht um die Stange herum ein Magnetfeld, das eine Leitungsübertragung auf elektronische Geräte ermöglicht. Allerdings betrug die Übertragungseffizienz an den Wänden nur noch ein Prozent.
Sasatani und Kollegen entwickelten deshalb für eine raumgroße Aluminiumbox einen Stromfluss-Modus, bei dem der Strom an zwei Wänden nach unten und an den anderen beiden Wänden nach oben fließt. Boden und Decke schließen jeweils den Stromkreis. Dieser Stromfluss sorgt vor allem an den Wänden für ein stärkeres Magnetfeld, während es in der Raummitte sehr schwach ist. In Kombination erzeugen beide Stromfluss-Varianten Magnetfelder, die in 98 Prozent des Raumvolumens eine Leistungsübertragungseffizienz von mindestens 50 Prozent ermöglichen. Dafür muss allerdings die Spule im empfangenden Gerät rechtwinklig zum Magnetfeld ausgerichtet werden.
Die elektromagnetische Verträglichkeit des Ansatzes untersuchten die Wissenschaftler durch Messungen an einem Menschenmodell. Dabei wurden die Grenzwerte sowohl der Federal Communications Commission (FCC) der USA als auch des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) in New York eingehalten. „Die Ergebnisse legen nahe, dass die Eingangsleistung möglicherweise weiter erhöht werden kann, wenn Personen entsprechend positioniert oder von bestimmten Bereichen ferngehalten werden“, schreibt die Gruppe.
Frank Steinmüller vom Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) begrüßt die Forschung auf diesem Gebiet: „Es wäre ein großer Fortschritt, wenn wir auf Kabel für die Stromversorgung verzichten könnten, vor allem bei vielen Geräten im Raum.“Allerdings sieht er die Erfindung aus Japan als noch nicht ausgereift an. Eine Einschränkung sei etwa, dass der Raum wie ein faradayscher Käfig wirke und darin kein Handyempfang möglich sei.