Stromtransport mit Magnetfeldern

Mobile Geräte kabellos aufladen? US-Forscher entwickelten ein System mit resonanten Magnetfeldern zru kabellosen Stromübertragung.

Cambridge (USA) – Ohne Kabel und Ladegerät können sich Handy und Laptop bald selbstständig mit Strom über die Luft versorgen. An dieser Innovation arbeiten weltweit mehrere Forschergruppen. Bisher nutzten Forscher meistens Radiowellen für die kabellose Stromübertragung. Doch nun entwickelten amerikanische Forscher ein System mit resonanten Magnetfeldern. Wie sie in der Zeitschrift „Science“ berichten, erreichten sie eine vergleichbar hohe Übertragungseffizienz von bis zu 15 Prozent.

„Zwei resonante Objekte mit derselben resonanten Frequenz können Energie effizient austauschen, während sie mit anderen Objekten nur schwach wechselwirken“, erklären die Forscher um Marin Soljacic vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. In ihrem Labor konnten sie bereits eine 60-Watt-Glühlampe aus zwei Meter Entfernung mit Strom versorgen und zum Leuchten bringen. Sender und Empfänger bestehen dabei je aus einer Kupferspule mit einem Radius von 30 Zentimetern. Auch eine Wand zwischen den Spulen störte die Übertragung nicht.

Grundlage der Stromübertragung ist die magnetische Induktion in leitfähigen Spulen, wie sie auch über sehr kurze Abstände in Hochspannungstransformatoren genutzt wird (Abb.). Über stark gekoppelte magnetische Resonanzen gelang es Soljacic und Kollegen nun, den Abstand auf bis zu zwei Meter zu vergrößern. Auf der Resonanzfrequenz von 9,90 Megahertz konnten sie zwischen den Spulen ein elektrisches Feld von E= 210 Volt/Meter aufbauen. Das korrespondierende Magnetfeld bestimmten sie mit 1 Ampère/Meter. Die Senderspule betrieben sie mit 400 Watt und konnten damit die 60-Watt-Glühlampe mit ausreichend Strom versorgen. In weiteren Versuchen hoffen sie, diese Effizienz von 15 Prozent auf den theoretisch erwarteten Wert von etwa 40 Prozent steigern zu können.

Abb.: Laboraufbau am MIT. Die Senderspule (links hinter der Wand) kann eine 60-Watt-Glühlampe mit ausreichend Strom versorgen. (Quelle: MIT, Science)

Vor wenigen Wochen berichtete das kanadische Start-Up Powercast, dass sie über einen Distanz von etwa einem Meter Geräte mit einem niedrigen Energiebedarf wie beispielsweise einen Handyakku aufladen konnten. Doch im Unterschied zu den MIT-Forschern nutzten sie Radiowellen im Bereich von 900 Megahertz zur Stromübertragung. Effizienzwerte gaben sie nicht an, doch dürften diese bei der isotropen Ausbreitung der Radiowellen unterhalb der Werte liegen, die mit der gekoppelten magnetischen Resonanz erzielt wurden.

Der Vorteil des Powercast-Systems könnte dagegen in der geringen Größe der Stromempfangsantenne liegen. Das Unternehmen vergleicht die Dimensionen mit denen einer 50-Cent-Münze. Die MIT-Spulen sind dagegen noch viel zu groß, um in ein Laptop oder gar Handy eingebaut werden zu können. Aber Soljacic und Kollegen sind sehr optimistisch, diese Hürde mit einem verbesserten Aufbau bald überwinden zu können.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  A. Kurs et al. Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances, Science (Online-Veröffentlichung, 07.06. 2007).
  http://dx.doi.org/10.1126/science.1143254
• Massachusetts Institute of Technology:
  http://www.mit.edu
• Department of Physics:
  http://web.mit.edu/physics/
• Powercast:
  http://www.powercastco.com

Weitere Literatur:

• N. Tesla, U.S. patent 1,119,732 (1914).
• T. Aoki et al., Nature 443, 671 (2006).
• Karalis, J. D. Joannopoulos, M. Solja¿i¿, Ann. Phys. (2007).
  http://dx.doi.org/10.1016/j.aop.2007.04.017
• T. A. Vanderelli, J. G. Shearer, J. R. Shearer, U.S. Patent 7,027,311 (2006).