Magnetische Induktion: US-Wissenschaftler verbessern drahtlose Stromübertragung

Bei der Zahnbürste geht es, beim Elektroauto auch - aber nicht so gut: den Akku ohne ein Kabel zu laden. Durch eine Entwicklung von Wissenschaftlern aus den USA soll die drahtlose Stromübertragung effizienter werden.

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Drahtlose Stromübertragung im Vergleich: mit MRFE, Metamaterial, durch die Luft (von links) (Grafik: David Ricketts)

Bei der drahtlosen Stromübertragung erzeugt eine Sendespule ein Magnetfeld. Das induziert in der Empfangsspule eine Spannung. Beim Auto, bei dem Sender und Empfänger einen gewissen Abstand haben, ist die Effizienz allerdings nicht so hoch.

Verstärker macht drahtlose Energieübertragung effizienter

Mit einem Verstärker, einem Magnetic Resonance Field Enhancer (MRFE), so haben die Forscher um Matthew Chabalko herausgefunden, kann die drahtlose Energieübertragung deutlich verbessert werden. Chabalko führte die Experimente an der Carnegie-Mellon-Universität (CMU) in Pittsburgh im US-Bundesstaat Pennsylvania durch. Inzwischen ist er zu Disney Research gewechselt.

Für den Versuchsaufbau verwendeten die Wissenschaftler zwei Spulen aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 4,25 Zentimetern. Diese stellten sie in einem Abstand von 12,2 Zentimetern auf. Die Übertragungsfrequenz lag bei 2,94 Megahertz. Die Forscher übertrugen erst Energie durch die Luft, dann platzierten sie erst ein Metamaterial und schließlich einen MRFE zwischen Sender und Empfänger. Dabei berührten weder Metamaterial noch MRFE Sender und Empfänger. Der MRFE bestand aus einem Kupferring mit einem Durchmesser von 12 Zentimetern.

MRFE ist besser als Metamaterial

Die Effizienz lasse sich sowohl durch das Metamaterial als auch durch die MRFE steigern, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. Der Ansatz mit MRFE sei allerdings bis zu viermal effizienter als der mit Metamaterial.

"Die Ergebnisse unserer Experimente zeigen eine Verdoppelung der Effizienz durch den Einsatz eines MRFE im Vergleich zur Übertragung durch die Luft", sagt David Ricketts von der Universität des US-Bundesstaates North Carolina in Raleigh. Weitere Verbesserungen seien aber möglich. Das hätten zudem Computermodelle für Systeme zur drahtlosen Energieübertragung gezeigt. Danach sei durch einen MRFE eine Effizienzsteigerung um das 50-Fache gegenüber einer Energieübertragung durch die Luft möglich.