WPT

Wireless Power Transfer ist die Übertragung elektrischer Energie von einer Quelle zu einer Last über einen Luftspalt hinweg, ohne dass leitfähige Kabel sie verbinden. Die Energie überträgt sich als elektromagnetische Felder, induzierte Ströme oder Strahlungswellen. WPT macht Steckverbinder, Schleifkontakte oder Zuleitungskabel überflüssig, wenn physischer Kontakt unmöglich, gefährlich oder unpraktisch ist.

Drei Verfahren beherrschen industrielle und private WPT. Die induktive Kopplung arbeitet über kurze Entfernungen (Millimeter bis Zentimeter), indem eine Primärspule nah bei einer Sekundärspule platziert wird; Wechselstrom in der Primärspule induziert Strom in der Sekundärspule. Resonante induktive Kopplung vergrößert die Reichweite auf mehrere Zentimeter, indem beide Spulen auf die gleiche Frequenz abgestimmt werden, was höhere Effizienz über etwas größere Luftspalte ermöglicht. Fernfeldstrahlung mit Mikrowellen oder anderen Hochfrequenzen kann über mehrere Meter funktionieren, ist aber weniger wirksam und erfordert komplexe Rectenna-Anordnungen zum Erfassen und Umwandeln der Energie.

Praktische Grenzen und Verluste

Induktive WPT-Systeme erreichen typischerweise 70 bis 90 Prozent Wirkungsgrad; Verluste nehmen mit wachsendem Spaltabstand deutlich zu. Fehlausrichtung, Metallhindernisse und Frequenzabweichungen beeinträchtigen die Leistung. Industrielle Anwendungen umfassen das Laden autonomer Fahrzeuge, die Stromversorgung rotierender Maschinen in Reinräumen, wo abgedichtete Lager erforderlich sind, und die Energieübertragung zu Sensoren in rotierenden Wellen oder abgedichteten Gehäusen. Verbraucherelektronik nutzt induktive WPT bei Zahnbürsten-Ladestationen und Phone-Charging-Pads, die mit standardisierten Frequenzen wie 100 bis 200 kHz arbeiten.

Der Begriff WPT erschien in der Fachliteratur in den 1990er Jahren, als praktische Systeme über die Theorie hinauswuchsen. Der 2008 eingeführte Qi-Standard definierte interoperable induktive Ladung für Verbrauchergeräte und wurde zur faktischen Grundlage moderner WPT. Höherleistige Varianten für die Industrie arbeiten über größere Luftspalte und erfordern maßgeschneiderte Spulenauslegung und Anpassungsnetzwerke, um akzeptable Wirkungsgrade zu erreichen.