Funktionstüchtige drahtlose Energieübertragung mittels magnetoindutiver Wellen: MiWaves

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Fralett Suárez Sandoval
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416462705

MiWaves befasst sich mit dem Entwurf und der Realisierung von funktionstauglichen Geräten für die drahtlose Energieübertragung mittels magnetoinduktiver Wellen. Diese breiten sich entlang einer Reihe oder einer Matte von in Resonanz betriebenen LC-Kreisen aus. Ziel und Anreiz der Forschung ist, multiple mobile Geräte an einem beliebigen Ort innerhalb einer Ebene mit Energie zu versorgen. Diese zwei Anforderungen haben sich als besondere Herausforderung erwiesen. Der Großteil der bekannten Forschung befasste sich mit der Implementierung von vielfachen Kanälen mit entsprechend erhöhter Schaltungskomplexität bei der Spannungsversorgung und der Regelung. Der Ansatz mit magnetoinduktiven Wellen ist eine attraktive Alternative. Er erfordert nur einen einzigen Ort der Anregung und die Energie propagiert sehr effizient entlang des Übertragungspfades in dessen Nahfeld. In unserer bisherigen Arbeit haben wir uns auf die analytische Beschreibung und Validierung der übertragbaren Leistung sowohl in einer 1D als auch 2D Anordnung konzentriert. Es handelt sich hierbei jedoch noch um Labormuster, die Laborgeräte wie Funktionsgeneratoren und Spannungsverstärker zum Betrieb benötigen. Um jedoch ein wirklich funktionstaugliches Gerät zu erhalten, sind weitere Forschungsfragen offen, die als Aufgaben in diesem Antrag formuliert werden:I. Steuermodul für das 2D GerätIn dem vorliegenden 2D Gerät bilden sich an der Oberfläche stehenden Wellen aus, die die Energieübertragung stark von der Position des Empfängers abhängig machen. Die Anwesenheit des Empfängers inkl. seiner Position muss folglich von der Steuerung erkannt und auch von störenden Fremdkörpern unterschieden werden. Ebenso ist sicherzustellen, dass der Empfänger nicht über dem Minimum einer stehenden Welle sitzt. II. Leistungselektronik für das 1D und 2D GerätIn diesem Modul entwickeln wir einen passenden AC-DC Wandler sowie Hochfrequenz DC-AC Wandler, um unsere Geräte unabhängig von Laborgeräten zu machen. Ebenso erlaubt dieses Modul die Kommunikation mit dem oben erwähnten Steuermodul. III. Verbesserung der 1D und 2D Geräte Unsere Magnetoinduktiven-Wellen-Geräte werden hinsichtlich ihres Temperaturverhaltens und elektromagnetischer Verträglichkeit evaluiert und angepasst. Die drei genannten Forschungsaufgaben werden in drei konsekutiven Arbeitspaketen behandelt, von denen jedes eine klare wissenschaftliche Herausforderung adressiert. Der Projektvorschlag zeigt einen möglichen Handlungsplan auf, bei dem die Aufgaben mit klaren Methoden und deren Validierung erarbeitet werden können. Studentische Hilfskräfte und Themen für Masterarbeiten sind ebenfalls im Arbeitsplan berücksichtigt. Somit werden Studierende früh an die Projektentwicklung herangeführt und sie zur Wissenschaft ermuntert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen