Contactloze energieoverdracht integreren in elektrische toestellen

(02-12-2021) Matthias Vandeputte onderzoekt in zijn doctoraat hoe draadloze energieoverdracht geïntegreerd kan worden in elektrische toestellen. Dit leidt tot gewichtsbesparing, mogelijke kostenbesparing en meer vrijheid in vormgeving.

Magnetische resonante koppeling is een vorm van draadloze energieoverdracht die het mogelijk maakt om energie naar een ontvanger over te brengen zonder gebruik te maken van fysieke verbindingen zoals elektrische geleiders.

Pas recent, in de laatste twee decennia, is de technologie rendabel geworden voor het gebruik in commerciële producten, zoals bijvoorbeeld elektrische tandenborstels en oplaadvlakken voor smartphones.

De resonante werking van de zender- en ontvangerspoelen maakt efficiënte energieoverdracht mogelijk over luchtspleten die vele malen groter zijn dan de luchtspleten in klassieke elektrische machines, zoals inductiemotoren en synchrone motoren.

“In mijn proefschrift onderzocht ik hoe magnetische resonantie kan geïntegreerd worden in een elektrische machine om zo de luchtspleten te vergroten of magnetische materialen (deels) te vervangen door resonante spoelen”, legt Matthias Vandeputte uit.

“Dit leidt tot gewichtsbesparing, mogelijke kostenbesparing en meer vrijheid in vormgeving”

Zijn onderzoek werd gevoerd in 3 stappen. In de eerste fase werden de elektrische interacties en krachtwerking tussen resonante spoelen beschreven en gevalideerd op een prototype opstelling.

“Typisch is het koppel hoog voor 1 bepaalde rotorpositie. Het koppel varieert sterk over 1 omwenteling, met 1 optimale stand van de as. Bij klassieke motoren is het koppel nagenoeg constant over een omwenteling”, legt Matthias uit.  

In de tweede fase werd de resonante afstelling (detuning) van de resonatoren gevarieerd om zo het koppel te verhogen voor alle rotorposities. Door de elektrische regeling aan te passen werd het koppel verhoogt voor verschillende standen van de as en werd het koppel minder variabel.

In de derde en laatste stap werd de fysieke implementatie van deze detuning onderzocht en gevalideerd op het prototype. Om deze elektrische afstelling mogelijk te maken moest er een bepaalde elektrische component (de variabele capaciteit) ontwikkeld en gestuurd worden, zo kon deze afstelling gevalideerd worden op een opstelling.

“De elektrische afstelling (detuning) resulteerde in een verhoging van het gemiddelde koppel van 88% en een verhoging van het maximum koppel (piekkoppel) van 49%. Mijn onderzoek draagt bij aan een steeds betere contactloze energie-overdracht”, besluit Matthias.

Lees het volledige doctoraat

-

Titel doctoraat: Elektromechanische krachtwerking op afstand met elektrisch resonante vermogensoverdrachtssystemen: ontwerp en optimale controle

-

Contact: Matthias Vandeputte, Guillaume Crevecoeur, Luc Dupré

Matthias Vandeputte

-

Redacteur: Jeroen Ongenae - Illustrator: Roger Van Hecke