Napjainkban mind több berendezésben jelenik meg az áram vezeték nélküli továbbítása, más néven az induktív csatolás, és a fejlesztők egyre sokoldalúbban próbálják meg átültetni a gyakorlatba ezt a technológiát. Az elektromos energia drót nélküli átvitelében kulcsfontosságú a hatékonyság – a generátor által leadott energia nagy részének meg kell érkeznie a vevőegységhez, hogy a rendszer hatékony legyen. Kétféle induktív kapcsolódási folyamat létezik a kis távolságú vezeték nélküli áramtovábbításban: az induktív, illetve a rezonáns kapcsolat.

Általánosságban elmondható, hogy a standard induktív kapcsolat kevésbé hatékony és csak a viszonylag rövid kommunikációs távokon életképes, mivel a mágneses fluxus legnagyobb része nem csatolódik a tekercsek között, így a mágneses mező hamar elhal. A rezonáns kapcsolat nagyobb hatékonyságot ígér (akár 95 százalék körülit) és viszonylag nagy távolságokon, nagyjából pár méteren is hatásos. A rezonáns tekercsek sokkal jobban elősegítik az energiaátvitelt, ezzel jelentősen csökkenthető a veszteség.

Standard és rezonáns kapcsolat

A standard induktív kapcsolatban két, egymással induktív vagy mágneses módon kapcsolódó vezeték játssza a főszerepet. A vezetékek elrendezésének célja kifejezetten az elektromágneses indukció: például az elektromos áramlás irányváltozása az egyik vezetékben feszültséget hoz létre a másik vezetékdarabon. A két vezető között létrejövő induktív csatolás a kölcsönös induktivitás. Ha vezetékeket tekerccsé csavarjuk fel, és közös tengely mentén egymáshoz közel helyezzük el úgy, hogy mágneses mezejük fedje egymást, növelhetjük a csatolás mértékét. A kapcsolat e formája hatékonyan alkalmazható kisfrekvenciás energiaforrásoknál rövid hatótávolságon.

A vezeték nélküli standard induktív kapcsolat előnye a kis méret melletti nagy teljesítmény. A rezonancia szerepe a távolság növelése, amelyen a hatékony energiaátvitel még megvalósítható. Közepes hatótávolságon az elektromos áram vezeték nélküli továbbítása megoldható rezonáns kapcsolattal, amely nagyban hasonlít a kéttekercses struktúrára. Ebben az esetben a tekercseket úgy hangolják, hogy azonos frekvencián rezonáljanak, így nagy jósági tényezőjű (Q) rezgőkör jön létre. Az elektromos áram átvitele a két rezonáns tekercs között történik. Az egyik tekercsben oszcilláló elektromos áram oszcilláló mágneses mezőt hoz létre.

Mivel a tekercs nagymértékben rezonáns, a tekercsben lévő energia viszonylag lassan hal el, és ha az első tekercs közelében egy második tekercs is található, az energia nagy része továbbítható szinte veszteség nélkül. Ez akkor is megtörténhet, ha a tekercsek egymástól nagyobb távolságra vannak. A félvezetők piacán a Texas Instruments jelenleg a mágneses rezonancia technológiáját alkalmazza bqTesla elnevezésű vezeték nélküli portfóliójában, amely tartalmazza az adó és vevő integrált áramköröket a kapcsolat nélküli töltéshez. Ez lehetővé teszi a hordozható elektromos berendezések akár 93 százalékos hatékonysággal történő feltöltését is jelentős hőmérséklet-emelkedés nélkül, mégpedig az AC adapterekkel összehasonítható töltési sebesség mellett.

Szabványosítással bővül az alkalmazás

Egyre nagyobb az érdeklődés a vezeték nélküli áramátvitel iránt, és egyre több az új és innovatív alkalmazás e téren. Lehetőség van a háztartási eszközök áramellátására vagy töltésére, vagy például az üzletek polcain elhelyezett „okos” tárolórekeszek vezeték nélküli töltésére: a technológia segítségével a rekeszeknek helyet adó polc tölti az árutárolókat, amelyeken felvillanó fények magukra vonják a potenciális vásárlók figyelmet. De beszélhetnénk olyan akkumulátoros eszközökről is, amelyek automatikusan töltődnek, hogy mindig készen álljanak a használatra.

Érdekes megoldás az okostelefonok vagy egyéb mobil eszközök töltése egy úgynevezett töltőtok segítségével, amely tartalmazza a töltőtechnológia egyik összetevőjét – az egyik tekercset, amely a vezetékmentes töltés induktív csatolásához szükséges. A Panasonic nemrégiben bemutatott egy napenergiával működő induktív töltőasztalt, amellyel mobil eszközök tölthetők fel. Ehhez nem kell mást tenni, mint az eszközt az asztalra helyezni. Az asztalban található töltőpanel közvetlenül kapcsolódik az eszköz akkumulátorához anélkül, hogy szükség lenne az imént említett tokra, egyéb kapcsolatra vagy harmadik fél által gyártott kiegészítőre, mivel a vevő áramköröket közvetlenül az akkumulátorba szerelik.

Az ilyen termékek nagyon népszerűek lehetnének éttermekben, kávézókban vagy repülőtéri várókban, illetve más nyilvános helyeken. A Duracell már bejelentette a Power WiCC (Wireless Charging Card) nevű termékét, egy extrém vékony kártyát, amely minden mobil eszközben elfér, és tartalmazza a vezeték nélküli töltéshez szükséges áramköröket. A jövő szempontjából fontos a kis teljesítményű eszközök töltésére létrehozott szabvány, amelyet a 2008-ban alapított Wireless Power Consortium (WPC) alkotott meg, és amelynek feladata a vezeték nélküli töltési technológiára vonatkozó globális szabványosítás elősegítése.

A normatíva lehetővé teszi az elektromos áramot kiadó és fogadó eszközök közötti együttműködést. A szabványt jelenleg a közepes teljesítményű eszközökre is megkísérlik alkalmazni. Míg az eredeti elképzelések szerint a kis teljesítményű specifikáció 5 W-ig terjedő teljesítményre vonatkozik, a közepes teljesítményt 120 W-ban határozták meg, amely ideális lehet például konyhai eszközökhöz.

Elektromos autók és a jövő

Izgalmas terület a vezeték nélküli töltési technológiában az elektromos járműveké. Töltőpontokat lehetne elhelyezni a magángarázsokban vagy a nyilvános parkolóhelyeken, de a töltési helyeket nem kell teljesen pontosan az autóra szerelt vevőegység elhelyezkedéséhez igazítani. Hosszú távon még számos kérdést kell megoldani e téren helyi és nemzetközi szinten is. Felmerült egy olyan mikrotöltő terve, amely lehetővé tenné a töltőlemezek útfelületbe való beépítését, így az elektromos és a hibrid autókat menet közben is lehetne táplálni. Ez a megoldás azonban még nagyon távolinak tűnik, de a technológiában rejlő potenciál hatalmas.