Diseño de dispositivos de transferencia inalámbrica de energía

Actualmente, los productos existentes en el mercado para la transferencia inalámbrica de potencia se basan en inducción magnética. Con ésta tecnología, usando el acoplamiento magnético entre electrones, la energía es transferida a cortas distancias por campos magnéticos. Así, un dispositivo emisor transfiere la energía a un dispositivo receptor, teniendo como principal ventaja su fácil integración en dispositivos electrónicos gracias a su reducido tamaño. Por contra, su principal desventaja es la poca distancia de separación que se permite entre la base de carga y el receptor (d<6 mm). Además es una tecnología muy sensible a la orientación y produce calor.

Frente a estas tecnologías, para conseguir la transferencia inalámbrica de energía investigadores del Grupo de Fenómenos Ondulatorios de la Universitat Politècnica de València emplean el fenómeno denominado de acoplamiento de resonancias. Este se produce cuando un objeto resonante se aproxima a un segundo elemento resonante y ambas frecuencias de resonancia son iguales o muy parecidas. Esta proximidad física, que no implica contacto directo, produce un acoplamiento de la energía desde el primer dispositivo, que actúa como fuente, hacia el segundo, que actúa como carga del sistema.

Este fenómeno se produce debido a que a distancias relativamente próximas cualquier dispositivo resonante abierto genera a su alrededor una zona de campo electromagnético evanescente que acumula energía reactiva (no radiada). Esta acumulación de campo no es útil, por ejemplo, para transmitir energía a grandes distancias, pero sí puede serlo para un rango de distancias intermedias.

Los investigadores de la UPV diseñaron ya un primer dispositivo, compuesto por dos resonadores basados en cristales fotónicos radiales; uno de ellos se excita con un conector coaxial y el otro actúa como receptor. Los resonadores tienen un diseño específico y están compuestos por 4 capas de dos tipos de materiales.

En la actualidad, no existe ningún producto alternativo en el mercado que utilice la tecnología incorporada por los investigadores de la UPV¿basada en cristales fotónicos radiales. Existen otros productos basados en inducción magnética (por el momento pocos en el mercado).

Respecto a los sistemas de transferencia basados en inducción magnética, la tecnología con la que trabajan los investigadores de la UPV permite conseguir eficiencias (POUT/PIN) superiores al 50%. Por otra parte, los sistemas desarrollados por los investigadores de la UPV permiten un grado de inclinación superior a los sistemas de inducción magnética, donde las espiras deben estar encaradas casi perfectamente.

Entre sus posibles usos, el trabajo desarrollado por los investigadores de la UPV podría aplicarse para la carga (o re-carga) de equipos móviles o portátiles que dispongan de baterías de autonomía limitada y que periódicamente necesiten recargarse; sistemas de alimentación de dispositivos pensados para entornos de muy baja movilidad (teclado, ratón, dispositivos de audio o video¿); alimentación de robots o vehículos guiados; o aplicaciones bio-electrónicas (marcapasos, desfibriladores, etc.); también en sistema de iluminación transportables.

Cabe destacar que la primera propuesta de explotación de este fenómeno para la transferencia inalámbrica de energía que realizaron los investigadores del MIT dio lugar a la creación de la compañía spin-off Witricity. Por el momento, desde el punto de vista comercial, Witricity sólo dispone de kits de demostración.

Aplicaciones

Ventajas técnicas

  • Respecto a los sistemas de transferencia basados en inducción magnética, el sistema consigue eficiencias (POUT/PIN) superiores al 50%.
  • El dispositivo posibilita distancias mayores entre los dos resonadores.
  • Mayor permitividad y permeabilidad

Beneficios que aporta

  • Elimina la necesidad de cables
  • Carga rápida

Experiencia relevante