Strom per Induktion übertragen

[Pax]

Guten Abend,

ich habe die Suchfunktion etwas benutzt, aber leider geht es fast immer über das anschließen oder Probleme von Induktionsherden. Zu meinem Thema habe ich leider nichts gefunden, daher eröffne ich mal ein neues Thema.
Hallo Allerseits, ich bin neu hier.

Von Elektrik und Elektronik habe ich wirklich nur leicht überdurchschnittlich viel Ahnung. Also fast garnicht.
Deswegen wende ich mich an euch. Ich bin Student im Produktdesign. Aktuell habe ich für ein Projekt eine Idee. Ich möchte eine Leuchte austüfteln bei der das Leuchtmittel mit Induktion oder irgendwie anders möglichst drahtlos mit Strom versorgt wird.

Es gibt da ja so ein paar Sachen bereits. Zum Beispiel die Flyte Royal Tischleuchte.

Erstmal möchte ich die Machbarkeit überprüfen. Wenn ihr mir jetzt sagt, das wird nichts. Dann suche ich natürlich nach anderen Möglichkeiten. Aber vielleicht ist das ganze ja irgendwie doch denkbar.


Handys lassen sich ja nun inzwischen auch schon drahtlos laden. Die überbrückte Distanz ist dabei sehr gering und die Spannung (5V) und die Stromstärke wahrscheinlich auch sehr gering.

Die Entfernung wäre kein Problem, die Oberflächen unter denen die Spulen (ich glaube ich liege mit der Bezeichnung richtig, wenn nicht bitte korrigieren) liegen berühren sich. Aber ich frage mich ob die geringe Stromstärke ausreicht um mehr als nur eine kleine Mini-LED zu betreiben. Es muss kein Flutlichtstrahler sein, aber es darf schon mehr leuchten als eine Kerze.

Es gibt zum Beispiel diese Lademodule mit, ich nenne es jetzt mal Sender und Empfänger, günstig zu kaufen. (Die Suchanfrage "strom per induktion übertragen" liefert da einige Ergebnisse)

Bei einem Artikel wird angegeben das Modul könnte 5V/600mA übertragen. Würde das für irgendeine Nennenswerte LED reichen? Ich weiß nicht wie realistisch die angegebenen Werte sind.

Was wären Suchbegriffe unter denen ich bei deutschen Onlineshops die entsprechenden Bauteile finde? Gibt es die auch in stärkerer Ausführung?

Dazu kommen noch viel mehr Fragen, aber ich belasse es erstmal bei den dreien.
Ich bitte meine Naivität zu entschuldigen, ich bin kein verträumter Optimist, habe einfach nur wenig Ahnung von der Materie.


Besten Dank für eure Mühe!!

 

[leerbua]

Bei einem Artikel wird angegeben das Modul könnte 5V/600mA übertragen. Würde das für irgendeine Nennenswerte LED reichen? Ich weiß nicht wie realistisch die angegebenen Werte sind.

Rein rechnerisch ergeben die 5 V x 0.6 A = 3 VA (VoltAmpere). Ich sage es jetzt mal laienhaft, (nicht daß wieder einer über rein ohmsche Last fabulieren muß) der Wert kann maximal mit 3 W gleichgesetzt werden. Damit kannst du bestimmt eher was anfangen.

 

[Pax]

er Wert kann maximal mit 3 W gleichgesetzt werden.

Heißt: ich kann eine LED, die mit 5V und max. 3 W Leistungsaufnahme angegeben wird mit dem entsprechenden Modul betreiben? Klingt doch eigentlich garnicht so schlecht. Wenn es dann noch stärkere Module gibt. Gibt es auch sowas mit 12V?

 

[Carsten1972]

Es gibt fertige Sets zur drahtlosen Übertragung.

Ich habe einfach mal einen beliebigen Link gesucht und gefunden:

https://www.mouser.de/Search/Refine?Ntk=P_MarCom&Ntt=192979334

40€ für das Set aus Sender und Empfänger, 12 V bei 1,25 A maximal. Mit 15 Watt kann man schon ordentlich Licht erzeugen.

 

[Pax]

Wow, klingt super!

Hat jemand Erfahrung mit solchen Teilen?
Welche Entfernung kann überbrückt werden? Wie wird das elektromagnetische Feld durch Materialität zwischen Sender- und Empfängerspule gestört?
Was passiert, wenn ein Magnet sich in der Nähe befindet? Konkret, würde ein Reedkontakt neben so einem Set funktionieren?

Ich hatte gedacht, über einen Reedkontakt (Mit Transistor) die Sendespule zu aktivieren. In der Nähe der Empfängerspule könnte ein Magnet montiert sein, der den Reedkontakt schließt. Kann das gehen oder stören die beiden Magnetfelder sich?

(Elektrotechnik aus dem Technikunterricht in der 8. Klasse)

 

[Drehfeld]

Der Magnet stört die Energieübertragung sicher nicht. Ob der Reed-Kontakt von dem Spulenfeld betätigt wird, müsste man testen (oder rechnen), kann ich mir aber nicht vorstellen.

Bezüglich Material: das Feld geht nicht wirklich gut durch Metall, andere Materialien sind eigentlich unkritisch.

 

[Pax]

Vielen Dank. Das ist doch schon mal sehr hilfreich.

Neben zwei Spulen werden noch mehr Bauteile benötigt. Wenn ich es richtig verstehe, wird auf der Empfängerseite ein Gleichrichter benötigt um den induzierten Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Außerdem kann mit einem Kondensator die Wirkung verstärkt werden. (Was wird hier durch den Kondensator verstärkt? Die Spannung, die Stromstärke?)

Auf der Senderseite lese ich immer von einem Oszillator, ist das sowas wie ein Wechselrichter? Dieser erzeugt eine Frequenz, mit der die Sendespule sendet. Gibt es hier ein besser oder schlechter? Ist eine höhere Frequenz effizienter?


Habt ihr Literaturempfehlungen?
Die Firma Würth Elektronik bietet zwei Development-Kits zum Thema drahtlose Stromübertragung an. Eines für bis zu 15W und eines bis zu 200W. Kennt die jemand?

Ob der Reed-Kontakt von dem Spulenfeld betätigt wird, müsste man testen (oder rechnen), kann ich mir aber nicht vorstellen.

Vielleicht führt das zu weit, aber wie rechne ich es aus? Wovon hängt das auslösen ab? Ist das mit dem Reed-Kontakt überhaupt eine gute Idee oder gibt es nicht viel klügere Ideen?

 

[Loewe2101]

Da haben sich einige Entwickler den Floh ins Ohr setzten lassen, Autos auf der Autobahn per Induktion laden zu wollen. Also wird in der Theorie bereits dran geforscht und gebastelt. Inwiefern in absehbarer Zeit da DER Durchbruch erfolgt- i don`t no. In der Theorie besiedeln wir ja auch schon den Mars.... in der Praxis bekommen wir nicht mal ein fehlerfreies Funktelefonienetz hin.

 

[Octavian1977]

Bis jetzt gibt es das deshalb nur für kleine Dinge da die Übertragung sehr verlustreich ist.
Zusätzlich ergeben sich, wenn man da sehr viel Energie übertragen will auch sehr starke Elektrische Felder die für Personen mit z.B. Herzschrittmachenr gefährlich werden und auch für die restlichen eine Gefährdung der Gesundheit darstellen.

Beim Induktionsherd sind die hohen Verluste egal, denn die Verluste bedeuten Wärme, was anderes interessiert den Herd ja eh nicht.

Für deine LED Geschichte soll es aber wohl um kleine Leistungen gehen?
Ist nur nicht so toll, wenn man die Effizienz der Leuchte mit der verlustreichen Energieübertragung vernichtet.

 

[Pax]

Ja, das mit dem Verlust beschäftigt mich auch schon. Ich habe verschiedene Wirkungsgrade zwischen 60-90 % gelesen. 60% ist wirklich traurig.
Es geht bei der Leuchte mehr um eine Atmosphärische Leuchte, keine Deckenlampe oder Arbeitsbeleuchtung. Es muss eine Distanz von ca 4-5 cm, ohne Metall dazwischen, höchstwahrscheinlich Glas (enthält meist geringe Mengen Aluminium- und Magnesiumoxid) und Kunststoffe.

Wenn ich aber ein LED Leuchtmittel mit 12V und max. 15 Watt (oder ähnliche Größen) betreibe, kann ich das für meine Versuchsreihe vertreten.

Wenn noch jemand Antworten zu meinen vorherigen Fragen hat, gerne her damit! Vielen Dank!

 

[Drehfeld]

Neben zwei Spulen werden noch mehr Bauteile benötigt. Wenn ich es richtig verstehe, wird auf der Empfängerseite ein Gleichrichter benötigt um den induzierten Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Außerdem kann mit einem Kondensator die Wirkung verstärkt werden. (Was wird hier durch den Kondensator verstärkt? Die Spannung, die Stromstärke?)

Auf der Senderseite lese ich immer von einem Oszillator, ist das sowas wie ein Wechselrichter? Dieser erzeugt eine Frequenz, mit der die Sendespule sendet. Gibt es hier ein besser oder schlechter? Ist eine höhere Frequenz effizienter?

Komplett selbst zu entwickeln halte ich hier für zu ambitioniert.

Die Firma Würth Elektronik bietet zwei Development-Kits zum Thema drahtlose Stromübertragung an. Eines für bis zu 15W und eines bis zu 200W.

Das wäre doch mal ein Ansatz.

Vielleicht führt das zu weit, aber wie rechne ich es aus? Wovon hängt das auslösen ab? Ist das mit dem Reed-Kontakt überhaupt eine gute Idee oder gibt es nicht viel klügere Ideen?

Das ist nicht gerade trivial. Versuch macht hier kluch - sollte mit o.g. Dev-Kit ja kein Problem sein, das zu testen. Reed-Kontakt an sich halte ich aber für eine clevere Lösung.

Gruß,
Oliver

 

[Pax]

Hallo Oliver,

Komplett selbst zu entwickeln halte ich hier für zu ambitioniert.

Definitiv. Ich will es nur verstehen und frage mich warum die PCBs von den fertigen Lösungen so groß sind. Die YouTube-Bastler haben da immer nur eine handvoll Bauteile. Professionell umgesetzt müsste das doch auf kleinstem Raum Platz finden.
Das 15 Watt Kit von Würth Elektronik unterstützt zusätzlich auch noch Datentransfer, eine Funktion die Platz und vielleicht auch Strom verbraucht, für die ich zurzeit keinen Bedarf habe. (Für den Anfang trotzdem super, ich habe solch ein Kit bereits angefragt).
Das Set, was mir am Anfang verlinkt wurde hat diesen "Schnick-Schnack" nicht ist trotzdem so groß. Die Sendespule kann von mir aus auch groß sein. Die Empfängerspule so klein wie möglich. Es funktioniert auch mit unterschiedlich großen Spulen, aber vielleicht leidet die Effizienz deutlich darunter.

Warum sind die Spule immer plan/flach gewickelt. Könnte man die Wicklungen auch Helixartig wickeln?

(siehe hier:

semanticscholar.org/paper/Comparison-of-spiral-and-helix-coils-in-magnetic-Chen-Yang/c1fab81b660952ae3de7217024090e95a81b3c00/figure/0

nicht wie a) sondern b)
(Ich darf noch keine Links posten, daher kein Hyperlink)

Besten Gruß,
Pax

 

[Pumukel]

Dir ist schon klar , das die induktive Übertragung dem Prinzip eines Trafos entspricht . Der Luftspalt stellt da das größte Hindernis dar . Deshalb sind da Entfernungen von 4 bis 5 cm jenseits von gut und günstig. Auch wird da nicht umsonst eine Schaltfrequenz um mehrere Kiloherz verwendet. Rechne mal eher mit wenigen Millimetern Abstand zwischen der " Sendespule" und der "Empfängerspule"

 

[patois]

Deshalb sind da Entfernungen von 4 bis 5 cm jenseits von gut und günstig.

.
"Gut gebrülllt, Löwe" ... äh, wollte sagen Pumukel !

Und was sagst du zu dem Magneten, der da in der Nähe herumschwirrt (angeblich) ?

 

[Pumukel]

Nur eines Schnapsidee: Den auch der Reedkontakt wird dem Trafo Energie entziehen wenn er nicht schon durch das Elektromagnetische Feld in der Funktion sehr stark beeinträchtigt wird. Sinnvoller wäre da auf Optokoppler auszuweichen .

 

[sko]

Hast du dir schon mal überlegt warum Handy QI Ladegeräte nur bei direktem Auflegen des Handys auf der Ladestation funktionieren?

Ciao
Stefan

 

[Pax]

Probieren geht über studieren. Erstmal gehe ich da rein. Wenn der Abstand geringer sein muss, dann muss ich Lösungen finden, die das so umsetzen.
Und wenn es nicht funktioniert, ja dann nicht. Ich bin da gerade in der Explorationsphase.

Es geht nicht um schweben oder ähnliches, einfach dünne Materialstärken überbrücken, 4-5 cm sind vielleicht auch vollkommen übertrieben. Am Ende sind es vielleicht nur 5mm. Würth Elektronik gibt eine max. Distanz von 10mm an.

Optokoppler ist ein guter Hinweis. Muss ich mir wie eine Fotodiode vorstellen. Da geht vielleicht auch was über eine Art Gewichtssensor/taster, der betätigt wird. Das Magnete ggfls. das Feld stören habe ich ja bereits in #5 gefragt. Da kam bislang nur eine Unbedenklichkeitserklärung. Wenn das doch nicht so klar ist, dann vielen Dank für die Informationen. Ich werde das alles testen müssen.
Und wenn ich am Ende einen profanen Schalter einbaue, mit dem ich die Übertragung aktiviere ist das auch okay.

Auch wird da nicht umsonst eine Schaltfrequenz um mehrere Kiloherz verwendet

Nach der Frequenz hatte ich auch schon gefragt. Was heißt das, du scheinst da ja etwas von zu verstehen. Es geht dabei um eine elektrische Schwingung. Kann mit einer höheren Frequenz (= kurze Wellenlänge) auch nur eine kürzere Distanz überbrückt werden?

 

[Drehfeld]

Dass Magnet und Reedkontakt die Übertragung stören bezweifle ich stark. Ob der Reedkontakt durch das Magnetfeld der Sendespule beeinträchtigt wird, muss man testen.
Wenn man die 15W nicht voll benötigt, gehen eventuell auch mehr als 10mm. Auch hier macht Versuch kluch!

Die Zusammenhänge sind hinreichend komplex um hier keine verlässliche Vorhersage treffen zu können. Die übertragbare Leistung hängt empfindlich von der Anpassung von Sender und Empfänger ab. Vielleicht führt das Würth-Kit diese automatisch durch, so dass doch einiges geht. „Handgestreichelte“ Lösungen sind schwer in Serie zu bringen.

Auch wenn das theoretische Prinzip simpel ist, so ist dies doch ein Thema, dessen Details sich theoretisch schwer erfassen lassen, daher rate ich zu Versuchsreihen!

 

[Pax]

Ach, ich finde es klasse. Es schwankt hier zwischen Hoffnungslosigkeit und totalem Opptimismus, wie das Leben an sich. Total super!

 

[Drehfeld]

Ach, ich finde es klasse. Es schwankt hier zwischen Hoffnungslosigkeit und totalem Opptimismus, wie das Leben an sich. Total super!

Vielleicht ist das der Grund dafür:

Die Zusammenhänge sind hinreichend komplex um hier keine verlässliche Vorhersage treffen zu können.