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MHz-Energieübertragung für Industrie- und LOgistikanwendung

Kontaktlose Energieübertragung (Wireless Power Transfer, WPT) wird heute bereits in großem Maßstab in der Industrie für fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) eingesetzt. Nichtsdestotrotz bleibt ein Großteil des Potentials der WPT-Technologie für die Produktion und Mobilität der Zukunft bislang ungenutzt.

Eine Ursache hierfür ist die begrenzte Leistungsdichte heutiger Systeme. Der Einsatz von Galliumnitrid (GaN)-Halbleiter eröffnet hier völlig neue Horizonte: Durch das Vordringen in den Betrieb im Megahertz-Frequenzbereich (MHz) lassen sich Systemkomponenten deutlich miniaturisieren. Dadurch wird eine erhebliche Steigerung der Leistungsdichte erwartet.

Ziel

Ziel dieses Vorhabens ist der Aufbau eines kompakten GaN-basierten WPT-Prototyps im Megahertz-Frequenzbereich und Kilowatt-Leistungsbereich. Die erwartete Steigerung der Leistungsdichte soll als "Enabler" der Technologie für den Transfer in weitere Applikationen in der Produktion dienen.

Vorgehensweise

Einsatz von GaN-Halbleitern in einer optimierten Wandler-Topologie: Der Betrieb im MHz-Bereich ermöglicht eine deutliche Miniaturisierung von Leistungsbauteilen. Gleichzeitig wird die gesteigerte Integrationsdichte von GaN Integrated Chips (ICs) für Treiber und Schutzfunktionen genutzt.
Innovatives magnetisches Design: Die Spulenwicklungen werden direkt als Printed Circuit Board (PCB) ausgeführt, wodurch der Aufbau kostengünstig und reproduzierbar wird.
Gezielte Flussführung zur Minimierung der AC-Verlusteffekte: Dies ermöglicht extrem hohe Spulengüten bei Frequenzen > 1 MHz.
Verbesserung der thermischen Anbindung: Untersuchung neuartiger Möglichkeiten zur Wärmeabfuhr (z.B. in Verbindung mit Keramik).

Nutzen

Als "Enabler-Technologie" bergen kompakte kontaktlose Energieübertragungssysteme ein hohes Potenzial für zahlreiche Unternehmen und KMU in den Bereichen Robotik, Intralogistik und Produktion. Der Mehrwert entsteht insbesondere dadurch, dass beispielsweise in Robotikanwendungen WPT-Systeme eingesetzt werden können, um Kabelverbindungen vollständig zu ersetzen. Dadurch lassen sich wartungsärmere Produkte sowie eine höhere Zuverlässigkeit realisieren.