Väitös sähkö- ja energiatekniikan alalta, M.Sc. Yining Liu

Väitöskirjan nimi: Inductive wireless power transfer systems with high positional freedom 
(Suuren sijoitusvapauden mahdollistavat induktiivisen langattoman tehonsiirron järjestelmät)

Väittelijä: Yining Liu
Vastaväittäjä: Prof. Paul Mitcheson, Imperial College, UK
Kustos: Prof. Jorma Kyyrä, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, sähkötekniikan ja automaation laitos

Langaton tehonsiirto (WPT, wireless power transfer) on tullut osaksi arkipäiväämme aina älypuhelimien langattomista latausalustoista sähköautojen langattomaan lataukseen. Tehon siirtäminen sähkömagneettisten kenttien avulla tarjoaa kätevän ja turvallisen tavan toimittaa tehoa erilaisiin käyttötarkoituksiin. Kuitenkin tällä hetkellä saatavilla olevien WPT-ratkaisujen haasteena on siirron hyötysuhde, ja ne vaativat yleensä tarkan kohdistuksen lähettimen ja vastaanottimen välillä. Tämä väitöskirja pyrkii ratkaisemaan nämä haasteet tutkimalla sekä WPT-yhteyttä että tehomuunnoksen vaiheita. Työssä ehdotetaan useita uusia ratkaisuja kokonaishyötysuhteen parantamiseksi ja menetelmiä mahdollistamaan kaksi- tai kolmiulotteinen vapaus lähettimen ja vastaanottimen sijoittamisessa. 

Väitöskirja käsittelee sijoitusvapauden parantamista kahdesta näkökulmasta. Ensinnäkin sijoitusvapauden lisääntyminen saavutetaan innovatiivisilla käämiratkaisuilla, jotka ohjaavat magneettikentän haluttuihin suuntiin. Vaikka kirjallisuudessa onkin ehdotettu monia käämirakenteita, joilla on parempi sietokyky virheelliselle kohdistukselle, monikanavaisissa WPT-järjestelmissä esiintyy edelleen tiettyjä kuolleita pisteitä tehonsiirrossa. Tämä heikentää merkittävästi järjestelmän kokonaissuorituskykyä. Väitöskirjassa on esitetty uusi tehon yhdistämisstrategia, joka poistaa kuolleet pisteet ja varmistaa täydellisen sijoitusvapauden yksinkertaisen ohjauksen avulla. 

Korkeammilla taajuuksilla toimivan teholähteen hyötysuhteen parantamiseksi väitöskirjassa ehdotetaan uusia topologioita sekä parametrisuunnittelumenetelmiä. Analyyttisiin yhtälöihin perustuva yksinkertaistettu versio mahdollistaa nopeamman suunnittelun ja optimoinnin laajalla toiminta-alueella. Väitöskirjassa on myös järjestelmätason pohdintaa ja suunnittelustrategioita epäideaalisten vaikutusten lieventämiseksi todellisissa sovelluksissa. 

Väitöskirjassa esitetään useita ratkaisuja langattomien tehonsiirtojärjestelmien rakentamiseen mahdollistaen joustavamman latauksen ja säilyttäen samalla korkean hyötysuhteen, mikä avaa mahdollisuuksia laajemmalle langattomien lataustekniikoiden soveltamiselle.

Avainsanat: langaton tehonsiirto, resonanssimuuntimet, pehmeät kytkentätekniikat, korkeataajuuskäyttö, sijoitusvapaus

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53