Smartphones & Co. induktiv laden

[Dietrich J. (sprotte24)]

Nach dem Kauf eines neuen Smartphones, hier ein Samsung Galaxy S8, 
stellte ich fest, dass dieses Gerät das drahlose induktive Aufladen 
unterstützt.
Nun habe ich mich ein wenig eingelesen.

Ich habe dazu zunächst einige Fragen:

Es gibt Ladegeräte mit einem oder auch mit 3 Spulen.
Letztere sollen eine größere Abweichung der Position des zu ladenden 
Smartphones zulassen.

Fragen:

1.
Warum liegen bei allen käuflichen Geräten die 3 Spulen dann in einer 
Reihe?
Daraus muss ich schließen, dass eine Variation der Auflage nur auf diser 
Linie Vorteile bringt.
Eher würde ich dann die 3 Spulen überlappend in einem gleichseitigen 
Dreieck anbringen oder noch besser: gleich 4 Spulen in einem Quadrat?

2.
Wie funktioniert diese Anordnung mit mehreren Spulen? Ich glaube erkannt 
zu haben, dass die Ladeelektronik erkennt, welche der Spulen zu 
derjenigen im Smartphone die geringste Entfernung hat? Und nur die wird 
dann zum Laden benutzt?

3.
Offenbar trägt die gängige Version der QI-Lader die Version V1.1 mit 
einer Reichweite von bis zu max. 8mm.
Nun wird aber für Ende 2014 (!) die Version V1.2 angekündigt, die eine 
erheblich größere Distanz von mehreren Zentimetern induktiv überbrücken 
können soll.
Nun ist aber gerade das Jahr 2015 vorbei.
Wo bleiben nun die fortschrittlichen Ladegeräte der Version 1.2?
Offenbar existieren bislang nur ganz wenige, kaum bezahle 
Referenz-Designs.

Ich würde durchaus gern mal eine Selbstbaulösung anstreben, die sich an 
die Normen von QI (inductive power standard) halten sollte.
Das setzt natürlich voraus, dass mehr User Interesse bekunden und am 
besten gemeinsam ein Projekt erarbeiten.

Über weitere Hinweise würde ich mich sehr freuen.

Dietrich

[L. H. (holzkopf)]

Alle Achtung - hast Dir damit schon einen ziemlichen "Brocken"
vorgenommen. :)

Vielleicht kann es Dir ein bisschen weiterhelfen, was mir zu Deinen 
Fragen spontan einfiel.

Fangen wir am besten damit an:

Dietrich J. schrieb:
> 3.
> Offenbar trägt die gängige Version der QI-Lader die Version V1.1 mit
> einer Reichweite von bis zu max. 8mm.
> Nun wird aber für Ende 2014 (!) die Version V1.2 angekündigt, die eine
> erheblich größere Distanz von mehreren Zentimetern induktiv überbrücken
> können soll.
> Nun ist aber gerade das Jahr 2015 vorbei.
> Wo bleiben nun die fortschrittlichen Ladegeräte der Version 1.2?
> Offenbar existieren bislang nur ganz wenige, kaum bezahle
> Referenz-Designs.

Schau dir dazu mal an:
https://de.wikipedia.org/wiki/Mei%C3%9Fner-Schaltung#/media/File:Meissnerschaltung.animiert.gif

Der "Sender" basiert darauf, daß per Schwingkreis in einer L ein 
Magnetfeld aufgebaut wird, das (wechselnd) "zusammenbricht".
Dieses Magnetfeld hat aber (jeweils) eine lineare Nord/Süd-Orientierung.

Und das, was in der Animation (per grünen Pfeilen) nur scheinbar in der 
Ebene abläuft, läuft tatsächlich im Raum ab.
D.h. erzeugte Magnetfelder sind nicht nur linear orientiert, sondern sie 
erstrecken sich auch (rotationssymmetrisch) in den Raum.
(So weit sie das halt ohne Behinderung können)

Der "Empfänger" ist ebenfalls ein Schwingkreis.
Bestehend aus einer Spule und einer Kapazität.
Allerdings sozusagen "gestreckt"; d.h. in eine lineare Form gebracht.

Man macht das deshalb so, damit bei einer parallelen Anordnung 
Sender/Empfänger das Max. an Energie durch den Raum übertragen werden 
kann.

Du kennst das sicher von Radios her:
Je nach Ausrichtung ihrer Antenne können Sender mehr oder weniger stark 
"eingefangen" werden.
Gleichzeitig weißt Du auch, daß Radios das Empfangssignal verstärken 
müssen.

Mit der 1 : 1 (räumlichen) Energie-Übertragung per Induktion existiert 
folglich ein gewisses Problem:
Ab einer gewissen Distanz zwischen Sender und Empfänger ist die nicht 
mehr ohne Verstärkung (im Empfänger) möglich.
Was natürlich Kosten verursacht.

Du nennst eine Distanz von 8 mm.
Was im Klartext bedeutet, daß der Empfänger mehr oder weniger direkt 
neben dem Sender anzuordnen ist, damit die Ladung funktioniert. ;)

Wundert es Dich wirklich, daß Lösungen, die größere Distanzen 
überbrücken können, auf sich warten lassen bzw. ein "Schweinegeld" 
kosten?

Technisch Machbares ist eine Sache.
Eine ganz andere ist es jedoch, was das dann kostet bzw. inwieweit das 
dann überhaupt noch sinnvoll ist. ;)
Egal - ist ein ganz anderes Thema.

Dietrich J. schrieb:
> 2.
> Wie funktioniert diese Anordnung mit mehreren Spulen? Ich glaube erkannt
> zu haben, dass die Ladeelektronik erkennt, welche der Spulen zu
> derjenigen im Smartphone die geringste Entfernung hat? Und nur die wird
> dann zum Laden benutzt?

Glaube ich eher nicht.
Weil die Sender bestimmungsgemäß nur Magnetfelder zu erzeugen haben.
Wie sollten die Sender "erkennen" können, welche bzw. "wieviel" Energie 
extern aus den Magnetfeldern "abgezapft" wird??
Ich denke, die Sender "merken" überhaupt nicht, was da extern abläuft.

Parallele Radiosender:
Der "knallt" mit einer bestimmten Leistung seine Signale raus.
Diejenigen, die "näher" dran sind, empfangen die halt besser.
Und diejenigen, die weitab entfernt sind, empfangen trotz Verstärkung 
gar nichts mehr.
Interessiert doch den Radiosender nicht im Geringsten. :D

Umgekehrt läuft das beim induktiven Ladevorhaben auch nicht anders:
Ist der Empfänger "benachbart", "erwischt" er Ladeenergie.
Falls nicht, bekommt er halt nichts ab.

Eines muß klar sein:
Induktive Energieübertragung kann nur entweder zu Lasten des Senders 
oder zu Lasten des Empfängers stattfinden.
Soll heißen:
Entweder ist der Sender stark genug, um Distanzen überbrücken zu können, 
oder der Empfänger braucht zwingend entspr. Verstärkung der 
Sender-Signale.
Beide Alternativen sind mit entspr. Kosten verbunden.

8 mm Distanz sind Pipifax.
Mehr und mehr kostet zunehmend.
Nochmal:
Wundert es Dich, wenn da nichts mehr kommt?

Dietrich J. schrieb:
> 1.
> Warum liegen bei allen käuflichen Geräten die 3 Spulen dann in einer
> Reihe?
> Daraus muss ich schließen, dass eine Variation der Auflage nur auf diser
> Linie Vorteile bringt.
> Eher würde ich dann die 3 Spulen überlappend in einem gleichseitigen
> Dreieck anbringen oder noch besser: gleich 4 Spulen in einem Quadrat?

Denk mal an die Parallelität.
Kann ein Sender mehr leisten, wenn seine Spulen irgendwie angeordnet 
sind?

Wie ein Empfänger dem gegenüber "ausgerichtet" ist, ist dabei relativ 
uninteressant.

Und genau hier ist m.E. auch der "Hund begraben":
Will man einerseits größere Distanzen überbrücken und gleichzeitig aber 
auch noch "Verletzungen" der Parallelität des Empfängers (bei 1 : 1 
Energieübertragung) kompensieren können, sind enorme Sender-Leistungen 
erforderlich.
Ein "totgeborenes Kind"?