Dynamic inductive wireless power transfer for lightweight electric vehicles

Abstract

The modal shift to electric mobility is perceived worldwide as a great technological advance to reduce the emission of greenhouse gases and air pollution, especially in urban areas. In conjunction with the large-scale adoption of renewable energy sources, the electrification of vehicles is envisaged as an ultimate solution to a zero carbon footprint in transports. However, the per capita consumption levels of raw materials and energy in today’s industrialized societies are historically very high, and may constitute a possible menace to the equilibrium of life on Earth, and to the long term economic sustainability of mankind. Even then, the current trends in the electrification of the urban fleet do not yet indicate an effective handling of this more general problem, or even the consciousness for a necessary change in this consumption pattern. This research was originated based on the perception that, concerning transports and transportation infrastructure, in addition to the electrification technology, it is also highly desirable to reduce the energy expenditure and the allocation of raw materials, for a more sustainable and egalitarian economy. Motivated by this inspiration, we propose, prospect, and demonstrate the technical viability of a new transport mode variant, the human-inductively-powered lightweight electric vehicle (HIPLEV), which is the combination of the relatively new technology of dynamic inductive wireless transfer with the well-established, and environmentally friendly, human-powered pedal vehicles. The new resulting hybrid soft transport mode is not expected to replace standard, purely electric vehicles, in all applications, but, if consistently supported by new urban architectural guidelines, it might help the cities to achieve a more sustainable transportation profile, and improve our quality of life.

A progressiva introdução da mobilidade elétrica é percebida, a nível mundial, como um grande avanço tecnológico que permitirá redução na emissão de gases de efeito estufa e na poluição do ar, especialmente nos entornos urbanos. Juntamente com a adoção em larga-escala de fontes de geração de energia renováveis, a eletrificação de veículos é antevista como uma solução definitiva para a anulação da pegada de carbono dos transportes. Entretanto, os níveis de consumo per capita de energia e matérias-primas nas atuais sociedades industrializadas são historicamente muito altos, e também se constituem de uma possível ameaça ao equilíbrio da vida na Terra, e à sustentabilidade econômica da humanidade, a longo prazo. Apesar disso, a tendência atualmente percebida da eletrificação veicular ainda não reflete uma adequada consideração deste problema mais geral, nem mesmo indica a existência de uma conscientização para a necessidade de mudança nesse elevado padrão de consumo. Para além da eletrificação dos transportes, é então também altamente desejável reduzir-se os gastos energéticos e o consumo de matérias-primas na implementação e operação da infraestrutura de transportes, para uma economia sustentável, e que contemple mais equitativamente toda a sociedade. Alinhado com esse objetivo, este trabalho propõe, prospecta e demonstra a viabilidade técnica de um nova variante de transporte, o veículo à tração humana eletricamente assistido por transferência indutiva de potência (HIPLEV), uma combinação da relativamente nova tecnologia de transferência de potência elétrica sem fios a veículos, por indução magnética, aos veículos de tracção humana – uma solução considerada de baixo nível tecnológico, mas bastante accessível e ambientalmente correta. Este novo meio híbrido de transporte resultante não será expectavelmente empregável em todas as aplicações, mas, se consistentemente apoiado pela adoção de novas diretrizes arquitetônicas urbanas, poderá contribuir para que as cidades atinjam um superior patamar de sustentabilidade nos transportes, e nos propiciem melhor qualidade de vida.

La movilidad eléctrica se percibe a nivel mundial como un gran avance tecnológico para reducirse la emisión de gases de efecto invernadero y la contaminación atmosférica, especialmente en las zonas urbanas. En conjunto con la adopción a gran escala de fuentes de energía renovables, la electrificación de vehículos se prevé como una solución para alcanzar una huella de carbono más próxima a cero en la operación de los medios de transporte. Sin embargo, los niveles de consumo per cápita de materias primas y energía, en las sociedades industrializadas hoy, están históricamente muy altos, y también pueden constituir una posible amenaza al equilibrio de la vida en la Tierra, y a la sostenibilidad económica de la humanidad a largo plazo. Aun así, las tendencias actuales en la electrificación de la flota urbana todavía no indican un manejo efectivo de este problema más general, ni siquiera la conciencia de ser necesario un cambio en este patrón de consumo. Esta investigación se originó en la percepción de que, en materia de transportes e infraestructura de transporte, además de la adopción de la tecnología de electrificación, también es altamente deseable reducir el gasto energético y la asignación de materias primas, para una economía más sostenible e igualitaria. Motivados por esta inspiración, proponemos, prospectamos y demostramos la viabilidad técnica de una nueva variante de medio de transporte, el vehículo de propulsión humana eléctricamente asistido por transferencia inductiva de energía (HIPLEV), que es la combinación de la relativamente nueva tecnología de transferencia inalámbrica de potencia con los vehículos de tracción humana, hoy considerados de baja tecnología, pero respetuosos con el medio ambiente. No se espera que ese nuevo modo de transporte híbrido resultante reemplace a los vehículos eléctricos más pesados, en todas las aplicaciones, pero, si es apoyado por nuevas directivas arquitectónicas urbanas, podría ayudar a las ciudades a lograr un perfil de transporte más sostenible y mejorar nuestra calidad de vida.