一种可以在任意地方无线充电的方法

infowei · 发表于 2021-9-22 12:24:43

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无线电源有望使设备摆脱电池和电缆的束缚，但商业系统通常仅限于充电站。现在科学家们已经开发出一种他们所说的可以安全地为房间内任何地方的设备充电的方法。
此外，“这种方法可以缩小到充电工具箱和无线充电仓库，”研究主要作者、东京大学电气和计算机工程师 Takuya Sasatani 说。未来，它还可以为植入式医疗设备供电，“这些设备目前在电源方面面临严峻挑战，”他补充道。
无线电力传输系统目前用于为智能手机和电动牙刷等小型电子设备充电。然而，大多数依赖磁场的商业系统要求这些设备保持静止并保持在其充电垫或底座上或附近。
使用微波和其他形式的电磁辐射的无线电力传输策略可以实现更远距离的高效充电。然而，基于微波的技术可能对活体组织构成安全隐患，需要大型天线以及复杂的机制来跟踪设备。
现在Sasatani 和他的同事们已经开发出一种安全地将房间变成无线充电站的方法。他们建议它还可以缩小规模以创建小型充电柜，或者扩大规模以将整个工厂楼层或建筑物变成无线充电区。
这种被称为多模准静态腔谐振的新技术使用整个房间墙壁内置的导电表面和房间中间的导电杆来生成 3-D 磁场模式，可以有效地与连接到的小型线圈接收器相互作用。电气设备。在一个专门建造的 3 米 x 3 米 x 2 米的铝制测试室进行的实验中，研究人员在房间的任何地方都无线供电的电子设备，如智能手机、灯泡和风扇，无论人或家具放在什么地方。
Sasatani 说：“我们的技术可以在大容量内随时随地提供数十瓦的电力，这是其他方法无法安全实现的。” “与由线圈组成的无线充电板相比，我们的方法在设备位置上具有更大的自由度。”
使这种方法奏效的一个关键是限制可能损害生物组织的有害电场。科学家们使用了一种放置在墙壁空腔中的电容器，因此该结构可以产生在房间内产生共振的磁场，同时将电场捕获在电容器内。
另一个挑战是产生可以到达房间每个角落的磁场，因为磁场通常以圆形模式传播，从而在备用房间中产生死角。为了解决这个问题，研究人员产生了多个 3-D 磁场——一个围绕房间的中心磁极绕圈传播，而其他磁场在角落里旋转，在相邻的墙壁之间传播，成功地消除了零区。
超过37% 的电力传输效率可以在房间的任何地方实现，并且在设备处于运动状态时也是如此。接收器确实需要与磁场成直角对齐，以实现最大的充电效率。
“我们方法的一个明显缺点是我们必须修改整个环境才能使其工作，”Sasatani 指出。
安全测试表明，新系统可以向房间内的任何位置提供至少 50 瓦的功率，而不会超出FCC和IEEE电磁场暴露准则。研究人员表示，通过进一步的调整，他们可以提供更多的动力。
“我们注意到我们的安全评估仍然很原始，我们肯定需要对这个话题进行进一步的调查，”Sasatani 说。
Sasatani 说，这样的研究可以帮助推动新的物联网(IoT) 应用。它还可以帮助为家庭、仓库或其他场所的移动机器人充电。
“目前，由于维护电池的成本，很难将小型计算机放置在任何地方，”Sasatani 解释说。“因为这项技术可以省略手动充电，它可以成为到处分发智能设备的驱动力。”
Sasatani 说，该集团的技术可能最容易在新建建筑中实施，但改造现有结构以适应这种充电也是可能的。
“我们计划探索使用标准构建技术构建这些系统，”Sasatani 说。“如果将来开发出优良的导电涂料，我们也可以在墙壁上涂上导体来制造系统。”