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“充电室”致力于为没有电线的设备供电

发布日期:2021-10-30 17:32    点击次数:104

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THE UNIVERSITY OF TOKYO AND NATURE ELECTRONICS

无线电源有望使设备从电池和电缆中解放出来,但商用系统通常仅限于充电站。现在,科学家们已经开发出一种方法,号称这种方法可以安全地给房间里的任何地方的设备充电。

此外,东京大学的电气和计算机工程师Takuya Sasatani说:“这种方法可以缩小到充电工具箱和无线充电仓库的规模。”在未来,它还可以为植入的医疗设备供电,“这些设备目前在电源方面面临着严峻的挑战,”他补充道。

无线电力传输(WPT) 一直是电气工程师永恒的梦想,其历史可以追溯到尼古拉·特斯拉近一个世纪前的实验。无线电力传输系统目前可用于帮助为智能手机和电动牙刷等小型电子设备充电。但该技术尚未达到可大规模采用的可扩展性水平。

使用微波和其他形式的电磁辐射的无线功率传输策略可以在更远的距离实现有效充电。然而,基于微波的技术可能会对活体组织造成安全危害,需要大型天线以及复杂的机制来跟踪设备。

现在Sasatani和他的同事已经开发出一种方法,可以安全地将房间变成无线充电站。他们建议,它还可以缩小规模,创建小型充电柜,或者扩大规模,将整个工厂楼层或建筑物变成无线充电区。

这种新技术,被称为多模准静态腔共振(dubbed multimode quasistatic cavity resonance),使用在整个房间的墙壁和在房间中间的导电极内构建的导电表面来产生三维磁场模式,该三维磁场模式可以有效地与附着在电气设备上的小的线线圈接收器相互作用。最终,在一个专门建造的3米x3米x2米的铝制实验室的实验中,研究人员可对房间内任何地方的智能手机、灯泡和风扇等电子设备进行无线供电。

Sasatani说:“我们的技术可以在大容量的情况下向任何地方输送数十瓦的电力,这是其他方法无法安全实现的。与由线圈组成的无线充电垫相比,我们的方法在设备位置上具有更大的自由度。”

使这种方法发挥作用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,这样这种结构可以产生磁场,在房间中产生共振,同时在电容器中捕获电场。

另一个挑战是产生一个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,在备用房间中产生死点。为了解决这个问题,研究人员产生了多个三维磁场——一个绕着房间的中心磁极旋转,另一个在角落旋转,在相邻的墙壁之间旋转,成功地消除了无效区域。

该房间旨在在构成墙壁的导电铝表面上产生广泛传播的电流。根据研究,该房间具有多种本征模式,功率效率超过了37%。

Sasatani指出:“我们的方法的一个明显缺点是,我们必须修改整个环境以使其工作。”

使用解剖假人进行的安全测试表明,新系统可以向房间内的任何位置提供至少50瓦的电力,而不会超过FCC和IEEE关于电磁场暴露的指南。研究人员建议,通过进一步调整,它们可以提供更大的能量。Sasatani继续表示:“我们注意到,我们的安全评估仍然是原始的,需要对这一主题进行进一步的调查。”

无疑的是,这样的研究有助于推动物联网(IoT)的新应用。它还可以帮助家庭、仓库或其他场所的移动机器人充电。

Sasatani解释说:“目前,由于维护电池的成本,很难在任何地方都放置小型计算机。那么,这项技术可以省去手动充电,所以它可以成为将智能设备分散到各地的驱动力。”

Sasatani说,该研究小组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可能是可行的。所以,他表示:“我们正计划探索使用标准施工技术建造这些系统。如果将来能开发出优良的导电涂料,我们还可以在墙上涂上导体来制作该系统。”

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