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一種可以在任意地方無線充電的方法

2021-09-23
來源:半導體行業觀察
關鍵詞: 無線充電

  無線電源有望使設備擺脫電池和電纜的束縛,但商業系統通常僅限于充電站。現在科學家們已經開發出一種他們所說的可以安全地為房間內任何地方的設備充電的方法。

  此外,“這種方法可以縮小到充電工具箱和無線充電倉庫,”研究主要作者、東京大學電氣和計算機工程師 Takuya Sasatani 說。未來,它還可以為植入式醫療設備供電,“這些設備目前在電源方面面臨嚴峻挑戰,”他補充道。

  無線電力傳輸系統目前用于為智能手機和電動牙刷等小型電子設備充電。然而,大多數依賴磁場的商業系統要求這些設備保持靜止并保持在其充電墊或底座上或附近。

  使用微波和其他形式的電磁輻射的無線電力傳輸策略可以實現更遠距離的高效充電。然而,基于微波的技術可能對活體組織構成安全隱患,需要大型天線以及復雜的機制來跟蹤設備。

  現在 Sasatani 和他的同事們已經開發出一種安全地將房間變成無線充電站的方法。他們建議它還可以縮小規模以創建小型充電柜,或者擴大規模以將整個工廠樓層或建筑物變成無線充電區。

  這種被稱為多模準靜態腔諧振的新技術使用整個房間墻壁內置的導電表面和房間中間的導電桿來生成 3-D 磁場模式,可以有效地與連接到的小型線圈接收器相互作用。電氣設備。在一個專門建造的 3 米 x 3 米 x 2 米的鋁制測試室進行的實驗中,研究人員在房間的任何地方都無線供電的電子設備,如智能手機、燈泡和風扇,無論人或家具放在什么地方。

  Sasatani 說:“我們的技術可以在大容量內隨時隨地提供數十瓦的電力,這是其他方法無法安全實現的。” “與由線圈組成的無線充電板相比,我們的方法在設備位置上具有更大的自由度。”

  使這種方法奏效的一個關鍵是限制可能損害生物組織的有害電場。科學家們使用了一種放置在墻壁空腔中的電容器,因此該結構可以產生在房間內產生共振的磁場,同時將電場捕獲在電容器內。

  另一個挑戰是產生可以到達房間每個角落的磁場,因為磁場通常以圓形模式傳播,從而在備用房間中產生死角。為了解決這個問題,研究人員產生了多個 3-D 磁場--一個圍繞房間的中心磁極繞圈傳播,而其他磁場在角落里旋轉,在相鄰的墻壁之間傳播,成功地消除了零區。

  超過 37% 的電力傳輸效率可以在房間的任何地方實現,并且在設備處于運動狀態時也是如此。接收器確實需要與磁場成直角對齊,以實現最大的充電效率。

  “我們方法的一個明顯缺點是我們必須修改整個環境才能使其工作,”Sasatani 指出。

  安全測試表明,新系統可以向房間內的任何位置提供至少 50 瓦的功率,而不會超出FCC和IEEE電磁場暴露準則。研究人員表示,通過進一步的調整,他們可以提供更多的動力。

  “我們注意到我們的安全評估仍然很原始,我們肯定需要對這個話題進行進一步的調查,”Sasatani 說。

  Sasatani 說,這樣的研究可以幫助推動新的物聯網(IoT) 應用。它還可以幫助為家庭、倉庫或其他場所的移動機器人充電。

  “目前,由于維護電池的成本,很難將小型計算機放置在任何地方,”Sasatani 解釋說。“因為這項技術可以省略手動充電,它可以成為到處分發智能設備的驅動力。”

  Sasatani 說,該集團的技術可能最容易在新建建筑中實施,但改造現有結構以適應這種充電也是可能的。

  “我們計劃探索使用標準構建技術構建這些系統,”Sasatani 說。“如果將來開發出優良的導電涂料,我們也可以在墻壁上涂上導體來制造系統。”




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