無線供電房間：讓無線充電像訪問WiFi一樣便捷！

導讀

無線充電，是一項極具前景的前沿創新技術。可是，目前的無線充電系統，由於距離、效率、充電方式等因素，並不是太讓人滿意。然而，業界仍在努力創新和探索，最近迪士尼研究院的科研人員設計了一套無線充電系統，讓「整個房間」的多個電器能同時進行無線充電。

（圖片來源：迪士尼研究院）

無線充電技術

無線充電技術，不同於傳統的依靠電線傳輸電力的技術，即可無線地進行電力傳輸。小功率無線充電常採用電磁感應式，大功率無線充電常採用諧振式。

最早在1890年，物理學家尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）就成功完成了無線輸電試驗，實現了交流發電。磁感應強度的單位也是以他的名字命名的，所以他可謂是無線電力傳輸之父。特斯拉曾經構想：

把地球作為內導體，地球電離層作為外導體，通過放大發射機以徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，再利用環繞地球的表面電磁波來傳輸能量。

但由於種種原因，特斯拉的大膽構想並沒有得到實現，淪落為了一個科學幻想。

無線充電技術瓶頸

這幾年，無線充電技術發展勢頭正猛，據說連最新一代蘋果 iPhone 也將支持無線充電。雖然一些無線充電系統已經能給智能手機、智能硬體等設備充電，但是充電距離和效率，仍然是阻礙這一技術發展的主要瓶頸。

另外，很多無線充電設備還要藉助充電支架、充電墊、充電貼等等，使用也比較繁瑣。用戶並不能真正意義上，從無線充電中隨時隨處的享受便捷。

解決方案

當然，科學家並沒有因為困難，而停止探索。我之前就介紹過一些在無線充電技術方面的創新方案例如：韓國先進技術研究院的科學家使用的新無線充電技術，可以在任意方向給多個設備充電；另外還有一種英國倫敦帝國理工大學設計的「讓無人機在飛行時無線充電」的方案。

值得注意的是，我之前介紹的美國杜克大學「讓整個房間成為無線充電站」的方案和今天將介紹的方案，在效果上有一定的相似之處，但原理不同。那個方案是通過位於室內牆壁上的類似於液晶電視的平面屏幕板，為視線範圍內任意設備充電。

QSCR 技術

我們今天要介紹的是，迪士尼研究院開發的一種「准靜態空腔共振」（QSCR）技術，它能夠讓一些特定結構例如櫥櫃、房間、倉庫產生准靜態磁場，從而為附近任何地方的移動接收器，無線、安全、可靠地提供千瓦級的電力供應。

迪士尼研究院關於QSCR技術的報告，由Matthew J. Chabalko、Mohsen Shahmohammadi 、Alanson P. Sample 刊寫，於2017年2月15日，在線發表於 PLOS ONE 雜誌上。

技術演示

在演示中，研究人員構建了16英尺乘16英尺（約 4.9米 ×4.9 米）的房間，鋁製的牆、天花板和地板，以鋁框架的形式固定。

（圖片來源：迪士尼研究院）

房間的中間立有一銅桿，銅桿中間有一小空隙，裡面安插了獨立的電容，用於設置共振頻率，以及隔離潛在的有害磁場。在低兆赫茲頻率下的電磁波並不和日常生活中的材料發生交互，所以房間中的其他物體並不受影響。

（圖片來源：迪士尼研究院）

而後，電流流過銅桿、天花板、牆、地板，圍繞銅桿產生了磁場。

（圖片來源：迪士尼研究院）

（圖片來源：迪士尼研究院）

電能可以有效地傳輸到磁場中同樣共振頻率的接收線圈中，同時為房間內多個設備無線充電例如燈、手機、LED、風扇、玩具車等。

（圖片來源：迪士尼研究院）

實驗結果無線電力傳輸效率可達40%到90%，分析顯示傳輸到線圈接收器的功率達1900瓦，相當於可以同時給320台智能手機供電，且可達到美國聯邦安全標準。

應用和未來

關於這項技術的應用，迪士尼研究院聯合實驗室主任、首席科學家 AlansonSample 稱：

「這種新的創新技術將可以讓電力傳輸像WiFi一樣無處不在，從使得機器人和其他小型移動設備無需更換電池或者進行有線充電。」

該實驗室無線系統小組的領頭人Sample 說：

「在這項研究中，我們展示了一個房間規模的無線充電技術，我們也可以將規模縮小到玩具箱，或者擴大到整個倉庫。」

研究人員稱，未來他們將希望減少對於金屬牆、金屬天花板、金屬地板的需求。他們有望不改變現有的建築結構，通過模塊化的面板和導電塗料，來實現這個無線充電系統。另外，他們還將使用多個銅桿，將系統應用於在更大的空間。

參考資料

【1】Matthew J. Chabalko et al, Quasistatic Cavity Resonance for Ubiquitous Wireless Power Transfer, PLOS ONE (2017). DOI: 10.1371/journal.pone.0169045

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