真正的无线充电来了,东京大学推出远距离、多设备无线充电方案

青亭网-头条号

近期,专注于前沿通信技术和科技应用的东京大学公布了一项最新的无线充电解决方案。它和我们现在所接触到的很多智能手机上无线充电都不同,特点是可在一个房间中实现随意充电,而不是像智能手机那样需要将手机放到无线充电板上,听上去是不是很神奇?

房间级无线充电原理

据青亭网了解,这套无线充电解决方案应用场景是房间级别,号称可部署在一个3×3米的房间内,可实现对空间内任何设备进行无线充电。

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Qi无线充电

原理方面,首先我们先来了解一下现在智能手机上最常见的Qi协议,这是一个基于电磁感应技术的无线充电方案,需要在分别在充电和受电设备上安装线圈。

该方案的特点是,两个设备需要近距离贴合,因此相对而言它的充电距离很短(通常只有几毫米,最多4厘米),而且充电面积也相对较小,只能一对一充电,局限较多,但是应用在智能手机上的无线充电该方案已经相对完善。

除了磁感应方案外,另一个提及较多的就是磁共振,这种方式的技术复杂,它的好处则是能够实现大功率、一对多、远距离的无线充电,相比电磁感应技术在商用场景无线充电方面要更具优势。

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东京大学无线充电实验室布局

东京大学这套无线充电方案就是基于磁共振的方式,其研发了一套多模准静态腔谐振器(Multimode QSCR),该方案灵感来自空腔谐振器结构,最初于2017年公布,特点是在空间中可以实现几乎无干扰的AC磁场。然后通过1.34MHz低频共振,经过初步验证已经可以在3×3米的房间实现房间规模无线充电。

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东京大学无线充电实验室磁场结构

具体来说,覆盖整个房间的多模QSCR发射器由金属板和电容器组成,其产生交变磁场,然后电容器中的电能和磁能之间发生能量交换,引起共振现象,这导致分布在墙壁和地板上交流电传输至接收器。

东京大学无线充电实验室 视频演示

虽然没有用于近身贴合的无线充电板,但该方案同样需要是电力输出端,为了实现房间级规模的更好的效果,该团队可将共振线圈嵌入地板下或墙壁中。

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东京大学无线充电实验室 风扇转起来

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东京大学无线充电实验室 灯泡亮起来

对应的,接收端同样需要一个线圈。从当前公布的演示来看,其在电灯、小风扇上需要的线圈依然较大。

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东京大学无线充电实验室 手机充电模块

而其在智能手机上也能实现无线充电,但是需要连接一个无线充电接受模块,体积与手机机身大小相当, 当然这是一个原型阶段。

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东京大学无线充电实验室 USB充电模块

另外,还有一个具备USB充电接口的线圈设备,其体积同样较大。

据了解,这套磁共振无线充电方案最大传输功率为几十瓦,也就是说并能带动大功率设备,当下而言对于一些功耗较低的台灯、小风扇、手机等设备而言还是足够的,距离说未来电视、空调都无需有线连接还有些远。

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东京大学无线充电实验室 操控台

简单来看,这套无线充电方案可在房间内任何位置进行充电,从此前近距离的充电到中近距离无线充电过渡,并且效果良好。目前来看,劣势则功率相对较小,而且接收线圈体积还是很大,并不适用于小型电子设备,而且房间内还需要全金属层布置,以达到必须的交流磁场。

据青亭网了解,东京大学这套无线充电方案由东京大学教授Yasuhiro Kawahara、东京大学博士生Takuya Kajitani主导研究,其属于日本科学技术厅战略创新研究项目。

类似的充电方案

早在2017年,迪士尼研究院也公布了一个和东京大学这套方案非常相似的方案,其也采用了QSCR准静态腔谐振器技术,技术细节上有不同。

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迪士尼研究院无线充电 结构图

其公布的方案同样搭建了一个金属屏蔽层房间(铝制),而不同之处是房间中间还设置了一个铜质金属管。而这个铜管的目的就是为了实现更好的磁场控制,号称在三维空间任意位置的充电效率能达到40%-95%,而且无线充电功率高达1.9 千瓦,这要比东京大学方案几十瓦的功率高几十倍。

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Reach Labs无线充电方案

此外,2018年底远程无线充电方案公司Reach Labs公布了融资消息,并且表示将建立空中无线无线充电方案,其原理是通过独特的天线系统和专有算法的综合无线射频方案。

Reach Labs的方案不仅适用于房间规模,其号称还能应用到无人机、工业机器人、智能托盘等中远距离无线充电,对于工业工业场景有很好的成效。

应用场景和安全性

随着物联网的兴起,越来越多的设备将支持实时联网,而如果这些设备是需要充电后者更换电池的方式就显得极为繁琐,房间级无线充电将成为永久开机(不会断电)的物联网时代重要的技术支撑。

当然,除了物联网设备,对于可穿戴设备而言也是一项颠覆性技术。想象一下,现在的VR一体机续航普遍在2-3小时,加入长时间玩游戏续航还会更低,无线充电技术就很有必要;现在的AR眼镜体积普遍偏大,而且一体式设计电池需要占据很大体积和重量,未来假设能够支持房间级无线充电,既可以把电池做小,还能尽可能降低体积、重量。

在这个无线路由器是否有辐射还有人在担忧的时代,通过房间级无线充电方式进行充电的辐射量也成了大家最为关心的话题。迪士尼研究院此前公布的无线充电方案建议是,在靠近铜柱46cm以外的区域辐射值如上图,并表示是在可接受范围,东京大学方面暂未明确,只是说明对人类无害。

显然,除了安全方面的担忧,我们认为它的短期成本应该难以降到普通消费者可接受范围内,未来可能还是以特定区域应用为主。东京大学无线充电实验室表示,未来将着手将扩大该方案的适用范围以及充电功率,同时也正在探索具体的应用场景落地。

内容来自今日头条




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