智東西 7 月 29 日消息，據(jù)美國媒體 Tech Xplore 報(bào)道，近日，芬蘭阿爾托大學(xué)（Aalto University）研究人員設(shè)計(jì)了一種新型無線充電系統(tǒng)，可以同時(shí)給多個(gè)設(shè)備充電。
研究人員通過對(duì)無線充電系統(tǒng)中發(fā)射器的核心部分：天線線圈進(jìn)行設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)無線充電系統(tǒng)不需要先定位需充電設(shè)備，直接就能充電，還可以在設(shè)備移動(dòng)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)充電方向。
該研究論文題目為《使用雙環(huán)形螺旋線圈的自調(diào)諧全向無線電力傳輸（Self-tuning Omnidirectional Wireless Power Transfer using Double Toroidal Helix Coils）》，于 7 月 21 日發(fā)表在 IEEE Transactions on Industrial Electronics 上。
論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9492820/authors#authors
01. 原有無線充電先檢測(cè)需充電設(shè)備及其位置
人們身處各地都能依靠手機(jī)和平板電腦保持聯(lián)系，但是這些設(shè)備仍然需要通過插頭、插座和充電板來充電。
世界各地的研究人員都在致力于研究自由位置（free-position）無線充電，可以讓智能設(shè)備擺脫充電線的限制。目前最常見無線充電解決方案中都包含一些復(fù)雜的控制和檢測(cè)功能。
比如充電系統(tǒng)的能量發(fā)射器，通常需要先檢測(cè)到需要充電設(shè)備及其位置，才能確定向設(shè)備發(fā)送能量的方向，該功能一般是依靠攝像頭或傳感器來實(shí)現(xiàn)，這會(huì)增加發(fā)射器的體積和成本。
阿爾托大學(xué)研究人員新設(shè)計(jì)了一種基于特殊雙螺旋線圈的全向無線能量傳輸系統(tǒng)（WPT），通過在各個(gè)方向上創(chuàng)建功率傳輸通道，來實(shí)現(xiàn)不再需要在發(fā)射器上裝攝像頭或傳感器。當(dāng)需要充電的設(shè)備在移動(dòng)時(shí)，該無線充電系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整充電通道。
像手機(jī)、筆記本電腦和其他新配備無線充電接收器的設(shè)備可以一邊接收能量，一邊為其電池充電或者直接為設(shè)備上應(yīng)用供能，無需將設(shè)備和充電系統(tǒng)進(jìn)行接觸或者將設(shè)備放到特定位置。
02. 特殊方式纏繞線圈產(chǎn)生 2 種磁場(chǎng)
阿爾托大學(xué)的博士后研究員 Prasad Jayathurathnage 解釋道：“這個(gè)發(fā)射器的不同之處在于它是自調(diào)諧的，這意味著你不需要復(fù)雜的電子設(shè)備，來連接嵌入設(shè)備中的接收器。因?yàn)樗梢宰晕艺{(diào)節(jié)充電通道，你也可以在該無線充電系統(tǒng)可以達(dá)到的充電范圍內(nèi)自由移動(dòng)那些需要充電的設(shè)備。”
該研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)發(fā)射器中使用的線圈天線實(shí)現(xiàn)上述效果。線圈天線是纏繞在環(huán)面上的，其結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，它們會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)電磁場(chǎng)：一個(gè)是環(huán)形的，被限制在環(huán)面內(nèi)；一個(gè)是極向的，分布在環(huán)面以外。
這兩個(gè)電磁場(chǎng)的強(qiáng)度可以通過調(diào)節(jié)線圈的形狀來增強(qiáng)。
無線充電系統(tǒng)通過電磁場(chǎng)傳遞能量。但是需要對(duì)接收器和發(fā)射器進(jìn)行耦合配對(duì)。
電磁場(chǎng)耦合系數(shù)是研究人員確定的，無論接收器的位置和方向如何，都可以保證高效率，并且可以自動(dòng)調(diào)諧。
這依靠于充電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，自調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)需要使發(fā)射器和接收器之間耦合最小化，然后利用中繼器實(shí)現(xiàn)充電方向的調(diào)整，這時(shí)需要保持發(fā)射器和中繼器之間，接收器和中繼器之間有較強(qiáng)的耦合。
該系統(tǒng)包含三對(duì)互相正交的發(fā)射器和中繼器組合，保證實(shí)現(xiàn)全向充電。
▲ 新型無線充電發(fā)射器設(shè)備及其組件
03. 20cm 內(nèi)傳輸效率高達(dá) 90%
目前，這種發(fā)射器在 20cm 距離內(nèi)能量傳輸效率為 90%，更遠(yuǎn)的距離也能工作，只是能量傳輸效率較低。原則上，發(fā)射器能量傳輸能保持峰值距離范圍會(huì)隨著技術(shù)的不斷完善而得到擴(kuò)大。
Jayathurathnage 說：“目前，能保持 90% 效率的最遠(yuǎn)距離是多少，取決于發(fā)射器和接收器的大小。通過正確的工程技術(shù)，我們可以讓發(fā)射器和接收器變得更小?！?/p>
雖然該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了這一設(shè)計(jì)概念，但仍然需要進(jìn)行安全測(cè)試，以確認(rèn)發(fā)射器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)人體無害。很明顯由于該技術(shù)依賴磁場(chǎng)，而被認(rèn)為是有潛在有害影響主要原因的電場(chǎng)處于最小限度。
一旦該設(shè)計(jì)被認(rèn)為是安全的，然后被應(yīng)用到產(chǎn)品中，將方便很多人。
Jayathurathnage 指出：“真正的無線充電意味著更多的個(gè)人自由，這樣人們就不用擔(dān)心把手機(jī)放在哪充電了，也不用擔(dān)心有沒有忘記插上電源。”
該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為發(fā)射器申請(qǐng)了專利，還通過芬蘭 Parkzia 項(xiàng)目開發(fā)了可能用于工業(yè)領(lǐng)域的無線充電設(shè)備。
04. 結(jié)語：無線充電方便人們生活
無線充電目的是讓智能設(shè)備擺脫充電線限制，減少人們使用智能設(shè)備受到電量不足因素的影響。
目前除了科研人員在研究無線充電之外，不少手機(jī)廠商也開始開發(fā)自己的無線充電方案，比如小米、OPPO 等。隨著各種新型無線充電方案落地，人們的生活將更加方便。
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