无线供电房间：让无线充电像访问WiFi一样便捷！

导读

无线充电，是一项极具前景的前沿创新技术。可是，目前的无线充电系统，由于距离、效率、充电方式等因素，并不是太让人满意。然而，业界仍在努力创新和探索，最近迪士尼研究院的科研人员设计了一套无线充电系统，让“整个房间”的多个电器能同时进行无线充电。

（图片来源：迪士尼研究院）

无线充电技术

无线充电技术，不同于传统的依靠电线传输电力的技术，即可无线地进行电力传输。小无线充电常采用电磁感应式，大功率无线充电常采用谐振式。

最早在1890年，物理学家（NikolaTesla）就成功完成了无线输电试验，实现了交流发电。磁感应强度的单位也是以他的名字命名的，所以他可谓是无线电力传输之父。特斯拉曾经构想：

把地球作为内导体，地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。

但由于种种原因，特斯拉的大胆构想并没有得到实现，沦落为了一个科学幻想。

无线充电技术瓶颈

这几年，无线充电技术发展势头正猛，据说连最新一代苹果 iPhone 也将支持无线充电。虽然一些无线充电系统已经能给智能手机、智能硬件等设备充电，但是充电距离和效率，仍然是阻碍这一技术发展的主要瓶颈。

另外，很多无线充电设备还要借助充电支架、充电垫、充电贴等等，使用也比较繁琐。用户并不能真正意义上，从无线充电中随时随处的享受便捷。

解决方案

当然，科学家并没有因为困难，而停止探索。我之前就介绍过一些在无线充电技术方面的创新方案例如：韩国先进技术研究院的科学家使用的新无线充电技术，可以在任意方向给多个设备充电；另外还有一种英国伦敦帝国理工大学设计的“让无人机在飞行时无线充电”的方案。

值得注意的是，我之前介绍的美国杜克大学“让整个房间成为无线充电站”的方案和今天将介绍的方案，在效果上有一定的相似之处，但原理不同。那个方案是通过位于室内墙壁上的类似于液晶电视的平面屏幕板，为视线范围内任意设备充电。

QSCR 技术

我们今天要介绍的是，迪士尼研究院开发的一种“准静态空腔共振”（QSCR）技术，它能够让一些特定结构例如橱柜、房间、仓库产生准静态磁场，从而为附近任何地方的移动接收器，无线、安全、可靠地提供千瓦级的电力供应。

迪士尼研究院关于QSCR技术的报告，由Matthew J. Chabalko、Mohsen Shahmohammadi 、Alanson P. Sample 刊写，于2017年2月15日，在线发表于 PLOS ONE 杂志上。

技术演示

在演示中，研究人员构建了16英尺乘16英尺（约 4.9米 ×4.9 米）的房间，铝制的墙、天花板和地板，以铝框架的形式固定。

（图片来源：迪士尼研究院）

房间的中间立有一铜杆，铜杆中间有一小空隙，里面安插了独立的电容，用于设置共振频率，以及隔离潜在的有害磁场。在低兆赫兹频率下的电磁波并不和日常生活中的材料发生交互，所以房间中的其他物体并不受影响。

（图片来源：迪士尼研究院）

而后，电流流过铜杆、天花板、墙、地板，围绕铜杆产生了磁场。

（图片来源：迪士尼研究院）

（图片来源：迪士尼研究院）

电能可以有效地传输到磁场中同样共振频率的接收线圈中，同时为房间内多个设备无线充电例如灯、手机、LED、风扇、玩具车等。

（图片来源：迪士尼研究院）

实验结果无线电力传输效率可达40%到90%，分析显示传输到线圈接收器的功率达1900瓦，相当于可以同时给320台智能手机供电，且可达到美国联邦安全标准。

应用和未来

关于这项技术的应用，迪士尼研究院联合实验室主任、首席科学家 AlansonSample 称：

“这种新的创新技术将可以让电力传输像WiFi一样无处不在，从使得机器人和其他小型移动设备无需更换电池或者进行有线充电。”

该实验室无线系统小组的领头人Sample 说：

“在这项研究中，我们展示了一个房间规模的无线充电技术，我们也可以将规模缩小到玩具箱，或者扩大到整个仓库。”

研究人员称，未来他们将希望减少对于金属墙、金属天花板、金属地板的需求。他们有望不改变现有的建筑结构，通过模块化的面板和导电涂料，来实现这个无线充电系统。另外，他们还将使用多个铜杆，将系统应用于在更大的空间。

参考资料

【1】Matthew J. Chabalko et al, Quasistatic Cavity Resonance for Ubiquitous Wireless Power Transfer, PLOS ONE (2017).  

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