无线充电扩大范围：台灯、风扇在室内任意位置都可充电

日本东京大学和美国密歇根大学的团队研究了一项新技术，可以对房间内任何地方的小型电子设备进行无线充电。该方法或可用于建造小型充电柜、无线充电房间，甚至建造工厂，其中设备无需电线即可充电。

该研究论文于北京时间8月30日23时发表在国际知名学术期刊《自然-电子学》上，论文标题为《Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator》（房间尺度的使用腔基多模谐振器的磁准静态场无线电能传输），通讯作者为东京大学特任助教笹谷拓也。

电子设备已经广泛应用于工业生产和人们生活，这些设备主要由电线充电或一次性电池供电，需要手动操作并可能对环境产生不利影响。无线电能传输技术能够安全地给分散在空间中的众多设备供电，有助于解除电线的束缚。

无线电能传输技术的研究始于19世纪80年代。上世纪60年代，美国Brown等进行了大量无线电能传输研究，奠定了实验基础。2007年，MIT的科学家利用磁耦合谐振原理实现中距离的无线电能传输，在2m多的距离内将一个60W的灯泡点亮，传输效率达到40%左右。

目前，无线电能传输技术可用于小电子产品，如智能手机、电动牙刷等。但目前的系统需要这些设备保持静态，并与充电座或充电板的距离保持在数厘米内。

此项工作中，笹谷拓也等人开发了一种技术，利用墙内导电表面上多向的分散电流，把房间转变成无线电能传输系统。该技术被称为多模准静态腔谐振器（multimode quasistatic cavity resonance），会在整个房间（3 m×3 m×2 m）内产生三维磁场，能有效地结合电子设备（如智能手机、灯泡或电扇）上的小型接收线圈。

多模准静态腔谐振器  论文插图

接收线圈需要处于相对磁场的正确角度才能实现最大效率，但房间各处以及设备在移动中的能量传输效率仍可达到超过37.1%。作者认为，这一方法相比过去的手段（例如现有基于线圈的发射器）提供了更大的灵活性。

“我们的方法支持大容量内的数十瓦功率传输。此外，它在系统维度上提供了灵活性，并且不受空间中日常物品的显著影响。由于这些特性，此技术有很多潜在应用。” 笹谷拓也对澎湃新闻（www.thepaper.cn)记者表示，潜在应用比如充电柜、无线供电室和无线供电工厂。

构建的房间尺度谐振器  论文插图

论文中，他们展示了生活环境中有普通家具的无线供电室，作为此类应用的一个实例。在无线供电室内，台灯、风扇和智能手机可以进行无线充电。模拟还表明，房间级谐振器可以安全地向小至1/5000功率范围的设备提供超过 50W的功率。

生活环境中房间尺度的无线电能传输  论文插图

研究人员也探索了该系统的安全性，尤其是在运行中有多少能量可能被生物组织吸收，发现他们的结果符合联邦通信委员会和电气与电子工程师学会制定的标准。（所用频率范围内电磁场暴露的主要健康影响是温度升高和电刺激。因此，相关标准基于生物组织吸收的电辐射能量和内部电场这两种健康效应相关的物理量。）

研究者称，鉴于系统层面的灵活性和对外部物体干扰的鲁棒性，预计他们安全无线电能传输技术能在工业和个人生活空间里为电子设备供电方面提供广泛的应用。

“我们计划解决的一个挑战是实际的系统部署，因为我们自己从头开始构建它很困难。因此，我们将探索使用标准构建技术来构建这些系统的方法。”笹谷拓也表示，“我们也会探索进一步改进系统性能。”

提及未来无线电能传输的发展，笹谷拓也表示，“现在研究社区（包括我们）有许多技术可用，我认为这些技术将随着特定应用的出现一起发展。新应用对技术的需求将会激发其他基础研究。”