科學家在遠距離無線充電效率方面取得突破性進展
目前的無線充電板主要利用短距離感應,效率很高,但只能在靠近被充電設備的地方充電。現在的新研究表明,透過利用環形天線的輻射抑制能力,不僅能以超過80% 的效率為更遠距離的設備充電,而且還能以各種方向為設備充電,從而為適用於從移動小工具到生物醫學植入物等各種設備的無線電力傳輸新時代鋪平了道路。
考慮輻射損耗對於高效能的長距離無線電力傳輸至關重要。阿爾託大學(Aalto University)的工程師們開發了一種改進的遠距離無線充電方法。透過增強發射天線和接收天線之間的相互作用以及利用”輻射抑制”現象,他們加深了我們對無線功率傳輸的理論理解,超越了傳統的感應式方法,這是該領域的一大進步。
短距離充電,如透過感應墊充電,利用近場磁場傳輸電能,效率很高,但距離較遠時,效率就會急劇下降。新的研究表明,透過抑制發送和接收電能的環形天線的輻射阻抗,可以在長距離上保持這種高效率。
兩根環形天線(半徑:3.6 公分)可以在相距18 公分的地方相互傳輸電力。圖片來源:Nam Ha-Van/Aalto University
在此之前,該實驗室曾開發出全向無線充電系統,可在任何方向為設備充電。現在,他們用一種新的無線充電動態理論擴展了這項工作,該理論更仔細地研究了近距離(非輻射)和遠距離(輻射)的距離和條件。他們特別表明,利用百兆赫茲範圍內的最佳頻率,在距離約為天線尺寸五倍的情況下,可以實現超過80% 的高傳輸效率。
第一作者、阿爾託大學博士後研究員南-哈-萬(Nam Ha-Van)說:”我們希望在有效傳輸功率與輻射損耗之間取得平衡,因為輻射損耗在較長距離內總會發生。事實證明,當環形天線中的電流具有相等的振幅和相反的相位時,我們就可以抵消輻射損耗,從而提高效率”。
研究人員創建了一種方法,可以對任何無線電力傳輸系統進行數學或實驗分析。這樣就能更全面地評估近距離和遠距離的電力傳輸效率,這在以前是沒有過的。然後,他們測試了兩個環形天線(見圖)之間的充電工作原理,這兩個天線的距離相對於它們的尺寸來說相當大,從而確定了輻射抑制是有助於提高傳輸效率的機制。
Ha-Van 說:「這一切都是為了找出無線電力傳輸的最佳設置,無論是近距離還是遠距離。有了我們的方法,我們現在可以將傳輸距離擴展到傳統無線充電系統之外,同時保持高效率。無線電力傳輸不僅對手機和小工具很重要,電池容量有限的生物醫學植入物也能從中受益。Ha-Van及其同事的研究還能考慮到人體組織等可能阻礙充電的障礙。”