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    中科院研究基于全固態激光器的諧振光束無線充電技術

    來源:電子說 發布時間:2020-04-10

    把能量發射器裝在吸頂燈上,整個房間隨處可以給手機、平板、手提、投影儀等設備隔空充電?最近,上海科學家將這種近乎科幻的能量傳輸方式的雛形,帶到了現實中。未來,隨著技術不斷發展成熟,除了有望應用于室內環境中的電子設備之外,該技術還可能在室外環境中,用于為行駛中的無人機、汽車等設備無線充電,甚至還可以用于為惡劣環境中的電子設備供電。

    4月9日消息,中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與同濟大學電子與信息工程學院研究人員合作,開展了基于全固態激光器的諧振光束無線充電技術研究,實現了2瓦電功率、2.6米的無線能量傳輸,并研究了能量傳輸范圍內的能量傳輸效率。

    物聯網、航空航天、消費電子等技術的蓬勃發展對電子設備的高性能、可移動、易便攜等性能提出了越來越高的要求,從而使電子設備的電池容量和供電之間的矛盾也越來越顯著。在使用中,需要隨身攜帶充電線和尋找充電插座為電子設備的使用帶來了很多的不便。因此,為電子設備提供隨時隨地無線能量傳輸的技術受到了研究者的廣泛關注。

    中科院研究基于全固態激光器的諧振光束無線充電技術

    現有的無線能量傳輸技術主要有兩種,都存在各自的短板:

    一種是近場無線能量傳輸,其技術主要有磁感應和磁共振。現在常見的電動牙刷、電動剃須刀、智能手機等電子設備通常采用磁感應技術進行充電。由于近場無線能量傳輸技術的有效充電距離很短,因此在使用時需要將電子設備緊貼在無線充電底座上,而無線充電的底座仍需要通過線纜連接到插座上。

    另一種是遠場無線能量傳輸,技術主要有射頻、超聲波、激光等。但是由于輻射安全限制,現有的遠場無線能量傳輸技術能安全傳輸的功率較低,或者只能在無安全要求的條件下使用。因此,現有的無線傳能技術均無法同時實現安全、遠距離、高功率的無線能量傳輸。

    在該項研究中,研究人員提出利用全固態激光的腔內光作為無線能量傳輸媒介的諧振光束充電技術,可以安全的傳輸數瓦的無線功率到數米的距離。

    據相關研究人員介紹,諧振光束充電技術具有本征安全性。一方面,傳輸通道內一旦有異物遮擋可以自動切斷能量的傳輸;另一方面,傳輸通道外的生物不會受到電磁波的輻射。

    除此之外,諧振光束充電系統還可實現自動對準和同時多路輸出。

    研究人員提出了諧振光束充電能量傳輸通道的解析模型和分析了諧振光束充電系統的連續、穩定運轉條件以及工作距離內的能量傳輸效率;建立了諧振光束系統的測試平臺,在輸出光功率為10.18W的條件下,實現了2W的電功率傳輸到最遠2.6m的距離;在實驗和理論上對諧振光束充電系統的傳輸距離、傳輸效率、輸出電功率等性能進行了評估。

    以手機充電為例,利用諧振光束充電技術,可以將發射機布置在距離接收機數米的位置處(例如室內的頂燈位置),同時可以將接收器集成到手機殼中,此時只要將手機放置于發射機的有效覆蓋范圍內即可實現能量傳輸,不再需要將手機放置在特定的充電器上,也不需要連接線纜。

    通過進一步提升接收機的可移動性,該技術有望應用于室內環境中的電子設備,例如手機,筆記本電腦,投影儀等設備的無線充電。以及室外環境中可以用于為行駛中的無人機,汽車等設備無線充電。還可以用于為惡劣環境中的電子設備供電。

    隨著物聯網技術的發展,物聯網設備的電量供給成為制約物聯網發展的障礙之一。物聯網設備的電池容量和供電之間的矛盾也愈加顯著。因此,為物聯網設備提供隨時隨地無線能量傳輸的技術受到了研究者的廣泛關注。現有的無線能量傳輸技術主要有兩種:近場無線能量傳輸與遠場無線能量傳輸。近場無線能量傳輸技術主要有磁感應和磁共振。遠場無線能量傳輸技術主要有射頻、超聲波、激光等。但是由于技術限制,現有的無線傳能技術均無法同時實現安全、遠距離、高功率的無線能量傳輸。


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