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毫米波还有这本事?GuRu开发隔空充电技术

EEWORLD ·2021-03-12 00:00·电子工程世界
阅读:2504

翻译自——EEtimes

无线电力传输一直是业界的热门话题。据悉,加州理工学院成立的一家初创公司已经实现了一种无线电力传输系统,该系统使用射频(RF)波,特别是毫米波,能在空气中传输电力,5G技术也将会使用这种频率。GuRu Wireless公司的联合创始人兼首席执行官Florian Bohn介绍,得益于小型化和功率传输效率的深入发展,他们的这个无线技术几乎可以为几米内的任何设备充电。

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Bohn:“为什么要用毫米波的频率?”使用毫米波可以让我们有效地通过空气将能量从A点传递到B点。事实上,你无法打破物理定律,能量的传递也受到衍射的限制。”

“另外,衍射也限制了显微镜的观察,这意味着电磁波是光的一种形式。当你试图以24GHz从A点发送能量到B点时,波长是1.25厘米。这意味着你可以选择大约1.25厘米的小区域,并能够有效地发送电力。但如果是2.4GHz(如Wi-Fi),其波长要大10倍,使用它会限制覆盖面积、可实现的范围和效率。”

Figure 1: Conventional 2.4-GHz module (Source: GuRu)

传统2.4 GHz模块

无线发送电力的想法并不新鲜:自从尼古拉•特斯拉(Nikola Tesla)第一个提出这个想法以来,多年来已经出现了多种不同应用的技术。Bohn指出,GuRu设计效率更高的原因是它的mmWave技术允许电力以可控和安全的方式传输。

物联网设备的崛起给从业者带来了持续的挑战,特别是在设计领域,因为设备需要电力。除了电动汽车和移动电子设备,无线电力传输是物联网领域讨论最多的话题之一。虽然无线设计方法是普遍的,无线电力传输发射机的设计、放置、效率最大化和系统验证会带来新的复杂挑战,需要特定的技能和先进工具的使用,如数值模拟。

要设计出能够在数米范围内可靠运行的无线电力传输系统,除了设计驱动和控制整个系统所有操作的逻辑控制电路外,还需要一些专门知识,比如准确地预测线圈天线和电路的电磁和热性能。

GuRu无线充电技术解决方案

GuRu的可扩展无线电源模块包括发射和接收天线,并由一系列集成毫米波芯片供电。可贴片的模块和芯片使定制化、低成本和小型化的解决方案成为可能。

Bohn介绍:“其中一种应用是在工业/汽车领域,我们可以为湿度控制、座椅、安全带检测等提供传感器,同时避免使用乱糟糟的电线。通过我们的技术,你不仅可以为这些设备供电,还可以整合一些功能,比如你可以感知传感器的位置,或者门是开是关。”

24GHz是一个相当清晰的波段;最大的优点之一是可以创建紧密的点对点连接。这个波段的辐射也不会干扰Wi-Fi和蓝牙。“所以电磁能量是非常有限的。”

GuRu的技术包括控制传输光束的方向和数量,以优化效率。智能射频透镜技术允许多束能量被发送到很小的接收器上,这使得发射装置可以缩小到适合放在桌子上或安装在墙上。它还允许GuRu的系统为手机、甚至更小的物联网和智能家居设备充电。

像这样的无线电源技术对于传感器网络来说非常实用,它消除了对电池的需求,或者支持对所有那些需要更换电池的设备进行充电。一款安装在天花板上的原型机可以向10英尺外的设备供电,而另一款可以为多部手机充电。此外,这个技术还可以让一个机器人在房间之间漫游,感知无线设备的电力需求,在没有物理接触的情况下为它们充电。Bohn表示,像智能家居和工业物联网行业将从无线无线电源和充电中获益良多。“如果你有很多传感器,又不想一个接一个地连接它们或更换电池,所以无线充电帮了你大忙,并有着很大的投资回报率。”

Bohn介绍,GuRu的一款发电机可以在2-3小时内为iPhone 11的13Wh电池充满。发电机单元的大小取决于用例。

其实在2020年的CES上,GuRu就已经将产品亮出来了。GuRu Wireless展示了基于毫米波技术的三种不同的空中解决方案的原型,该解决方案是一种无需电缆或近场感应即可传输能量的新颖方法充电表面。其中一个原型安装在天花板上,向超过10英尺距离的设备供电,而另一个可以在会议桌灯附近为附近的多部电话充电。但最有趣的是Rovee机器人,该机器人可以在一个房间到另一个房间内自主漫游,感应无线设备的电源需求并为它们充电而无需进行物理接触。虽然原型机器人看起来很像Roomba,顶部大小相似地安装了类似尺寸的盒子,但生产版本显然可以更紧凑。

这个圈子玩家不少

其他公司也在开发无线功率传输,包括Energous,Ossia,WPC和Wi-Charge,每种公司都有自己的通过无线电或光谱传输能量的方法。

例如,WPC的基于Ki无线厨房标准的无线厨房电器。Ki无线厨房标准是合作的产物,通过这种合作,WPC无线充电联盟已经成功推出了业界通用的手机和移动电子产品的Qi无线充电标准。Ki标准将重新定义未来的厨房,使食物制作更安全,更智能,更便捷。

Yank Technologies公司在CES 2020展示了一项在车内任何位置都可以为电子设备充电的无线充电技术。他们利用三维天线阵列和特殊的放大器,可以使你在车内任何位置为你的设备充电,并且无需任何物理接触,而且能支持多设备同时充电。当然你的设备需要支持无线充电功能。这项技术甚至可以为车载的任何用电设备供电,而无需实体供电线路。Yank Technologies称此项无线充电技术的辐射强度远低于手机和WiFi网络产生的辐射,完全不用担心这项技术的安全性。

人们一直想要摆脱线缆的束缚,无线充电这一技术一直在研究,但是一直没能够得到实质上的突破。距离和功率是两大制约因素。类似GuRu的公司似乎把距离这个问题攻克了,但充电的转换效率这个问题还有待解决。转换效率过低,会造成使用体验的下降。希望未来将会有更先进的解决方案,为人们生活造福。


关键字: GuRu 毫米波 无线充电 编辑:muyan 引用地址: http://news.eeworld.com.cn/IoT/ic529546.html
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