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无线功率传输系统的原理示图（左）和实验装置（右）。功率从一个陶瓷球通过球的'相同磁共振机制传递到另外一个。
目前，商用无线电力传输（Wireless Power Transfer,WPT）主要限于手机的充电垫：与传统的直接将您的手机插入到墙上进行充电不同，无线电力传输系统充电只需将手机放在一个无线充电垫上面即可。在未来，这种无线电力传输技术还可以扩展到更大的距离，而且传递效率将更高，可能整个房间甚至建筑物都将作为电话，计算机和其他电子设备的无线充电区域。
无线电力传输（WPT）概念是在20世纪初由著名物理学家特斯拉率先提出的，但直到2007年，一个来自麻省理工学院的科学家团队才展示了WPT（WiTricity）的可行性，他们给距离两米的60瓦灯泡进行无线供电，传递效率为45％。
在前人的研究工作基础上，一支由Polina Kapitanova领导的来自位于俄罗斯圣彼得堡的ITMO大学和Giricond研究所的研究团队，提出了一个新的无线电力传输（WPT）系统。根据数值模拟结果，他们的无线能力传输系统能在20厘米的距离保持80％的传输效率，同时当距离增加时，效率降低非常小。他们的工作发表在近期《应用物理快报》（Applied Physics Letters）上。
与其他的无线电力传输（WPT）系统一样，新系统也是基于共振耦合原理。类似于一个歌剧歌手的强有力的声音如何可以将足够的能量转移到具有相同谐振频率的酒杯上，使酒杯粉碎；如果两个谐振线圈具有相同的谐振频率，其中一个谐振铜线圈可以将能量转移至第二个谐振铜线圈，而其它的附近物体则不会受到影响，因为它们不具有相同的谐振频率。在WPT系统中，为了进一步减少非预期的相互作用，两个线圈的谐振频率常常利用磁场进行耦合，因为磁场与大多数物体，包括人体的相互作用非常弱。
图：传输效率随距离的变化曲线比较，磁四极模式（绿线），磁偶极子模式（红色虚线），麻省理工学院提出的系统（蓝色虚线）。
在新的论文中，研究人员证明，他们可以在新的无线电力传输系统中采用两种方式降低功率损耗，进而提高效率。首先，他们使用“高介电常数低损耗介质谐振器”取代了传统的铜线圈，“高介电常数低损耗介质谐振器”看起来像两个陶瓷球体。这些谐振器具有高的折射率，这意味着电磁波通过它们时的行进速度大大减慢。对于无线电力传输系统，这个性质可以为陶瓷球体带来强磁共振，而强磁共振具有更高的传输效率。
研究人员作出减少辐射损失的第二个变化是使用一个比通常使用的更高阶谐振频率模态（它们使用磁性四极子模式代替磁性偶极子模式）。这两个模式的不同在于其磁场的形状和大小方面。研究人员还发现，四极子模式下的无线能量传输系统（WPT）效率不仅更高，而且也对发射器和接收器在空间中的无规取向更不敏感。使用过无线手机充电器的用户都知道，为了接收功率，手机必须与充电垫完全对准，而四极子模式则没有这样严格的对准要求。
“这项工作的主要想法是展示基于高折射率介质谐振器的近场磁共振无线电力传输系统，”Kapitanova表示。 “相对于传统的铜线圈，高折射率的介质谐振器支持更高的模态。因此，我们建议在磁四极子模式下而不是磁偶极子模式进行无线能量传输，由于减少了欧姆和辐射的损失，这样会得到更高的无线传输效率。“
未来，研究人员计划进一步提高无线能量传输系统，使接收机能在任意的角度下都具有很高的传输效率。他们还计划减少谐振器的尺寸以进行实际应用。
“现在我们正在对下一代的无线能量传输系统WPT构型进行制造和实验研究，”Kapitanova说。 “我们与Giricond研究院合作制造出了新的陶瓷谐振器，具有较高的介电常数和低损耗。我们相信，这个原型将非常接近实际应用。”
Wireless power transfer based on magnetic quadrupole coupling in dielectric resonators
消息来源：
Scientists propose high-efficiency wireless power transfer system
(本文由e科网编译整理)
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- 无线电力传输
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