自由空间全向无线充电技术

韩国科学技术院（KAIST）的研究团队开发出一项无线电力传输（WPT）技术，该技术能让移动设备在任何位置、任何方向上充电，即使设备远离电源，其工作原理类似于Wi-Fi提供互联网连接。借助该技术，只要移动用户身处指定充电区域（例如Wi-Power区），设备无需连接充电器即可按需自动获取电能。

由KAIST核能与量子工程系任振（Chun T. Rim）教授领导的研究团队在WPT领域取得重大突破。其WPT系统能同时为多台移动设备充电，并实现前所未有的全方位充电自由度——即使设备悬空或距离发射源（发射器）半米远仍可充电。该研究成果发表于2015年6月在线出版的《IEEE电力电子学报》，论文题为"采用交叉偶极Tx（发射器）与Rx（接收器）线圈实现的六自由度移动感应电能传输"。

任教授团队于2015年7月7日在KAIST校园实验室成功演示该技术。他们采用高频磁性材料构建偶极线圈结构，制成尺寸为1平方米的矩形薄型扁平发射器（Tx）系统。该系统可在距离发射器50厘米处，不受设备三轴位置和方向限制（六自由度），同时为30部功率容量1瓦的智能手机或5台功率2.4瓦的笔记本电脑进行无线充电。这意味着设备能在发射器周围三维空间内任意位置获取电能。笔记本的最大电能传输效率达34%。研究人员指出，制备具有六自由度特性的平面Tx与Rx线圈曾是移动应用WPT技术发展的瓶颈。

偶极线圈共振系统（DCRS）

研究团队采用其2014年研发的偶极线圈共振系统（DCRS）进行磁场感应，该系统专为远距离感应电能传输设计。DCRS由两组平行布置的磁偶极线圈（发射与接收）构成，每个线圈均含铁氧体磁芯并连接谐振电容。与传统环形线圈相比，偶极线圈结构更紧凑、尺寸更小。因此交叉偶极结构呈二维特性，而交叉环形线圈结构为三维。DCRS具有显著优势：即使谐振频率在1%范围内变化（Q因子低于100）仍可传输电能。铁氧体磁芯经优化设计使磁芯体积减半，其电能传输能力几乎不受人体或周边金属物体影响，这使DCRS成为紧急情况下无线输电的理想选择。在2014年的测试中，任教授成功实现了5米距离209瓦的无线输电。

更高灵活性与更安全充电

为生成旋转磁场，研究团队将两组偶极线圈从平行排列重构为交叉结构，并将其嵌入Tx平板平台。这使得移动设备能从任意方向获取电能成为可能。

尽管无线充电技术已应用于智能手机，但因设备仍需与发射器（充电垫）紧密接触，相较传统有线充电并无显著优势。要实现设备在公共场所等环境自由安全使用，WPT技术必须为用户提供远距离六自由度充电体验。此前所有无线充电技术均受限于短充电距离（通常不足10厘米）及设备需固定位置的充电条件。例如Galaxy S6仅能在固定位置进行单自由度无线充电。自由度代表移动设备在三维空间的活动能力。

此外，DCRS在低磁场环境下运行。基于研究团队开发的磁通屏蔽技术，其磁通量低于国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）针对公众电磁场（EMF）暴露的安全标准限值（27µT）。

任教授表示："我们的发射系统对人体安全且兼容其他电子设备。我们已解决阻碍WPT商业化的三大难题：充电距离短、充电方向依赖性强以及Tx/Rx平面线圈结构限制。"

目前，研究团队与KAIST衍生公司TESLAS Inc.正在咖啡馆、办公室等场所开展DCRS试点项目。

视频：https://www.youtube.com/watch?v=JU64pMyJioc