Andrew Goal's Blog

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无线供电桌面 研究方向：自然用户界面

研究小组：平台元件中心 2007/10/11

我 们设计和实现了一种通用的无线供电桌面（Universal Wireless Power Surface），只需将笔记本、手机、PDA等移动设备随意放置在桌面上，便会自动地开始充电或供电（如图1所示）。在桌面和移动设备之间不需要电源线 的连接，电能以无线的方式从供电桌面传给移动设备。 详细内容: 当人们的上网方式逐渐从有线向无线过渡的时候，更多的用户会期待着电的传输什么时候能够像网络一样摆脱线的束缚呢？在此，微软亚洲研究院平台器件组的研究员们将为你揭示无线桌面供电技术的可能。 当前，数据的传输越来越广泛地采用无线的方式，比如Wi-Fi、Bluetooth、UWB等等。然而，电能的传输基本上还没有摆脱线的束缚，一般是采用直接电接触的有线传输方式。 现在的移动设备,比如手机，PDA，数码相机，mp3，笔记本电脑等，在充电或供电时，通常要把充电器或电源适配器（Power Adapter）一端连在市电电源上，另外一端连在移动设备上；或者把电池取出放在充电器上进行充电。频繁的插拔不但使用不便，且有安全隐患。目前，不同 的设备通常使用不同的充电或供电接口，出差时，有多个移动设备就需要携带多个充电器或电源适配器，不但不方便，而且造成了浪费。 我们设计和实现了一种通用的无线供电桌面（Universal Wireless Power Surface），只需将笔记本、手机、PDA等移动设备随意放置在桌面上，便会自动地开始充电或供电（如图1所示）。在桌面和移动设备之间不需要电源线 的连接，电能以无线的方式从供电桌面传给移动设备。 设想在未来，家里、会议室、咖啡厅、汽车、机场里等等都有这种无线供电的桌面，人们不再需要携带各种充电器或电源适配器，不再需要频繁的插拔，只需要把手机、笔记本等移动设备随意放在桌面上就可以自动地充电或供电了，不用再担心电源的问题。 系统结构如图2所示，包括无线供电桌面和移动负载设备内嵌的模块两部分。 电能的无线传输是基于电磁感应原理工作的。供电桌面内的发射线圈和负载设备内的接收线圈构成了一个可分离的疏松耦合变压器，通过电磁感应，供电桌面 端电源输出的能量以非接触的方式传送到负载设备，负载设备内嵌有转换模块将交流电转换成负载设备所需要的直流电。供电桌面由很多小线圈组成，构成了一个供 电线圈矩阵，其中每个线圈都有独立的开关控制是否导通。供电桌面只对负载设备下面的一小块区域线圈供电，其他没有负载的区域不会发射电能。当桌面上没有负 载设备时，整个供电线圈矩阵的每个线圈都是被关断的。这样不仅增加了系统的效率，而且降低了电磁辐射。 如何检测出桌面上是否放置了负载设备，并能判断出负载设备放在什么位置呢？我们提出并实现了RFID（Radio Frequency Identification）定位技术。 每个负载设备都嵌入了RFID标签（tag），具有一个设备ID号。供电桌面内除了有供电线圈矩阵外，还有定位线圈矩阵和RFID检测器，用来读取 负载设备的RFID标签ID，判断出负载设备是否存在，如果存在则判断出其在定位线圈矩阵中的位置。没有内嵌具有合法数据的RFID标签的物体，比如杯 子、人手等，供电桌面不会对其下方的区域供电，保证了检测的可靠性和使用的安全性。RFID标签内除了含有设备ID外，设备的功率需求，负载设备电池是否 已被充满等信息也可以通过RFID传输给供电桌面，供电桌面的信息也可以传输给移动设备。通过双向地数据通信，增加了系统的智能性。 负载设备的定位具有一定的精度，保证了设备随意放置在桌面上，均能检测到其位置，提高了使用的方便性。 对于电磁辐射问题，我们采取了多种安全保护措施。首先，没有负载设备的地方不会向外辐射强电磁场，供电桌面只对负载设备下面的一小块区域线圈供电， 当负载设备被移走时，原来在其下面的线圈会停止供电。为了屏蔽供电时负载设备下面的电磁辐射，在供电桌面线圈矩阵的下面和设备模块接收线圈的上面及四周均 包裹着磁性材料和金属材料，在其内部形成了封闭式的闭合磁路，极大地降低了泄漏出来的电磁辐射，并提高了系统效率。检测负载设备位置时用的RFID是在超 近距离下工作，采用了较微弱的信号。 2006年3月，给约50W的笔记本电脑无线供电和充电的实验成功完成。目前，我们的无线供电桌面原型板长度和宽度均是30厘米，系统整体效率约为 50%～60%。2007年4月，第一个完整的系统演示原型板已被运往在美国的Microsoft Executive Briefing Center准备做新技术成果展示。 我们正致力于进一步降低系统成本和提高系统效率，使这项技术能够早日普及，给人们的生活带来便利。