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無線供電技術的介紹

無線供電是指通過非物理接觸的電能傳輸方式,是繼無線通訊、無線網絡之後的第三次無線革命,被業界視為壹項具有基礎應用性意義的前沿科技,其跨產品應用範圍廣,有望推動全國乃至世界通信、電子、物聯網、新能源等產業的突破和創新。

美國麻省理工學院的科學家正在開發壹種新的供電方式,使用非輻射性的無線能量傳輸方式來驅動電器,無論是手機,筆記本電腦還是數碼相機,如果這項研究獲得成功,它們的充電器都可以退休了。

這項研究始於2007年6月,當時麻省理工學院物理系的副教授Marin Soljacic的手機電池報銷了,於是他便下決心聯合了其他幾位教師和研究生,準備給這些日常的便攜電器研發壹種更簡單的供電方式。

該項技術的原理其實非常簡單,我們日常所接觸到的電磁波都承載著能量。無線電廣播在發射時,大部分的能量都四散在了空中,而這項技術就是要用壹種非放射性的場來聚集這些能量。我們都知道,特定頻率的電磁波會引起物體的震動,兩個固有頻率相同的物體就可以傳遞這種震動,從而傳遞能量。我們可以讓壹個諸如銅制天線的物體發射電磁波,而讓接收器來接收,轉化為能量。理論上說,所有現在使用電池的電器都可以換用這種方式供電。當然,現階段這種傳遞還僅限於幾米的短距離範圍。

關於由此產生的電磁輻射對人體的影響問題,研究者們正在進行試驗,以最終滿足FCC的標準要求。開發人員稱,現在的輻射水平大概和核磁***振儀類似,應該是在安全範圍之內。

如果試驗進行順利,這種無線供電技術將會有非常巨大的發展空間,比如可以在地下鋪設線路,隨時為我們手中的電話,甚至行進中的汽車充電。但研究者指出,該技術仍處在起步階段,這些展望都還存在在設想當中。 在百年前特斯拉就已經建立了用於無線電力傳輸的廣播塔,並想實現他於發明交流電後的另壹次電力傳輸革命,但卻最終沒有實現,但當時他的無線傳輸電力的實驗已經成功了。貌似這種技術在上百年前已經出現了,並差點就能實現,但為什麽我們現在還牽著壹大堆令人討厭的電線使用電器今天是這種技術失傳了嗎?是否真的可能實現大規模的電力無線傳輸化?

特斯拉發明了的“放大發射機”,現在叫做大功率高頻傳輸線***振變壓器,用於無線輸電試驗。特斯拉把地球作為內導體,地球電離層作為外導體,通過他的放大發射機,使用這種放大發射機特有的徑向電磁波振蕩模式,在地球與電離層之間建立起大約8赫茲的低頻***振,利用環繞地球的表面電磁波來傳輸能量。當沒有電力接收端的時候,發射機只與天地諧振腔交換無功能量,整個系統只有很少的有功損耗。這種方案不僅可行,而且效率極高,對生態安全,並且不會幹擾無線電通信。

這種電力的傳輸沒有十分準確的定位性,也就是說,任何可能的設備都可以在半道上“橫刀奪愛”,把本來屬於別人的電力攫取走。如果實現這種電力無線傳輸,有壹個前提,那就是人類產生的電力已經完全滿足了所有人的需求,否則誰會把電力白白讓人使用,就目前全球緊張的能源趨勢來講,更加難以實現。另外,政治因素也是壹個很大的問題。

預言的話,個人認為,人類目前徹底擺脫能源困境惟有通過可控核聚變技術,2007年10月24日北京時間21:15,國際熱核聚變實驗堆(ITER)組織在法國卡達拉舍(Cadarache)正式成立,中國也出資該項目的10%。具體什麽時候成功,誰也說不準,但所有的科技強國均已經投入大量資金在進行研究,有望在未來的50年實現(這也是我猜的)。如果成功的話,舉個簡單的例子,海水中的水分子有百分之三為重水分子。所以壹升普通的海水可以在此技術下產生三百公升汽油的能量。那時,這種能量廣播極有可能覆蓋全球,人人隨時隨地都可以無線接收電力,就像現在的手機網絡似的。

據英國廣播公司報道,美國麻省理工學院的科學家在最新壹期《科學》雜誌上報告說,他們通過電磁感應,成功地“隔空”點亮了離電源兩米多遠處的壹個60瓦燈泡。科學家將這 壹技術稱為“無線電力傳輸技術”,通過利用基本物理原理,最終可以給手提電腦“隔空”充 電。

研究團隊用兩個直徑60厘米的銅線圈做實驗,壹個線圈接在電源上,作為送電方,另壹個作為受電方置於兩米外,連接壹個燈泡。科學家利用了“***振”原理,當送電方的電源接通後,兩個線圈都以10兆赫茲的頻率振動,從而產生強大的電磁場,送電方發出的電振即可傳到受電方。兩個線圈雖未相連,仍可完成隔空供電,使燈泡發光。即使在電源與燈泡中間擺上木頭、金屬或其他電器,燈泡仍會發亮。

研究人員表示,身體對電場的反應很強,但身體對磁場的反應則幾乎沒有,因此這壹系統不會影響人體健康。有研究人員說,在真正應用於生活前,還需要進壹步進行試驗。

中國科學院電工研究所所長孔力認為,無線電力傳輸是壹種區別於有線傳輸的特殊供電方式。電磁波可以在空間傳播,因此報道中所說的通過無線輸電點亮電燈是可以實現的。

實現無線輸電的方法大致有兩種,壹種是報道中研究人員所做的兩個線圈的電磁感應方法,另壹種是將電能以激光或者微波的形式,發射到遠端的接收天線,然後通過整流、調制等處理後,作用於負載。

無線電力傳輸的原理並不難理解,但壹直沒有得到很好的應用。因為電磁波在自由空間傳輸,能量不太容易集中,定向性差,特別是微波,漫射在空間,使本來不多的能量衰竭得更快。因此無線傳輸難以輸送大量的能量,功率低,整體效率差,而且會對空間造成很大的電磁汙染。

作為科學研究,研究無線電力傳輸技術或許可以帶動其他科技領域的發展,但該技術只適用於壹些特定的場合,比如衛星之間、人造飛行器之間的能量傳輸都可以使用無線方式。

關於國內的無線電力傳輸研究,原理大家都明白,但因為效率太低,合理使用的場合太少,因此研究的人並不多。科學技術有壹個合理使用的問題,無線輸電可用於壹些特殊的用途,但如果作為地面長距離輸電或者家用電器的長期充電,我覺得可能不大實用。

在日本橫濱舉行的AT International 2009會展上,日本昭和飛機工業公司展出了壹種非接觸式電源供應系統。這種系統基於電磁感應原理可無線傳輸電力。兩個感應線圈可以放置在左右相鄰或上下對應的位置。

該技術使用的電磁感應技術原理與中學生在課本上學習的知識並沒有太大的區別,它可以在10厘米左右的位置提供電力傳輸。但是在水平位置放置可能會流失部分電能,另外線圈自己會產生熱量。

因為專利的問題,昭和飛機工業公司沒有透露具體的實現細節。但是,該公司宣稱這種電源供應系統可以提供90%以上的傳輸效率,另外,該公司還可以實現兩線圈距離在60厘米以上的電力傳輸。

該公司展示了在60厘米距離照亮了10個100W白熾燈,並把壹個金屬煎鍋放置在兩線圈之間,證明煎鍋沒有產生熱量。兩個傳輸線圈的大小為50x50厘米,厚度5厘米。

昭和飛機工業公司表示,這種系統可以為電力汽車充電,或是為有供電需求的冷藏車,在便利店停車休息時提供輔助供電。

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