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[分享] 无线供电技术

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发表于 2021-8-20 17:42:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
   美国麻省理工学院 的科学家正在开发一种新的供电方式,使用非放射性的 无线能量传输 方式来驱动电器,无论是手机,笔记本电脑还是数码相机,如果这项研究获得成功,它们的充电器都可以退休了。

  这项研究始于2007年6月,当时麻省理工学院 物理系的 副教授 Marin Soljacic的手机电池报销了,于是他便下决心联合了其他几位教师和研究生,准备给这些日常的便携电器研发一种更简单的供电方式。

  该项技术的原理其实非常简单,我们日常所接触到的电磁波都承载着能量。无线电广播在发射时,大部分的能量都四散在了空中,而这项技术就是要用一种非放射性的场来聚集这些能量。我们都知道,特定频率的电磁波会引起物体的震动,两个固有频率相同的物体就可以传递这种震动,从而传递能量。我们可以让一个诸如铜制天线的物体发射电磁波,而让接收器来接收,转化为能量。理论上说,所有现在使用电池的电器都可以换用这种方式供电。当然,现阶段这种传递还仅限于几米的短距离范围。

  关于由此产生的电磁辐射对人体的影响问题,研究者们正在进行试验,以最终满足FCC的标准要求。开发人员称,现在的辐射水平大概和核磁共振仪类似,应该是在安全范围之内。

  如果试验进行顺利,这种无线供电技术将会有非常巨大的发展空间, 比如 可以在地下铺设线路,随时为我们手中的电话,甚至行进中的汽车充电。但研究者指出,该技术仍处在起步阶段,这些展望都还存在在设想当中。

无线供电技术先驱
  在百年前 特斯拉 就已经建立了用于无线电力传输的广播塔,并想实现他于发明交流电后的另一次电力传输革命,但却最终没有实现,但当时他的无线传输电力的实验已经成功了。貌似这种技术在上百年前已经出现了,并差点就能实现,但为什么我们现在还牵着一大堆令人讨厌的电线使用电器??今天是这种技术失传了吗?是否真的可能实现大规模的电力无线传输化?
  特斯拉发明了的“放大发射机”,现在叫做大功率高频传输线共振变压器,用于无线输电试验。特斯拉把地球作为内导体,地球电离层作为外导体,通过他的放大发射机,使用这种放大发射机特有的径向电磁波振荡模式,在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振,利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。当没有电力接收端的时候,发射机只与天地谐振腔交换无功能量,整个系统只有很少的有功损耗。这种方案不仅可行,而且效率极高,对生态安全,并且不会干扰无线电通信。
  这种电力的传输没有十分准确的定位性,也就是说,任何可能的设备都可以在 半道 上“横刀夺爱”,把本来属于别人的电力攫取走。如果实现这种电力无线传输,有一个前提,那就是人类产生的电力已经完全满足了所有人的需求,否则谁会把电力白白让人使用,就目前全球紧张的能源趋势来讲,更加难以实现。另外,政治因素也是一个很大的问题。
  预言的话,个人认为,人类目前彻底摆脱能源困境惟有通过可控核聚变技术,2007年10月24日北京时间21:15, 国际热核聚变实验堆 (ITER)组织在 法国 卡达拉舍(Cadarache)正式成立, 中国 也出资该项目的10%。具体什么时候成功,谁也说不准,但所有的科技强国均已经投入大量资金在进行研究,有望在未来的50年实现(这也是我猜的)。如果成功的话,举个简单的例子,海水中的水分子有百分之三位重水分子。所以一升普通的海水可以在此技术下产生三百公升汽油的能量。那时,这种能量广播极有可能覆盖全球,人人随时随地都可以无线接收电力,就像现在的手机网络似的。
  据 英国广播公司 报道,美国麻省理工学院的科学家在最新一期《科学》杂志上报告说,他们通过电磁感应,成功地“隔空”点亮了离电源两米多远处的一个60瓦灯泡。科学家将这一技术称为“无线电力传输技术”,通过利用基本物理原理,最终可以给手提电脑“隔空”充 电。
  研究团队用两个直径60厘米的铜线圈做实验,一个线圈接在电源上,作为送电方,另一个作为受电方置于两米外,连接一个灯泡。科学家利用了“共振”原理,当送电方的电源接通后,两个线圈都以10兆赫兹的频率振动,从而产生强大的电磁场,送电方发出的电振即可传到受电方。两个线圈虽未相连,仍可完成隔空供电,使灯泡发光。即使在电源与灯泡中间摆上木头、金属或其他电器,灯泡仍会发亮。
  研究人员表示,身体对电场的反应很强,但身体对磁场的反应则几乎没有,因此这一系统不会影响人体健康。有研究人员说,在真正应用于生活前,还需要进一步进行试验。
   中国科学院 电工研究所所长 孔力 认为,无线电力传输是一种区别于有线传输的特殊供电方式。电磁波可以在空间传播,因此报道中所说的通过无线输电点亮电灯是可以实现的。
  实现无线输电的方法大致有两种,一种是报道中研究人员所做的两个线圈的电磁感应方法,另一种是将电能以激光或者微波的形式,发射到远端的接收天线,然后通过整流、调制等处理后,作用于负载。
  无线电力传输的原理并不难理解,但一直没有得到很好的应用。因为电磁波在自由空间传输,能量不太容易集中,定向性差,特别是微波,漫射在空间,使本来不多的能量衰竭得更快。因此无线传输难以输送大量的能量,功率低,整体效率差,而且会对空间造成很大的电磁污染。
  作为科学研究,研究无线电力传输技术或许可以带动其他科技领域的发展,但该技术只适用于一些特定的场合,比如卫星之间、人造飞行器之间的能量传输都可以使用无线方式。
  关于国内的无线电力传输研究,原理大家都明白,但因为效率太低,合理使用的场合太少,因此研究的人并不多。科学技术有一个合理使用的问题,无线输电可用于一些特殊的用途,但如果作为地面长距离输电或者家用电器的长期充电,我觉得可能不大实用。
  在 日本 横滨 举行的AT International 2009会展上,日本昭和飞机工业公司展出了一种非接触式电源供应系统。这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力。两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下对应的位置。
  该技术使用的电磁感应技术原理与中学生在课本上学习的知识并没有太大的区别,它可以在10厘米左右的位置提供电力传输。但是在水平位置放置可能会流失部分电能,另外线圈自己会产生热量。
  因为专利的问题,昭和飞机工业公司没有透露具体的实现细节。但是,该公司宣称这种电源供应系统可以提供90%以上的传输效率,另外,该公司还可以实现两线圈距离在60厘米以上的电力传输。
  该公司展示了在60厘米距离照亮了10个100W白炽灯,并把一个金属煎锅放置在两线圈之间,证明煎锅没有产生热量。两个传输线圈的大小为50x50厘米,厚度5厘米。
  昭和飞机工业公司表示,这种系统可以为电力汽车充电,或是为有供电需求的冷藏车,在便利店停车休息时提供辅助供电。
 无线供电技术其实早点很多年前就有概念,并且有不少专家希望在此有些突破,基本上无线供电技术可以采用以下方法:
电磁耦合
   电磁耦合 对电源工程师来说,再也熟悉不过了,变压器就是利用这个原理来传递能量。如果把变压器的两个绕组分开,就是某种意义上的无线供电。电动牙刷的充电就是个典型案例,但是用电磁耦合的方式有很大的缺点,没有高磁导率的磁芯作为介质,磁力线会严重发散到空气中,导致转递效率下降,特别在两个线圈远离的时候,下降的非常厉害。所以不适合大功率,远距离的无线供电。
光电耦合
  把电能转化为光能,比如激光,通过光将能量传递到目的地再转化为电能。这种无线供电技术比较直观,而且光电转换技术也相对应用广泛。但是光的传递路径具有缺陷,就是传递路径中不能有障碍物。所以这种技术,也是有很大的应用缺陷。
电磁共振
   电磁共振 这个名词有点陌生,据说其原理类似声波共振的原理,两种介质具有相同的共振频率,就可以用来传递能量。WiTricity的技术就是采用了这种原理。他们称之为非辐射性电磁共振。当然这可能并不是说该项技术没有辐射,但的确和我们普通概念中电磁辐射有很大不同。
  据 美国 物理学家 组织网7月21日(北京时间)报道,现有多个研究小组正在设法利用无线电波为低能耗微型设备提供能源。借助该技术,美国杜克大学 已研发出一款带有鸣音提醒功能的安全帽。

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