無線電力傳輸技術(shù)(已修改)
2025-01-20 08:30 本頁面
【正文】 無線電力傳輸技術(shù)無線電力傳輸技術(shù)人類追逐自由的本能，在現(xiàn)實面前屢屢受挫。自從廣泛使用電能以來，許多人都為了那些電器拖著的長長電線而絞盡腦汁，但無線供電卻一直只能作為一個在前方遠遠招手的夢想。現(xiàn)在，我們也許看到了一線曙光。在2008年8月的英特爾開發(fā)者論壇（IDF，Intel Developer Forum）上，西雅圖實驗室的約書亞史密斯（Joshua R. Smith）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組向公眾展示了一項新技術(shù)——基于“磁耦合共振”原理的無線供電，在展示中成功地點亮了一個一米開外的60瓦燈泡，而在電源和燈泡之間沒有使用任何電線。他們聲稱，在這個系統(tǒng)中無線電力的傳輸效率達到了75%。大劉在《三體II黑暗森林》中描繪了一個兩百年后的世界。因為人們掌握了可控核聚變技術(shù)，可以提供極大豐富的能源，無線供電的損失在可接受范圍之內(nèi)，所以大部分電器都可以采用無線方式來供電，從電熱杯一直到個人飛行器都是如此。電像空氣一樣無處不在，人類再也不用受電線的拖累了。正如書中所提到的那樣，無線供電技術(shù)現(xiàn)在也已經(jīng)出現(xiàn)了。實際上，近距離的無線供電技術(shù)早在一百多年前就已經(jīng)出現(xiàn)，而我們現(xiàn)在生活中的很多小東西，都已經(jīng)在使用無線供電。也許不遠的未來，我們還會看到遠距離和室內(nèi)距離的無線供電產(chǎn)品，而不會看到電線桿和高壓線，“插頭”也將會變成一個歷史名詞。好兆頭英特爾的這種無線供電技術(shù)，是基于麻省理工大學(xué)的一項研究成果而開發(fā)的。2007年6月，麻省理工大學(xué)的物理學(xué)助理教授馬林索爾賈?？耍∕arin Soljacic）和他的研究團隊公開做了一個演示。他們給一個直徑60厘米的線圈通電，6英尺（）之外連接在另一個線圈上的60瓦燈泡被點亮了。這種馬林稱之為“WiTricity”技術(shù)的原理是“磁耦合共振”，而他本人也因為這一發(fā)明獲得了麥克阿瑟基金會2008年的天才獎。 新技術(shù)所消耗的電能只有傳統(tǒng)電磁感應(yīng)供電技術(shù)的百萬分之一，不由讓人們對室內(nèi)距離的無線供電重新燃起了希望。而它的關(guān)鍵在于“共振”?？茖W(xué)家們早就發(fā)現(xiàn)，共振是一種非常高效的傳輸能量方式。我們都聽過諸如共振引起的鐵橋坍塌、雪崩或者高音歌唱家震碎玻璃杯的故事。無論這些故事可信度如何，但它們的基本原理是正確的：兩個振動頻率相同的物體之間可以高效傳輸能量，而對不同振動頻率的物體幾乎沒有影響。在馬林的這種新技術(shù)中，將發(fā)送端和接收端的線圈調(diào)校成了一個磁共振系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)送端產(chǎn)生的振蕩磁場頻率和接收端的固有頻率相同時，接收端就產(chǎn)生共振，從而實現(xiàn)了能量的傳輸。根據(jù)共振的特性，能量傳輸都是在這樣一個共振系統(tǒng)內(nèi)部進行，對這個共振系統(tǒng)之外的物體不會產(chǎn)生什么影響。這就像是幾個厚度不同的玻璃杯不會因為同一頻率的聲音而同時炸碎一樣。最妙的就是這一點了。當(dāng)發(fā)射端通電時，它并不會向外發(fā)射電磁波，而只是在周圍形成一個非輻射的磁場。這個磁場用來和接收端聯(lián)絡(luò)，激發(fā)接收端的共振，從而以很小的消耗為代價來傳輸能量。在這項技術(shù)中，磁場的強度將不過和地球磁場強度相似，人們不用擔(dān)心這種技術(shù)會對自己的身體和其他設(shè)備產(chǎn)生不良影響。在2007年馬林演示他的成果的時候，這項技術(shù)能夠達到40%左右的效率。這在某些場合是可以接受的，但是人們還想更進一步。剛才我們提到的英特爾公司研究員們已經(jīng)把傳輸效率提升到了75%，而馬林小組最近聲稱，他們做到了90%。這意味著，一年之間提高到原來的兩倍以上！ 雖然成效驚人，但改進空間也依然很大。下一步，有望在提高傳輸效率的同時縮小發(fā)射端和接收端的體積，最終實現(xiàn)用電設(shè)備內(nèi)置接收端的目標(biāo)。想象一下，這會對生活帶來什么樣的影響？我們可以完全從需要的角度出發(fā)來擺放家用電器，不用再考慮附近是否有插座；我們在裝修房間的時候不用再考慮如何布設(shè)電線，筆記本電腦和手機這樣的小件電子設(shè)備永遠顯示電池充滿，清掃機器人在房間里跑來跑去，不用過一會就去找地方充電……這一天也許很快就會來到。市場上已經(jīng)有了一些采用這種技術(shù)的原型產(chǎn)品，廣泛使用也只是時間問題罷了。第二基地尼古拉特斯拉（Nikola Tesla）的夢想——使用電磁波來遠距離供電——也許很快就會變成現(xiàn)實。早在1890年，這位現(xiàn)代交流電系統(tǒng)的奠基者就開始構(gòu)想無線供電方法，最后提出了一個非常宏大的方案——把地球作為內(nèi)導(dǎo)體、距離地面約60千米的電離層作為外導(dǎo)體，在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，再利用環(huán)繞地球的表面電磁波來遠距離傳輸電力。他想像廣播一樣，將電能傳遍全球。為此，在J. ，他在紐約長島建立了57米高的瓦登克里夫塔（Wardenclyffe Tower）來實現(xiàn)這一構(gòu)想，但最終被迫放棄。雖然我們現(xiàn)在可以從理論上證明特斯拉的方案的確可行，但是出于世界上各個國家的區(qū)隔，這種“天下大同”在短時間內(nèi)恐怕不會成為現(xiàn)實。 不過另一種遠程無線供電方案可能會更容易實現(xiàn)一點。加拿大科學(xué)家正計劃制造一架無人飛機，飛行高度33千米，可以在空中連續(xù)飛行幾個月。這可能是世界上第一架可以真正投入使用的遠程供電飛機，本身不攜帶燃料，而是從地面的微波站中獲取能量。微波是指那些頻率在300MHz到300KMHz之間的電磁波，它的波長在1米到1毫米之間。因為電磁波的頻率越高，能量就越集中，方向性也越強，所以人們認為，使用微波來無線傳遞能量可能是最好的選擇。更何況，微波可以通過硅整流二極管天線轉(zhuǎn)換成電能，轉(zhuǎn)化效率可以高達95%以上——這樣高的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)可以讓人滿意了。在這架無人機起飛之后，地面的高功率發(fā)射機通過天線將發(fā)射機所產(chǎn)生的微波能量匯聚成能量集中的窄波束，然后將其射向高空飛行的微波飛機。微波飛機通過微波接收天線接收能量，轉(zhuǎn)換成直流電，再由直流電動機帶動飛機的螺旋槳旋轉(zhuǎn)。因為無需攜帶燃料和發(fā)動機，這種飛機的有效載荷將會大
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