science科学
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对于大多数人来说,提到无线充电技术就像隔空取物一样,首先想到的是科幻故事里的情节,比如《最终
幻想VII》中描述的那个充满能量流动(生命之泉)的世界或是电影《阿凡达》中娜美星的能量网络。然
而不通过电缆,能量是如何从一端传送到另一端的?其实这种技术,也确实如一些科幻作品中所描述的,
是从大地与天空中汲取能量的一种技术:从低频波到宇宙射线,其实我们周围到处存在着电磁波,它们都
携带着或多或少的能量,所以不少物理学家都认为只要找到合适的办法就能接收和利用这些能量。
特斯拉的“异端”世界
特斯拉构想
100年前,交流电的发明者美国
人尼古拉·特斯拉从闪电中获得灵
感,
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
了“特斯拉线圈”,这是
一种分布参数高频共振变压器,可
以轻松获得上百万伏的高频电压。
游戏《红色警戒》系列里面的电磁
塔(特斯拉塔)就是根据特斯拉线
圈设计的。
后 来 , 特 斯 拉 发 明 了 所 谓 的
“放大发射机”,现在称之为大功
率高频传输线共振变压器,用于无
线输电试验。特斯拉的无线输电技
术神乎其技。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。这一系
统与现代无线电广播的能量发射机
制不同,而与交流电力网中的交流
发电机与输电线的关系类似,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,而如果是
一般的无线电广播,发射的能量则
全部在空间中损耗掉了。
利用、解决未来能源短缺问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
有着
重要的意义,因此许多国家都没有
放弃这方面的研究。1968年,美国
工程师Peter Glaser提出了空间太阳
能发电(Space Solar Power,SSP)的
概念,其构想是在地球外层空间建
立 太 阳 能 发 电 基 地 , 通 过 微 波 将
电能传输回地球,并通过整流天线
把微波转换成电能(如图)。1979
年,美国航空航天局NASA和美国能
源部联合提出太阳能
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
——建立
太阳能卫星基准系统。欧盟则在非
洲的留尼汪岛建造了一座10万千瓦
的实验型微波输电装置,已于2003
年向当地村庄送电。野心勃勃的日
本拟于2020年建造试验型太空太阳
能发电站SPS2000,2050年进入规模
运行。
香 港 城 市 大 学 的 许 树 源 教 授
早在几年前就曾经成功研制出一种
无线电池充电平台,可将数个电子
产品放在一个充电平台上,透过低
频电磁场充电,充电时间与传统充
电 器 无 异 , 技 术 实 现 也 不 深 奥 。
这种无线电池充电平台利用的就是
变压器原理——变化的磁场中闭合
的 金 属 线 圈 会 产 生 电 流 。 而 英 国
SplashPower公司2005年初上市的无
线充电器Splash pads,就是变压器原
无线充电构想
无线充电的发展
在石油资源日渐枯竭的今天,
无线电能传输对于新能源的开发和
今天人们谈到得特斯拉几乎成为
了阴谋论和伪科学的标志性人物。其
实除了发明交流电以外,特斯拉许多
设计和概念都相当超前,特别是他的
无线充电技术一旦变成现实,电力将
成为一种免费的用之不竭的能源(特
斯拉发明的交流电没有收一分钱使用
税,否则他肯定是亿万富翁)。可惜
的是,由于他的竞争对手爱迪生通过
各种不正当手段对其打压与诬蔑,导
致特斯拉的无线充电设计并没有投入
到商业应用。在他死后,相关的研究
资料也被FBI列为机密文件,与世隔
绝。直到今天,科学界仍无法还原特
斯拉当年的研究成果。
TIPS
science科学
89责任编辑:范洪彬 network@cpcfan.com 2011年06月号上
理商业化的无线充电产品。
在 2 0 1 1 年 日 本 最 大 的 无 线 通
讯展(Wireless Japan 2011)上,研
究人员展示了一款二维通讯设备。
当用户将电子设备放在平板上时,
系 统 会 在 设 备 所 放 位 置 的 特 定 领
域聚集电磁波,而不是在整块平板
上均衡地发散。如此一来,只有设
备放置处的导电膜片(conduct ive
sheet)才会收到电磁波。这种方法
不仅可以集中传输电力,还能提高
节能效率,这样绝大部分的能源就
被节省下来了。
无线电能传输有电磁感应、电
磁共振和微波三种基本方式,这三
种技术分别适用于近程、中短程与
远程电力传送。其中电磁感应是将
线圈中的电流直接以电磁波形式进
行1cm以下的近距离收发,收发设备
需要有较高的识别能力,由于电磁
波是向四面八方辐射而大量散失,
因此效率较低,通常它只适合相互
“贴着”的小功率电子产品。电磁
共振方式是利用电磁波
通过线圈产生同频率的
磁 场 共 振 实 现 无 线 供
电,磁场的强弱决定了
它的传输距离和效率,
它可以实现10m左右距
离的室内供电。微波方
式是将电力以微波或激
光形式发射到远程的接
这才是无线充电技
术的未来。
无论是电磁感
应,还是电磁共振
技术,效率都和产
生磁场的线圈大小
有关。如果要将它
内置到充电装置和
笔记本、手机等便
携设备中,就必须
精简线圈尺寸,发
送和接收效率自然
也会随之下降,因此需要更先进的
控制芯片以及收发电路设计使无线
电能的传输效率提升到75%以上,
从而让无线供电的效率更高,充电
时间更短。
不过距离也是无线电力传输的
一大障碍,距离越远损耗越大,接
收端能感应到的电能也就越少。然
而在通常情况下,当接收端天线的
固有频率与发射端的磁场频率一致
时,就会产生共振,此时磁场耦合
强度明显增强,无线电力的传输效
率大幅度提高。不过,这种电磁场
的频率可能对设备内部的其他部件
造成干扰。
在 未 来 , 我 们 可 以 将 无 线 充
电装置放在办公室、旅馆和机场的
顶部,只要身处发射共振有效工作
距离之内,就能立即为笔记本、手
机无线充电,就像现在已经十分普
及的WiFi无线上网一样简单。人们
不再需要随身携带充电器,不再为
各种不匹配的接口而发愁,也不必
为延长待机时间而使用笨重的电池
了。也可以在自家的墙上安装一个
电力发射器,这样所有的家用电器
也可以实现无线充电。
收设备,然后通过整流、调制等处
理后使用。几种技术各有特点,近
来电磁感应和电磁共振技术取得了
突破,更适合日常应用。
无线充电的未来
由线圈旋转切割磁场产生的电
流,两个设备中分别使用了一个具
备 振 荡 电 路 特 性 的 线 圈 组 成 一 对
收发天线,让其中一个天线发送能
量,另一个天线则接收能量。当向
其中的发送线圈加载数兆赫兹的交
流 电 场 之 后 , 其 天 线 周 围 产 生 磁
场,通过相同频率共振向处于一定
距离之外的另一根天线传输电力,从
而实现无线电力传输。英特尔西雅
图实验室就试制出了这样的磁场耦
合共振电力收发器,可以在2米距离
内无线给60W灯泡提供电力。英特
尔首席技术官Justin Rattner表示,未
来可以将无线充电装置安装在办公
桌内部,只要将笔记本、手机等放
在桌上就能够立即供电。笔者认为