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想你所不敢想——漫谈无线充电技术

导读: 无线充电大致上是通过磁场输送能量,而人类以及人类身边的绝大多数物件都是非磁性的。 无线充电还有一个好处是省电,无线充电设备的效能接收在70%左右,和有线充电设备相等,但是它具备电满自动关闭功能,避免了不必要的能耗。

  引言

 

  我们都知道,无线能源似乎是一个听起来很棒的新奇概念,但是我们很难想象会很快将它实现商业化。

  “无线充电”顾名思义就是利用一种特殊设备将电源插座的电力转变为可充电的电波,从而在扔掉电线的情况下直接对电子设备充电。

  无线充电大致上是通过磁场输送能量,而人类以及人类身边的绝大多数物件都是非磁性的。 无线充电还有一个好处是省电,无线充电设备的效能接收在70%左右,和有线充电设备相等,但是它具备电满自动关闭功能,避免了不必要的能耗。而且,这个效能接收率在不断提高,很快将能达到98%。

  无线充电设备比普通充电器“聪明”很多,对于不同的电子产品,电源接口能自动对应,需要充电时,发射器和接收芯片会同时自动开始工作,充满电时,两方就会自动关闭。它还能自动识别不同的设备和能量需求,进行‘个性化工作’,这就是智能。

 

  1 无线充电技术

 

  其实早在1890年,物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)就已经做了无线输电试验(图1)。他提出并实现了交流发电。磁感应强度的国际单位制也是以他的名字命名的。特斯拉构想的无线输电方法,是把地球作为内导体、地球电离层作为外导体,通过放大发射机以径向电磁波振荡模式,在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振,再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。但因财力不足,特斯拉的大胆构想并没有得到实现。后人虽然从理论上完全证实了这种方案的可行性,但世界还没有实现大同,想要在世界范围内进行能量广播和免费获取也是不可能的。因此,一个伟大的科学设想就这样胎死腹中。

 

  

  特斯拉进行无线电力传输实验

 

  事实上,从低频波到宇宙射线,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。在不少物理学家看来,人们要做的或许仅仅是找到合适的办法接收和利用这些能量。特斯拉的想法虽然难成现实,但无线电能传输对于新能源的开发和利用、解决未来能源短缺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,美国工程师彼得·格拉泽(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(图2),并通过整流天线把微波转换成电能。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-建立“SPS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。

 

  

 

  其实,无线充电技术离我们这些普通人也并非遥不可及。相信一定有人使用过某种品牌的电动牙刷(图3),只要将牙刷插入220V的充电座上即可实现不接触的无线充电,使用起来很方便。这种无线充电就是利用电磁感应原理,解决了潮湿环境下的用电安全问题。

 

  

 

  无线电能传输有电磁感应、射频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。但每种无线充电方式都有一些缺点,从而限制了它的发展。例如电磁感应方式传送能量较小、传送范围较小等,这也是为什么电动牙刷必须放在充电座上才能充电,而不能将牙刷任意摆放的原因。所以,现在各家公司的研究方向就是对这些技术进行改良和完善,从而最终实现商品化。

 

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