無線供電技術

無線供電技術，是一種由美國麻省理工學院的科學家正在開發的新的供電技術，原理是使用非輻射性的無線能量傳輸方式來驅動電器。此項目開始於2007年6月。

基本介紹

• 中文名：無線供電技術
• 外文名：Wireless power supply technology
• 拼音：wu xian gong dian ji shu
• 開發學校：美國麻省理工學院
• 性質：新的供電技術
• 傳輸方式：非輻射性的無線能量傳輸方式

介紹

無線供電技術

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、無線網路之後的第三次無線革命，被業界視為一項具有基礎套用性意義的前沿科技，其跨產品套用範圍廣，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一種新的供電方式，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，筆記本電腦還是數位相機，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一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一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。我們可以讓一個諸如銅製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共振儀類似，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構想當中。

無線供電技術先驅

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一次電力傳輸革命，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，但為什麼我們現在還牽著一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共振變壓器，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，使用這种放大發射機特有的徑向電磁波振盪模式，在地球與電離層之間建立起大約8赫茲的低頻共振，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，並且不會干擾無線電通信。

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，有一個前提，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，政治因素也是一個很大的問題。

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日台北時間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%。具體什麼時候成功，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。所以一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，就像現在的手機網路似的。

據英國廣播公司報導，美國麻省理工學院的科學家在最新一期《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一個60瓦燈泡。科學家將這 一技術稱為“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，一個線圈接在電源上，作為送電方，另一個作為受電方置於兩米外，連線一個燈泡。科學家利用了“共振”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，因此這一系統不會影響人體健康。有研究人員說，在真正套用於生活前，還需要進一步進行試驗。

中國科學院電工研究所所長孔力認為，無線電力傳輸是一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，因此報導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，一種是報導中研究人員所做的兩個線圈的電磁感應方法，另一種是將電能以雷射或者微波的形式，發射到遠端的接收天線，然後通過整流、調製等處理後，作用於負載。

無線電力傳輸的原理並不難理解，但一直沒有得到很好的套用。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污染。

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，但該技術只適用於一些特定的場合，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。科學技術有一個合理使用的問題，無線輸電可用於一些特殊的用途，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一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，並把一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。

方法

無線供電技術其實早點很多年前就有概念，並且有不少專家希望在此有些突破，基本上無線供電技術可以採用以下方法:

電磁耦合

電磁耦合對電源工程師來說，再也熟悉不過了，變壓器就是利用這個原理來傳遞能量。如果把變壓器的兩個繞組分開，就是某種意義上的無線供電。電動牙刷的充電就是個典型案例，但是用電磁耦合的方式有很大的缺點，沒有高磁導率的磁芯作為介質，磁力線會嚴重發散到空氣中，導致轉遞效率下降，特別在兩個線圈遠離的時候，下降的非常厲害。所以不適合大功率，遠距離的無線供電。

光電耦合

把電能轉化為光能，比如雷射，通過光將能量傳遞到目的地再轉化為電能。這種無線供電技術比較直觀，而且光電轉換技術也相對套用廣泛。但是光的傳遞路徑具有缺陷，就是傳遞路徑中不能有障礙物。所以這種技術，也是有很大的套用缺陷。

電磁共振

電磁共振這個名詞有點陌生，據說其原理類似聲波共振的原理，兩種介質具有相同的共振頻率，就可以用來傳遞能量。WiTricity的技術就是採用了這種原理。他們稱之為非輻射性電磁共振。當然這可能並不是說該項技術沒有輻射，但的確和我們普通概念中電磁輻射有很大不同。

據美國物理學家組織網7月21日（台北時間）報導，現有多個研究小組正在設法利用無線電波為低能耗微型設備提供能源。藉助該技術，美國杜克大學已研發出一款帶有鳴音提醒功能的安全帽。