無線電力傳輸技術(shù)樣本

無線電力傳播技術(shù)無線電力傳播技術(shù)人類追逐自由本能，在現(xiàn)實(shí)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長(zhǎng)長(zhǎng)電線而絞盡腦汁，但無線供電卻始終只能作為一種在前方遠(yuǎn)遠(yuǎn)招手夢(mèng)想。當(dāng)前，咱們也許看到了一線曙光。在8月英特爾開發(fā)者論壇（IDF，IntelDeveloperForum）上，西雅圖實(shí)驗(yàn)室約書亞·史密斯（JoshuaR.Smith）領(lǐng)導(dǎo)研究小組向公眾展示了一項(xiàng)新技術(shù)——基于“磁耦合共振”原理無線供電，在展示中成功地點(diǎn)亮了一種一米開外60瓦燈泡，而在電源和燈泡之間沒有使用任何電線。她們聲稱，在這個(gè)系統(tǒng)中無線電力傳播效率達(dá)到了75%。大劉在《三體II·黑暗森林》中描繪了一種兩百年后世界。由于人們掌握了可控核聚變技術(shù)，可以提供極大豐富能源，無線供電損失在可接受范疇之內(nèi)，因此大某些電器都可以采用無線方式來供電，從電熱杯始終到個(gè)人飛行器都是如此。電像空氣同樣無處不在，人類再也不用受電線連累了。正如書中所提到那樣，無線供電技術(shù)當(dāng)前也已經(jīng)浮現(xiàn)了。事實(shí)上，近距離無線供電技術(shù)早在一百近年前就已經(jīng)浮現(xiàn)，而咱們當(dāng)前生活中諸多小東西，都已經(jīng)在使用無線供電。也許不遠(yuǎn)將來，咱們還會(huì)看到遠(yuǎn)距離和室內(nèi)距離無線供電產(chǎn)品，而不會(huì)看到電線桿和高壓線，“插頭”也將會(huì)變成一種歷史名詞。好兆頭英特爾這種無線供電技術(shù)，是基于麻省理工大學(xué)一項(xiàng)研究成果而開發(fā)。6月，麻省理工大學(xué)物理學(xué)助理專家馬林·索爾賈?？耍∕arinSoljacic）和她研究團(tuán)隊(duì)公開做了一種演示。她們給一種直徑60厘米線圈通電，6英尺（約1.9米）之外連接在另一種線圈上60瓦燈泡被點(diǎn)亮了。這種馬林稱之為“WiTricity”技術(shù)原理是“磁耦合共振”，而她本人也由于這一創(chuàng)造獲得了麥克阿瑟基金會(huì)天才獎(jiǎng)。新技術(shù)所消耗電能只有老式電磁感應(yīng)供電技術(shù)百萬分之一，不由讓人們對(duì)室內(nèi)距離無線供電重新燃起了但愿。而它核心在于“共振”?？茖W(xué)家們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)，共振是一種非常高效傳播能量方式。咱們都聽過諸如共振引起鐵橋坍塌、雪崩或者高音歌唱家震碎玻璃杯故事。無論這些故事可信度如何，但它們基本原理是對(duì)的：兩個(gè)振動(dòng)頻率相似物體之間可以高效傳播能量，而對(duì)不同振動(dòng)頻率物體幾乎沒有影響。在馬林這種新技術(shù)中，將發(fā)送端和接受端線圈調(diào)校成了一種磁共振系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)送端產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)頻率和接受端固有頻率相似時(shí)，接受端就產(chǎn)生共振，從而實(shí)現(xiàn)了能量傳播。依照共振特性，能量傳播都是在這樣一種共振系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行，對(duì)這個(gè)共振系統(tǒng)之外物體不會(huì)產(chǎn)生什么影響。這就像是幾種厚度不同玻璃杯不會(huì)由于同一頻率聲音而同步炸碎同樣。最妙就是這一點(diǎn)了。當(dāng)發(fā)射端通電時(shí)，它并不會(huì)向外發(fā)射電磁波，而只是在周邊形成一種非輻射磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)用來和接受端聯(lián)系，激發(fā)接受端共振，從而以很小消耗為代價(jià)來傳播能量。在這項(xiàng)技術(shù)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度將但是和地球磁場(chǎng)強(qiáng)度相似，人們不用緊張這種技術(shù)會(huì)對(duì)自己身體和其她設(shè)備產(chǎn)生不良影響。在馬林演示她成果時(shí)候，這項(xiàng)技術(shù)可以達(dá)到40%左右效率。這在某些場(chǎng)合是可以接受，但是人們還想更進(jìn)一步。剛才咱們提到英特爾公司研究員們已經(jīng)把傳播效率提高到了75%，而馬林小組近來聲稱，她們做到了90%。這意味著，一年之間提高到本來兩倍以上！雖然成效驚人，但改進(jìn)空間也依然很大。下一步，有望在提高傳播效率同步縮小發(fā)射端和接受端體積，最后實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備內(nèi)置接受端目的。想象一下，這會(huì)對(duì)生活帶來什么樣影響？咱們可以完全從需要角度出發(fā)來擺放家用電器，不用再考慮附近與否有插座；咱們?cè)谘b修房間時(shí)候不用再考慮如何布設(shè)電線，筆記本電腦和手機(jī)這樣小件電子設(shè)備永遠(yuǎn)顯示電池布滿，清掃機(jī)器人在房間里跑來跑去，不用過一會(huì)就去找地方充電……這一天也許不久就會(huì)來到。市場(chǎng)上已有了某些采用這種技術(shù)原型產(chǎn)品，廣泛使用也只是時(shí)間問題罷了。第二基地尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）夢(mèng)想——使用電磁波來遠(yuǎn)距離供電——也許不久就會(huì)變成現(xiàn)實(shí)。早在1890年，這位當(dāng)代交流電系統(tǒng)奠基者就開始構(gòu)想無線供電辦法，最后提出了一種非常宏大方案——把地球作為內(nèi)導(dǎo)體、距離地面約60千米電離層作為外導(dǎo)體，在地球與電離層之間建立起大概8Hz低頻共振，再運(yùn)用環(huán)繞地球表面電磁波來遠(yuǎn)距離傳播電力。她想像廣播同樣，將電能傳遍全球。為此，在J.P.摩根資助下，她在紐約長(zhǎng)島建立了57米高瓦登克里夫塔（WardenclyffeTower）來實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想，但最后被迫放棄。雖然咱們當(dāng)前可以從理論上證明特斯拉方案確可行，但是出于世界上各個(gè)國(guó)家區(qū)隔，這種“天下大同”在短時(shí)間內(nèi)恐怕不會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。但是另一種遠(yuǎn)程無線供電方案也許會(huì)更容易實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)。加拿大科學(xué)家正籌劃制造一架無人飛機(jī)，飛行高度33千米，可以在空中持續(xù)飛行幾種月。這也許是世界上第一架可以真正投入使用遠(yuǎn)程供電飛機(jī)，自身不攜帶燃料，而是從地面微波站中獲取能量。微波是指那些頻率在300MHz到300KMHz之間電磁波，它波長(zhǎng)在1米到1毫米之間。由于電磁波頻率越高，能量就越集中，方向性也越強(qiáng)，因此人們以為，使用微波來無線傳遞能量也許是最佳選取。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(dá)95%以上——這樣高轉(zhuǎn)化率已經(jīng)可以讓人滿意了。在這架無人機(jī)起飛之后，地面高功率發(fā)射機(jī)通過天線將發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生微波能量匯聚成能量集中窄波束，然后將其射向高空飛行微波飛機(jī)。微波飛機(jī)通過微波接受天線接受能量，轉(zhuǎn)換成直流電，再由直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛機(jī)螺旋槳旋轉(zhuǎn)。由于無需攜帶燃料和發(fā)動(dòng)機(jī)，這種飛機(jī)有效載荷將會(huì)大大提高。其實(shí)早在1968年，美國(guó)航天工程師彼得·格拉澤(PeterGlaser)就已經(jīng)更進(jìn)一步，提出了空間太陽(yáng)能發(fā)電(SSP，SpaceSolarPower)概念。她設(shè)想在大氣層外通過衛(wèi)星收集太陽(yáng)能發(fā)電，然后通過微波將能量無線傳播回地面，并且重新轉(zhuǎn)化成電能供人使用。這一設(shè)想，不是在僅數(shù)十千米距離上用微波傳遞能量，而是要把能量在三萬多千米之外，從太空精準(zhǔn)地射向地面接受站。想象一種地球同步衛(wèi)星。它停留在赤道上空36，000千米高度，太陽(yáng)能電池陣列始終對(duì)太陽(yáng)定向，微波發(fā)射天線則瞄準(zhǔn)地面接受天線。這兒，不存在在地面接受太陽(yáng)能所必然面臨照射時(shí)間、氣候、重力等問題，每年有277天可以全天接受日照，而被地球遮擋時(shí)，最長(zhǎng)停電時(shí)間也但是75分鐘。它每年有99%以上時(shí)間把源源不斷太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能，效率將比地面上同樣規(guī)模太陽(yáng)能電站高出十倍左右。1977~1980年，美國(guó)宇航局和能源部共同出資，對(duì)空間太陽(yáng)能發(fā)電問題進(jìn)行了概念研究，得出結(jié)論：這種方式不存在不可克服技術(shù)困難。但是日后這個(gè)籌劃一度被鎖進(jìn)保險(xiǎn)柜，因素在于耗資驚人。當(dāng)前把物品送上太空還是很花錢，要在太空中組裝一顆收集太陽(yáng)能來發(fā)電衛(wèi)星，成本令人難以接受。但是，隨著地球上不可再生資源逐漸消耗，這個(gè)籌劃又被擺上了桌面。當(dāng)前有幾種能源消耗大國(guó)和能源匱乏國(guó)家正在論證這種方案可行性，并且開始了小規(guī)模實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證在大氣內(nèi)進(jìn)行微波能量傳遞以及從太空向地面發(fā)射微波束實(shí)際效果，而當(dāng)前比較樂觀預(yù)計(jì)是，～太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星就可以進(jìn)入實(shí)用階段了。親愛，你需要電？感謝邁克爾·法拉第（MichaelFaraday），這個(gè)英國(guó)人在1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，帶領(lǐng)咱們進(jìn)入了電氣時(shí)代。到了今天，誰不需要電？法拉第發(fā)現(xiàn)，也增進(jìn)了近距離無線供電技術(shù)發(fā)展。最早工業(yè)化近距離無線供電技術(shù)早在1885年就已經(jīng)被實(shí)際應(yīng)用了：隨便拆開一種家用變壓器，咱們就會(huì)看到變壓器里會(huì)有兩組導(dǎo)線纏在一種鐵芯框架上，但它們彼此并沒有直接相連。不但如此。公共交通卡、某些學(xué)校飯卡，尚有二代身份證，這些也都需要電。在這些卡證中均有一塊小小芯片，里面至少存儲(chǔ)著一種唯一編號(hào)。這一小塊芯片就像是咱們一條內(nèi)存或者一塊硬盤，沒有電時(shí)候，它和一粒沙子沒什么區(qū)別。雖然儲(chǔ)存了諸多信息，也沒有辦法傳遞出來。這種卡證供電原理與變壓器原理類似。讀卡機(jī)周邊會(huì)形成一種迅速變化磁場(chǎng)，芯片進(jìn)入這個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，周邊線圈內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，激活芯片，并且把自己編號(hào)通過線圈發(fā)射出去被讀卡機(jī)接受。讀卡機(jī)會(huì)依照編號(hào)不同而做出不同反映，例如告訴你當(dāng)前飯卡賬戶里還剩多少錢。通過電磁感應(yīng)來進(jìn)行無線供電是非常成熟技術(shù)，但會(huì)受到諸多限制。最重要問題是，低頻磁場(chǎng)會(huì)隨著距離增長(zhǎng)而迅速衰減。如果要增長(zhǎng)供電距離，只能加大磁場(chǎng)強(qiáng)度。然而，磁場(chǎng)強(qiáng)度太大一方面會(huì)增長(zhǎng)電能消耗，另一方面也許會(huì)導(dǎo)致附近使用磁信號(hào)來記錄信息設(shè)備失效。咱們都不想自己硬盤里面數(shù)據(jù)被強(qiáng)磁場(chǎng)一筆勾銷吧。因此這種方式往往會(huì)應(yīng)用在某些防水規(guī)定比較高小家電上，例如某些電動(dòng)牙刷和電動(dòng)刮胡刀等。人們也在嘗試用電磁感應(yīng)為手機(jī)這樣小型設(shè)備充電。從開始，市場(chǎng)上就已有了某些無線充電器，但使用起來并不能算是很以便，充其量也只是減少了咱們把手機(jī)插上變壓器麻煩而已。有了室內(nèi)距離無線供電設(shè)備，誰還需要這種東西呢？這是多么美好一天咱們經(jīng)常會(huì)使用和風(fēng)箏有關(guān)比喻。風(fēng)箏飛得再高，也總會(huì)有一根線握在手里。斷線風(fēng)箏也許會(huì)一時(shí)飛得更高，但最后一定會(huì)墜落地面。也許后來會(huì)改用遙控航模比喻吧——沒有線，卻依然盡在掌握。當(dāng)可以在遠(yuǎn)距離、中檔距離和近距離都廣泛實(shí)現(xiàn)無線供電時(shí)候，人類當(dāng)前最慣用能量將會(huì)變得像空氣同樣隨處可得。無需再抱怨沒有適當(dāng)充電器，不用再為電子設(shè)備準(zhǔn)備厚重電池以盡量延長(zhǎng)它們待機(jī)時(shí)間。咱們可以把手持設(shè)備做得更小更薄，甚至可以容易地植入體內(nèi)。在那時(shí)候，生活又是何等一幅模樣？沒有人懂得。當(dāng)終于可以解開電線束縛時(shí)，咱們會(huì)飛得更高，走得更遠(yuǎn)，遠(yuǎn)到超過想象。正如每天呼吸空氣而不自覺同樣，咱們終會(huì)把無處不在無線電力當(dāng)作一件自然而然事情，卻忘了僅僅在2前，祖輩們還僅僅把電當(dāng)成一種用來博人一笑小小魔術(shù)。也許有一天，咱們會(huì)對(duì)咱們下一代談起咱們年輕時(shí)候。講述中極盡描述從線纜束縛無奈走到無線自由這一過程。會(huì)回味那些有電線日子，不可避免地談及那些因電線接頭松動(dòng)讓所有工作成果化為一縷青煙小插曲。會(huì)懷念電池質(zhì)感，會(huì)懷念在抽屜里纏成一團(tuán)充電器沉穩(wěn)踏實(shí)。也許還會(huì)一遍遍提起法拉第、麥克斯韋，以及特斯拉這些名字。咱們會(huì)像小時(shí)候教師那樣，循循善誘地提問：“那么，電是從哪里來呢？”也許，坐在對(duì)面小孩，會(huì)像《三體II·黑暗森林》中那個(gè)兩百年后美麗女護(hù)士同樣，不覺得然地說：“電？處處均有電啊?！睘榱诉@樣輕率答案而微笑吧，欣慰是，她們，終于擁有了一種比咱們更加遼闊更加自如世界。無線電力傳播技術(shù)：創(chuàng)造將來空間神話自17世紀(jì)人類發(fā)現(xiàn)如何發(fā)電后就用金屬電線來到處傳播電力，始終到今天供電網(wǎng)、高壓線已遍及全球角角落落。生活中，大人們總少不了輔導(dǎo)孩童“不要碰電源插口和裸露電線”，想來那些高壓電線更是給不少人留下過“恐驚”感記憶。而如今，無論是在工作還是生活中，越來越多電器給咱們帶來極大便捷，不知不覺中各種“理不清”電源線、數(shù)據(jù)線帶來困擾也與日俱增——這樣下去難道人間要“作繭自縛”？但是，這些年科技發(fā)展表白，在無線數(shù)據(jù)傳播技術(shù)日益普及之時(shí)，科學(xué)家對(duì)無線電力傳播(WirelessPowerTransmission，WPT)研究也有了很大突破——從某種意義上來講，無線電力傳播也不是幻想——在將來生活中掙脫那些紛亂電源線也已成為也許。

近來有報(bào)道稱，8月英特爾信息技術(shù)峰會(huì)(IDF：IntelDeveloperForum)上演示了無線供電方式點(diǎn)亮一枚60W電燈泡(圖1)。該研究是由英特爾西雅圖實(shí)驗(yàn)室JoshuaR.Smith等基于美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT：MassachusettsInstituteofTechnology)馬林?索爾賈希克(MarinSoljacic)研究理論進(jìn)行，可以在1m距離內(nèi)隔空給60W燈泡提供電力，效率高達(dá)75%。

在末有報(bào)道稱MIT在無線電力傳播技術(shù)上獲得突破：物理學(xué)助專家馬林?索爾賈希克為首研究團(tuán)隊(duì)試制出無線供電裝置(圖2)，可以點(diǎn)亮相隔7英尺(約2.1m)遠(yuǎn)60W電燈泡，能量效率可達(dá)到40％——關(guān)于內(nèi)容刊登在6月7日《Science》在線版《ScienceExpress》上。這個(gè)“隔空點(diǎn)燈泡”實(shí)驗(yàn)引起了歐美及全球各大媒體極大關(guān)注并進(jìn)行了“GoodbyeWires”之類廣泛報(bào)道。

在5月，國(guó)際無線電力傳播技術(shù)會(huì)議在印度洋上法屬留尼汪島(ReunionIsland，F(xiàn)rance)召開期間，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心皮格努萊特(G.Pignolet)，運(yùn)用微波無線傳播電能點(diǎn)亮40m外一種200W燈泡。其后，據(jù)研究者關(guān)于文章簡(jiǎn)介在島上建造10kW實(shí)驗(yàn)型微波輸電裝置(注：有些國(guó)內(nèi)報(bào)道誤作10萬kW)，已開始以2.45GHz頻率向接近1km格朗巴桑村(Grand-Bassin)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線供電。

無線電力傳播這種特殊供電方式，是人類夢(mèng)想之一。世界上第一臺(tái)交流電發(fā)電機(jī)創(chuàng)造者尼古拉?特斯拉(NikolaTesla)在19世紀(jì)末就進(jìn)行過無線電力傳播實(shí)驗(yàn)，但最后未能成功。一百年后今天，隨著無源式RFID電子標(biāo)簽和各種非接觸式無線充電(用于電動(dòng)牙刷、剃須刀等低功率家電)技術(shù)實(shí)用化，以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大發(fā)展，無線電力傳播已經(jīng)引起人們極大興趣。本世紀(jì)以來，能點(diǎn)亮燈泡無線供電技術(shù)，毫無疑問也點(diǎn)亮和刷新了人們對(duì)“無線”將來生活無限憧憬。

對(duì)于在空間實(shí)現(xiàn)無線電力傳播/供電形式，總起來看大體有三類：第一類是通過電磁感應(yīng)“磁耦合”進(jìn)行短程傳播；第二類是將電能以電磁波“射頻”或非輻射性諧振“磁耦合”等形式中程傳播；第三類是將電能以微波或激光形式遠(yuǎn)程傳播——發(fā)射到遠(yuǎn)端接受天線，然后通過整流、調(diào)制等解決后使用。下面將舉例簡(jiǎn)要簡(jiǎn)介這些方面研究開發(fā)狀況或有關(guān)信息，供讀者參照。

短程無線供電技術(shù)

當(dāng)前已經(jīng)廣泛應(yīng)用變壓器是基于電磁感應(yīng)原理來工作：由一種磁芯和二個(gè)線圈(初級(jí)線圈、次級(jí)線圈)構(gòu)成；當(dāng)時(shí)級(jí)線圈兩端加上一種交變電壓時(shí)，磁芯中就會(huì)產(chǎn)生一種交變磁場(chǎng)，從而在次級(jí)線圈上感應(yīng)一種相似頻率交流電壓，電能就從輸入電路傳播至輸出電路。當(dāng)前已經(jīng)商品化非接觸式充電系統(tǒng)，其電能發(fā)射端線圈(連接電源)與接受端線圈(在電子產(chǎn)品中)，處在兩個(gè)分離裝置中，電能通過感應(yīng)線圈傳送，此類似一種線圈間耦合不緊密變壓器。最早使用變壓器原理進(jìn)行無線供電產(chǎn)品是某些電動(dòng)牙刷、電胡刀和無繩電話等，下面簡(jiǎn)介某些有關(guān)產(chǎn)品及其構(gòu)造或原理。

無接點(diǎn)充電插座

因電動(dòng)牙刷難免經(jīng)常接觸到水，采用無接點(diǎn)充電方式，可使得充電接觸點(diǎn)不暴露在外，增強(qiáng)了產(chǎn)品防水性，利于整體水洗、清潔以便。在充電插座和牙刷中各有一種線圈，當(dāng)牙刷放在充電座上時(shí)就有磁耦合伙用，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理來傳送電力，感應(yīng)電壓整流后就可對(duì)牙刷內(nèi)部充電電池充電。

蘋果公司、摩托羅拉公司、LG以及Panasonic聯(lián)手NTTDoCoMo都在開發(fā)各自無線充電器。而對(duì)用于手機(jī)無接點(diǎn)充電器而言，只要在充電座和手機(jī)中安裝發(fā)射和接受電能線圈，便可實(shí)現(xiàn)無接點(diǎn)充電——這不但將掙脫線纜束縛并且還將消除接口差別限制，因而無線充電器設(shè)計(jì)更加人性化并且減少資源揮霍。

“免電池”無線鼠標(biāo)

鼠標(biāo)工作需要電力支持，有線鼠標(biāo)通過與電腦連接線來獲得電力，而無線鼠標(biāo)普通采用電池供電。電腦鼠標(biāo)從易招致污垢機(jī)械鼠標(biāo)到無線光電鼠標(biāo)，使用舒服度已有很大提高。而老牌鼠標(biāo)廠家雙飛燕公司從開始推出“免電池”無線鼠標(biāo)(需要在專門配備鼠標(biāo)墊上操作)——這里鼠標(biāo)和配墊均有“奧秘”——兩者內(nèi)部都安裝了電磁感應(yīng)線圈，鼠標(biāo)墊通過連接電腦USB接口即可獲得電能，并由其感應(yīng)線圈向鼠標(biāo)內(nèi)感應(yīng)線圈輸送電能，可以給鼠標(biāo)進(jìn)行無線供電并進(jìn)行信號(hào)感應(yīng)，這里也涉及到了人們常講“RFID(無線射頻辨認(rèn))”技術(shù)。

通用型無線供電“墊”

英國(guó)劍橋SplashPower公司創(chuàng)造了無線充電(wirelessrechargingsystem)技術(shù)，也是依照電磁感應(yīng)進(jìn)行電力傳播，電能接受器“SplashModule”(厚局限性1mm)可配備于充電終端——手機(jī)、筆記本電腦，電能發(fā)送器則配備成充電器，初這種商業(yè)化無線充電器“SplashPads”(厚約6mm、大小如鼠標(biāo)墊)上市，只要便攜終端安裝有電能接受器即可放到上面充電。

類似產(chǎn)品尚有美國(guó)WildCharge公司開發(fā)無線充電系統(tǒng)，充電板外觀像一種鼠標(biāo)墊，可以放置在桌椅等任何平坦表面，可提供高達(dá)90W功率，足以同步為多數(shù)筆記本電腦以及各種小型設(shè)備充電。香港都市大學(xué)許樹源專家也曾成功研制出一種“無線電池充電平臺(tái)”，可將數(shù)個(gè)電子產(chǎn)品放在一種充電平臺(tái)上充電，充電時(shí)間與老式充電器無異。微軟亞洲研究院披露新成果——設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種通用型“無線供電桌面(UniversalWirelessPowerSurface)”，如果隨意將筆記本、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備放置在桌面上，即可自動(dòng)開始充電或供電。

多功能家用電器無線供電“膜片”

日本東京大學(xué)產(chǎn)學(xué)研國(guó)際中心櫻井貴康專家主持開發(fā)出一種家用電器無線供電方式，用一片圖書大小柔軟塑料膜片就可對(duì)家電進(jìn)行無線供電——該特制塑料膜上面印刷有半導(dǎo)體感應(yīng)線圈，厚度約1mm、面積約20cm2、重約50g，可以貼在桌子、地板、墻壁上，可為圣誕樹上LED、裝飾燈、魚缸水中燈泡或小型電機(jī)供電。使用前家用電器需要裝上可接受電能感應(yīng)線圈，然后放到相應(yīng)位置即可得到無線供電。

據(jù)報(bào)道這種薄膜電源由四層塑料薄膜構(gòu)成，從下到上依次是電導(dǎo)可控有機(jī)晶體管，感測(cè)兼容電子設(shè)備接近銅線圈、接通或斷開電源MEMS開關(guān)、傳送電能銅線圈。當(dāng)電器進(jìn)入薄膜2.5cm范疇內(nèi)，最接近MEMS開關(guān)接通電源，電感線圈就運(yùn)用電磁感應(yīng)向設(shè)備供電。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，扣除發(fā)熱損耗狀況下能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)62.3％，可轉(zhuǎn)送30W電力(如果加大膜片尺寸可達(dá)100W)。據(jù)稱該無線供電膜片將自行判斷電器所在位置，在居室空間較大范疇內(nèi)可隨意放置。在無電源線吸塵器、筆記本電腦以及家用機(jī)器人等應(yīng)用方面有遼闊前景。

植入式醫(yī)學(xué)器件充電技術(shù)

當(dāng)前，心臟調(diào)節(jié)器、心臟除顫器等單植入式醫(yī)療裝置市場(chǎng)已達(dá)數(shù)十億美元，這些植入裝置需要電池供電，當(dāng)電池將耗盡時(shí)，如果能通過無線供電方式充電則將避免動(dòng)手術(shù)等大麻煩。

日本東北大學(xué)小柳光專家，在SSDM國(guó)際會(huì)議上，刊登過使用電磁感應(yīng)型無線供電技術(shù)成果，她主持試制出可從外部向植入眼球人工視網(wǎng)膜用LSI(Large-ScaleIntegration大規(guī)模集成電路)進(jìn)行無線供電系統(tǒng)。此外，據(jù)7月多家媒體報(bào)道，英國(guó)南安普敦大學(xué)研究者成功地研發(fā)出一款能將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能“迷你發(fā)電機(jī)”，可望將來能憑借心臟病人心跳為自己心臟起搏器供電——避免更換電池時(shí)動(dòng)手術(shù)。據(jù)說這項(xiàng)技術(shù)也也許應(yīng)用于手機(jī)、MP3等移動(dòng)裝置——僅靠人類心跳就能無線充電。中程無線供電技術(shù)

咱們理解頻率介于75kHz和約10GHz之間電磁波俗稱“無線電波”，可以用來傳送廣播和電視節(jié)目、進(jìn)行通信和傳真，但是對(duì)其傳播電能本領(lǐng)比較陌生。普通電磁波在自由空間傳播能量過程中會(huì)向四周八方散發(fā)、不易集中、定向性差，因而供電效率是個(gè)問題；此外，尚有對(duì)空間導(dǎo)致電磁“污染”擔(dān)憂。有人以為電磁波可以無線傳播較長(zhǎng)距離，但輸送能量有限，存在傳播功率比較低(甚至只有幾微瓦到幾毫瓦)問題。Powercast公司有關(guān)研究是運(yùn)用電磁波損失小天線技術(shù)，借助二極管、非接觸IC卡和無線電子標(biāo)簽等，實(shí)現(xiàn)效率較高無線電力傳播。

JenniferChu在《科技評(píng)論》中提到，MIT索爾賈?？嗽紤]使用電磁波，但難以避免有大某些能量在傳播過程中損耗，而激光等傳播辦法也存在難題，最后提出了“電磁共振耦合”概念,與電磁感應(yīng)辦法相比，雖然采用磁場(chǎng)弱，但可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離傳播；與電磁波傳播方式相比，電磁共振方式能量流失少。

Powercast無線充電器

3月“Business2.0”等媒體報(bào)道，美國(guó)賓夕法尼亞州Powercast公司開發(fā)無線充電技術(shù)，可為各種耗電量相對(duì)較低電子產(chǎn)品充電或供電，諸如手機(jī)、MP3、隨身聽、溫度傳感器、助聽器、汽車零部件，甚至體內(nèi)植入式醫(yī)療裝置等。

Powercaster公司表達(dá)開發(fā)工作早在就開始了，該技術(shù)已獲得FCC批準(zhǔn)，其中整個(gè)系統(tǒng)重要包括兩個(gè)模塊：一種模塊是“PowerCaster”發(fā)射器，可插在電源插座上；一種模塊是“Powerharvester”接受器(硬幣大小)，可嵌入電子產(chǎn)品里。發(fā)送器這邊運(yùn)用安全超高頻915MHz頻段把能量發(fā)送出去，而接受器在距離發(fā)送器將近一米范疇內(nèi)都可以接受到發(fā)射電磁波而實(shí)現(xiàn)充電——據(jù)稱約有70%電磁信號(hào)能量轉(zhuǎn)換為直流電能。

Powercast已經(jīng)開始商業(yè)化運(yùn)作，與荷蘭菲利浦公司等百家以上公司訂立了合伙合同，籌劃到年終將交付數(shù)百萬個(gè)無線充電器?；诖?，飛利浦公司還曾準(zhǔn)備推出具備無線充電功能無線鍵盤和鼠標(biāo)。報(bào)道稱該項(xiàng)技術(shù)之因此會(huì)得到多家廠商青睞，因素在于它獨(dú)特電磁波接受裝置，可以依照不同負(fù)載、電場(chǎng)強(qiáng)度來做調(diào)節(jié)，同步還能維持穩(wěn)定直流電壓。MIT隔空無線點(diǎn)燈實(shí)驗(yàn)

在文章開始提到MIT索爾賈?？搜芯繄F(tuán)隊(duì)以為，她們發(fā)現(xiàn)是一種全新無線供電技術(shù)——非輻射電磁能諧振隧道效應(yīng)，稱作“Witricity”無線供電技術(shù)。采用“不發(fā)出電磁波天線(WirelessNon-radiativePowerTransfer)”實(shí)現(xiàn)非幅射共振能量傳播。MIT研究者用兩個(gè)直徑60cm特殊銅線圈做實(shí)驗(yàn)，作為送電方一種線圈接在電源上，作為受電方另一種線圈置于2m外并連接一種燈泡。當(dāng)送電方接通電源后，兩個(gè)線圈都以10兆赫茲頻率振動(dòng)，從而產(chǎn)生強(qiáng)大電磁場(chǎng)，通過“電振”電能被傳遞了，隔空供電使燈泡發(fā)光。在電源與燈泡中間放置木料、金屬或其她電器等，燈泡仍會(huì)發(fā)亮。研究人員表達(dá)，沒有發(fā)現(xiàn)這一系統(tǒng)會(huì)影響人體健康，當(dāng)前電磁輻射水平大概和核磁共振儀類似，應(yīng)當(dāng)是在安全范疇之內(nèi)。

該無線供電技術(shù)也稱為共振感應(yīng)耦合技術(shù)，核心在于運(yùn)用了非輻射性磁耦合——兩個(gè)相似頻率諧振物體產(chǎn)生很強(qiáng)互相耦合，采用單層線圈，兩端各放置一種平板電容器，共同構(gòu)成諧振回路，減少能量揮霍?；谄胀姶鸥袘?yīng)耦合非接觸電力傳播，則是運(yùn)用數(shù)百圈緊密纏繞線圈，但只能在數(shù)毫米范疇才得到60％以上傳播效率。而該系統(tǒng)只是纏繞了5圈粗銅線作為天線線圈，在進(jìn)行2m傳播時(shí)效率約為40％，距離為1m時(shí)效率竟高達(dá)約90％?？梢娺@種融合了電磁共振無線供電技術(shù)別具一格。

關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)離實(shí)用化尚有多少距離問題，該研究團(tuán)隊(duì)承認(rèn)技術(shù)還需改進(jìn)才干走進(jìn)家庭。一方面是輸電效率必要提高一倍才有望取代化學(xué)電池；再是銅線圈需要最小化才可實(shí)用——當(dāng)前銅線圈直徑為0.6m，要給整個(gè)房間電器無線充電，預(yù)測(cè)直徑需達(dá)2.1m；此外，電磁能發(fā)射器工作有效距離最遠(yuǎn)僅為2.74m，要想提高這一有效距離，電腦等設(shè)備還必要同樣配備一種帶有銅絲線圈接受器。當(dāng)前該團(tuán)隊(duì)正設(shè)法改進(jìn)，但愿電器離電源有效供電距離能達(dá)到4m～5m，銅線圈可縮小到安裝在筆記本電腦里限度，輸電效率也要大幅提高。如果這樣，手機(jī)、筆記本電腦就可以在配備有發(fā)射器屋子里自動(dòng)充電，甚至無需電池或無需通過相連電源就可以直接使用。

遠(yuǎn)程無線供電技術(shù)

從科學(xué)技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合角度來講，無線供電和有線供電將會(huì)各有千秋。如果作為地面長(zhǎng)距離輸電或者所有家用電器長(zhǎng)期供電，無線供電也許未必實(shí)用。除鋪設(shè)輸電線路困難地區(qū)之外，但有一種特殊科技領(lǐng)域發(fā)展非常倚重?zé)o線電力傳播技術(shù)，那就是太空領(lǐng)域了，例如人造衛(wèi)星、航天器之間能量傳播等，而首當(dāng)其沖是將來太空太陽(yáng)能發(fā)電站“隔空”給地球無線供電研究擺在人們面前。

在太空太陽(yáng)光線沒有地球大氣層影響，輻射能量十分穩(wěn)定，是“取之不盡”干凈能源。如果在靜止軌道上建設(shè)太陽(yáng)能電站，一年有99%時(shí)間是白天，其運(yùn)用效率比在地面上要高出6倍～15倍。隨著全球環(huán)境污染和能源短缺問題日趨緊張，向太空要能源需求愈發(fā)迫切。美國(guó)五角大樓國(guó)家安全太空辦公室(NSSO)在10月報(bào)告中則明確指出，要及時(shí)著手“向上鉆取能源”工作，建議美國(guó)政府在將來投入100億美元建造一顆能將10GW太陽(yáng)能傳回地球?qū)嶒?yàn)衛(wèi)星。

太空太陽(yáng)能電站是運(yùn)用衛(wèi)星技術(shù)，在太空把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，然后以微波和激光等方式傳回地球供人類使用系統(tǒng)。該系統(tǒng)重要由兩大某些構(gòu)成：太空某些——太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星——由火箭將太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星發(fā)射到空間軌道上形成，在太空將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能；地面某些――接受電站——接受太空發(fā)電衛(wèi)星通過微波或激光等方式傳播到地面電能。

在外太空進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)電國(guó)家有美、日、法、德、俄等。來自美國(guó)國(guó)防部一份報(bào)告稱，建立空間太陽(yáng)能電站構(gòu)想無論在技術(shù)方面還是在經(jīng)濟(jì)方面都是可行。太陽(yáng)光是永恒不變，太陽(yáng)所釋放能量相稱于當(dāng)前全球所消耗能量10萬億倍，美國(guó)國(guó)家航天學(xué)會(huì)副主席馬克?霍普金斯(MarkHopkins)說:“咱們只需要開發(fā)其中一少某些，就足以應(yīng)付咱們當(dāng)前和將來許近年能源需求?！?/p>

依照美國(guó)科學(xué)家預(yù)測(cè)，到2025年，美國(guó)有也許在太空建造100座太陽(yáng)能電站，將會(huì)滿足美國(guó)全國(guó)30%電力。而日本從20世紀(jì)80年代也已展開太空太陽(yáng)能有關(guān)研究，目的是在2030年前向太空發(fā)射一顆對(duì)地靜止衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星將為地球上50萬戶家庭提供10億W電能。當(dāng)前，日本宇宙航空研究