电力传输或将酝酿颠覆式革命


 中国储能网讯:无线充电系统工作原理

  ①首先放在盒子里的电磁线圈被嵌入墙壁内或者屋顶上。
  ②电磁线圈(A)通电后产生具有特定频率的共振波。
  ③电磁波通过空气传播。
  ④嵌入电脑/电视机内的电磁线圈(B)发出与A相同的共振波频率,吸收A所发出的能量。
  ⑤电器得到充电。
 \
  7月21日至24日在英国牛津举行的TED全球会议上,人们看到了无需用电线及插座就能给电器充电的无线充电系统。美国无线电力公司的行政总裁埃里克·格勒尔亲自示范了如何利用该无线充电系统给手机、电视机等电器进行充电。TED分别是英语单词技术、娱乐、设计的首字母,该会议旨在全球推广“具有价值的点子”。
 
  格勒尔称,该系统可以部分替代造价昂贵的电缆及一次性电池。他说:“世界范围内,每年使用的大约400亿个一次性电池都可以被该系统代替,因为它们旁边就有十分廉价的电源。与此同时,人类要投资数万亿美元用来铺设电缆基础设施,用来将能源从发电厂输送到需要的地方。”
 
  格勒尔此次向人们展示的是一台谷歌G1手机以及苹果公司生产的iPhone手机。他表示,公司已经成功地将所有必须的充电设备装进了G1手机里,但iPhone要做到这一点确有点难。此外,他还同时展示了一台利用该无线系统充电的商用电视机。
 
  这一系统还可以起到简单化室内装饰的效果。格勒尔说:“可以想象,人们购买电视机后会希望把它们挂在墙上。如果使用这一系统的话,便不会再看到令人讨厌的电线从墙上垂下来。”
 
  共振原理
 
  虽然功能奇特,但是这一新技术的物理原理其实很简单。该系统是建立在美国麻省理工大学物理学家马林·苏尔杰茨克的研究成果之上的,利用的是物理上的共振原理。根据此原理,当能量传输达到一定的频率时,传输效率最高,损耗最少。而当两个物体的共振频率相同时,二者之间就可以不必借助第三者而进行十分有效的能量交换。
 
  苏尔杰茨克还举了一个非常简单的例子:当歌唱者用特定的音调唱歌时,会震碎玻璃杯,原理就是“共振”。因此,“唱歌震碎玻璃杯”与“无线充电系统”物理原理相同。只不过前者利用的是声音上的共振,而是后者则是低频率电磁波的共振。
 
  无线充电系统的主要构造是两个线圈,一个与电源相连,另一个与电器相接或直接嵌入电器中。
 
  两个电圈都经过了精心的设计,具有相同的共振频率。当线圈A(如图中所示)通电之后,它所产生的磁场能够与线圈B产生共振,从而实现了二者之间的能源流通。当每一个“周期”的能量到达线圈B之后,就会产生一定的电压,用来给电器充电。
 
  线圈A可以嵌入屋顶上、墙壁中或者桌面底部,十分方便。如果使用该系统,电器只要在线圈A的磁场范围之内就可以自动充电。
 
  安全考虑
 
  本次展示会上,格勒尔特别强调了该系统的安全性。他还特意亲自穿过线圈所产生的磁场,表明自己安然无恙,并开玩笑地说:“我什么都没感觉到,我很好。”
 
  该系统能够安全工作的原因就在于它主要是通过磁场进行能量传输的。
 
  苏尔杰茨克教授解释说,人类以及人类周围的大部分物体都是不具磁性的。他同时还说,在被称为“远磁场”的范围内区域能量传输(远磁场是指距离线圈一个波长以外的区域)才会变得不安全,因为在这个区域内能源传输不仅仅通过磁电,而且有可能会通过危险的电场。
 
  但重要的是,在“近磁场”区域内(距离线圈一个波长以内的范围),能量传输几乎完全是通过磁场,不会对人的身体安全构成威胁。因此,美国无线电力公司使用的都是低频率的电磁波,该波段电磁波的波长可以达到30米,甚至以上。
 
  无线充电的由来
 
  美国无线电力公司并不是“无线电力”概念的首创者。19世纪美国发明家托马斯·爱迪生以及物理学家兼工程师尼科拉·特斯拉更早地使用了这一概念。
 
  苏尔杰茨克说:“在电刚刚发明后不久,以及电网发明之前,这些科学家就对远距离无线电力运输产生了浓厚的兴趣,因为在当时看来,铺设跨越大洲的金属电缆是一项太庞大的工程,不可想象的事情。”
 
  为了实现这一目标,特斯拉更是在纽约建起了29米高的无线电通讯塔,取名沃登克里弗塔(Wardenclyffe Tower)。但后来由于财政的原因,该塔一直没有能够完工。
 
  如今,很多别的公司也都发现了该领域的巨大潜力,正加大投入,准备迎头赶上。晶片巨头英特尔公司产生了与美国无线电力公司类似的想法(利用磁场传输能量),而其他一些公司则正致力于高方位性的能量传输研究(如利用激光)。
 
  然而,与美国无线电力公司的研究不同,激光能量传输需要保持激光的连续性,传输过程中不能被任何物体所阻隔,否则会导致能量传输失败。因此,该技术不太适合在普通家庭应用。相比之下,利用磁场充电的应用范围就广很多,小可到手机、电脑,大可到医疗设备、电动汽车等。