中國儲能網(wǎng)訊:無線充電系統(tǒng)工作原理
?、偈紫确旁诤凶永锏碾姶啪€圈被嵌入墻壁內(nèi)或者屋頂上。
?、陔姶啪€圈(A)通電后產(chǎn)生具有特定頻率的共振波。
③電磁波通過空氣傳播。
④嵌入電腦/電視機內(nèi)的電磁線圈(B)發(fā)出與A相同的共振波頻率,吸收A所發(fā)出的能量。
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7月21日至24日在英國牛津舉行的TED全球會議上,人們看到了無需用電線及插座就能給電器充電的無線充電系統(tǒng)。美國無線電力公司的行政總裁埃里克·格勒爾親自示范了如何利用該無線充電系統(tǒng)給手機、電視機等電器進行充電。TED分別是英語單詞技術(shù)、娛樂、設(shè)計的首字母,該會議旨在全球推廣“具有價值的點子”。
格勒爾稱,該系統(tǒng)可以部分替代造價昂貴的電纜及一次性電池。他說:“世界范圍內(nèi),每年使用的大約400億個一次性電池都可以被該系統(tǒng)代替,因為它們旁邊就有十分廉價的電源。與此同時,人類要投資數(shù)萬億美元用來鋪設(shè)電纜基礎(chǔ)設(shè)施,用來將能源從發(fā)電廠輸送到需要的地方。”
格勒爾此次向人們展示的是一臺谷歌G1手機以及蘋果公司生產(chǎn)的iPhone手機。他表示,公司已經(jīng)成功地將所有必須的充電設(shè)備裝進了G1手機里,但iPhone要做到這一點確有點難。此外,他還同時展示了一臺利用該無線系統(tǒng)充電的商用電視機。
這一系統(tǒng)還可以起到簡單化室內(nèi)裝飾的效果。格勒爾說:“可以想象,人們購買電視機后會希望把它們掛在墻上。如果使用這一系統(tǒng)的話,便不會再看到令人討厭的電線從墻上垂下來。”
共振原理
雖然功能奇特,但是這一新技術(shù)的物理原理其實很簡單。該系統(tǒng)是建立在美國麻省理工大學(xué)物理學(xué)家馬林·蘇爾杰茨克的研究成果之上的,利用的是物理上的共振原理。根據(jù)此原理,當(dāng)能量傳輸達到一定的頻率時,傳輸效率最高,損耗最少。而當(dāng)兩個物體的共振頻率相同時,二者之間就可以不必借助第三者而進行十分有效的能量交換。
蘇爾杰茨克還舉了一個非常簡單的例子:當(dāng)歌唱者用特定的音調(diào)唱歌時,會震碎玻璃杯,原理就是“共振”。因此,“唱歌震碎玻璃杯”與“無線充電系統(tǒng)”物理原理相同。只不過前者利用的是聲音上的共振,而是后者則是低頻率電磁波的共振。
無線充電系統(tǒng)的主要構(gòu)造是兩個線圈,一個與電源相連,另一個與電器相接或直接嵌入電器中。
兩個電圈都經(jīng)過了精心的設(shè)計,具有相同的共振頻率。當(dāng)線圈A(如圖中所示)通電之后,它所產(chǎn)生的磁場能夠與線圈B產(chǎn)生共振,從而實現(xiàn)了二者之間的能源流通。當(dāng)每一個“周期”的能量到達線圈B之后,就會產(chǎn)生一定的電壓,用來給電器充電。
線圈A可以嵌入屋頂上、墻壁中或者桌面底部,十分方便。如果使用該系統(tǒng),電器只要在線圈A的磁場范圍之內(nèi)就可以自動充電。
安全考慮
本次展示會上,格勒爾特別強調(diào)了該系統(tǒng)的安全性。他還特意親自穿過線圈所產(chǎn)生的磁場,表明自己安然無恙,并開玩笑地說:“我什么都沒感覺到,我很好。”
該系統(tǒng)能夠安全工作的原因就在于它主要是通過磁場進行能量傳輸?shù)摹?/div>
蘇爾杰茨克教授解釋說,人類以及人類周圍的大部分物體都是不具磁性的。他同時還說,在被稱為“遠磁場”的范圍內(nèi)區(qū)域能量傳輸(遠磁場是指距離線圈一個波長以外的區(qū)域)才會變得不安全,因為在這個區(qū)域內(nèi)能源傳輸不僅僅通過磁電,而且有可能會通過危險的電場。
但重要的是,在“近磁場”區(qū)域內(nèi)(距離線圈一個波長以內(nèi)的范圍),能量傳輸幾乎完全是通過磁場,不會對人的身體安全構(gòu)成威脅。因此,美國無線電力公司使用的都是低頻率的電磁波,該波段電磁波的波長可以達到30米,甚至以上。
無線充電的由來
美國無線電力公司并不是“無線電力”概念的首創(chuàng)者。19世紀美國發(fā)明家托馬斯·愛迪生以及物理學(xué)家兼工程師尼科拉·特斯拉更早地使用了這一概念。
蘇爾杰茨克說:“在電剛剛發(fā)明后不久,以及電網(wǎng)發(fā)明之前,這些科學(xué)家就對遠距離無線電力運輸產(chǎn)生了濃厚的興趣,因為在當(dāng)時看來,鋪設(shè)跨越大洲的金屬電纜是一項太龐大的工程,不可想象的事情。”
為了實現(xiàn)這一目標(biāo),特斯拉更是在紐約建起了29米高的無線電通訊塔,取名沃登克里弗塔(Wardenclyffe Tower)。但后來由于財政的原因,該塔一直沒有能夠完工。
如今,很多別的公司也都發(fā)現(xiàn)了該領(lǐng)域的巨大潛力,正加大投入,準備迎頭趕上。晶片巨頭英特爾公司產(chǎn)生了與美國無線電力公司類似的想法(利用磁場傳輸能量),而其他一些公司則正致力于高方位性的能量傳輸研究(如利用激光)。
然而,與美國無線電力公司的研究不同,激光能量傳輸需要保持激光的連續(xù)性,傳輸過程中不能被任何物體所阻隔,否則會導(dǎo)致能量傳輸失敗。因此,該技術(shù)不太適合在普通家庭應(yīng)用。相比之下,利用磁場充電的應(yīng)用范圍就廣很多,小可到手機、電腦,大可到醫(yī)療設(shè)備、電動汽車等。