中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:無(wú)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。
②電磁線圈(A)通電后產(chǎn)生具有特定頻率的共振波。
?、垭姶挪ㄍㄟ^(guò)空氣傳播。
?、芮度腚娔X/電視機(jī)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。
⑤電器得到充電。
7月21日至24日在英國(guó)牛津舉行的TED全球會(huì)議上,人們看到了無(wú)需用電線及插座就能給電器充電的無(wú)線充電系統(tǒng)。美國(guó)無(wú)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(wú)線充電系統(tǒng)給手機(jī)、電視機(jī)等電器進(jìn)行充電。TED分別是英語(yǔ)單詞技術(shù)、娛樂(lè)、設(shè)計(jì)的首字母,該會(huì)議旨在全球推廣“具有價(jià)值的點(diǎn)子”。
格勒爾稱,該系統(tǒng)可以部分替代造價(jià)昂貴的電纜及一次性電池。他說(shuō):“世界范圍內(nèi),每年使用的大約400億個(gè)一次性電池都可以被該系統(tǒng)代替,因?yàn)樗鼈兣赃吘陀惺至畠r(jià)的電源。與此同時(shí),人類要投資數(shù)萬(wàn)億美元用來(lái)鋪設(shè)電纜基礎(chǔ)設(shè)施,用來(lái)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(tái)谷歌G1手機(jī)以及蘋(píng)果公司生產(chǎn)的iPhone手機(jī)。他表示,公司已經(jīng)成功地將所有必須的充電設(shè)備裝進(jìn)了G1手機(jī)里,但iPhone要做到這一點(diǎn)確有點(diǎn)難。此外,他還同時(shí)展示了一臺(tái)利用該無(wú)線系統(tǒng)充電的商用電視機(jī)。
這一系統(tǒng)還可以起到簡(jiǎn)單化室內(nèi)裝飾的效果。格勒爾說(shuō):“可以想象,人們購(gòu)買電視機(jī)后會(huì)希望把它們掛在墻上。如果使用這一系統(tǒng)的話,便不會(huì)再看到令人討厭的電線從墻上垂下來(lái)。”
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(shí)很簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)是建立在美國(guó)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(dá)到一定的頻率時(shí),傳輸效率最高,損耗最少。而當(dāng)兩個(gè)物體的共振頻率相同時(shí),二者之間就可以不必借助第三者而進(jìn)行十分有效的能量交換。
蘇爾杰茨克還舉了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子:當(dāng)歌唱者用特定的音調(diào)唱歌時(shí),會(huì)震碎玻璃杯,原理就是“共振”。因此,“唱歌震碎玻璃杯”與“無(wú)線充電系統(tǒng)”物理原理相同。只不過(guò)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(wú)線充電系統(tǒng)的主要構(gòu)造是兩個(gè)線圈,一個(gè)與電源相連,另一個(gè)與電器相接或直接嵌入電器中。
兩個(gè)電圈都經(jīng)過(guò)了精心的設(shè)計(jì),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(chǎng)能夠與線圈B產(chǎn)生共振,從而實(shí)現(xiàn)了二者之間的能源流通。當(dāng)每一個(gè)“周期”的能量到達(dá)線圈B之后,就會(huì)產(chǎn)生一定的電壓,用來(lái)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(chǎng)范圍之內(nèi)就可以自動(dòng)充電。
安全考慮
本次展示會(huì)上,格勒爾特別強(qiáng)調(diào)了該系統(tǒng)的安全性。他還特意親自穿過(guò)線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng),表明自己安然無(wú)恙,并開(kāi)玩笑地說(shuō):“我什么都沒(méi)感覺(jué)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(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行能量傳輸?shù)摹?/div>
蘇爾杰茨克教授解釋說(shuō),人類以及人類周圍的大部分物體都是不具磁性的。他同時(shí)還說(shuō),在被稱為“遠(yuǎn)磁場(chǎng)”的范圍內(nèi)區(qū)域能量傳輸(遠(yuǎn)磁場(chǎng)是指距離線圈一個(gè)波長(zhǎng)以外的區(qū)域)才會(huì)變得不安全,因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域內(nèi)能源傳輸不僅僅通過(guò)磁電,而且有可能會(huì)通過(guò)危險(xiǎn)的電場(chǎng)。
但重要的是,在“近磁場(chǎng)”區(qū)域內(nèi)(距離線圈一個(gè)波長(zhǎng)以內(nèi)的范圍),能量傳輸幾乎完全是通過(guò)磁場(chǎng),不會(huì)對(duì)人的身體安全構(gòu)成威脅。因此,美國(guó)無(wú)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(zhǎng)可以達(dá)到30米,甚至以上。
無(wú)線充電的由來(lái)
美國(guó)無(wú)線電力公司并不是“無(wú)線電力”概念的首創(chuàng)者。19世紀(jì)美國(guó)發(fā)明家托馬斯·愛(ài)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(shuō):“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(duì)遠(yuǎn)距離無(wú)線電力運(yùn)輸產(chǎn)生了濃厚的興趣,因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)看來(lái),鋪設(shè)跨越大洲的金屬電纜是一項(xiàng)太龐大的工程,不可想象的事情。”
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),特斯拉更是在紐約建起了29米高的無(wú)線電通訊塔,取名沃登克里弗塔(Wardenclyffe Tower)。但后來(lái)由于財(cái)政的原因,該塔一直沒(méi)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(zhǔn)備迎頭趕上。晶片巨頭英特爾公司產(chǎn)生了與美國(guó)無(wú)線電力公司類似的想法(利用磁場(chǎng)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(guó)無(wú)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(guò)程中不能被任何物體所阻隔,否則會(huì)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(chǎng)充電的應(yīng)用范圍就廣很多,小可到手機(jī)、電腦,大可到醫(yī)療設(shè)備、電動(dòng)汽車等。