能量星球無線電力傳輸技術(shù)走進現(xiàn)實

1、特斯拉的夢想     泡泡網(wǎng)無線路由器頻道9月28日 不知道大家在這一段時間有沒有注意到這樣的一條新聞：2010年8月31日，國際無線充電聯(lián)盟在北京召開發(fā)布會，宣布qi無線充電國際標準正式發(fā)布。那么，國際無線充電聯(lián)盟是一個什么樣的組織，qi無線充電國際標準又到底是一種什么標準呢？還是讓我們從一百年前說起最好。特斯拉(Nikola Tesla，18561943)    不知道上面的這個人大家熟悉不熟悉？但是我相信凡是學(xué)過電氣工程的人都不會忘記這個人。特斯拉，這位美國籍的克羅地亞人，一生最大的抱負，即為實現(xiàn)全球電力的無

2、線傳輸。沃登克里佛廣播塔    1900年，特斯拉籌建了沃登克里佛廣播塔（Wardenclyffe Tower 也被稱為Tesla Tower）。在他的構(gòu)想中，特斯拉把地球作為內(nèi)導(dǎo)體，地球電離層作為外導(dǎo)體，通過他的放大發(fā)射機所特有的徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起低頻共振，利用環(huán)繞地球的表面電磁波來進行能量的傳輸。雖然這項實驗最終沒有完成，但是特斯拉卻通過它成為了現(xiàn)代無線電通訊的鼻祖。然而在無線能量傳輸方面，一個世紀過去了，這項研究依然進展緩慢。神鬼莫測，游戲與傳說中的無線能量傳輸     從特斯拉的設(shè)想中，我們完全可以想

3、象出一個被能量包圍著的地球，不需要電線燈泡就會亮，不需要電線電車就會跑，多么美好的世界啊。于是，正是被這樣的美好愿望所驅(qū)策著，人們對于電能的無線傳輸有著各種各樣的期望。磁暴線圈，這個大家都熟悉吧？    這張圖大家都熟悉吧。耀眼的磁暴線挾裹著邪惡的氣息瞬間就讓你灰飛煙滅，這就是能量無線傳輸?shù)囊环N。雖然它只是游戲中的一個虛擬事物，但是根據(jù)特斯拉的理論，這種武器，完全能夠變?yōu)楝F(xiàn)實。不信，咱們就接著往下看。效果炫目的特斯拉線圈    在世界各地，有這樣的一群愛好者，他們熱衷于做出各種各樣的設(shè)備,制造出眩目的人工閃電，這就是特斯拉線圈愛好者。

4、什么是特斯拉線圈？一個感應(yīng)圈、變壓器、打火器、兩個大電容器和一個初級線圈僅幾圈的互感器組在一起，然后使用變壓器將普通電壓升高，電流經(jīng)過兩極線圈產(chǎn)生頻率極高功率極小的高壓電流，最后通過放電終端進行放電的一種東西。由于能特斯拉線圈在放電過程中會發(fā)出炫目的閃電效果，因此在全世界擁有了一大批的擁躉。而紅警中的磁暴線圈，就是從這里發(fā)端而來的。傳說中被傳送到異域空間的”愛爾德里奇“號    關(guān)于無限能量的傳輸，最為詭異的事件，要數(shù)1943年美軍的“費城實驗”了。1943年10月，美國海軍在費城進行了一次人工磁場的機密試驗，實驗成功地將“愛爾德里奇”號驅(qū)逐艦及全體船員投入另一空

5、間。在實驗過程中，實驗人員啟動脈沖和非脈沖器，使船只周圍形成了一個巨大的磁場。隨后整條船被一團綠光籠罩著，船只和船員也開始從人們的視線中消失。實驗終止時，艦船已被移送到了479公里以外的諾福克碼頭。此后，一些船員身上仍留有實驗的反應(yīng)，不論在家里，在街上，在酒吧間或飯店里，都會突然地消失又重現(xiàn)，讓旁觀者驚訝不已。參與這項實驗的吉索普（Morris K.Jessup）博士認為，強烈的磁云能夠重新排列人類和物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，使其進入另外的時空直到現(xiàn)在，美軍依然矢口否認曾經(jīng)做過這樣的實驗。國際無線充電聯(lián)盟與Qi標準     在上面那個詭異偽科學(xué)傳說中，至少還有一點是正確的：

6、磁場可以作為能量無線傳輸?shù)妮d體。國際無線充電聯(lián)盟所發(fā)布的qi標準，正是建立在這一理論之上的。國際無線充電標準Qi標志    無線充電聯(lián)盟(Wireless Power Consortium)成立于2008年12月17日，是業(yè)界第1個推動無線充電技術(shù)標準化的組織，現(xiàn)有成員包括ConvenientPower、Duracell、Hosiden、Fulton Innovation、Leggett & Platt、美國國家半導(dǎo)體、諾基亞、奧林巴斯、飛利浦、三星電子、三洋電機、深圳桑菲、ST-Ericsson及德州儀器等，涵蓋電池、消費電子、芯片、設(shè)備制造、基礎(chǔ)設(shè)施及

7、無線充電技術(shù)等領(lǐng)域。2010年8月31日，Qi標準正式發(fā)布    2010年8月31日，國際無線充電聯(lián)盟在北京正式發(fā)布了全球首個無線充電標準以及該標準的認證標注Qi。從發(fā)布的該標準來看，Qi標準首先獲得了眾多手機廠商的支持，而且在Qi標準的引導(dǎo)下，手機充電接口，將有希望首次獲得統(tǒng)一，這對于現(xiàn)代人的生活來說，將意味著我們終于可以擺脫各種紛繁復(fù)雜的手機充電器的困擾。Qi標準中關(guān)于無線充電技術(shù)原理的圖釋    在本頁的開頭我提到過，無線充電的原理非常簡單，而這次國際無線充電聯(lián)盟所發(fā)布的Qi標準既是建立在這個基礎(chǔ)之上。無線充電系統(tǒng)的簡易結(jié)構(gòu)圖

8、    中學(xué)時代我們的學(xué)過電磁感應(yīng)定律，閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。說簡單了，無線充電，就是要讓充電器和充電設(shè)備之間充滿磁場，然后利用磁場來進行電力的傳輸。無線充電技術(shù)進階講堂     這里我們想先簡單的介紹一下無線充電的技術(shù)原理，如果您想對無線充電技術(shù)了解的更加深入，那就隨我們一同進行探討吧。在了解無線充電之前，我想我們應(yīng)該先來認識幾個有關(guān)的名詞。    松散耦合：兩個本來分開的電路之間或一個電路的兩個本來相互分開的部

9、分之間的交鏈。可使能量從一個電路傳送到另一個電路，或由電路的一個部分傳送到另一部分。根據(jù)兩個電路或者器件之間的接觸關(guān)系，我們可見簡單的將其分為直接耦合和松散耦合。在無線充電技術(shù)中，將應(yīng)用到松散耦合技術(shù)。    功率補償：功率補償在目前的無線充電技術(shù)中將會是一個非常重要的工作環(huán)節(jié)。我們知道無線充電系統(tǒng)中變壓器的原邊和副邊之間的耦合介質(zhì)為空氣，因此在電能傳輸過程中存在較大的漏感，因此需要在變壓的原邊和副邊分別通過串聯(lián)電容來組成諧振電路對傳輸功率進行補償，以提高功率傳輸能力，補償傳輸過程中的功率損耗。無線充電系統(tǒng)拓撲圖    上面的這幅圖就

10、是無線充電系統(tǒng)中一種典型的拓撲結(jié)構(gòu)。從圖上我們可以看出，電流的整體流向是從電源開始，經(jīng)過變壓器，在變壓之后經(jīng)過補償，通過變壓器的原邊作為磁場信號傳輸出去，副邊接收到磁場信號之后，首先進行功率補償，以彌補在無線傳輸過程中損失的電磁信號。然后經(jīng)過整流之后，傳輸給負載端。下面我們再結(jié)合電路圖詳細的來闡述一下無線電力傳輸?shù)倪^程。Qi標準中的電流功率轉(zhuǎn)換電路圖    上面這張圖即是Qi標準所提供的技術(shù)文檔的一部分，這張圖比較生動的說明了無線充電系統(tǒng)是如何運行的。首先我們來看左側(cè)的PowerConversion部分，交流電從最左側(cè)輸入系統(tǒng)之后，Half Bridge（半橋）開

11、關(guān)自動接通電路，Cp為串行諧振電容，Lp則是初級線圈。但是和我們平時所見的自耦變壓器中的初次級線圈不同，該初級線圈為按照一定方式排列的線圈所構(gòu)成的充電平面，即我們現(xiàn)在已經(jīng)見到的充電板，譬如下圖。工作中的無線充電系統(tǒng)    電流通過充電板上的特殊線圈陣列，由充電板發(fā)射出一定頻率的均勻電磁場。至此，充電板上方的空氣中，已經(jīng)充滿了電磁信號。圖的右側(cè)PowerConversion部分，則是接收電路的運行模式。接收端，即待充電設(shè)備在接收到變壓器原邊發(fā)射出的磁場之后，首先通過了Impedance Matching（阻抗匹配）裝置對接收到的電磁信號進行相應(yīng)的補償，以保證所接收電

12、磁信號的完整，然后再通過位于圖最右側(cè)（Multiplexer）的震蕩電路，將轉(zhuǎn)化好的電信號傳輸給需要充電的相應(yīng)設(shè)備。至此，整個充電過程完成。而上圖中的整個電路，即構(gòu)成了無線充電技術(shù)中一個至關(guān)重要的元器件：松散耦合變壓器。    相信看到這里，我們應(yīng)該已經(jīng)對無線充電的技術(shù)有了一個大概的了解，那么在現(xiàn)實中，現(xiàn)在又有哪些產(chǎn)品已經(jīng)使用了無線充電技術(shù)呢？現(xiàn)實中的無線充電產(chǎn)品     雖然國際無線充電聯(lián)盟在8月底才發(fā)布了自己的無線充電標準，但是作為一項面向未來的一款能改變我們未來生活方式的一項技術(shù)，無線充電技術(shù)早已為眾多的廠商所覬覦，因此我們也在

13、市面上能夠發(fā)現(xiàn)已經(jīng)采用了這種技術(shù)的先鋒產(chǎn)品。海爾發(fā)布的“無尾電視”，率先在家電產(chǎn)品中采用了無線電力傳輸技術(shù)戴爾Latitude Z系列筆記本，在PC類產(chǎn)品中首先采用了無線充電技術(shù)深圳高倚盛生產(chǎn)的GYS-1型無線充電器安利無線充電凈水器無線電力傳輸，改變我們的生活     看過了這些產(chǎn)品，相信我們都會對未來的無線生活充滿了渴望，那么無線電力傳輸技術(shù)到底能給我們的生活帶來什么樣的改變呢？上世紀90年代，無線電力傳輸僅能勉強點亮一盞12瓦燈泡    先說說室內(nèi)的吧。首先是方便，由于沒有了各種插頭和插座，從而在根本上避免了接觸不良、插拔困難等

14、現(xiàn)象。其次我想應(yīng)當就是安全了，我們知道在有線的電力傳輸中，由于各種連接線的接觸會產(chǎn)生電火花，從而引發(fā)火災(zāi)或者爆炸，而無線電力傳輸則完全避免了這一點。還有就是由于沒有了裸露在外的電線接頭，避免了觸電的發(fā)生。    讓我們再來看看日常生活以外的。在野外工作時，由于電力傳輸線路存在機械接觸，因此多多少少都會存在發(fā)生線路故障的隱患。而無線電力傳輸由于沒有了這些線路的存在，不僅電力傳輸更為可靠，而且還完全避免了摩擦、腐蝕、天氣、灰塵等等多種不利于有線電力傳輸?shù)囊蛩?。而且在野外，無線電力傳輸將會極大的節(jié)省電力傳輸?shù)某杀荆驗樵诂F(xiàn)行的情況下，電力傳輸?shù)木€路架設(shè)成本往往是用電設(shè)備

15、成本的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。麻省理工為我們展示的兩米距離無線電力傳輸點亮60瓦燈泡    再來看看醫(yī)療，就讓我們舉個最常見的例子吧。心臟起搏器大家應(yīng)該都聽說過，目前狀況下的心臟起搏器植入人體之后，8-10年左右就需要更換電池。也就是說，雖然安裝了心臟起搏器，那么每隔8-10年就還需要再動一次手術(shù)來進行起搏器電池的更換。試想一下如果心臟起搏器采用了無線充電的技術(shù)，是不是省事多了？更不會發(fā)生手術(shù)失敗、胸腔感染等情況，患者的術(shù)后生活質(zhì)量竟會得到極大的提升。    僅僅從這幾個方面，我們就已經(jīng)能夠窺見無線電力傳輸能夠為我們未來的生活帶來怎樣的變化。

16、但是，無線電力傳輸畢竟還是一項剛剛走出實驗室的技術(shù)，顯而易見，現(xiàn)階段的它并不完美。真正的無線生活，還需要我們耐心等待     前面我們已經(jīng)較為詳細的梳理了無線電力傳輸?shù)钠鹪?、發(fā)展以及基本的技術(shù)原理，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有了應(yīng)用了這項技術(shù)的產(chǎn)品出現(xiàn)，但是平心而論，這些產(chǎn)距離理想的無線充電技術(shù)還有不小的差距。    當前無線充電最大的困難就是無線電力傳輸?shù)木嚯x和傳輸?shù)墓β省Ｔ谇懊嫖覀冋f過，在能量的無線傳輸中，由于將空氣當做耦合介質(zhì)，因此在能量的傳輸過程中，充當電力載體的磁力線會有極大的損耗，正是這個損耗的存在，決定了在現(xiàn)階段電力還不能夠進行大功率

17、遠距離的無線傳輸。而且，由于充電器與被充電設(shè)備之間是以磁場的形式連接，各種各樣的感染將會不可避免，這樣的干擾同樣也會造成能量傳輸?shù)膿p耗。根據(jù)這次國際無線充電聯(lián)盟所發(fā)布的Qi標準來看，無線充電器的電能轉(zhuǎn)換效率僅為有線充電器的70%，而充電距離，還沒有做到真正的無線傳輸，仍然需要充電設(shè)備與充電板相接觸才行。當然，距離特斯拉曾經(jīng)設(shè)想的全球電力無線傳輸更是相差十萬八千里。    其次，我們現(xiàn)在每天都在說輻射輻射，女人怕輻射損害皮膚，男人怕輻射損害身體，孕婦怕輻射損害寶寶，老人怕輻射加速衰老，那無線充電呢？無線充電在這里主要包括兩個層面。一是如何保證電磁波只輻射到手機接收部分，不會影響到人體健康，或干擾其他設(shè)備；二是讓電磁輻射在錯誤使用情況下不至于損壞電池和充電器，比如識別無線充電器上的異物，防止鋰電池過熱導(dǎo)致的變形或爆炸的危險等。對人體