無線電力傳輸技術(shù)

1、無線電力傳輸技術(shù)無線電力傳輸技術(shù)人類追逐自由的本能，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的長(zhǎng)長(zhǎng)電線而絞盡腦汁，但無線供電卻一直只能作為一個(gè)在前方遠(yuǎn)遠(yuǎn)招手的夢(mèng)想?，F(xiàn)在，我們也許看到了一線曙光。在2008年8月的英特爾開發(fā)者論壇（IDF，Intel Developer Forum）上，西雅圖實(shí)驗(yàn)室的約書亞·史密斯（Joshua R. Smith）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組向公眾展示了一項(xiàng)新技術(shù)基于“磁耦合共振”原理的無線供電，在展示中成功地點(diǎn)亮了一個(gè)一米開外的60瓦燈泡，而在電源和燈泡之間沒有使用任何電線。他們聲稱，在這個(gè)系統(tǒng)中無線電力的傳輸效率達(dá)到了75%。大劉在三體

2、II·黑暗森林中描繪了一個(gè)兩百年后的世界。因?yàn)槿藗冋莆樟丝煽睾司圩兗夹g(shù)，可以提供極大豐富的能源，無線供電的損失在可接受范圍之內(nèi)，所以大部分電器都可以采用無線方式來供電，從電熱杯一直到個(gè)人飛行器都是如此。電像空氣一樣無處不在，人類再也不用受電線的拖累了。正如書中所提到的那樣，無線供電技術(shù)現(xiàn)在也已經(jīng)出現(xiàn)了。實(shí)際上，近距離的無線供電技術(shù)早在一百多年前就已經(jīng)出現(xiàn)，而我們現(xiàn)在生活中的很多小東西，都已經(jīng)在使用無線供電。也許不遠(yuǎn)的未來，我們還會(huì)看到遠(yuǎn)距離和室內(nèi)距離的無線供電產(chǎn)品，而不會(huì)看到電線桿和高壓線，“插頭”也將會(huì)變成一個(gè)歷史名詞。好兆頭英特爾的這種無線供電技術(shù)，是基于麻省理工大學(xué)的一項(xiàng)研究成

3、果而開發(fā)的。2007年6月，麻省理工大學(xué)的物理學(xué)助理教授馬林·索爾賈?？耍∕arin Soljacic）和他的研究團(tuán)隊(duì)公開做了一個(gè)演示。他們給一個(gè)直徑60厘米的線圈通電，6英尺（約1.9米）之外連接在另一個(gè)線圈上的60瓦燈泡被點(diǎn)亮了。這種馬林稱之為“WiTricity”技術(shù)的原理是“磁耦合共振”，而他本人也因?yàn)檫@一發(fā)明獲得了麥克阿瑟基金會(huì)2008年的天才獎(jiǎng)。 新技術(shù)所消耗的電能只有傳統(tǒng)電磁感應(yīng)供電技術(shù)的百萬分之一，不由讓人們對(duì)室內(nèi)距離的無線供電重新燃起了希望。而它的關(guān)鍵在于“共振”?？茖W(xué)家們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)，共振是一種非常高效的傳輸能量方式。我們都聽過諸如共振引起的鐵橋坍塌、雪崩或者高音歌唱

4、家震碎玻璃杯的故事。無論這些故事可信度如何，但它們的基本原理是正確的：兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的物體之間可以高效傳輸能量，而對(duì)不同振動(dòng)頻率的物體幾乎沒有影響。在馬林的這種新技術(shù)中，將發(fā)送端和接收端的線圈調(diào)校成了一個(gè)磁共振系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)送端產(chǎn)生的振蕩磁場(chǎng)頻率和接收端的固有頻率相同時(shí)，接收端就產(chǎn)生共振，從而實(shí)現(xiàn)了能量的傳輸。根據(jù)共振的特性，能量傳輸都是在這樣一個(gè)共振系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行，對(duì)這個(gè)共振系統(tǒng)之外的物體不會(huì)產(chǎn)生什么影響。這就像是幾個(gè)厚度不同的玻璃杯不會(huì)因?yàn)橥活l率的聲音而同時(shí)炸碎一樣。最妙的就是這一點(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，而只是在周圍形成一個(gè)非輻射的磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)用來和接收端聯(lián)絡(luò)，激發(fā)接

5、收端的共振，從而以很小的消耗為代價(jià)來傳輸能量。在這項(xiàng)技術(shù)中，磁場(chǎng)的強(qiáng)度將不過和地球磁場(chǎng)強(qiáng)度相似，人們不用擔(dān)心這種技術(shù)會(huì)對(duì)自己的身體和其他設(shè)備產(chǎn)生不良影響。在2007年馬林演示他的成果的時(shí)候，這項(xiàng)技術(shù)能夠達(dá)到40%左右的效率。這在某些場(chǎng)合是可以接受的，但是人們還想更進(jìn)一步。剛才我們提到的英特爾公司研究員們已經(jīng)把傳輸效率提升到了75%，而馬林小組最近聲稱，他們做到了90%。這意味著，一年之間提高到原來的兩倍以上！ 雖然成效驚人，但改進(jìn)空間也依然很大。下一步，有望在提高傳輸效率的同時(shí)縮小發(fā)射端和接收端的體積，最終實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備內(nèi)置接收端的目標(biāo)。想象一下，這會(huì)對(duì)生活帶來什么樣的影響？我們可以完全從需要的

6、角度出發(fā)來擺放家用電器，不用再考慮附近是否有插座；我們?cè)谘b修房間的時(shí)候不用再考慮如何布設(shè)電線，筆記本電腦和手機(jī)這樣的小件電子設(shè)備永遠(yuǎn)顯示電池充滿，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很快就會(huì)來到。市場(chǎng)上已經(jīng)有了一些采用這種技術(shù)的原型產(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（Nikola Tesla）的夢(mèng)想使用電磁波來遠(yuǎn)距離供電也許很快就會(huì)變成現(xiàn)實(shí)。早在1890年，這位現(xiàn)代交流電系統(tǒng)的奠基者就開始構(gòu)想無線供電方法，最后提出了一個(gè)非常宏大的方案把地球作為內(nèi)導(dǎo)體、距離地面約60千米的電離層作為外導(dǎo)體，在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，再

7、利用環(huán)繞地球的表面電磁波來遠(yuǎn)距離傳輸電力。他想像廣播一樣，將電能傳遍全球。為此，在J. P.摩根的資助下，他在紐約長(zhǎng)島建立了57米高的瓦登克里夫塔（Wardenclyffe Tower）來實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想，但最終被迫放棄。雖然我們現(xiàn)在可以從理論上證明特斯拉的方案的確可行，但是出于世界上各個(gè)國家的區(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)。 不過另一種遠(yuǎn)程無線供電方案可能會(huì)更容易實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)。加拿大科學(xué)家正計(jì)劃制造一架無人飛機(jī)，飛行高度33千米，可以在空中連續(xù)飛行幾個(gè)月。這可能是世界上第一架可以真正投入使用的遠(yuǎn)程供電飛機(jī)，本身不攜帶燃料，而是從地面的微波站中獲取能量。微波是指那些頻率在300MHz

8、到300KMHz之間的電磁波，它的波長(zhǎng)在1米到1毫米之間。因?yàn)殡姶挪ǖ念l率越高，能量就越集中，方向性也越強(qiáng)，所以人們認(rèn)為，使用微波來無線傳遞能量可能是最好的選擇。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%以上這樣高的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)可以讓人滿意了。在這架無人機(jī)起飛之后，地面的高功率發(fā)射機(jī)通過天線將發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的微波能量匯聚成能量集中的窄波束，然后將其射向高空飛行的微波飛機(jī)。微波飛機(jī)通過微波接收天線接收能量，轉(zhuǎn)換成直流電，再由直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛機(jī)的螺旋槳旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闊o需攜帶燃料和發(fā)動(dòng)機(jī)，這種飛機(jī)的有效載荷將會(huì)大大提升。其實(shí)早在1968年，美國航天工程師彼得·格拉澤(P

9、eter Glaser)就已經(jīng)更進(jìn)一步，提出了空間太陽能發(fā)電(SSP，Space Solar Power)的概念。他設(shè)想在大氣層外通過衛(wèi)星收集太陽能發(fā)電，然后通過微波將能量無線傳輸回地面，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)十千米的距離上用微波傳遞能量，而是要把能量在三萬多千米之外，從太空精確地射向地面接收站。 想象一個(gè)地球同步衛(wèi)星。它停留在赤道上空36，000千米的高度，太陽能電池陣列始終對(duì)太陽定向，微波發(fā)射天線則瞄準(zhǔn)地面的接收天線。這兒，不存在在地面接收太陽能所必然面臨的照射時(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)間也不過75分鐘。它每

10、年有99%以上的時(shí)間把源源不斷的太陽光能轉(zhuǎn)化為電能，效率將比地面上同樣規(guī)模的太陽能電站高出十倍左右。19771980年，美國宇航局和能源部共同出資，對(duì)空間太陽能發(fā)電的問題進(jìn)行了概念研究，得出結(jié)論：這種方式不存在不可克服的技術(shù)困難。但是后來這個(gè)計(jì)劃一度被鎖進(jìn)保險(xiǎn)柜，原因在于耗資驚人。目前把物品送上太空還是很花錢的，要在太空中組裝一顆收集太陽能來發(fā)電的衛(wèi)星，成本令人難以接受。不過，隨著地球上不可再生資源的逐漸消耗，這個(gè)計(jì)劃又被擺上了桌面。現(xiàn)在有幾個(gè)能源消耗大國和能源匱乏的國家正在論證這種方案的可行性，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)射微波束的實(shí)際效果，而目前比

11、較樂觀的估計(jì)是，20102020年太陽能發(fā)電衛(wèi)星就可以進(jìn)入實(shí)用階段了。親愛的，你需要電？感謝邁克爾·法拉第（Michael Faraday），這個(gè)英國人在1831年發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)，帶領(lǐng)我們進(jìn)入了電氣時(shí)代。到了今天，誰不需要電？法拉第的發(fā)現(xiàn)，也促進(jìn)了近距離無線供電技術(shù)的發(fā)展。最早的工業(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：隨便拆開一個(gè)家用變壓器，我們就會(huì)看到變壓器里會(huì)有兩組導(dǎo)線纏在一個(gè)鐵芯框架上，但它們彼此并沒有直接相連。 不僅如此。公共交通卡、一些學(xué)校的飯卡，還有二代身份證，這些也都需要電。在這些卡證中都有一塊小小芯片，里面最少存儲(chǔ)著一個(gè)唯一的編號(hào)。這一小塊芯片就像是

12、我們的一條內(nèi)存或者一塊硬盤，沒有電的時(shí)候，它和一粒沙子沒什么區(qū)別。即使儲(chǔ)存了很多信息，也沒有辦法傳遞出來。這種卡證的供電原理與變壓器的原理類似。讀卡機(jī)周圍會(huì)形成一個(gè)快速變化的磁場(chǎng)，芯片進(jìn)入這個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，周圍的線圈內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，激活芯片，并且把自己的編號(hào)通過線圈發(fā)射出去被讀卡機(jī)接收。讀卡機(jī)會(huì)根據(jù)編號(hào)的不同而做出不同的反應(yīng)，例如告訴你現(xiàn)在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的技術(shù)，但會(huì)受到很多限制。最主要的問題是，低頻磁場(chǎng)會(huì)隨著距離的增加而快速衰減。如果要增加供電距離，只能加大磁場(chǎng)的強(qiáng)度。然而，磁場(chǎng)強(qiáng)度太大一方面會(huì)增加電能的消耗，另一方面可能會(huì)導(dǎo)致附近使用磁信號(hào)來記錄信

13、息的設(shè)備失效。我們都不想自己的硬盤里面的數(shù)據(jù)被強(qiáng)磁場(chǎng)一筆勾銷吧。所以這種方式往往會(huì)應(yīng)用在一些防水要求比較高的小家電上，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)這樣的小型設(shè)備充電。從2005年開始，市場(chǎng)上就已經(jīng)有了一些無線充電器，但使用起來并不能算是很方便，充其量也只是減少了我們把手機(jī)插上變壓器的麻煩而已。有了室內(nèi)距離的無線供電設(shè)備，誰還需要這種東西呢？ 這是多么美好的一天我們經(jīng)常會(huì)使用和風(fēng)箏相關(guān)的比喻。風(fēng)箏飛得再高，也總會(huì)有一根線握在手里。斷線的風(fēng)箏也許會(huì)一時(shí)飛得更高，但最后一定會(huì)墜落地面。也許以后會(huì)改用遙控航模的比喻吧沒有線，卻依然盡在掌握。當(dāng)可以在遠(yuǎn)距離、中等距離和近距

14、離都廣泛實(shí)現(xiàn)無線供電的時(shí)候，人類目前最常用的能量將會(huì)變得像空氣一樣隨處可得。無需再抱怨沒有合適的充電器，不用再為電子設(shè)備準(zhǔn)備厚重的電池以盡量延長(zhǎng)它們的待機(jī)時(shí)間。我們可以把手持設(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？沒有人知道。當(dāng)終于可以解開電線的束縛時(shí)，我們會(huì)飛得更高，走得更遠(yuǎn)，遠(yuǎn)到超出想象。正如每天呼吸空氣而不自覺一樣，我們終會(huì)把無處不在的無線電力當(dāng)作一件自然而然的事情，卻忘了僅僅在200年前，祖輩們還僅僅把電當(dāng)成一種用來博人一笑的小小魔術(shù)。也許有一天，我們會(huì)對(duì)我們的下一代談起我們年輕的時(shí)候。講述中極盡描述從線纜束縛的無奈走到無線的自由這一過程。會(huì)回味那些有

15、電線的日子，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的小插曲。會(huì)懷念電池的質(zhì)感，會(huì)懷念在抽屜里纏成一團(tuán)的充電器的沉穩(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。我們會(huì)像小時(shí)候的老師那樣，循循善誘地提問：“那么，電是從哪里來的呢？”也許，坐在對(duì)面的小孩，會(huì)像三體II·黑暗森林中那個(gè)兩百年后的漂亮女護(hù)士一樣，不以為然地說：“電？到處都有電啊?！睘榱诉@樣輕率的答案而微笑吧，欣慰的是，他們，終于擁有了一個(gè)比我們更加寬廣更加自如的世界。 無線電力傳輸技術(shù)：創(chuàng)造未來空間神話 自17世紀(jì)人類發(fā)現(xiàn)如何發(fā)電后就用金屬電線來四處傳輸電力，一直到今天供電網(wǎng)、高壓線已遍布

16、全球的角角落落。生活中，大人們總少不了教導(dǎo)孩童“不要碰電源插口和裸露的電線”，想來那些高壓電線更是給不少人留下過“恐懼”感的記憶。而如今，無論是在工作還是生活中，越來越多的電器給我們帶來極大的便捷，不知不覺中各種“理不清”的電源線、數(shù)據(jù)線帶來的困擾也與日俱增這樣下去難道人間要“作繭自縛”？不過，這些年的科技發(fā)展表明，在無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)日益普及之時(shí)，科學(xué)家對(duì)無線電力傳輸 (Wireless Power Transmission, WPT)的研究也有了很大突破從某種意義上來講，無線電力傳輸也不是幻想在未來的生活中擺脫那些紛亂的電源線也已成為可能。 最近有報(bào)道稱，2008年8月的英特爾信息技術(shù)峰會(huì)(

17、IDF：Intel Developer Forum)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Joshua R.Smith等基于美國麻省理工學(xué)院(MIT：Massachusetts Institute of Technology)馬林索爾賈?？?Marin Soljacic)的研究理論進(jìn)行的，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2006年末有報(bào)道稱MIT在無線電力傳輸技術(shù)上獲得突破：物理學(xué)助教授馬林索爾賈希克為首的研究團(tuán)隊(duì)試制出的無線供電裝置(圖2)，可以點(diǎn)亮相隔7英尺(約2.1m)遠(yuǎn)的60W電燈泡，能量效率可達(dá)到40有關(guān)內(nèi)容刊登在

18、2007年6月7日的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的極大關(guān)注并進(jìn)行了“Goodbye Wires”之類的廣泛報(bào)道。 在2001年5月，國際無線電力傳輸技術(shù)會(huì)議在印度洋上的法屬留尼汪島(Reunion Island, France)召開期間，法國國家科學(xué)研究中心的皮格努萊特(G. Pignolet)，利用微波無線傳輸電能點(diǎn)亮40m外一個(gè)200W的燈泡。其后，據(jù)研究者有關(guān)文章介紹2003年在島上建造的10kW試驗(yàn)型微波輸電裝置(注：有些國內(nèi)報(bào)道誤作10萬kW)，已開始以2.45GHz頻率向接近1km的格朗巴桑村(Grand-Bas

19、sin)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線供電。 無線電力傳輸這種特殊的供電方式，是人類的夢(mèng)想之一。世界上第一臺(tái)交流電發(fā)電機(jī)的發(fā)明者尼古拉特斯拉(Nikola Tesla)在19世紀(jì)末就進(jìn)行過無線電力傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)，但最終未能成功。一百年后的今天，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)的實(shí)用化，以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大發(fā)展，無線電力傳輸已經(jīng)引起人們的極大興趣。本世紀(jì)以來，能點(diǎn)亮燈泡的無線供電技術(shù)，毫無疑問也點(diǎn)亮和刷新了人們對(duì)“無線”未來生活的無限憧憬。 對(duì)于在空間實(shí)現(xiàn)無線電力傳輸/供電的形式，總起來看大致有三類：第一類是通過電磁感應(yīng)“磁耦合”進(jìn)行短程傳輸；第二類是將電能以

20、電磁波“射頻”或非輻射性諧振“磁耦合”等形式中程傳輸；第三類是將電能以微波或激光形式遠(yuǎn)程傳輸發(fā)射到遠(yuǎn)端的接收天線，然后通過整流、調(diào)制等處理后使用。下面將舉例簡(jiǎn)要介紹這些方面研究開發(fā)情況或相關(guān)信息，供讀者參考。 短程無線供電技術(shù) 現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的變壓器是基于電磁感應(yīng)原理來工作的：由一個(gè)磁芯和二個(gè)線圈(初級(jí)線圈、次級(jí)線圈)組成；當(dāng)初級(jí)線圈兩端加上一個(gè)交變電壓時(shí)，磁芯中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，從而在次級(jí)線圈上感應(yīng)一個(gè)相同頻率的交流電壓，電能就從輸入電路傳輸至輸出電路。現(xiàn)在已經(jīng)商品化的非接觸式充電系統(tǒng)，其電能發(fā)射端的線圈(連接電源)與接收端的線圈(在電子產(chǎn)品中)，處于兩個(gè)分離的裝置中，電能通過感應(yīng)線圈

21、傳送，這類似一個(gè)線圈間耦合不緊密的變壓器。最早使用變壓器原理進(jìn)行無線供電的產(chǎn)品是一些電動(dòng)牙刷、電胡刀和無繩電話等，下面介紹一些相關(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)品的防水性，利于整體水洗、清潔方便。在充電插座和牙刷中各有一個(gè)線圈，當(dāng)牙刷放在充電座上時(shí)就有磁耦合作用，利用電磁感應(yīng)的原理來傳送電力，感應(yīng)電壓整流后就可對(duì)牙刷內(nèi)部的充電電池充電。 蘋果公司、摩托羅拉公司、LG以及Panasonic聯(lián)手NTT DoCoMo都在開發(fā)各自的無線充電器。而對(duì)用于手機(jī)的無接點(diǎn)充電器而言，只要在充電座和手機(jī)中安裝發(fā)射和接收電

22、能的線圈，便可實(shí)現(xiàn)無接點(diǎn)充電這不僅將擺脫線纜的束縛而且還將消除接口差異的限制，因此無線充電器設(shè)計(jì)更加人性化并且減少資源浪費(fèi)。 “免電池”無線鼠標(biāo) 鼠標(biāo)的工作需要電力支持，有線鼠標(biāo)通過與電腦的連接線來獲得電力，而無線鼠標(biāo)一般采用電池供電。電腦鼠標(biāo)從易招致污垢的機(jī)械鼠標(biāo)到無線光電鼠標(biāo)，使用的舒適度已有很大提高。而老牌鼠標(biāo)廠家雙飛燕公司從2004年開始推出的“免電池”無線鼠標(biāo)(需要在專門配備的鼠標(biāo)墊上操作)這里的鼠標(biāo)和配墊都有“奧秘”兩者內(nèi)部都安裝了電磁感應(yīng)線圈，鼠標(biāo)墊通過連接電腦的USB接口即可獲得電能，并由其感應(yīng)線圈向鼠標(biāo)內(nèi)的感應(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

23、人們常講的“RFID(無線射頻識(shí)別)”技術(shù)。 通用型無線供電“墊” 2003年英國劍橋SplashPower公司發(fā)明了無線充電(wireless recharging system)技術(shù)，也是根據(jù)電磁感應(yīng)進(jìn)行電力傳輸?shù)?，電能接收器“SplashModule”(厚不足1mm)可配置于充電終端手機(jī)、筆記本電腦，電能發(fā)送器則配置成充電器，2005年初這種商業(yè)化的無線充電器“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收器即可放到上面充電。 類似的產(chǎn)品還有美國WildCharge公司開發(fā)的無線充電系統(tǒng)，充電板的外觀像一個(gè)鼠標(biāo)墊，能夠放置在桌椅等任何平坦表面，可提供高

24、達(dá)90W的功率，足以同時(shí)為多數(shù)筆記本電腦以及各種小型設(shè)備充電。香港城市大學(xué)的許樹源教授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)品放在一個(gè)充電平臺(tái)上充電，充電時(shí)間與傳統(tǒng)充電器無異。2007年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(Universal Wireless Power Surface)”，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” 2006年日本東京大學(xué)產(chǎn)學(xué)研國際中心的櫻井貴康教授主持開發(fā)出一種家用電器無線供電方式，用一片圖書大小的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)

25、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，可為圣誕樹上的LED、裝飾燈、魚缸水中的燈泡或小型電機(jī)供電。使用前家用電器需要裝上可接收電能的感應(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組成，從下到上依次是電導(dǎo)可控的有機(jī)晶體管，感測(cè)兼容電子設(shè)備接近的銅線圈、接通或斷開電源的MEMS開關(guān)、傳送電能的銅線圈。當(dāng)電器進(jìn)入薄膜2.5cm范圍內(nèi)，最靠近的MEMS開關(guān)接通電源，電感線圈就利用電磁感應(yīng)向設(shè)備供電。試驗(yàn)驗(yàn)證，扣除發(fā)熱損耗的情況下能量轉(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

26、判斷電器所在位置，在居室空間的較大范圍內(nèi)可隨意放置。在無電源線的吸塵器、筆記本電腦以及家用機(jī)器人等的應(yīng)用方面有廣闊前景。 植入式醫(yī)學(xué)器件的充電技術(shù) 目前，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)小柳光教授，在2007年SSDM國際會(huì)議上，發(fā)表過使用電磁感應(yīng)型無線供電技術(shù)成果，他主持試制出可從外部向植入眼球的人工視網(wǎng)膜用LSI(Large-Scale Integration大規(guī)模集成電路)進(jìn)行無線供電的系統(tǒng)。另外，據(jù)2007年7月多家媒體報(bào)道，英國南安普敦大學(xué)的研究者成功

27、地研發(fā)出一款能將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能的“迷你發(fā)電機(jī)”，可望將來能憑借心臟病人的心跳為自己的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)也可能應(yīng)用于手機(jī)、MP3等移動(dòng)裝置僅靠人類的心跳就能無線充電。 中程無線供電技術(shù) 我們了解頻率介于75kHz和約10GHz之間的電磁波俗稱“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)其傳輸電能的本領(lǐng)比較陌生。通常電磁波在自由空間傳輸能量的過程中會(huì)向四面八方散發(fā)、不易集中、定向性差，因而供電效率是個(gè)問題；另外，還有對(duì)空間造成電磁“污染”的擔(dān)憂。有人認(rèn)為電磁波可以無線傳輸較長(zhǎng)的距離，但輸送能量有限，存在傳輸功率比較低(甚至只有幾微瓦到幾毫瓦)的問題

28、。Powercast公司的相關(guān)研究是利用電磁波損失小的天線技術(shù)，借助二極管、非接觸IC卡和無線電子標(biāo)簽等，實(shí)現(xiàn)效率較高的無線電力傳輸。 Jennifer Chu在科技評(píng)論中提到，MIT的索爾賈?？嗽紤]使用電磁波，但難以避免有大部分能量在傳輸過程中損耗，而激光等傳輸方法也存在難題，最終提出了“電磁共振耦合”概念,與電磁感應(yīng)方法相比，雖然采用的磁場(chǎng)弱，但可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離的傳輸；與電磁波傳播方式相比，電磁共振方式的能量流失少。 Powercast無線充電器 2007年3月“Business 2.0”等媒體報(bào)道，美國賓夕法尼亞州的Powercast公司開發(fā)無線充電技術(shù)，可為各種耗電量相對(duì)較低的電子產(chǎn)

29、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公司表示開發(fā)工作早在2003年就開始了，該技術(shù)已獲得FCC的批準(zhǔn)，其中整個(gè)系統(tǒng)主要包含兩個(gè)模塊：一個(gè)模塊是“Power Caster”發(fā)射器，可插在電源插座上；一個(gè)模塊是“Powerharvester”接收器(硬幣大小)，可嵌入電子產(chǎn)品里。發(fā)送器這邊利用安全的超高頻915MHz頻段把能量發(fā)送出去，而接收器在距離發(fā)送器將近一米范圍內(nèi)都可以接收到發(fā)射的電磁波而實(shí)現(xiàn)充電據(jù)稱約有70%的電磁信號(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的

30、公司簽訂了合作協(xié)議，計(jì)劃到2008年年底將交付數(shù)百萬個(gè)無線充電器?；诖?，飛利浦公司還曾準(zhǔn)備推出具有無線充電功能的無線鍵盤和鼠標(biāo)。報(bào)道稱該項(xiàng)技術(shù)之所以會(huì)得到多家廠商的青睞，原因在于它獨(dú)特的電磁波接收裝置，能夠根據(jù)不同的負(fù)載、電場(chǎng)強(qiáng)度來做調(diào)整，同時(shí)還能維持穩(wěn)定的直流電壓。 MIT隔空無線點(diǎn)燈實(shí)驗(yàn) 在文章開始提到的MIT的索爾賈?？搜芯繄F(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們發(fā)現(xiàn)的是一種全新的無線供電技術(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)出電磁波的天線(Wireless Non-radiative Power Transfer)”實(shí)現(xiàn)非幅射共振能量傳輸。MIT的研究者用兩個(gè)直徑60

31、cm的特殊銅線圈做實(shí)驗(yàn)，作為送電方的一個(gè)線圈接在電源上，作為受電方的另一個(gè)線圈置于2m外并連接一個(gè)燈泡。當(dāng)送電方的接通電源后，兩個(gè)線圈都以10兆赫茲的頻率振動(dòng)，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(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、金屬或其他電器等，燈泡仍會(huì)發(fā)亮。研究人員表示，沒有發(fā)現(xiàn)這一系統(tǒng)會(huì)影響人體健康，現(xiàn)在的電磁輻射水平大概和核磁共振儀類似，應(yīng)該是在安全范圍之內(nèi)。 該無線供電技術(shù)也稱為共振感應(yīng)耦合技術(shù)，關(guān)鍵在于利用了非輻射性磁耦合兩個(gè)相同頻率的諧振物體產(chǎn)生很強(qiáng)的相互耦合，采用單層線圈，兩端各放置一個(gè)平板電容器，共同組成諧振回路，減少能量浪費(fèi)。基于普通電磁感應(yīng)耦合的非

32、接觸電力傳輸，則是利用數(shù)百圈緊密纏繞的線圈，但只能在數(shù)毫米的范圍才得到60以上的傳輸效率。而該系統(tǒng)只是纏繞了5圈粗銅線作為天線的線圈，在進(jìn)行2m傳輸時(shí)效率約為40，距離為1m時(shí)效率竟高達(dá)約90?？梢娺@種融合了電磁共振的無線供電技術(shù)別具一格。 關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)離實(shí)用化還有多少距離的問題，該研究團(tuán)隊(duì)承認(rèn)技術(shù)還需改進(jìn)才能走進(jìn)家庭。一方面是輸電效率必須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)用目前銅線圈直徑為0.6m，要給整個(gè)房間的電器無線充電，預(yù)計(jì)直徑需達(dá)2.1m；此外，電磁能發(fā)射器工作的有效距離最遠(yuǎn)僅為2.74m，要想提高這一有效距離，電腦等設(shè)備還必須同樣配置一個(gè)帶有銅絲線圈的接收器。目

33、前該團(tuán)隊(duì)正設(shè)法改進(jìn)，希望電器離電源的有效供電距離能達(dá)到4m5m，銅線圈可縮小到安裝在筆記本電腦里的程度，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置有發(fā)射器的屋子里自動(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)合的角度來講，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的長(zhǎng)期供電，無線供電可能未必實(shí)用。除鋪設(shè)輸電線路困難的地區(qū)之外，但有一個(gè)特殊科技領(lǐng)域的發(fā)展非常倚重?zé)o線電力傳輸技術(shù)，那就是太空領(lǐng)域了，比如人造衛(wèi)星、航天器之間的能量傳輸?shù)龋桩?dāng)其沖的是未來太空太陽能發(fā)電站“隔空”給地球無線供電的研究擺

34、在人們面前。 在太空的太陽光線沒有地球大氣層的影響，輻射能量十分穩(wěn)定，是“取之不盡”的潔凈能源。如果在靜止軌道上建設(shè)太陽能電站，一年有99%的時(shí)間是白天，其利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，向太空要能源的需求愈發(fā)迫切。美國五角大樓國家安全太空辦公室(NSSO)在2007年10月的報(bào)告中則明確指出，要立即著手“向上鉆取能源”的工作，建議美國政府在未來10年投入100億美元建造一顆能將10GW太陽能傳回地球的試驗(yàn)衛(wèi)星。太空太陽能電站是利用衛(wèi)星技術(shù)，在太空把太陽能轉(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的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由兩大部分組成：太空部分太

35、陽能發(fā)電衛(wèi)星由火箭將太陽能發(fā)電衛(wèi)星發(fā)射到空間軌道上形成，在太空將太陽能轉(zhuǎn)化成電能；地面部分接收電站接收太空發(fā)電衛(wèi)星通過微波或激光等方式傳輸?shù)降孛娴碾娔堋?在外太空進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)電的國家有美、日、法、德、俄等。來自美國國防部的一份報(bào)告稱，建立空間太陽能電站的構(gòu)想無論在技術(shù)方面還是在經(jīng)濟(jì)方面都是可行的。太陽光是永恒不變的，太陽所釋放的能量相當(dāng)于當(dāng)前全球所消耗能量的10萬億倍，美國國家航天學(xué)會(huì)副主席馬克霍普金斯(Mark Hopkins)說:“我們只需要開發(fā)其中一少部分，就足以應(yīng)付我們當(dāng)前和未來許多年的能源需求?！?根據(jù)美國科學(xué)家預(yù)測(cè)，到2025年，美國有可能在太空建造100座太陽能電站，將會(huì)滿足美國全國30%的電力。而日本從20世紀(jì)80年代也已展開太空太陽能相關(guān)研究，目標(biāo)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