无线供电共振可行.docx

无线供电-现身无线供电2007年6月，麻省 理工大学的物理学助理教授马林索尔贾希克(Marin Soljacic)和 他的研究团队公开做了一个演示他们给一个直径60厘米的线圈通 电，6英尺(约1.9米)之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮 了这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”，而他本 人也因为这一发明获得了麦克阿瑟基金会2008年的天才奖新技术 所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，不由让人们 对室内距离的无线供电重新燃起了希望而它的关键在于“共振”无线供电-原理科学家们早就发现，共振是一种非常高效的传输能量方式我们都听 过诸如共振引起的铁桥坍塌、雪崩或者高音歌唱家震碎玻璃杯的故 事无论这些故事可信度如何，但它们的基本原理是正确的：两个振 动频率相同的物体之间可以高效传输能量，而对不同振动频率的物体 几乎没有影响在马林的这种新技术中，将发送端和接收端的线圈调 校成了一个磁共振系统，当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固 有频率相同时，接收端就产生共振，从而实现了能量的传输根据共 振的特性，能量传输都是在这样一个共振系统内部进行，对这个共振 系统之外的物体不会产生什么影响。

这就像是几个厚度不同的玻璃杯 不会因为同一频率的声音而同时炸碎一样最妙的就是这一点了当发射端通电时，它并不会向外发射电磁波， 而只是在周围形成一个非辐射的磁场这个磁场用来和接收端联络， 激发接收端的共振，从而以很小的消耗为代价来传输能量在这项技 术中，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，人们不用担心这种技 术会对自己的身体和其他设备产生不良影响在2007年马林演示他的成果的时候，这项技术能够达到40%左右的 效率这在某些场合是可以接受的，但是人们还想更进一步刚才我 们提到的英特尔公司研究员们已经把传输效率提升到了 75%，而马 林小组最近声称，他们做到了 90%这意味着，一年之间提高到原 来的两倍以上！虽然成效惊人，但改进空间也依然很大下一步，有望在提高传输效 率的同时缩小发射端和接收端的体积，最终实现用电设备内置接收端 的目标想象一下，这会对生活带来什么样的影响？我们可以完全从需要的 角度出发来摆放家用电器，不用再考虑附近是否有插座；我们在装修 房间的时候不用再考虑如何布设电线，笔记本电脑和这样的小件 电子设备永远显示电池充满，清扫机器人在房间里跑来跑去，不用过 一会就去找地方充电......这一天也许很快就会来到。

市场上已经有了 一些采用这种技术的原型产品，广泛使用也只是时间问题罢了无线供电-梦想无线供电尼古拉特斯拉(Nikola Tesla)的梦想——使用电磁波来 远距离供电——也许很快就会变成现实早在1890年，这位现代交 流电系统的奠基者就开始构想无线供电方法，最后提出了一个非常宏 大的方案——把地球作为内导体、距离地面约60千米的电离层作为 外导体，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，再利用环 绕地球的表面电磁波来远距离传输电力他想像广播一样，将电能传 遍全球为此，在J. P摩根的资助下，他在纽约长岛建立了57米高 的瓦登克里夫塔(Wardenclyffe Tower)来实现这一构想，但最终 被迫放弃虽然我们现在可以从理论上证明特斯拉的方案的确可行， 但是出于世界上各个国家的区隔，这种“天下大同”在短时间内恐怕不 会成为现实不过另一种远程无线供电方案可能会更容易实现一点加拿大科学家正计划制造一架无人飞机，飞行高度33千米，可以在 空中连续飞行几个月这可能是世界上第一架可以真正投入使用的远 程供电飞机，本身不携带燃料，而是从地面的微波站中获取能量微波是指那些频率在300MHz到300KMHZ之间的电磁波，它的波 长在1米到1毫米之间。

因为电磁波的频率越高，能量就越集中，方 向性也越强，所以人们认为，使用微波来无线传递能量可能是最好的 选择更何况，微波可以通过硅整流二极管天线转换成电能，转化效 率可以高达95%以上一一这样高的转化率已经可以让人满意了在这架无人机起飞之后，地面的高功率发射机通过天线将发射机所产 生的微波能量汇聚成能量集中的窄波束，然后将其射向高空飞行的微 波飞机微波飞机通过微波接收天线接收能量，转换成百流电，再由 直流电动机带动飞机的螺旋桨旋转因为无需携带燃料和发动机，这 种飞机的有效载荷将会大大提升其实早在1968年，美国航天工程师彼得格拉泽(Peter Glaser)就已 经更进一步，提出了空间太阳能发电(SSP，Space Solar Power) 的概念他设想在大气层外通过卫星收集太阳能发电，然后通过微波 将能量无线传输回地面，并且重新转化成电能供人使用这一设想， 不是在仅数十千米的距离上用微波传递能量，而是要把能量在三万多 千米之外，从太空精确地射向地面接收站想象一个地球同步卫星它停留在赤道上空36，000千米的高度， 太阳能电池阵列始终对太阳定向，微波发射天线则瞄准地面的接收天 线这儿，不存在在地面接收太阳能所必然面临的照射时间、气候、 重力等问题，每年有277天可以全天接受日照，而被地球遮挡时，最 长停电时间也不过75分钟。

它每年有99%以上的时间把源源不断的 太阳光能转化为电能，效率将比地面上同样规模的太阳能电站高出十 倍左右1977~1980年，美国宇航局和能源部共同出资，对空间太阳能发电 的问题进行了概念研究，得出结论：这种方式不存在不可克服的技术 困难但是后来这个计划一度被锁进保险柜，原因在于耗资惊人日 前把物品送上太空还是很花钱的，要在太空中组装一颗收集太阳能来 发电的卫星，成本令人难以接受不过，随着地球上不可再生资源的逐渐消耗，这个计划又被摆上了桌 面现在有几个能源消耗大国和能源匮乏的国家正在论证这种方案的 可行性，并且开始了小规模实验，来验证在大气内进行微波能量传递 以及从太空向地面发射微波束的实际效果，而日前比较乐观的估计 是，2010〜2020年太阳能发电卫星就可以进入实用阶段了无线供电-应用无线供电感谢迈克尔 法拉第(Michael Faraday)，这个英国人在 1831年发现的电磁感应，带领我们进入了电气时代到了今天，谁 不需要电？法拉第的发现，也促进了近距离无线供电技术的发展最早的工业化 近距离无线供电技术早在1885年就已经被实际应用了：随便拆开一 个家用变压器，我们就会看到变压器里会有两组导线缠在一个铁芯框 架上，但它们彼此并没有直接相连。

不仅如此公共交通卡、一些学校的饭卡，还有二代身份证，这些也 都需要电在这些卡证中都有一块小小芯片，里面最少存储着一个唯 一的编号这一小块芯片就像是我们的一条内存或者一块硬盘，没有 电的时候，它和一粒沙子没什么区别即使储存了很多信息，也没有 办法传递出来这种卡证的供电原理与变压器的原理类似读卡机周围会形成一个快 速变化的磁场，芯片进入这个磁场时，周围的线圈内就会产生感应电 压，激活芯片，并且把自己的编号通过线圈发射出去被读卡机接收 读卡机会根据编号的不同而做出不同的反应，例如告诉你现在饭卡账 户里还剩多少钱通过电磁感应来进行无线供电是非常成熟的技术，但会受到很多限 制最主要的问题是，低频磁场会随着距离的增加而快速衰减如果 要增加供电距离，只能加大磁场的强度然而，磁场强度太大一方面 会增加电能的消耗，另一方面可能会导致附近使用磁信号来记录信息 的设备失效我们都不想自己的硬盘里面的数据被强磁场一笔勾销 吧所以这种方式往往会应用在一些防水要求比较高的小家电上，例如某 些电动牙刷和电动刮胡刀等人们也在尝试用电磁感应为这样的 小型设备充电从2005年开始，市场上就已经有了一些无线充电器， 但使用起来并不能算是很方便，充其量也只是减少了我们把插上 变压器的麻烦而已。

有了室内距离的无线供电设备，谁还需要这种东 西呢？无线供电-未来无线供电我们经常会使用和风筝相关的比喻风筝飞得再高，也总会 有一根线握在手里断线的风筝也许会一时飞得更高，但最后一定会 坠落地面也许以后会改用遥控航模的比喻吧一一没有线，却依然尽在掌握当可以在远距离、中等距离和近距离都广泛实现无线供电的时候，人 类日前最常用的能量将会变得像空气一样随处可得无需再抱怨没有 合适的充电器，不用再为电子设备准备厚重的电池以尽量延长它们的 待机时间我们可以把手持设备做得更小更薄，甚至可以容易地植入 体内在那时候，生活又是何等一幅模样？没有人知道当终于可以解开电线的束缚时，我们会飞得更高，走得 更远，远到超出想象正如每天呼吸空气而不自觉一样，我们终会把无处不在的无线电力当 作一件自然而然的事情，却忘了仅仅在200年前，祖辈们还仅仅把电 当成一种用来博人一笑的小小魔术也许有一天，我们会对我们的下一代谈起我们年轻的时候讲述中极 尽描述从线缆束缚的无奈走到无线的自由这一过程会回味那些有电 线的日子，不可避免地谈及那些因电线接头松动让所有工作成果化为 一缕青烟的小插曲会怀念电池的质感，会怀念在抽屉里缠成一团的 充电器的沉稳踏实。

也许还会一遍遍提起法拉第、麦克斯韦，以及特 斯拉这些名字我们会像小时候的老师那样，循循善诱地提问：“那 么，电是从哪里来的呢？ ”也许，坐在对面的小孩，会像《三体II-黑暗森林》中那个两百年后 的漂亮女护士一样，不以为然地说：“电？到处都有电啊为了这样轻率的答案而微笑吧，欣慰的是，他们，终于拥有了一个比 我们更加宽广更加自如的世界。