无线电源
2008年5月21日 | 作者: Jennifer Chu | 栏目: 信息科技
在19世纪后期,电能点亮灯泡的现实促使人们狂热地寻找电力配送的最佳途径。领跑人就是发明家特斯拉(Nikola Tesla),他有一个宏伟目标,想用电点亮全世界。但要将电送到每个城市、每栋楼房乃至每个房间,就必须构想出一个庞大的基础配线网络,其难度可想而知。因此,特斯拉认为,无线输送才是他要攻克的难题。他计划建造一个高约57米的塔,宣称要将电输送到千里之外的某些地方,他甚至开始在长岛动工建设这个塔。虽然他的团队做了一些试验,但在塔完工之前,钱却用完了,空中传电的豪言壮语成了空谈,同时,工业界已接受了有线送电的现实。
几年前,美国麻省理工学院物理学助教索尔加斯克被一阵手机的铃声吵醒。索尔加斯克说:“如果不把手机放在充电器上充电,它就一直响个不停。”朦胧中,他想,要是手机一拿回家就开始自己充电,该有多好。
于是,索尔加斯克开始寻找无线传输电力的方法。与特斯拉不同的是,他没有追求远程输电计划,而是想寻求一种可为手机、PDAs和笔记本电脑等便携设备充电或供电的中程输电方式。他想采用无线电波,因为无线电波能在空中有效地发送信息,但随后他就发现,无线电波的大部分能量会在空中被损耗掉。更有针对性的方法如激光则需要清晰的瞄准线,而且还可能对其所经过的路径上的其他物质造成危害。因此,索尔加斯克希望找到一个既有效又安全的方法,既能直接给接收器供电,又不会把能量分散到周边环境中。
最终,他决定利用共振耦合的现象,即将两个物体调到相同的频率既能有力地交换能量,而对其他物体产生的影响又很弱。比如,拿一套玻璃酒杯,每个杯子都倒上不同量的酒,玻璃杯就会在不同的声频下产生振动。如果一个歌手的音调正好与其中一个玻璃杯的频率匹配,这个玻璃杯就可能因吸收太多的能量而破碎,但其他玻璃杯不受任何影响。
索尔加斯克发现磁共振是电力传输的一种潜在手段,因为磁场能在空中自由穿行,对环境没有太大的影响,且只要在适当的频率上,对人的影响也很小。于是,通过与麻省理工学院的物理学教授乔诺普斯(John Joannopoulos)和费希尔(Peter Fisher)以及三个学生合作,他设计出了一个简单的装置,用无线方式给一个60瓦的灯泡供电。
为此科研人员做了两个共振铜线圈,把它们悬挂在约2米开外的天花板上。当他们将一个线圈插入墙中时,流经线圈的交流电就建立了一个磁场。频率相同且与灯泡相连的第二个线圈与磁场发生共振,产生电流,继而点亮灯泡,即便两个连线圈之间有一堵薄墙也能产生电流。
迄今,最有效的设备包括几个60厘米直径的铜线圈和一个10兆赫的磁场,如果在2米的距离上进行电力传送,效率约为50%。该科研小组正在研究银和其他材料,以减小线圈的尺寸并提高输电效率。索尔加斯克说:“最理想的当然是达到100%的效率,但实际上,达到70%到80%的效率就可运用了。”
同时,无需连线就可以给电池进行充电的其他方法不断涌现。Powercast、FultonInnovation和WildCharge等新兴企业已开始向用户销售在家里,甚至在车中就可以给手机、MP3播放器和其他设备无线充电的适配器和基座。与其他方法不同的是,索尔加斯克的技术将来有可能实现处在发射器的范围内,设备无需基座就可以自动充电。
美国麻省理工学院的这项研究引起了电子公司和汽车业的关注。提供资金支持的美国国防部希望这个研究成果能够解决部队战士电池自动充电的困难。尽管如此,索尔加斯克仍对其业内的可能合作对象守口如瓶。
索尔加斯克说:“在当今电池大行其道的世界中,该技术显示出其强大的应用潜力和市场前景。因此,这是一个激动人心的发明。”我们十分期待这一技术的诞生。
人物:索尔加斯克,美国麻省理工学院
定义:无线电源技术无需电缆就可以把电力传输给设备。
影响:只要是在一个无线电源的范围内,任何低功耗设备如手机、iPod或笔记本电脑等都可以自动充电,无需各种电缆,甚至电池。
背景:抛掉电源线,今天无所不在的便携式电子产品就可能变成真正的无线电产品。不少科研人员和新兴企业都想在这一日益成长的领域中崭露头角。
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