近几年来,就连手机也出现了无线充电的技术,可以说无线输电技术已经开始渗透到我们生活的方方面面,那么无线输电技术到底有什么好处呢?它中国的发展状况又怎么样呢?
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无线输电是在1889年由塞尔维亚裔美国籍的工程师尼古拉·特斯拉提出来的,他一生中的发明非常多,一共拥有700多项,也有的说法是大约1000项,在史上是排在第2位,排在第1位的是爱迪生,大约拥有2000项的发明。
特斯拉的发明涉及的领域比较多,但大部分的发明都涉及到电,例如著名的“特斯拉线圈”就是由他发明的;而无线输电提出来已经拥有100多年了,在过去的确也发挥出非常大的作用,例如无线通信技术就是在这种基础上发展出来的,给人们的生活真的带来了非常巨大的改变。
要是说到无线输电,有很多人想到的应该就是雷电了,这是一种自然现象,而且由于它出现的时候,通常都会伴有非常大的雷声,所以会给人非常深刻的印象。不过雷电是由于云朵存在高压,高压将气体电离之后形成的自然现象,而无线输电根本就不是利用这种方式来实现的。
无线输电技术的原理大约可以分为三种:
第一种就是电磁感应的方式。这种原理其实在中学的课本就已经学过,需要两个线圈,一个是作为发射线圈,另外一个就作为接收线圈,然后发射线圈通上交流电,就会产生变化的磁场,只要接收线圈在这个变化磁场的影响范围之内,就会产生感应电流,起到无线输电的效果。
这种输电的方式效率比其他的无线输电要高一些,但传输的距离比较短,而且对于充电目标的对准也有一定的要求。例如手机所使用的无线充电技术,就是在这种原理下产生的,一般在给手机充电的时候,人们又突然想要使用手机,就可以省去了插拔充电头的麻烦。
但在这方面带来的更大好处就不见得了,毕竟这样的充电方式还是需要利用一个机座,连接着电源,也就是充当发射线圈的作用。有一些汽车也开始使用清洁能源,其中有很大的一部分就是使用电力,所以能给这种汽车及时充电,可以使它们的续航能力变得更长,这种充电方式也有可能会利用在汽车上,在不断地改变着我们的生活。
第二种就是磁共振的方式。磁共振的无线充电仪器同样也需要发射和接收的两套装置,只不过它们会设计好固定的频率,然后就会产生共振,接收的一方就会从发射的一方获得能量,电力也是这样产生。
磁共振式的无线输电距离可以达到很远,可以通过增加发射机和接收机的线圈尺寸和数量来实现,传输的距离也可以达到千米级,但它的传输效率比较低,一般只有40%~50%,也就是有很大的能量在传输的过程中就已经损耗了。而且由于需要进行长距离传输能量,功率一般也会变得特别大,很明显也会影响到人的身体健康,所以这种方式想要更加广泛的推广应用,会变得非常困难。
第三种就是无线电波的方式。这种原理其实和无线电通信是一样的,只不过是他们传输的对象不同。无线电通信一般传输的就是信息,而无线输电需要传输的就是能量,使电磁波转化成为电流。
无线电波的输电方式传输距离是属于10米级的,但它的能量损耗也会变得特别大,通常输电效率比磁共振式的输电效率还要低,一般都在40%以下,相对来说这种方式对于人体健康的影响就没那么明显。无疑无线电波的波长变得更长,更加有利于增加输电的距离,因为波长变得更长,就更加有利于绕过障碍物,但传输的效率也会变得更低,其实就是一对矛盾。
三种传输方式都有各自的优势,但对于改变我们的生活方式还是特别大的。例如在一些较为偏远的山区、海岛或者峡谷,那里的人烟比较稀少,又或者是进行护林工作的人员,要想在那些偏远的地区建设电力的基础设施,由于使用的人非常少,再加上一些地形比较复杂,同样都会造成建设的成本比较高。
但如果使用无线输电技术,传输的效率并不是特别理想,至少也可以为他们提供电力使用,方便这些人员的生活。
无线输电技术并不仅是为这些人群设计的,在我们生活的方方面面也得到了很多的应用,前面所提到的电动汽车和无线充电手机就是比较常见的例子,而且有一些企业还将它运用到了电动牙刷、电冰箱和电饭锅等家用电器上面。
目前,中国的科学家已经实现了10米级无线微波电能传输,在国内首次实现20米距离、功率达到千瓦的无线电力传输,虽然整体传输效率只有达到25.5%,但在世界上已经是属于先进水平了。无疑这样的距离,在一套房子里面使用还是可以的,要想在更远的距离来使用,就变得很困难了。
即使是这么短的距离,它的应用还是特别多。随着工业自动化的发展,在一些工厂里面有很多工作都是由机器人来完成的,如果机器人是固定在某个位置的还好,但如果它们是需要不停走动的,还是用一根长长的输电线来为它们提供电力来源,这就会带来非常大的麻烦。
如果是给它们使用电池,但电池总有一天也会将电力耗尽,这时候又需要花时间去更换电池,又或者是需要拿电池去充电,都会影响到工作的效率。如果它们是使用无线输电技术,效果就会好了很多,机器人基本上可以连续不断地工作,一切都会变得更加智能和高效。
无线输电在航空航天领域也会有应用。例如在一些无人机或者高空作业的平台,它们的电力输送会受到特殊条件的限制,通过无限深度就可以很好的解决它们用电的问题,将来要是可以在太空中建立发电站,就可以专门地为航天器输电,很有可能会使航天器的太阳能电池板都没必要了,这对于简化航天器应该也会起到一定的作用。
中国的科学家也不会满足20米的无线输电距离,还会继续进行研发,以后也会在微波输电的传输距离、传输效率和电磁环境安全特性等三个方面的性能继续提高,逐步实现百米级乃至千米级的微波无线输电技术,到时候的应用将会变得更加广泛。
综上所述,无线输电技术的原理一般可以分为三种,它们分别是电磁感应式、磁共振式和无线电波式,由于输电方式的不同,输电的效率以及对于人体的影响程度也会有很大的不同,所以它们都是各有优势。
无线输电技术的应用非常广泛,但凡是需要用到电的地方,都有可能会得到应用。但由于无线输电技术在传输效率和传输距离等方面受到限制,目前的应用一般只限于受到特殊条件限制的地方,即使是这样,给人类带来的便利也是非常大的。
从无线输电技术的原理来看,要想得到非常广泛的应用,最好就是使用无线电波输电,而中国在这方面的研究,已经达到了20米距离和千瓦级的功率,未来还会不断地发展,又会给人们带来哪些惊喜呢?你到底是怎么看的呢?