此原理與電力系統(tǒng)中常用的變壓器原理類似。在變壓器的原邊通入交變電流,副邊會由于電磁感應原理感應出電動勢,若副邊電路連通,即可出現(xiàn)感應電流。電力系統(tǒng)中的電壓、電流互感器也是采用了類似的原理。
相對于無線輸電而言,變壓器的原邊相當于電能發(fā)射線圈,副邊相當于電能接收線圈,這樣就可以實現(xiàn)電能從發(fā)射線圈到接收線圈的無線傳輸。
雖然電磁感應原理在電力系統(tǒng)中應用的初衷并不側重于電能的傳輸,而是利用能量的轉化改變電壓、電流的數(shù)量級,但其對無線輸電確實產生了一定的啟發(fā)作用——尤其是電能的小功率、短距離傳送。
目前使用電磁感應傳遞電能的主要有電動牙刷,以及手機、相機、MP3等小型便攜式電子設備,由充電底座對其進行無線充電。電能發(fā)射線圈安裝在充電底座內,接收線圈則安裝在電子設備中。這種原理的無線輸電方式市場上已經存在。
2、諧振式無線輸電
這種無線輸電方式與無線通信原理類似,其發(fā)送端諧振回路的電磁波開放式彌漫于整個空間,在接收端回路諧振在該特定的頻率上,從而實現(xiàn)能量的傳遞。這種輸電方式在接收端輸出功率比較小時可以得到較高的傳輸效率。但其存在電磁輻射,傳輸功率越大,距離越遠,效率越低,輻射就越嚴重。因此這種方式也是只適用于小功率、短距離的場合。
3、磁耦合共振原理
這種方式需要發(fā)射和接收兩個共振系統(tǒng),可分別由感應線圈制成。通過調整發(fā)射頻率使發(fā)射端以某一頻率振動,其產生的不是彌漫于各處的普通電磁波,而是一種非輻射磁場,即把電能轉換成磁場,在兩個線圈間形成一種能量通道。接收端的固有頻率與發(fā)射端頻率相同,因而發(fā)生了共振。隨著每一次共振,接收端感應器中會有更多的電壓產生。經過產生多次共振,感應器表面就會集聚足夠的能量,這樣接收端在此非輻射磁場中接收能量,從而完成了磁能到電能的轉換,實現(xiàn)了電能的無線傳輸。未被接收的能量被發(fā)射端重新吸收。這種非輻射電磁場的范圍比較有限,不適用于長距離,要求發(fā)射端與接收端在感應線圈半徑的8倍的距離之內。
2007年,以美國麻省理工學院物理學家MarinSoljacic為首的研究小組利用此原理,以兩個直徑1500px的銅線感應線圈作為共振器,一個與電源相連,作為發(fā)射器,另一個與臺燈相連,作為接收器。他們成功把一盞距發(fā)射器2.13m開外的60瓦燈泡點亮。從而在實驗上說明了此原理的可行性。
4、微波無線輸電
前幾種無線輸電方式適用的距離、傳輸?shù)墓β识急容^小,要想實現(xiàn)長距離、大功率的電能無線傳輸,則可采用微波或激光的傳輸方式。由于微波或激光的波長比較短,故其定向性好,彌散小,可用于實現(xiàn)電能的遠程傳輸。這種傳輸系統(tǒng)由電源、電磁波發(fā)生器、發(fā)射天線、接收天線、高頻電磁波整流器、變電設備和有線電網(wǎng)組成,其大致流程如下。
電源→電磁波發(fā)生器→發(fā)射天線→接收天線→整流器→變電→電網(wǎng)
之前小編也說過無線輸電的應用前景,如果無線輸電得以實現(xiàn)(zui可能的是在小功率短距離情況下),那么在房間里的各種電氣設備便可接收無線電能。雜亂如麻的電線和插板將不復存在,而且一次性電池的使用量也會大為減少,對節(jié)約資源和保護環(huán)境都非常有利。各大公共場所都會安裝無線充電設備,就不會出現(xiàn)沒帶充電器而不知所措的問題。電車也不必到充電站進行充電,而且也會減少因蓄電池沒電而停止運行的情況。病人不需要做手術就可以給體內的電子設備充電。
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