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在5米远的距离实现无线供电  

2014-07-18 16:49:46|  分类: 每日科学新闻 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文来自“科学美国人”中文版《环球科学》http://www.huanqiukexue.com/html/newcy/newxxjs/2014/0718/24635.html


从有线供电到无线供电——电子设备供电的方式在过去几十年里发生了巨大的变化。

  

在5米远的距离实现无线供电 - 科学美国人 - 环球科学
 
图片来源:KAIST
 
如今的用户们使用着各种的无线电子产品,包括手机、移动显示器、平板电脑,甚至是电池。互联网也从有线连接转为无线连接。现在,研究人员和工程师们正试图摒弃最后的电线,集中致力于开发无线供电技术。
 
2014年4月16日,韩科院(KAIST)的核与量子工程(Nuclear & Quantum Engineering)教授Chun T. Rim和他的团队在韩国大田(Daejeon)韩科院校园展示了一种最新远距离无线供电技术,该技术较之以往有着巨大的提升。他们研制的“偶极子线圈谐振系统(DCRS)”能够在更大的范围内进行无线感应供电,其发射器和接收器之间的距离可以远至5米。
 
2007年,MIT(麻省理工学院)推出了磁共振耦合系统(CMRS),其能够在2.1米的范围内通过电磁场进行供电。该发明使得远距离无线供电的发展研究变得炙手可热。
 
然而,就延伸无线功率的距离而言,磁共振耦合系统(CMRS)在商业化的进程中暴露出了一些有待解决技术缺点,其中包括:线圈结构过于复杂(由4个线圈输入、输出、接受和负载);谐振线圈尺寸过大;高频(在10 MHz范围内)要求发射机和接收机线圈产生共振,从而导致传输效率低;由于要求达到2000的品质因数,这使得谐振线圈对周围环境因素非常敏感,比如温度、湿度、和人的靠近。
 
Rim教授通过DCRS提出了一个可行的方法来解决这些问题,他优化设计了一种具有两个磁偶极子线圈的线圈结构,初级线圈用来诱导磁场,次级线圈用来接受电能。不同于内置CMRW中的笨重的环形空气线圈,KAIST的研究小组在其中心采用了紧凑的铁氧体磁芯棒与线圈。初级绕组的高频交流电流产生的磁场,然后联动磁通感应在次级绕组的电压。
 
既可伸缩又轻便的偶极子线圈谐振系统(DCRS)仅仅3米长,10厘米宽,20厘米高,明显比磁共振耦合系统(CMRS)小巧很多。该系统有100的低品质因素,使其对抗环境改变的稳定性增加了20倍,并且能够在100KHz的低频下很好的工作。该团队进行了多次实验并取得了可喜的成果:例如,在20KHz运作下,在3米、4米、5米距离处最大输出功率分别为1403W、471W和209W。对于100W的电力传输,在3米、4米和5米处整个系统效率分别为36.9%、18.7%和9.2%。“使用偶极子线圈谐振系统,能够在五米的范围内对一个大型LED电视或者同时对三个40W的电风扇进行供电。”Rim教授说。
 
“我们的技术验证了在如此远距离内进行无线供电的可能性。虽然目前远程无线电力传输仍然处于商业化的初级阶段且造价昂贵,但我们认为,这正是未来电力供应发展的正确方向。
 
就像如今我们身边无处不在的Wi-Fi覆盖区域,未来的餐馆和街头将会涌现出许多为我们的电子设备供电的无线供电覆盖区域(Wi-Power)。我们能够在任何地方随意地使用无线设备,彻底摆脱电线的束缚和充电的烦恼”。Rim教授的团队完成的研究项目与韩国水电与核电有限公司(the Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd)在今年三月为核电站里的重要仪表和控制设备进行了远程电力供应,/以便在遇到类似于“福岛第一核电厂灾难”( the Fukushima Daiichi nuclear plant)的紧急情况时,能够做出最好的应对。该试验中,他们成功地将10W电力传输到了位于基站7米之外的厂房。
 
该研究结果于2014年3月发表在 IEEE Transactions on PowerElectronics期刊之上。(翻译:方裕  审稿:林然)   
 
原文链接:http://www.sciencedaily.com/releases/2014/04/140417124509.htm
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