為行駛中的電動(dòng)汽車進(jìn)行無線充電

盡管智能手機(jī)上已經(jīng)有無線充電板，但它們只有在手機(jī)靜止不動(dòng)的情況下才能工作。對(duì)于汽車來說，這和目前在充電站充電一兩個(gè)小時(shí)一樣不方便。

三年前，斯坦福大學(xué)的電氣工程師Shanhui Fan和他實(shí)驗(yàn)室的研究生Sid Assawaworrarit建立了第一個(gè)可以無線為運(yùn)動(dòng)中的物體充電的系統(tǒng)。然而，這項(xiàng)技術(shù)的效率太低，在實(shí)驗(yàn)室之外沒有用處。

現(xiàn)在，在《自然電子》雜志上，兩位工程師展示了一項(xiàng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)將來可以推廣到為公路上行駛的汽車提供動(dòng)力。從近期來看，該系統(tǒng)可能很快就能實(shí)現(xiàn)在機(jī)器人在倉(cāng)庫和工廠地板上移動(dòng)時(shí)為它們無線充電，從而消除停機(jī)時(shí)間，使機(jī)器人幾乎可以全天候工作。

他說：“這是朝著一個(gè)實(shí)用、高效的汽車和機(jī)器人無線充電系統(tǒng)邁出的重要一步，我們將不得不加大給行駛中的汽車充電的功率，但我不認(rèn)為這是一個(gè)嚴(yán)重的障礙。對(duì)于給機(jī)器人進(jìn)行無線充電，這已經(jīng)在實(shí)用范圍內(nèi)了?！?/p>

無線充電器通過產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)來傳輸電能，這個(gè)磁場(chǎng)以一定的頻率振蕩，在接收設(shè)備的線圈中產(chǎn)生共振振動(dòng)。問題是，如果光源和接收器之間的距離變化很小，諧振頻率就會(huì)改變。

三年前，研究人員取得了第一個(gè)突破，他們開發(fā)了一種無線充電器，即使與接收器的距離改變，它也能傳輸電流。他們通過集成放大器和反饋電阻來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，當(dāng)充電器和移動(dòng)物體之間的距離改變時(shí)，反饋電阻允許系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整其工作頻率。但是，最初的系統(tǒng)沒有足夠的效率來實(shí)現(xiàn)。放大器內(nèi)部使用如此多的電來產(chǎn)生所需的放大效果，以至于系統(tǒng)只傳輸了流經(jīng)系統(tǒng)的10％的功率。

在他們的新論文中，研究人員展示了如何將系統(tǒng)的無線傳輸效率提高到92％。Assawaworrarit解釋說，關(guān)鍵是用一個(gè)更高效的“開關(guān)模式”放大器取代原來的放大器。這種放大器并不新鮮，但它們非常挑剔，而且只能在非常精確的條件下才能產(chǎn)生高效率的放大效果。經(jīng)過多年的修修補(bǔ)補(bǔ)和額外的理論研究，我們才設(shè)計(jì)出了有效的電路結(jié)構(gòu)。

這個(gè)新的實(shí)驗(yàn)室原型可以在2到3英尺的距離內(nèi)無線傳輸10瓦的電力。研究人員說，擴(kuò)大一個(gè)系統(tǒng)來傳輸一輛汽車所需的數(shù)十或數(shù)百千瓦電力，沒有任何根本的障礙。這個(gè)系統(tǒng)的速度足以為一輛超速行駛的汽車提供補(bǔ)給。無線傳輸只需要幾毫秒——這只是以每小時(shí)70英里的速度行駛的汽車穿過4英尺充電區(qū)所需時(shí)間的一小部分。唯一的限制因素，將是汽車電池需要吸收所有的電力需要多久。

Assawaworrarit說，無線充電器不會(huì)構(gòu)成健康風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榧词故枪β首銐虼蟮钠嚦潆娖饕矔?huì)產(chǎn)生完全在現(xiàn)有安全準(zhǔn)則范圍內(nèi)的磁場(chǎng)。的確，磁場(chǎng)可以在人們沒有任何感覺的情況下把電傳導(dǎo)給他們。

盡管無線充電器要在高速公路上嵌入可能還需要很多年，但機(jī)器人甚至無人機(jī)的機(jī)遇更為緊迫。與長(zhǎng)時(shí)間的高速公路相比，在地面或屋頂安裝充電器的成本要低得多。研究人員說，想象一下一架無人機(jī)，它可以偶爾俯沖下來，在屋頂上盤旋，快速充電，就能飛一整天。