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【能源】俄科学家研发高效无线电力传输系统,效率可达80%
柏岩 2016-01-27
导语

无线电力传输技术不断发展,但是传输效率一直都不高。近日,俄罗斯科学家研发出了更高效的无线电力传输系统,效率能达到80%.

无线功率传输系统的原理示图(左)和实验装置(右)功率从一个陶瓷通过球的'相同磁共振机制传递到另外一个

目前商用无线电力传输(Wireless Power Transfer,WPT)主要限于手机的充电与传统的直接将您的手机插入到墙上进行充电不同无线电力传输系统充电只需将手机放在一个无线充电垫上面即可在未来这种无线电力传输技术还可以扩展到更大的距离,而且传递效率将更高,可能整个房间甚至建筑物都将作为电话,计算机其他电子设备的无线充电区域

无线电力传输WPT)概念是在20世纪初由著名物理学家特斯拉率先提出的但直到2007年,一个来自麻省理工学院的科学家团队才展示了WPTWiTricity可行性,他们给距离两米的60瓦灯泡进行无线供电,传递效率为45

在前人的研究工作基础上一支由Polina Kapitanova领导的来自位于俄罗斯圣彼得堡的ITMOGiricond研究所研究团队提出了一个新的无线电力传输(WPT)系统根据数值模拟结果,他们的无线能力传输系统20厘米的距离保持80%的传输效率,同时当距离增加时,效率降低非常小。他们的工作发表在近期《应用物理快报》(Applied Physics Letters

与其他无线电力传输(WPT)系统一样新系统也是基于共振耦合原理。类似于一个歌剧歌手的强有力的声音如何可以将足够的能量转移到具有相同谐振频率的酒杯上,使酒杯粉碎如果两个谐振线圈具有相同的谐振频率,其中一个谐振线圈可以将能量转移至第二个谐振线圈,而其它的附近物体则不会受到影响,因为它们不具有相同的谐振频率。WPT系统中,为了进一步减少非预期的相互作用两个线圈的谐振频率常常利用磁场进行耦合因为磁场与大多数物体,包括人体的相互作用非常

图:传输效率随距离的变化曲线比较,磁四极模式(绿线磁偶极子模式红色虚线麻省理工学院提出的系统蓝色虚线

在新的论文中,研究人员证明,他们可以在新的无线电力传输系统中采用两种方式降低功率损耗进而提高效率首先,他们使用“高介电常数低损耗介质谐振器取代了传统的铜线圈,“介电常数低损耗介质谐振器看起来像两个陶瓷球体这些谐振器具有高的折射率,这意味着电磁波通过它们时的行进速度大大减慢。对于无线电力传输系统这个性质可以为陶瓷球体带来磁共振而强磁共振具有更高的传输效率

研究人员作出减少辐射损失第二个变化是使用一个通常使用的更高阶谐振频率模态它们使用磁性四极子模式代替磁性偶极子模式)。这两个模式的不同在于磁场的形状和大小方面研究人员还发现,四极子模式下的无线能量传输系统(WPT)效率不仅更,而且也发射器和接收器在空间中无规取向更不敏感。使用过无线手机充电器的用户都知道,为了接收功率手机必须与充电垫完全对准,而四极子模式则没有这样严格的对准要求

这项工作的主要想法是展示基于高折射率介质谐振器近场磁共振无线电力传输系统Kapitanova表示。 相对于传统的铜线圈高折射率的介质谐振器支持更高的模态因此,我们建议在磁四极子模式下而不是磁偶极子模式进行无线能量传输,由于减少了欧姆和辐射的损失,这样会得到更高的无线传输效率

未来,研究人员计划进一步提高无线能量传输系统,使接收机能在任意的角度下都具有很高的传输效率他们还计划减少谐振器的尺寸以进行实际应用

“现在我们正在对下一代的无线能量传输系统WPT构型进行制造和实验研究Kapitanova说。 我们Giricond研究院合作制造出了新的陶瓷谐振器,具有较高的介电常数和低损耗我们相信,这个原型将非常接近实际应用。

文章链接:

Wireless power transfer based on magnetic quadrupole coupling in dielectric resonators

消息来源:

Scientists propose high-efficiency wireless power transfer system

(本文由e科网编译整理)

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  • 无线电力传输
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文章评论(4)
梅西[北京工业大学]

提供了无线电力传输的新的提高效率的办法

966天前 | 回复
罗纳尔多[北京理工大学]

是20厘米的时候,传输效率是80%,当距离增加以后,肯定会减小的

971天前 | 回复
爬上海岸的鱼[SYNNEX China]

四极子模式优于偶极子模式,在加上使用先进的谐振器,效率达到80%

972天前 | 回复
柏岩[北京航空航天大学]

无线电力传输的鼻祖特斯拉,伟大的天才

972天前 | 回复
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作者 柏岩

硕士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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