大多數(shù)電動牙刷通過感應(yīng)耦合進行充電。

　　除非您特別有條理并且擅長領(lǐng)帶纏繞，否則您的家中可能會纏繞一些塵土飛揚的電源線。你甚至可能不得不沿著一根特定的繩索穿過看似不可能的咆哮到 出口，希望你拔的插頭是正確的。這是電力的垮臺之一。雖然它可以讓人們的生活更輕松，但它會在此過程中增加很多混亂。

　　由于這些原因，科學家們試圖開發(fā) 無線電力傳輸 這可以減少混亂或?qū)е虑鍧嵉碾娏碓?。雖然這個想法聽起來很未來，但它并不是特別新。尼古拉·特斯拉在 1800 年代末和 1900 年代初提出了無線電力傳輸理論。他更壯觀的展示之一涉及在他的科羅拉多斯普林斯實驗站遠程為地面上的燈供電。

　　特斯拉的工作令人印象深刻，但它并沒有立即導致廣泛、實用的無線電力傳輸方法。從那時起，研究人員開發(fā)了幾種無需電線即可長距離傳輸電力的技術(shù)。有些只是作為理論或原型存在，但其他的已經(jīng)在使用中。如果您有 電動牙刷，例如，您可能每天利用一種方法。

　　能量的無線傳輸在世界大部分地區(qū)都很常見。 無線電波 是能量，人們用它們來發(fā)送和接收 手機, 電視、收音機和 無線上網(wǎng) 每天都有信號。無線電波向各個方向傳播，直到到達 天線 調(diào)諧到正確的頻率。類似的電力傳輸方法既低效又危險。

　　例如，牙刷每天接觸水會使傳統(tǒng)的插入式充電器具有潛在的危險。普通的電氣連接也可能使水滲入牙刷，損壞其組件。正因為如此，大多數(shù)牙刷都會通過 電感耦合.請參閱下一頁，了解有關(guān)電感耦合工作原理的更多信息。

　　電感耦合

　　電動牙刷的底座和手柄包含線圈，允許電池充電。電感耦合使用磁場，磁場是電流通過導線運動的自然組成部分。每當電流通過導線時，它就會產(chǎn)生一個圓形 磁場 繞線。將導線彎曲成線圈會放大磁場。線圈產(chǎn)生的環(huán)越多，磁場就越大。

　　如果你在你創(chuàng)造的磁場中放置第二個線圈，這個磁場可以 誘導 導線中的電流。這本質(zhì)上就是如何 變壓器 工作，這就是電動牙刷的充電方式。它需要三個基本步驟：

　　來自墻壁插座的電流流過充電器內(nèi)部的線圈，產(chǎn)生磁場。在變壓器中，該線圈稱為 初級繞組.

　　當您將牙刷放入充電器時，磁場會在另一個線圈中感應(yīng)出電流，或者 次級繞組，連接到電池。

　　該電流為電池充電。

　　您可以使用相同的原理一次為多個設(shè)備充電。例如，Splashpower充電墊和愛迪生電氣的Powerdesk都使用線圈來產(chǎn)生磁場。電子設(shè)備使用相應(yīng)的內(nèi)置或插入式接收器在墊子上休息時充電。這些接收器包含兼容的線圈和向設(shè)備電池供電所需的電路。

　　Splashpower 墊使用感應(yīng)同時為多個設(shè)備充電。

　　? 版權(quán)飛濺力量 2006

　　一種較新的理論使用類似的設(shè)置來傳輸更長的距離的電力。我們將在下一節(jié)中介紹它是如何工作的。

　　諧振和無線電源

　　喇叭的大小、形狀和材料成分決定了其共振頻率。

　　照片由 股票.EXCHNG家用設(shè)備產(chǎn)生的磁場相對較小。出于這個原因，充電器將設(shè)備保持在感應(yīng)電流所需的距離處，這只有在線圈靠近在一起時才會發(fā)生。更大，更強的場可以從更遠的地方感應(yīng)電流，但該過程效率極低。由于磁場向各個方向擴散，因此制造更大的磁場會浪費大量能量。

　　然而，在2006年11月，麻省理工學院的研究人員報告說，他們發(fā)現(xiàn)了一種在相隔幾米的線圈之間傳輸功率的有效方法。由Marin Soljacic領(lǐng)導的團隊認為，他們可以通過添加 共鳴 到等式。

　　理解共振的一個好方法是從聲音的角度來思考它。物體的物理結(jié)構(gòu) - 如喇叭的大小和形狀 - 決定了它自然振動的頻率。這是它的 諧振頻率.讓物體以共振頻率振動很容易，而讓物體以其他頻率振動則很難。這就是為什么吹小號會導致附近的小號開始振動。兩個小號具有相同的共振頻率。

　　麻省理工學院的研究表明，如果線圈周圍的電磁場以相同的頻率共振，感應(yīng)的發(fā)生可能會略有不同。該理論使用彎曲的線圈作為電感器。一個 電容 盤子可以容納電荷，連接到線圈的每一端。當電流通過該線圈時，線圈開始共振。其諧振頻率是線圈電感和極板電容的乘積。

　　麻省理工學院的無線電力項目使用彎曲的線圈和電容板。

　　與電動牙刷一樣，該系統(tǒng)依賴于兩個線圈。沿著電磁波傳播的電可以 隧道 從一個線圈到另一個線圈，只要它們都具有相同的諧振頻率。這種效果類似于一個振動喇叭會導致另一個喇叭振動的方式。

　　只要兩個線圈都超出彼此的范圍，就不會發(fā)生任何事情，因為線圈周圍的磁場不足以影響它們周圍的太多。同樣，如果兩個線圈以不同的頻率共振，則不會發(fā)生任何事情。但是，如果兩個頻率相同的諧振線圈彼此相距幾米以內(nèi)，能量流就會從發(fā)射線圈移動到接收線圈。根據(jù)該理論，一個線圈甚至可以向多個接收線圈發(fā)送電力，只要它們都以相同的頻率共振即可。研究人員將其命名為 非輻射能量轉(zhuǎn)移 因為它涉及線圈周圍的固定場，而不是向各個方向擴散的場。

　　根據(jù)該理論，只要線圈具有相同的諧振頻率，一個線圈就可以為范圍內(nèi)的任何設(shè)備充電。

　　麻省理工學院團隊的初步工作表明，這種設(shè)置可以為一個房間中的所有設(shè)備供電或充電。為了長距離傳輸電力，例如建筑物或城市的長度，需要進行一些修改。該團隊正在取得進展 - 2007年6月，麻省理工學院團隊發(fā)表了一篇論文，詳細介紹了他們原型的成功演示。他們使用共振線圈為燈泡供電約七英尺(兩米)[來源： 物理組織].

　　其他無線充電理論涉及巨大的距離 - 例如從太空到太空 地球.我們接下來會看看這些。

　　無人飛機的其他動力

　　美國宇航局還為無人機開發(fā)了長距離電源。元帥太空飛行中心的科學家使用不可見的紅外激光激活了小型光伏電池。 飛機.光伏電池 - 本質(zhì)上 太陽能電池 ——把光轉(zhuǎn)換成電。類似的系統(tǒng)也可以為爬升的設(shè)備供電。 太空電梯的系繩。然而，像這樣的系統(tǒng)需要在激光和太陽能電池之間有直接的視線。

　　遠距離無線電源

　　固定式高空中繼平臺(SHARP)無人機可以依靠地球發(fā)射的電力運行。無論是否包含共振，感應(yīng)通常都會在相對較短的距離內(nèi)發(fā)送功率。但一些無線電力計劃涉及在數(shù)英里的范圍內(nèi)移動電力。一些提案甚至涉及向 地球 從太空。

　　在1980年代，加拿大通信研究中心制造了一種小型飛機，可以運行來自地球的電力。這架被稱為固定式高空中繼平臺(SHARP)的無人機被設(shè)計為通信中繼。SHARP可以從一個點到另一個點飛行，可以在大約13英里(21公里)的高度繞兩公里直徑的圓圈飛行。最重要的是，這架飛機一次可以飛行數(shù)月。

　　夏普飛行時間長的秘訣是一個大型的地面微波發(fā)射器。夏普的圓形飛行路徑使其保持在該發(fā)射器的范圍內(nèi)。一個大的圓盤形 整流天線或 整流，就在飛機機翼后面，將發(fā)射器的微波能量轉(zhuǎn)換為直流(DC)電。由于微波與整流天線的相互作用，只要SHARP在正常工作的微波陣列范圍內(nèi)，它就有恒定的電源。

　　整流天線是許多無線電力傳輸理論的核心。它們通常由偶極子天線陣列制成，具有正極和負極。這些天線連接到半導體 二極管.以下是發(fā)生的情況：

　　微波，這是 電磁波譜，到達偶極子觸角。

　　天線收集微波能量并將其傳輸?shù)蕉O管。

　　二極管就像打開或關(guān)閉的開關(guān)以及僅讓電子向一個方向流動的十字轉(zhuǎn)門。它們將電子引導到整流天線的電路。

　　電路將電子路由到需要它們的部件和系統(tǒng)。

　　其他更遠距離的動力傳輸理念也依賴于整流天線。休斯頓大學的大衛(wèi)·克里斯韋爾(David Criswell)提議使用微波將電力傳輸?shù)?地球 來自月球上的太陽能發(fā)電站。地球上數(shù)以萬計的接收器將捕獲這種能量，整流器將其轉(zhuǎn)換為電能。

　　地球上的站點可以通過微波接收來自月球的能量。

　　微波很容易穿過大氣層，整流器非常有效地將微波整流成電能。此外，基于地球的整流器可以用網(wǎng)狀框架建造，允許陽光和雨水到達下面的地面，并最大限度地減少對環(huán)境的影響。這樣的設(shè)置可以提供干凈的電源。但是，它確實有一些缺點：

　　月球上的太陽能發(fā)電站需要監(jiān)督和維護。換句話說，該項目將需要可持續(xù)的載人月球基地。

　　在任何給定時間，只有部分地球可以直接看到月球。為了確保整個地球都有穩(wěn)定的電力供應(yīng)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)必須重新引導微波能量。

　　許多人會抵制不斷沐浴在太空微波中的想法，即使風險相對較低。

　　雖然科學家們已經(jīng)建立了使用無線電源運行的飛機的工作原型，但更大規(guī)模的應(yīng)用，如月球上的發(fā)電站，仍然是理論上的。然而，隨著地球人口的持續(xù)增長，對電力的需求可能會超過生產(chǎn)和移動電力的能力。最終，無線電源可能會成為一種必需品，而不僅僅是一個有趣的想法。