尼古拉.特斯拉的無線傳輸電能到底是什麼技術?

預知昊海


無線輸電並不是這些年才冒出來的新技術,在上世紀80年代的一些科普圖書中就有無線輸電技術的介紹。這種無線輸電的原理很簡單,就是將電能通過發射線圈轉為電磁波向外發射,然後被遠處一個接收線圈接收該電磁波,並將其轉換成電能輸送給負載使用。下面我們通過一個簡單的無線輸電模塊電路來詳細介紹一下無線輸電的工作原理。

▲ 成品的無線輸電收發模塊。

上圖是一款市售的成品無線輸電模塊,其分為發射模塊和接收模塊兩部分,發射模塊帶的線圈為發射線圈,負責向外發射電磁波能量。接收模塊帶的線圈為電磁波接收線圈,其作用就是接收發射線圈發出的電磁波,並將其轉換成電能。▲ 無線發射模塊電路原理圖。

無線發射模塊一般由振盪電路及諧振迴路組成。振盪電路將電源供給的能量轉換成數十KHz以上的高頻交流信號,通過驅動電路驅動發射線圈向外發射電磁波。由於發射線圈兩端一般並聯由諧振電容(諧振頻率一般與振盪電路的振盪頻率相同),故發射線圈向外發出的是某一頻率的電磁波信號。▲ 無線接收模塊電路原理圖。

上圖是無線接收模塊的電路原理圖。輸入端的線圈為接收線圈,與之並聯的電容為諧振電容,當接收線圈周圍存在著與其諧振頻率相同的電磁波信號時,線圈兩端將產生感應電流,該電流經二極管整流及電容濾波後即可轉為直流電壓,然後再通過電源管理IC的升降壓及穩壓處理後,即可變為負載所需的電壓供負載使用。這就是無線輸電的基本工作原理。

無線輸電技術非常有用,譬如用來給手機等數碼產品充電,手機只要內置無線接收模塊即可省略充電線,這樣也就避免了頻繁插拔充電線導致手機USB端口損壞。若將魚缸內的LED裝飾燈安裝上無線接收模塊,這樣隔著魚缸即可給LED燈供電,省略了電源線,魚缸移動和放置都更方便一些。


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無線傳輸充電的應用並不陌生,手機無線充電原理也是類似,簡單的講就是發射端用電能轉換成無線電磁波傳輸,接收端將接受到的無線電磁波再轉換成電能實現充電,原理很簡單,但要商用實現起來還是很難的,主要技術難點如下:

1.無線電磁波調製發射頻率的選擇,調製頻率太高,干擾會加大,天線定向耦合也是設計問題,射頻功率器件要求也更高;調製頻率太低,低轉換效率問題又會出現等等,如何抉擇全憑設計者的實力。

2.射頻發射轉換效率、射頻接受轉換效率如何提升是技術關鍵,這是從功率設計、器件選型、天線性能、pcb佈局設計等多方面技術設計來保證。

3.大功率無線充電也是難點核心。


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高壓放電,磁場


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