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无线充电之路上的梦想

发布时间:2021-07-29 14:30:11 阅读数:()

一百年前奥地利和美国物理学家尼古拉·特斯拉提出无线电力传输的想法以来,无线充电技术取得了长足的进步,但在应用方面进展缓慢。直到近年来手机无线充电流行起来,无线充电才为公众所熟知。电动汽车的流行也引起了人们的好奇:无线充电可以应用于电动汽车吗?

特斯拉线圈及其无线充电系统的构思

尼古拉·特斯拉于1891年4月25日获得特斯拉线圈电路专利,一个月后在纽约哥伦比亚大学美国电气工程师协会的演讲中首次公开展示。虽然特斯拉之前获得了很多类似电路的专利,但这是第一个包含特斯拉线圈所有部件的电路:高压初级变压器、电容器、火花隙和空心振荡变压器。

1891年至1893年期间,特斯拉开始到处演讲和展示特斯拉线圈,展示其在高压和高频电力传输方面的新科学发现。与当时科学家熟悉的DC或低频交流电不同,特斯拉线圈产生的射频交流电。他用壮观的电刷放电和流光,通过感应加热铁,表明射频电流可以通过绝缘体和没有返回路径的单线传输,不需要电线为灯泡和电机供电,给观众留下了深刻的印象。他还向身体施加了数十万伏电压,使身体在黑暗的房间里被发光的电晕放电照亮,证明高频电流不会引起电击。这些演讲和表演让当时的科学界认识了特斯拉振荡器,他的声誉在世界上享有盛誉。

特斯拉一生的梦想是利用特斯拉线圈实现无线电力传输。从1891年到1900年,他试图进行一些无线充电试验,通过线圈之间的感应耦合在短距离内传输射频功率。1893年,在芝加哥伦比亚博览会上,他从另一个房间点亮了灯泡。通过调谐到与特斯拉线圈LC电路谐振,他发现接收LC电路可以增加传输距离,并通过谐振电感耦合传输能量。从1899年到1900年,在他的科罗拉多斯普林斯实验室,他用一个巨大的发射线圈产生了1000万伏特级的高压,在100英尺(30米)左右的距离外点亮了三盏白炽灯。今天,特斯拉发现的谐振电感耦合已经成为电子学中非常常见的概念,广泛应用于中频变压器和短距离无线电力传输系统,如手机充电板。

我们知道电感和电容耦合是近场效应,所以不能用于远程传输。但而,特斯拉确信他可以开发一种远程无线电力传输系统,将电力直接从电厂传输到家庭和工厂,而不需要电线。他声称能够在全球范围内传输电力,包括通过地球和大气传输。特斯拉认为,整个地球可以作为电谐振器。通过将电流脉冲从接地的特斯拉线圈驱动到地球的谐振频率,可以振荡地球的电位,从而创造全球地位波,通过电容天线接收交流电,可以与地球上的任何一点产生共振。另外一个想法是,发射和接收终端可以通过气球悬挂在30,000英尺(9,100米)的高度,那里的气压很低。他认为,这种高层导电的稀薄空气可以使电力远距离传输到高电压(数亿伏)。

特斯拉想建立一个全球无线电力网络,它被称为世界无线系统,可以向地球上的每个人传递信息和电力。100年后,虽然他的梦想没有实现,但手机甚至电动汽车的无线充电已经成为现实。他的远大梦想、大胆设想和冒险精神为现代电子技术的发展奠定了坚实的基础。