2023-11-21
非接觸無(wú)線電能傳輸技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所研究的重中之重,它消除了物理連接的約束,提供了能源的新方式。目前,這一領(lǐng)域的研究集中于三種主要的傳輸機(jī)制:感應(yīng)耦合、磁耦合諧振和微波無(wú)線能量傳輸。這些技術(shù)范圍覆蓋了從幾毫米的極近距離到數(shù)千米的遠(yuǎn)距離傳輸,并在移動(dòng)機(jī)器人充電、醫(yī)療設(shè)備以及消費(fèi)電子產(chǎn)品中擁有廣泛的應(yīng)用潛能。
1、 感應(yīng)耦合無(wú)線能量傳輸
感應(yīng)耦合是一種依靠電磁感應(yīng)進(jìn)行能量傳輸?shù)募夹g(shù),典型應(yīng)用于電動(dòng)牙刷和智能手機(jī)無(wú)線充電。這一機(jī)制需要兩個(gè)緊密相對(duì)的線圈:發(fā)射端和接收端,它們通過(guò)交變磁場(chǎng)相互作用以傳遞能量。由于傳輸距離短(通常只有幾十毫米)而且對(duì)線圈間對(duì)齊精度有極高要求,感應(yīng)耦合被限制在較短距離且定位精確的場(chǎng)合使用。
2、磁耦合諧振無(wú)線能量傳輸
進(jìn)一步的技術(shù)發(fā)展帶來(lái)了磁耦合諧振能量傳輸方式,它使用共振的信號(hào)來(lái)加強(qiáng)兩線圈間的能量傳遞效率。同頻諧振線圈可以在幾十厘米到幾米這樣的中等距離內(nèi)進(jìn)行能量的有效傳輸,大幅度超過(guò)了感應(yīng)耦合的傳輸距離。即使兩線圈之間存在物理隔離或者非共軸擺放,交變磁場(chǎng)也能穩(wěn)定地在它們之間傳遞能量,可能達(dá)到幾百甚至幾千瓦的傳輸功率,適用于更靈活和動(dòng)態(tài)的充電環(huán)境。
3、微波無(wú)線能量傳輸
對(duì)于長(zhǎng)距離的能量傳輸,微波無(wú)線傳輸技術(shù)是最為合適的選擇。通過(guò)將電能轉(zhuǎn)換為微波,再?gòu)陌l(fā)送端天線輻射出去,接收端天線可以在遠(yuǎn)處捕獲這些波并轉(zhuǎn)換回電能。盡管這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)公里的無(wú)線能量傳輸,高功率應(yīng)用與未解決的生物學(xué)安全問(wèn)題限制了其在住宅和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。
就動(dòng)態(tài)和自主的無(wú)線能量傳輸而言,磁耦合諧振傳輸技術(shù)提供了最大的靈活性和應(yīng)用潛力,特別是在自動(dòng)化和機(jī)器人充電中。為了實(shí)現(xiàn)真正的移動(dòng)機(jī)器人智能化,必須發(fā)展該技術(shù)使機(jī)器人能夠自主地在其環(huán)境中尋找能量源并完成充電,從而不中斷其執(zhí)行任務(wù)的能力。隨著能量傳輸技術(shù)的成熟,我們可以期待未來(lái)的機(jī)器人和其他設(shè)備將越來(lái)越少依賴于固定的充電基礎(chǔ)設(shè)施,為其提供更大的自主性和移動(dòng)性。