未來使用無線傳輸電能的可能性有多大？

無線電源/能量傳輸真的有可能嗎？

無線傳輸是可能的，但是隨著距離的增加，其效率會大大降低。即使是感應式電動牙刷，可以在幾微米的距離內無電線地傳輸電流，在傳輸過程中也會損失兩倍的電能。雖然已經取得了某些進步，可以在短距離內合理有效地傳輸電能，但是尚未能夠以與電線相同的效率水平跨長距離（千米）傳輸電力。無線電力傳輸是一種手段，通過該手段可以將大量電能通過大氣從一個位置的電源傳輸到另一位置的電力接收器和用戶。通過使用微波乾淨、安全、安靜、安全且不幹擾地傳輸能量，無需電線即可完成此電能傳輸。

電力不是物質而是一股能量波，不斷地從一個原子的電子軌道移動到它所接觸的另一個原子的電子軌道。好的導體（如銅線）可以非常高效，非常快地（光速）傳遞能量。空氣是可能要求的最糟糕的可能性導體。空氣中的原子比銅線中的原子距離更遠，因此電能要麼不移動，要麼沿隨機方向耗散。因此，沒有很好的方法可以在空氣中傳輸電能。這樣做的大多數嘗試都涉及將電能轉換為另一種形式的能量（聲波、微波、雷射束等），並且每當將能量從一種形式轉換為另一種形式時，最終都會導致效率損失。實際上，無線電力是無電線的電能傳輸。人們經常將電能的無線傳輸與信息的無線傳輸進行比較，例如無線電、手機或wi-fi網際網路。主要區別在於通過無線電或微波傳輸，該技術專注於僅恢復信息，而不是最初傳輸的所有能量。在處理能量傳輸時，希望效率儘可能高，接近或達到100％。

無線電是一個相對較新的技術領域，但正在迅速發展。可能已經在不知不覺中就使用了該技術，例如，可以充電的無繩電動牙刷或者可以用來為手機充電的新充電器板。但是，這兩個示例在技術上都是無線的，不涉及任何明顯的距離，牙刷位於充電座中，而手機位於充電板上，但最初的主要重點將是電動汽車，尤其是公共運輸工具。

儘管這項技術已經存在了很多年，尤其是在太空應用中，但是它仍然是研究技術。計劃在未來幾年內將其在獨特的地面應用中實現，為遠程用電設備供電，有一天將與可再生電能結合。

無線電源傳輸簡介—超過一百年的歷史

想像一下未來，您可以使用行駛在道路上的充電機制為行駛中的電動汽車充電，手機可以隨時隨地充電，不再擔心會突然沒電關機。電網不再依賴電力線、電線桿或昂貴的變壓器和地下電纜。這聽起來像是一部科幻電影，也許未來就可以實現，形式是磁感應和磁共振耦合。無線傳輸電能有望將我們從電源線的中解放出來，而今這項技術已被整合到各種設備和系統中。

有線方式。現在供電還是依靠有線方式，大多數住宅和商業建築均由電網的交流電（AC）供電。電站產生的交流電通過高壓輸電線路和降壓變壓器輸送到家庭和企業。電流從斷路器箱進入，然後電線將電流輸送到我們每天使用的交流設備和設備（燈、廚房電器、充電器等）。所有組件均經過標準化，並符合電氣規範。任何額定標準電壓和標準電壓的設備都可以在全國數億個插座中使用。儘管國家和地區之間的標準有所不同，但在給定的電氣系統內，任何適當額定值的設備都可以使用。這裡一根線，那裡一根線。。。。我們大多數的電子設備都有交流電源線。

無線電能技術。無線電能傳輸（WPT）使通過空氣供電成為可能，而無需使用載流導線。WPT可以從交流電源向兼容的電池或設備供電，而無需使用物理連接器或電線。WPT可以為手機和平板電腦、無人機、汽車甚至運輸設備充電。甚至有可能在空間中無線傳輸由太陽能電池板陣列收集的功率。WPT在消費電子領域取得了令人振奮的發展，有望取代有線充電器。自1890年代以來，一直存在無電線傳輸電力的概念。尼古拉·特斯拉希望創造一種無需拉線的供電方式。當它的實驗使他創建了Tesla線圈時，他幾乎實現了自己的目標。這是第一個可以無線傳輸電力的系統。從1891年到1898年，他嘗試使用特斯拉線圈的射頻諧振變壓器傳輸電能，該變壓器產生高壓、高頻交流電。這樣他就可以在短距離內傳輸電力而無需連接電線，特斯拉通過他的科羅拉多斯普林斯實驗室使用電磁感應無線供電的方式使得距電源18m的三個燈泡均已點亮，並記錄了演示情況。

但是，特斯拉線圈已經沒有太多實際應用，特斯拉的發明徹底改變了人們理解和使用電力的方式。特斯拉制定了宏偉的計劃，於1901年開始了他的大型高壓無線能量傳輸站計劃，並希望他位於長島的Wardenclyffe塔將跨大西洋無線傳輸電能。由於各種困難，包括資金和時間安排，這從未發生過。

儘管特斯拉夢想的無線供電供所有人使用的夢想仍然遙不可及，但尼古拉·特斯拉提供的電磁感應和電磁感應耦合已經成為無線電話充電和無線揚聲器等小型技術的主流，許多設備和系統目前正在使用某種形式的無線電源傳輸。

無線電源傳輸的工作原理

無線功率傳輸是由尼古拉斯·特斯拉於1890年代首次展示的，它是一項創新技術，已滲透到消費電子和工業電子市場的主要領域。WPT的各種形式包括太陽能，微波和磁能。無線電源技術類別：輻射和非輻射。

輻射。在遠場或輻射技術中功率是通過光束傳輸的，例如微波或雷射束也稱為功率束。功率波束技術可以將能量傳輸更遠的距離。太陽能的電力和無線無人機應用。

非輻射。在近場或非輻射技術中，通過磁場電線線圈之間的電感耦合通過短距離，或通過電場之間的電容耦合金屬電極。在無線技術中，感應耦合廣泛應用：手機和電動牙刷、RFID標籤和充電器、植入式醫療設備、人工心臟起搏器，電動汽車包括在其中。

無線電源傳輸的工作原理。無線功率傳輸按照常規變壓器中的感應功率傳輸原理進行工作。唯一的區別是，在變壓器中，兩個線圈非常接近並且包含鐵氧體材料以增強耦合，而感應充電器在兩個線圈之間具有氣隙。該過程遵循以下過程：

· 電源電壓轉換為交流電，最好是高頻交流電；

· 該電流（高頻交流電）通過發射器電路傳輸到線圈。該交流電在發射線圈中感應出磁場；

· 感應磁場在相鄰的接收器線圈中產生電流。

在早期的應用中，設計人員面臨挑戰。磁場的強度隨距離而減小。強度的降低與距光源的距離的平方成正比。這使得難以調節功率並降低了能源效率。在源線圈和接收線圈中分別引入具有相同頻率的諧振器，可確保兩個系統磁耦合，從而實現更高的能量傳輸效率。這意味著功率傳遞發生在氣隙上，而無需金屬或其他材料連接。為此，發送器和接收線圈都必須以相同的頻率諧振。產生的交流電轉換為直流電，為電池充電。但是，在兩個物體相距較遠的情況下，仍然可以通過使兩個線圈以相同的頻率諧振來實現功率傳輸。這消除了完美對準的需要。通過在兩個組件之間引入諧振中繼器，可以實現更大的功率傳輸距離。

無線電源傳輸的應用——無線傳輸電成為可能

無線電源傳輸是無需使用電線即可傳輸電力的方式。無線電源傳輸有助於連接人們無法獲得合適電源的區域。每個人都可以獲得乾淨且綠色的無線電源。未來所有設備將以無線方式與電源相關。

通過無線方式將功率傳輸到可攜式設備。這如今比較常見的無線電源傳輸方式。整個系統是使用充電器製成的電和電池。將能量從充電板轉移到電池的每個部分都有平面線圈。充電板和電池可以相互通信，從而調製電能。

電動汽車的無線充電。充電板位於地面上，已連接到壁掛式電源適配器。它上面的所有停車場。在充電器檢測到接收器後，在汽車後部有一個接收器在此範圍內，它將自動開始充電。

無線供電的智慧城市。一個城市可以成為使用無線技術的智慧城市技術。可以不用電線就可以使用發電站的電力，通過發射器和接收器。發射器從發電站和接收器接收電力並提供電力在房屋，汽車，火車，辦公室甚至是有線緊急區域之間技術是不可能建立的。通過使用無線技術，環境將不含二氧化碳。

工業物聯網中的無線電力傳輸。隨著工業自動化和自治系統的發展，對高功率無線傳輸的需求也在不斷增長。工業物聯網（IIoT）是這裡的創新驅動力，因為無線電力傳輸將起決定性作用。聯網機器，計算機和傳感器的數量呈指數增長，這使得一切變得更加智能和高效，這為許多行業帶來了機遇和挑戰。無線電源傳輸將使這些應用程式更具移動性，並且消除插頭和插孔也將完全密封設備，從而使它們能夠在包括最苛刻要求在內的各種環境中可靠運行。例如，工業機器人將能夠自動從一個站移動到另一個站，並在需要的位置和最適合他們的位置充電。

無線電源是未來，當我們從工廠、機器人技術、航空航天和汽車應用中的自治應用中移除電纜時，我們將開闢出廣泛的可能性。

無線電源的市場趨勢。無線電源傳輸仍然是一個相對較新的現象。2012年，該市場起步很小，完全由消費者應用程式（基本上是電話和平板電腦）組成。2015年，該市場增長到將近10億美元。如今，2016年的增長預計將超過10億美元。到2022年，無線電源預計將實現超過50億美元的強勁增長。儘管希望將其擴展到工業和汽車市場，但它很可能將繼續由消費市場主導。

電動汽車、插電式混合動力汽車、機器人和工業機器可以很快通過無線傳輸充電。目的是用無線電力傳輸代替為電動汽車和工業應用充電所需的電力電纜，該技術在研發方面投入了大量資金，因此正在迅速發展。另一方面在工業領域，無線電力傳輸迄今有些猶豫。此處的決定性差異是要傳輸的功率，該功率在行業中處於千瓦範圍內，而在消費市場中，通常僅為幾瓦。工業突破需要更好的管理基礎，一致和標準化的設計架構以及更強大的材料。

寫在最後

在全世界，電力是通過電線從電站傳輸到任何地方的。無線電源傳輸技術可以有可能減少或消除對電線和電池的需求。對於互連線不方便，危險或無法連接的電氣設備，無線傳輸非常有用。無線功率傳輸技術減少了由銅和鋁金屬製成的電線的使用。用來製造電線的金屬將來會滅絕。如果我們實施無線電力傳輸技術，則將減少電線的使用。如果將來我們可以實施無線電力傳輸技術以將電力從電站傳輸到任何地方而無需電線，那將是有益的。如今，手機已經可以使用無線方式充電，這是一個很大的進步，如果我們通過無線方法將這種技術應用到更多領域，我們的生活將會更加輕鬆。